Kostenloses Domotiksystem zur Steuerung der Wärmepumpe zur Optimierung des Stromverbrauchs aus Photovoltaik

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Einführung

Dieser Artikel zeigt, wie Sie die Wärmepumpe und das Lüftungssystem (HVAC) mit der Open-Source-Software Domoticz verwalten, die auf einem Rock PI S oder Raspberry PI installiert ist (aber auch jede andere Hardware sollte ok sein), um möglichst viel Energie aus erneuerbaren Quellen (in diesem Fall einer Photovoltaikanlage) zu nutzen und so die Stromrechnung zu senken .

Erstens sollte ein intelligentes Gebäude keine Thermostate zur Regulierung der Raumtemperatur haben , da diese normalerweise nicht so intelligent sind wie ein Domotik-Controller. Es ist besser , in einigen Räumen einen Temperatur- (und Feuchtigkeits-)Sensor zu haben und die Wasserauslasstemperatur zu modifizieren, um den besten Komfort und den benötigten Stromverbrauch zu erreichen .

Die Regelung eines Gebäudes mit Strahlungswärmepumpe und Photovoltaik auf dem Dach ist etwas komplex, da mehrere Punkte berücksichtigt werden müssen:

• Min.- und Max.-Außentemperatur

• Raumtemperaturen (und diff= Differenz zum Sollwert)

• Variation von diff mit der Zeit (Ableitung der Differenz nach der Zeit)

• aktuelle Leistung aus dem Netz (falls negativ, steht zusätzliche Leistung aus der Photovoltaik zur Verfügung und es ist besser, diese zu nutzen, um die Leistung der Wärmepumpe zu erhöhen)

• Stromkosten, um den Verbrauch zu erhöhen, wenn Strom billiger ist, und um den Stromverbrauch während der Spitzenzeiten (normalerweise 7–9 Uhr morgens und 18–21 Uhr abends) zu reduzieren und so zur Stabilität des Stromnetzes beizutragen!

• Solarenergieprognose, so dass es möglich ist, die Leistung der Wärmepumpe morgens oder nachts zu reduzieren, falls genügend Energie aus der Photovoltaik vorhanden ist, um die AUS-Zeit der Wärmepumpe auszugleichen.

Das Ziel besteht darin, in allen Räumen eine angenehme Temperatur zu erreichen und möglicherweise die Temperatur zu senken, wenn die Räume nicht genutzt werden, und das Gebäude im Winter, wenn zusätzliche Energie aus der Photovoltaik verfügbar ist, zu überheizen: Wenn der Sollwert 21 °C beträgt, aber zusätzliche Energie aus der Photovoltaik verfügbar ist, kann der Sollwert dynamisch auf beispielsweise 21,5 °C oder 22 °C angehoben werden.
Aus diesem Grund sind Temperatur-/Feuchtigkeitssensoren in manchen Räumen manuellen Thermostaten vorzuziehen!

Dies ist eine sehr kompakte Platine, DomBusTH , die mit Domoticz, Home Assistant usw. verwendet werden kann, mit einem Temperatur- und Feuchtigkeitssensor , einem Berührungssensor (der als Multifunktionsdruckknopf fungiert), roten, grünen und weißen LEDs (für Benachrichtigungen), 4 Eingängen (Alarmsensoren, Druckknöpfe usw.) und 2 Ausgängen (die an ein externes Relais angeschlossen werden können, um beispielsweise einen Rollladen AUF/AB zu fahren). Dies ist nur eine Werbung für unser Produkt, aber es ist natürlich möglich, jeden beliebigen Temperatursensor für diesen Zweck zu verwenden!

Domoticz unterstützt mehrere Skriptsprachen. In diesem Fall wurde das LUA-Skript ausgewählt, da es sehr übersichtlich ist und sich daher leicht erlernen, verwenden und anpassen lässt.

Auf GitHub https://github.com/CreasolTech/domoticz_lua_scripts finden Sie das Beispiel script_time_heatpump_emmeti.lua zur Steuerung von EMMETI Mirai SMI EH1018DC über Modbus, wobei die Wasserauslasstemperatur und die Kompressorleistung eingestellt werden. Das Skript ist sehr kompliziert, da es an die Anforderungen eines bestimmten Gebäudes angepasst ist. Daher wird empfohlen, mit einigen einfachen Regeln zu beginnen, um eine Automatisierung zu erstellen, und dann die Regeln anzupassen und zu verbessern, um das gewünschte Verhalten zu erzielen.

Was brauchen Sie?

