Photovoltaik Energiemanagement

Durch ein Energiemanagement wird versucht die selbst erzeugte Energie auf möglichst effiziente Art und weise zu verwenden. So kann es in einem Haushalt mit Luftwärmepumpe auch effizient sein, die Laufzeit sowie Schaltzyklen der Luftwärmepumpe durch direkte Erzeugung von Warmwasser über eine Heizpatrone zu realisieren.

Der Markt für solche Lösungen ist noch recht überschaubar und die Kosten liegen in einem Bereich in welchem man auch mit einer standardisierten Kundenlösung marktfähig ist.

Kundenlösung

Um die aktuelle Leistung und die Gesamtleistung der PV Anlage zu dokumentieren wurde ein einfacher Stromzähler mit S0 Schnittstelle eingebaut. Für die Erfassung der Rückspeisung respektive den Bezug vom EVU wurde ein Stromzähler mit S0 Ausgang für beide Zählrichtungen verwendet. Für die Regelung der Heizleistung wurde ein Thyristorsteller mit 0-10V Eingang zur Leistungsvorgabe verwendet. Als Temperaturmessung im Wasserspeicher, dient ein PT100 Temperaturfühler, welcher über einen Messwertumformer in einem 0-10V Eingang ausgelesen wird.

Für die Steuerung kam eine Siemens S7-1200 zum Einsatz und zur Darstellung und  Parametrierung der Regelung wurde ein 4" Compact Panel verbaut. Das Panel kann über einen Taster ein und  ausgeschalten werden, da es nicht ständig laufen muss. Der Regelalgorithmus versucht das Verhältnis zwischen Verbrauch und Einspeisung auf eine Zielgröße (Einstellparameter) zu Regeln. Abhängig von der zur Verfügung stehenden Leistung, der aktuellen Stellgröße am Thyristor und der Leistung der Heizpatrone wird der Thyristor weiter ausgelenkt.

Zur Datenerfassung und Darstellung wurde der OPC UA Server an der 1200er CPU aktiviert. Von dort werden die Daten über eine Python Applikation ausgelesen. Die Applikation läuft auf einem Ubuntu Server vor Ort in einem Docker Container. Abhängig von der Änderung des Wertes oder spätestens nach dem Ablauf einer maximalen Zeit ohne Speicherung, werden die Werte in einem InfluxDB 2.1 Bucket gespeichert. Die LOG Messages der Applikation werden ebenso an die InfluxDB weitergeleitet, wodurch ein Monitoring möglich wird.

Für die Darstellung der erfassten Werte, wird Grafana verwendet. Grafana und InfluxDB laufen als Docker Container auf einem zentralen Server. Der Zugriff erfolgt über das Internet hinter einem Reverse Proxy und Verschlüsselung über letsencrypt Zertifikat.

Durch die Implementierung dieser Lösung konnte die Laufzeit der Luftwärmepumpe in den Sommermonaten bis in den Herbst hinein komplett auf null reduziert werden. An sonnigen Tagen kann auch im Winter, trotz der eigentlich geringen PV Leistung von 5KW Peak (Nord/Süd Ausrichtung), die Laufzeit auf die Nachtstunden begrenzt werden.

Durch die Python Applikation können zukünftige weitere Schnittstellen zu einer Wallbox, Waschmaschinen oder Spülmaschinen realisiert werden.