effizient : Energiemanagement

Das Energiemanagement-System von storm.house Logostorm.house verwertet den von einer PV-Anlage erzeugten überschüssigen Strom bestmöglich, indem es elektrische Lasten – soweit möglich – zeitlich so verschiebt, daß diese mit selbsterzeugtem Strom betrieben werden, anstatt die Energie zu anderer Zeit teuer aus dem Netz zu beziehen. Die Unterschied beträgt bei neuen PV-Anlagen um die 20 Cent, die Sie damit an jeder Kilowattstunde sparen können.
Dazu werden frei zugängliche Internet-Services wie die Wettervorhersage und eine stundengenaue Solarertragsprognose für den Tag genutzt und verwertet.

Das System ist als Software-Modul in meinen Smart Houses, aber auch einzeln als Appliance erhältlich, also als einzige Anwendung inklusive einem Kleincomputer, auf dem sie läuft.

Optimierung Ihres Verbrauchs

Insoweit 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. Die Reihenfolge ist feststehend.
(*) erfolgt ggfs. durch Sie als Kunden oder durch Ihren Installateur

  • E-Auto wird mit Überschuss geladen
    Andere vom EMS gesteuerte Verbraucher werden während einer E-Auto-Ladung ggfs. trotzdem gestartet, das reduziert währenddessen dann den 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 Gruppe beliebiger generischer Verbraucher eingeschaltet
    In diese Gruppe kann man schaltbare Heizstäbe und Heizstrahler oder Pumpen mit simpler AN/AUS Steuerung aufnehmen.

Benutzeroberfläche

Grundsätzlich ist das Energiemanagement-System so angelegt, daß es möglichst automatisch und ohne Benutzereingaben funktioniert. Es gibt eine Weboberfläche im responsive-Design (d.h. sie paßt sich auf das verwendete Endgerät an, gleich ob es ein PC, Tablet oder Smartphone ist). Auf Wunsch läßt sich auch ein sicherer Zugriff aus dem Internet einrichten.
Ein customizierbares Dashboard zeigt die wichtigsten aktuellen Betriebsdaten an:

Energiemanagement Dashboard

Alle wichtigen Messwerte werden gespeichert und können als interaktive Charts abgerufen werden:

Automatik oder Smartphone für Rückfragen

Spül- und Waschmaschinen können Sie vollautomatisch starten lassen oder den halbautomatischen Modus nutzen, bei dem Ihnen das EMS mit Hilfe des Telegram Messengers eine Rückfrage auf ihr Handy stellt. Darüber erhalten Sie natürlich auch eine Benachrichtigung, wenn die Wäsche fertig gewaschen ist.

Elektro-Auto

Grundsätzlich ist auch vorgesehen, das Laden eines E-Autos zu steuern, die folgenden Ladestrategien stehen zur Verfügung.

  1. Begrenzung der Ladeleistung auf den aktuellen Überschuß (*)
  2. Begrenzung der Ladeleistung auf einen fixen Wert bzw. keine Begrenzung
  3. Laden einer fixen Energiemenge für eine bestimmte Anzahl Kilometer

Das erfordert allerdings, daß das EMS mit Ihrer Wallbox bzw. Ihrem E-Auto kommuniziert – ein standardisiertes solches Kommunikations-Interface existiert bisher allerdings nicht.
Je nach Modell kann eine Integration im Einzelfall aber recht einfach möglich sein.
Es gibt Installationen mit openWB, Keba und e-go Wallboxen, Teslas und sogar erste mit VW-Modellen.
Fragen Sie einfach nach!

Ohne die Möglichkeit zur Steuerung wird zumindest das Laden erkannt und in den Planungen berücksichtigt.

