Energieverbrauch Optimierer: Wärmepumpe mit Smart Grid Schnittstelle

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Ich habe mich ein wenig mit dem Energieoptimierer auseinandergesetzt und habe Folgende Anregung für die Ansteuerung von Wärmepumpen über die
Smart Grid Schnittstelle.

Die meisten Wärmepumpen ermöglich ja über einen potentialfreien Kontakt die Leistung der Anlage zu erhöhen. In der Regel kann man im Menü der WP einstellen um wieviel Grad die Vorlauftemperatur angehoben werden soll bzw. um wieviel Grad das Warmwasser heißer erhitzt werden soll.

Die WP regelt bei Benutzung der Schnittstelle weiterhin selbstständig. Das bedeutet die Anlage schaltet ab wenn die jeweiligen Solltemperaturen überschritten sind. Werden die Temperaturen unterschritten startet die Anlage erneut.

Um die Probleme mit der aktuellen Version des Energieoptimierers zu verdeutlichen habe ich die Zustände die auftreten können erläutert:

Zustand 1:

  • Wärmepumpe: Aus
  • Energieoptimierer Ausgang für Smart Grid Steuerung: Aus

Der Überschuss wird größer als 1200W und der Energieoptimierer schaltet die WP ein. Genau wie man sich das wünscht → kein Problem!

Zustand 2:

  • Variable Verbrauch im Energieoptimierer (P_verbrauch): 1200W
  • Wärmepumpe: läuft bereits (P_aktuell = 500W)
  • Energieoptimierer Ausgang für Smart Grid Steuerung: Aus

Da die Wärmepumpe bereits läuft wäre es wünschenswert, wenn der Energieoptimierer auch die aktuelle Leistung der Wärmepumpe kennen würde. Dann könnte er nämlich die Smart Grid Schnittstelle bereits ansteuern, wenn ein Überschluss von 700W (P_verbrauch - P_aktuell) vorhanden ist. Ohne das Wissen über die aktuelle Leistung der WP, wird erst bei einem Überschuss von 1200W (P_verbrauch) eingeschaltet. Da die Anlage aber schon läuft, wäre ein Überschuss von 700W aber ausreichend um die Anlage einschalten zu können.

Zustand 3:

  • Variabe Verbrauch im Energieoptimierer (P_verbrauch): 1200W
  • Wärmepumpe: Aus
  • Energieoptimierer Ausgang für Smart Grid Steuerung: Ein

Der Energieoptimierer hat die WP über die Smart Grid Steuerung eingeschaltet und diese hat auch einige Zeit gelaufen. Nun aber schaltet die Regelung der WP die Anlage ab, weil die Solltemperatur mittlerweile erreicht wurde. Dadurch das der Energieoptimierer aber nicht mitbekommt das die Anlage abgeschaltet hat, ergibt sich folgendes Problem:
Die WP ist aus, der Energieoptimierer geht aber davon aus das die Anlage weiterhin 1200W (P_verbrauch) verbraucht. Daher lässt der Energieoptimierer nun die WP weiterhin eingeschaltet, selbst wenn der Überschluss mittlerweile nur noch wenige Watt beträgt. Ist ja auch logisch, denn der Energieoptimierer denkt ja die WP würde laufen und Energie verbrauchen.
Wenn die Steuerung WP zu einem späteren Zeitpunkt die Anlage erneut anlaufen lässt (Vorlauf mittlerweile zu kalt), ergibt sich folgendes Bild: Die Anlage läuft an und der Überschluss wird sofort negativ und der Energieoptimierer schaltet die Anlage nach Ablauf der eingestellten Nachlaufzeit ab. Dieses Einschalten wäre aber unnötig gewesen und führt zudem dazu, das Strom aus dem Netz bezogen wird.
Da die Verdichter von WP möglichst auch nicht für kurze Zeit eingeschaltet werden sollen, ist es zudem auch nicht so optimal für die Lebensdauer der Anlage wenn dies häufiger passiert.

