Überschuss und wer was verbraucht

Links ist der bereits bekannte Screenshot von der FusionSolar-App und rechts ist ein Screenshot von der Myenrgi-App.
Myenergi ist der Hersteller der Wallbox "Zappi" und des Leistungsverteilers "Eddi". Der "Eddi" versorgt den Heizstab mit Strom, der unser Warmwasser aufheizt. Dieser wird durch die Energiekurve in türkis dargestellt, die "Zappi" ist unsere Wallbox in blau. Pink ist der Verbrauch aller anderen Haushaltsgeräte vom E-Herd bis Router sowie Licht.
Vergleicht man beide Screenshots, sieht man, dass die Wallbox und der Eddi nacheinander nur die Menge an Strom verbrauchen, der gerade von der PV-Anlage produziert wird.

Die Wallbox ( Zappi ) und der Leistungsverteiler ( Eddi ) wissen also ganz genau, wieviel Strom gerade von der PV-Anlage erzeugt wird und wieviel Strom gerade als "Überschuss" zur Verfügung steht. ( Überschüss bezeichnet Strom, der mehr erzeugt wird als der Haushalt gerade verbraucht)

(Als Beispiel: Die PV-Anlage produziert gerade mit einer Leistung von 10 kW, ihr Haushalt ( Licht, Kühlschrank, E-Herd, Fernseher, Geräte im Standby und etc.) verbrauchen zur gleichen Zeit 0,5 kW, somit stehen durch die PV-Anlage gerade 9,5 kW Leistung als Überschuss zur Verfügung.)

Dieser Überschuss wird gezielt zum Aufladen des E-Autos genutzt bzw. um Warmwasser zu erzeugen statt ins Stromnetz eingespeist zu werden. Die Leistung der Wallbox bzw. des Eddi werden also jederzeit angepasst, so dass weder Strom Eingespeist wird noch zugekauft werden muss.

Wie man an Hand der Screenshots sehen kann, hat der Heizstab am 05.06.23 vormittags zwischen 6:00 Uhr und 09:00 das Warmwasser aufgeheizt.
Ab 9:00 Uhr wurde dann bis ca. 12:30 Uhr das Auto geladen.

Brauchwasserspeicher, Heizstab und Eddi

Auf dem linken Bild ist der Brauchwasserspeicher zu sehen. Dieser wurde beim Bau unseres Hauses zusammen mit der Gastherme und der Solarthermieanlage eingebaut und dient zum bevorraten von Warmwasser. Er hat ein Volumen von 385 Liter. Auf der Rückseite ist die Gastherme angeschlossen, an den ca. mittleren Anschlüsse war die Solarthermieanlage angeschlossen. Die Funktion, dass die Heizung das Wasser aufheizt kann besteht natürlich weiterhin. Es wurde lediglich die Solarthermieanlage durch den Heizstab ersetzt. Dieser wurde nachträglich nachgerüstet zusammen mit dem Eddi. Der Eddi steuert jetzt den Heizstab, dabei wird ausschließlich Überschuss-Strom von der PV-Anlage verwendet und nur so viel wie gerbraucht wird.

Der Heizstab ist von myPV und hat eine Leistung von 3 kW laut Herstellerangabe. Dies entspricht in etwa der Heizleistung der alten Solarthermieanlage. Man kann an dem Temperaturregler am Heizstab die gewünschte Temperatur direkt einstellen, auf die das Wasser aufgeheizt werden soll. Ich habe aber die Temperatur am Heizstab deutlich höher eingestellt, damit der Eddi die Tempeturführung komplett übernimmt und der Heizstab nicht schon früher das Heizen unterbricht.
Das muss aber nicht so geregelt werden. Die einfache Variante ohne weitere Temparaturfühler ist, man stellt am Heizstab direkt die Zieltemperatur ein. Der Eddi versorgt den Heizstab einfach mit Überschuss bis der Heizstab sich dann selbst bei erreichen der Zieltemperatur abschaltet.

