Planung des Elektrizitätsmanagements

Dieser Artikel beschreibt die Planung der Installation. Für die Umsetzung vor Ort und die Konfiguration der Hardware auf der Climkit Plattform beachten Sie bitte die Links am Ende des Artikels.

1. Management von Elektrizität und ZEV

Die Lösung für das Elektrizitätsmanagement von Climkit besteht darin, Zähler zur Messung und Ablesung des Stromverbrauchs bereitzustellen, die Daten an die Plattform zu übertragen und eine der verfügbaren Betriebsmethoden zu aktivieren, wie z. B. die Erstellung von Individualabrechnungen oder die automatische Verbraucherabrechnung.

Die Lösung wird in der Regel im Rahmen eines Zusammenschlusses zum Eigenverbrauch (ZEV) angewendet.

Sie kann auch in anderen Kontexten eingesetzt werden, zum Beispiel:

• In einem Geschäftsgebäude, um den Verbrauch der verschiedenen Flächen zu unterscheiden
• Auf einem Campingplatz oder in einem Hafen, um den Verbrauch pro Stellplatz abzurechnen
• In jeder Situation, in der der Stromverbrauch gemessen, abgerechnet und fakturiert werden muss

Standard-Anschlussschema eines ZEV

Je nach Anzahl der Verbraucher und Gebäude eines Standorts gibt es verschiedene Anschlussarten für Stromzähler und Kommunikation.

Das Standardschema besteht aus einem ZEV mit:

• Nur 1 Netzanschlusspunkt mit einem EW/VNB Eingabe-Zähler
• Mehreren Verbrauchern (Wohnungen, Büros, Allgemeinflächen usw.), die an private Zähler angeschlossen sind.

Elektrischer Anschluss

Das obige Schema zeigt den Fall eines ZEV mit einem einzigen EW/VNB Zähler am Netzanschluss des Gebäudes.

Verbraucher wie Wohnungen und Allgemeinflächen werden durch private Zähler gemessen.

Ein privater Zähler misst auch die PV Produktion (Ausgang des Wechselrichters).

Ein weiterer privater Zähler wird am Eingang in Serie zum Zähler des EW/VNB installiert.

Die Anzahl der Zähler hängt davon ab, was separat gemessen und in Rechnung gestellt werden muss. Hier ist eine Liste der gängigsten vorzusehenden Zähler:

• Wärmepumpe: um ihren Verbrauch vom Rest der Allgemeinflächen zu unterscheiden
• Ladestationen für Elektrofahrzeuge
• AC-gekoppelte Batterie (nicht DC über einen Hybrid-Wechselrichter)
• Photovoltaik-Wechselrichter: Ein Zähler pro Anlage ermöglicht es, deren Leistung separat zu messen und Probleme leichter zu erkennen.

RS485-Kommunikationsbus und Internetverbindung

Ein serieller Kommunikationsbus vom Typ RS485 verbindet jeden Zähler mit der RS485-Schnittstelle des Climkit Gateway.

Die Zähler (Slaves) werden über ein RS485-Busnetz gemäss dem untenstehenden Schema an das Gateway (Master) angeschlossen.

Richtlinien und Empfehlungen für das Einziehen des Kabels:

• Verwenden Sie ein abgeschirmtes Kabel vom Typ U72 (mit Aluminiumfolie) 4 × 0,8 mm².
• Alle Geräte müssen in Serie (Daisy-Chain) angeschlossen werden. Vermeiden Sie Abzweigungen, Sterne oder T-Verbindungen, die Kommunikationsfehler verursachen können.
• Das Kabel darf keine geschlossenen Schleifen bilden.
• Maximale Länge: Streben Sie < 500 m für eine Sicherheitsmarge an.
• Vermeiden Sie die Verlegung in der Nähe von Geräten, die Störungen verursachen könnten (Motoren, Frequenzumrichter...).

