SINUS: Steckersolarmodul mit intelligenter Nutzungsregelung und umweltfreundlichem Speicher; DATIpilot Modul 1 Innovationssprints

Abstract

Das Projekt SINUS (Steckersolarmodul mit Intelligenter Nutzungsregelung und Umweltfreundlichem Speicher) befasste sich mit der Entwicklung eines voll funktionsfähigen Prototyps für ein Energiemanagementsystem für Balkonkraftwerke. Ziel des Vorhabens war es, einen initialen modularen Versuchsaufbau zu einer kompakten und anwenderfreundlichen "All-in-One"-Lösung (1-Stecker-Lösung) weiterzuentwickeln, um einer breiten Bevölkerung die effizientere Nutzung von Solarstrom zu ermöglichen. Im Zentrum der technischen Umsetzung steht eine parallele differentielle Topologie auf Basis eines bidirektionalen DC/DC-Wandlers. Im Gegensatz zu konventionellen seriellen Systemen agiert diese Steuereinheit als geregelte Stromquelle parallel zum DC-Bus und leitet die Solarenergie im Standby-Modus nahezu verlustfrei an den Mikrowechselrichter weiter. Das Gesamtsystem integriert die Leistungselektronik, ein 1-kWh-Batteriepack aus selektierten Second-Life-NMC-Zellen (21700er-Format) sowie den Wechselrichter auf einer Trägerkonstruktion, die direkt an der Rückseite des Modulrahmens montiert wird. Für eine universelle Zero-Export-Regelung in Echtzeit wurde zudem eine reichweitenstarke, batteriebetriebene LoRa-Ableseeinheit entwickelt, die SML/OBIS-Codes drahtlos an gängigen Stromzählern ausliest. In der abschließenden System-Validierung erreichte der Prototyp in einer 365-Tage-Simulation einen effektiven jährlichen Systemwirkungsgrad von 97,83 % und übertraf den seriellen Benchmark damit signifikant. Da das System prinzipbedingt nur die Differenzleistung verarbeitet, konnten die jährlichen thermischen Verluste um über 77 % gesenkt werden. Diese drastische Reduktion der Abwärme entlastet die Batteriezellen thermisch.