Interessengemeinschaft zur Förderung der Elektromobilität im Unterallgäu
 
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IFEU Energie-Manager für PV-Anlagen und E-Auto Ladebox
 
Das E-Auto mit Strom laden, welchen man selbst mit einer PV-Anlage erzeugt, ohne dabei ständig kontrollieren zu müssen, ob der Solarstrom dazu ausreichend ist !
Genau das macht der Energie-Manager ganz automatisch !
 
Der IFEU Energie-Manager ist ein kleines Gerät, das automatisch vergleicht wieviel Energie z.B. eine Solaranlage (oder ein anderer Generator, wie Wasserkraft, Windkraft, Batteriespeicher) aktuell liefert und davon gerade selbstverbraucht wird. Damit berechnet der Energie-Manager, wieviel er an eine Ladebox abgeben kann, mit der man ein E-Auto auflädt.*
 
Viele IFEU-Mitglieder besitzen eine Photovoltaik-Anlage, mit deren erzeugter überschüssiger Energie dann das E-Auto geladen wird. Aber was ärgert einen Selbstversorger denn am meisten? Genau, Sie ahnen es schon. Es ist sehr ärgerlich, wenn man das Auto lädt, weil die Sonne gerade richtig viel Strom aus der PV-Anlage kitzelt und dann kommt Bewölkung auf, der eigen-generierte Solarstrom reicht nicht mehr und man sieht dem Tarifzähler an, daß nun Strom vom Energieversorger bezogen wird.
Die konsequentesten Personen haben früher den Ladevorgang des Autos abgebrochen, seit dem die IFEU den Workshop „Selbstbau einer Ladebox“ durchgeführt hatte, war das etwas komfortabler, man konnte nämlich den Ladestrom an der Ladebox reduzieren, damit man eben langsamer, aber immer noch ohne Strom zukaufen zu müssen, sein Fahrzeug laden konnte.
Jedoch, soll man wegen jeder Wolke zur Ladebox laufen und am Ladestrom drehen? Natürlich nicht. Das geht auch etwas luxuriöser!
Aus diesem Grund hat sich die IFEU entschlossen beim nächsten Workshop den Eigenbau eines PV-Energiemanagers anzubieten. Damit kann man den Ladestrom für ein E-Auto so anpassen, daß dieser immer unter der Grenze liegt, die eine PV-Anlage abzüglich des Eigenverbrauchs (z.B. Haus oder anderer Energieverbraucher) aktuell liefert.
Falls das auch für Sie interessant sein könnte und Sie kein Freund von Selbstbau oder Workshops sind: es gibt das Gerät auch komplett fertig zu kaufen.
Zwar gibt es auch andere Hersteller, die so etwas anbieten, aber derzeit leider nur mit recht einfach gestrickten Lösungen und überhaupt nicht besonders genau, dafür aber unglaublich teuer, meist über 1200 Euro; bei uns zur Hälfte :-)
Der Energie-Manager ist nicht nur handlich, sondern regelt auch zuverlässig !
 
Ein Computer mit 5 Zoll Touch-Screen als unabhängiges System, vergleichbar mit einem Navi oder Smartphone. Kinderleicht zu bedienen, man muß nur den Einschaltknopf drücken und das E-Auto an die Ladebox anstecken, den Rest macht dann der Energiemanager ganz automatisch.
 
Ein kleines Video, das die wichtigsten Features des Energie-Managers zeigt, finden Sie hier unter diesen Links
Video mit hoher Auflösung (m4v-Datei 56 MB)
 
Das Gerät erhält seine Messwerte von einem Stromzähler, der sekundengenau den aktuellen Stromertrag misst. Die Daten werden alle 5 bis 500 Sekunden aktualisiert (individuell anpassbar in den Einstellungen des Systems) und mit den ebenfalls von einem Zähler ermittelten Werten des „hausverbrauchten Stroms“ verglichen. Die Differenz steht dann dem Fahrzeug zu. Der Energie-Manager gibt dann der Ladebox den Befehl den Ladestrom für das E-Auto entsprechend anzupassen.
Die Minimal-Version ermöglicht es auf den Zähler für den eigenverbrauchten Hausstrom zu verzichten und stattdessen einen festen Wert zwischen 1 kW und 10 kW vom Benutzer festzulegen. Dies ist für Anlagen gedacht, die keine Eigenverbrauch-Variante aufweisen und „nur“ ins öffentliche Netz einspeisen.
 
