Projekt Elektroauto-Überschussladen: Homematic, Node-Red, go-eCharger, SolarEdge und Sonnenbatterie

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GGR11
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Projekt Elektroauto-Überschussladen: Homematic, Node-Red, go-eCharger, SolarEdge und Sonnenbatterie

Beitrag von GGR11 » 22.04.2021, 22:27

Hintergrund
Seit wir Anfang letzten Jahres in unser Eigenheim gezogen sind, bastel ich mich Stück für Stück meine Homematic zusammen und automatisiere Abläufe. Da ich zu dem Zeitpunkt schon ein Plug-In-Hybrid Firmenwagen hatte und wir sowieso etwas unabhängiger vom Stromnetzbetreiber werden wollten, stand schon zum Kaufzeitpunkt fest, dass wir in naher Zukunft eine Photovoltaik-Anlage aufs Dach packen werden.
Da die Bundesregierung noch netterweise Wallboxen mit 900€ fördert war klar, dass diese entsprechend intelligent per PV-Überschussladen an die PV-Anlage angeschlossen werden soll.

PV-Überschuss WAS?
PV-Überschlussladen beschreibt, dass überschüssiger Strom, welcher weder gerade selber verbraucht, noch in einen eigenen Batteriespeicher eingespeist wird und demnach an den Netzbetreiber verkauft werden würde, dafür verwendet wird, ein Elektroauto zu laden.
Der Ladevorgang ist dabei dynamisch auf Basis des zum jeweiligen Zeitpunkt überschüssigen Stroms.

Beispiel: Es ist 11:00h Mittags und ich produziere aktuell 5000 W Strom. Der Batteriespeicher ist voll und ich verbrauche 1000 W Strom für diverse Haushaltsgeräte. Demnach sind 4000 W Überschuss vorhanden. Das Elektroauto wird also mit PV-Strom mit zB 16A (1 Phasig) geladen (230V*16A=3700 W)
11:30h Kurz darauf wird Mittagessen zubereitet und der Herd angeschaltet. Der Hausverbrauch liegt damit bei 2500 W bei gleicher Produktion von 5000 W, also ist der Überschuss nur noch 2500 W. Die Ladeleistung des Elektroautos wird auf 10A gedrosselt (230V*10A=2300 W)
11:45h Durch eine Wolke sinkt die Produktion auf 2500 W. Da im Haus schon 2500 W verbraucht werden, ist kein Überschuss mehr vorhanden. Die Wallbox stoppt den Ladevorgang bis wieder genügend Überschuss vorhanden ist.

Phase 1: Vorbereitung
Als Vorbereitung war tatsächlich bei uns nicht viel zu tun. Die Batterie kommt in den Keller wo auch der Zählerschrank steht, also musste nur ein Kabelkanal gelegt werden. Der Glasfaser-ONT ist ebenfalls im gleichen Kellerraum.
Einzige handwerkliche Notwendigkeit war das Verlegen der Leerrohre für Wallbox und PV. Da die Wallbox 3-Phasig ist, ist ein entsprechender Leitungsquerschnitt von min. 5x2,5mm empfohlen. Die PV selbst hat 3 Leitungen, welche zum Wechselrichter und der Batterie in den Keller gehen.
Also haben wir uns für eine 62mm Kernbohrung von der Garage schräg nach unten in den Keller entschieden. Da passen dann locker 1xDN25 Leerrohr für die WB + 3xDN16 Leerrohre rein.
Bis auf die Sauerrei beim Bohren lief da auch alles glatt
IMG_20210327_1307370.jpg
Kernbohrung Garage
IMG_20210327_1256506.jpg
Sauerei im Keller :)


