Ein großer Schritt zur „Net Zero Family“

In Zeiten steigender Energiekosten und wachsender Umweltbelastungen ist die Modernisierung eines Hauses, um Energieeffizienz zu steigern und erneuerbare Energiequellen zu nutzen, nicht nur eine umweltfreundliche, sondern auch eine wirtschaftlich sinnvolle Entscheidung. In diesem Artikel werde ich unsere Erfahrung teilen, wie wir unser Haus mit einer neuen Heizung und Photovoltaikanlage modernisiert und durch die intelligente Steuerung über unser iobroker Smart Home System unserem Ziel der „Net Zero Family“ einen Schritt näher gekommen sind.

Die Ausgangssituation

Unser Haus war bereits einige Jahre alt (Baujahr 1998) und hatte eine Gasheizung. Die baugleiche Heizung der Nachbarn hatte schon den Geist aufgegeben, so lag es für uns nahe, jetzt Förderungen auszunutzen und in eine Wärmepumpe als neue Heizung zu investieren. Die Idee, unser Zuhause zu modernisieren, kam nicht nur aus ökologischen Gründen, sondern auch aus der Motivation heraus, langfristig Energiekosten zu senken in Kombination mit der Photovoltaikanlage.

Die Wahl der neuen Heizung und Photovoltaikanlage

Zunächst installierten wir im Jahre 2021 eine 12kw-Peak Photovoltaikanlage mit 12.8 kWh Speicher BYD und Kostal Wechselrichter. Das war noch vor dem großen „Run“ und der Energiekrise also haben wir überhaupt noch einen Lieferanten gefunden der uns zu vertretbaren Preisen die Anlage installierte. Ausgelegt ist die Anlage auf größtmögliche Autarkie wobei wir zukünftige Verbraucher wie Wärmepumpe oder Elektroauto schon angedacht hatten.

In 2022 und nach einiger Recherche um die verschiedenen Technologien fiel unsere Wahl auf eine Luft-Wärmepumpe der Firma Weishaupt. Eine bodengeführte Wärmepumpe kam nicht in Frage, weil keine Bohrung auf unserem Grundstück möglich ist. Aufgrund von Materialknappheit und Lieferschwierigkeiten wurde die Anlage erst im Sommer 2023 installiert.

Installation der Anlagen

Die Installation der Photovoltaikanlage war relativ einfach und schnell. Speicher und Wechselrichter kamen im Technikraum zum Stehen. Die Verkabelung zum Dach realisierten wir durch ein Leerrohr im Kaminschacht.

Die Installation der Wärmepumpe war jedoch aufwändiger. Es musste eine Kernbohrung gemacht werden an Stellen wo schon alle anderen Versorgungsleitungen liegen. Das Außengerät der Wärmepumpe ist sehr groß und nicht unbedingt eine Augenweide (wird noch mit Holz verkleidet). Dafür ist es ein besonders leises Modell. Das Innengerät ist auch relativ groß und passte kaum durch das Treppenhaus.

Smart Grid Ready

Die Photovoltaikanlage wurde gleich nach Installation an das LAN des Hauses angeschlossen. Auch die Wärmepumpe hängt am LAN. Generell ist unsere Wärmepumpe SG Ready – Smart Grid Ready. Das heißt in Zukunft kann diese ferngesteuert mit anderen Netzkomponenten geschaltet werden. Realität ist jedoch, dass die Komponenten als solche relativ „dumm“ sind wenn man keine Regeltechnik anschließt oder programmiert. Der Wechselrichter der Photovoltaikanlage steuert zwar autark die Beladung der Batterie und managed den Ladezustand, eine Interaktion mit der Heizung ist „out of the box“ jedoch nicht möglich bzw. muss über Logik oder Kabel hergestellt werden. Sämtliche Intelligenz zur Ausschöpfung der Effizienzpotenziale muss noch durch die intelligente und integrierte Steuerung durch den Hausbesitzer erfolgen.

Intelligente Steuerung

Für eine intelligente Steuerung wurden alle Komponenten in unser Smarthome System iobroker eingebunden. iobroker ist eine open source Smarthome Middleware die von der deutschen Entwicklungscommunity vorangetrieben wird (Shout outs an dieser Stelle an alle die hier aktiv beitragen!). Über Adapter kann man zu fast allen bekannten Herstellern verbinden.

Der Kostal Wechselrichter lässt sich über einen iobroker Adapter auslesen und visualisieren. Ebenso lässt sich die Wärmepumpe über Modbus auslesen und steuern. Andere Verbraucher im Haus sind über Aktoren steuerbar (homematic, shelly, sonoff etc.). Als Sensorik im Zusammenhang mit Energie sind Temperatur-, Sonnen- und Regensensoren verbaut sowie Beschattung über Rolladen und Markisen. Über Thermostate können die einzelnen Räume gesteuert werden.

hier einige intelligente Funktionen die wir zur Energieoptimierung realisiert haben:

