Exploration of autarky increasement in single family houses by smart energy balancing

Abstract

With climate change well on its way and new armed conflicts in Europe rising, energy demands are increasing and its supply might not always be reliable. This work explores how to increase the level of autarky in the scope of single family homes by balancing the energy intelligently. We model a single family home with a number of actors, such as solar panels on the roof, a heatpump, buffer storage and an electric vehicle, and simulate their behavior in 15 minute timesteps for one year. An algorithm then controls at which times to charge the electric vehicle and the buffer storage based on 24 hour forecasts of the behavior of all non controlled actors. The results are then compared to a naive, currently in most houses implemented, algorithm, which charges the car when it is plugged in. The results show, depending on the setup, that a good increment in autarky can be achieved with an intelligent algorithm. Furthermore it is possible, with the right setup, to live almost fully autark, especially during the summer season.

Angesichts des fortschreitenden Klimawandels und neuer bewaffneter Konflikte in Europa steigt der Energiebedarf, und die Energieversorgung ist möglicherweise nicht immer zuverlässig. In dieser Arbeit wird untersucht, wie der Grad der Autarkie im Bereich der Einfamilienhäuser durch einen intelligenten Energieausgleich erhöht werden kann. Wir modellieren ein Einfamilienhaus mit einer Reihe von Komponenten, wie Sonnenkollektoren auf dem Dach, einer Wärmepumpe, einem Pufferspeicher und einem Elektrofahrzeug, und simulieren deren Verhalten in 15-Minuten-Zeitschritten für ein Jahr. Ein Algorithmus steuert dann, zu welchen Zeiten das Elektrofahrzeug und der Pufferspeicher geladen werden sollen, und zwar auf der Grundlage von 24-Stunden-Prognosen des Verhaltens aller nicht kontrollierten Komponenten. Die Ergebnisse werden dann mit einem naiven, derzeit in den meisten Häusern implementierten Algorithmus verglichen, der das Auto auflädt, wenn es eingesteckt ist. Die Ergebnisse zeigen, dass mit einem intelligenten Algorithmus, je nach Konfiguration, ein guter Zuwachs an Autarkie erreicht werden kann. Darüber hinaus ist es mit den richtigen Einstellungen möglich, fast vollständig autark zu leben, insbesondere während des Sommers.