Autodidakt und auf Zack

Diese Software hat den Durchblick. Energieflüsse im Haushalt werden sichtbar. Nur so bekommen Nutzer ein Bewusstsein, wie viel Energie von welchen Verbrauchern benötigt wird. Ein Energiemanagementsystem (EMS) ist mit allen relevanten Erzeugern und Verbrauchern im Haushalt vernetzt. Das System sorgt aber nicht nur dafür, dass der Kunde Geld spart oder einen möglichst kleinen ökologischen Fußabdruck hat. Vielmehr stellt es die Grundlage für eine zukunftsfähige Energieversorgung dar und ermöglicht, mehr erneuerbare Energien ins Netz zu bekommen – ohne teuren Netzausbau. So wird die Kopplung von Photovoltaik und Wärme, die Einbindung von Elektrofahrzeugen, aber auch die Vernetzung von Verbrauchern im Zuge der Digitalisierung im Haushalt selbstverständlich.

Ein EMS steuert die Geräte dann automatisch und effizient. Die Herausforderung besteht darin, dem Endkunden trotz der komplexen Vorgänge im Hintergrund ein leicht zu bedienendes und transparentes System anzubieten. „Niemand möchte sich täglich mit Energieeffizienz auseinandersetzen“, weiß Frank Blessing, Leiter für Produktlösungen im Eigenheim bei SMA. Ein gutes EMS muss deshalb transparent, vernetzt und einfach sein. Und der Nutzer sollte dem System vertrauen können, dass es die eigenen Vorgaben automatisch, effizient und ohne Komfortverlust umsetzt.

Selbstlernender Manager

Mit dem Sunny Home Manager hat SMA ein Energiemanagementsystem erarbeitet, dass das individuelle Energieprofil des Haushaltes in den ersten Wochen nach der Installation automatisch erkennt. Aus der Energie- und Wetterprognose leitet es die Vorgaben für eine Planung ab und steuert angeschlossene Verbraucher.

Vier weitere Funktionen seien am Markt derzeit besonders gefragt, zählt Blessing auf. Die grafische Aufbereitung der Energieflüsse, ein optimierter Einsatz von Speichern zur Steigerung des Eigenverbrauchs, die Verschiebung von steuerbaren Lasten sowie das Vermeiden von Spitzenladezeiten in ausländischen Märkten wie den USA und Australien.

Eine Unterscheidung ist dabei wichtig: Ein Smart-Home-System besteht typischerweise aus fünf Säulen: Automatisierung, Unterhaltungsprogrammen, Sicherheit, Gesundheit und Energieeffizienz. Ein EMS ist dabei ein Kernelement der Energieeffizienz, das sowohl die Energieflüsse im Haushalt abbildet als auch organisiert – und zwar unter Berücksichtigung der individuellen Erzeugungs- und Verbrauchsprognosen für den jeweiligen Haushalt.

Schnittstelle zum Wechselrichter

Die Hardwarekosten für ein EMS sind in den vergangenen Jahren von 500 auf 200 Euro gesunken. Die reine Hardware muss nicht viel kosten, wie der Raspberry Pi zeigt. 20 bis 50 Euro ohne Gehäuse reichen aus. Umso wichtiger ist die Software, die drinsteckt.

Das Smart-Home-System soll im Wesentlichen Sicherheits- und Komfortfunktionen bereitstellen. „Für Betreiber von Photovoltaikanlagen ist es aber mit sinkender EEG-Vergütung immer wichtiger, möglichst viel des eigenen Solarstroms selbst zu nutzen“, sagt Matthias Reinecke, Manager für Systementwicklung bei Solarworld Innovations in Freiberg. Deshalb steht die Schnittstelle des Wechselrichters zur Photovoltaikanlage im Fokus.

Aktuell dürfen am Einspeisepunkt, dem Netzanschluss des Haushalts, nur 70 Prozent der Anlagenleistung eingespeist werden. Bei dieser Grenze regelt der Umrichter automatisch ab. Nun kommt das EMS ins Spiel. Über die Schnittstelle RS485 ist es möglich, die Anlage zu regeln. Auf der anderen Seite werden hier die Daten beispielsweise für Spannung oder Leistung des Systems erhoben. „Die Hersteller der Wechselrichter gehen mittlerweile meist an die Internet-Router und verbinden sich über IP-Protokolle im WLAN des Haushalts mit dem EMS“, berichtet Reinecke. Ein Gateway am Router überträgt die Funkprotokolle meist über das WLAN.

Absolute Sicherheit gibt es kaum

Die Verbindung mit dem Internet ist der Trend beim EMS. Klar ist allerdings auch: Eine absolute Sicherheit gibt es nur, wenn die Geräte nicht mit dem Internet verbunden sind. Sicherheit und eine bequeme Lösung seien zwei gegensätzliche Parameter, weil der Zugang mit einem mathematischen Algorithmus abgesichert sei, der für eine relative Sicherheit sorge, schildert Reinecke: „Eine relative Sicherheit ist möglich, eine absolute nicht.“

Trotzdem muss das Thema Sicherheit sehr ernst genommen werden. Für SMA ist das ein Kernaspekt der Energiewende. Ein dafür abgestelltes, interdisziplinäres Team arbeitet bei dem Konzern an sicheren Systemlösungen und deren Integration. „Sicherheitsvorgaben fließen bereits im frühen Stadium des Produktdesigns ein“, berichtet SMA-Mann Blessing. Begleitend würden Penetrationstests und andere Prüfungen kontinuierlich durchgeführt – weil sich die Bedrohungslagen für die installierten Systeme im Feld laufend ändern. Für SMA hat der Schutz der Anwenderdaten und des Systems entsprechend höchste Priorität.