Lösungsvorschlag/Anregung:

bereits vorhandene Parameter:

  • Variable mit dem prognostizierten Verbrauch (P_verbrauch)

neue Parameter:

  • aktuelle Leistung des Verbrauchers (P_aktuell) kann eingebunden werden.
  • Standby kann als Variable angegeben werden (P_standby)

Logik:

  1. Einschaltvorgang
    Für das Einschalten des Verbrauchers sollte der Energieoptimierer zukünftig (P_verbrauch - P_aktuell) verwenden. Dann wird der Verbraucher früher zugeschaltet, da der tatsächlich notwendige Überschuss berücksichtigt wird.

  2. Abschaltvorgang
    Wenn der Energieoptimierer feststellt, dass P_aktuell <= P_standby UND der aktuelle Überschuss < P_verbrauch ist, wird der Verbraucher abgeschaltet. Die Abschaltung sollte sofort erfolgen ohne die Mindestlaufzeiten zu berücksichtigen (der Verbraucher ist ohnehin aus).

Lösungsvorschlag/Anregung könnte zum Einen für die Verbraucher im Energieoptimierer um gesetzt werden. Alternativ in einer eigenen Kategorie wie z.B. SmartGrid Steuerung Wärmepumpe.

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Alternativ überlegen wir tatsächlich bei allen Geräten eine Verbrauchsvariable hinzuzufügen, damit man den besser nachvollziehen kann. Das würde möglicherweise auch in deinem Fall helfen. Trotzdem mal kurz Ideen bzw. Nachfragen, wie ich mir die Fälle aktuell vorstellen würde:

Zustand 2
Hier verstehe ich die Konstellation noch nicht ganz. Prinzipiell muss die Wärmepumpe als Verbraucher ja im Energieoptimierer sein. Ist die das hier als dimmbarer Verbraucher? Dann würde der Verbraucher ja auf 500/1200W stehen und würde bei Überschuss weiter hochgeregelt werden. Alternativ wären Wärmepumpe und Smart Grid Steuerung zwei verschiedene Verbraucher mit 500W bzw. 700W, dann würde der Fall ebenfalls gut funktionieren.

Zustand 3
Hierfür wäre es hilfreich den Modus „Relativ“ zu verwenden. Dieser würde dann ja mitbekommen, dass mehr Energie als kalkuliert verfügbar ist und diese entsprechend verteilen. Sollte die Wärmepumpe später wieder mehr ziehen, dann wirkt sich das auf den Überschuss aus und der Energieoptimierer regelt nach.

3

Zunächst evtl. nochmal zur Smart Grid Schnittstelle der Wärmepumpe, das ist wichtig um zu verstehen wo die Probleme liegen.

Smart Grid Schnittstelle der Wärmepumpe
Die meisten Wärmepumpen haben eine Schnittstelle um der Anlage mitzuteilen das aktuell mehr Energie zur Verfügung steht und damit der Betriebszustand erhöht werden kann. In der Regel wird das von den Herstellern mit dem SmartGrid Ready-Label beworben, welches vom Bundesverband Wärmepumpe entwickelt wurde. Daher haben diese Schnittstelle sehr viele Wärmepumpen.

Diese Schnittstelle basiert auf potentialfreien Kontakten (EIN/AUS) die eine Ansteuerung der Wärmepumpe ermöglicht. Für uns hier interessant ist der Betriebszustand 3:
„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 heutigen Anhebung.“

Wird der Kontakt der Schnittstelle geschlossen, geht die Anlage in den erhöhten Betriebszustand. In der Regel wird dazu in der WP eine deutliche Anhebung der Vorlauftemperatur für die Heizung sowie eine höhere Warmwassertemperatur vorgegeben.