Phase 2: Anbindung Wallbox
Nach langem Suchen nach einer geeigneten, förderfähigen Wallbox habe ich mich für einen go-eCharger HOMEfix11kW entschieden.
Neben der Förderfähigkeit waren folgende Kriterien ausschlaggebend:
  • Ganz klar: Möglichkeit, den Charger intelligent anzusteuern, um einstellen zu können ob und wie viel A geladen werden soll Hier hat mich die Cloud Anbindung sowie die offene HTTP API Schnittstelle (MQTT/REST/Modbus TCP) auch überzeugt.
  • WLAN: Ich wollte nicht noch ein extra Kabel ziehen - zumal Strom und Datenkabel ja nicht in das gleiche Leerrohr dürfen und ein Heimrouter nicht im Keller steht.
  • Preis/Leistung: Es gibt mit Sicherheit Wallboxen, die viel mehr können als der go-e. Aber mit ca. 650€ ist er für die angebotene Leistung unschlagbar
Aus Gründen der steuerlichen Absetzbarkeit meines Dienstwagens ist außerdem ein MID-Zertifizierter oder geeichter Zähler notwendig. Hier hab ich mich entschieden, den separat im Schaltschrank einbauen zu lassen, da die Kosten hierfür (ca. 100€ für den Zähler) gegenüber dem Aufpreis einer WB mit integriertem MID Zähler (ca. 400-600€ Mehrkosten) eindeutig für die erste Variante sprachen.
IMG_20210422_1456481.jpg
Fertig installierte WB
Es gibt zwar die Möglichkeit, einen Cloud Dienst für das PV-Übschussladen zu verwenden (zB https://www.ev-autocharge.com/), allerdings behalte ich lieber meine Daten und die Kontrolle zu Hause in meinem eigenen Netzwerk. Die Ersteinrichtung ist kinderleicht und sollte für jeden hier mit der gelieferten Anleitung + App machbar sein - darum geh ich darauf nicht ein.

Auslesen von Daten
Nun kommt der spannende Teil: Der Einbindung in die Homematic und Node-Red.
Die Daten bekommt man über einen einfachen HTTP GET Request unter der IP der WB http://x.x.x.x/status und kann sie in NR in ein JSON Objekt packen. In der Doku der API (https://github.com/goecharger/go-eCharger-API-v1) ist beschrieben, was die einzelnen Werte bedeuten.
Zu erst einmal die Werte raussuchen, die für einen interessant sind, zB. der Mode (An/Aus), die aktuelle Ladeleistung, die eingestellten Ampere, mit denen geladen werden soll etc. pp., dazu die passenden Systemvariablen in Homematic erstellen.
Dann die entsprechenden Werte aus dem payload auslesen und ggf. noch umwandeln (zB bei der Energiemenge des letzten Ladevorganges von Deka-Watt-Sekunden in kWh)

Steuern der Wallbox
Auch das Steuern der WB ist einfach: Über http://x.x.x.x/mqtt?payload=[param]=[value] können einzelne Parameter verändert werden.
Für den Anfang habe ich 2 Steuerungsmöglichkeiten genutzt:
Das Ein- und Ausschalten der WB. Ich habe einen der virtuellen Taster der CCU3 dafür verwendet. Dabei wird danach aus der SysVar in HM ausgelesen, ob die WB eingeschalten (mod=1) oder aus (mod=2) ist. je nachdem wird der Befehl zum ein/ausschalten per http gesendet und die SysVar in HM aus den entsprechend anderen Wert gesetzt

Als zweites hab ich den für die Steuerung wichtigsten Wert eingepflegt: Das Setzen der Ampere, mit denen die WB arbeiten soll. Hier habe ich mir aktuell noch manuell einen Regler in der AIO Remote NEO App gebaut, der dann dieAmpere SysVar ändert. Die Änderung stößt einen http call an, welcher den Wert aus payload übergibt. Die WB wird auf die entsprechende Ampere Zahl geregelt.
Charger_Node_Red.png
Note Red
Charger_iPhone.png

Speicherung Ladevorgänge
Die Abrechnung eines Dienstwagens bzgl. Ladevorgänge scheint bei unserer Firma leider noch in den Kinderschuhen zu stecken. Der aktuelle Prozess sieht vor, dass ich jeden Ladevorgang und den aktuellen KM-Stand des Fahrzeugs in einer Excel nachverfolgen muss.
Das manuell zu machen war mir zu blöd, darum hab ich überlegt, ob ich das Excel nicht auch automatisch ausgeben lassen kann. Am Ende bin ich bei einer Datenbank gelandet, in die ich die ganzen Ladevorgänge schreibe.
Charger_Save2DB.png
Node-Red Ladevorgänge in DB schreiben
Dazu mal testweise eine Azure SQL DB aufgesetzt.
UPDATE 16.05: Da mir die Azure SQL auf Dauer zu teuer werden würde, bin ich auf Google Firebase umgestiegen. Die ist für meine Zwecke dauerhaft kostenlos und absolut ausreichend. Außerdem ist die API leichter einbindbar.

