Intelligentes Energiemanagement zuhause: Wie Alexander PV, Speicher und E-Autos vernetzt

Was passiert, wenn PV-Anlage, Batteriespeicher, Wärmepumpe, zwei E-Autos und zwei Wallboxen nicht einfach nebeneinander arbeiten, sondern miteinander kommunizieren?

Bei Alexander ist genau das der Fall. Er hat sein Zuhause zu einem intelligent gesteuerten Energiesystem ausgebaut. Über Loxone und Home Assistant werden unterschiedliche Komponenten miteinander vernetzt und abhängig von der verfügbaren Energie gesteuert.

Das Ziel: möglichst viel des eigenen PV-Stroms selbst nutzen, Energie sinnvoll auf die verschiedenen Verbraucher verteilen und gleichzeitig den Netzbezug im Blick behalten.

Wir haben Alexander zuhause besucht und mit ihm darüber gesprochen, wie sein Energiemanagement funktioniert, warum er das E-Auto als „flüchtigen Speicher” betrachtet und was er anderen empfiehlt, die ihr eigenes Zuhause intelligenter steuern möchten.

Bevor wir tiefer einsteigen, schauen wir uns an, welche Komponenten in Alexanders Zuhause zusammenspielen:

• PV-Anlage mit 22,8 kWp

• Batteriespeicher mit 22 kWh

• zwei Elektroautos

• einen go-e Charger Gemini flex 22 kW

• einen go-e Charger Gemini flex 2.0 22 kW

• Wechselrichter

• Wärmepumpe und Warmwasserbereitung

• Loxone

• Home Assistant

• weitere steuerbare Verbraucher wie zum Beispiel Akkus für E-Bikes

Damit geht sein Setup deutlich über einfaches PV-Überschussladen hinaus. Unterschiedliche Komponenten liefern Daten an das System und können abhängig von der verfügbaren Energie gesteuert werden.

Die Wallboxen lassen sich beispielsweise in ihrer Ladeleistung regulieren. So kann das Energiemanagement entscheiden, wann und mit welcher Leistung die E-Autos geladen werden.

go-e: „Alexander, was ist dir beim Laden deiner E-Autos zuhause besonders wichtig?”

Alexander: „Ich möchte möglichst viel vom Dach nutzen und meinen PV-Strom effizient verarbeiten. Wichtig ist mir deshalb, dass ich die Ladeleistung regeln kann und eine Phasenumschaltung möglich ist. Dadurch kann ich mit der Ladeleistung weit heruntergehen.

Gerade im Herbst und Winter wird das wichtig. Im Sommer ist meistens genügend Energie vorhanden. Bei geringeren PV-Überschüssen kann ich meine Anlage dadurch aber effizienter nutzen.”

Genau hier zeigt sich ein Vorteil eines intelligenten Ladesystems.

Produziert die PV-Anlage nur einen kleinen Überschuss, soll das E-Auto nach Möglichkeit trotzdem mit der verfügbaren Solarenergie geladen werden. Dafür muss die Ladeleistung entsprechend angepasst werden können.

Bei Alexanders Setup übernimmt diese Aufgabe das Energiemanagement. Ist nur wenig überschüssige Energie vorhanden, kann das System entsprechend reagieren und die verfügbare Energie gezielter nutzen.

go-e: „Viele nutzen für das PV-Überschussladen beispielsweise eine Wallbox in Kombination mit dem go-e Controller. Du bist mit deinem Setup noch einige Schritte weiter gegangen. Wie funktioniert deine Steuerung?”

Alexander: „Ich habe mehrere Wechselrichter und die Wallboxen sind ebenfalls im Netzwerk. Alle Komponenten kommunizieren mit dem Miniserver. Sie liefern Daten und gleichzeitig werden Befehle an die Wallboxen gesendet. Dadurch kann deren Leistung hoch- oder heruntergeregelt werden – je nachdem, wie ich es gerade brauche.”

go-e: „Dein Ziel ist also nicht nur, die E-Autos intelligent zu laden, sondern dein gesamtes Haus effizienter zu gestalten?”

Alexander: „Genau das ist die Motivation.”

Ein intelligentes Energiemanagement muss nicht bei der Wallbox aufhören. Bei Alexander werden auch andere Verbraucher einbezogen. Dazu gehören beispielsweise Heizung, Warmwasserbereitung oder Akkus für E-Bikes.

Besonders interessant ist die Wärmepumpe.

Ist genügend Energie vorhanden, kann Alexander den Sollwert der Heizung anheben und zusätzliche Energie in Form von Wärme im Gebäude speichern. Der Estrich übernimmt dabei gewissermaßen die Rolle eines thermischen Speichers.

Dadurch stellt sich eine ganz andere Frage als beim klassischen PV-Überschussladen: Wo bringt mir die gerade verfügbare Energie im Haushalt den größten Nutzen?

Und genau hier kommt die Priorisierung der einzelnen Verbraucher ins Spiel.

