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PV-ANLAGE IN FHEM – DIE DATENBASIS FÜR DAS DASHBOARD

in Photovoltaik, SmartHome 11. April 2021 11 Comments 14,338 Views

Neulich habe ich bereits einen ersten Überblick gegeben, welche Geräte ich aus
meiner Solaranlage in FHEM eingebunden habe. Heute möchte ich tiefer ins Detail
gehen und den ersten Schritt der Umsetzung darstellen. In diesem Artikel geht es
also konkret darum, welche FHEM-Module ich genutzt habe und welche Daten ich in
erster Linie ermittle. In einem weiteren Beitrag gehe ich dann auf die
Visualisierung der entsprechenden PV-Werte ein. Wahrscheinlich wird es dann noch
einen weiteren Beitrag geben, der sich mit der Prognoseermittlung und
-darstellung beschäftigen wird.

MEINE PHOTOVOLTAIK GERÄTE UND DIE ZUGEHÖRIGEN ABRUFBAREN DATEN

Unsere Photovoltaikanlage besteht komplett aus SMA Geräten. Natürlich wird ein
Wechselrichter benötigt, der aus dem Gleichstrom der PV-Module den Wechselstrom
für den Hausgebrauch umwandelt. Zusätzlich haben wir noch einen sogenannten
EnergyMeter im Einsatz. Mit diesem Gerät kann der Netzbezug ermittelt werden
aber auch die Einspeisung ins Netz. In unserem Fall haben wir den Sunny
HomeManager 2.0 von SMA im Einsatz. Hier ist der EnergyMeter mittlerweile direkt
integriert. Der HomeManager übernimmt dann zusätzlich die Kommunikation mit dem
SunnyPortal – einer Cloud-Lösung – und unterstützt die entsprechenden Funktionen
zur Steuerung der eingebundenen Verbraucher. Leider besteht hier mittlerweile
kein direkter Zugriff mehr auf entsprechende Informationen.

DATEN DES WECHSELRICHTERS

Über den Wechselrichter lässt sich nun ermitteln, wieviel Sonnenenergie erzeugt
werden konnte. Wir haben einen 3-Phasen Wechselrichter, so dass grundsätzlich
für jede einzelne Phase die Spannungs- und Stromwerte ermittelt werden können.
Die Werte lassen sich einmal für die Gleichstromseite (DC) und für die
Wechselstromseite (AC). Also den Werten, die über die Solarmodule erzeugt werden
und den Werten, die dem Haus nach der Umwandlung zur Verfügung gestellt werden.

Über eine Webseite des Wechselrichters können auch noch diverse andere
Informationen und Parameter ermittelt werden, die für den normalen Gebrauch
allerdings nicht so relevant sind.

SMA Wechselrichter – Dashboard

In der Grafik ist das Dashboard des SMA Wechselrichters zu sehen. Hier sieht man
die aktuell erzeugte Solarleistung, allgemeine Ertragsinfos sowie den Netzbezug.
Der Netzbezug wird allerdings nicht direkt vom Wechselrichter ermittelt, sondern
über den EnergyMeter gelesen und hier nur zusätzlich dargestellt. In der Grafik
„Leistung am Netzanschlusspunkt“ wird gerade angezeigt, dass 389W ins Netz
eingespeist werden. Auch diese Info kommt vom EnergyMeter.

DATEN DES ENERGY METER

An die Daten des Energy Meters kommt man als normaler Anwender grundsätzlich nur
indirekt über den HomeManager. Der HomeManager selbst wird über das Sunny Portal
gesteuert und dort können dann auch die entsprechenden Informationen abgerufen
werden.

Wie schon erwähnt liefert das Energy Meter-Gerät pro Phase die Spannungs- und
Stromwerte, die vom Netz bezogen werden sowie die Werte, die ins Netz
eingespeist werden. Er macht im Prinzip also das gleiche, was auch der
Zweirichtungszähler macht, der vom Netzbetreiber installiert wird.

Sunny Portal Übersicht – Statusinfos, die u.a. vom Energy Meter kommen

FHEM MODUL FÜR DEN SMA WECHSELRICHTER

Für den Wechselrichter von SMA gibt es bei FHEM das Modul SMAInverter, welches
ich für den Zugriff auf die Daten nutze. Die Definition ist relativ simpel und
man benötigt die IP-Adresse und das Passwort.

define <name> SMAInverter <pin bzw. passwort> <hostname/ip>

Das Modul hat ein Attribut „detail-level“ mit dem man den Umfang der Readings
definieren kann. Ich lasse mir aktuell alle Readings anzeigen, auch wenn ich
diese nicht wirklich benötige. Die verfügbaren Werte sind alle in der
Beschreibung des Moduls enthalten, so dass ich diese nicht im Detail vorstellen
muß.

