Eigenverbrauchsoptimierung Wärmepumpe mit PV-Anlage

Vorwort

Es ist das erklärte Ziel vieler Wärmepumpen- und PV-Anlagen-Besitzer, dass die Wärmepumpe läuft, wenn die PV-Anlage Strom produziert.

Um die Einschaltzeiten der Wärmepumpe entsprechend zu legen, können Energiemanagement-Funktionen in Wechselrichtern zwar helfen, erreichen aber bei weitem nicht die optimale Ausbeute. Mithilfe von Controme Smart-Heat lässt sich noch einiges zusätzlich herausholen. Der entscheidende Mehrwert von Controme liegt dabei

  • in der Flexibilität und
  • den einzigartigen Integrationsmöglichkeiten weiterer Dimensionen, wie z.B.
    • dem Nutzen der Estrichmasse als zusätzlichen Pufferspeicher oder
    • dem Implementieren frei konfigurierbarer Wetterabfragen über das Wetter-PRO-Modul
    • dem frei konfigurierbaren Verknüpfungsmöglichkeiten aller Informationen über das FPS-Modul und dem Umlegen der Formelergebnisse auf Relaisausgänge oder Anhebungen bzw. Absenkungen über das Offset-Modul.

Estrichmasse als zusätzlichen Puffer mithilfe der Einzelraumregelung

Durch die riesige Estrichmasse (ca. 18T in einem Einfamilienhaus!) kann dabei bemerkenswert viel Energie gepuffert werden, ohne dabei die Raumtemperatur wesentlich zu erhöhen.

Je nach aktuellem bzw. vorhergesagtem PV-Ertrag regelt Controme entweder an Nah an der oberen (wenn gerade Solarertrag vorhanden ist) oder nah an der unteren (wenn gerade nicht ausreichend Solarertrag vorhanden ist, jedoch in Kürze erwartet wird) Komfortschwelle.

Gerade das verhindert ärgerlichen Situationen, die sogar mehrmals täglich auftreten können:

  • Die Wärmepumpe hat gerade alles aufgeheizt und gerade dann, wenn die WP “fertig” ist, stellt sich PV-Ertrag ein.
  • Die Wärmepumpe heizt nicht, obwohl gerade PV-Ertrag vorhanden ist.
  • Die Wärmepumpe schaltet sich kurz nachdem eben noch PV-Ertrag vorhanden war ein.

Bahnbrechende Flexibilität

Die Priorisierungen und Abhängigkeiten sind durch das Zusammenspiel unserer ModuleWetter-PRO-Modul, FPS und Offsets vollkommen frei konfigurierbar. Sie können deshalb fast jeden Steuerungswunsch abbilden.

Sie können beispielsweise:

  • Vorrangig den Pufferspeicher beheizen und erst ab einer bestimmten Temperatur dieses Speichers die Aktivierung der Estrichmasse beginnen.
  • Zusätzliche Heizstäbe einbinden.
  • Beliebige Wetterabfragen als Abhängigkeit einbinden.
  • u.v.m.

Über die beiden Eingänge des Universalgateway-PRO ist es möglich, externe Signale mit einzubeziehen (z.B. den SG-Ready Relaisausgang des PV-Wechselrichters).

Dies macht es möglich, fast jeden Steuerungs Wunsch abbilden zu können.

Hardware-Setup

Zunächst gilt es, die Voraussetzungen zu schaffen, damit der Energiefluss intelligent mit Controme beeinflusst werden kann. Hierfür benötigt die Controme-Anlage verschiedene Informationen auf der Eingabe-Seite und muss auf der Ausgabe-Seite die Möglichkeit haben, die Wärmepumpe und die Raumtemperaturen beeinflussen zu können.

PV-WECHSELRICHTER mit Universalgateway-PRO verbinden

Die meisten Wechselrichter verfügen über einen oder mehrere konfigurierbare Relaisausgänge. Für jeden Ausgang können Schwellenwerte eingestellt werden, wie viel Leistung gerade eingespeist werden muss, damit der Relaisausgang schaltet. Hier werden die konfigurierbaren Ausgänge beispielsweise in einem Webinar vom Wechselrichter-Hersteller Fronius erläutert.

Bei sogenannten Hybrid-Wechselrichtern (Wechselrichter, an die eine Batterie angeschlossen werden kann), ist es üblicherweise möglich, die Priorisierung (Batterie zuerst voll laden) einzustellen. Der Relaisausgang wird dann also erst dann geschalten, wenn bei voller Batterie PV-Überschuss vorhanden ist.

Genau dieser Relaisausgang des Wechselrichters kann an einen Universaleingang des Universalgateway-PRO angeschlossen werden. Dadurch ist die Information “PV Überschuss vorhanden ja/nein” im Controme System vorhanden und kann entsprechend verwertet werden.

