HEMS

PV-Anlage und Stromspeicher, Wallbox und Wärmepumpenheizung: Das Interesse an dezentralen Energieversorgungslösungen wächst – und mit ihm die Anzahl an Technologien, um die erneuerbaren Energien im eigenen Zuhause effektiv zu nutzen. Damit die Stromerzeugung der PV-Anlage effizient genutzt werden kann, müssen die einzelnen Komponenten einer solchen Versorgungslösung optimal aufeinander abgestimmt sein. Diese Aufgabe übernimmt das Home Energy Management System (HEMS) oder einfach Heim-Energiemanagementsystem: Es erfasst und optimiert alle Energieströme im Haushalt und wird so zum Taktgeber Ihrer persönlichen Energiewende.

Wir erklären auf dieser Seite, was ein HEMS ist, wie es funktioniert und welche Vorteile ein Heim-Energiemanagementsystem für Betreiber*innen von PV-Anlagen bietet.

Aufbau und Funktionsweise eines HEMS

Das Heim-Energiemanagementsystem ist eine Steuereinheit, die über eine Software-Schnittstelle mit den einzelnen Komponenten der lokalen Energielösung verbunden wird. In Stromspeichern der neueren Generation (siehe SENEC.Home) ist das HEMS häufig bereits in den Speicher integriert, sodass Sie keine zusätzliche Hardware benötigen.

Die Hauptfunktion des HEMS ist die Koordination von Stromverbrauch, Erzeugung, Speicherung und Netzeinspeisung über alle Bestandteile der Anlage hinweg. Voraussetzung dafür ist das kontinuierliche Erfassen und Auswerten von Daten innerhalb des lokalen Energiesystems. Dazu zählen:

• die Stromerzeugung der PV-Anlage
• die Stromspeicherung im Stromspeicher und die Stromentnahme aus dem Speicher
• der Stromverbrauch durch Wärmepumpe, Klimaanlage, Wallbox, Haushaltsgeräte etc.
• die Stromabgabe in das Netz bzw. die Stromaufnahme aus dem Netz

Das System stellt die gesammelten Daten sowohl tagesaktuell als auch in einer Wochen-, Monats- oder Jahresübersicht zur Verfügung. Die Erzeugungsdaten werden zusätzlich mit Wetterprognosedaten abgeglichen, um vorhersagen zu können, wie hoch die PV-Erträge in den kommenden Stunden ausfallen können. Anhand der Verbrauchsdaten können individuelle Verbrauchsmuster erstellt werden.

Nun kann das HEMS die Erzeugung mit den Verbräuchen abgleichen und den erzeugten Strom automatisch so „verteilen“, dass möglichst viel Solarstrom für den eigenen Haushalt genutzt wird. Dazu steuert es flexible Verbraucher an und lädt beispielsweise das Elektroauto nur mit überschüssigem PV-Strom, der sonst in das Netz eingespeist werden würde. Sollte das E-Auto voll sein oder besonders viel überschüssiger Strom zur Verfügung stehen, wird der Heimspeicher geladen, um den Haushalt abends und nachts mit Strom zu versorgen.

Vorteil 1: Transparenz

Die individuellen PV-Erträge und Stromverbräuche sind auf Tages-, Wochen- oder Monatsbasis genau nachvollziehbar und übersichtlich visualisiert, zum Beispiel in einer App oder in einem Nutzerportal. Das hilft auch, den eigenen Strombedarf im Blick zu behalten.

Vorteil 2: Optimierter Eigenverbrauch

Durch die genaue Abstimmung der PV-Erträge mit den einzelnen Verbrauchern im Haushalt wird ein möglichst hoher Anteil des lokal erzeugten Solarstroms selbst verbraucht. Das senkt den Bedarf an Netzstrom und damit die Stromkosten.

Vorteil 3: Smarte Automatisierung

Das HEMS optimiert die Energieströme eigenständig und steuert die Verbraucher automatisch in der gewünschten Reihenfolge an. Der unterschiedliche Bedarf für Haushaltsstrom, Wärme und Mobilität wird solaroptimiert gedeckt – unabhängig davon, wie das Wetter ist oder ob Sie zuhause sind.

