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Solaranlage

Seit dem November 2019 ist auf unserem Dach nun auch eine Solaranlage installiert. Offiziell in Betrieb ist die Anlage aber erst seit dem März 2020. Denn erst seit dann ist die Anlage zertifiziert (wurde festgestellt, dass es eine Solaranlage ist), kontrolliert und die Herkunftsnachweise werden an den Stromlieferanten BKW verkauft.
Aber der Reihe nach:

Schon länger liebäugle ich mit einer eigenen Solaranlage auf dem Dach. Das hat weniger einen "grünen Touch" wie CO2 kompensieren als das Interesse an der Technologie und etwas gegen die steigenden Stromkosten zu unternehmen. Zudem ist die Dachfläche in unserem Fall perfekt gegen Süden ausgerichtet und hatte ansonsten nichts anderes zu tun. Nach einer ersten Besichtigung durch den "Solarmaa" Martin Schär aus Biel war schnell klar, dass das bestehende Eternit-Dach (Jahrgang 1968) ziemlich in die Jahre gekommen ist und ohnehin bald saniert werden muss. Vor der Installation einer Solaranlage musste also erstmals das Dach ersetzt werden.
Auch auf Anraten des Solarmaa's wurde eine Offerte von einer Dachdeckerfirma namens BiennaDach (Verlinkung lasse ich sein, da ich diese Firma definitiv NICHT weiterempfehlen kann) eingeholt. Auch für die Solaranlage wurden drei Firmen für eine Offerte angefragt, wobei ich von der Firma Grenergy (auch aus Biel) selbst nach einer Vorort-Besichtichtigung nie eine Offerte erhielt.
Nachdem das Dach also nach einigem Hin- und Her betreffend der katastrophalen Auftragsabwicklung ersetzt war konnte endlich die Solaranlage durch den Solarmaa montiert werden.

Nebst der eigentlichen Solaranlage wird auch ein SmartMeter und ein sog. Ohmpilot installiert. Alle diese Geräte werden von der österreichischen Firma Fronius hergestellt. Dabei ist die Idee, dass möglichst viel selbst produzierter Strom eigenverbraucht wird. Um das zu ermöglichen bietet Fronius den sog. Ohmpiloten an. Dieses Gerät kann 3phasig stufenlos die Heizstäbe eines Boilers im Bereich von 0 - 9kW ansteuern. Dadurch kann exakt so viel Strom verbraucht werden, dass nichts ins Netz eingespeist wird.

Bei der Auftragsvergabe wurde vereinbart, dass der Solarmaa sämtliche Arbeiten auf dem Dach und allgemein im Gleichstrom-Bereich vornimmt und ich die elektrische Installationen im Haus selber vornehme und die Anlage auch konfiguriere. Also, folgende Komponenten wurden verbaut:

Der Wechselrichter Modell Symo 10.0-3-M mit einer maximalen Ausgangsleistung von 10kW. Die angeschlossene PV-Leistung liegt bei 13.2 kWpeak. Zusätzlich werden Blitzschutzmodule eingebaut. Der Wechselrichter hat einen eingebauten DataLogger, welcher via sehr gut dokumentierter API ausgelesen werden kann. Dieser DataLogger schickt seine Daten zudem eigenständig an das Fronius-Webportal www.solarweb.com bei welchem zusätzliche Auswertungen oder auch Wartungsarbeiten (wie Softwareupdate) angestossen werden können.
Dieser zusätzliche Stromzähler wird nach dem offiziellen Zähler der BKW und dem Haus installiert. Ziel ist, dass der Datalogger des Wechselrichters dadurch den exakten Stromverbrauch des Hauses kennt und dadurch die Leistung für den Ohmpiloten berechnen. Zudem können via DataLogger sehr viele Informationen zum Stromnetz und Stromverbrauch ausgelesen werden. Die Kommunikation mit dem Wechselrichter geschieht über den RS485-Bus.
Wie oben erwähnt wird dieses Gerät dazu verwendet um die überschüssige Energie selber verbrauchen zu können. Die Kommunikation mit dem Wechselrichter geschieht ebenfalls via RS485-Bus. Der Ohmpilot lässt sich via eigenem GUI über Netzwerk konfigurieren.
Eigentlich wollte ich die Sensorcard, also die Variante, bei welcher diese Funktion auf einer Karte direkt im Wechselrichter eingebaut wird. Mit dem Solarmaa habe ich mich dann aber gütlich einigen können und dennoch diese externe Box installiert. Daran angeschlossen werden die verschiedenen Sensoren. Die Box selber wird via RS422-Schnittstelle an den Wechselrichter angeschlossen.
Dieser Sensor ist auf dem Dach neben den Solarmodulen installiert und misst die Sonneneinstrahlung in W/m²
Dierser Sensor ist unterhalb der Solarmodule installiert und misst die Modultemperatur.
Dieser Sensor ist eigentlich nichts weiteres als ein Temperturfühler der Umgebung.