Wenn 2 Relaiskontakte am Wechselrichters vorhanden sind, verbinden Sie bitte beide Kontakte mit den beiden Universaleingängen am Universalgateway-PRO.

Sofern Ihr Wechselrichter über keine konfigurierbaren Relaisausgänge verfügt, kann die Funktion auch NUR mit den nachfolgend beschriebenen Wetter-PRO-Abfragen bewerkstelligt werden. Der Parameter „Solarertrag aktuell“ muss hierzu entsprechend adaptiert werden.

WÄRMEPUMPE mit Universalgateway-PRO verbinden

Seitens der Wärmepumpe, ist das Prinzip bei den meisten Herstellern der „SG-Ready-Eingang“ (SG = Smart Grid). Dieser dient als Schnittstelle, um den Betrieb der Wärmepumpe von externen Steuerungen beeinflussen zu können.

Auf technischer Seite verbirgt sich hinter SG-Ready nichts anderes als 2 Eingänge, die mit einem potentialfreien Relais angesteuert werden können (SG-Ready A + SG-Ready B).

Betriebszustand 1 (A: Geschlossen, B: Geöffnet):
Blockierung. Der Verdichter in Wärmepumpe und Zusatzheizung wird blockiert.

Betriebszustand 2 (A: Geöffnet, B: Geöffnet):
Normalbetrieb. Es wird kein Einfluss auf die Wärmepumpe genommen.

Betriebszustand 3 (A: Geöffnet, B: Geschlossen)
Verstärkter Betrieb. In diesem Betriebszustand läuft die Wärmepumpe innerhalb des Reglers im verstärkten Betrieb für Raumheizung und Warmwasserbereitung. Es handelt sich dabei nicht um einen definitiven Anlaufbefehl, sondern um eine Einschaltempfehlung entsprechend der im Wärmepumpenregler eingestellten Anhebung. In der Konfiguration des Wärmepumpenreglers muss zusätzlich festgelegt werden, was beim verstärkten Heizbetrieb genau geschehen soll. D.h. wie viel wird die Temperatur des Warmwasser- und/oder Pufferspeichers erhöht.

Betriebszustand 4 (A: Geschlossen, B: Geschlossen)
Definitiver Anlaufbefehl bei voller Kapazität. Hierbei handelt es sich um einen definitiven Anlaufbefehl, insofern dieser im Rahmen der Regeleinstellungen möglich ist. Für diesen Betriebszustand müssen für verschiedene Tarif- bzw. Nutzungsmodelle verschiedene Regelungsmodelle am Regler einstellbar sein:

  • Variante 1: Die Wärmepumpe (Verdichter) wird aktiv eingeschaltet.
  • Variante 2: Die Wärmepumpe (Verdichter und elektrische Zusatzheizungen) wird aktiv eingeschaltet, optional: höhere Temperatur in den Wärmespeichern.

Mögliche Zusatzausstattungen bzw. zusätzliche Eingänge:
Manche Wärmepumpenregler sind mit weiteren Eingängen ausgestattet oder besitzen gleich eine über das Menü des Wärmepumpenreglers komplett konfigurierbare Ein- und Ausgangsplatine. Übergeordnet gesehen ist unsere Empfehlung, hardwareseitig alle entsprechenden Eingänge des Wärmepumpen-Reglers mit den potentialfreien Relaisausgängen des Universalgateway-PRO zu verbinden.

Sofern später bei nicht alle diese Eingänge softwareseitig konfiguriert werden (müssen), spricht ja nichts dagagen, wenn diese hardwareseitig angebunden sind (ggfs. auch zur späteren Verwendung).

  • Anschluss für Blockierung Brauchwasserbereitung.
  • Anschluss für Blockierung der Raumheizung.
  • Anschluss für Blockierung externer Zusatzheizungen (Heizstäbe).
  • Anschluss zum Freischalten externer Heizstäbe.
  • Anschluss zur Anhebung der Vorlauftemperatur eines angeschlossenen Mischers (üblicherweise nicht sinnvoll wenn Controme eingebunden ist, da der Vorlauftemperatur-Mischer über Controme gesteuert werden sollte.

Wetter-PRO Plugin: Wetterdaten-Abfragen

Die zweite Informationsquelle ist das Wetter-PRO-Plugin. Hierüber erfährt Smart-Heat-OS die nachfolgenden Informationen vom Wetterservice:

  1. Abfrage über den durchschnittlichen Solarertrag innerhalb +1, +2 und +3 Stunden.
  2. Abfrage über den aktuellen Solarertrag.
  3. Durchschnittliche Außentemperatur der nächsten 12 Stunden.

Konfiguration der Bedingungen für Über- und Unterheizen der Räume

Im nächsten Schritt werden die über das Plugin Wetter-PRO und den Wechselrichter gestellten Informationen in einfachen Bedingungen zusammengefasst. Eine Bedingung trifft entweder zu (TRUE) oder trifft nicht zu (FALSE).

