Es begann mit einem Raspberry Pi. Wo sind die Grenzen des Raspberry Pi? Was genau kann der kleine SingleBoardComputer leisten? Welche Konzepte stecken dahinter? Anfangs war mein Fokus auf diesem kleinen „Einplatinencomputer“ doch der Fokus hat sich verschoben. Zuerst spielerisch diverse Funktionen und Möglichkeiten ausprobiert, danach angefangen sinnvolle Dinge umzusetzen. Schnell kommt man auf das Thema Home Automation und der „Raspi“ wird zur Schaltzentrale. Mit der Zeit steigt die Komplexität der Umgebung, die Anforderungen werden größer und ein Raspi 3B+ kommt an seine Leistungsgrenze. Mit dem Raspi 4 erlebt man einen Sprung an Performance und weitere/ neue Featurtes sind möglich umzusetzen.
Der Raspberry Pi ist immer noch Bestandteil meiner Home Automation aber nicht mehr das zentrale Glied. Je nach Ausbaustufe ist jedoch selbst ein gut ausgestatteter Raspberry Pi alleinig an seiner Leistungsgrenze.
Ähnlich wie es bei einem Webserver ein Set an Diensten, bestehend aus „Linux, Apache mysql und php“ gibt, mit denen man eine Webseite betreibt, gibt es das für Home automation auch. Hier besteht das Set ausfolgenden Diensten – „Linux (Raspberry Pi), MQTT, Node-RED, MariaDB/ mySQL und Grafana„. Der Datenbank Teil ist in dieser Konstellation der Resource intensive Teil.
Sammlung von Daten, sinnvoll oder nur eine aufwändige Spielerei?
Ja und nein. Für alle diejenigen unter euch, welche eine Solaranlage nicht auf das Dach bauen nur weil es gerade „hip“ ist und die Branche Geld verdienen will, ist folgende Überlegung zur Bestandsaufnahme sinnvoll. Für diejenigen lohnt sich hier ein Weiterlesen.
Phase 1 – Bestandsanalyse
In dieser Phase geht es um die Frage wie hoch ist mein Grund- und Spitzenverbrauch, wann verbrauche ich wie viel Energie und wie kann ich mein Grundverbrauch reduzieren. Dieses ist prinzipiell eine einfache Sache und kann mit einem 3-phasigen Messwertaufnehmer, beispielsweise einem Shelly 3-EM, direkt hinter dem Zähler erfolgen. Wer nicht vom Fach ist, lässt das Gerät vom Fachbetrieb installieren.
Damit ist bereits sehr viel möglich und die Auswertungen können in EXCEL noch verfeinert werden. Das Gerät wird ins LAN/ WLAN eingebunden und liefert diese Daten in die Cloud, von dort können Sie aufbereitet abgegriffen werden. Hier kommt bereits der Raspberry Pi ins Spiel. Der Shelly 3-EM kann nicht nur die Daten in die Cloud legen, er kann diese auch an einen lokalen MQTT-Server und beispielsweise über Node-RED an eine Datenbank, beispielsweise MariaDB, liefern. Über Node-RED wird gesteuert, wie granular der Datenabgriff erfolgt und damit wie viele Daten pro Tag in die Datenbank fließen.
Der Shelly 3-EM kann die erfassten Daten in einer recht hohen Frequenz liefern. Dadurch liegen die Daten sehr detailliert aber auch in großer Menge vor. Es ist wichtig hierfür einen individuellen richtigen Wert zu bestimmen, wie häufig welche Daten gespeichert werden. Sekundengenau wird zu granular sein, stundengenau ist zu grob. Der Mittelweg ist zu finden.
Mit diesen Daten stehen unter anderen folgenden Informationen zur Verfügung:
- Grundverbrauch- und Lastspitzen bezogen auf die Zeit
- Verbräuche zu spezifischen Zeiten wie Stunden, Tage, Wochen, Monate, etc.
Nehmen wir einmal an, diese Daten würden für ein Jahr vorliegen. Mit diesen Daten könnte man schon während der Datenerfassung den Grundverbrauch reduzieren (Energiesparlampen, Standby Geräte, etc), hätte eine konkrete Aussage zu Verbräuchen je Jahreszeit, Grundverbrauch in der Nacht.
Die Kenntnis dieser Informationen ist wichtig, um eine genaue Dimensionierung einer Solaranlage und dem möglichen Batteriespeicher zu machen. Ohne diese Angaben befindet man sich im Blindflug oder trifft Annahmen (welche treffen können, aber nicht müssen)
Phase 2 – Datenauswertung
Mit einfachen Bordmitteln lässt sich bestimmen ob der Raspberry Pi über oder unterfordert ist. Nicht jeder Raspberry Pi ist für das Vorhaben entsprechend potent ausgestattet. Mit einfachen Hilfsmitteln wie HTOP lässt sich erkennen, ob die CPU noch freie Ressourcen hat.
Mit den Daten aus der Datenbank ist es jetzt möglich entsprechende Abfragen zu generieren und wer möchte kann diese mit grafana visualisieren. Auf diese Weise lassen sich die Daten aus der Datenbank verwenden ohne diese vorher in Excel oder ähnliche Tools zu exportieren. Die Charts sind über das Netzwerk erreichbar und können interaktiv eingegrenzt werden. Somit ist eine Analyse über einen beliebigen Zeitraum möglich.
Wer ist recht einfach machen möchte nutzt die Shelly Cloud. Dort werden die entsprechenden Daten bereits in gut nutzbaren Charts dargestellt.