Dort wo das Energiemanagement-System das Laden eines E-Autos auf den durchschnittlich verfügbaren Überschuß beschränken kann (1), wird das E-Auto bis Sonnenuntergang mit der maximal zur Verfügung stehenden Menge selbsterzeugtem Strom betankt, d.h. es wird soviel wie möglich geladen ohne dass Strom aus dem Netz bezogen wird. Nach Sonnenuntergang fällt diese Begrenzung, ab dann wird mit Nennleistung geladen.
Individuelle Ladesteuerungen sind grundsätzlich analog zum Wechselrichter mit vielen Wallboxen und E-Autos möglich, aber die Schnittstellen sind im Gegensatz zum Modbus bei Wechselrichtern nicht standardisiert.
Für konkrete Modelle mit einer solchen Schnittstelle können wir gemeinsam einen Test durchführen. Haben wir dabei keinen Erfolg(*), dann wird der dafür entstandene Aufwand nicht berechnet.

(*) mindestens die Ladeleistung ist auslesbar

Wärmepumpen

Bei Brauchwasser- und Heizwasser-Wärmepumpen wird eine Steuerbarkeit über einen „SmartGrid ready“-Eingang unterstellt. Dazu muß ein vom Energiemanagement-System per Funk angesteuerter Aktor als Signalgeber an die Pumpen-Eingangskontakte angeschlossen werden, über den der Wärmepumpe das Signal zum bevorzugten Laden (SGr Modus 2) gegeben wird.
Theoretisch wird auch der Modus 3 („Zwangweises Laden“) eingesetzt, wenn der Ladestand des Heisswasservorrats unter 100% liegt. Normalerweise ist dieser Ladestand aber nicht bekannt – das erfordert, daß die Wärmepumpe über ein erweitertes Interface verfügt und Temperaturen bzw. Ladestände darüber ausgelesen werden können.

Ein solches erweitertes Interface gibt es aber nur in einigen Fällen wie z.B. bei Modellen von Nibe oder individuellen Erweiterungen von Drittanbietern. Solche Wärmepumpen können auch weitergehender angesteuert werden, z.B. modulierbare Pumpen, die die Leistungsaufnahme rückmelden oder dadurch in ihrer Heizleistung variabel steuerbar sind. Die Anpassung des EMS auf solche Pumpeninterfaces jenseits SGready ist oft möglich, da es unter der minimalistischen Oberfläche sehr flexibel ist. Die Aufwände für eine solche Anpassung unterscheiden sich allerdings deutlich und lassen sich auch nur abschätzen, wenn entsprechende Informationen zum Interface vorliegen.

Spül- und Waschmaschine

Beide werden über einen strommessenden Zwischenstecker angeschlossen. Wird eine dieser Maschinen gestartet, dann wird das vom Energiemanagement-System durch den Stromverbrauchsverlauf erkannt. Ggfs. unterbricht das EMS einen Waschgang dann gleich zu Beginn wieder, indem es den Strom abschaltet. Es gibt diesen wieder frei, entweder wenn genug Überschuß-Strom für den Rest des Tages prognostiziert wird, oder wenn ansonsten das eingestellte Zeitlimit überschritten würde.
Die Automatik kümmert sich darum,
Es gibt einen halbautomatischen Modus, bei dem durch den Telegram-Messenger rückgefragt wird, welches Waschprogramm anliegt.

Grundsätzlich habe ich das Energiemanagement-System für den Anwender möglichst simpel und praktisch auszulegen versucht: es gibt nur wenige Einstell- und Auswahlmöglichkeiten (z.B. sich an der typischen Benutzung orientierende spätestmögliche Fertigstellungszeitpunkte) und im Normalfall braucht man nichts aktiv zu bedienen.
Dennoch haben Sie weitgehende Möglichkeiten, das System auf ihre Gegebenheiten anzupassen.
Verbräuche werden automatisch erlernt, sind aber ebenso wie die Schwellwerte, auf denen die Erkennung basiert, einstellbar.

