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GEE-Live Labor auf dem Campus Horw der Hochschule Luzern – Technik & Architektur

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GEE Live Forschungslabor für das Gebäude-Elektro-Engineering der HSLU

Um ein Gebäude energieeffizient zu betreiben, werden viele Anstrengungen unternommen und auch vom Bund gefordert. Die möglichen Eigenverbrauchsoptimierungen (EVO) werden in diesem Forschungslabor des Instituts für Gebäudetechnik und Energie IGE der Hochschule Luzern live untersucht und entsprechend in der Lehre, der Weiterbildung und der Praxis in der Planung umgesetzt.

Flug durch das GEE Live Lab

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Ein Haus als Forschungslabor

Das kleine Haus, bestehend aus zwei Holz-Norm-Modulen, hat eine Fläche von 40 m² und ähnelt in der Ausstattung einem Einfamilienhaus. Es dient allerdings nicht zum Wohnen, sondern zu Forschungs- und Lehrzwecken. «GEE Live» heisst das Forschungslabor und umfasst sämtliche elektrotechnischen Aspekte der Gebäudetechnik. Expertinnen und Experten vom Institut für Gebäudetechnik und Energie (IGE) untersuchen in diesem Labor das Zusammenspiel aller Komponenten im Gebäude.

Die Themenschwerpunkte sind Photovoltaik-Anlagen, Elektromobilität, Energiespeicher, Energiemanagement und Eigenverbrauchsoptimierung. Mit der unten aufgeführten Vorrichtung ist es uns möglich, verschiedene Geräte zu testen und unter realen Bedingungen zu betreiben. Damit können Aussagen und Entscheidungshilfen für die Auswahl eines geeigneten Gerätes für Ingenieurinnen, Planer oder Bauherrschaften abgegeben werden.

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Elektrische und thermische Energie

Das «GEE Live» besitzt insgesamt drei kleinere Photovoltaik-Anlagen (folgend PV-Anlagen) mit einer Gesamtleistung von rund 9 kWp. Die erste ist auf dem Dach installiert und besteht zu einem Drittel aus hybriden Modulen. Heisst, diese erzeugen nicht nur elektrische Energie, sondern gleichzeitig auch thermische Energie (Warmwasser).

Die zweite Anlage befindet sich an der Ostfassade mit 15 lichtdurchlässigen PV-Modulen vor dem Fenster. Die dritte PV-Anlage befindet sich ebenfalls an der Fassade: Oberhalb der Fenster ist eine Reihe mit farbig bedruckten Modulen angebracht. Dies auf jeder Gebäudeseite, sprich in alle Himmelsrichtungen. Jedes dieser Module ist mit einem eigenen Leistungsoptimierer (MPP-Tracker) ausgestattet. Dadurch beeinflussen verschattete Module die Produktion der besonnten Module nicht negativ. Mit der gesamten Anlage und deren Auswertungen können interessante Rückschlüsse gezogen werden.

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Clever heizen und kühlen

Das «GEE Live» wird mit einer reversiblen Luft-Wasser-Wärmepumpe beheizt oder gekühlt. Die Wärme- und Kälteabgabe erfolgt über drei Deckensegel, welche durch die EcoBoost Lüftung unterstützt werden. Um diese verschiedenen Szenarien umzusetzen, besitzt das «GEE Live» einen Wärme- und einen Kältespeicher. Der Wärmespeicher enthält im Innern einen Wärmetauscher, durch den das Wasser für den täglichen Gebrauch fliesst und dadurch erwärmt wird. Der Kreislauf der hybriden PV-Module auf dem Dach fliesst ebenfalls durch den Wärmespeicher, gibt dort seine Wärme ab und verbessert gleichzeitig den Wirkungsgrad der zugehörigen PV-Module.

Die produzierte Energie, die nicht unmittelbar genutzt wird, kann im Lithium-Ionen Batteriemodul zwischengespeichert werden. Die Kapazität des Speichers beträgt rund 9 kWh.

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Integrierte Ladestation

Zur Ausstattung des «GEE Live» gehören auch zwei verschiedene Ladestationen für Elektroautos: Die AC-Ladestation kann das Elektroauto mit bis zu 22 kW laden. Mit der speziellen DC-Ladestation ist bidirektionales Laden möglich. Heisst, nebst dem Laden der Elektroauto-Batterie kann die Station auch als Speicher genutzt und ins Hausnetz gespiesen werden. Die maximale Leistung beträgt hier 10 kW.

Um dies in der Praxis testen zu können, sind im Haus verschiedene Haushaltsgeräte als weitere Verbraucher vorhanden. Dazu gehören zum Beispiel ein Backofen, ein Kochherd, ein Geschirrspüler, eine Waschmaschine und ein Tumbler.

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Energieverbrauch optimieren

Die Elektroverteilung besteht aus zwei Teilen. Auf der linken Seite sind die Sicherungen, Zähler, Schützen und die Gebäudeautomations-Komponenten eingebaut. Der rechte Teil bietet Platz für bis zu 12 Energiemanagementsysteme (EMS).

Ein EMS ist ein Gerät, welches hilft, den Eigenverbrauch zu optimieren. Indem es die aktuelle PV-Produktion mit dem aktuellen Verbrauch abgleicht, weiss das EMS, ob gerade elektrische Energie vom Netz bezogen wird oder ob eine Rückspeisung stattfindet. Bei Netzbezug versucht das EMS den Gesamtverbrauch zu senken, indem es die Leistung einzelner Verbraucher drosselt. Findet hingegen eine Rückspeisung ins Netz statt, so schaltet das EMS gewisse Verbraucher ein, erhöht deren Leistung oder lädt den Batteriespeicher.