‚Winter is coming‘ oder Sauregurkenzeit für PV-Anlagen Betreiber

Dieser Beitrag wurde aktualisiert am 20.12.19 ( Siehe Ende des Artikels).

Es ist wieder soweit. Die Tage werden kürzer, die Sonneneinstrahlung nimmt ab und die Erträge von PV-Anlagen erreichen ungeahnte Tiefen.

Als Fahrer von zwei Elektroautos in unserer Familie tut es mir besonders weh, da der Strombezug aus dem Netz nun drastisch steigt und die über den Sommer erarbeitete Autarkie damit wieder den Bach herunter geht. Man freut sich ja schon über gelegentliche sonnige Tage, bei denen man wenigstens den Bedarf für den Haushaltstrom decken kann.

Nun habe ich mir schon im Sommer die Frage gestellt, wie ich meine „Schmerzen“ beim Strombezug etwas lindern kann. Wenn ich schon nicht die Menge des zu beziehenden Stroms ändern kann, möchte ich doch zumindest die anfallenden Kosten so gering wie möglich halten.

Meine Idee und ein Rezept hierzu möchte ich in diesem Artikel vorstellen.

Die Grundidee besteht darin, den im Winter unausweichlichen Strombezug in die Zeiten zu verlagern, in denen er besonders günstig ist. Idealerweise sollte zu diesen Zeiten auch ein Überangebot an Strom aus erneuerbaren Energien vorhanden sein, damit neben dem ökonomischen auch der ökologische Aspekt nicht zu kurz kommt. Stürmisches Herbstwetter kann in diesem Zusammenhang sehr hilfreich sein.

Folgende Zutaten werden für mein Rezept benötigt:

• Stromanbieter mit schwankenden Preisen über den Tag
• Smartmeter
• Speicher (hier: 2 Elektroautos, 1 stationärer Batterie-Speicher)
• Steuerbare Wallbox
• Mini-Rechner z.B. Raspberry Pi
• Spieltrieb & entsprechende technische Kenntnisse sind hilfreich
• Zeit

Der Stromanbieter

Damit das Rezept gelingt, benötigt man zunächst einen Stromanbieter, bei dem der Preis pro kWh nicht wie bei Haushaltstrom üblich über Monate hin konstant ist (Stichwort „Preisgarantie“), sondern sich an dem Preis der Strombörse orientiert.

Bild-Beispiel für den typischen Verlauf des Strompreises an der Börse. Quelle: Link

Wie man in der Grafik erkennen kann, ändert sich der Preis pro kWh stündlich.

Seit diesem Jahr gibt es mit aWATTar in Deutschland tatsächlich einen Strom-Anbieter bei dem man auch als Endkunde die stündlichen Schwankungen an der Strompreisbörse durchgereicht bekommt. Dazu wählt man bei aWATTar den Tarif ‚HOURLY‘.

Die aktuellen und historischen Börsenpreise kann man sich auch direkt bei aWATTar ansehen:

Quelle: Link

Die Preise des Folgetages stehen bereits am Vortag gegen 14:00 Uhr fest und können schon abgefragt werden.

Sehr angenehm ist es, dass aWATTar die aktuellen Preisinformationen hier auch für eine maschinelle Weiterverarbeitung zur Verfügung stellt. Darauf komme ich in einem späteren Absatz nocheinmal zu sprechen.

Bevor jetzt die ersten Leser aufgrund der scheinbar niedrigen Preise hektische Flecken bekommen, sei erwähnt, dass die dort genannten Preise nur ein Teil des tatsächlich zu zahlenden Preises darstellen. Zu dem genannten Preis/kWh kommen noch die üblichen Anteile wie Umlagen, Abgaben, Steuern, Netznutzung und ein kleiner Aufschlag von aWATTar dazu. Zu den Kosten pro Kilowattstunde kommt in dem Tarif HOURLY noch eine monatliche Grundgebühr in Höhe von etwa 10,- pro Monat hinzu.

Link zur Seite mit dem Tarifblatt von HOURLY

Hier mal ein Zahlenbeispiel:

Bei uns in Dülmen beträgt dieser, ich nenne es mal „Sockelbetrag“, knapp 19 Cent/kWh. Bei einem Brutto-Börsenpreis von 4 Cent/kWh wäre also ein Preis von 23 Cent/kWh fällig.

In dem Tarif ‚HOURLY‘ darf der Preis von -20 Cent/kWh bis +20 Cent/kWh schwanken. Theoretisch könnte der Gesamtpreis/kWh also auch leicht negativ werden (19 Cent/kWh – 20 Cent/kWh). In den paar Monaten, in denen ich bei aWATTar bin, gab es immerhin einmal am 08.06.2019 die Situation, dass der Börsenpreis unter -10 Cent/kWh gefallen ist. Leider war zu dem Zeitpunkt bei mir noch kein Smartmeter installiert, so dass ich von dem niedrigen Preis noch nicht profitieren konnte.

