Zukunftsweisende Energielösung

Das Smart City-Quartier liegt im Süden Berlins. Der Stadtteil „Adlershof“ ist auf dem Weg, Deutschlands größtes Technologiezentrum zu werden. Derzeit treffen hier 1.200 Unternehmen und rund 20 Forschungseinrichtungen der Technischen Universität Berlin sowie aus der Industrie auf 17 Hektar Fläche zusammen und bündeln ihre Ressourcen, ihr Wissen und ihre Kompetenzen. Damit passt Future Living^® Berlin (FLB) perfekt zum zukunftsorientierten Geist des Bezirks. Die Idee war es, Lebensraum zu kreieren, der die Zukunft vorwegnimmt und eines Tages normal ist: in der Zukunft leben, jetzt.

Die Wohnblöcke wurden in einer barrierefreien, offenen Architektur geplant und gebaut, welche die soziale Interaktion zwischen den Mietern fördert. Der Investor und Projekteigentümer, die GSW Sigmaringen GmbH, verfolgte die Idee der universellen Gestaltung und Barrierefreiheit, um nicht nur Menschen mit körperlichen Beeinträchtigungen Wohnraum zu bieten, sondern auch ein generationenübergreifendes Wohnen im Quartier zu ermöglichen: Von den 90 Wohnungen sind elf für Rollstuhlfahrer ausgestattet. Alle Wohnungen sind mit einer schlüssellosen Zugangsinfrastruktur ausgestattet, die Türen, Briefkästen und Aufzüge umfasst. Die Mieter können den Zugang mit einer RFID-Karte oder einer Smart­phone-App verwalten. Auch die Ausstattung der Wohnungen folgt dem Ziel der Barrierefreiheit, wie etwa die höhenverstellbaren Küchen. Die Internet of Things (IoT)-Plattform des Unternehmens digitalSTROM bietet eine Vielzahl von Smart Home-Funktionen und -Szenarien. Sie basiert auf Powerline-Kommunikation. Schnittstellen mit Smart TVs und smarten Lautsprechern von Panasonic bieten den Mietern viel Komfort und Sicherheit, indem beispielsweise eine visuelle Mitteilung auf dem Fernsehbildschirm erscheint, wenn der Feueralarm in einem anderen Raum ausgelöst wurde. Dies kann besonders für Menschen mit Hörproblemen hilfreich sein. Ein weiteres Beispiel ist, dass bestimmte Szenarien wie „zu Hause sein“, „bei der Arbeit sein“ oder bestimmte Wetterbedingungen dazu führen, dass eine Reihe von automatischen Befehlen ausgeführt werden, wie zum Beispiel die Türverriegelung beim Verlassen der Wohnung.

Das Energiekonzept von FLB konzentriert sich auf eine grüne und nachhaltige Versorgung und die intelligente und effiziente Nutzung von lokal erzeugter Energie. Kern des Konzeptes ist die Verwaltung und Überwachung der Technologie durch die intelligenten Algorithmen von Panasonic, die Teil der Energy Management Solution (EMS) sind.

Energie-Management-System

Laut Eurostat (https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Energy_consumption_in_households) werden rund 80 % der Haushaltsenergie zum Heizen verwendet, das Potenzial zur Kohlenstoff-Reduzierung ist also groß. Aus diesem Grund lag Panasonics Augenmerk für eine effiziente Energielösung auf der Optimierung des Energieverbrauchs für die Beheizung der Wohnungen (Raumheizung) und einer energieeffizienten Warmwasserbereitung. 

Das Forschungs- & Entwicklungszentrum von Panasonic in Europa entwickelte daher eine Energiemanagementlösung zur Optimierung des Energieverbrauchs, bei der für die Stromerzeugung auf den Dächern Photovoltaik-Module von Panasonic zum Einsatz kamen. Die optimierte Verknüpfung der PV-Module mit den Luft/Wasser-Wärmepumpen von Panasonic koppelt die Elek­trizität noch besser mit dem Wärmesektor. Die Software-Lösung beginnt mit der Messung der Leistung der PV-Module und der entsprechenden überschüssigen Energie, die erzeugt und nicht direkt im Gebäude genutzt wird. Die Steuerung entscheidet dann, was erzeugt wird: Raumheizung oder Warmwasser, abhängig von verschiedenen Faktoren wie Jahreszeit, Tageszeit usw. Solche intelligenten Steuerungen und Algorithmen führen zu Energieeinsparungen und einer flexiblen Reaktion auf die Bedürfnisse der Bewohner von Future Living^® Berlin. Die Energiemanagement-Software verbessert auch die effiziente Nutzung von Solarstrom.