Der wichtigste Werte ist wohl SPOT_PACTOT, der die aktuelle Erzeugung anzeigt.
Das Abfrageintervall habe ich auf 60 Sekunden belassen, so dass jede Minute der
aktuelle Wert ermittelt wird. Interessant dürften dann noch die Werte
SPOT_ETODAY und SPOT_ETOTAL. Diese Werte informieren über den Tagesertrag und
den Gesamtertrag seit Installation der Anlage.

Hilfreich sind dann eventuell noch die Werte avg_power_lastminutes_05(10/15),
die den Durchschnittsertrag der letzten 5, 10 und 15 Minuten anzeigen. Diese
Werte kann man ganz gut für die graphische Darstellung verwenden.

FHEM MODUL FÜR DEN SMA ENERGY METER

Für die Eindbindung des Energy Meter von SMA nutze ich das FHEM Modul SMAEM. Die
Definition ist noch einfacher und besteht im Prinzip nur aus der Angabe des
gewünschten Namen. Die Kommunikation erfolgt über ein Multicast Netzwerk, so
dass das Modul selbstständig das Energy Meter Gerät findet und Daten empfangen
kann.

define <name> SMAEM [<Interface>]

Standardmäßig wird im Namen der Readings die Seriennummer eingebaut. Möchte man
seine Readings lesbarer halten, kann man dies Seriennummern mit dem Attribut
„disableSernoInReading“ ausschalten. Das Modul bietet weiterhin die Möglichkeit,
dass man den Preis festlegen kann, den man für die Einspeisung bekommt und den
Preis, den man für den Netzbezug bezahlt. Diese Infos nutze ich allerdings
nicht, da mir ehrlicherweise auch nicht ganz klar ist, was die entsprechenden
„Diff“-Readings bedeuten. Die Doku ist hier etwas zurückhaltend und ich habe
auch nicht danach gesucht, weil ich mir zusätzlich noch weitere Zählermodule für
meine Datenermittlung eingerichtet habe (siehe nachfolgend).

Die wichtigsten Werte des Moduls sind Bezug_Wirkleistung sowie
Bezug_Wirkleistung_Zaehler. Der Zählerwert gibt den Gesamtertrag in kWh an, seit
dem die Anlage in Betrieb genommen wurde. Der Wert Bezug_Wirkleistung zeigt den
jeweils aktuellen Ertrag in Wh an. Die entsprechenden Pendants sind dann die
Werte für die Einspeisung Einspeisung_Wirkleistung und
Einspeisung_Wirkleistung_Zaehler. Zusätzlich können diese Werte dann auch noch
für alle Phasen einzeln ermittelt werden.

FHEM ZÄHLERMODULE FÜR WEITERE INFORMATIONEN

Wenn man neben den aktuellen Werten sowie den Gesamtwerten noch zusätzliche
Informationen sammeln möchte, dann könnte man sich natürlich eigene Funktionen
schreiben, die einem diese Werte berechnen. Glücklicherweise gibt es aber auch
hier recht interessante FHEM Module, die ich für meine Zwecke eingesetzt habe.

Das Modul ElectricityCalculator liefert eigentlich alles, was man wahrscheinlich
für diverse historische Werte benötigt. Dieses Modul kann für diverse
Möglichkeiten genutzt werden, wo man bestimmte Werte, wie mit einem Zähler
dokumentieren möchte. Die Definition erfolgt mittels Regex-Ausdruck, der angibt,
worher der Wert kommt, den das Modul zählen soll.

define <name> ElectricityCalculator <regex>

Ich habe mir damit drei verschiedene Zähler-Objekte angelegt. Jeweils einen für
den Netzbezug, die Einspeisung sowie den PV-Ertrag. Nachfolgend das Beispiel für
meinen Stromzähler, also den Netzbezug.

define myStromzaehler ElectricityCalculator smaenergy:Bezug_Wirkleistung_Zaehler:.*

Wie man sieht besteht das Regex-Ausdruck aus dem Namen meines Energy Meter und
dem Zählerwert für den Netzbezug. Nachdem man das Modul angelegt hat werden
diverse Zählerwerte und auch Kosteninformationen angezeigt. So werden tägliche,
monatliche und jährliche Summen gebildet. Es lässt sich also immer feststellen,
welcher Netzbezug heute vorlag, gestern, im aktuellen und im letzten Monat sowie
im aktuellen und im letzten Jahr.

