FEMS App Power-to-Heat
1. Einleitung
Sehr geehrte Kundin, sehr geehrter Kunde,
vielen Dank, dass Sie sich für die »FEMS App Power-to-Heat« entschieden haben. Gerne können Sie uns Ihre Anregungen mitteilen, damit wir die Qualität unserer Produkte noch weiter verbessern können.
2. Installation der App
Mit der Bestellung der »FEMS App Power-to-Heat« haben Sie einen 16-stelligen Lizenzschlüssel erhalten. Mittels diesem Lizenzschlüssel können Sie die App eigenständig im FEMS App Center einlösen.
Eine Anleitung zur Vorgehensweise finden Sie hier.
3. SG-Ready Wärmepumpe
3.1. Voraussetzungen
Zur Integration einer SG-Ready Wärmepumpe mit der »FEMS App Power-to-Heat« ist erforderlich:
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FENECON Home 10 mit zwei freien Relaiskontakten oder
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FEMS Relaisboard 8-Kanal TCP mit zwei freien Relaiskontakten (Hinweis: Nicht im Lieferumfang enthalten)
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Wärmepumpe mit „Smart-Grid Ready“ Label
Je nach Wärmepumpentyp (Heizungswärmepumpe vs. Warmwasserwärmepumpe) ist ggf. auch ein freier Relaiskontakt ausreichend (s. hierzu FAQ). |
3.2. Einbindung
Die Einbindung einer "SG-Ready" (Smart-Grid-Ready) Wärmepumpe in das Energiemanagement ist eine fortgeschrittene Form der Sektorkopplung von Elektrizität und Wärme.
Die Ansteuerung sorgt dafür, dass die Wärmepumpe zu Zeiten, in denen PV-Überschussstrom zur Verfügung steht, den thermischen Speicher leicht überheizt, um dann in Zeiten ohne günstigen Überschussstrom elektrische Energie einzusparen.
3.2.1. Betriebszustände
Für die SG-Ready Ansteuerung wurden vier verschiedene Schaltzustände realisiert, die der folgenden Auflistung entsprechen:
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Sperre: Betriebszustand 1 (1 Schaltzustand, bei Klemmenlösung: 1:0): Dieser Betriebszustand ist abwärtskompatibel zur häufig zu festen Uhrzeiten geschalteten EVU-Sperre und umfasst maximal 2 Stunden „harte“ Sperrzeit.
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Normalbetrieb: Betriebszustand 2 (1 Schaltzustand, bei Klemmenlösungen: 0:0): In dieser Schaltung läuft die Wärmepumpe im energieffizienten Normalbetrieb mit anteiliger Wärmespeicher-Füllung für die maximal zweistündige EVU-Sperre.
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Einschaltempfehlung: Betriebszustand 3 (1 Schaltzustand, bei Klemmenlösung 0:1): 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.
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Einschaltbefehl: Betriebszustand 4 (1 Schaltzustand, bei Klemmenlösung 1:1): Hierbei handeltes sich um einen definitiven Anlaufbefehl, insofern dieser im Rahmen der Regeleinstellungen
Da bzgl. der Wärmepumpeneingänge keine offizielle Normung existiert, realisieren manche Hersteller die Aktivierung der Betriebszustände über eine (an den Eingängen) anliegende Spannung. Andere Hersteller verwenden stattdessen eine Verbindung zweier Eingänge der Wärmepumpe. Aufgrund dieser Tatsache, wurde die App universal aufgebaut. Diese muss nun an die Ansteuerung der Wärmepumpe angepasst werden. Dies kann bedeuten, dass an den Relais eine Steuerspannung angelegt wird, die dann (bei aktivem) Relais an den jeweiligen Wärmepumpeneingang weitergeleitet wird (Wärmepumpen-abhängig).
Die untenstehende Tabelle zeigt zusammengefasst die vier unterschiedlichen Betriebszustände, die entsprechenden Bezeichnungen im Widget, sowie die Schaltungen der einzelnen Relais.
