Ein Hems wird mit einem modernen Display gesteuert.

HEMS

Wie funktioniert ein Home Energy Management System?

Photovoltaikanlagen und Stromspeicher, Wallbox und Wärmepumpe: 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-Energiemangementsystem: 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.

Ein Mann sitzt auf dem Sofa und steuert sein Home Energy Management System per Tablet.

Was ist ein Home Energy Management System?

Ein Home Energy Management System oder Heim-Energiemanagementsystem ist eine Software, die Photovoltaikanlage, Speicher und große Stromverbraucher wie Wallbox oder Wärmepumpe intelligent miteinander verknüpft. Als Taktgeber des gesamten lokalen Energiesystems erfasst und analysiert das HEMS sowohl die PV-Erzeugung auf dem Dach als auch den Betrieb des Speichers und den Stromverbrauch im Haushalt und steuert die bedarfsgerechte Verteilung des Solarstroms. Das Ziel ist dabei in erster Linie, den Eigenverbrauch des selbsterzeugten Stroms zu maximieren und so die Wirtschaftlichkeit der Anlage zu steigern. Indem es die Komponenten des lokalen Energiesystems ganzheitlich betrachtet, sorgt das HEMS dafür, dass die Anlage mehr als die Summe der einzelnen Bestandteile ist.

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 ist das HEMS häufig bereits in den Speicher integriert, sodass Sie keine zusätzliche Anwendung benötigen.

Die Grafik zeigt ein HEMS als zentrales System zur Steuerung von PV-Anlage, Stromspeicher, Smart-Home, Wärmepumpe, E-Mobilität und weiteren Bereichen.

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 und -entnahme im Stromspeicher
  • der Stromverbrauch durch Wärmepumpe, Klimaanlage, Wallbox, Haushaltsgeräte etc.

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 an bestimmten Tagen und zu bestimmten Uhrzeiten ausfallen. Anhand der Verbrauchsdaten werden individuelle Verbrauchsmuster erstellt.

Nun kann das HEMS die Erzeugungsdaten mit den Verbrauchsmustern 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 nach Möglichkeit dann, wenn besonders viel PV-Strom verfügbar ist. Bei einem Erzeugungsüberschuss wird dann der Speicher geladen, um den Haushalt abends und nachts mit Strom zu versorgen.

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Automatische Erfassung und Auswertung aller Energieströme im Haushalt

Bei den Funktionen des HEMS kann man zwischen passivem und aktivem Energiemanagement unterscheiden:

Passives Energiemanagement beschreibt die Erfassung und Auswertung sämtlicher Energieflüsse und deren Visualisierung, zum Beispiel in einer App oder im Steuermodul des Speichers.

Aktives Energiemanagement umfasst die intelligente Optimierung aller steuerbaren Verbraucher auf der Grundlage der erfassten Daten. Wann immer ein PV-Überschuss erzeugt wird, der nicht unmittelbar im Haushalt benötigt wird, steuert das HEMS je nach Voreinstellung große flexible Verbraucher, zum Beispiel Wallbox, Klimaanlage oder Wärmepumpe an. Erst wenn alle steuerbaren Verbraucher versorgt sind und der Stromspeicher vollgeladen ist, wird der PV-Überschuss ins Netz eingespeist.

Ein Senec-Mitarbeiter berät eine Kundin zum Thema Stromspeicher.

Vorteile eines Heim-Energiemanagementsystems (HEMS)

Wenn wir das Ziel der Klimaneutralität bis 2045 erreichen wollen, müssen die erneuerbaren Energien schnell „erwachsen“ werden. Das heißt unter anderem, dass die schwankenden Erträge aus Solar- und Windenergie möglichst flexibel nutzbar sein müssen, sodass der Strom dann verbraucht wird, wenn er erzeugt werden kann. Hier bietet ein HEMS entscheidende Vorteile:

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, Speicher, Wärmepumpe 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: Zukunftsfähige Lösung

Durch die smarte Vernetzung aller Systemkomponenten schafft das Heimenergiemanagementsystem optimale Voraussetzungen für die Energielösungen der Zukunft – beispielsweise variable Stromtarife, 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 oder direkt am Speicher Änderungen vornehmen, etwa, um einen neuen Mindest-Ladestand für den Speicher 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.

