Im Juli 2020 bestellten wir unseres erstes Elektro-Auto,
einen VW eUP!. In der Folge holten
wir dann ein Angebot für eine Wallbox ein, die zu unserer Solar-Anlage mit SENEC-Speicher
passt – daher bestellten wir nach Genehmigung des NRW-Förderantrags o.g.
Wallbox „mit Technik-Paket“, das ein sogenanntes PV-Überschußladen ermöglichen
sollte.
Seit Anfang 2021 beschäftige ich mich mit der Smart Home
Software Home Assistant, die ich auf
einem Raspberry Pi 4 betreibe. Unter anderem sind dort die Ertragsdaten des
Wechselrichters als auch die Daten des SENEC-Speichers mittlerweile verfügbar.
Ende April 21 kam dann unser Auto, aber der Liefertermin der
Wallbox war erst mal weit weg, so dass ich erstmal für eine ordentliche
16A-Steckdose in der Garage sorgen mußte, um irgendwie weiter zu kommen (Regelung
des Ladeziegels/Granny-Chargers über ein Shelly Plug und optimierte
Verbrauchsmessung über ein Shelly EM-
Modul.
Ursprüngliche Überlegungen, die Integration „We-Connect“ des
Autos mit in eine Regelung einzubeziehen scheiterten an der Begrenzung von 15
Eingriffen zwischen den Startvorgängen des Autos. Dazu gibt’s einen separaten
Beitrag im englischsprachigen Blog.
Zum Zeitpunkt der Wallbox-Bestellung hatte ich im PV-Forum mal
die Frage gestellt, ob irgendwer das SENEC-System mit Wallbox kennt und ob irgendwelche
Erfahrungen damit vorliegen. Das wäre
dann das sogenannte Technikpaket zum Überschußladen, dass für ca. 400€ Zusatzkosten
zur reinen Installation der Wallbox angeboten wird. Das Resultat der Frage war
ernüchternd: Das System regelt – soweit ich es verstanden habe - basierend auf
den Senec-Cloud-Daten die in einer ca. 5-Minuten-Frequenz zur Verfügung stehen
und so anscheinend oft mit der Steuerung der Wallbox daneben liegt. Zum Glück
gab es nach Rücksprache mit meinem Solateur die Möglichkeit dieses System zu stornieren
und die Wallbox in einer „dummen“ aber prinzipiell regelbaren Version (nötig
für die Förderung) zu bekommen.
Überraschenderweise kam dann die Wallbox doch schon Ende Mai
21 und ich bin einfach mal mit dem Ansatz daran gegangen, dass ich nach 3 Tagen
oder 3 Wochenwahrscheinlich nichts daran Regeln kann, aber 3 Monate schien mir
ein realistisches Ziel. Getreu meinem Motto, dass bei Halbwissen immer wichtig
ist, welche Hälfte man weiß, habe ich mich dann auf die Suche nach Lösungen zur
Regelung gemacht.
Im Going-Electric-Forum fand ich eine hilfreiche Diskussion
zu dem Thema, und viele der Protokoll-Details, die für die ABL-Wallbox nicht
veröffentlicht waren hatten findige Köpfe dort bereits ausgetüftelt. Dort bekam
ich dann auch den Hardware-Tip zur Steuerung ein Protoss PW21-Modul (Ali-Express – ca. 30) zu verwenden, dass die
RS485-Schnittstelle der Wallbox u.a. über TCP als auch über MQTT ansprechen
kann. Besonderer Charme dieser Lösung ist, dass das Modul als HV-Version direkt
mit 220 Volt betrieben werden kann und sich im Schaltschrank mit auf die
Hutschiene monieren lässt. Der Versand aus China ließ allerdings etwas auf sich
warten.
Eine weitere Frage war, wie viel Strom ich denn jetzt für
das Laden des Autos brauche. Inzwischen weiß ich, dass diese Informationen als
Momentanwert auch über die Wallbox abrufbar wären, aber ich entschied mich
glücklicherweise (wie sich später zeigen sollte) für eine separate 3-phasige
Leistungsmessung mittels Shelly 3EM (ca.110€).
Nachdem alle Hardware da war und montiert war ging es nun um
den weichen Teil (Software). Nach guten Erfahrungen mit dem Auslesen des SMA-Wechselrichters
entschied ich mich wieder für Node Red, dass sich gut in das Home Assistant System
einfügt. Die Protokoll-Wahl fiel dieses Mal auf MQTT, wobei TCP genauso
funktioniert hätte.
Zu den Umsetzungs-Details kam Hilfe aus dem „Smarthomeyourself“-Discord und wieder aus dem Going-Electric-Forum. Nachdem dann auch
noch die Kabelverwechslungen der Verkabelung beseitigt wurden lief dann alles
plötzlich und ich konnte mich an den Aufbau einer sinnvollen Steuerung machen.
