Energie Management System Dokumentation

Was Ihr neues Energiemanagement alles kann

Wenn die nachfolgenden Verbraucher mit einem steuerbaren Anschluss ausgestattet sind (*), wird der zur Verfügung stehende Strom in der folgenden Reihenfolge „zugeteilt“ – d.h. es werden Verbraucher gestartet, bis der Strom gemäß Prognose nicht mehr ausreicht, insoweit die Strommenge bekannt ist, die beispielsweise ein Waschgang oder das einmalige Laden eines Warmwasservorrats benötigt.
Verbraucher, für die diese Menge nicht bekannt ist, stehen am Ende der Liste und bekommen sozusagen den Rest.

  • E-Auto wird mit dem Überschuss geladen
    Andere vom EMS gesteuerte Verbraucher werden während einer E-Auto-Ladung ggfs. trotzdem gestartet, das wiederum reduziert während deren Betrieb den zur Verfügung stehenden Überschußstrom, mit dem das E-Auto geladen wird.
  • eine Brauchwasserpumpe heizt jeden Tag bis spätestens zu einem festgelegten Zeitpunkt eine in Litern festlegbare
    Menge Wasser. Dazu wird die dafür nötige Energiemenge ermittelt und die Pumpe rechtzeitig morgens gestartet bzw. eine SGready Brauchwasserwärmepumpe auf präferiertes (durch die Pumpensteuerung kontrolliertes) Laden gestellt.
  • eine Spülmaschine wird gestartet
  • eine Waschmaschine wird gestartet
    Ein Trockner ist nicht einzeln vorgesehen, weil es erfahrungsgemäß Probleme gibt, wenn man die Wäsche
    aus der Maschine zu holen vergißt. Der zusätzliche Zeit- und Energiebedarf wird bei Waschmaschinen-Läufen mit anschließender Trocknung aber berücksichtigt.
  • eine SGready Heizwasser-Wärmepumpe wird auf bevorzugtes Laden gestellt, solange noch Überschuss zur Verfügung steht

    Parallel dazu wird
  • eine konfigurierbare Gruppe beliebiger generischer Verbraucher eingeschaltet
    In diese Gruppe kann man schaltbare Heizstäbe, Heizstrahler, Pool-Pumpen oder generell jegliche Geräte mit simpler AN/AUS Steuerung aufnehmen.
    Konfigurierbare Prioritäten bieten zusammen mit Sicherheitsfunktionen wie einer maximalen Laufzeit und Mindest-Abkühldauer viel Flexibilität und Betriebssicherheit.

(*) erfolgt ggfs. durch Sie als Kunden oder durch Ihren Installateur

Installation

Wechselrichter

Ihr Wechselrichter muß entsprechend vorbereitet werden, hier einige Tipps.

Sungrow

Benutzen Sie NUR das Ethernet-Interface am Wechselrichter – nicht die IP-Adresse des WLAN-Adapter und auch nicht das Ethernet des neue WiNet-Adapters.

Geben Sie dem Wechselrichter eine statische IP und konfigurieren Sie das EMS über das smart-house-config Menü, diese auszulesen (siehe Installation).

Kostal

Bei einem Kostal müssen Sie die externe Batteriesteuerung per Modbus aktivieren. Dazu wird der Installateurszugang benötigt. Bringen Sie Ihren Installateur möglichst frühzeitig dazu, diese Einstellung vorzunehmen.

Stellen Sie unter Servicemenü / Batterieeinstellungen die Batteriesteuerung auf „Extern über Protokoll (Modbus TCP)“. Deaktivieren Sie außerdem die Intelligente Batteriesteuerung.

EMS

Lesen Sie ggfs. hier nach, wie das System installiert wird.

Nach erfolgreicher Installation können Sie auf die EMS-Benutzeroberfläche unter http://smarthouse:8080/ ohne Eingabe eines Benutzernamen zugreifen.

Für Änderungen ist sie allerdings gesperrt. Um Geräte einrichten zu können, müssen Sie sich erst mit dem Administrations-Benutzer anmelden (Benutzername: admin, Paßwort: admin).
Ändern Sie das Paßwort am besten sofort über die Schaltfläche, die nach der Anmeldung links unten erscheint.

