Meine Eltern haben eine PV-Anlage ohne Batteriespeicher. Durch Selbstaufbau mit Freunden auf einem Schuppendach war das eine sehr kostengünstige Anlage, die an sonnigen Tagen tagsüber den vom Haus benötigten Strom komplett liefert. Seit Inbetriebnahme wird Wäsche nur gewaschen, wenn auch die Sonne scheint 😉 Insgesamt wird aber im Sommer meistens zu viel Strom produziert und für 8 Cent eingespeist.
Auf der Suche nach einer Möglichkeit den Eigenverbrauch zu erhöhen, fiel ein Batteriespeicher aufgrund der hohen Anschaffungskosten raus. Was tun?
Vor einigen Jahren wurde der Kachelofen mit Wassertasche vom Schornsteinfeger wegen Umweltauflagen still gelegt (sehr schade drum). Dadurch ist aber noch der Warmwasserspeicher im Heizungsraum vorhanden. Diese hatte nach der Stilllegung des Kachelofen keine weitere Wärmequelle als die Ölheizung. Solarthermie ist leider nicht vorhanden und auch für eine Neu-Installation zu aufwändig.
Wir dachten dann über einen Heizstab nach. Der Wasserspeicher hat die Möglichkeit einen Heizstab von oben einzuschrauben. Leider ist es aber sehr schwierig, Heizstäbe mit entsprechend langer heiz-freier Zone zu bekommen, da das Wasser im Wasserspeicher ja nicht randvoll gefüllt ist. Bei anderen Herstellern von Warmwasserspeichern kann man den Heizstab seitlich einschrauben. Und der Heizstab vom Hersteller des Wasserspeichers ist leider raus, da er zu lang ist und wir den Warmwasserspeicher hätten kippen müssen. Es musste also eine andere Lösung her.
Wärmekreislauf im Selbstbau
Ein guter Freund meines Vaters ist Heizungsbauer und hat eine Vorrichtung gebaut, die analog der Wassertasche des alten Kachelofen das Wasser mittels Umwälzpumpe, an einem Heizstab vorbei, in den Warmwasserspeicher pumpt. Die Pumpe war noch vom Kachelofen vorhanden und der Heizstab ist ein günstiger ~ 2KW Heizstab mit 1 1/2 Zoll Gewinde. Dieser steckt nun in einem Eisenrohr/T-Stück mit entsprechendem Gewinde und ist über Kupferleitungen an den Warmwasserspeicher angeschlossen. Zudem wurde dieser Kreislauf noch an das Ausdehnungsgefäß des normalen Heizkreislauf angeschlossen, damit wir uns ein zweites Ausdehnungsgefäß sparen konnten.
Im Bild erkennt man den Heizstab, der senkrecht in dem Eisenrohr steckt, die grüne Umwälzpumpe und die entsprechende Verrohrung. Später wurde die Konstruktion noch isoliert.
Jetzt soll der Heizstab aber nur eingeschaltet werden, wenn auch PV-Überschuss vorhanden ist. Kauflösungen wie z.B. „intelligente“ Heizstäbe von ELWA kosten > 500 €. Soviel wollten wir aber nicht ausgeben, da die Ausbeute und der Wirkungsgrad um Wasser mit elektrischer Energie mittels Heizstab zu erhitzen nicht sehr effizient ist und sich schlecht amortisiert. Eine kleine Wärmepumpe schied übrigens vorerst aus Kostengründen auch aus.
Die Daten…woher bekommen?
So, wie kommt man nun an die Daten wann die Anlage Überschuss produziert? Der SMA-Wechselrichter ist ohne „Sunny Boy“ nicht wirklich auskunftsfreudig (es war ja ein Low-Budget-Selbstbau-Anlage). Aber welche Daten werden denn benötigt?
- den Eigenverbrauch des Hauses und
- die aktuelle Leistung, die durch die Solaranlage geliefert wird
Die Werte für den Eigenverbrauch hatten wir schon relativ schnell nach Inbetriebnahme der Solaranlage durch Einbau eines Powerfox am digitalen Stromzähler erledigt. Dieser misst am Energiezähler die aktuell benötigte Leistung, sowie die elektrische Energie des Verbrauchs und der Einspeisung. Den Powerfox kann jeder einfach anbringen, da er nur mittels Magnet an der entsprechenden Stelle am Zähler befestigt wird. Hier sind keine Arbeiten im Stromkasten notwendig. Der Powerfox ist mit den meisten digitalen Stromzählern kompatibel. Ggf. in die Modell-Liste von Powerfox schauen. Ich selber nutze hier eine Selbstbaulösung, aber der Powerfox ist „adminfreundlicher“.