Jetzt kommt ein Teil, den jeder der sich damit beschäftigt
eigentlich vorher wissen sollte! Übliche Wallboxen mit Typ2-Kabel lassen sich
wegen der zugrunde legenden Spezifikationen zwischen 6 und 16 A regeln. Das
bedeutet bei 3-phasigem Anschluss der 11kW-Wallbox einen Regelbereich zwischen
4.2 und 16 kW…. was überhaupt nicht zu den üblichen Solaranlagen < 10kWp passt.
In unserem Fall schafft die 9.35 kWp Ost/West-Anlage bestenfalls kurzzeitig mal
6.5 kW, turnt aber normalerweise häufig im Bereich zwischen 3 und 4 kW Ertrag
herum. Nun hatten wir da relative „Glück“ dass der eUP nur 2-phasig lädt, die
Regelung also zwischen 2.8 und 7.4 kW möglich ist, aber so richtig doll ist das
immer noch nicht. Für den PV-Überschußladen-Betrieb liegt selbst dieser Bereich
viel zu hoch. Da sich die ABL-Wallbox gemäß Spezifikation auch einphasig
betreiben läßt habe ich das dann mal über ein Lösen der Kabel ausprobiert und
festgestellt dass das gut funktioniert (Regelbereich 1.4…3.6kW). Mit dem steuerbaren
Relais aus dem Shelly 3EM, einem
alten 40A-Schütz und einer Kontroll-Leuchte ließ sich schnell eine automatische
Umschaltung zwischen dem 1- und 3-Phasigen Betrieb realisieren. In der
Erprobung stellte sich jedoch heraus, dass es sehr schwierig ist, einen Algorithmus
zu finden, diese Umschaltung zu automatisieren. Im Endeffekt hilft der
geregelte Betrieb 3- bzw.für den eUP 2-phasig nur an sehr wenigen
Blue-Sky-Tagen im Mai, Juni oder Juli, so dass ich es bei eine manuellen
Umschaltmöglichkeit in Home Assistant
belassen habe (Schaltung nur stromlos möglich). Nach Rücksprache mit dem Elektriker meines Vertrauens sind dann noch 3 einzelne Leitungsschutzschalter zur Absicherung der Zusatzelement dazugekommen.
In der eigentliche Regelung stellte sich die Frage, welche „Verbraucher“
denn in der Überschuss-Funktion berücksichtigt werden sollten. Viele am Markt
befindliche Lösungen berücksichtigen den Eigenverbrauch des Hauses während des Ladens gar nicht, so dass diese Leistung vom
Batteriespeicher abgedeckt werden muss. Ferner
ist es in unserem Fall eine wichtige Frage wie sich der Ladezustand der
LI-Speichers während des Auto-Ladevorgangs verhalten soll (SOC Aufbau/Abbau?).
Um dem Rechnung zu tragen integrierte ich für den LI-Speicher eine zusätzliche
Ladeleistung, die abhängig vom Ladezustand den Speicher bis 80% SOC mit Priorität
belädt und dann erst diese Reserve zurückfährt.
Von der Einbeziehung des aktuellen Haus-Verbrauchs habe ich
aus 2 Gründen momentan Abstand genommen:
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Die Schwankungen sind oft sehr groß und bringen
eine riesige Unruhe in den Regelprozess. Negativbeispiele sind die der elektrische
Durchlauferhitzer im Bad und unser Dampfbügeleisen
Statt dessen habe ich im Home Asssistant ein Hilfsvariable
für die Reserve definiert, die sich über einen Schieber in der Bedienoberfläche
zwischen -1.600 und +1.600 W einstellen läßt um den Ladevorgang an die
aktuellen Bedürfnissen anpassen zu können.
Die Leistungsregelung ist momentan nur auf 1- oder 2-phasiges Laden ausgelegt, da ich kein Auto mit 3-Phasen-Ladung habe.
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Aktueller Stand Node Red incl. Statusabfragen
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| Wallbox Ladekurve (blau) im PV-Überschußladen einphasig |
Bei detailierten Rückfrage helfe ich gerne, möchte aber hier nicht die ganzen Details veröffentlichen
Update Sept. 2022:
Inzwischen habe ich einen 2. Shelly 3EM installiert um den Hausverbrauch in die Steuerung mit einfließen zu lassen. Das funktioniert sehr gut.
Wegen des PV-SPeichers ist es immer noch gut, die "Reserve" über einen Helfer variabel zu haben, um den Speicher bedarfsgerecht einzubinden.
Außerdem ist es mir inzwischen gelungen den aktuellen Verbrauch der Wallbox auch über die RS485-Schnittstelle zu empfangen, so dass ich eigentlich auf den Shelly für den aktuellen Verbrauch verzichten könnt, aber für die Dokumentation des Verbrauchs ist er nach wie vor hilfreich.
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Hier noch mal ein Blick auf das aktuelle Dashboard (Stand 7/2023)
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