Auf dem letzten Bild ist der Eddi bei der Arbeit zu sehen. Auf dem Display sieht man, dass gerade mit 3,7 kW Strom erzeugt wird von der PV-Anlage, 0,4 kW werden aktuell vom Haus verbraucht, 0,5 kW werden ins Netz eingespeist und der Heizstab heizt mit 2,7 kW das Wasser im Speicher auf. Unten rechts im Display wird dann noch der bis dahin verbrauchte Überschuss-Strom angezeigt (3,23 kWh) und wie hoch gerade die Temperatur im oberen Bereich des Brauchwasserspeichers ist (63°C).

Laut der Anzeige im Eddi bezieht der Heizstab nur 2,7 kW Leistung, obwohl mehr Überschuss zu Verfügung steht und der Heizstab eigentlich mit 3 kW Leistung angegeben ist. Ich habe das mal überprüft. Dazu habe ich den Eddi vom Strom getrennt, den Heizstab abgeklemmt und dann den Widerstand des Heistabes mit Hilfe eines handelsübliche Multimeters gemessen. Dieser beträgt 18,3 Ω . Die Spannung am Eddi habe ich ebenfalls nachgemessen. Diese Betrug 225 Volt. Teilt man Spannung durch die Wiederstand, ergibt sich Ein Strom von 12,29 Ampere. Strom mal Spannung ergibt die Leistung, das macht dann 2765 Watt. Der Eddi hat also keine nennenswerte Messabweichung, sondern der Heizstab hat einfach einen etwas zu hohen Widerstand und gibt deswegen nicht mehr Leistung her.

Der Eddi kann 2 Heizstäbe mit jeweils bis zu 3,6 kW Leistung versorgen. Diese werden getrennt voneinander angesteuert. Der Energiezähler ist bereits integriert. Zusätzlich habe ich das Relay Board nachgerüstet. Dadurch können 2 Temperaturfühler angeschlossen werden, es stehen 2 Schaltausgänge zur Verfügung, die bei einem selbst eingestellten Schwellwert externe Geräte Zu- oder Abschalten, 2 Anschlüsse für CT Klemmen um Stromverbräuche externer Verbraucher zu Monitoren und man hat einen eSense Eingang zur Erkennung eines vergünstigten Stromtarifs. Per App lässt sich der Eddi An- und Abschalten, sowie der Energieverbrauch ablesen. Außerdem kann man zwischen dem Eddi und der Wallbox priorisieren, so dass man sich jederzeit Aussuchen kann ob erst Warmwasser und dann das Auto geladen werden soll oder anderes herum.

Aufbau Brauchwasserspeicher und wie alles zusammen funktioniert

Auf diesem Schaubild des Brauchwasserspeichers habe ich mal zur Veranschaulichung das wichtigste farblich hervor gehoben. Blau (A) ist der Kaltwasseranschluss. Rot (I) der Warmwasseranschluss. Grün (F und C) sind in den Tank eingelassene Temperaturmesshülsen. Darin befinden sich Temperaturfühler für die Heizungsanlage. Die obere (F) misst die Temperatur im oberen Bereich des Brauchwasserspeichers bzw. die Temperatur für die Gastherme. Die untere (C) misst die Temperatur im unteren Bereich für die Solarthermieanlage. (K) ist der Flansch für Elektrozusatzheizung, also Heizstab. In orange ist Heizspirale der Heizung bzw. Gastherme, in gelb die Heizspirale der demontierten Solarthermieanlage.

Ich habe in beiden Temperaturmesshülsen zusätzliche Temperaturfühler eingebracht und im Eddi angeschlossen. Auf dem Screenshot aus der myenergi App ist rechts der Temperaturverlauf im oberen Bereich des Brauchwasserspeichers (Temp1 in türkis) und im unteren Bereich des Brauchwasserspeichers (Temp2 in weiß) über den gesamten Tag zu sehen. Ebenso als türkisfarbene Kurve der Energiebedarf bzw. Stromverbrauch des Heizstabes. Man kann sehen, dass ab ca. 9 Uhr bis 10:30 Uhr das Wasser im Brauchwasserspeicher von ca. 53°C durch den Heizstab auf 65°C aufgeheizt worden ist. Von 13 Uhr bis 14 Uhr ist dann nochmal nachgeheizt worden, da die Temperatur durch die Abnahme von Warmwasser wieder gefallen ist. Ebenso ist erkennbar, dass die Temperatur langsam aber stetig von selbst abfällt. Etwas Wärme gibt der Brauchwasserspeicher trotz Dämmung über den Tag verteilt an die Umgebung ab. Wir haben an diesem exemplarischen Tag 5,6 kWh Strom zu Aufheizen des Warmwassers verbraucht.