Hier im folgenden Bild sehen Sie die Benutzeroberfläche der höchsten Ausbaustufe mit PV-Zähler (linke Spalte und gelbe Kurve) und Haus-Zähler (mittlere Spalte und blaue Kurve).
Screenshot des Systems: gelb PV-Ertrag, blau Eigenverbrauch, rot Ladestrom
 
Doch betrachten wir zunächst den Bildschirm im einzelnen.
In der Ecke links oben erkennen Sie ein gelbes Sonnensymbol, das anzeigt, daß unsere Solaranlage gerade Strom erzeugt. Es würde blau erscheinen, wenn kein solarer Ertrag (bei Nacht) generiert wird. Gleich neben dem Sonnensymbol finden Sie die für Ihren Standort errechneten Sonnenauf- bzw. -untergangszeiten. Diese stimmen auf die Minute genau, dank der durch den Benutzer individuell festlegbaren Koordinaten. Der Balken darunter gibt Ihnen einen Überblick darüber wie lange schon und wie lange noch die Sonne heute strahlen wird. Nur ob sie wirklich scheint, oder ob es bei Ihnen gerade bewölkt ist oder gar eine Sonnenfinsternis zu beobachten ist, das weiß unser Energiemanager leider nicht.
Oben in der Mitte erscheint Datum und Uhrzeit, darunter der Überschuss an solarer Leistung abzüglich Hausverbrauch und ans Fahrzeug abgegebener Leistung (in unserem Beispiel 5,893 kW). Sollte für kurze Zeit diese Leistung nicht ausreichend sein, weil der PV-Ertrag unvermittelt einbricht, dann wird dies statt in grüner Farbe mit einem Minus-Zeichen und in roter Farbe angezeigt, bevor das System dann die Ladeleistung innerhalb der vom Benutzer eingestellten Zeitspanne von 5 bis 500 Sekunden wieder anpasst.
Oben rechts erkennen Sie ein grünes Auto-Symbol mit einem Blitz. Das bedeutet, daß derzeit ein Fahrzeug angesteckt ist und geladen wird. Die Farbe grün signalisiert, daß die dazu notwendige Ladeleistung „im grünen Bereich“ der von der PV-Anlage erzeugten Energie liegt. Ein rotes Symbol würde anzeigen, daß die Energie nicht ausreichend ist. Das kann bei unvermitteltem Leistungseinbruch der PV-Anlage während einer Messzeitspanne auftreten, aber auch wenn Sie Ihr Fahrzeug dringend aufladen möchten, egal ob die Energie der PV-Anlage dazu ausreicht. Hierzu kurz auf das Auto-Symbol klicken und es erfolgt eine „Zwangsladung“. Das Symbol wechselt zu einer Darstellung mit einem zusätzlichen Einschaltzeichen. In diesem Fall und falls die PV-Anlage zu wenig Energie liefert, müssen Sie vom Stromversorger zukaufen. Der