Wenn die WB nun meldet "Ladung beendet", dann wird der aktuelle KM-Stand des Fahrzeugs ausgelesen, genauso wie die letzte geladene kWh-Menge aus der WB und zusammen mit einem Timestamp in die DB geschrieben. Das das nicht 100% steuerrechtskonform ist weiß ich auch, aktuell reicht der Prozess aber so. In Zukunft werde ich dafür dann wohl das S0-Interface meines geeichten Zwischenzählers nutzen (wenn es hierfür mal eine vernünftige HM Komponente gibt)

Phase 3: Aufbau PV Anlage
Diese Woche (Stand 16.05.2021) waren die PV Monteure da und haben PV Anlage und die Technik im Keller (Wechselrichter, Sonnen Batterie) installiert.
IMG_20210511_1226497.jpg
Dach Nordseite
IMG_20210511_1431518.jpg
Dach Südseite
IMG_20210511_1553195.jpg
Installation Keller
Nach ca. 2 Arbeitstagen war alles fertig. Nun warte ich noch auf den Netzbetreiber, der den neuen 2-Richtungszähler installieren muss, bevor ich das ganze in Betrieb nehmen darf.
Auf die Sonnenbatterie kann man trotzdem schon zugreifen auch, wenn die Anlage noch nicht am Netz hängt. Dies ist am einfachsten über ein HTTP Call auf

Code: Alles auswählen

http://<IP_der_Batterie>:8080/api/v1/status
. Wurde hier auch schon in einem anderen Thread (viewtopic.php?t=42786) beschrieben.

Phase 4: Königsdisziplin: Das Überschussladen
Soweit, so einfach. Nun kommt der kompliziertere Teil.
Vorneweg sei gesagt, ich hab überlegt, das Überschussladen in einem Homematic Programm abzubilden. Aufgrund der vielen Variablen und Verzweigungen bin ich aber zum Schluss gekommen, dass sich das in Node Red/RedMatic deutlich besser realisieren lässt.
Programablauf:
1. In einem Intervall von 150 Sekunden fragt das Skript den Status der Wallbox ab (Werte 1-4: Eingeschalten ohne Fahrzeug, Läd Fahrzeug, Fahrzeug angeschlossen und warte auf einschalten, Ladung beendet und Fahrzeug noch angeschlossen). Basierend auf dem Ergebnis wird dann ein Pfad gewählt:
1. Kein Fhzg. angeschlossen -> Prüfe, ob Status = EIN. Wenn ja, dann schalte WB aus.

4. Ladung ist beendet -> Warte 60 Sekunden (Damit Ladevorgang in Ruhe in DB geschrieben werden kann), dann schalte WB aus.

3. Fhzg. angeschlossen, aber noch kein Ladevorgang gestartet (WB = AUS) -> Prüfe anhand Wert GridFeedIn_W aus SonnenBatterie, wieviel Überschuss vorhanden. WENN Überschuss > 4000kW -> WB Einschalten + Auf 16A setzen. WENN > 3000kW -> WB EIN+ 12A ...usw.

4. Wenn das Fhzg. bereits Läd -> Prüfe, ob Überschuss Positiv (heißt, es ist noch weiterer Überschuss neben dem bereits verwendeten vorhanden) oder negativ (es wird mit mehr Ampere geladen, als Überschuss vorhanden). DANN finde heraus, mit wieviel Ampere die WB läd. Entscheide anhand dieses Wertes + des Überschusswertes, auf welche Amperezahl die WB gedrosselt werden soll, bzw. ob sie vorübergehend ganz abgeschaltet wird.
Jetzt heißt es nur noch warten, bis die Anlage in Betrieb genommen werden darf :)
Ueberschussladen.png
Zuletzt geändert von GGR11 am 16.05.2021, 15:01, insgesamt 3-mal geändert.

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Re: Projekt Elektroauto-Überschussladen: Homematic, Node-Red, go-eCharger, SolarEdge und Sonnenbatterie

Beitrag von stan23 » 23.04.2021, 10:17

Interessantes Projekt!
Mir fehlt dazu das Fahrzeug, der Rest ist schon da :)

Hast du die go-e Wallbox absichtlich nur einphasig angeschlossen, um zwar langsamer, aber immer nur mit Überschuss zu laden?
Der minimale Ladestrom ist nämlich 6 A, und das sind dreiphasig schon 4125 W.