Der Wechselrichters (hier während der Installation) fand in der Garage an einer Aussenwand seinen Platz. Die Verbindung zur Elektroverteilung ist nur wenige Meter. Nebst dem Stromkabel musste natürlich auch ein Netzwerkkabel zur Anbindung an die Hausautomation sowie das Buskabel zum SmartMeter und dem Ohmpilot verlegt werden. Der Wechselrichter kann zudem selbstständig mehrere Ausgänge schalten um Verbraucher via einem Relais lastabhängig schalten zu können. Da ich die Wärmepumpe ansteuern will, wurde eben auch dazu ein entsprechendes Kabel verlegt. Unten links ist die Sensorbox zu sehen.

In der Waschküche befindet sich auch der Speicher unserer Heizung. Dieser beinhaltet 2000l Wasser. Im oberen Drittel ist zudem der 175l (kleine) Boiler eingebaut. Der Speicher ist insgesamt deshalb so gross, weil er als Speicher für die Holzheizung dient. Da dabei schnell hohe Temperaturen entstehen und man die Temperatur bei einer Holzheizung nur begrenzt regeln kann muss die Wärme irgendwie abgeführt werden. Die Holzheizung haben wir aus Redundanzgründen belassen, auch wenn die Wärmepumpe keinen solch grossen Speicher benötigt. Die bestehenden elektrischen Heizkörper von 6kW wurden vom Heizungsmensch durch Heizkörper von je 7.5kW ersetzt. Um zwischen den beiden Heizkörpern umzuschalten habe ich eine kleine Umschaltbox mit entsprechender Steuerung zusammengestellt. Der Ohmpilot schaltet die Heizstäbe um, sobald der Boiler seine Temperatur erreicht hat. So wird mit der Überschussenergie der gesamte Speicher geladen.

Die Schaltung ist grundsätzlich nichts spezielles, es werden drei Phasen mit zwei Hager-Schütz' (was denn sonst ?) umgeschaltet. Zusätzlich ist ein Hilfskontakt für die Hausautomation verbaut, damit auch diese mitbekommt welcher Heizstab gerade aktiv ist.
In der Garage bei der Elektroverteilung wurde auch der SmartMeter installiert. Da ich die Verteilung schon geöffnet hatte, habe ich auch gleich einen vierpoligen Überspannungsableiter der Kategorie I + II und III für das ganze Haus eingebaut. Hier nicht zu sehen, aber der Wechselrichter setzte natürlich auch eine eigene 16A Sicherungsgruppe voraus. Da für dessen Einbau ein Abschalten des Stromes im ganzen Haus notwendig war, kontne ich auch gleich an neuralgischen Sicherungen Hilfskontakte verbauen, damit die Hausautomation das Auslösen der Überstromunterbrecher (=Sicherungen) ebenfalls mitkriegt.
Und so sieht diese Sicherungsüberwachung dann in der Hausautomation aus. Ach ja, das Drehfeld (Phasenüberwachung) überwache ich natürlich ebenfalls gleich mit :-)

Das Auslösen der Überspannungsableiter sowohl im Wechselrichter als auch im Haus ... ihr ahnt es... genau, wird natürlich ebenfalls an die Hausautomation gemeldet (nicht hier zu sehen).

A propos Visualisierung. Wie bereits auf der Seite der Hausautomation geschrieben, ist die Einbindung der Fronius-Geräte dank der sehr gut dokumentierten API überhaupt kein Problem. So lassen sich alle notwendigen Daten im JSON-Format abholen und entsprechend weiterverarbeiten.



Zwangsladung Wärmepumpe

Wie oben erwähnt, ist die Idee, dass möglichst kein Strom ins Netz eingespeist wird. Das wird zwar völlig automatisch via Wechselrichter und Ohmpilot geregelt, trotzdem kann der Mensch hier noch ein Wörtchen mitreden. In den Einstellungen des Wechselrichters lassen sich bis zu vier Ausgänge definieren, welche nach bestimmten Kriterien schaltbar sind. Gut, es wird lediglich ein 12V-Signal ausgegeben, aber das kann man ja nutzen um ein externes externem Relais anzusteuern.

In meinem Fall verwende ich gerade einmal einen Ausgang. Dieser wird verwendet, um den entsprechenden Eingang der Wärmepumpe (pseudo SG-ready, siehe unten) zu schalten und die Wärmepumpe zu starten.
Da ich durch die Leistungsmessung der Wärmepumpe weiss, dass sie ca. 5kW benötigt, erlaube ich dem Wechselrichter die Wärmepumpe zu starten, sobald 5.5kW Leistung erzeugt werden. Sobald die Photovoltaikleistung unter 4kW sinkt wird die Wärempumpe wieder ausgeschaltet, sofern die Mindestlaufzeit von 30 Minuten erreicht wurde.
In der Elektroverteilung habe ich dazu das zweipolige 12V Finder-Relais (zweipolig deshalb, ein Kanal steuert die Wärmepumpe, der zweite Kanal meldet der Hausautomation die sog. Zwangsladung) eingebaut.

