EMS - Energiemanagement-System

Wie der Titel schon andeutet, steuert ein EMS den Energiefluss zuhause. Das macht insbesondere in Verbindung mit einer Solaranlage, einer Batterie, einem E-Auto und anderen grösseren Verbrauchern wie Wärmepumpe, Warmwassererhitzung (im Rahmen von Eigenverbrauchsoptimierung) Sinn. Dass dieses Them komplex (um nicht kompliziert zu nennen) ist, habe ich mir im Vorfeld schon gedacht, aber die wahre Pracht der notwendigen Überlegungen kommen einem erst bei der Implemnentierung.

Da meine Solaranlage aus verschiedenen Komponenten (Fronius, Modual, Victron) besteht und da die unten verlinkte Warmwassererzeugung ohnehin via dem Victron Cerbo GX bzw. dem darauf laufenden NodeRed-System gesteuert wird, war es am "Einfachsten", dieses System gleich als zentrale Steuerung zu verwenden. Selbstverständlich muss meine Hausautomation ebenfalls miteinbezogen werden. Einerseits um die Steuerungsparameter zu verändern oder einfach als Darstellung (obwohl NodeRed auch sog. Dashboards kennt). Aber seht doch einmal selbst, wie das in NodeRed aussehen kann. Dies anhand meiner bereits implementierten Warmwassererzeugung bei Verwendung von Fronius Ohmpilot und Victron NodeRed auf dem Cerbo GX.

Zum allgemeinen Verständnis zuerst eine Übersicht, der relevanten grösseren Stromverbraucher in meinem Haus:

DAS SYSTEM

Die Umsetzung meines EMS habe ich nach dem Prinzip "JÜRG by WENGER" durchgeführt. Jürg by Wenger, was soll das sein ? Nun, ein bisschen Spass muss sein... Es steht für "Jürg Überwacht Ressourcen Genau" und steht für den Namen des Systems basierend auf der Software-Architektur "Watt-Engine for Native Grid-Efficiency-Rules", welches die Regelungslogik dahinter meint.
Ja, ein echter Nerd halt :-)

So lustig der Name auch ist, der Name ist Programm! Und dahinter steckt echte Arbeit und, meiner bescheidenen Meinung nach, auch eine gewisse Genialität :-) Und wenn es keine Genialität ist, dann eben Spezialität und wem das zuwenig speziell ist, nennt es halt Eigenheit. Mir egal, es funktioniert und das ist die Hauptsache. JÜRG kümmerst sich darum, dass alle (relevanten) Ressourcen erfasst werden und WENGER bekannt sind, welcher dann die Regelung (Verteilung, Prisorisierung, Entscheidung) vornimmt. Denn anstelle als Basis die eingespeiste Energie zu nehmen, basiert meine Regelung auf der erzeugten Solarleistung. Quasi als Quelle des Ursprungs und damit Grundlage der Berechnung. Bleibt nach Abzug aller Verbraucher nichts mehr übrig, na dann wird eben nix eingespeist. Das ist ja auch der klassische Sinn eines EMS. Welcher Verbraucher aber wie viel von der zur Verfügung stehenden Energie verwendet, DAS entscheidet eben "Jürg by Wenger. Was übrg bleibt kriegt die BKW als mein Netzanbieter und Energieversorger (in Personalunion) und ich dafür die mickrige Einspeisevergütung plus die Herkunftsnachweise (was Stand September 2026 gerade mal 9.5 Rp/kWh entspricht). Immerhin ! Wobei es war auch schon mal wesentlich höher ...

Um an alle (relevanten) Daten zu kommen, müssen diese auch erfasst werden. Dazu zählen sicher einmal alle Wechselrichter, die Leistung der Batterie, der Heizung, des Ohmpiloten (Warmwasser), der Ladestation (also genau genommen die des Elektro-Autos), der Ladestand des zuletzt erwähnten sowie der Hausverbrauch selber. Dann nch etwas Reserve um Regelungsschwankungen ausgleichen zu können. Die Daten werden über die zur Verfügung stehenden Schnittstellen ausgelesen bzw. gesendet oder halt gemessen. Der Fronius-Wechselrichter und der Ohmpilot haben eine API, die Ladestation, der Ohmpilot und indirekt die Heizung verwenden MQTT (zur Übermittlung der Werte) bzw. verwenden dann Modbus-TCP zur Ansteuerung. Die Victron-Geräte sowie die Modual-Batterie sind bereits via deren VE- bzw. CAN-Bus Schnittstelle mit dem Herzstück der Steuerung, dem Victron Cerbo GX, verbunden.