Bedingungen Unterheizen

Nachfolgend sind mögliche Bedingungen aufgeführt, die dazu führen, dass die Räume unterheizt werden.

Es wird in naher Zukunft Solarertrag erwartet

Wenn in kürze (z.B. innerhalb der nächsten 1-3h) Solarertrag erwartet wird, sollten die Räume in diesem Moment etwas kühler gehalten werden. Schließlich kann bald kostenlos mit der Solarenergie geheizt werden.

Die Konfiguration der FPS-Formel „1. Unterheizen Bedingung: Mindesteinstrahlung W/qm +3h“ zur Umsetzung dieser Bedingung ist hier einsehbar:
https://2a4de4.fwd.controme.com/m_setup/1/fps/edit/3/

Aktueller Solarertrag weniger als der zu erwartende +3h Solarertrag

Der aktuelle Solarertrag muss weniger sein, als der zu erwartende Solarertrag in +1-3h. Wenn dies nicht der Fall ist, sollte (natürlich) auch nicht Unterheizt werden.

Die Konfiguration der FPS-Formel „2. Unterheizen Bedingung: Mindestdifferenz aktueller Solarertrag zu +3h Solarertrag“ zur Umsetzung dieser Bedingung ist hier einsehbar:
https://2a4de4.fwd.controme.com/m_setup/1/fps/edit/30/

Maximalschwelle aktueller Solarertrag

Zum aktivieren von Unterheizen muss der aktuelle Solarertrag unter dem eingestellten (100) Mindestwert liegen. (Ansonsten wird Unterheizen auch aktiv, wenn aktuell viel und in 3h sehr viel Solarertrag vorhanden ist.).

Die Konfiguration der FPS-Formel „2. Unterheizen Bedingung: Mindestdifferenz aktueller Solarertrag zu +3h Solarertrag“ zur Umsetzung dieser Bedingung ist hier einsehbar:
https://2a4de4.fwd.controme.com/m_setup/1/fps/edit/31/

UND-Verknüpfung aller Bedingungen für Unterheizen

Damit Unterheizen aktiviert wird, müssen alle vorgenannten Bedingungen gleichzeitig gegeben sein (UND-Verknüpfung).

Die Konfiguration der FPS-Formel „5. Unterheizen Verknüpfung der Bedingungen: Alle Bedingungen mit UND“ zur Umsetzung dieser Bedingung ist hier einsehbar:
https://2a4de4.fwd.controme.com/m_setup/1/fps/edit/33/

Bedingungen Überheizen

Nachfolgend sind mögliche Bedingungen aufgeführt, die dazu führen, dass die Räume überheizt werden.

Außentemperatur in den nächsten 12h ist NICHT über einem bestimmten Wert

Die durchschnittliche Außentemperatur in den nächsten 12h darf nicht über einem eingestellten Wert liegen. „Überheizen“ soll natürlich nur dann aktiv werden, wenn aktuell kühle Außentemperaturen herrschen.

Die Konfiguration der FPS-Formel „6. Überheizen Bedingung: Durchschnittliche Außentemperatur der nächsten 12h“ zur Umsetzung dieser Bedingung ist hier einsehbar:
https://2a4de4.fwd.controme.com/m_setup/1/fps/edit/34/

Mindestwert aktueller Solarertrag

Der aktuelle Solarertrag muss über dem eingestellten Mindestwert liegen.

Die Konfiguration der FPS-Formel „7. Überheizen Bedingung: Mindestwert aktueller Solarertrag“ zur Umsetzung dieser Bedingung ist hier einsehbar:
https://2a4de4.fwd.controme.com/m_setup/1/fps/edit/36/

UND-Verknüpfung aller Bedingungen für Überheizen

Damit Überheizen aktiviert wird, müssen alle vorgenannten Bedingungen gleichzeitig gegeben sein (UND-Verknüpfung).

Die Konfiguration der FPS-Formel „9. Überheizen Verknüpfung der Bedingungen: Alle Bedingungen mit UND“ zur Umsetzung dieser Bedingung ist hier einsehbar:
https://2a4de4.fwd.controme.com/m_setup/1/fps/edit/33/

Raumtemperaturen korrigieren mit dem Plugin Offsets

Im letzten Schritt werden nun im Plugin Offsets 2 Raumoffsets angelegt und diese mit den jeweiligen FPSsen verknüpft.

Es kann hier für jeden Raum separat festgelegt werden, um wie viel jeder Raum über- bzw. unterheizt wird.

Die Konfiguration der Raumoffsets „Offsets für Unterheizen“ sind hier einsehbar:
https://2a4de4.fwd.controme.com/m_setup/1/offsets/edit/1/

Die Konfiguration der Raumoffsets „Offsets für Überheizen“ sind hier einsehbar:
https://2a4de4.fwd.controme.com/m_setup/1/offsets/edit/2/