Bezeichnung im Widget | Relais 2 | Relais 3 | |
---|---|---|---|
Betriebszustand 1 |
Sperre |
geschlossen |
offen |
Betriebszustand 2 |
Normalbetrieb |
offen |
offen |
Betriebszustand 3 |
Einschaltempfehlung |
offen |
geschlossen |
Betriebszustand 4 |
Einschaltbefehl |
geschlossen |
geschlossen |
Sobald die »FEMS App Power-to-Heat« zur Integration einer SG-Ready Wärmepumpe auf Ihrem System installiert wurde, sehen Sie dieses Widget in Ihrem Monitoring:
Mit einem Klick auf das Widget öffnet sich die Detailansicht:
In dieser wird der aktuelle Zustand und Modus angezeigt.
Hier haben Sie die Möglichkeit, zwischen den zwei Betriebsmodi Manuell und Automatisch zu wechseln:
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Manuell
Abbildung 3. Betriebsmodus "An"
Im Modus Manuell können die Betriebszustände der Wärmepumpe manuell gesetzt werden.
-
Automatisch
Im Modus "Automatisch" können die Betriebszustände der Wärmepumpe anhand der Parameter Überschusseinspeisung, Netzbezug und Ladezustand des Speichers gesetzt werden. Die eingebaute Hysterese sorgt dafür, dass die Relais nicht ständig ein- und ausschalten. Dies kann über die Mindestumschaltzeit (in Sekunden) umgesetzt werden.
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Über das zugehörige Widget in der historischen Ansicht kann das Verhalten der Wärmepumpe im Laufe der Zeit eingesehen werden.
Darüber hinaus können Sie im Online-Monitoring in der historischen Ansicht (s. Widget - Historische Ansicht (1)) die Dauer der einzelnen verwendeten Betriebszustände der Wärmepumpe nachvollziehen:
In dem Beispiel oben wurde im automatischen Modus nur der Betriebszustand Einschaltempfehlung ausgewählt. Dieser wird zu Zeiten, in denen PV-Überschussstrom zur Verfügung steht, aktiviert. In den anderen Zeiten lief die Wärmepumpe im Normalbetrieb.
Mehr Informationen über das SG-Ready Label für Wärmepumpen finden Sie unter https://www.waermepumpe.de/normen-technik/sg-ready/ |
3.3. FAQ - Frequently Asked Questions
Im Folgenden finden Sie die Antworten zu häufigen Fragen zu unserer App
1. Ich nutze eine Warmwasserwärmepumpe mit SG-Ready-Label, die nur über einen Regler/potenzialfreien Kontakt verfügt. Kann ich die App trotzdem nutzen?
Ja. Bei diesen Wärmepumpen dient der Regler der automatischen Ansteuerung und ermöglicht eine Erhöhung der Warmwasser-Solltemperatur zum Zweck der thermischen Speicherung. Auch hier lässt sich die App einsetzen. Allerdings muss bei der Verwendung beachtet werden, dass bei nur einem potenzialfreien Kontakt auch nur zwei Zustände (0 oder 1) geschaltet werden können. Wir empfehlen deshalb die Auswahl der beiden folgenden Kombinationen von Betriebszuständen.
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Einschaltempfehlung (0 | 1) bzw. Normalbetrieb (0 | 0) oder
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Einschaltbefehl (1 | 1) bzw. Normalbetrieb (0 | 0)
Technisch unterscheiden sich die Kombinationen oben nicht für die Wärmepumpe, da in beiden Fällen ein Kontakt geschaltet wird und die Vorlauftemperatur angehoben wird. Der Unterschied liegt rein in der Auswahl an Parametrierungsmöglichkeiten in der App. Mit der ersten Kombination wird das Relais nur in Abhängigkeit der Überschusseinspeisung geschaltet. Mit der unteren Kombination kann zusätzlich der Ladezustand des Speichers als weiterer Schwellwert hinzugezogen werden.
Das Beispiel unten zeigt die Verwendung der App mit einer Stiebel Eltron WWK200 Warmwasserwärmepumpe. Die Wärmepumpe ist nur über einen potenzialfreien Kontakt mit der EMS Anschlussbox (Harting Stecker) verbunden.
Hier wurde sich für die obere der zwei Kombinationen entschieden. Ab einer Überschusseinspeisung von 2000 W wird der potenzialfreie Kontakt der Wärmepumpe geschaltet. Der Verdichter erhöht anschließend die Vorlauftemperatur von 55 °C auf 65 °C. Unabhängig davon, ob das Signal noch anliegt, bleibt die Wärmepumpe nun mindestens 20 Minuten in diesem gesteigerten Betriebsmodus. Sollte nach 20 Minuten das Signal weiterhin anliegen, bleibt die Wärmepumpe weiterhin in diesem Modus. Anderenfalls wechselt sie in den normalen Betriebsmodus (Normalbetrieb) zurück.