• ein Single-Board-Computer (wie Raspberry PI, Rock PI) oder NUC oder anderer Mini-PC , mit mindestens einem USB-Anschluss (der bei Bedarf mit einem USB-Hub erweitert werden kann)
• Linux-Betriebssystem + Domoticz-Software. Sie können auch eine SD-Karte mit bereits installiertem Betriebssystem und Software finden, die sofort einsatzbereit ist: Einige Kits finden Sie unter https://store.creasol.it/19-kit .
• Günstiger USB/RS485-Adapter zum Anschluss der Wärmepumpe per RS485. Alternativ ist auch die Verwendung eines WiFi-RJ45/RS485-Moduls möglich.
• günstiger USB/RS485-Adapter oder WiFi-RJ45/RS485-Modul, um bei Bedarf alle DomBus-Module über den RS485-Bus zu verbinden.
• Temperatursensoren
• Besonderheiten für die Modbus-Register Ihrer Wärmepumpe, etwas Geduld und einige Fähigkeiten, um eine Automatisierung zur Steuerung der Wärmepumpe zu erstellen .

Warum Domoticz?

Sie können andere Systeme verwenden, wie Home Assistant, Node-RED, OpenHAB usw. Die Wahl von Domoticz ist gut, weil es einfach und stabil ist und es Ihnen ermöglicht, komplexe Automatisierungen einfach durch Programmierung in LUA zu erstellen. Andere Heimautomatisierungssysteme sind nicht so vielseitig, können aber mit einigen Einschränkungen ebenfalls verwendet werden.

Steuerung der Wärmepumpe per ModBus

Die Wärmepumpe verfügt über einen Eingang zur Auswahl von halber oder voller Leistung : Sie wird hauptsächlich nachts verwendet, um den Lärm zu reduzieren, indem die Kompressor- und Lüfterfrequenz auf etwa 50 % begrenzt wird (die Kompressorfrequenz/-leistung kann zwischen 0 und 100 % gewählt werden).

Durch die Reduzierung der Kompressorfrequenz ist es möglich, mit dieser Funktion die Leistung der Wärmepumpe zu reduzieren.

Die Wassertemperatur ist eine gute Lösung, um den Komfort im Haus zu maximieren, während die Kompressorfrequenz perfekt dazu geeignet ist, die Verbrauchsleistung zu steuern.

Standardmäßig verfügt die Wärmepumpe über einen Algorithmus, der die Austrittswassertemperatur auf Grundlage der aktuellen Außentemperatur berechnet und die Kompressorfrequenz (Leistung) proportional zur Differenz zwischen der berechneten Temperatur und der aktuellen Wassertemperatur regelt.

Die Idee besteht darin, eine bessere Kontrolle der Wasserauslasstemperatur zu implementieren, basierend auf :

1. Differenz zwischen Raumsollwert und aktueller Temperatur diffTemp
2. Ableitung von diffTemp (es ist wichtig zu wissen, ob die Differenz zwischen Sollwert und Temperatur abnimmt oder zunimmt!)
3. minimale (im Sommer maximale) Außentemperatur
4. aktueller Strom aus der Photovoltaikanlage (zur Verbesserung des Eigenverbrauchs)
5. Spitzenleistung des Stromnetzes , um den Stromverbrauch in den Spitzenzeiten (am frühen Morgen und am späten Nachmittag) zu reduzieren: Dies wird nur verwendet, um dem Stromnetz zu helfen, Spitzenlasten und hohe Energiepreise zu vermeiden
6. Photovoltaik-Energieprognose : Wenn sie hoch genug ist, kann die Leistung nachts und zu Spitzenzeiten begrenzt und tagsüber erhöht werden. Wenn die Energie aus Photovoltaik nicht ausreicht, ist es besser, die Wärmepumpe während der Spitzenzeiten auf niedriger Leistung zu halten, sie aber eingeschaltet zu lassen.

Der Steuerungsalgorithmus wird in einem LUA-Skript implementiert, das die richtigen Werte für die Austrittswassertemperatur und die Kompressorfrequenz (Leistung) berechnet und diese Parameter per Modbus (RS485) an die Wärmepumpe sendet, indem der Befehl mbpoll oder ein Plug-In zur Steuerung der Wärmepumpe (sofern vorhanden) verwendet wird.

Die Wärmepumpe RS485 ist über einen RS485/USB-Adapter mit dem Domotic-Controller (in diesem Fall RaspberryPI) verbunden; außerdem wird das DomBus31-Modul zur Steuerung der Wärmepumpeneingänge (Thermostat ein/aus, Spulen-/Strahlungstemperatur, Heizen/Kühlen und volle Leistung/halbe Leistung) verwendet.