Was bedeutet das nun für den Energieoptimierer wenn der Kontakt zur Anhebung der Temperatur der WP geschlossen wird:

  • Die Wärmepumpe wird voraussichtlich mehr Energie verbrauchen da die Temperatur angehoben wird
  • Die WP kann auch abschalten wenn die Solltemperatur erreicht wurde
  • Sehr viele WP haben diese Schnittstelle, daher wäre es super diese durch den Energieverbrauch Optimierer sinnvoll angesteuert werden könnte

nun zur Frage zu Zustand 2:
Die Wärmepumpe ist quasi ein schaltbarer Verbraucher. Aber es wird eben über die oben genannte SmartGrid Schnittstelle geschaltet. Diese sorgt eben nicht dafür, dass die Anlage auf jeden Fall einschaltet bzw. eingeschaltet bleibt. Allerdings ist es schon so, das es bei einer Anhebung der Temperatur eine Leistungsaufnahme gibt die die WP anschließend wahrscheinlich aufnehmen wird. In meinem Fall sind das die genannten 1200W.
Dabei kann es sein das die Anlage steht und aufgrund des Schaltbefahls nun anläuft. Es kann aber auch sein das die Anlage ohnehin schon läuft und z.B. 500W verbraucht. Bei Ansteuerung würde die Leistung dann aber hochgefahren.

nun zur Frage zu Zustand 3:
Natürlich verwende ich den Modus „Relativ“ im Optimierer.
Das Problem besteht darin das die Anlage auch abschalten kann auch wenn der Energieverbrauch Optimierer das Signal „EIN“ weiterhin sendet. Das lieht an der oben beschriebenen Funktion der SmartGrid Schnittstelle.
Schaltet die WP aber nun ab, kann der Energieverbrauch Optimierer dies aber natürlich nicht wissen, dieser rechtet ja intern damit das 1200W verbraucht werden. Wenn nun der Überschuss sinkt (z.B. weniger Sonne am Abend) würde der Optimierer erst das Signal „AUS“ senden wenn kein Überschuss mehr vorhanden ist. Das Problem liegt nun darin, dass die Anlage aber wieder starten kann obwohl nun eigentlich gar kein Überschluss mehr vorhanden ist.

Evtl. eine kleine Tabelle zum besseren Verständnis :

Zeitpunkt 12Uhr:

  • Überschuss (gemessen durch Zähler): 2000W
  • Energieverbrauch Optimierer Ausgang WP: Ein
  • Verbrauch WP: 1200W (Anlage läuft)

Zeitpunkt 14Uhr:

  • Überschuss (gemessen durch Zähler): 1800W
  • Energieverbrauch Optimierer Ausgang WP: Ein
  • Verbrauch WP: 50W (Standby)

Zeitpunkt 15Uhr:

  • Überschuss (gemessen durch Zähler): 200W
  • Energieverbrauch Optimierer Ausgang WP: Ein
  • Verbrauch WP: 50W (Standby)
  • Der Energieverbrauch Optimierer lässt den Ausgang eingeschaltet da dieser keine Kenntnis darüber hat, dass die Anlage bereits abgeschaltet hat. Ist auch logisch denn aus dem Überschuss kann nicht abgeleitet werden ob die Anlage noch läuft. Da der Überschuss noch größer Null ist bleibt der Ausgang des Energieoptimierers eingeschaltet.

Zeitpunkt 15:01Uhr:

  • Die Wärmepumpe schaltet wieder ein

Zeitpunkt 15:01Uhr (kurz nach dem Anlaufen der WP):

  • Überschuss (gemessen durch Zähler): -1000W
  • Energieverbrauch Optimierer Ausgang WP: Aus
  • Verbrauch WP: 1200W (WP läuft)
  • Der Energieverbrauch Optimierer stellt fest das nun zu wenig Überschuss da ist und schaltet den Ausgang der Smart Grid Schnittstelle der WP aus. Die Anlage läuft dann noch kurz nach, und schaltet dann wieder ab.
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Ok, jetzt habe ich die Punkte besser verstanden, danke für die Ausführung. Prinzipiell klingt das für mich glatt so, als wenn für Wärmepumpen glatt ein eigener Gerätetyp Sinn ergibt, der dann sowohl An/Aus als auch Smart Grid entsprechend schaltet. Das wäre auch für die Implementation von §14a, an der ich gerade bin, praktisch. Denn dann können Wärmepumpen korrekt erkannt und mit einbezogen werden.

Auch wenn ich noch nicht ganz sicher bin, was so die geschickten Strategien an der Stelle sind. Aber da kann man bestimmt etwas machen. Ich notiere mir das auf jeden Fall mal.

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