Smart-Grid Versuchslabor als Weg zu einer effizienten Energielösung

28,6 Millionen Euro – so hoch waren die Kosten, die durch negative Strompreise in Deutschland im Jahr 2015 entstanden sind. Diese treten immer dann auf, wenn der Strom aufgrund von Überproduktion nicht ausreichend abgenommen werden kann. Um in einer solchen Situation einen Stromausfall zu verhindern, muss der überschüssige Strom verschenkt oder mit Zuzahlung an andere Abnehmer wie z. B. Nachbarstaaten abgegeben werden. Doch wie kommt es zu diesem Phänomen?

Die Stromproduktion heutzutage erfolgt über mehrere Quellen (z. B. Wind-, Solar-, Kohle-, Kernenergie) und auch der Verbrauch ist vielseitiger als noch vor ein paar Jahrzehnten. Dies führt zu Schwankungen sowohl bei der Erzeugung als auch beim Verbrauch, welche entweder zu Engpässen oder Überproduktion führen können. Als Lösung wird ein Intelligentes Netzwerk (Smart Grid) in Betracht gezogen, welches durch Kommunikation zwischen Verbraucher sowie Erzeuger und mit Hilfe von individueller Speicherung das Problem in einen Nutzen umwandeln will.

Wie dies auf lokaler Ebene aussehen könnte, davon berichten im Folgenden sechs Schülerinnen und Schüler der Rumold-Realschule in Kernen. Sie haben ein solches intelligentes Netzwerk für ihr Jugendhaus entwickelt. Die Verwirklichung des Konzeptes wurde über das Programm mikro makro mint der Baden-Württemberg Stiftung gefördert. Dieses mit Unterstützung von Klett MINT neu konzipierte Programm hilft jungen Forscherinnen und Forscher bei der Umsetzung ihrer Ideen und regt Kinder und Jugendliche dadurch schon früh an, sich mit Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik zu beschäftigen.

Lassen Sie sich von der folgenden Projektbeschreibung inspirieren, um auch Ihre Schülerinnen und Schüler für ein wissenschaftliches Projekt zu ermutigen.

Die Vision hinter dem Smart-Grid Jugendhaus

Wie kann aus dem ausreichenden Solarstrom unseres Jugendhauses eine intelligente Vernetzung von stationären Verbrauchern, Elektrospeichern und einer Elektrotankstelle für E-Bikes erfolgen?

Weiterentwicklung des Smart-Home zu einem Smart-Grid

Das Intelligente Wohnen, das Smart Home, geht durch die Presse und wird von Telekommunikationsanbietern und Energielieferanten beworben. Dabei steuern Smartphone-Apps, Bewegungsmelder und Videokameras elektrische Haushaltsgeräte wie Waschmaschinen, Heizkörperthermostate oder Entertainment-Systeme. Der Strom kommt dabei jedoch meist noch klassisch aus der Steckdose.

Unser Projekt-Team geht nun einen Schritt weiter und will mit einem Smart-Grid-System die reichliche elektrische Energie der Photovoltaik-Anlage des neuen Jugendhauses erforschen, überwachen und damit verschiedene Geräte ansteuern und intelligent steuern.

Konkret: Von der Erforschung des Elektroverbrauchs bis hin zur Entwicklung einer Elektrotankstelle

Im Sommer 2015 hat unser Team zusammen mit Elektriker-Azubis aus Dombóvár, der ungarischen Partnerstadt von Kernen, 150 Photovoltaik-Module auf das Dach des neuen Jugendhauses in Kernen-Rommelshausen ehrenamtlich verlegt. Im langjährigen Jahresmittel erzeugt die Anlage eine Energiemenge, mit der der jährliche Strombedarf von sieben Familien gedeckt werden könnte. 10 Module als 3 kWp-Anlage sind dabei elektrisch getrennt und können zum Testen der Smart-Grid-Anwendung benutzt werden.

Das Forscherteam wird zunächst den Energiebedarf der Elektrogeräte des Hauses im Tagesverlauf ermitteln und dem Energieertrag der Photovoltaik-Anlage im täglichen und jahreszeitlichen Verlauf gegenüberstellen. Dabei werden die Geräte unterschieden in diejenigen, die man gezielt in einem bestimmten Moment aktivieren möchte (Beleuchtung, Herd) oder die bis zu einem gewissen Grad unabhängig von deren Nutzung betrieben werden können (Warmwasserboiler, Waschmaschine, evtl. Kühlschrank). Das Steuern und Regeln der Bedarfe wird in einer 24-Stunden-Simulation vor Ort einmal realisiert. Die Steuerung und Regelung soll im nächsten Schritt halbautomatisch durch Datenermittlung und Steuerung über WLAN und Funksteckdosen umgesetzt werden (Kommunikations-Gateway). Dies kann mit dem Smartphone von der Schule aus erfolgen.

Ziel ist es, bei überschüssiger Energie nicht nur einen Elektrospeicher zu laden, sondern ebenfalls eine mobile Elektrotankstelle für unsere beiden E-Bikes bereit zu stellen. Diese soll auch an der 1 km entfernten Schule weitere E-Bikes nur mit der regenerativen Energie des Jugendhauses versorgen.

Melden Sie Ihre jungen Forscher an beim Förderprogramm mikro makro mint der Baden-Württemberg Stiftung

Kennen auch Sie smarte Schülerinnen und Schüler, die sich für ein Forschungsprojekt begeistern könnten? Dann könnte das Programm mikro makro mint der Baden-Württemberg Stiftung interessant für Sie sein. Mit diesem Programm werden Projekte von Schülergruppen mit bis zu 2500 Euro pro Schuljahr gefördert. Zudem wird ausgewählten Teilnehmern die Möglichkeit geboten, an einer Forschungsfahrt der ALDEBARAN, einem Forschungs- und Medienboot, auf dem Bodensee teilzunehmen. Teilnahmebedingungen, Bewerbungsbogen und weitere Informationen zum Wettbewerb finden Sie hier.