Planung des Elektrizitätsmanagements

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

1. Management der 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 übermitteln und eine der verfügbaren Betriebsmethoden zu aktivieren, wie die Erstellung von Individualabrechnungen oder die automatische Abrechnung der Verbraucher.

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

Sie kann auch in anderen Kontexten verwendet 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

Es gibt verschiedene Arten des Anschlusses von Stromzählern und der Kommunikation, je nach Anzahl der Verbraucher und Gebäude an einem Standort.

Das Standardschema besteht aus einem ZEV mit:

• Nur 1 Anschlusspunkt zum Netz 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 elektrischen Hausanschluss des Gebäudes.

Verbraucher wie Wohnungen und Allgemeinflächen werden durch private Zähler gemessen.

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

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

Die Anzahl der Zähler hängt davon aus, was separat gemessen und abgerechnet werden muss. Hier ist eine Liste der gängigsten vorzusehenden Zähler:

• Wärmepumpe: um deren Verbrauch vom restlichen Allgemeinstrom zu trennen
• 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 eventuelle Probleme leichter zu erkennen.

RS485-Kommunikationsbus und Internetverbindung

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

Die Zähler (Slaves) sind über ein RS485-Busnetz gemäss dem untenstehenden Schema mit dem Gateway (Master) verbunden.

Richtlinien und Empfehlungen für das Einziehen des Kabels:

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

Das Gateway ist seinerseits über seine Ethernet-Schnittstelle mit dem 4G-Router verbunden, der mit einer Multi-Provider-SIM-Karte ausgestattet ist, um die Fernablesung der Zähler zu ermöglichen.

Climkit Angebot

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

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

• Hardware:
  • LAN-Router oder 4G-Router
  • Climkit Gateway
  • 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 ein telefonischer Support zur Verfügung.

Details der verwendeten Hardware

4G-Router

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

Die Verwendung des Climkit-Routers TRB140 bietet mehrere Vorteile:

• Vereinfachte Installation: Der Router lässt sich leicht im Schaltschrank direkt auf der DIN-Schiene installieren
• Vollständige Lieferung: Geliefert mit DIN-Schienen-Halterung und 24V DC Netzteil
• Sofort einsatzbereit: Vorkonfiguriert mit aktivierter SIM-Karte geliefert
• Kostengünstiges 4G-Abonnement: Internetverbindung zu geringen Kosten

Climkit Gateway

Das Climkit Gateway liest die an seinen RS485-Port angeschlossenen Zähler über das Modbus-Protokoll aus und überträgt die Messwerte 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 von weniger als 80A liefert Climkit direkte Zähler, d. h. die Leiterdrähte führen direkt durch den Zähler.

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

Falls die Stromstärke des Anschlusses (Amperezahl) 80A überschreitet, liefert Climkit indirekte Zähler, d. h. die Leiterdrähte führen durch Stromwandler (TI), die ihrerseits mit dem Zähler verbunden sind.

• Das in der Regel gelieferte Modell ist der Eastron SDM630MCT Zähler

Stromwandler (TI)

Die TI werden entsprechend der Intensität des Anschlusses und dem Durchmesser des Leiters ausgewählt, auf den der TI aufgeclipst wird.

Climkit liefert TI von 100 A bis 2000 A.

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

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

Gehäuse und Zählerplatte T-Box

Um die Installation der Zähler auf den EW/VNB Zählerplätzen zu erleichtern, können DIN-Schienengehäuse mit Befestigungsplatte bestellt werden.

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

Option: Vorverkabelter Einführungsverteiler

Climkit bietet einen vorverkabelten Einführungsverteiler an, der am Hausanschluss des Standorts alle für einen ZEV (Photovoltaik, Batterie und Ladestationen) erforderlichen Elemente zusammenfasst.

Er integriert:

• den Netzanschluss (je nach Variante bis zu 160 A)
• den EW/VNB Zählerplatz
• die Abgänge für PV-Wechselrichter (≤ 30 kVA), AC-Batterie und Ladestationen
• die Privaten Zähler für Einführung, PV, Batterie und Ladestationen
• die Climkit Kommunikationsinfrastruktur (Gateway, Multi-Provider-4G-Router, Ethernet-PoE-Switch)

Montagefertig und von Climkit entwickelt, vereint er die für die Integration der Lösungen notwendige Einführungs- und Kommunikationsinfrastruktur.

In der Schweiz mit Komponenten von Schneider Electric zusammengebaut, ist er in zwei Varianten erhältlich:

Variante bis zu 80 A (Direktmessung)

Variante bis zu 160 A (Indirektmessung mit TI)

Variante mit Cloud Gateway

Anstatt eines Climkit Gateways zu verwenden, ist es möglich, sich für ein virtuelles Gateway unter Verwendung des MQTT-Protokolls zu entscheiden, indem ein Router (LAN oder 4G) mit einem RS485-Ethernet-Konverter kombiniert wird.