Über die Attribute kann ein Preis pro kWh definiert werden und auch eine
jährliche Grundgebühr kann definiert werden. Damit werden dann auch immer die
entsprechenden Kosten zu den jeweiligen Zählerwerten angezeigt. Gibt man dann
noch seine monatlichen Abschläge ein, wird zusätzlich auch die Differenz zu den
aktuellen Kosten auf Basis des tatsächlichen Verbrauchs berechnet. Man kann also
sehen, ob man etwas zurück bekommt oder eine Nachzahlung fällig ist.

Da ich in meinem Stromzähler noch diverse Userreadings angelegt habe, sind im
nachfolgenden Bild die Readings von dem Erzeugungszähler zu sehen, also den
Werten aus dem Wechselrichter. Das Modul ist recht gut dokumentiert, so dass ich
hier nicht näher auf die Einstellungen eingehe, die über die Attribute möglich
sind. Wichtig ist hier eventuell der Wert ElectricityCounterOffset. Damit kann
der Zähler dann beispielsweise mit dem realen Zähler abgestimmt werden.

Darüber hinaus ist in der Dokumentation sehr schön beschrieben, welche Werte man
mit einem setreading-Befehl setzen sollte, damit man nicht 12 Monate warten
muss. Hat man beispielsweise seinen Zähler zum Jahreswechsel abgelesen, dann
kennt man den Wert für das Reading „…_CounterYear1st“ und kann diesen
entsprechend setzen. Eventuell kann man die Werte auch aus seiner PV-Anlage
auslesen. Der Tageswert ist sowieso nach einem Tag richtig und zum nächsten
Monatsersten wäre auch der Monatswert in Ordnung.

Readings des FHEM Modul ElectricityCalculator für die PV-Erzeugung

MIT USERREADINGS ZUSÄTZLICHE INFOS BEREIT STELLEN

Wie oben bereits erwähnt, habe ich noch diverse Userreadings erstellt, um
unterschiedlichste berechnete Werte bereit zu stellen. Die interessantesten
Werte sind wahrscheinlich die Autarkie sowie der Eigenverbrauchsanteil. Darüber
hinaus habe ich mir noch kalkulatorische Kosten für den Eigenverbrauch und
entsprechende Umsatzsteuer-Infos berechnet. Geplant war, dass ich damit die
monatliche Umsatzsteuervoranmeldung recht einfach erstellen kann. Hier habe ich
aber noch ein paar kleine Bugs drin, so dass ich bei Interesse gerne eine
eigenen Beitrag zu diesem Thema veröffentlichen kann.

Die Userreadings habe ich mir alle in meinem Stromzähler angelegt und nutze
diese Werte dann natürlich auch zur Anzeige in meinem PV-Dahsboard.

FHEM Tablet – PV Ansicht

BERECHNUNG DER AUTARKIE

Die Autarkie gibt an, wieviel von der aktuell benötigten Energie durch die
Sonnenenergie abgedeckt wird. Eine Autarkie von 100% bedeutet also, dass der
komplette Stromverbrauch durch die aktuelle Erzeugung gedeckt werden kann. Die
Berechnung ergibt sich also grundsätzlich durch folgende Formel:

Autarkiegrad = Eigenverbrauch / Gesamtverbrauch

Schaut man sich die Werte an, die man zur Berechnung benötigt, dann sind diese
bisher in meinen Beschreibungen noch gar nicht aufgetaucht. Wir haben bisher die
PV-Erzeugung, einen Wert für den Netzbezug und einen Wert für die Einspeisung.
Sowohl der Eigenverbrauch als auch der Gesamtverbrauch müssen also mit diesen
Werten berechnet werden.