Alexander verfügt neben seiner 22,8-kWp-PV-Anlage über einen Batteriespeicher mit 22 kWh Kapazität. Doch wenn die Sonne scheint und Energie zur Verfügung steht, muss das System entscheiden: Wohin damit?

go-e: „Wie priorisierst du Batteriespeicher, Warmwasser, E-Autos und die anderen Verbraucher?”

Alexander: „Der Energiemanager hält im Batteriespeicher zunächst einen Mindest-SoC für den Notstrom vor. Im Sommer sind das zum Beispiel 30 Prozent. Im Winter möchte ich mit beispielsweise 50 Prozent mehr Reserve haben.

Danach kommt die Warmwasserbereitung. Die Brauchwasser-Wärmepumpe hat eine Leistung von 600 Watt und braucht entsprechend Laufzeit.

Im Anschluss kommen die E-Autos. Das E-Auto ist für mich ein flüchtiger Speicher. Irgendwann ist es unterwegs und dann habe ich nichts mehr davon. Deshalb möchte ich die Energie möglichst ins Auto laden, solange es angesteckt ist.

Danach folgen beispielsweise die Sollwertanhebung für die Heizung und weitere Verbraucher.“

Dieser Gedanke ist entscheidend für Alexanders Energiestrategie.

Ein stationärer Batteriespeicher bleibt normalerweise im Haus. Das E-Auto dagegen kann jederzeit gebraucht werden und wegfahren. Steht das Fahrzeug gerade zuhause, ist angeschlossen und es gibt überschüssigen PV-Strom, möchte Alexander diese Gelegenheit deshalb nutzen.

Das bedeutet allerdings nicht, dass das E-Auto immer die höchste Priorität erhält. Vielmehr betrachtet das Energiemanagement das Gesamtsystem und berücksichtigt unterschiedliche Anforderungen.

Vereinfacht dargestellt sieht Alexanders Priorisierung so aus:

1. Mindestreserve im Batteriespeicher

2. Warmwasser

3. E-Autos

4. Heizung und weitere Verbraucher

Dadurch wird die Wallbox zu einem Bestandteil des Energiemanagements des gesamten Hauses.

Ein weiterer wichtiger Bestandteil von Alexanders Setup ist die Unterscheidung zwischen Energie- und Lastmanagement.

go-e: „Wie nutzt du deinen PV-Strom für das gesamte Haus und für das Laden der E-Autos?”

Alexander: „Es gibt bei mir zwei große Bereiche. Einer davon ist der Energiemanager. Dort sind beispielsweise die Leistungen der einzelnen Geräte und zeitliche Anforderungen hinterlegt. Bei der Warmwasserbereitung ist etwa relevant, wann das Warmwasser bereitstehen muss. Auch die Leistungen der Wallboxen sind berücksichtigt. Nach einer bestimmten Reihung kann der Energiemanager Verbraucher abhängig von der verfügbaren Überschussenergie ein- oder ausschalten. Der zweite Bereich ist der Lastmanager. Er regelt beziehungsweise beschränkt die Bezugsleistung aus dem Netz.”

Vereinfacht gesagt verfolgt Alexander damit zwei Ziele:

• Der Energiemanager kümmert sich darum, die vorhandene Energie sinnvoll auf die unterschiedlichen Verbraucher zu verteilen.

• Der Lastmanager behält dagegen im Blick, wie viel Leistung das gesamte Haus aus dem Stromnetz bezieht, und begrenzt diesen Bezug. Das ist gerade dann relevant, wenn mehrere große Verbraucher gleichzeitig aktiv sind.

Zwei E-Autos, Wärmepumpe, Warmwasserbereitung und andere Haushaltsgeräte können zusammen eine hohe Leistung benötigen. Statt jeden Verbraucher isoliert zu betrachten, kann ein intelligentes System die Gesamtlast des Hauses berücksichtigen.

Für intelligentes Laden ist nicht nur interessant, wie viel Energie die PV-Anlage gerade produziert. Auch eine andere Information kann relevant sein: Wie voll ist eigentlich die Batterie des E-Autos?

Der State of Charge, kurz SoC, spielt deshalb auch in Alexanders System eine Rolle.

go-e: „Du kannst den State of Charge (kurz: SoC) deiner E-Autos in deinem System anzeigen. Wie funktioniert das?”

Alexander: „Die Autos sind mit der Cloud verbunden. Ich frage die Cloud ab und kann dadurch den SoC darstellen. Die Abfrage läuft über Home Assistant. Anschließend transportiere ich die Information über MQTT zu meinem Miniserver. Aktuell habe ich darüber unter anderem den SoC und die Vorbereitung der Klimatisierung umgesetzt.”

Bei einem der Fahrzeuge nutzt Alexander den ausgelesenen SoC zudem, um das Laden bei einem gewünschten Ladestand zu begrenzen. Damit fließen neben den Daten des Hauses auch Informationen aus dem Fahrzeug in das Energiemanagement ein.

Eine 22,8-kWp-PV-Anlage klingt zunächst nach sehr viel Solarstrom. Doch auch eine große Anlage produziert im Winter deutlich weniger Energie als in den sonnenreichen Monaten.

go-e: „Wie viel Energie steht dir im Winter tatsächlich noch zum Laden deiner E-Autos zur Verfügung?”