4. Heizstab
4.1. Warum sollte ein Heizstab in das Energiemanagement eingebunden werden?
Die Einbindung eines elektrischen Heizstabes in das Energiemanagement ist die einfachste Form der Sektorkopplung von Elektrizität und Wärme. Wenn untertags das Speichersystem vollbeladen ist, muss der PV-Überschuss mit geringer bzw. ohne Vergütung in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Stattdessen ist es sinnvoller, den Eigenverbrauch zu erhöhen und den PV-Überschussstrom zur Beheizung/Kühlung des Wohngebäudes oder zur Warmwasseraufbereitung zu verwenden (z. B. für Warmwasser-Pufferspeicher, Pool-Heizung).
Die App ermöglicht die Integration eines Heizstabs dynamisch in drei Leistungsstufen.
Die Tabelle weiter unten zeigt diese exemplarisch bei einem 6-kW-Heizstab. Bei einem Heizstab mit anderem Leistungswert sind die Leistungsstufen entsprechend angepasst.
4.2. Vorteile eines Heizstabs im Energiemanagementsystem:
-
Flexibilität
Schnelle und einfache Aktivierung, je nach Wärmebedarf.
-
Integration erneuerbarer Energien:
Kombiniert mit erneuerbaren Energiequellen wie Solar- oder Windenergie machen Heizstäbe überschüssige Energie nutzbar. Wird an einem sonnigen Tag mehr Energie erzeugt als benötigt wird, kann diese überschüssige Energie Wasser erhitzen oder Räume beheizen.
-
Lastmanagement
Bei Aktivierung zu Zeiten niedrigerer Nachfrage oder günstigerer Tarife können Heizstäbe helfen, die Last auf dem Stromnetz zu steuern. Dies kann Betriebskosten senken und die Effizienz des Energiemanagementsystems erhöhen.
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Energieeffizienz
Heizstäbe ermöglichen eine höhere Gesamtenergieeffizienz des Systems. Sie sind in der Lage, Wärme schnell bereitzustellen, auch ohne große Speichersysteme.
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Kosteneffizienz
Heizstäbe sind relativ kostengünstig in Anschaffung und Installation, was sie zu einer attraktiven Option für die Wärmeversorgung in einem Energiemanagementsystem macht.
Insgesamt tragen Heizstäbe dazu bei, die Energieeffizienz zu steigern, Kosten zu senken und die Integration erneuerbarer Energien zu fördern.
4.3. Voraussetzungen
Zur Integration eines Heizstabs mit der »FEMS App Power-to-Heat« ist erforderlich:
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FENECON Home 10 mit drei freien Relaiskontakten oder
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FEMS-Relaisboard-8-Kanal-TCP mit drei freien Relaiskontakten (Hinweis: Nicht im Lieferumfang enthalten)
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Dreiphasiger elektrischer Heizstab mit Neutralleiter, stufengeregelte Schaltung
Wenn ein Heizstab mit mehr als 2 kW Leistung pro Phase betrieben werden soll, ist zusätzlich der Einsatz von Lastschützen erforderlich! |
Stufe |
Funktion |
Level 0 |
Heizstab ausgeschaltet |
Level 1 |
Leistung 2000 W |
Level 2 |
Leistung 4000 W |
Level 3 |
Leistung 6000 W |
4.4. Funktion und Betriebsmodi
Sobald die »FEMS App Power-to-Heat« zur Integration eines Heizstabes auf Ihrem System installiert wurde, sehen Sie dieses Widget in Ihrem Monitoring:
Mit einem Klick auf das Widget öffnet sich die Detailansicht:
Hier haben Sie die Möglichkeit, zwischen drei Betriebsmodi zu wechseln:
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An
Im Modus “An” schalten Sie den Heizstab manuell ein. Sie können auch hier das “Level” (siehe Tabelle oben) auswählen, mit dem der Heizstab betrieben werden soll.
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Automatisch
Im Modus “Automatisch” aktiviert sich der Heizstab automatisch, sobald überschüssiger Strom in das Netz eingespeist wird.