Beginnen wir mit dem Eigenverbrauch oder auch Selbstverbrauch genannt. Das ist
die Energie, die man vom erzeugten Solarstrom benötigt. Der eingespeiste Strom
ist ja der PV-Strom, der nach dem Strom, welchen die aktuellen Verbraucher
gerade alle benötigen, übrigbleibt. Dieser Eigenverbrauch lässt sich also durch
folgende Berechnung ermitteln:

Eigenverbrauch = PV-Erzeugung – Einspeisung

Nachdem wir nun den Eigenverbrauch kennen, lässt sich der Gesamtverbrauch auch
recht einfach ermitteln. Das ist die Summe aus dem Netzbezug und dem
Eigenverbrauch also:

Gesamtverbrauch = Eigenverbrauch + Netzbezug

Damit sind alle Werte vorhanden und wir können in unserem Zähler nun
beispielsweise das Userreading für die Autarkie auf Basis der Tageswerte
berechnen:

EigenverbrauchDay {ReadingsNum("mySMA_WR","SPOT_ETODAY",0)/1000-ReadingsNum("myEinspeisezaehler","smaenergy_Einspeisung_Wirkleistung_Zaehler_EnergyDay",0)}

Die PV-Erzeugung wird direkt aus dem Wechselrichter-Modul ermittelt
(SPOT_ETODAY) und den Tageswert für die Einspeisung habe ich aus dem Zählermodul
für die Einspeisung ermittelt. Hier konnte ich nicht direkt auf das Modul für
den Energy Meter zugreifen, weil das Modul keinen Tageswert liefert.

Der Wert für den Gesamtverbrauch sieht als Userreading wie folgt aus:

VerbrauchDay {ReadingsVal("mySMA_WR","SPOT_ETODAY",0)/1000-ReadingsVal("myEinspeisezaehler","smaenergy_Einspeisung_Wirkleistung_Zaehler_EnergyDay",0)+ReadingsVal("myStromzaehler","smaenergy_Bezug_Wirkleistung_Zaehler_EnergyDay",0)}

Hier hätte man in der Berechnung natürlich auch das Userreading
„EigenverbrauchDay“ nehmen können, statt nochmals die Basiswerte für den
Eigenverbrauch zu nutzen. Der Wert für den Netzbezug habe ich auch wieder aus
dem Zählermodul ermittelt.

Nun kann das Userreading für den täglichen Autarkiegrad erstellt werden:

AutarkieDay {ReadingsVal("myStromzaehler","EigenverbrauchDay",0) / ReadingsVal("myStromzaehler", "VerbrauchDay",0)*100}

Für die Monats- und Jahreswerte sowie für die Werte der vorherigen Zeiträume
kann man dann die Autarkie entsprechend berechnen. In meinem Dashboard werden
die Werte im Kasten „Effizienz“ rotierend dargestellt.

BERECHNUNG DES EIGENVERBRAUCHANTEILS

Die Berechnung des Eigenverbrauchsanteils ist nun relativ einfach. Der
Eigenverbrauchsanteil gibt an, wieviel Prozent von der erzeugten Sonnenenergie
für den aktuellen Gesamtverbrauch benötigt wird. Bei einem Verbrauch von 500
Watt und einer PV-Erzeugung von 1000 Watt liegt der Anteil bei 50%. Anders
ausgedrückt heißt dies, das 50% des erzeugten Solarstroms nicht benötigt wird
und damit ins Netz als Einspeisung fließt.

Die Berechnungsformel sieht also wie folgt aus:

Anteil-Selbstverbrauch = Gesamtverbrauch / PV-Erzeugung * 100

Das entsprechende Userreading sieht bei mir dann so aus:

EigenverbrauchAnteilDay {ReadingsNum("myErzeugungszaehler","mySMA_WR_SPOT_ETOTAL_EnergyDay",0) == 0 ? 0 : (ReadingsNum("myStromzaehler","EigenverbrauchDay",0)/ReadingsVal("myErzeugungszaehler","mySMA_WR_SPOT_ETOTAL_EnergyDay",0)*100)}

Aus dem Einspeisezähler für den Wechselrichter kommt der Tageswert für die
Erzeugung. Hier hätte ich auch direkt das Wechselrichtermodul abfragen können.
Der Stromzähler liefert den Eigenverbrauch. Ihr seht, dass es an ein paar
Stellen noch ein paar Code-Optimierungen gibt, die ich nach meinen ersten
Lösungsansätzen noch durchführen könnte ;-).

Damit sind sicherlich die grundlegenden Daten der PV-Anlage in meine FHEM
Haussteuerung eingebunden. Falls euch sonstige Informationen fehlen, nutzt gerne
die Kommentarfunktionen. Ich nehme immer gerne auch Anregungen auf, worüber ich
sonst noch entsprechende Beiträge erfassen kann.

Autarkie Eigenverbrauch FHEM Haussteuerung Home Manager Solar Dashboard
Solaranlage Wechselricher 2021-04-11
Jürgen
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