Wert der zugekauften Energie wird Ihnen dabei oben rechts in der zweiten Zeile angezeigt und ständig aktualisiert (hier 0,949 kWh), darüber in der ersten Zeile die gesamte Ladedauer und in der dritten Zeile die zugekaufte Gesamtenergie seit dem letzten Zurücksetzen dieser Anzeige. Damit haben Sie eine zusätzliche Kontrolle Ihres Energieaufwands, der nicht eigengeneriert wurde, sondern den Sie zukaufen müssen. Dieser Wert wird mit dem Einsatz des Energie-Managers künftig recht gering ausfallen, hier im Beispiel betrug er übrigens für den Gesamtzeitraum von 3 Monaten ganze 24,855 kWh, bei etwa 350,000 kWh, die sich das Fahrzeug in diesem Zeitraum gönnte. Dieser Wert ist weiter nach unten zu schaffen, wenn man nur weniger oft „zwangslädt“.
Nun aber weiter mit der Beschreibung der auf dem Display angezeigten Werte. Das zentrale Element der Anzeige ist die grafische Darstellung der Leistung von PV-Ertrag, eigenverbrauchtem Hausstrom und dem E-Auto zur Verfügung gestellten Ladeleistung. Somit haben Sie immer im Blick, wie sich die aktuellen Werte gerade darstellen.
Die Skalierung auf der Hochachse der Darstellung passt sich dabei automatisch an, also keine Sorge, daß Sie evtl. keine 40 kW Anlage betreiben und dadurch die Kurven nie so hoch sein werden. Sie werden es, denn bei z.B. einer 10 kW Anlage ist die Aufteilung eben 2,5  5  7,5  10  12,5 statt 10  20  30  40  50 wie hier im Beispiel.
Unter der grafischen Darstellung finden Sie weitere Werte Ihrer Anlage. Links in der „Solar-Spalte“ der aktuelle Leistungswert (hier 33,625 kW) oberhalb des blau-weißen IFEU-Logos. In der Mitte der Wert für den Verbrauch, der sich gerade Ihre sämtlichen häuslichen Verbraucher genehmigen, ohne das angeschlossene E-Auto. Dieser Leistungswert wird nämlich in der rechten Spalte angezeigt (21.037 kW) gefolgt von der zur Ladung freigegebenen Stromstärke (32 A). Die drei schrägen Striche vor dem Leistungswert bedeuten, daß Sie Ihr E-Auto mit 3 Phasen Drehstrom, also mit 400 Volt laden, statt, wie ebenfalls möglich, mit 230 Volt Lichtstrom. In diesem Fall würde statt /// das Zeichen ~ angezeigt werden.
In der ganz untersten Reihe finden Sie ganz rechts das Logo des Entwicklers brainelectronics.de in der Mitte einen Button für Einstellungen (siehe nächstes Bild) links das IFEU-Logo und ganz links der Ausschalt-Button.
 