• Wettervorhersage – Wetterdaten: Es können Wetterdatenadapter für die Wechselrichtersteuerung aktiviert werden. Dadurch steuert der Wechselrichter die Batteriebeladung variabel je nach erwartetem Sonnenschein. Der Wechselrichter errechnet auch erwarteten Tagesverbrauch und Tagesproduktion in kWh, was auch verwendet werden kann um automatisierte Entscheidungen zur Steuerung von Geräten zu treffen.
• Energieverbrauchsoptimierung: Die Vorhersagewerte können ferner verwendet werden um Geräte im Haus smart zu schalten. (z.B. die Waschmaschine nur, wenn Überschussstrom verfügbar ist (oder erwartet wird). Selbst wenn der Akku nur 10% geladen ist: Wenn ein sonniger Tag bevorsteht, kann schon jetzt die Waschmaschine angeschaltet werden. Auch das Laden eines Elektroautos kann so gesteuert werden.
• Überwachung der Solarproduktion und des Ladezustands: Über ein Dashboard können die Werte der Photovoltaikanlage angezeigt werden: Aktueller Verbrauch des Hauses, Ladezustand der Batterie, Aktuelle und erwartete Produktion der Photovoltaikanlage sowie die Autarkie. Es ist spannend zu beobachten, welche Geräte wie viel Strom brauchen und den Dauerbedarf des Hauses zu optimieren bzw. große Stromfresser zu identifizieren und auszumerzen.
• Steuerung der Heizung: Die Wärmepumpe arbeitet mit Strom und generiert daraus zusammen mit der Energie der Luft Wärme die für Wasser und Heizung verwendet werden. Die Pumpe läuft nicht durchgängig sondern schaltet je nach vorhandener Energie im Pufferspeicher an. Über einen Steuerungseingang der Wärmepumpe kann die Vorlauftemperatur hochgesetzt werden. Ist also Überschussstrom aus der Photovoltaik vorhanden und die Vorlauf-Solltemperatur wird hochgesetzt, so springt die Wärmepumpe an und speichert Energie in Form von warmen Wasser in den Pufferspeicher. Diese Energie im Pufferspeicher hält dann meistens für den Bedarf über die Nacht und den nächsten Morgen. Optimierung kann dann noch vorgenommen werden, in dem die Heizprogramme zeitlich angepasst werden.
• Steuerung der Beschattung: Ist die Wunschtemperatur zu hoch im Haus und scheint die Sonne, so werden die Rollläden und Markisen tagsüber ausgefahren.

Alle Datenpunkte, die für die Steuerung und Visualisierung gebraucht werden, liegen im Objektbaum des iobrokers. Die Logik und Intelligenz steckt in Skripten, die im iobroker Java Skript adapter laufen. Diese sind größtenteils selbst entwickelt. Hier ist viel Try and Error angesagt.

Die Vorteile der Modernisierung mit intelligenter Steuerung

Durch die Kombination der neuen Heizung und der Photovoltaikanlage mit unserem iobroker Smart Home System haben wir mehrere Vorteile erzielt:

• Maximale Energieeffizienz: Unsere Heizung und unsere Photovoltaikanlage arbeiten zusammen, um den Energieverbrauch zu minimieren und erneuerbare Energie optimal zu nutzen.
• Energiekosteneinsparungen: Durch die intelligente Steuerung sparen wir noch mehr Energie, da unser System automatisch die effizienteste Betriebsweise wählt.
• Umweltfreundlichkeit: Unsere CO2-Emissionen sind durch den Austausch der Heizung und aufgrund der intelligenten Steuerung erheblich gesunken. Die meiste Energie kommt in unser Haus von unserem Lieblingsstern.
• Komfort, Bequemlichkeit und Spass: Energieoptimierung kann Spass machen. Die intelligente und größtenteils automatisierte Steuerung bietet uns Komfort und Bequemlichkeit im Alltag.

Die Kosten und die Amortisation

Die Investition in Heizung und Photovoltaik waren zwar nicht günstig, doch die Amortisation erfolgt durch die Energieeinsparungen und die höhere Lebensqualität. Wir sind überzeugt, dass sich diese Investition langfristig auszahlen wird. Bei der Photovoltaik wurde lediglich der Speicher vom Staat gefördert (über das 10.000 Häuser Programm – inzwischen ausgelaufen). Für die Heizung gab es die Bundesförderung für effiziente Gebäude.

6. Net Zero? Net positive?

Dank unserer Modernisierung und der intelligenten Steuerung sind wir unserem Ziel der „Net Zero Family“ schon einen entscheidenden Schritt näher gekommen. Wir haben nicht nur unsere Energieeffizienz maximiert, sondern auch die Kontrolle über unsere Energieproduktion und -verbrauch verbessert. Mit weiteren Verbrauchern wie Wärmepumpe und Elektroauto wird sich die Gesamtbilanz ändern. Jedoch auch bei größeren Verbrauchern, die intelligent geschaltet werden können besteht großes Einsparpotenzial.

Die Kombination aus erneuerbaren Energien und intelligenter Steuerung hat unsere Hausmodernisierung zu einem echten Erfolg gemacht. Wenn auch Sie daran denken, Ihr Zuhause zu modernisieren, denken Sie an die Integration eines Smart Home Systems – es könnte den Unterschied zwischen Energieeffizienz und Net Zero ausmachen.