Apropos Smartmeter: Damit komme ich schon zu der nächsten wichtigen Zutat:

Das Smartmeter

Bei einem Stromtarif wie dem aWATTar HOURLY, bei dem nicht nur die Menge der bezogenen Energie eine Rolle spielt, sondern auch der genaue Zeitpunkt des Bezugs, kommt man an der Installation eines Smartmeters nicht vorbei.

An dieser Stelle gehe ich nicht auf das Für und Wider eines Smartmeter z.B. im Hinblick auf Datenschutz ein, sondern beschränke mich auf die relevanten Aspekte meines Rezeptes.

Als Messstellenbetreiber arbeitet die Firma Discovergy als Partner mit aWATTar zusammen. Die Installation selber ist, wenn man diese über aWATTar beauftragt, im Regelfall kostenlos. Zusätzliche Leistungen (z.B: zusätzliche Verlegung von Netzwerkkabel) können ebenfalls beauftragt werden, sind dann aber als Extraleistung zu bezahlen. Bei mir war das nicht erforderlich, ich kam mit den Standardleistungen aus.

Die monatlichen Gebühren für den Smartmeter betragen laut Tarifblatt von aWATTar 5,44 Euro/Monat und damit 65,28 Euro/Jahr. Wenn man es rein wirtschaftlich betrachtet, dann gilt es nun die Kosten zunächst durch Einsparungen beim Strompreis wieder herauszuholen.

Der Smartmeter von Discovergy sendet nun sekündlich die Momentanleistung an das Discovergy-Portal. Als Kunde kann man sich seine Messwerte über einen Browser oder eine bereitgestellte Handy-App anzeigen lassen.

Die Abrechung der Kosten für den Strombezug erfolgt monatlich kilowattstundengenau über aWATTar. Eine Abschlagszahlung wie bei üblichen Stromanbietern gibt es hier nicht mehr.

Der Speicher

Wir fahren aktuell zwei Elektroautos. Die Renault ZOE (BJ 2017) mit 41kWh Akku und einen Peugeot iOn (BJ 2013) mit einem 16kWh Akku.
Als stationärer Hausspeicher kommt ein E3DC S10 All-In-One-System (d.h. Wechselrichter, Minicomputer, Speicher) mit einer Kapazität von etwa 10,5 kWh zum Einsatz. Für das Hauskraftwerk von E3DC hat der Hersteller die Schnittstellen offengelegt. Man kann das S10 über zwei Wege ansprechen:

• Da wäre zunächst die Schnittstelle ModBus TCP mit der lesend auf Informationen des Gerätes zugegriffen werden kann. Also Werte wie aktuelle PV-Leistung, Einspeiseleistung, Akkuleistung, Akkustand, Hausverbrauch etc.

• Desweiteren gibt es die Möglichkeit, etliche Funktionen des Gerätes über das sog. RSCP-Protokoll zu steuern. Mit Hilfe dieses Protokolls kann man also auch direkt das Verhalten des Gerätes beeinflussen. Im Zusammenhang mit meinem Vorhaben der Preis-Optimierung benötige ich aber nur einen kleinen Teil der Steuerungsmöglichkeiten.

Die Wallbox und sein kleiner Bruder ‚Schaltbare Steckdose‘

Als Wallbox kommt bei mir seit 2015 die P20 von Keba mit einem fest angeschlagenen Typ2 Kabel zum Einsatz. Ich hatte sie damals mit der Option „Netzwerk-Anschluss“ geordert, da ich von Anfang an die Idee hatte eine PV-Überschuss Ladung zu realisieren. Auch die Schnittstellen-Beschreibung der Wallbox ist vom Hersteller offengelegt, so dass man sie über das UDP-Protokoll steuern kann.

Da der Peugeot iOn keine Typ2 Ladebuche hat, sondern eine Typ1 Buchse, lade ich das Auto über eine normale 230V Steckdose. Ich habe zum Zwecke der Steuerung eine schaltbare Steckdoese vom Typ Fritz!Dect 210 im Einsatz.

Die Steuerung

Mit den o.g. Zutaten habe ich nun alles zusammen, um mit der Winter-Optimierung zu beginnen. Ziel ist es die Autos möglichst in den preisoptimalen Zeiträumen zu laden. Während der Ladung der Autos soll das Entladen des Hausspeichers unterbunden werden, da ein Umladen ins Auto zu zusätzlichen Verlusten führt, den Hausspeicher leersaugen würde und letztlich dazu führt, dass ich den Strom dann tagsüber zu einem höheren Preis einkaufen muss.