Nun aber zu den Einstellungen, die Sie nach drücken des Buttons selbst vornehmen können
Screenshot der individuellen Einstellmöglichkeiten des Energie-Managers
 
Das Menü der Einstellungen ist analog aufgebaut, wie der Hauptbildschirm. Links die solare Spalte, in der Mitte die Spalte „Haus und Eigenverbrauch“ und rechts die Spalte E-Auto.
Beginnen wir links oben. Damit der Energie-Manager die Sonnenauf- und die -untergangszeiten korrekt berechnen kann, müssen Sie hier ganz zu Beginn einmalig die Koordinaten des Standorts Ihrer Solaranlage eingeben. Die Werte bleiben selbstverständlich gespeichert, auch wenn Sie das Gerät ausschalten. Darunter haben Sie eine Auswahl an Zählern, die an das System angeschlossen sind. Der Energie-Manager kann nämlich insgesamt bis zu 3 externe Zähler verwalten; denkbar wäre Zähler PV-Anlage, Zähler Haus, Zähler Energiespeicher oder so. Braucht man im Normalfall nicht, aber „kenn mer abr scho macha!“
Darunter können Sie einstellen, ob Sie Ihr E-Auto mit 400 Volt 3 Phasen Drehstrom laden oder aber mit 230 Volt. Dementsprechend berechnet der Energie-Manager die ans Fahrzeug freigegebene Leistung, welche minimal 1,38 kW und maximal 22 kW betragen kann. Damit ist es möglich das Gerät mit einer minimal etwa 4 kW PV-Anlage (darunter macht der Energie-Manager keinen Sinn) bis hin zu Anlagen von max. 70 kW zu  betreiben. Größere Solaranlagen werden nur durch den Einbau von besonderen Zählern unterstützt, da die maximale Stromstärke auf 100 Ampere bei 3x 230 Volt begrenzt ist.
Zurück zum Einstellungs-Menü und dessen mittlerer Spalte.
Ganz oben können Sie einen Wert „Treshold“ zwischen 1 und 10 kW festlegen (hier gerade 6 kW). Was bedeutet dies? Am einfachsten ist es an einem Beispiel zu veranschaulichen. Nehmen wir an Ihre Solaranlage liefert gerade bei wolkenlosem Himmel 26 kW, Ihr Haus verbraucht davon 4 kW und somit wird der Energie-Manager die restlichen 22 kW (26,0  - 4,0 = 22,0) zum Laden Ihres E-Auto freigeben. Jetzt ist aber die eigenverbrauchte Energie Ihres Hauses nicht wirklich ganz exakt vorhersehbar, vielleicht steigt diese in ein paar Minuten auf 4,5 kW. Für diesen Fall können Sie einen Treshold von 1 kW einstellen, dann darf der Eigenverbrauchswert um maximal 1 kW steigen, ohne daß Sie Energie zukaufen müssen, denn die Rechnung des Energie-Managers sieht nun wie folgt aus:
+26,0 kW Solar  - 4,0 Haus  - 1 kW Treshold = 21 kW Ladefreigabe
Statt der theoretisch zur Verfügung stehenden 22 kW für Ihr E-Auto, reagiert der Energie-Manager nun etwas vorsichtiger und gibt nur 21 kW Ladeleistung frei. Übrigens, genauso wie der Eigenstromverbrauch Ihres Hauses schwankt kann sich natürlich auch der solare Ertrag, z.B. durch eine einzige dicke Wolke über Ihren Solarzellen, kurzfristig ändern. Solche kurzfristigen Änderungen beachtet das System gewollt nicht, da sonst alle paar Sekunden der Ladestrom für Ihr Fahrzeug angepasst werden würde. Um solche plötzlichen unvorhersehbaren Änderungen etwas puffern zu können, wurde die Treshold-Funktion einprogrammiert. Ein kleiner Nachteil darf dabei nicht unerwähnt bleiben. Für den Fall, daß Sie auf „Nummer sicher“ gehen wollen und diesen Wert auf 10 kW einstellen, darf daran erinnert werden, daß in unserem Zahlenbeispiel nun mit einer weit geringeren Ladeleistung, als evtl. von Ihnen erwünscht, gerechnet werden muß:
+26,0 kW Solar  - 4,0 Haus  - 10 kW Treshold = 11 kW Ladefreigabe
Ihr Fahrzeug bekommt nur 11 kW freigegeben, da der Puffer auf 10 kW festgelegt wurde. Weist Ihr System aus PV-Anlage und Hausstromverbrauch jetzt gar keine so hohe Schwankung auf, dann vergeuden Sie die Möglichkeit Ihren gesamten Eigenverbrauch zu optimieren. Genau das aber ist der Zweck des Energie-Managers, nicht wahr? Mal ganz abgesehen davon, daß Sie nun nur mit 11 kW statt 22 kW Ihr Fahrzeug laden, also es doppelt so lange dauert bis der Akku Ihres E-Autos voll ist.