Einphasig:
Ladestrom 6 A bis 16 A
Ladeleistung 1380 W bis 3680 W

Dreiphasig:
Ladestrom 6 A bis 16 A
Ladeleistung 4125 W bis 11000 W

GGR11 hat geschrieben:
22.04.2021, 22:27
Beispiel: Es ist 11:00h Mittags und ich produziere aktuell 5000 Wh Strom. Der Batteriespeicher ist voll und ich verbrauche 1000 Wh Strom für diverse Haushaltsgeräte. Demnach sind 400 Wh Überschuss vorhanden. Das Elektroauto wird also mit PV-Strom mit zB 16A (1 Phasig) geladen (230V*16A=3700 Wh)
Die Stunden (h) gehören hier nicht hin. Das ist die momentane Leistung in Watt, da ist keine Zeit dabei. Nur wenn du diese Leistung über eine gewisse Zeit erzeugst oder brauchst, wird die Energie in Wh angegeben :)
Viele Grüße
Marco

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Re: Projekt Elektroauto-Überschussladen: Homematic, Node-Red, go-eCharger, SolarEdge und Sonnenbatterie

Beitrag von Gerti » 23.04.2021, 10:46

Hi,

Warum nicht direkt die openwb?
Die kann direkt mit dem Solaredge sprechen und die Regelung übernehmen.

Gruß
Gerti

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Re: Projekt Elektroauto-Überschussladen: Homematic, Node-Red, go-eCharger, SolarEdge und Sonnenbatterie

Beitrag von GGR11 » 25.04.2021, 09:58

@stan23: Danke, das mit den W/Wh ist korrigiert. Die WB ist 3phasig angeschlossen. Mein PHEV (BMW G21 330e) kann aber nur 3,7 kW einphasig laden. Von daher aktuell die Rechnung mit nur 1 Phase. Mit einem Vollstromer in ein paar Jahren schaut das dann anders aus, das ist richtig.

@Gerti: openwb war mir zu teuer ;) Und wo bleibt dann denn der Spaß, sich das Ganze selbst zu bauen?

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Re: Projekt Elektroauto-Überschussladen: Homematic, Node-Red, go-eCharger, SolarEdge und Sonnenbatterie

Beitrag von Xel66 » 25.04.2021, 10:30

GGR11 hat geschrieben:
25.04.2021, 09:58
Mit einem Vollstromer in ein paar Jahren schaut das dann anders aus, das ist richtig.
Definitiv. Da werden Dir Ladeleistungen bei einem Bedarf von 15kWh/100km++ (zzgl. der Wandlungsverluste, die gern vergessen werden) von ein paar übrigen Watt nicht ansatzweise weiterhelfen. Es sei denn, Du fährst extrem wenig. Dein Aufbau mag zwar für das grüne Gewissen und den Basteltrieb befriedigend sein, aber vom realen Nutzen für ein normal genutztes Fahrzeug ist das leider weit entfernt. Tagsüber, wenn ein Überschuss zu erreichen ist, dann steht das Fahrzeug im Normalfall nicht in der Garage. Und ab Feierabend ist es mit dem Überschuss wieder Essig.

Es ist und bleibt eher ein Wunschdenken, seine Mobilität "kostenneutral" aus der Photovoltaik zumindest teilweise in wirklich nennenswertem Umfangdecken zu können. Insofern ist dieser Ansatz nur ein Tropfen auf den heißen Stein. Das kann nur funktionieren, wenn man sein Fahrzeug tagsüber nicht nutzt und es in der heimischen Garage steht. Und dazu muss man zumindest im Homeoffice oder Dauernachtschichtler sein. Ich fahre seit 4 Monaten vollelektrisch und weiß daher, was so ein Fahrzeug braucht und kann mir diesbezüglich ein Urteil erlauben. Man ist wie beim angegebenen Spritverbrauch auch weit von den Werksangaben bzgl. Verbrauch pro 100km und Reichweite meilenweit entfernt. Und ich bin kein Bleifußfahrer und nur auch noch eher selten auf der Autobahn unterwegs (wo soll man auch hinfahren?).

Gruß Xel66
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Re: Projekt Elektroauto-Überschussladen: Homematic, Node-Red, go-eCharger, SolarEdge und Sonnenbatterie

Beitrag von MathiasZ » 25.04.2021, 10:42

Da hat der Autor schon recht. I
ch ziehe im Juli auch in mein Eigenheim um zu diesem Zeitpunkt kommt auch mein Plug-in-Hybrid ich bin nur beim Überlegen ob ich das heiße Wasser nicht auch vom Dach generieren lassen soll weil die Dachfläche liegt bei ca 120 Quadratmeter.
Es kommt jetzt nur noch drauf an, welche Angebote ich für die PV Anlage bekomme.