Sie basiert auf Algorithmen, die den verfügbaren Ertrag der PV-Anlage so steuern, dass er von den Wärmepumpen optimal genutzt wird. Stellt das System einen Überschuss fest, wird die Energie im ersten Schritt für die Raumwärme verwendet (da der Komfort der Mieter für den Algorithmus zur obersten Priorität erklärt wurde). Im zweiten Schritt wird sie weitergeleitet an die heimische Warmwassererzeugung. Ziel ist die Optimierung des Eigenverbrauchs von durchschnittlich 30-40 % auf 50-60 % des Eigenverbrauchs. Dabei werden auch saisonale Effekte berücksichtigt: Im Frühjahr und im Herbst nutzt der Algorithmus die Raumheizung und die Warmwasserbereitung am besten aus und zeigt die größten Effizienzgewinne. In der Sommerzeit kann überschüssige PV-Energie nur für die Warmwasserbereitung genutzt werden, die Heizung wird abgeschaltet, was die durchschnittliche Effizienz verringert. Im Winter ist der Nutzen durch die Energiemanagementlösung auch niedriger, was an der geringeren Sonneneinstrahlung und der damit einhergehenden geringeren PV-Energieerzeugung, insbesondere in den Monaten Dezember bis Februar, liegt.

Das Energie-Expertenteam von Panasonic R&D in Europa arbeitet seit vielen Jahren mit verschiedenen Partnern zusammen, um die Nutzung grüner Energie – insbesondere in dezentralen Umgebungen – zu optimieren. Es begann damit, PV-Strom und Batteriesysteme zu testen. Für das Projekt Future Living^® Berlin fügten die Energie-Experten Wärmeenergie hinzu und arbeiteten an der Sektorenkopplung von Strom und Wärme. Nach computergestützten Animationen führte das Panasonic-Team zusammen mit einem Forschungsteam der Technischen Hochschule Aachen Labortests durch. Das Management der kaskadierenden Wärmepumpen-Versorgung war eine der Herausforderungen, auf die die Lösung getestet wurde – und sie bestand. Was meint „kaskadierend“ in diesem Zusammenhang? Ein Mehrfamilienhaus wird in der Regel von mehr als einer Wärmepumpe versorgt, im Quartier Future Living^® Berlin sind es zwischen zwei und fünf Wärmepumpen.

Nach intensiven Tests ist die Lösung reif für die Praxis und ihre Installation in Berlin für den Feldtest, der im Frühsommer 2020 begann. Die Erkenntnisse aus dem Feldtest werden für die Weiterentwicklung der Softwarelösung genutzt. Das Hinzufügen neuer Funktionen, z.B. Künstliche Intelligenz (KI), und die Berücksichtigung weiterer Sektoren, z.B. im Bereich der E-Mobilität, werden derzeit evaluiert.

Luft-Wasser-Wärmepumpen

Die 17 „Aquarea“-Luft/Wasser-Wärmepumpen von Panasonic werden zur Raumheizung und Warmwassererzeugung eingesetzt. Sie bieten eine äußerst energieeffiziente Technologie und laufen nahezu kohlenstofffrei, wenn sie mit erneuerbarer Energie betrieben werden. Zur Leistungssteigerung sind die Wärmepumpen in die „Aquarea Service Cloud“ eingebunden: Diese Konnektivität ermöglicht es Installateuren, die Wärmepumpen aus der Ferne zu verwalten und zu warten, was nicht nur Zeit, sondern auch CO₂ spart, da die Wartung vor Ort effizienter geplant wird. Eine weitere Cloud-Lösung von Panasonic, die so genannte „Aquarea Smart Cloud“, ermöglicht es Endnutzern, ihren Stromverbrauch per Smartphone zu überwachen und so neben der Effizienz auch den Komfort zu steigern.

Photovoltaik-Systeme

Die regenerative Energie für die Wärmepumpen wird von 600 „HIT^®“-Modulen bereitgestellt, die eine Gesamtleistung von 195 kWp haben.Durch die patentierte Heterojunction Zell-Technologie (HIT) sind Panasonic-Module sehr effizient. Die begrenzte Dachfläche der Wohntürme wird somit durch die hohe Effizienz der Module ausgeglichen, so dass diese wesentlich zur umweltfreundlichen Gesamtenergieversorgung der Mieter beitragen. Die Module haben in einer ganzen Reihe von Tests, physikalischem und thermischem Druck besser standgehalten als andere Solarmodule. Der exzellente Temperaturkoeffizient bietet einen weiteren Vorteil gegenüber konventionellen Modulen auf dem Markt: Da die Sommermonate aufgrund des Klimawandels von Jahr zu Jahr heißer werden, bieten Panasonic-Module somit eine höhere Belastbarkeit. Panasonic blickt auf 45 Jahre Erfahrung in der Solarforschung zurück.

Batterie-Speicherung

Die Stromspeicherung ist ein weiterer wichtiger Bestandteil der Energielösung von Panasonic im Quartier FLB. In PV-Akkus wird ein Teil der überschüssigen Energie für Zeiten gespeichert, in denen kein Sonnenlicht für die Stromerzeugung zur Verfügung steht. Die gespeicherte Energie unterstützt das Gleichgewicht von Stromerzeugung und -verbrauch und trägt so zu einer effizienteren Energieversorgung bei.