Vorteil 4: Schnittstelle zu weiteren Services

Neben PV-Anlage, Stromspeicher, Wärmepumpenheizung und Wallbox können Sie über das HEMS noch weitere Komponenten in Ihr PV-System einbinden – etwa eine Cloudlösung, in der Sie Ihren PV-Überschuss als virtuelles Guthaben anlegen und flexibel abrufen können.

Vorteil 5: Preissignalfähigkeit

Ein HEMS kann u.U. die schwankenden Preise der Strombörse erhalten, diese visualisieren und verarbeiten und darauf basierend Anlagenkomponenten bzw. steuerbare Verbraucher in den besonders günstigen Zeiten ansteuern. In Verbindung mit einem dynamischen Stromtarif lässt sich so also bares Geld sparen

Vorteil 6: Zukunftsfähige Lösung

Durch die smarte Vernetzung aller Systemkomponenten schafft das Heimenergiemanagementsystem optimale Voraussetzungen für die Energielösungen der Zukunft – beispielsweise bidirektionales Laden oder die PV-Direktvermarktung zu aktuellen Börsenkursen.

Da das HEMS mit allen Komponenten der jeweiligen Energielösung vernetzt ist, kann es die Energieflüsse im Haus effektiv aufeinander abstimmen. Zusätzlich können Sie jederzeit per App Änderungen vornehmen, etwa, um neue Präferenzen für die Steuerung festzulegen oder smart steuerbare Anlagen zum System hinzuzufügen. Auf diese Weise nutzen Sie Ihren Solarstrom so effizient wie möglich, sparen Stromkosten und versorgen Ihren Haushalt noch nachhaltiger mit Energie.

3 Gründe, warum das HEMS zum Standard in der Energieversorgung werden könnte

• 1. Dynamische Stromtarife
  Regenerative Energien wie Photovoltaik und Windkraft sollen Atom- und Kohlekraftwerke ersetzen. Damit das gelingt, müssen Wege gefunden werden, wie sich die schwankenden Erträge aus Wind- und Sonnenenergie effektiv nutzen lassen. Das HEMS kann künftig in Kombination mit dynamischen Stromtarifen dafür sorgen, dass Stromverbraucher in Zeiten niedriger Preise, zum Beispiel wenn gerade viel Windstrom produziert wird, aus dem Netz versorgt werden. Dafür wird selbst produzierter Strom über den Speicher dann genutzt, wenn die Preise besonders hoch sind. Das spart Kosten und entlastet die Stromnetze.
• 2. PV-Direktvermarktung
  Im Vergleich zu den gestiegenen Börsenstrompreisen ist inzwischen die Einspeisevergütung, die man als PV-Anlagenbesitzer*in für die Einspeisung von selbst erzeugtem Strom in das Netz erhält relativ gering. Alternativ gibt es die Möglichkeit, den selbst erzeugten Strom über ein Partnerunternehmen direkt an der Strombörse zu vermarkten (sieh hierzu: Direktvermarktung von PV-Strom). Hier hilft ein HEMS zu ermitteln, zu welchen Zeiten wenig erneuerbare Energien eingespeist werden und die Preise für PV-Strom somit höher sind. So lassen sich deutliche Mehrerlöse gegenüber der Einspeisevergütung erzielen.  Das oberste Ziel des HEMS bleibt natürlich nach wie vor, möglichst viel vom erzeugten PV-Strom selbst zu verbrauchen, da auf diese Weise am meisten Geld und Emissionen eingespart werden.
• 3. Steuerbare Stromverbraucher
  Die Anzahl der Erzeugungsanlagen mit stark schwankenden Erträgen wie PV oder Windkraft wird weiter steigen, ebenso wie die Zahl großer Stromverbraucher wie E-Autos und Wärmepumpenheizungen. Um eine Überlastung der Netze zu vermeiden, kann der Verbrauch großer Anlagen im Haushalt, also zum Beispiel Wärmepumpe oder Wallbox, künftig in Belastungssituationen zentral gedrosselt werden. Diese Beschränkung kann entweder einzeln für jedes Gerät erfolgen oder mit einem HEMS gesammelt für den gesamten Haushalt. Das HEMS kann dann im Fall einer Drosselung dafür sorgen, dass wichtige Verbraucher priorisiert werden. So wird zum Beispiel das bald wieder benötigte Elektroauto weiterhin mit voller Geschwindigkeit geladen, während die Wärmepumpe pausiert wird. Das HEMS kann die Verbrauchsbeschränkung auch komplett vermeiden, indem es Zeiten niedriger Erzeugung und hoher Strombedarfe voraussieht und die Verbraucher im Haushalt schon vorher versorgt.