Konfiguration der Photovoltaik-Anlage

storm.house liefert das Programm mit einer auf Ihren Wechselrichter angepaßten Konfiguration aus bzw. paßt das EMS bei der Installation an Ihre Photovoltaik-Anlage an.
Die wesentlichen Parameter sind in den Dateien /opt/openhab/things/inverter.things und /opt/openhab/rules/inverter.items definiert (*).

(*) Sie können diese Dateien auf eigene Verantwortung selbst ändern.
Insoweit bis dato vorhanden, erlischt damit sämtliche Verantwortlichkeit von storm.house für die Funktionsfähigkeit des EMS sowie alle sich daraus ergebenden Folgen, auch alle indirekten.

Anlegen der IoT-Geräte im EMS

Haustechnik, die das EMS steuern soll, müssen Sie normalerweise durch Zwischenschalten eines smarten „Internet of Things“ Gerätes steuerbar machen.
Im Rahmen dieser Dokumentation wird exemplarisch beschrieben, wie Sie dem EMS einen Shelly Plug S Zwischenstecker hinzufügen, den Sie zwischen Steckdose und Netzanschlußstecker Ihrer Waschmaschine platzieren.
Shelly-Geräte können Sie direkt vom Hersteller oder überall im Internet beziehen. Sie erfüllen alle in Deutschland relevanten Sicherheitsnormen und sind vielfach erprobt. Für SGready-Anschlüsse empfehlen wir einen Shelly 2.5 Aktor.

Alternativ lassen sich Aktoren aus sehr vielen Technologien von verschiedenen Herstellern einsetzen und wenn Sie von aus Haus aus smarte Haustechnik wie beispielsweise mit HomeConnect ausgestatten Geräte von Bosch besitzen, dann lassen sich diese auch ohne zusätzliche Hardware direkt steuern.

weitere Möglichkeiten

Leider (im Sinne einer einfachen Inbetriebnahme und Nutzung) ergibt sich eine riesige Menge an Kombinationen, welche IoT-Geräte mit welchen Einstellungen verwendet werden können bzw. müssen.
Nutzen Sie in diesem Fall die Dokumentation von openHAB.

ein gutgemeinter Tipp:
Wenn Sie die vollen Möglichkeiten von openHAB ausschöpfen wollen, dann nehmen Sie sich unbedingt Zeit zum Studium – vielleicht auch etwas mehr als Sie zunächst bereit sind, darauf zu verwenden.
Verstehen Sie die Konzepte, bevor Sie sie verwenden und schauen Sie sich das Einsteiger-Tutorial an.
Allumfassende Heimautomatisierung, wie openHAB sie ermöglicht, ist kompliziert, und leider führt kein Weg daran vorbei, sich mit den grundlegenden Konzepten und Funktionsweisen vertraut zu machen.

Viele vor Ihnen haben die schnelle Abkürzung versucht und alle haben es bereut.
Melden Sie sich am besten auch gleich im openHAB-Forum an.


Geräte einzubinden funktioniert immer nach dem selben Schema:

* das zum IoT-Gerät passende binding installieren
* ein (machmal mehrere) Thing anlegen, das das physikalische Gerät repräsentiert
* die unten genannten Items mit den passenden Channels des Things verlinken, das das zugehörige Gerät repräsentiert

Shelly Konfiguration

Ab Fabrik oder nach einem Reset sind die Shelly Aktoren im Access Point Mode. Wenn Sie die Stromversorgung anschließen, werden Sie nach kurzer Zeit ein neues WLAN mit einem auf den Shelly hindeutenden Namen entdecken.
Verbinden Sie Ihr Smartphone damit und greifen Sie über die Webadresse auf die Konfigurationsmenü des Gerätes zu.

Konfigurieren Sie als nächstes den Local Mode. Wählen Sie Ihr WLAN als dasjenige aus, an dem der Shelly sich künftig anmelden soll und hinterlegen Sie Ihr WLAN-Paßwort.

Auch wenn es ohne geht, sichern Sie den Zugang zu ihrem IoT-Gerät mit Benutzername und Paßwort.