Wir kommen damit fast komplett ohne die Gastherme zur Warmwasserbereitung aus. Wenn jetzt z.B. über den Tag zu wenig Überschuss zum Aufheizen des Wassers zu Verfügung stand (z.B. im Winter), oder wir abends zu viel Warmwasser abgenommen haben, greift die Gastherme ab 43°C ein und heizt das Wasser im Brauchwasserspeicher wieder auf. Wir müssen also nicht kalt duschen, wenn nicht genug Sonne zur Verfügung stand bzw. das Warmwasser aufgebraucht war.

Der Eddi ist so eingestellt, dass er das Wasser auf 65°C aufheizt. Sobald die Temperatur auf 63°C fällt, beginnt der Eddi den Heizstab mit Überschuss zu versorgen bis wieder 65°C erreicht sind. Die 2°C Differenz zwischen die Zieltemperatur und Temperaturwert ab dem wieder geheizt werden soll nennt man Hysterese.
Die Gastherme ist auf 48°C eingestellt bei einer Hysterese von 5°C. Daher beginnt diese erst bei 43°C das Heizen. Gastherme und Heizstab arbeiten unabhängig voneinander. Wichtig ist eben nur, dass der Heizstab auf höhere Zieltemperaturen eingestellt ist als die Gastherme. Somit wird erreicht, dass die Gastherme nur dann Wasser aufheizt, wenn nicht genügend Strom vom Dach kam um mit dem Heizstab das Wasser zu erhitzen.
Wir als drei Personen Haushalt verbrauchen im Monat ca. 180 kWh für Warmwasser über den Heizstab, solange genug Strom vom Dach kommt dafür. Ich komme geduscht von der Arbeit, trage also selbst wenig zum Warmwasserbedarf bei. Dafür habe ich aber unsere Spülmaschine und Waschmaschine an die Warmwasserleitung angeschlossen. Damit wird der Strombedarf der Spülmaschine Waschmaschine im Betrieb deutlich reduziert, weil das Wasser dann nur noch von ein wenig auf Zieltemperatur der Spül- bzw. Waschmaschine aufgeheizt werden muss. Es ist eben ein großer Unterschied ob die Spül- oder Waschmaschine das Wasser von ca. 20°C auf 65° aufheizen muss, oder von ca. 55°c auf 65°C. Man kann trotzdem die Waschmaschine mit 30° Wäsche laufen lassen. Mit einer kleinen Umbaumaßnahme kann man verhindern, dass die Wäsche zu heiß zu gewaschen wird. Auf Warmwasser für Spül- und Waschmaschine verrate ich wie das ich das technisch gelöst habe.

Effektiv hat man ungefähr 1/3 des Tankinhalts als Warmwasser Verfügung. Man muss aber bedenken, dass sobald der obere Temperaturfühler weniger als 43°C misst, die Gastherme anfängt das Wasser wieder aufzuheizen. Das geschieht ungefähr dann, wenn die Wassersäule zwischen dem Heizstab und dem oberen Temperaturfühler aufgebraucht ist, da das kalte Wasser ja von unten nachströmt.