Das Gateway selbst ist über seine Ethernet-Schnittstelle mit dem 4G-Router (empfohlen, obligatorisch wenn kein LAN) verbunden, der mit einer Multi-Operator-SIM-Karte ausgestattet ist, um die Fernablesung der Zähler zu ermöglichen.

Climkit Angebot

Das Standardangebot von Climkit umfasst die für den Betrieb des Systems erforderlichen Elemente: Hardware, Softwarefunktionen sowie die mit der Einrichtung verbundenen Dienstleistungen.

Das gesamte Material wird vorkonfiguriert geliefert, um die Installation zu vereinfachen und eine einwandfreie Kommunikation der Zähler zu gewährleisten.

• Hardware:
  • LAN-Router oder 4G-Router (empfohlen, obligatorisch wenn kein LAN)
  • Gateway Climkit
  • Stromzähler
• Softwarefunktionen:
  • Ablesungen und Visualisierung der Stromzähler
• Einrichtungsdienstleistung:
  • Technische Koordination und Überprüfung der Zählerablesung
  • Administrative Einrichtung

Alle Produkte werden direkt bei Climkit bestellt.

In den meisten Fällen kann die Installation durch den Installateur ohne Vor-Ort-Einsatz eines Climkit-Technikers durchgeführt werden.

Bei der Inbetriebnahme steht bei Bedarf eine telefonische Unterstützung zur Verfügung.

Details der verwendeten Hardware

4G-Router (empfohlen, obligatorisch wenn kein LAN)

Eine Internetverbindung ist für den Betrieb des Systems unerlässlich. Wenn keine Verbindung verfügbar ist, kann Climkit diese über einen 4G-Router bereitstellen, der mit einer aktiven Multi-Operator-SIM-Karte ausgestattet ist.

Die Verwendung des 4G-Routers TRB140 von Climkit bietet mehrere Vorteile:

• Vereinfachte Installation: Der Router lässt sich einfach im Elektrotableau direkt auf der Hutschiene installieren
• Vollständige Lieferung: Geliefert mit Hutschienenhalterung und 24V DC Netzteil
• Vorkonfiguriert: Geliefert mit einer aktivierten SIM-Karte
• Kostengünstiges 4G-Abonnement: Preiswerte Internetverbindung

Gateway Climkit

Das Climkit Gateway liest die über den RS485-Port angeschlossenen Zähler mittels Modbus-Protokoll aus und überträgt die Relevés über das Internet an die Climkit Plattform.

Stromzähler

Stromzähler ermöglichen die Messung des Verbrauchs, der Produktion sowie der aus dem Netz bezogenen und in das Netz eingespeisten Elektrizität.

Bei einem Anschluss bis 80A liefert Climkit direkte Stromzähler (<80A), d.h. die Leiterdrähte führen direkt durch den Zähler.

Das üblicherweise gelieferte Modell ist der Eastron SDM630Modbus. Der Zähler ist 4 DIN-Module breit und wird direkt im Elektrotableau auf einer Hutschiene oder in einem geeigneten Gehäuse (siehe T-Box unten) installiert.

Falls die Anschlussintensität (Amperezahl) 80A überschreitet, liefert Climkit indirekte Zähler (SW), d.h. die Leiterdrähte führen durch Stromwandler (TI), die wiederum an den Zähler angeschlossen sind.

• Das üblicherweise gelieferte Modell ist der Eastron SDM630MCT

Stromwandler (TI)

Die Stromwandler werden entsprechend der Anschlussintensität und dem Durchmesser des Leiters ausgewählt, auf den der Wandler aufgeclipst wird.

Climkit liefert Stromwandler von 100 A bis 2000 A.

Die Stromwandler werden direkt auf das Kabel oder die Kupferschiene jeder Phase aufgeclipst. Achten Sie auf den Kabelquerschnitt im Verhältnis zum Durchmesser des Wandlers.

Für spezifische Fälle mit grösserem Durchmesser können andere Stromwandler bestellt werden. Bitte bei der Bestellung angeben.

Gehäuse und Zählerplatte T-Box

Um die Installation der Zähler an den EW/VNB Zählerplätzen zu erleichtern, können Hutschienengehäuse mit Befestigungsplatte bestellt werden.