Für eine dockerbasierte Installation gibt es entsprechende management tools. Beispielsweise portainer. Hier lassen sich grafisch die Ressourcenzuweisungen anzeigen. Auf diese Weise ist es möglich zu erkennen wann ein System überfordert ist.
Phase 3 – Sizing der Solaranlage
Mit den Bestandsdaten des Shelly 3 em lässt sich sehen wann welche Spitzen- und minimalverbräuche sind. Der Spitzenverbrauch ist eine Indikation wie groß die Solaranlage sein sollte und der Minimalverbrauch, dieser ist in der Regel in der Nacht, zeigt wie groß ein möglicher Speicher sein sollte.
Bei der Dimensionierung der Solaranlage sollte man ein wenig die Rentabilität im Auge behalten. Aus meiner Sicht macht es keinen Sinn, eine Solaranlage überdimensional zu installieren, nur weil gerade der Platz da ist. Die Solarzellen müssen gekauft und montiert werden, dieses kostet Geld. Für überschüssige Energie wird nur ein minimaler Betrag gezahlt. Dieser Betrag ist nicht dafür geeignet langfristig einen Gewinn zu erwirtschaften. Wer das vor hat sollte besser mit seinem Bankberater über Alternativen sprechen.
Wichtig ist auch zu sehen wie hoch der Energiebedarf ist, wenn die Sonne nicht scheint. Dieses ist für die Dimensionierung eines Energiespeichers notwendig. In der Regel spricht man hier von einem Akku.
Ein Akku ist aber nur eine Alternative. Bei meiner Solaranlage haben wir den Warmwasserspeicher der zentralen Heizungsanlage als Energiespeicher ausgewählt. Der Warmwasserspeicher hat einen 2 kW Heizstab. Als positiver Nebeneffekt können wir die Heizung komplett ausschalten und den Gasverbrauch signifikant reduzieren. Um dieses effektiv zu steuern kommt die Home Automation ins Spiel. Der Sensor an der Solaranlage erkennt welche Leistung produziert wird und schaltet ab einem gewissen Energielevel den Heizstab ein. Dadurch wird sichergestellt, die erzeugte Energie wird im Haus genutzt.
Der Heizstab ist so eingestellt, dass er bei Erreichen der Temperatur von ca 80 Grad abschaltet. Am nächsten Morgen ist die Temperatur immer noch bei ca 70°.
Phase 4 – Feintuning
Manche Dinge lassen sich optimieren, indem einfach die Gewohnheiten geändert werden. Durch die Erfassung und Auswertung der Energieerzeugung gewinnt man ein Gefühl dafür, wann überschüssige Energie zur Verfügung steht. In der Zeit ist es dann ratsam Verbraucher wie Spülmaschine, Elektroherd oder Bügeleisen zu benutzen.
Manche Dinge lassen sich weiter automatisieren. So schalten wir einen zweiten Kühlschrank für Getränke im Sommer nur dann ein, wenn überschüssige Energie zur Verfügung steht. Von Frühjahr bis Herbst ist dadurch sichergestellt gekühlte Getränke zu haben. Unsere Wasserpumpe im Garten für den Wasserlauf wird ebenfalls nur eingeschaltet, sobald überschüssige Energie zur Verfügung steht. Die Pumpe benötigt zwischen 25 bis 30 Watt und auf das Jahr gerechnet lohnt sich diese Automatisierung.
Mein Fazit
Eine Solaranlage ist ein guter Beitrag für eine saubere Energieversorgung. Die Energiekrise hat dieses beschleunigt, ist aber meiner Meinung nach nicht der alleinige Grund für den Handlungsbedarf.
Das massive Ansteigen der Energiepreise hat viele dazu motiviert etwas zu tun, ohne bewusst die Phasen zu durchlaufen, wie ich sie hier beschrieben habe. Wer mit seiner Solaranlage und Energiespeicher immer noch hohe Einspeisewerte hat, da liegt es nahe die Solaranlage ist überdimensioniert und hat folglich damit ein ungünstiges Investitionsverhältnis zur Amortisation.
Der Idealzustand ist so viel Energie zu erzeugen, wie selbst auch verbraucht wird und unabhängig vom öffentlichen Netz zu sein
Den Idealzustand zu erreichen ist aus meiner Sicht ein Ziel, welches schwer zu erreichen ist. Bei der Automatisierung sind Grenzen gesetzt und nicht alles, was man automatisieren kann, muss auch automatisiert werden. Der verlässliche und sichere Betrieb der Automatisierung kostet neben der Zeit auch Geld. Hier kann schnell über das Ziel hinausgeschossen werden.
Mit unserer Solaranlage haben wir versucht durch minimalen Invest ein Maximum zu erreichen. Energie aus dem öffentlichen Netz zu konsumieren ist keine Schande. Die Rolle des Energieversorgers hat sich hier etwas verschoben von einem 100% Energieversorger in Richtung Backup-Energieversorger in der Zeit, wo die Sonne nicht scheint.
Wirtschaftlich hat sich das auch noch einmal bestätigt als wir vor kurzem die Nachricht erhielten, die Strompreise werden um fast 40% reduziert auf annähernd das Niveau der Vorkrisenzeit. Im Umkehrschluss bedeutet das für die Solaranlage die Amortisation dauert deutlich länger. So manche Solaranlage wird vermutlich doch noch einmal überdacht werden, wenn der Strompreis anstatt 48 Cent nur 29 Cent je Kilowattstunde beträgt.
Hinterlasse einen Kommentar