Unter ‚Settings – Device Information‘ finden Sie wenig später die IP-Adresse des Gerätes. Öffnen Sie diese in einem Webbrowser und machen unter ‚Internet & Security – Advanced Developer Settings‘ das Häkchen bei ‚Enable action execution via CoAP (CoIOT) protocol‘.

Auf Seiten von openHAB bzw. Ihrem EMS erstellen Sie ein neues Thing. Wählen Sie das Shelly binding aus und suchen Sie mit einem Scan Ihr Gerät oder tragen Sie die Daten manuell ein.

Hier geht es zur Shelly Hersteller-Dokumentation und zur Dokumentation des Shelly binding in openHAB bzw. EMS.

Nachfolgend noch der Verweis auf ein Video-Tutorial, an das man sich bis zu dem Punkt halten kann, an dem das Thing für den Shelly erstellt wurde. Anschließend daran müssen abweichend vom Video einige Items mit den passenden Channels auf dem Shelly verlinkt werden, siehe dazu die darunter stehende Tabelle.

Konfiguration im EMS

Die nachfolgenden Channel werden auf die in der ersten Spalte genannten Items verlinkt. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten, bei der einfachsten sucht man das IoT-Thing, klickt auf den Channel Reiter und kann dann die für jeden Channel Add Link to Item, wobei man Use an Existing Item selektiert, Item to Link anwählt und dieses aus der dann erscheinenden Liste auswählt (am einfachsten die ersten Buchstaben der Beschreibung (nicht des Namens !) des Items im Suchfeld eingeben.

item Name des Verbraucherszeigt auf IoT GerätChannelDatentypParameterbedeutungBeispiel
Waschmaschine, SpuelmaschineZwischenstecker m. Strommessung, z.B. Shelly Plug Sshelly:shellyplugs:<ID>:relay#outputSwitchStromversorgung der MaschineON
LeistungWaschmaschine, LeistungSpuelmaschinez.B. Shelly Plug Sshelly:shellyplugs:<ID>:meter#currentWattsNumber:Poweraktuelle Leistungsaufnahme2010 W
VerbrauchWaschmaschine, VerbrauchSpuelmaschine z.B. Shelly Plug S shelly:shellyplugs:<ID>:meter#currentWattsNumber:Energy Verbrauchszähler42.0 kWh
BrauchwasserWaermepumpeIn1, BrauchwasserWaermepumpeIn2 Doppel-Relais
an den SGReady-Eingangskontakten der Brauchwasser-Wärmepumpe
z.B. Shelly 2.5
shelly:shelly25-relay:<ID>:relay1#output
SwitchBeide Relais bzw. Eingänge bilden zusammen die SGready Modi ab.OFF und OFF
= Normalbetrieb
HeizwasserWaermepumpeIn1, HeizwasserWaermepumpeIn2
z.B. Shelly 2.5
shelly:shelly25-relay:<ID>:relay2#output SwitchBeide Relais bzw. Eingänge bilden zusammen die SGready Modi ab.
Items der steuerbaren Verbraucher

Smart Grid Ready

Eingang-1Eingang-2SG ready BetriebsmodusBedeutung
AUSAN1 – Sperrung bzw. ZwangsabschaltungIm Sperrmodus darf die Wärmepumpe nicht laufen, d.h. keine wesentliche Leistung aufnehmen.
Unter bestimmten, eng eingegrenzten Bedingungen kann das Energieversorgungsunternehmen Wärmepumpen aus der Ferne sperren.
AUS AUS 2 – NormalbetriebDie in der Wärmepumpe eingebaute Steuerung entscheidet, wann sie heizt, ggfs. speichert und wieder abschaltet.
AN AUS 3 – EinschaltempfehlungDie Wärmepumpe sollte vorhandenen Strom bevorzugt JETZT zum Heizen (oder Kühlen) verwenden, die Steuerung der Pumpe kann darüber aber selbst entscheiden.
Wird von einem externen System wie dem EMS signalisiert, wenn z.B. Photovoltaik-Strom im Überschuß vorhanden ist.
ANAN4 – ZwangseinschaltungDie Wärmepumpe muß jetzt Strom aufnehmen
(insofern der Selbstschutz dies nicht verhindert).
Smart Grid Ready Betriebsmodi