Praxisbeispiel: So arbeitet ein HEMS im Einfamilienhaus

Die meisten privat genutzten PV-Anlagen sind heute auf maximalen Eigenverbrauch ausgelegt – auch, weil sich das Einspeisen durch die aktuell niedrige Einspeisevergütung finanziell nicht lohnt. Daher wird die Solaranlage in der Regel mit einem Stromspeicher und idealerweise mit einer Wallbox kombiniert. Häufig wird auch eine Wärmepumpe und/oder eine Klimaanlage in das System eingebunden.

Mehr zu den einzelnen Komponenten eines PV-Systems und wie sie sich verbinden lassen, erfahren Sie in unserem Beitrag Photovoltaikanlage im Komplettpaket.

 

HEMS im Anwendungsbeispiel

4-Personen-Haushalt mit 10-kWp-Solaranlage und 7-kWh-Heimspeicher

Jahresstrombedarf etwa 7500 kWh inklusive Wallbox und Wärmepumpe

Wenn die Familie aufsteht, scheint die Sonne. Der erzeugte Solarstrom wird genutzt, um den relativ hohen Strombedarf am Morgen zu decken – etwa für Fön, Kaffeemaschine und Radio und gegebenenfalls für den Heizstab, der das Duschwasser erwärmt.

Am Vormittag sind alle Familienmitglieder aus dem Haus, der Strombedarf ist auf ein Minimum heruntergefahren. Da die Sonne weiterhin scheint und der PV-Ertrag hoch ist, steuert das Energiemanagementsystem nicht direkt den Speicher, sondern zuerst die Wärmepumpe an. Die erzeugte Wärme wird, wenn im Haushalt kein unmittelbarer Heizbedarf besteht, im Pufferspeicher zwischengespeichert.

Gegen Mittag ziehen dichte Wolken auf. Die Photovoltaikanlage erzeugt nicht mehr genug Strom für den Betrieb der Wärmepumpe. Das HEMS steuert daher den Speicher an, um den Solarstrom für die spätere Nutzung zu speichern.

Nachmittags kommen die ersten Familienmitglieder nach Hause. Die Sonne scheint wieder und der Speicher ist beinahe vollgeladen. Sobald das E-Auto an die Wallbox angeschlossen wird, steuert das HEMS die Wallbox an, um das Fahrzeug mit PV-Strom zu laden.

Abends, wenn die Sonne untergegangen ist, erzeugt die PV-Anlage keinen Strom mehr. Der Strombedarf zum Kochen, Fernsehen und für die Beleuchtung wird nun vollständig aus dem Batteriespeicher gedeckt, der tagsüber aufgeladen wurde.

Die gezielte Steuerung Ihrer PV-Überschüsse ist eine der wichtigsten Funktionen des HEMS. Gerade mit Blick auf die niedrige Einspeisevergütung wird ein hoher PV-Eigenverbrauch immer attraktiver. Welche unterschiedlichen Lösungen es dafür gibt, erfahren Sie in unserem Blogbeitrag Photovoltaik-Überschuss-steuern.

 

Für wen ist ein HEMS interessant?

Ein Hems wird mit einem modernen Display gesteuert.

Ein HEMS lohnt sich für Anlagenbetreiber*innen, die neben PV-Anlage und Speicher weitere große Verbraucher wie eine Wallbox, Wärmepumpe oder Klimaanlage im Haushalt haben, und die einen möglichst hohen Autarkiegrad bei der Energieversorgung anstreben.