Das hier gehört eigentlich zur Hausautomation (müsste ich auch ergänzen): Der Mang-Schrittschalter wird verwendet, um die Wärmepumpe entweder manuell oder via Hausautomation sperren zu können. Hintergrund dazu ist, dass bei Verwendung der Holzheizung die Wärmeleistung nicht sofort zu Verfügung steht. So kann ich die Wärmepumpe bereits sperren, wenn ich weiss, dass die Holzheizung bald für Wärme sorgt. Ich habe dazu sogar einen Automatismus in der Hausautomation erstellt, solange die Umwälzpumpe der Holzheizung Wärmpe in den Speicher befördert, bleibt die Wärmepumpe gesperrt. Sollte die Holzheizung abschalten, gibt die Hausautomation die Wärmepumpe automatisch wieder frei. Um das realisieren zu können, habe ich in die Stromleitung zur Umwälzpumpe der Holzheizung ein Relais eingebaut, welches den Status an die Hausautomation meldet.
Und so sieht das dann in der Visualisierung aus. Wie bei all den automatischen Funktionen die ich baue, existiert eine Abschaltmöglichkeit, damit ein Einwirken der Hausautomation auch gänzlich abgeschaltet werden kann.

Die eigentliche Ansteuerung der Wärmepumpe geschieht wie oben geschrieben über den Psuedo SG-ready-Eingang. Lasst mich dazu etwas ausholen. Neuere Wärmepumpen haben eine sog. SG-ready-Schnittstelle. Das "SG" bedeutet SmartGrid. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um einen zweipoligen Kontakt, mit welchem insgesamt vier Betriebsstufen abgebildet werden können.

  • Betriebszustand 1: Dieser Betriebszustand ist abwärtskompatibel zur häufig zu festen Uhrzeiten geschalteten EW-Sperre und umfasst je nach Stromtarif 2 – 8 Stunden harte Sperrzeit pro Tag. Die Wärmepumpe und sämtliche Elektroeinsätze sind gesperrt.
  • Betriebszustand 2: In diesem Betriebszustand läuft die Wärmepumpe im energieeffizienten Normalbetrieb, entsprechend den geforderten Einstellungen für Heizbetrieb und Warmwasserladung.
  • Betriebszustand 3: In diesem Betriebszustand läuft die Wärmepumpe innerhalb des Reglers in verstärktem Betrieb für Raumheizung und Warmwasserladung. Es handelt sich dabei nicht um einen definitiven Anlaufbefehl, sondern um eine Einschaltempfehlung entsprechend der täglichen Anhebungen.
  • Betriebszustand 4: Hierbei handelt es sich um einen definitiven Anlaufbefehl, insofern dieser im Rahmen der Reglereinstellungen möglich ist. In diesem Betriebszustand wird die Wärmepumpe aktiv eingeschalten damit die Speicher (Heizung und Brauchwarmwasser) auf ein höheres Temperaturniveau geladen werden.

In meinem Fall hat die Aeroheat CTA-Wärmepumpe Baujahr 2013 keinen solchen SG-ready-Eingang. :-( Es ist aber nicht gleich alles verloren. Auf meine Nachfrage bei CTA in Münsigen hat man mir ein Dolkument zugestellt, in welchem ersichtlich ist, dass die Anlage eben den Pseudo SG-ready-Eingang hat. CTA spricht hier allerdings von der "PV - Funktion". Voraussetzung ist ein bestimmter Softwarestand und das Vorhandensein der sog. Comfort-Platine. Da ich zwei getrennte Heizkreisläufe habe, war die Platine glücklicherweise bereits vorhanden.
Die Comfort-Platine hat auch einen Eingang namens "SWT". Die Verdrahtung erfolgt daher zwischen den Klemmen L und SWT. Eigentlich ist "SWT" der Eingang des Schwimmbadthermostates. DAs ist auch auf allen Anschluss-Schemas so gekennzeichnet. Somit schliesst sich die Verwendung der PV-Funktion und das Vorhandensein eines Schwimmbades, welches von der gleichen Wäremepumpe geheizt wird aus. Aber da ich kein Schwimmbad habe, klappt das einwandfrei. Nach einer kleinen Umstellung im Menu der Wärmepumpe ist der "SWT-Eingang" nun ab sofort der Pseudo SG-ready Eingang. Wird dieser Kontakt nun geschlossen, veranlasst dies die Wärmepumpe zu starten, sofern die Betriebsparameter dies erlauben (Betriebszustand 3). Ich nenne dies die "Zwangsladung", daher ist das Finder-Relais in der Verteilung auch so angeschrieben.