AN/AUS Verbraucher

Um weitere Verbraucher bevorzugt zu starten, die nur AN bzw. AUS schaltbar sind, müssen diese als item vom Typ Switch in openHAB eingerichtet sein.
In die Steuerung aufgenommen werden sie, indem man sie zum einem Mitglied der Gruppe generisch macht.
Durch Anlegen weiterer items mit speziellen Namen lassen sich betriebsrelevante Konfigurationsparameter einstellen:

Namenszusatz
Hauptname Verbraucher frei wählbar
DatentypParameterbedeutungBeispiel
Verbraucher_PrioritaetNumberRangfolge (einheitenlos)2
Verbraucher_LeistungQuantityType<Energy>Leistung mit oder ohne Einheitenangabe,
Standardeinheit Watt
2 kW
Verbraucher_startklarSwitchText ON oder OFFOFF
Verbraucher_LaufzeitNumber:TimeZeit mit oder ohne Einheitenangabe,
Standardeinheit Sekunden
1h
Verbraucher_AbklingzeitNumber:TimeZeit mit oder ohne Einheitenangabe,
Standardeinheit Sekunden
600
Items der nutzerdefinierten generischen Verbraucher

Hat man also beispielsweise zwei items namens Teichpumpe und Heizluefter jeweils vom Typ Switch, die beide der Gruppe generisch angehören, dann wird durch Anlegen der Items Teichpumpe_Prioritaet vom Typ Number mit Wert 2, Teichpumpe_startklar vom Typ String mit Wert ON und Teichpumpe_Leistung vom Typ Number:Power mit einem Wert von 100 W sowie den Items Heizluefter_Prioritaet vom Typ Number mit Wert 2, Heizluefter_startklar vom Typ String mit Wert ON und Heizluefter_Leistung vom Typ Number:Power mit einem Wert von z.B. 2 kW zuerst die Teichpumpe aktiviert, wenn mehr als 100 Watt Überschußstrom zur Verfügung steht sowie der Heizlüfter aktiviert, wenn Überschußstrom von mindestens 2,1 Kilowatt zur Verfügung steht. Setzt man Teichpumpe_startklar auf den Wert OFF, dann wird ab 2000 Watt nur der Heizlüfter eingeschaltet. Legt man zusätzlich Heizluefter_Laufzeit vom Typ Number:Time mit dem Wert 900 s und Heizluefter_Abklingzeit vom Typ Number:Time mit dem Wert 600 s an, dann heizt der Heizlüfter immer für eine Stunde und pausiert dann für 10 Minuten, ehe er weiterheizt, solange Überschußstrom von mindestens 2000 Watt anliegt.

Hinweis: Sie können auch die Übersichts- und Einstellungen-Webseite unter Einstellungen – Pages erweitern, um diese Komponenten über die Weboberfläche einstellen zu können.

Ertragsprognose

Zur Solarertragsprognose wird auf einen Internet-Dienst zurückgegriffen, der in der kostenlosen Version Daten auf Stundengrenzen genau berechnet.
Wünschen Sie Prognosen auf eine Viertel-Stunde genau, dann können Sie den Premium-Dienst einkaufen (*).
Wenn die Werte des Prognosedienstes dauerhaft von Ihren Erfahrungswerten abweichen, können Sie die Prognosewerte mit einem eigenen Faktor skalieren und ein Offset addieren (siehe Dokumentation der Einstellungen).