Eigentlich ist die Wärmepumpe immer im "Nachtmodus" konfiguriert, und das Lua-Skript steuert beide

1. Die erforderliche Auslasstemperatur der Flüssigkeit, um den richtigen Komfort im Haus zu haben
2. Kompressorleistungsprozentsatz , um die Leistung zu regulieren

Während der Nacht werden sowohl die Flüssigkeitstemperatur als auch die Leistung reduziert, um den Stromverbrauch und das Lüfter-/Kompressorgeräusch zu begrenzen.

Tagsüber steigen sowohl die Flüssigkeitstemperatur als auch die Leistung (höhere Temperatur => höhere Effizienz), mit Ausnahme der Spitzenzeiten am Morgen und Abend, in denen es sinnvoll ist, den Verbrauch zu senken, um die Stabilität des Stromnetzes zu verbessern und sogar Geld zu sparen.

Wenn es eine zusätzliche Produktion durch Photovoltaik gibt (in das Netz eingespeiste Energie), werden Flüssigkeitstemperatur und Leistung erhöht, um die gesamte verfügbare Energie aus der Photovoltaik zu verbrauchen. Außerdem werden die Raumsollwerte bei zusätzlicher Leistung aus der Photovoltaik automatisch erhöht , um den Stromverbrauch am Abend oder in der Nacht zu reduzieren.

Die Dateien script_time_heatpump_emmeti.lua und config_heatpump_emmeti.lua sind im Github verfügbar https://github.com/CreasolTech/domoticz_lua_scripts

Stromkosten- und Photovoltaik-Energieprognose

Auf derselben GitHub-Seite finden Sie script_time_entsoe.lua , das den stündlichen Strompreis und die Stromkosten , den durchschnittlichen Strompreis , die stündliche Solarenergieprognose und die tägliche Gesamtenergieprognose berechnet.
Der Strompreis wird für die ausgewählte Zone (z. B. Norditalien oder Dänemark2, ...) berechnet und die stündlichen Energiekosten werden durch Angabe von drei zusätzlichen Parametern berechnet, die von Ihrem Lieferanten abhängen.
Für die Solarenergieprognose ist es möglich, Ausrichtung/Neigung/kWp für ein oder mehrere Systeme anzugeben. Wenn also Solarmodule mit unterschiedlicher Ausrichtung platziert werden, ist es möglich, die stündliche Energie für alle Stränge zu berechnen. Leider werden Solartracker von dieser Prognose-API nicht verwaltet.

Das script_time_entsoe.lua erzeugt 4 Variablen, die durch Semikolon getrennte Stundenwerte enthalten:

• stündlich + durchschnittlicher Strompreis heute
• stündlich + durchschnittlicher Strompreis morgen
• stündlich + gesamte Photovoltaikenergie heute
• stündlich + gesamte Photovoltaikenergie morgen

Durch die Einbindung der Skripte globalvariables.lua und globalfunctions.lua ist es möglich, die folgenden Funktionen zu verwenden:

• tonumber( getItemFromCSV(uservariables['entsoe_today'], ';', timeNow.hour) ), um den aktuellen durchschnittlichen Strompreis zu erhalten
• tonumber( getItemFromCSV(uservariables['entsoe_today'], ';', 24) ), um den aktuellen durchschnittlichen Strompreis zu erhalten
• tonumber( getItemFromCSV(uservariables['pv_today'], ';', 24) ) , um die gesamte prognostizierte Energie aus Photovoltaik für heute zu erhalten
• tonumber( getItemFromCSV(uservariables['pv_tomorrow'], ';', 24) ) , um die gesamte prognostizierte Energie aus Photovoltaik für morgen zu erhalten

Mit Domoticz ist es möglich, komplexe Automatisierungen zu schreiben , die alle Parameter berücksichtigen. So können Sie Geld sparen, indem Sie den Eigenverbrauch erhöhen und den Energieverbrauch in den Spitzenzeiten, in denen die Stromkosten am höchsten sind, reduzieren . Auf diese Weise ist es auch möglich, die Energieflexibilität zu verbessern und das Stromnetz zu entlasten, indem Sie den Verbrauch (oder den Export) von Energie reduzieren, wenn die Verfügbarkeit gering ist (während der Spitzenzeiten).

Domoticz-Plugin zur Verwaltung der Emmeti Mirai SMI-Wärmepumpe

Ein Plugin für Domoticz, das Wärmepumpen von Emmeti verwaltet, ist verfügbar unter https://github.com/CreasolTech/domoticz-emmeti-mirai