Die Messung der Leistung der Solaranlage kam dann etwas später durch den Einbau eines Shelly 3EM mit drei Stromzangen im Stromkasten dazu. Die Stromzangen werden einfach um die drei Phasen gelegt, die vom Wechselrichter kommen. Der 3EM kommt auf die Hutschiene im Stromkasten und benötigt noch Versorgungsspannung. Für den Einbau ggf. besser einen Elektriker zu Rate ziehen!
Damit hatte mein Vater schon vor der Idee mit dem Heizstab alle wichtigen Informationen der Solaranlage und des Hausverbrauches zur Verfügung. Allerdings über zwei unterschiedliche Apps und ohne zentrale Einheit wie ein Smart-Home-Server.
Zurück zum Heizstab. Alle Infos, um den Heizstab bei PV-Überschuss anzuschalten waren also schon vorhanden. Um nun aus diesen Infos den eigentlich Überschuss zu berechnen und den Heizstab zu schalten, kam ich nicht mehr drumherum, einen kleinen Server mit entsprechender Software aufzusetzen.
Die Steuerung
Das Erste was mir als Software in den Sinn kam war openWB. Ich habe eine openWB-Wallbox und nutze sie schon zum Überschussladen des E-Autos und hatte mich auch schon mal in das von mir nicht genutzte SmartHome-Menü der openWB verirrt. Die Software selber kann auch ohne Wallbox-Funktionalitäten auf einem RaspberryPI betrieben werden. Ich hatte noch einen Pi 3 hier liegen und die Software war schnell installiert. Der Powerfox und der Shelly 2EM (sowie andere Produkte von Shelly) werden bereits von openWB unterstützt. Die Integration funktioniert einfach mit Eingabe der Shelly-IP bzw. der Powerfox-Cloud-Daten über die Weboberfläche der OpenWB.
Danach zeigt die Startseite der openWB die gemessenen Werte an. Im Screenshot aktuell sehr wenig Sonne und relativ viel Hausverbrauch.
Verschiedene Smart-Home-Geräte (unter die auch der zukünftige Heizstab fällt) können nun in der openWB konfiguriert werden und mit Aktionen hinterlegt werden. Der Heizstab selber ist natürlich nicht „Smart“. Ein- und ausgeschaltet werden soll er über einen Shelly Plug S. Den Shelly sieht man auch auf dem ersten Bild oben links. Daran angeschlossen ist der Heizstab und die Umwälzpumpe. Auch dieser Shelly wird von openWB als Smart-Home-Gerät unterstützt.
Was jetzt noch bleibt, sind verschiedene Einstellung am Smart-Home-Gerät:
- Schwellenwerte (in Watt) zum Ein- und Ausschalten,
- Nachlaufzeiten (in Sekunden) damit der Stab nicht ständig an- und ausgeht wenn Wolken aufziehen,
- Zeiträume und Gesamtdauer pro Tag in denen überhaupt geschaltet wird (zur Sicherheit falls die openWB den Shelly Plug aus irgendwelchen Gründen nicht ausschaltet)
- und einige andere Einstellungen.
Das ist natürlich abhängig vom Heizstab, dem Warmwasserspeicher und der gesamten PV-Anlage. Hier muss ein bisschen ausprobiert werden welche Werte für die jeweilige Anlage am besten passen.
Zur Sicherheit wird der Shelly Plug an Pumpe und Heizstab auch noch täglich mit Sonnenuntergang durch die Shelly-App ausgeschaltet und der Heizstab besitzt noch ein eigenes Thermostat, wodurch er sich selber ab einer einstellbaren Temperatur ausschaltet. Mit diesen Mitteln und den Einstellungen in der openWB sollte ein überhitzen bzw. zu langes laufen des Heizstabes ausgeschlossen sein.
Die Apparatur läuft seit dem Herbst 2024. Die Tage, an denen Sonne war und der Schwellwert für den PV-Überschuss in der openWB erreicht wurde, schaltete den Heizstab und die Umwälzpumpe über den Shell Plug einwandfrei ein und aus. Den Status des Heizstabes (An/Aus) sowie die aktuell benötigte Leistung und die pro Tag in den Heizstab geflossene Energie zeigt die openWB auch auf der Startseite an.
Grundsätzlich funktioniert das also. Wirklich viel PV-Überschuss gab es aber leider nicht, so das wir das nächste Frühjahr abwarten müssen.
Wunder wird der kleine Heizstab im Warmwasserspeicher nicht vollbringen, aber auch im Sommer wird warmes Wasser benötigt und es sollte dann Wärme produziert werden, die mehr als 8 Cent wert ist. Die Ausgaben hielten sich auch sehr in Grenzen. Eigentlich war es nur der Heizstab für < 100 € und der Shelly Plug für 23 €. Der Rest war schon vorhanden (Powerfox und Shelly 3EM) bzw. lag irgendwo herum (Raspi, Umwälzpumpe). Das Installations-Material kostete ein Feierabendbier.
Ich werde mal berichten wie das Ganze im Sommer funktioniert.
Gruß
Chris