Weitere Verbraucher

Grundsätzlich läßt sich hier jeder Verbraucher, der AN-AUS geschaltet werden kann, mit Hilfe eines Zwischensteckers wie bei der Waschmaschine ansteuern. Es können beliebig viele solcher Verbraucher hinterlegt werden, die ab einem gemeinsamen konfigurierbaren Schwellwert parallel aktiviert werden.
Von Haus aus smarte Geräte (es gibt inzwischen immer mehr, die z.B. WLAN und ein Webinterface haben) lassen sich mit in der Regel geringem Aufwand integrieren.

der Einspeisebegrenzung entgehen

Intelligentes Energiemanagent kann verhindern, daß die Einspeisung ihres überschüssigen, umweltfreundlich erzeugten Stroms bei 70% gekappt werden muß, wie es bei fast allen kleineren Anlagen gesetzlich erzwungen wird. Besitzen Sie eine Batterie und läßt diese sich via Modbus-Ansteuerung zur Ladung sperren, dann errechnet das storm.house Logostorm.house EMS unter Berücksichtigung der aktuellen Wetterbedingungen die voraussichtlich zu kappende Energiemenge und sperrt die Ladung in die Batterie gleich zu Tagesbeginn, so daß sämtlicher Strom, der ansonsten später „gekappt“ würde, quasi vorab eingespeist und natürlich vergütet wird. Erst wenn das geschafft ist, wird die Batterie wieder zum Laden freigegeben.

PV-Besitzer selbst können aber auch ohne Batterie „sinnvolle“ Verbräuche wie ein bevorzugtes Laden der Wärmepumpe zu einem bestimmten Zeitpunkt durch einfache, in grafischer Form einzugebende Regeln forcieren.
Da die Batteriesteuerung leider keine standardisierte Funktion ist, funktioniert sie bei jedem Wechselrichter ggfs. etwas anders. Wenn Sie als Endkunde einen noch nicht unterstützten Wechselrichter besitzen, einen Test mit Ihrem Gerät ermöglichen und eine Implementierung der Funktion möglich ist, dann bekommen Sie diese kostenfrei nachgeliefert.

Smarthome in a box

Jedes Energiemanagement-System ist letztlich ein Spagat zwischen möglichst komfortabler Benutzbarkeit und einheitlicher Bedienung Funktionalität einerseits und der individualisierten Steuerungsmöglichkeit maximal vieler Geräte andererseits.
Jenseits der o.g. Möglichkeiten stehen Ihnen immer auch die gesamten Fähigkeiten des zugrundeliegenden und im Vergleich mit anderen Smarthome-Steuersystems herausragend flexiblen openHAB 3 zur Verfügung. Vom zeit- und anlassbasierten Schalten bis hin zur vollständigen Programmierung in verschiedenen Sprachen können Sie damit im Prinzip alle Funktionen so ausgestalten und bis ins so steuern wie Sie wünschen.
Das storm.house Logostorm.house EMS steht Ihnen im Source Code zur Verfügung (!), so daß Sie die erprobte Steuerung nutzen, aber auch relativ einfach um eigene Funktionen erweitern können.

Selbstverständlich individualisiert storm.house Logostorm.house das alles auf Ihren Wunsch. Das ist schliesslich unser Kerngeschäft.

Aber bereits als Endkunde können Sie z.B. die im Dashboard anzuzeigenden Werte selbst auswählen und auch die Darstellungsform der Oberfläche selbst gestalten oder beispielsweise eine Regel anlegen, die einen Verbraucher zu einer bestimmten Uhrzeit startet oder nach einer bestimmten Dauer abschaltet.

Als Kunde können Sie so auch mit einem standalone EMS starten und es selbst nach und nach zu einem vollwertigen Smarthome ausbauen oder diesen Ausbau natürlich auch als storm.house Dienstleistung beziehen.

(*) wenn Wallbox oder E-Auto eine entsprechende Funktion bieten und diese zugänglich ist

Voraussetzungen

storm.house Server

Die Installation der Appliance-Version des Energiemanagement-Systems erfolgt vollautomatisch, siehe Link zu Installationsanleitung und Software-Image.
Der Server kann irgendwo im Haus angeschlossen werden – bevorzugt per LAN, es funktioniert auch nur mit WLAN,
aber bitte bloss nicht in den Schaltschrank einbauen … Funk verträgt sich damit nicht (und dabei es geht nicht nur um das WLAN).

