Steuerung einer Wärmepumpe zur Erzielung geringstmöglicher Stromkosten durch Nutzung des dynamischen Tarifs mit stündlichen Preisen von Tibber und einer PV Anlage.
Ich habe zu diesem Thema auch ein Video erstellt, welches die Zusammenhänge und die praktische Umsetzung verständlich machen sollte:
Folgende Vorausstzungen müssen vorliegen:
- Wärmepumpe, die über EVU-Sperre gesteuert werden kann
- PV-Anlage
- Strombezug durch Tibber mit stündlichen Preisen
- Raspberry Pi (mit Anpassungen auch Server oder NAS) auf dem Node-RED läuft
Wenn eine Wärmepumpe (insbesondere solche mit großem Pufferspeicher) nur eine feste, maximale Anzahl von Stunden täglich (bei mit 8 Stunden) einschalten darf, ist es sinnvoll, dafür die Stunden mit den geringstmöglichen Stromkosten zu wählen.
Dazu müssen die Stromkosten für jede Stunde eines Tages berechnet werden wie folgt:
Von der Leistungsaufnahme der Wärmepumpe wird zunächst die prognostizierte Leistung der PV-Anlage abgezogen. Die Energie für diese verbleibende Leistungsaufnahme (falls positiv) muss gekauft werden und wird mit dem zu dieser Stunde gültigen Preis bewertet. Zu diesen Kosten muss allerdings noch der Verzicht auf die Einspeisevergütung für die prognostizierte Leistung der PV-Anlage addiert werden, damit die Kosten von Stunden mit PV-Leistung und solchen ohne PV-Leistung vergleichbar sind.
Entsprechend der gewünschten maximalen Anzahl von täglichen Betriebsstunden der Wärmepumpe werden die Stunden mit den geringsten Stromkosten gewählt. Es lassen sich optional Pflichtstunden (auch mit Wochentagbezug) definieren, die unabhängig von den Stromkosten gewählt werden.
Zu Beginn jeder Stunde wird geprüft, ob diese Stunde als kostengünstig klassifiziert wurde. Dementsprechend wird das Signal zum Ein- oder Ausschalten an die Wärmepumpe gesendet.
Normalerweise dient die EVU-Sperre dazu, dass der Energieversorger die Wärmepumpe zu Spitzenlastzeiten (in der Regel maximal 3x täglich für 2 Stunden) abschalten kann. Dazu ist in der Wärmepumpe ein Relais verbaut, dessen Kontakte geöffnet werden, wenn die Wärempumpe nicht laufen soll.
Bei der Steuerung über Node-RED darf dieses Relais natürlich nicht mehr mit dem Rundsteuerempfänger des Energieversogers verbunden sein. Stattdessen wird der Leiter dieses Relais durch ein zusätzliches Solid-State-Relais geschaltet. Das Solid-State-Relais wiederum wird mit einem GPIO-Pin des Raspberry Pi verbunden und durch Node-RED gesteuert. Wenn das Solid-State-Relais aus ist, ist auch das EVU-Sperre-Relais der Wärmepumpe aus und die EVU-Sperre ist aktiv.
Die grundsätzliche Idee dieser Steuerung besteht darin, die EVU-Sperre immer aktiv zu haben außer in den Stunden, die als kostengünstig klassifiziert wurden. Damit die Wärmepumpe läuft, wenn die EVU-Sperre nicht aktiv ist, müssen die Schaltzeiten in der Wärmepumpensteuerung so angepasst werden, dass sie 24 Stunden täglich einschalten würde.
Zur Prognose der Leistung der PV-Anlage wird der der Dienst Solcast verwendet, der diese kostenlos für Hauseigentümer mit Dachsolaranlagen bereitstellt. Dafür muss man sich einen kostenlosen Account anlegen, bei dem Angaben zur Lage, Ausrichtung und Leistung der PV-Anlage gemacht werden müssen. Die für die Anlage vergebende Resource Id sowie der API-Key müssen in der Flow-Configuration angegeben werden.
Die Prognose der PV-Leistung erfolgt mit einer Auflösung von 30 Minuten. Der Flow fasst deshalb die zwei Werte einer Stunde zusammen und verwendet den Durchschnitt als prognostizierte PV-Leistung für diese Stunde.
Bei Verwendung eines kostenlosen Accounts ist die Anzahl der Abfragen der PV-Progrnosen beschränkt auf 10 innerhalb von 24 Stunden. Das ist kein Problem im realen Betrieb, aber möglicherweise beim Testen.
Die oben beschriebene Funktionsweise wurde implementiert durch diesen Flow.
Um das Verhalten der Steuerung transparent zu machen, beinhaltet der Flow auch die Visualisierung der Daten in einem Dashboard.
Zur Nutzung des Flows inst die Installation von Node-RED und einigen Bibliotheken erforderlich.
Damit der Flow tatsächlich funktioniert ist die Konfiguration einiger Werte erforderlich.
Diskussionen und Fragen rund um den Smart Appliance Enabler sind in Github Diskussion richtig platziert.
Darüber hinaus biete ich einen persönlichen, individuellen, kostenpflichtigen Support mit Beratung an - quasi das "Rundum-sorglos Paket".