Sensoren müssen auf Draht sein

Eine gute Wetterprognose alleine optimiert die Energieeffizienz im Haushalt nur bedingt. Viel wichtiger sei es, eine individuelle Energieprognose daraus abzuleiten, erklärt Blessing. So verbindet der Sunny Home Manager die Wetterprognosen mit den tatsächlichen erlernten Bedingungen vor Ort wie beispielsweise der Verschattung von Solaranlagen. Er gleicht dies mit den individuellen Energieprofilen ab und verbessert diese. Erst damit kann das System lokal die richtigen Entscheidungen treffen.

Schnelle physische Regelungen sind nötig, damit die Befehle der Software schnell umgesetzt werden. Dem steht entgegen: Rund 30 bis 40 Prozent aller Stromverbraucher in einem Wohnhaus werden mit Zwei-Punkt-Regelungen gefahren. Sie schalten sich also in Intervallen an und ab. Kommt der Batteriespeicher nicht hinterher, wird er den Anteil des selbst verbrauchten Stroms nur unzureichend erhöhen.

Die Dresdener Firma Solarwatt hat einen ACS-Sensor für den Bezugszähler des Hauses entwickelt. Er meldet, sobald das Gebäude Strom aus dem Netz ziehen will. Dieser Sensor muss extrem flink sein, sonst dauert die Signalkette bis zur Schaltung des Stromspeichers viel zu lange. Der Bezugszähler soll auf null stehen bleiben, so das Ziel, damit der Speicher möglichst wenig Strom aus dem Netz zieht. Der schnelle Sensor und die schnelle Steuerungselektronik von Solarwatt reagieren innerhalb von 0,7 Sekunden. Es ginge noch schneller, aber das passt nicht zu den Takten der Verbraucher im Haus. Denn Spülmaschine, Induktionsherd, Kaffeemaschine oder Kühltruhe ziehen ihren Strom nicht gleichmäßig aus dem Hausnetz. Sondern sie takten den Strombedarf in Sekunden oder noch kürzer.

Ein weiterer Trend: Immer mehr AC-gekoppelte Geräte werden in den nächsten zwei bis drei Jahren DC-gekoppelt sein. Damit verschwinden Umwandlungsverluste. Die Batteriespeicher werden künftig vom Wechselrichter oder eben direkt vom Energiemanager gesteuert. Ein Batteriespeicher darf nicht morgens vollgeladen werden, sodass er zur Mittagszeit keinen Strom mehr aufnehmen darf. Und die Akkus müssen den Bedarf über Nacht decken. Aber es gibt noch Arbeit für Solarwatt: Nachdem der Speicher nun technologisch top ist, bedarf der Energiemanager dringend einer optischen Schönheitskur.

Einheitliche Sprache gesucht

Neben der Optik ist eine Standardisierung, also die Festlegung einer gemeinsamen Sprache, entscheidend für eine Marktdurchdringung. Schließlich ist das EMS mit allen Geräten verbunden und die Komponenten müssen untereinander Informationen austauschen. Umso wichtiger ist ein einheitlicher Standard. EEBus bietet dabei nicht nur eine Definition der Verbindungstechnik (IP-Technologie) oder der dafür benötigten Datenstrukturen. Vielmehr bietet EEBus bereits serienverfügbar den Rahmen, um gemeinsame Geschäfts- und Nutzungsmodelle zu schaffen.

Dennoch gibt es nach heutigem Stand keinen übergreifenden Smart-Home-Standard für den Haushaltsbereich. Das Produkt, das sich schnell am Markt durchsetzt, wird dann quasi zum Standard. Google hat beispielsweise Brillo eingeführt und Apple sein Home-Kit. Der Endkunde erwartet ein funktionierendes Plug-and-play-System. Keiner will sich zu Hause lange mit einer Konfigurierung beschäftigen. Genau deshalb ist eine einfache Visualisierung aller Komponenten im Smart Home für den Markterfolg nötig. Die Nutzer müssen künftig über Mehrwerte der Digitalisierung als auch über deren Risiken aufgeklärt werden – nur so entsteht gesellschaftliche Akzeptanz.

www.sma.de

Datensicherheit im Fokus

Der neue Energiekonzern RWE Innogy hat seine smarte Haussteuerung überprüfen lassen. Gerade stellte das VDE Prüf- und Zertifizierungsinstitut fest, dass auch die Schnittstelle für den Datenaustausch mit dem Backend-Server die Informationssicherheit von Anwendern gewährleistet. Zwei weitere Teststellen, Mediatest Digital und der TÜV iT, prüften die iPhone-App und die Browsernutzung. Demnach wurden keine Schwachstellen gefunden.

Alle Anbieter von Smart-Home-Systemen und digital vernetzbaren Geräten sollten diesen Aufwand im Interesse ihrer Kunden betreiben, empfiehlt Wolfgang Niedziella, Geschäftsführer des VDE-Instituts.

www.innogy.com/smarthome

Nur die Wetterprognose ist zu wenig!

Eine gute Wetterprognose alleine optimiert die Energieeffizienz im Haushalt nur bedingt. Wichtiger ist es, eine individuelle Energieprognose abzuleiten. So verbindet der Energiemanager Wetterprognosen mit den erlernten Bedingungen vor Ort. Dazu zählt, ob und wann eine Solaranlage verschattet ist. Erst damit kann ein System lokal die richtigen Entscheidungen treffen.

Redakteur Niels H. Petersen