(*) Implementierung nach Aufwand

Einspeiseoptimierung

Das EMS optimiert die Einspeisemenge mit heuristischen Verfahren. Eine optimale Berechnung ist nicht möglich, da viele vorab unbekannte Variablen wie der jeweilige Verbrauch und das aktuelle Wetter eine Rolle spielen.
Diese Werte können sich im Zeitverlauf ändern und Prognosen sich auch später als falsch erweisen, man kennt das ja von der Wettervorhersage.
Diese Werte können Steuereingriffe auslösen, deren Ergebnis für den Benutzer häufig nicht intuitiv ist. Beispielsweise entlädt das System die Batterie mitunter zu Beginn des Tages, obwohl die Batterieladung zu dem Zeitpunkt ohnehin auf dem Tiefstand ist. Dennoch macht dies Sinn, denn muß zusätzlich Strom eingespeist werden, dann macht man dies am besten so früh wie möglich, solange der Ertrag vom Dach noch minimal ist und somit die noch zulässig einspeisbare Menge maximal. Später am Tag ist es unter Umständen nicht mehr möglich.
Eine etwaige Ladung sollte natürlich nicht stattfinden, ehe Strom vom Dach fliesst. Die Zeit, die es vom Sonnenaufgang bis zum Ertragsstart dauert, läßt sich in den Einstellungen ändern.

Als Tipp: versuchen Sie nicht unbedingt jede Kurvenbewegung verstehen zu wollen.

Sie können die Optimierung deaktivieren, indem Sie die Abregelungsgrenze auf einen (Prozent)Wert von 100 oder größer setzen.

Einstellungen

E-Auto

Die Ladestrategie für elektrische Autos ist auf der Hauptseite auswählbar, da diese sich bei jedem Ladevorgang ändern kann. „Überschuß“ begrenzt (*) die Ladeleistung auf den im kurzfristigen Durchschnitt verfügbaren Überschuß. Nach Sonnenuntergang entfällt diese Begrenzung und es wird mit der Nennleistung des Anschlusses weitergeladen, da ja bis zur nächsten Fahrt kein weiterer selbsterzeugter Strom zur Verfügung stehen wird. Die „Begrenzung“ limitiert die Ladeleistung ggfs. auf den in den Einstellungen festlegten Wert bzw. sonst auf die Nennleistung des Anschlusses.
Mit der „fixen Energiemenge“ können Sie Strom für eine (wiederum in den Einstellungen konfigurierbare) Anzahl Kilometer tanken.
Bei „Rückfrage“ fragt das EMS Sie per Telegram-Messenger, welche der vorgenannten Optionen Sie wünschen, wenn der Anschluß eines E-Autos an die Ladestation erkannt wurde. Die Einstellung „Erkennungsschwelle E-Auto-Ladung“ legt fest, ab wieviel Watt Gesamtverbrauch angenommen wird, daß ein E-Auto gerade lädt.

(*) insoweit technisch durch Steuerung der Wallbox oder des E-Autos möglich

Generelle Einstellungen

Auf der linken Seite der Einstellungs-Seite können Sie die unveränderlichen Daten Ihrer Photovoltaik-Anlage hinterlegen und im mittleren Bereich systemweit relevante Einstellungen vornehmen.
Hinterlegen Sie als „Einspeisebegrenzung“ den Wert in Prozent der Peak-Leistung, auf den Ihr Wechselrichter die Einspeiseleistung begrenzt – normalerweise sind das bei nicht mit einer Rundsteuermöglichkeit ausgestatteten Anlagen 70%. Das EMS wird versuchen, möglichst viel Strom vorab einzuspeisen, der ansonsten gekappt würde. Um von dieser Funktion zu profitieren, benötigen Sie einen Batteriespeicher.

Smart Houses verfügen zu Diagnose- und Wartungszwecken über die Möglichkeit eines Fernzuganges über ein VPN für storm.house Logostorm.house, den Sie an dieser Stelle aktivieren bzw. unterbinden können.

Über die Chat-ID kommuniziert das EMS mit dem Telegram Messenger mit Ihnen.

„Batterie abends füllen“ sorgt ggfs. dafür, die Hausbatterie bei Sonnenuntergang vollständig zu laden, damit die maximale Energiemenge bei etwaigen Ausfällen der Stromversorgung zur Verfügung steht.

Ist „Grundlast dynamisch ermitteln“ aktiviert, wird der aufgezeichnete (nicht durch steuerbare Verbraucher) Stromverbrauch von vor einer Woche als Prognosewert verwendet. Um als gültig übernommen zu werden, dürfen neu ermittelte Verbrauchsmengen aber nicht um mehr als den im Punkt darunter konfigurierbaren Prozentsatz vom bisher gespeicherten Wert abweichen, um nicht etwaige nicht-repräsentative Werte als Standard zu übernehmen.
Sollte dieser Wert nicht verfügbar sein, wird der unter „Grundlast Voreinstellung“ konfigurierbare Wert benutzt.