Schema Cloud Gateway mit 4G-Router

Schema mit LAN-Router

2. Anschlussvarianten

Microgrid Schema: Standort bestehend aus mehreren Gebäuden

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

• Ein einziger Anschlusspunkt zum öffentlichen Netz, ausgestattet mit einem EW/VNB Eingabe-Zähler, in der Regel in einem separaten HV-Raum oder in einem der Gebäude des Standorts gelegen.
• Mehrere Gebäude, die an diesen selben Anschlusspunkt angeschlossen sind.
• Vielzählige Verbraucher (Wohnungen, Büros, Gemeinschaftsräume usw.), jeder mit einem individuellen Zähler verbunden.

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

• Installation eines Busses zwischen den Gebäuden, der über jeden Zähler bis zum zentralen Climkit Gateway führt.
• Installation eines Climkit Gateways in jedem Gebäude, jedes mit dem Internet für die Datenübertragung verbunden.
• Empfohlen: Verbindung 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, dessen Diagnose und Fehlerbehebung sich als komplex erweisen können.
• Einsparung von Hardware: Es muss nur ein Gateway und ein Router für den gesamten Standort installiert werden, was die Architektur vereinfacht und Kosten senkt.

Microgrid Schema mit vZEV mit mehreren Hausanschlüssen

Das Microgrid Schema mit vZEV (virtueller ZEV) besteht aus:

• Mehreren Anschlusspunkten zum öffentlichen Netz, jeder mit seinem eigenen EW/VNB Zähler
• Mehreren miteinander verbundenen Gebäuden
• Mehreren Verbrauchern (Wohnungen, Büros, Gemeinschaftsräume usw.), die entweder mit einem privaten Zähler oder einem EW/VNB Zähler ausgestattet sind
• Mehreren PV Anlagen, die durch einen privaten Zähler oder einen EW/VNB Zähler gemessen werden

Funktionsprinzip:

Der produzierte Strom wird zwischen den Gebäuden aufgeteilt. 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.

Schema Einzelverbraucher

Dieses Schema gilt für Standorte mit:

• Einem einzigen Anschlusspunkt zum öffentlichen Netz
• Einem einzigen Verbraucher
• Einer einzigen PV-Installation

Anwendungsbeispiel: Ein Einfamilienhaus oder ein Geschäftsgebäude mit einer Photovoltaikanlage.

Es werden mindestens zwei Zähler installiert: ein Eingabemessgerät in Serie mit dem 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 abgeleitet (Verbrauch = Produktion + Netzbezug oder - 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 Solarstromproduktion gesteuert werden.

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

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

Climkit Angebot

Hier sind die zusätzlichen Produkte, um die Optimierung des Eigenverbrauchs zu ermöglichen:

• Hardware:
  • I/O-Modul mit 4 Relais
• 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 Einsatz eines Climkit-Technikers vor Ort erforderlich. Die Komponenten werden vorkonfiguriert geliefert, sodass der Installateur die Inbetriebnahme einfach durchführen kann, bei Bedarf mit telefonischer Unterstützung durch den technischen Support von Climkit.

Details der verwendeten Hardware

I/O-Modul mit 4 Relais

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

Es wird mit einem 24V DC DIN-Schienen-Netzteil geliefert und über RS485-Modbus mit dem Climkit Gateway verbunden (wie die Stromzähler).

Potenzialfreie Kontakte (z. B. SG-Ready der Wärmepumpe) können direkt an einem Relais des Moduls angeschlossen werden.

Im Fall eines Warmwasserspeichers steuern die Relais des Moduls die Befehlsrelais (Schaltschütz), die wiederum den Warmwasserspeicher einschalten.

Ein dreiphasiger Warmwasser-Heizstab kann mit einem unabhängigen Relais pro Phase verbunden 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 mit dem Climkit Gateway verbunden werden.

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

Positionen:

• Oben (I): Automatisch gesteuert durch das Relaismodul und das Optimierungssystem
• Mitte (0): Erzwungener Stopp
• Unten (II): Erzwungener Lauf

Typisches Modell: Hager SFB116

4. Installation einer Batterie

Im Falle einer Installation mit einer AC-gekoppelten Batterie (ausgestattet mit eigenem Wechselrichter-Ladegerät) ist es unerlässlich, dieses System an einen spezifischen Climkit-Batteriezähler anzuschliessen und diesen auf der Plattform im Modus „Batterie“ zu konfigurieren.

5. Nächste Schritte