In absehbarer Zeit plane ich daher noch eine Brauchwasserwärmepumpe (Abkürzung: BWWP) nachzurüsten. Diese gibt es als Kombigeräte in denen die BWWP in den Brauchwasserspeicher intergiert ist und auch als Einzelgeräte um an einen bestehenden Brauchwasserspeicher angeschlossen zu werden. Die BWWP wird dann bei uns an dem unteren Heizkreis angeschlossen, wo vorher die Solarthermieanlage eingebunden war. Dadurch wird den Strombedarf um ungefähr 2/3 gegenüber dem Heizstab gesenkt. Des Weiteren kann der freiwerdende Strom dann wieder für andere Verbraucher zur Verfügung stehen oder wird eingespeist und vergütet. Außerdem wird auch die bevorratende Warmwassermenge deutlich erhöht.
2 Geräte kommen da für mich aktuell in die engere Auswahl. Wichtig ist für mich, dass die BWWP über eine SG ready Schnittstelle verfügt. SG Ready steht für Smart Grid Ready und beutet, dass die BWWP über ein externes Siganl gesteuert werden kann bzw. weitere Funktionen ermöglicht. Die Idee dahinter ist, dass sich die BWWP über das SG Ready Signal auf eine höhere Zieltemperatur einstellt. Der Eddi bietet ja die Möglichkeit ein Siganl bei einem selbst gewählten Überschusswert zu schalten und so soll die BWWP bei PV-Überschuss das Wasser auf höhere Temperaturen erwärmen, als wenn kein Überschuss da wäre. Generell soll die Wärmepumpe nur in festgelegten Zeiten arbeiten. Das wird so zwischen 9 Uhr und 17 Uhr sein, damit sie nur dann läuft wenn Strom vom Dach kommt. Das sollte völlig reichen um einen knapp 300 L Warmwasservorrat bereit zu stellen. Das ist dann von der Menge her 3 volle Badewannen, also mehr als genug. Die Warmwasserbereitung der Gastherme werde ich dann endgültig abschalten können.
Man könnte ebenfalls die BWWP über die SG Ready Schnittstelle nur bei Überschuss laufen lassen, das würde aber unter Umstände dazu führen, dass die BWWP sehr oft am Tag ein- und ausgeschaltet wird. Das erhöht den Verschleiß der BWWP deutlich und ist nicht unbedingt zu empfehlen.

Die Wallbox

Das ist unsere Wallbox Zappi in unserer Garage. Diese ist vom selben Hersteller wie der Eddi. Dadurch lassen sich beide Geräte mit der selben App bedienen. Die Wallbox bietet natürlich verschiedene Lademodi:

• Im FAST Modus wird mit der maximalen AC Ladeleistung des Fahrzeuges geladen, die Zappi kann mit bis zu 22 kW laden. (Wallboxen mit 22 kW Leistung müssen durch den Netzbetreiber genehmigt werde!) Auf Wunsch kann diese durch den Elektriker auch auf 11 kW Leistung gedrosselt werden.
• Im ECO Modus wird immer mit der kleinst möglichen Ladeleistung geladen und nur wenn darüber hinaus Überschuss zur Verfügung steht, wird die Ladeleistung auf den Überschuss erhöht.
• Im ECO +Modus wird ausschließlich Überschuss geladen. Fällt der Überschuss unter die kleinst mögliche Ladeleistung wird das Laden unterbrochen, erst wenn wieder genug Überschuss zur Verfügung steht, wird das Laden fortgesetzt

Es kann ebenfalls in der Wallbox eingestellt werden, ob man 1-phasig oder 3-phasig laden möchte. Das 1-phasige Laden beginnt bei 1,3 kW bis maximal 7 kW, das 3-phasige Laden beginnt bei 4,1 kW bis maximal 22 kW. Außerdem kann man das Auto zu festgelegten Zeiten mit der maximalen Ladeleistung laden lassen. Z.B. 2 Sunden nachts.

Die Wallbox hatten wir uns angeschafft, kurz nach dem wir das erste E-Auto bekamen.

Die Unterverteilung links neben der Wallbox hat übringes nichts mit der Wallbox zu tun. Darin befindet sich lediglich Die Stromversorgungsleitung für die Garage und dem Außengerät unserer Klimaanlagen, sowie zusätzlich noch mal Anschlußmöglichkeiten für weitere elektrische Verbraucher.