Verbundvorhaben: EG2050: FlexEhome - Das netzdienliche Solarhaus mit thermischer und elektrischer Vollversorgung

Abstract

Ziel des Forschungsprojekts FlexEhome war die Entwicklung, Errichtung und messtechnische Begleitung eines Einfamilienhauses, das seinen gesamten Energiebedarf ganzjährig selbstständig aus lokal genutzter solarer Strahlungsenergie decken kann und sich dabei netz- und energiesystemdienlich verhält. Dieses Ziel wurde vollumfänglich erreicht. Das realisierte Konzept setzt ausschließlich auf marktverfügbare, massenproduzierte Komponenten und ist weitgehend ortsunabhängig an unterschiedliche Grundstücksgegebenheiten anpassbar. Neben einer Photovoltaikanlage und einer Luft-Wasser-Wärmepumpe, inkl. Wärmespeichersystem für Heizung und Trinkwarmwasser, bildet das picea-System von HPS Home Power Solutions mit einem Elektrolyseur, einer Brennstoffzelle, einer Batterie, einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und einem Druckwasserstoffspeicher das Herzstück der saisonalen Energiespeicherung. Durch konsequente Nutzung der Prozessabwärme der Wasserstoffstrecke für Brauchwarmwasser und Raumwärme wurden Nutzungsgrade von rund 80% erreicht. Die Koordination aller Energieflüsse übernimmt eine eigens entwickelte Energiemanagementplattform auf Basis einer ökonomischen modellprädiktiven Regelung (EMPC) mit KI-gestützter Lastprognose. Sie steuert Wasserstoffstrecke, Batteriespeicher, PV-Anlage und Wärmepumpe aufeinander abgestimmt und berücksichtigt dabei variable Strompreise sowie Einspeise- und Netzbezugsbeschränkungen vorausschauend. Im Monitoring-Zeitraum 2024/25 wurde das Gebäude von einer vierköpfigen Familie bewohnt. Der Jahres-Vollversorgungsgrad betrug 97%, wobei die verbleibenden 3% auf regelungsbedingte Netzbezüge zurückzuführen sind. Die spezifische Raumwärmenachfrage lag bei 30 kWh/m²a. Die Lebenszyklusanalyse weist einen Treibhausgasausstoß von 11,75 kg CO₂/m²a aus und unterschreitet damit das Zielwertband der planetaren Grenzen von 12–17 kg CO₂/m²a.