ANFORDERUNGEN

Am Anfang jeglichen (strukturierten) Projektes steht die Definition der Anforderungen. In der Realität kommt der "Appetit dann aber mit dem Essen", was im übertragenen Sinne soviel bedeutet wie, dass man während der Entwicklung immer mehr Ideen hat und damit die Anforderungen... ähm Komplixitäten ... ähm der Aufwand stetig exponential wächst. Aber warum soll es bei meinen privaten Projekten anders sein als im beruflichen Alltag. Der Unterschied ist einfach, dass ich kein Zitronenfalter bin...
Zitronenfalter ?? Das ist ein Insider-Witz:
Wenn du glaubst, dass ein Projektleiter Projekte leitet, dann glaubst du wohl auch, dass ein Zitronenfalter (ein Schmetterling) Zitronen faltet. Und damit heissen Projektleiter für mich eben Zitronenfalter :-)

Soweit ich mich noch erinnnere (Dokumentation folgt wie üblich NACH der Prohrammierung) hatte ich folgende Anforderungen an JÜRG by WENGER:

• Die Basis der Berechnung ist die erzeugte Solarleistung
  
  
• Die Leistungen dürfen zu keiner Zeit eine Sicherung überlasten (zu viel einspeisen oder zuviel beziehen)
  
  
• Die Steuerung der Batterie (Laden/Entladen) fasse ich (noch nicht so wenig wie möglich) an. Das überlasse ich der Logik des Cerbo GX.
  
  
• Die Wärmepumpe wird zum Anlaufen eingeladen (pseudo SG-ready), sobald mit der Solaranlage eine Leistung erzeugt wird, welche den Betrieb ausschliesslich mit Solarstrom ermöglicht. In die Steuerungslogik der Wärmepumpe wird ansonsten (noch) nicht eingegriffen.
  
  
• Lieber etwas mehr Leistung ins Netz einspeisen, als vom Netz beziehen
  
  
• Jeder (sinnvolle) Steuerungs-Parameter ist konfigurier- und damit im laufenden Betrieb veränderbar
  
  
• Die Steuerung läuft so nah an den zu steuernden Geräten wie möglich. Damit gemeint ist der Cerbo GX, weil dort alle Parameter ohnehin schon zusammenlaufen.
  
  
• Meine Hausautomation dient primär der Anzeige der (relevanten) Daten, kann aber auch Parameter verändern
  
  
• Das Laden der Batterie als auch die Erzeugung von Warmwasser muss GLEICHZEITIG möglich sein.
  Hier unterscheidet sich JÜRG by WENGER von den im Handel erhältlichen EMS, welche ausschliesslich mit Prioritäten arbeiten. Schliesslich will ich immer genügend Strom in der Batterie haben (Notstrom-Fähigkeit) als auch - ja, ich gebe es zu - als Warmduscher nicht unter der Dusche zu erfrieren
  Interessanter Link übrigens zum Thema Warmduscher. Das gibt es auch als Produkt. Hätte ich das doch bloss vor dem Umbau gewusst...
  
  
• Solange die Batterie aber unterhalb des einstellbaren SOC (Ladestand der Batterie) ist, kann die maximale Leistung der Warmwassererzeug begrenzt werden (Ladepriorität Batterie). Oberhalb dieses SOC wird die Leistung für Warmwasser dann fifty-fifty aufgeteilt. Über ein "Prioritäts-Regler" kann definiert werden, ab welchem SOC die Leistung für Warmwasser dann wieder der Regelung vom Cerbo GX überlassen wird.
  
  
• Das Auto wird primär mit Solarstrom geladen, also nicht mit Strom aus der Batterie ausser die Batterie ist nahezu voll UND es steht zu wenig Sonne zur Verfügung. Damit ich auch im Winter mein E-Flitzer aufladen kann, darf bei ungenügender Sonne auch mal Strom vom Netz bezogen werden. Daher gibt es unterschiedliche Lademodi in JÜRG by WENGER
  
  
• Ist das Warmwasser zu kalt und das Auto wird aufgeladen, geht auch das GLEICHZEITIG solange das Warmwasser unterhalb einer einstellbaren Temperatur ist. Ist das Warmwasser über der eingestellten Temperatur hat das Auto Priorität und die Warmwassererzeugung ist pausiert.
  
  
• Im Falle eines Stromausfalles (Notstrombetrieb) wird das Erzeugen von Warmwasser, das Heizen mit der Wärmepumpe und das Laden des Autos unverzüglich eingestellt. Natürlich kann das übersteuert werden um bsp. bei einem länger dauernden Stromausfall mit dem verfügbaren Solarstrom sowohl zu heizen, Warmwasser zu erzeugen oder das Auto zu laden (in dieser Reihenfolge)
  
  

FORTSETZUNG FOLGT

• Meine Anforderungen
• Herausforderungen
• Die Sache mit dem Batteriehersteller
• Wie sieht es aus ?
• Fazit