„Strombedarf dynamisch ermitteln“ ermittelt desgleichen, wieviel Energie die einzelnen Waschgänge benötigen. Ist diese Einstellung deaktiviert oder der Wert nicht ermittelbar, werden die untenstehenden Standard-Werte benutzt.

Die letzte Einstellung im Verbraucher-Bereich legt fest, zu welcher Uhrzeit morgens Brauchwasser zum Duschen warm zur Verfügung stehen soll.

Waschmaschine, Geschirrspüler und weitere Verbraucher

Darunter läßt sich auswählen, zu welchen Zeitpunkten Waschgänge von Spül- bzw. Waschmaschine beendet sein sollen. Damit soll verhindert werden, daß fertige Wäsche unnötig lange nass in der Maschine verbleibt.

In der Betriebsart „Automatik“ erkennt das EMS den Start eines Waschgangs anhand des Stromverbrauchs und unterbricht diesen ggfs., wenn dies verbrauchsoptimal sein sollte. Da die Erkennung in einigen Fällen etwas länger dauern kann, können Sie die Maschine alternativ auch direkt nach dem Start den Schalter mit dem Zwischensteckers an der Stromzuleitung ausstellen.
Waschmaschine und Geschirrspüler verwenden als Laufzeiten und Energiemengen die Voreinstellungswerte für Vollwäsche bzw. Normalprogramm. Ist die Halbautomatik aktiviert, dann fragt das EMS sie mithilfe des Telegram-Messengers, wie mit einer erkannten Wäsche umgegangen werden soll.

Ganz unten sind die Schwellwerte für die elektrischen Leistungen konfigurierbar, anhand derer das System automatisch erkennt, ob eine Waschmaschine oder ein Geschirrspüler angestellt wurden bzw. ihren Waschgang beendet haben.

Wärmepumpensteuerung

Die Winter-Betriebsart für die Wärmepumpe bewirkt, daß überschüssiger Strom der Wärmepumpe zum Laden (Heizen) eines Wärmespeichers angeboten wird. Die letztendliche Entscheidung dazu liegt gemäß der SGready-Spezifikation aber immer bei der Wärmepumpensteuerung (es wird nur der Modus zum „bevorzugten“ Laden, nicht aber der „Zwangladen“-Modus verwendet). In der Sommer-Betriebsart wird dafür kein selbst erzeugter Strom eingesetzt.
Die „Auto“-Voreinstellung sorgt für eine Umschaltung zwischen den Modi zu Beginn der jeweiligen Jahreszeit.

Housekeeping

Sorgen Sie für ein dauerhaft funktionierendes System vor, hier einige Tipps.
Wie jede Vorsorge ist das lästig, aber im Bedarfsfall werden Sie heilfroh darüber sein, es gemacht zu haben:

Starten Sie sudo smart-house-config und

  • benutzen Sie den Menüpunkt 05, um die Konfiguration für einen anderen Wechselrichter zu aktivieren.
  • machen Sie ein Backup der Konfiguration mit Menüpunkt 50 und kopieren Sie sich die daraufhin erzeugte Datei /var/lib/openhab/backups/latest.zip zur Sicherheit auch auf einen anderen Rechner. Nutzen Sie dazu z.B. das Tool `WinSCP`.
  • Schliessen Sie einen SD-Kartenschreiber per USB an und erstellen Sie eine Kopie der SD-Karte Ihres Systems:
    wählen Sie den Menüpunkt 53, wenn Sie den Kartenleser permanent angeschlossen lassen können, ansonsten benutzen Sie einmalig den Menüpunkt 54.
    Der Kopiervorgang dauert ca. 20 Minuten, danach können Sie den Kartenleser abziehen.
    Setzen Sie die kopierte Karte bei Bedarf in den Raspberry ein, beispielsweise wenn die ursprüngliche Karte kaputtgegangen sein sollte.
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