Hutschienengehäuse auf T-Befestigungsplatte (H: 36cm, B: 21cm)

Variante mit Cloud Gateway

Anstatt eines Climkit Gateway kann ein virtuelles Gateway unter Verwendung des MQTT-Protokolls gewählt werden, indem ein Router (LAN oder 4G) mit einem RS485-Ethernet-Konverter kombiniert wird.

Schema Cloud Gateway mit 4G-Router (empfohlen, obligatorisch wenn kein LAN)

Schema mit LAN-Router

2. Anschlussvarianten

Microgrid-Schema: Standort mit mehreren Gebäuden

Das Microgrid-Schema besteht aus einem Zusammenschluss (ZEV) mit folgenden Merkmalen:

• Ein einziger Netzanschlusspunkt zum öffentlichen Netz, ausgestattet mit einem EW/VNB Eingabe-Zähler, der sich in der Regel in einem separaten Hauptverteilungsraum oder in einem der Gebäude des Standorts befindet.
• Mehrere Gebäude, die an diesen selben Netzanschlusspunkt angeschlossen sind.
• Vielzählige Verbraucher (Wohnungen, Büros, Gemeinschaftsräume usw.), die jeweils an einen individuellen Zähler angeschlossen sind.

Dieses Schema kommt insbesondere dann zur Anwendung, wenn die privaten Zähler über verschiedene Punkte des Standorts verteilt sind. Für den Anschluss und das Auslesen der Zähler sind dann mehrere Varianten möglich:

• Installation eines Busses zwischen den Gebäuden, der durch jeden Zähler bis zum zentralen Climkit Gateway führt.
• Installation eines Climkit Gateway in jedem Gebäude, wobei jedes mit dem Internet zur Datenübertragung verbunden ist.
• Empfohlen: Vernetzung aller Gebäude über ein lokales IP-Netzwerk (RJ45-Verkabelung oder Glasfaser). Jede Zählerinstallation wird an einen RS485-Ethernet-Konverter angeschlossen, der wiederum mit dem LAN-Netzwerk des Standorts verbunden ist. Diese Architektur ermöglicht eine effiziente Zentralisierung der Daten bei gleichzeitiger Flexibilität der Infrastruktur (siehe Schema unten).

Diese letzte Variante wird empfohlen, da sie mehrere Vorteile bietet:

• Erhöhte Zuverlässigkeit: Sie vermeidet Verbindungsprobleme im Zusammenhang mit dem physischen Bus zwischen den Gebäuden, deren Diagnose und Fehlerbehebung komplex sein können.
• Hardware-Einsparung: Es müssen nur ein einziges Gateway und ein einziger Router für den gesamten Standort installiert werden, was die Architektur vereinfacht und Kosten senkt.

Microgrid-Schema mit virtuellem ZEV mit mehreren Netzanschlüssen

Das Microgrid-Schema mit virtuellem ZEV besteht aus:

• Mehreren Netzanschlusspunkten zum öffentlichen Netz, jeder mit seinem eigenen EW/VNB Zähler
• Mehreren vernetzten Gebäuden
• Mehreren Verbrauchern (Wohnungen, Büros, Gemeinschaftsräumen usw.), die entweder mit einem privaten Zähler oder einem EW/VNB Zähler ausgestattet sind
• Mehreren Photovoltaikanlagen, die durch einen privaten Zähler oder einen EW/VNB Zähler gemessen werden

Funktionsprinzip:

Der produzierte Strom wird zwischen den Gebäuden geteilt. Die EW/VNB Zähler werden virtuell zusammengefasst, um eine einzige Rechnung für den Netzbezug zu erstellen.

Die privaten Zähler werden direkt vom Climkit Gateway ausgelesen, während das EW/VNB die Daten seiner Zähler an Climkit übermittelt. Alle Informationen werden auf der Climkit Plattform zentralisiert.