Welche Heim-Energiemanagementsysteme gibt es?

Fast alle PV-Anlagen lassen sich mit einem HEMS nachrüsten. Je nachdem, wie die Anlage aufgebaut ist und welche Komponenten miteinander verbunden werden sollen, gibt es dafür unterschiedliche Systeme.

In den Speicher integriertes HEMS

Moderne Stromspeicher verfügen über ein integriertes HEMS. Unser Speichersystem (SENEC.Home) beispielsweise hat das Heim-Engeriemanagementsystem SENEC.PowerPilot an Bord. Da der Speicher sowohl mit der PV-Anlage als auch mit dem Haushaltsstromkreis, dem öffentlichen Netz und gegebenenfalls größeren Verbrauchern wie einer Wärmepumpe verbunden ist, werden all diese Daten zentral erfasst und aufeinander abgestimmt. Damit wird der Speicher zur smarten Schaltzentrale Ihres Energie-Ökosystems: alle Daten sind am Speicher selbst, per App oder im Nutzerportal einsehbar. Zudem können Updates oder Sicherheitsprüfungen am System unkompliziert per Fernwartung durchgeführt werden.

• kein zusätzliches Gerät nötig
• ideal für neu geplante PV-Systeme
• neue Komponenten flexibel in das HEMS integrierbar

HEMS als separates Gerät

HEMS als externe Geräte werden meist im Verteilerkasten installiert, um PV-Anlage, Heimspeicher und weitere Verbraucher wie Wärmepumpenheizung und Wallbox miteinander zu vernetzen. Genau wie integrierte HEMS sind auch die separaten HEMS-Geräte mit dem WLAN verbunden, sodass das System per Fernzugriff konfiguriert und gewartet werden kann. Auch die Erzeugungs- und Verbrauchsdaten sind per App mobil einseh- und steuerbar.

Externe HEMS sollten grundsätzlich von Fachleuten installiert werden, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten und um die Konfiguration dem jeweiligen System entsprechend vorzunehmen.

• externes Gerät, ideal zum Nachrüsten bestehender Anlagen
• Installation und Konfiguration durch Fachpersonal erforderlich
• lohnend für Anlagen mit großen Verbrauchern wie Wallbox oder Wärmepumpe

HEMS auf Edge Device

In der Zukunft können Heim-Energiesysteme mit einem sogenannten Edge Device ausgestattet werden, das als Plattform für eine Vielzahl von Funktionen dient. Auf einer solchen Plattform kann das HEMS als Software installiert werden, ohne dass ein weiterer Eingriff vor Ort nötig ist. Das Edge Device ist von außen z. B. über das Haus-WLAN erreichbar und erhält mit einer sicheren Schnittstelle über das intelligente Messsystem die für das HEMS benötigten Verbrauchs- und Erzeugungsdaten. Ein HEMS mit Edge Device bietet so den vollen HEMS-Funktionsumfang bei maximaler Flexibilität.

• HEMS als Software, Installation ohne Eingriff vor Ort möglich
• HEMS und weitere Funktionalitäten können flexibel ergänzt werden
• Voraussetzung ist ein zuvor installiertes Edge Device und ein intelligentes Messsystem