Das war also die Treshold-Funktion, das komplizierteste Feature des Energie-Managers. Darunter findet sich auf der mittleren Spalte die Mäglichkeit zur Auswahl des Haus-Zählers, analog dem zuvor beschriebenen Solar-Zähler etwa 50 Zeilen weiter oben.
In der mittleren Spalte ganz unten findet sich die Möglichkeit, sämtliche Leistungswerte aller angeschlossenen Zähler während des Betriebs aufzeichnen zu lassen. Die Logging-Funktion speichert dabei eine sehr große Anzahl an Messwerten, die Sie später an einem Computer auswerten können.
Braucht man im Normalfall nicht, aber „kenn mer abr scho macha!“ Den Spruch kennen Sie ja bereits.
Die rechte Spalte bedient Funktionen für das E-Auto. Genauer gesagt kommuniziert der Energie-Manager nicht mit Ihrem Auto, sondern mit der Ladebox, an der Sie Ihr Auto zum Laden angesteckt haben. Dieser Ladebox gibt der Energie-Manager den Befehl z.B. jetzt weniger Leistung zu gewähren. Diese Kommunikation erfolgt über eine LAN oder W-LAN Verbindung. Die Adresse Ihrer Ladebox wird dazu, samt Kennwort in den beiden oberen Zeilen der rechten Spalte eingetragen. Auch dies müssen Sie nur einmalig vornehmen, die Einstellungen bleiben gespeichert.
In der rechten Spalte mittig finden Sie die Möglichkeit den maximalen Ladestrom zusätzlich zu begrenzen. In unserem Beispiel ist dieser Wert auf 10 A festgelegt, sodaß Ihr Fahrzeug nie mit mehr als 10 A geladen wird, auch nicht zwangsgeladen. Die zur Verfügung stehenden Werte sind 6A  10A  13A  16A  20A und 32A.
Unten rechts findet sich die letzte der zahlreichen Einstellmöglichkeiten des Energie-Managers, die Vorgabe aus wie vielen Messwerten der Zähler ein Durchschnittswert zur Kalkulation der Ladefreigabe gebildet werden soll.
Sie erinnern sich, man kann einstellen ob alle 5 bis zu 500 Sekunden eine solche Kalkulation erfolgen soll. Das war etwas vereinfacht dargestellt. In Wirklichkeit ist es diese Vorgabe der Anzahl der Werte zur Bildung des Durchschnitts, die festlegt wie viele Werte der Energie-Manager abwartet, bis er aktiv „reagiert“ und dis Ladeleistung anpasst. Dabei ist zu beachten, daß „wenige Werte“ das System schneller reagieren lässt, während eine hohe Anzahl von Werten zur Durchschnittsermittlung das System „gelassener“ macht. Da ist, wenn man es wünscht, einfach ausprobieren angesagt. Sie können diese Einstellung aber auch einfach unverändert belassen, denn bei Werksauslieferung sind dort bereits die „optimalen“ Einstellungen abgespeichert.
Durch Schließen des Fensters „Einstellungen“ werden sämtliche veränderten Werte übernommen und der Energie-Manager arbeitet mit diesen neuen Parametern weiter. Das ist auch während des Betriebs, also während eines Ladevorgangs, möglich und damit können Sie sofort das daraus resultierende geänderte Verhalten Ihres Energie-Managers nachvollziehen.
Einzig die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Logging-Funktion erfordert, daß Sie den Ladevorgang unterbrechen und das Gerät neu starten. Aber wie oft macht man das schon.
Die Erfahrung zeigt, daß Sie zu Beginn alle Funktionen ausprobieren (wollen) und dies auch ausgiebig tun, bis Sie feststellen: „Einschalten und das System einfach arbeiten lassen“ ist die beste Methode um die optimalsten Ergebnisse zu erzielen.
 
 
  * derzeit optimiert für sämtliche Wallboxen / Ladeboxen mit integrierter
    EV Charge Control von Phoenix Contact mit LAN-Anschluß
    ... und selbstverständlich der IFEU-Lade Box, siehe Link
 
    Jonas Scharpf
 
Sonntag, 17. April 2016
Der IFEU Energie-Manager zur optimalen Ladesteuerung mit selbsterzeugtem Solarstrom
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