Einzelverbraucher-Schema

Dieses Schema gilt für Standorte mit:

• Einem einzigen Netzanschlusspunkt
• Einem einzigen Verbraucher
• Einer einzigen Photovoltaikanlage

Anwendungsbeispiel: Ein Einfamilienhaus oder ein Geschäftsgebäude mit einer Photovoltaikanlage.

Es werden mindestens zwei Zähler installiert: ein Eingabe-Zähler in Serie zum EW/VNB Zähler und ein Zähler für die PV Produktion.

Der Verbrauch muss nicht direkt gemessen werden: Er wird rechnerisch aus den Werten der beiden anderen Zähler ermittelt (Verbrauch = Produktion + Netzbezug - Einspeisung).

Variante Cloud Gateway mit LAN-Router (oder 4G)

3. Optimierung des Eigenverbrauchs

Das Optimierungssystem von Climkit ermöglicht es, den Autarkiegrad einer Photovoltaikanlage zu erhöhen, indem bestimmte Geräte in Abhängigkeit von der Solarenergieproduktion gesteuert werden.

Der in das Stromnetz zurückgespeiste PV-Überschuss wird so begrenzt und man gewinnt an Autarkie, indem man zum Beispiel Warmwasser mit Solarenergie erzeugt.

Die Geräte (Boiler, Wärmepumpen, Heizkörper, Poolpumpen etc.) werden über ein Relais gesteuert. Es ist auch möglich, bestimmte Ladestationen für Elektrofahrzeuge zu steuern (über Wifi oder Ethernet).

Climkit Angebot

Hier sind die zusätzlichen Produkte zur Optimierung des Eigenverbrauchs:

• Hardware:
  • I/O Relaismodul
• Softwarefunktionen:
  • Optimierung des Eigenverbrauchs
• Einrichtungsdienstleistung:
  • Technische Koordination und Konfiguration
  Alle diese Produkte werden direkt bei Climkit bestellt. In der Regel ist für die Inbetriebnahme kein Vor-Ort-Einsatz eines Climkit-Technikers erforderlich. Die Komponenten werden vorkonfiguriert geliefert, sodass der Installateur die Inbetriebnahme einfach selbst durchführen kann, bei Bedarf mit telefonischer Unterstützung durch den technischen Support von Climkit.

Details der verwendeten Hardware

I/O Relaismodul

Das von Climkit gelieferte I/O Modul WP8024 verfügt über 4 Relais.

Es wird mit einem 24V DC Hutschienen-Netzteil geliefert und über RS485-Modbus (wie die Stromzähler) an das Climkit Gateway angeschlossen.

Potentialfreie Kontakte (z.B. SG-ready der Wärmepumpe) können direkt an ein Relais des Moduls angeschlossen werden.

Im Falle eines Boilers steuern die Relais des Moduls die Schaltschütze, die wiederum den Boiler einschalten.

Ein dreiphasiger Boiler-Heizstab kann mit einem unabhängigen Relais pro Phase angeschlossen werden, um eine stufenweise Einschaltung zu ermöglichen und den Eigenverbrauch auch bei geringer PV-Produktion zu maximieren.

Wenn 4 Relais nicht ausreichen, können mehrere Module an das Climkit Gateway angeschlossen werden.

Es wird empfohlen, einen 3-Stufen-Schalter zwischen dem Relaismodul und dem zu steuernden Gerät zu installieren, um dieses manuell einschalten zu können.

Positionen:

• Oben (I): Automatikbetrieb gesteuert durch das Relaismodul und das Optimierungssystem
• Mitte (0): Aus
• Unten (II): Handbetrieb (Dauer EIN)

Typisches Modell: Hager SFB116

4. Installation einer Batterie

Bei einer Installation mit einer AC-gekoppelten Batterie (ausgestattet mit eigenem Wechselrichter/Ladegerät) ist es zwingend erforderlich, dieses System an einen spezifischen Climkit Batteriezähler anzuschliessen und diesen auf der Plattform im Modus "Batterie" zu konfigurieren.

5. Nächste Schritte