Alexander: „Ehrlicherweise sehr wenig. Im Dezember und Jänner produziere ich ungefähr 600 kWh pro Monat. Die Energie brauche ich aber selbst für die Heizung und für Warmwasser. Es wird also nicht viel übrig bleiben. Wenn etwas übrig bleibt, versuche ich natürlich, die Energie ins Auto oder in andere Verbraucher zu bekommen.”

Gerade deshalb möchte Alexander auch im Winter mit geringer Leistung laden können und die Energie nutzen, die tatsächlich vorhanden ist. Ist der PV-Überschuss gering, kann sein Energiemanagement entsprechend reagieren.

Noch spannender wird das Energiemanagement, wenn die Sonne nicht mehr scheint.

Angenommen, Alexander kommt abends nach Hause. Der Batteriespeicher ist geladen, aber die PV-Anlage produziert keinen relevanten Überschuss mehr. Sollte das Auto dann einfach sofort geladen werden?

Nicht unbedingt.

Alexander: „Ich schaue mir den SoC im Auto an und versuche, den Ziel-SoC in den Morgenstunden zu erreichen und gleichzeitig das Potenzial für die Eigenversorgung noch zu nutzen.“

Damit orientiert sich der Ladevorgang nicht nur an der Frage, ob das Fahrzeug angeschlossen ist. Relevant ist auch, wann ein bestimmter Ladestand tatsächlich benötigt wird.

Alexander verwendet zwei go-e Charger Gemini Flex mit jeweils 22 kW.

go-e: „Warum hast du dich für 22 kW und speziell für die mobile Variante entschieden?”

Alexander: „Preislich war fast kein Unterschied. Und als Elektriker nimmt man natürlich gerne eine Klasse höher – besser haben und nicht brauchen. Die Flexibilität war mir wichtig, weil ich eine Wallbox auch mit in den Urlaub nehmen wollte, um beispielsweise in Kroatien oder Italien laden zu können. Außerdem habe ich dadurch mehr Möglichkeiten. Sollte eine Wallbox einmal ausfallen, kann ich entsprechend umstecken.”

Für Alexander war außerdem die Schnittstellenvielfalt ein wichtiges Argument für go-e. Gerade bei einem individuell aufgebauten Energiemanagement ist schließlich entscheidend, dass unterschiedliche Systeme miteinander kommunizieren können.

Daneben nennt er die kompakte Bauweise, die einfache Installation und den Support als Gründe für seine Entscheidung.

Eines von Alexanders Elektroautos ist ein Firmenwagen, den er auch privat nutzen kann.

Das Fahrzeug wird zuhause über eine der Wallboxen geladen. Die Wallbox ist über das Internet mit dem Unternehmen verbunden, sodass die entsprechenden Ladevorgänge abgerechnet und die Kosten über die Vereinbarung mit seinem Arbeitgeber rückerstattet werden können.

So erfüllt die Ladeinfrastruktur bei Alexander gleich mehrere Aufgaben: Sie ist Teil seines Energiemanagements und ermöglicht gleichzeitig die Abrechnung des zuhause geladenen Firmenwagens.

Ein Setup mit PV-Anlage, Batteriespeicher, mehreren Wallboxen, Loxone und Home Assistant kann auf den ersten Blick ziemlich komplex wirken. Muss man also von Anfang an ein komplettes Smart Home planen?

Nicht unbedingt.

go-e: „Was würdest du jemandem empfehlen, der ein ähnliches Setup aufbauen möchte?”

Alexander: „Grundsätzlich gibt es zwei Ansätze. Entweder man verwendet ein komplettes System direkt von einem Hersteller oder man beginnt Schritt für Schritt – beispielsweise mit einer Wallbox und einem Miniserver. Was ganz besonders wichtig ist, sind sehr stabile Netzwerkverbindungen. Es steht und fällt alles mit dem Netzwerk. Ist das Netzwerk weg, gibt es auch keine Kommunikation.”

Gerade der schrittweise Ansatz macht intelligentes Energiemanagement interessant: Das System muss nicht von Beginn an so umfangreich sein wie bei Alexander.

Entscheidend ist vielmehr, bei der Auswahl der einzelnen Komponenten darauf zu achten, wie diese miteinander kommunizieren können und ob sich das System später erweitern lässt.

Obwohl bereits zahlreiche Komponenten miteinander kommunizieren, hat Alexander weitere Ideen.

Eine davon klingt zunächst ungewöhnlich: Ein Ultraschallsensor soll erkennen, welches E-Auto gerade an der Ladestation steht.

Über den gemessenen Abstand kann Alexander feststellen, welches Fahrzeug geparkt ist. Diese Information könnte wiederum für weitere Automatisierungen genutzt werden.

Das zeigt ziemlich gut, worum es Alexander bei seinem Smart Home geht: nicht um Automatisierung um ihrer selbst willen, sondern darum, immer mehr Informationen zusammenzubringen und daraus sinnvolle Entscheidungen für das gesamte Energiesystem abzuleiten.