Besonders interessant ist ein Heimenergiemanagementsystem für Hausbesitzer*innen, die ihr PV-System schon heute für die Energielösungen der Zukunft bereitmachen möchten. Durch die smarte Vernetzung von PV und Speicher, Wärme, Wallbox und Haushaltsgeräten ist das System vorbereitet für dynamische Stromtarife, Direktvermarktung, künftige regulatorische Anforderungen wie die Steuerung von großen Verbrauchs- und Erzeugungsanlagen und innovative Lade- und Speicheroptionen, die die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der erneuerbaren Energien weiter steigern.

Lesetipp

Mehr über die künftigen Anforderungen und Chancen rund um regenerative Energien erfahren Sie in unserem Beitrag Erneuerbare Energien müssen erwachsen werden.

Eine Hand tippt auf ein interaktives Pad mit der Aufschrift AI.

65% der Kund*innen sind 
offen gegenüber künstlicher Intelligenz in Verbindung mit einem HEMS

28% sind eher misstrauisch und 7% lehnen KI grundsätzlich ab. Das ergab eine SENEC-Umfrage, die wir im September 2023 unter unseren Kund*innen durchgeführt haben.  

3 Gründe, warum HEMS zum Standard in der Energieversorgung werden könnten

 

  • 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 variablen 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 Wärmepumpen. 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 SENEC.Home 4 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 Wärmepumpe 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

Wird die Anschaffung eines HEMS gefördert?

Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) fördert den Einbau von Anlagentechnik, die die Energieeffizienz von Privatgebäuden verbessert – dazu zählen auch Energiemanagementsysteme. Zuschüsse gibt es ab einer Investitionssumme von 2.000 Euro mit 15 % auf die förderfähigen Ausgaben

Daneben besteht die Möglichkeit, den Wohngebäude-Kredit KfW 261 der Kreditanstalt für Wiederaufbau zu beantragen. Das Programm ist Teil der „Bundesförderung für effiziente Gebäude“ (BEG) und unterstützt Anschaffung und Einbau von Energiemanagementsystemen mit zinsgünstigen Krediten.
 

Häufige Fragen zum Thema Energiemanagementsystem

Häufige Fragen zum Thema Energiemanagementsystem

Nein, ein Smart Meter ist nicht identisch mit einem Heim-Energiemanagementsystem. Smart Meter sind intelligente Stromzähler, die vor allem der korrekten und sicheren Abrechnung mit Ihrem Stromlieferanten dienen. Je nach Funktionsumfang liefern diese auch einen Überblick über den Stromverbrauch über bestimmte Zeiträume hinweg. Ein ganzheitliches Energiemanagement ist allein mit einem Smart Meter allerdings nicht möglich, da das Smart Meter weder die PV-Erträge erfassen noch gezielt die Stromverbraucher im Haushalt ansteuern kann.

Wenn Sie eine Photovoltaikanlage mit Stromspeicher haben, ist ein HEMS möglicherweise bereits in den Speicher integriert. Die für Planung und Installation zuständige Fachfirma konfiguriert das System nach Ihren Wünschen. Bei SENEC und dem hierbei in die Speicher integrierten SENEC.PowerPilot übernimmt das selbstverständlich der Fachpartner bei der Installation des Systems. Um ein HEMS nachträglich zu installieren, sollten Sie ebenfalls eine Elektroinstallationsfirma bzw. Ihre Photovoltaik-Fachfirma beauftragen. Diese werden das passende Gerät auswählen und fachgerecht installieren.

Wie sicher Ihre Erzeugungs- und Verbrauchsdaten sind, hängt von der Art des HEMS und von den Sicherheitsstandards des jeweiligen Herstellers ab – und davon, ob Sie die Daten direkt am Speicher oder mobil aus der Cloud abrufen. SENEC hat hohe Ansprüche an die Datensicherheit und sorgt mit regelmäßigen Updates und Fernwartungen dafür, dass Ihre Daten sicher sind. Dennoch gilt wie auch überall sonst, dass Sie bei der Nutzung der App und des Nutzerportals unbedingt auf sichere Passwörter achten sollten, die Sie nirgendwo sonst nutzen.