Sie haben hier optional die Möglichkeit, eine “Minimale Beheizung zu garantieren”, um sicherzustellen, dass das Brauchwasser auch an Tagen mit wenig PV-Stromerzeugung ausreichend erhitzt wird. Wählen Sie dazu die “Endzeit”, bis zu der die minimale Laufzeit erfüllt sein muss, sowie die “Mindestlaufzeit” aus. Sie können außerdem angeben, mit welchem “Level” (siehe Tabelle oben) diese Mindestlaufzeit erreicht werden soll.
Funktion im Detail:
-
Bis zur Endzeit muss der Heizstab mit dem gewählten Level und Laufzeit aktiv sein, unabhängig davon, ob PV-Überschussstrom zur Verfügung steht, oder nicht
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Beispiel: Es wurde eine Mindestlaufzeit von einer Stunde bis 17 Uhr ausgewählt. Aufgrund von Bewölkung steht kein PV-Überschuss zur Verfügung. Da aufgrund der Konfiguration, der Heizstab aber mindestens für eine Stunde aktiv sein soll, wird der Heizstab um 16 Uhr eingeschaltet, um eine Mindestlaufzeit von einer Stunde bis 17 Uhr zu garantieren.
Die Mindestlaufzeit hat keine limitierende Wirkung auf den Betrieb des Heizstabs, sofern ausreichend PV-Überschuss zur Verfügung steht. Hier ist letztlich die Temperaturregelung am Heizstab der limitierende Faktor. |
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Aus
Im Modus “Aus” wird der Heizstab dauerhaft abgeschaltet.
Darüber hinaus können Sie im Online-Monitoring in der historischen Ansicht (s. Heizstab - Historie (1)) die Einschaltzeiten des Heizstabs nachvollziehen:
Über die Einschaltzeiten kann der Stromverbrauch des Heizstabs theoretisch wie folgt berechnet werden:
Stromverbrauch = Einschaltdauer Level 1 (in Std.) * 2 kW + Einschaltdauer Level 2 (in Std.) * 4 kW + Einschaltdauer Level 3 (in Std.) * 6 kW
Berechnung für das Beispiel oben:
Einschaltdauer Level 1: 7.53 Std * 2 kW = 15,06 kWh
Einschaltdauer Level 2: 0.23 Std * 4 kW = 0,92 kWh
Einschaltdauer Level 3: 0 kWh
Stromverbrauch Heizstab: 15,06 kWh + 0,92 kWh = 15,98 kWh
In der Berechnung oben wird die App in Kombination mit einem 6 kW Heizstab verwendet. Bei einem Heizstab mit anderem Leistungswert sind die Leistungsstufen entsprechend angepasst. |
Falls der Heizstab eine maximale Temperatur o. ä. hinterlegt hat, ist es möglich, dass keine Leistung bezogen wird, auch wenn der Relaiskontakt eingeschaltet ist. In diesem Fall wäre die direkte Umrechnung in kWh nicht korrekt. Im Online-Monitoring wird deshalb auf diese automatische Umrechnung verzichtet. |
Übrigens: Das 8-Kanal-TCP-Relaisboard kann bis zu 10 A direkt schalten, sodass für einen dreiphasigen Heizstab mit 6 kW Leistung (= 3 x 2 kW) keine separaten Schütze für die Ansteuerung des Heizstabs benötigt werden. Sie könnten mit der »FEMS App Power-to-Heat« auch einen leistungsstärkeren Heizstab betreiben. In dem Fall muss in der Software die abweichende Leistung konfiguriert werden. Kontaktieren Sie dazu bitte unseren Service. |
Anmerkung zur stufenweisen Schaltung des Heizstabes: Wir haben uns bewusst für einen “einfachen”, dreiphasigen Heizstab anstelle eines Heizstabs mit stufenloser Regelung entschieden. Diese Lösung ist insgesamt technisch einfacher und somit wenig fehleranfällig und günstiger. Der vermeintliche Nachteil der ungenaueren Steuerung wird in der Praxis durch den Software-Algorithmus ausgeglichen. |
5. Blockheizkraftwerk (BHKW)
5.1. Warum ein BHKW?
Ein BHKW erzeugt durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) gleichzeitig Strom und Wärme, die an Heizungen abgegeben werden kann. Die Beziehung von externem Strom kann reduziert werden, was Kosten spart. Ein BHKW macht daher unabhängiger von Strompreisanbietern und der Strompreisentwicklung. Ferner benötigt ein BHKW weder Sonne noch Wind, um Strom und Wärme zu produzieren. BHKW sind in verschiedenen Ausführungen und Größen erhältlich und bieten einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 90 % bei der Produktion von Wärme und, je nach Betriebsart, von 10 bis 40 % bei der Stromerzeugung.