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Re: Projekt Elektroauto-Überschussladen: Homematic, Node-Red, go-eCharger, SolarEdge und Sonnenbatterie

Beitrag von GGR11 » 26.04.2021, 08:47

Xel66 hat geschrieben:
25.04.2021, 10:30
Das kann nur funktionieren, wenn man sein Fahrzeug tagsüber nicht nutzt und es in der heimischen Garage steht. Und dazu muss man zumindest im Homeoffice oder Dauernachtschichtler sein.
Ich bin im Homeoffice. Von daher passt das schon. Außerdem steht das AUto ja am Wochenende meist in der Garage.
Wenn man sich mal eine Beispielanlage anschaut, die vom Standort und der Größe in etwa der meinen entspricht (https://monitoring.solaredge.com/solare ... /dashboard)
dann kommt man an einem sonnigen Tag wie gestern auf einen Zeitraum von rund 8h, wo genügend Überschuss, also sagen wir mal mehr als 2,3 kW vorhanden ist. Ein Skoda Enyaq IV 80 als Beispiel hat rnd. 80 kWh Batteriekapa. Also kann man am Tag dann ca. 18-20 kWh laden. Macht am Wochenende 36-40 kWh, also ca. ein halber Akku. Und dann kommen noch Wochentags die Homeoffice Tage dazu.
Und selbst, wenn ich das Auto nicht 100% mit eigenem Strom laden kann. 50% zu rechnerisch für ca. 9ct/kWh selbst erzeugter Strom vs. für 28ct/kWh eingekaufter Strom macht pro Ladevorgang immer noch eine Ersparnis von 7,60€

Soweit die graue Theorie :)
Ob das dann so funktioniert werde ich erst sehen, wenn ich einen Vollstromer habe. Mit dem PHEV aktuell ist es auf jeden Fall sinnvoll und machbar.

MathiasZ

Re: Projekt Elektroauto-Überschussladen: Homematic, Node-Red, go-eCharger, SolarEdge und Sonnenbatterie

Beitrag von MathiasZ » 26.04.2021, 09:35

@GGR11
Und ich fahre jeden Tag mit dem Zug zur Arbeit. Wer kann von sich behaupten, er verschläft den ganzen Arbeitsweg?
Mein Auto wird eigentlich nur gebraucht, um Einkäufe zu erledigen, um das Holzlager aufzufüllen und wenn ich doch mal samstags arbeiten muss. Dafür steht das Auto dann an einem Wochentag in der Garage. :mrgreen:
Ich halte (im Moment) von Vollstromern nichts. Ich bin der Meinung, die Zukunft heißt Wasserstoff.
Wenn es soweit ist, stelle ich mir einen Kühlschrank äh eine Wasserstoff-Tankstelle in die Garage. Die erste wurde ja schon erfunden und hat die Größe eines Kühlschranks. Bis das alles serienreif ist, wird es noch dauern. Dann produziert man eben Wasserstoff zum Heizen und zum Tanken.
Gruß
Mathias

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Re: Projekt Elektroauto-Überschussladen: Homematic, Node-Red, go-eCharger, SolarEdge und Sonnenbatterie

Beitrag von Xel66 » 26.04.2021, 09:56

GGR11 hat geschrieben:
26.04.2021, 08:47
Soweit die graue Theorie :)
Genau, Theorie. Du benutzt Werte bei optimalen Bedingungen und setzt diese als ständig verfügbar an und multiplizierst fleißig. So einfach ist das aber leider nicht. Es mag Tage geben, bei denen diese Rechnung aufgeht, aber es wird auch viele geben, bei denen sie es nicht tut. Nun ist das ja kein Beinbruch, Solaranlage und steuerungsfähige Wallbox sind ja sowieso vorhanden und der einzige Aufwand ist etwas Softwaresteuerung. Aber leider sehe ich viel zu oft derartige optimistische Betrachtungen, die so kleine Nebensächlichkeiten wie der Hausakku, der aus dieser Bilanz auch noch geladen werden soll, die Heizung oder Warmwasserbereitung, die auch noch über die ggf. vorhandene Wärmepumpe an der Bilanz nuckelt, einfach mal so herauslassen. Mit der gleichen Betrachtungsweise geht die Politik auch an das Thema. Und darum möchte ich solche Berechnungen nicht ganz unkommentiert lassen. Selbst die Politik stößt langsam auf ihre Rechenfehler. Aber nun wird es OT und es führt zu weit. Ich denke, es ist rübergekommen.

Gruß Xel66
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Re: Projekt Elektroauto-Überschussladen: Homematic, Node-Red, go-eCharger, SolarEdge und Sonnenbatterie

Beitrag von GGR11 » 16.05.2021, 15:02

Update: Installation PV + Skript für PV Überschuss Laden des Autos

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