Wechselrichter mit Ethernet und Modbus/TCP

Ein per Ethernet angeschlossener Inverter mit einem über TCP auslesbaren Modbus ist Voraussetzung.
Softwareseitig sollte das EMS die meisten Wechselrichter auslesen können, insbesondere wenn diese das Sunspec Protokoll unterstützen. Sunspec ist eine Modbus-Variante, bei der die Hersteller standardisierte Registernummern benutzen.
Die LAN- bzw. Internet-Connectivity müssen Sie als Kunde zur Verfügung stellen. Ist am Inverterstandort kein LAN-Anschluß möglich, dann kann man einen WLAN-Repeater mit Ethernet-Port zwischenschalten, halten Sie dazu mit uns Rücksprache. Geräte mit einem zusätzlichen WLAN-Anschluß wie beispielsweise die Wechselrichter von Sungrow sind übrigens keine Ausnahme, denn der Modbus läßt sich nur über Ethernet auslesen.

Als Teil jeder Installation ist – gegenwärtig – eine gerätespezifische Anpassung der Konfiguration des EMS auf den jeweiligen Inverter nötig. Bei bekannten Geräten dauert das im Normalfall nur einige Minuten und wird durch
storm.house Logostorm.house durchgeführt.

Z.Zt. ist das EMS mit Wechselrichtern von Kostal und Sungrow im Einsatz. Bei Geräten anderer Hersteller ist eine ggfs. aufwändigere Anpassung der Software nötig. storm.house Logostorm.house übernimmt diese für Sie kostenfrei über den VPN-Zugang. Unter Umständen kann dies einige Tage in Anspruch nehmen und Ihre Mitarbeit erfordern. Sollten wir dabei gemeinsam keinen Erfolg haben, haben Sie selbstverständlich ein Rücktrittsrecht.

Smart Meter

Ein 3-phasiges, abfragbares Smart Meter am Hausanschluss ist ebenfalls Voraussetzung.
Der Standard-Zähler des EVU läßt sich nicht abfragen, das gilt auch für eine mit einem SIM-Modul ausgestatteten sog. „Moderne Messeinrichtung“. Ein eigenes Gerät wird sinnvollerweise bei der Inverter-Installation mit eingebaut, normalerweise per RS485 (einem Vierdraht-Kabel) mit dem Wechselrichter verbunden, über den dann auch die Abfrage erfolgt.
Es ist auch möglich, wenn man stattdessen, auch nachträglich, ein standalone Smart Meter verbaut oder einen 3-phasig messenden Sensor hat (mit Zangen- oder Klemmen-Abgriff), der vom EMS ausgelesen werden kann.
Man kann das EMS auch ohne Smart Meter betreiben und statische Werte für die Grundlast unterstellen. Eine Funktionsgarantie gibt es in dem Fall nicht und das Energiemanagement funktioniert entsprechend ungenauer, tatsächlich muss funktioniert es aber in vielen Fällen noch hinreichend gut.

Batterie

Eine Batterie ist keine generelle Voraussetzung, erhöht Funktionsumfang und Wirkungsgrad der Steuerung aber deutlich. Z.B. wird ein Waschgang gestartet, wenn die erwartete Strommenge für den Rest des Tages ausreicht.
Mit Batterie funktioniert das gut, ohne Batterie kann man Pech haben daß während des Laufs der PV-Strom versiegt und so doch Netzstrom benötigt wird bzw. man startet sicherheitshalber erst, wenn ein stabiler (in der Höhe konfigurierbarer) Mindest-Überschuß zur Verfügung steht, was natürlich je nach Wetterlage länger dauern kann.

Schaltaktoren

Spül- und Waschmaschine müssen mit einem schaltbaren, energiemengenmessenden Aktor ausgestattet sein. Das System ist mit einer Vielzahl Geräte kompatibel, darunter auch besonders günstige Wi-Fi basierte Aktoren.
Wärmepumpen müssen einen SGready Eingang haben und an diesen wird ein Doppel-Schaltaktor potentialfrei als Signalgeber angeschlossen.

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