5.2. Vorteile eines BHKW
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Energieeffizienz:
BHKW-Anlagen erzeugen gleichzeitig Strom und Wärme (Kraft-Wärme-Kopplung), was die Gesamtenergieeffizienz erhöht. Ein EMS kann den Betrieb der BHKW-Anlage optimieren, um den Energieverbrauch zu minimieren.
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Kostenersparnis:
Die Nutzung der Abwärme für Heizungs- oder Prozesswärme kann Energiekosten senken. Ein EMS hilft dabei, den optimalen Zeitpunkt für den Betrieb des BHKW zu bestimmen, um von günstigeren Strompreisen zu profitieren.
-
Lastmanagement:
Ein EMS kann Lastspitzen identifizieren und steuern, sodass das BHKW gezielt eingesetzt wird, um die Netzbelastung zu reduzieren und Kosten für Netznutzungsentgelte zu sparen.
-
Erneuerbare Energien integrieren:
In Kombination mit erneuerbaren Energiequellen (z.B. Solar- oder Windenergie) kann ein EMS die Erzeugung und den Verbrauch besser abstimmen, wodurch der Einsatz fossiler Brennstoffe reduziert wird.
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Flexibilität und Versorgungssicherheit:
Ein BHKW kann schnell hoch- und heruntergefahren werden, was es flexibel macht. Ein EMS kann diese Flexibilität nutzen, um auf Schwankungen im Energiebedarf oder in der Erzeugung zu reagieren.
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Reduzierung von CO2-Emissionen:
Durch die höhere Effizienz und die Möglichkeit, erneuerbare Energien einzubinden, tragen BHKW zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen bei.
5.3. Voraussetzungen
Zur Integration eines BHKW mit der »FEMS App Power-to-Heat« ist erforderlich:
-
FENECON Home 10 mit einem freien Relaiskontakten oder
-
FEMS Relaisboard 8-Kanal TCP mit einem freien Relaiskontakten (Hinweis: Nicht im Lieferumfang enthalten).
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BHKW, das über Relais ein- und ausgeschaltet werden kann.
5.4. Einbindung
Die Einbindung eines BHKW in das Energiemanagement ist eine fortgeschrittene Form der Sektorkopplung von Elektrizität und Wärme.
Sobald die »FEMS App Power-to-Heat« zur Integration eines BHKW auf Ihrem System installiert wurde, sehen Sie dieses Widget in Ihrem Monitoring:
In dieser Ansicht können Sie den aktuellen Betriebsmodus einsehen und ob das BHKW gerade aktiv oder inaktiv ist.
Mit einem Klick auf das Widget öffnet sich die Detailansicht der App:
Hier haben Sie die Möglichkeit, zwischen drei Betriebsmodi zu wechseln:
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An: Erzwungenes Anschalten
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Automatisch
Mit der Betriebsart "Automatisch" macht man sich die Eigenschaft des BHKW als tageszeit- und witterungsunabhängigen elektrischen Erzeuger zunutze.
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Ladezustand: Momentaner Ladezustand des Speichers
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Oberer Schwellenwert: Ladezustand des Speichers, über dem das BHKW ausgeschaltet wird
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Unterer Schwellenwert: Ladezustand des Speichers, unter dem das BHKW eingeschaltet wird
Sinkt der Ladezustand unter den unteren Schwellwert, wird dem BHKW ein Einschaltsignal gegeben. Dadurch wird der Bezug von teurerem Strom aus dem Netz vermieden. Übersteigt der Ladezustand den oberen Schwellwert, wird das Einschaltsignal zurückgenommen, um eine unnötige Einspeisung des BHKW Stroms zu verhindern.
In der folgenden Tabelle sind die voreingestellten Schaltschwellen angegeben (vgl. Detailansicht)
Ladezustandsänderung |
Schaltzustandsänderung |
20 % → 19 % |
Aus → Ein |
70 % → 71 % |
Ein → Aus |
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Aus: Erzwungenes Ausschalten
Über das zugehörige Widget in der historischen Ansicht kann das Verhalten des BHKW im Laufe der Zeit eingesehen werden.