Für diesen Zweck habe ich das von E3DC zur Verfügung gestellte Beispiel-Programm so modifiziert, dass es vor dem Laden der Autos das Entladen unterbindet und nach dem Laden die Enladung wieder aktiviert. Der Quellcode von diesem Tool kann hier heruntergeladen werden.

Zur Ermittlung der preisoptimalen Zeiträume zum Laden frage ich die REST-Api von aWATTar mit einem von mir erstellten Linux-Shellskript ab. Als Parameter übergebe ich die Größe des gewünschten Ladeintervalls in Stunden. In der Regel gebe ich ein Invervall von 3h vor. Das Skript ermittelt mir daraufhin den Startzeitpunkt für das Laden auf Basis der aktuellen Preisinfos.

Die zentrale Stelle, an der die Orchestrierung der einzelnen Komponenten erfolgt, heisst bei mir fhem und läuft auf einem Kleincomputer RaspberryPi. Dabei handelt es sich auch um die Zentrale für mein SmartHome. Für die Steuerung meiner Wallbox habe ich ein fhem-Modul geschrieben, welches ich in fhem eingebunden habe. Mit dem Modul kann ich das Laden des Autos starten/stoppen und die Ladeleistung festlegen.

Details zur Steuerung

Täglich um 15:00 Uhr ermittelt fhem mit dem o.g. Skript den optimalen Startzeitpunkt zum Laden. Danach wird für diesen Zeitpunkt ein Timer gestellt, der zunächst das Entladen des Speichers unterbindet, dann die Ladung für die Wallbox freigibt und die schaltbare Steckdose einschaltet.
Ein zweiter Timer wird gestellt, um das Entladen des Hausspeichers wieder zu aktivieren und Wallbox und schaltbare Steckdoese wieder ausschaltet.

Ein nützlicher Nebeneffekt besteht nun darin, dass selbst wenn kein Auto geladen wird, die Entladung des Speichers unterbunden wird. Damit wird dann der Haushaltsstrom zum günstigsten Preis aus dem Netz bezogen. Die noch im Hausakku verbliebene Strommenge steht damit später noch zur Verfügung wenn der Bezug teurer wäre.

Ergebnis

In der Visualisierung von E3DC kann man gut erkennen, dass Nachts um 2:00 Uhr der Verbrauch im Haus stark ansteigt und ausschließlich über Strombezug gedeckt wird.

Ausblick

Prinzipiell könnte ich mit dem e3dcset-Tool zu Steuerung des Hausspeichers auch dafür sorgen, dass der Speicher jeweils zum optimalen Zeitpunkt mit Netzstrom geladen wird. Dabei würde ich den Speicher aber mit zusätzlichen Ladezyklen belasten. Da ich ich momentan nicht beurteilen kann, ob das auf lange Sicht zu einem kürzeren Leben des Akkus führt, habe ich von der Idee erst einmal Abstand genommen. Das e3dcset-Tool wäre bereits in der Lage auch den Speicher mit einer gewünschten Ladungsmenge zu füllen.

Ein weiterer Grund, den Speicher nicht mit Netzstrom zu laden, sind die auftretenden Umwandlungsverluste zwischen AC/DC, welche die Einsparungen schnell wieder auffressen würden.

Die hier beschriebene Steuerung läuft erst seit ein paar Wochen, so dass ich noch keine Langzeiterfahrungen damit habe. Mit der Zeit wird sich herausstellen, ob sich die Steuerung für mich rechnet. ich plane hierzu einen Folgeartikel zu erstellen.

Ich habe dem Hersteller E3DC vorgeschlagen, die Anbindung der aWATTar Schnittstelle direkt in das Hauskraftwerk einzubauen. Da es von E3DC auch eine Wallbox gibt, könnte das für die E3DC Kunden mit dem Stromanbieter aWATTar durchaus interessant sein. Mal sehen, ob es in einer zukünftigen Version der Firmware eingebaut wird.

Update 20.12.2019:

Ich habe mich entschlossen nun doch den Hausspeicher mit Netzstrom zu laden. 

Allerdings nur unter bestimmten Bedingungen:

• Der Netzstrom innerhalb des preisoptimalen Zeitfensters ist mind. 4Cent/kWh günstiger als der Durchschnittspreis der nächsten 24h oder
• der Börsenstrompreis in dem Ladezeitfenster ist negativ.

Damit trage ich der Tatsache Rechnung, dass es zusätzlich Verluste durch das Laden/Entladen gibt und ich reduziere die Anzahl der zusätzlich anfallenden Ladezyklen. Um den Akku nicht unnötig zu stressen, lade ich ihn nur mit einer Leistung 2,4kW und bis zu einem Akkustand von max. 80% auf.