Planung des Elektrizitätsmanagements

Dieser Artikel beschreibt die Planung der Installation. Für die Implementierung vor Ort und die Konfiguration der Geräte auf der Climkit-Plattform verweisen wir auf die Links am Ende des Artikels.

1. Strommanagement und RCP

Die Lösung für das Strommanagement von Climkit besteht darin, Zähler zur Messung und Erfassung des Stromverbrauchs bereitzustellen, die Daten an die Plattform zu übertragen und eine der verfügbaren Betriebsarten zu aktivieren, wie z. B. die Erstellung individueller Abrechnungen oder die automatische Abrechnung von Verbrauchern.

Die Lösung kommt in der Regel im Rahmen einer Eigenverbrauchsgemeinschaft (EVG) zur Anwendung.

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

• In einem Geschäftsgebäude zur Trennung des Verbrauchs verschiedener Flächen
• Auf einem Campingplatz oder in einem Hafen zur Zählung des Verbrauchs pro Stellplatz
• In jeder Situation, in der der Verbrauch von elektrischer Energie gemessen, abgerechnet und in Rechnung gestellt werden muss

Standard-Anschlussschema einer EVG

Abhängig von der Anzahl der Verbraucher und Gebäude an einem Standort gibt es verschiedene Methoden für den Anschluss der Stromzähler und die Kommunikation.

Das Standardschema besteht aus einer EVG mit:

• 1 einzigen Netzeinspeisepunkt mit einem Netzbetreiber-Einspeisezähler
• Mehrere Verbraucher (Wohnungen, Büros, Gemeinschaftsbereiche usw.), die an private Zähler angeschlossen sind.

Elektrischer Anschluss

Das obige Schema zeigt den Fall einer EVG mit einem einzigen Netzbetreiber-Zähler am elektrischen Eingang des Gebäudes.

Verbraucher wie Wohnungen und Gemeinschaftsbereiche werden durch private Zähler gemessen.

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

Ein privater Zähler wird ebenfalls in Reihe zum Netzbetreiber-Zähler installiert.

Die Anzahl der Zähler hängt davon ab, was separat gemessen und abgerechnet werden soll. Hier ist eine Liste der gängigsten Zähler, die vorgesehen werden müssen:

• Wärmepumpe: zur Unterscheidung ihres Verbrauchs von dem der übrigen Gemeinschaftsbereiche
• Ladestationen für Elektrofahrzeuge
• AC-Batterie (und nicht DC über einen Hybridwechselrichter)
• Photovoltaik-Wechselrichter: Ein Zähler pro Anlage ermöglicht die separate Messung ihrer Leistung und erleichtert die Erkennung potenzieller Probleme.

RS485-Kommunikationsbus und Internetverbindung

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

Die Zähler (Slaves) werden über ein RS485-Busnetzwerk mit der Gateway (Master) gemäß dem folgenden Schema verbunden.

Richtlinien und Empfehlungen für die Kabelverlegung:

• Verwenden Sie ein geschirmtes U72-Kabel (Aluminiumfolienschirm) 4 × 0,8 mm².
• Alle Geräte müssen in Reihe geschaltet werden (Daisy-Chain). 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 Nähe zu Geräten, die Störungen verursachen können (Motoren, Frequenzumrichter usw.).

Die Gateway selbst wird über ihre Ethernet-Schnittstelle mit dem 4G-Router 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 notwendigen Komponenten: Hardware, Softwarefunktionen sowie die Leistungen im Zusammenhang mit der Implementierung.

Alle Geräte werden vorkonfiguriert geliefert, um die Installation zu vereinfachen und eine korrekte Kommunikation der Zähler zu gewährleisten.

• Ausstattung:
  • LAN-Router oder 4G-Router
  • Climkit Gateway
  • Stromzähler
• Softwarefunktionen:
  • Auslesen und Erfassen der Stromzählerstände
• Implementierungsleistung:
  • Technische Koordination und Überprüfung der Zählerstände
  • Administrative Inbetriebnahme

Alle Produkte werden direkt bei Climkit bestellt.

In den meisten Fällen kann die Installation vom Installateur ohne Eingriff eines Climkit-Technikers vor Ort durchgeführt werden.

Bei der Inbetriebnahme steht bei Bedarf telefonische Unterstützung zur Verfügung.

Details der verwendeten Geräte

4G-Router

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

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

• Vereinfachte Installation: Der Router lässt sich einfach im Schaltkasten auf der DIN-Schiene installieren
• Vollständige Lieferung: geliefert mit DIN-Schienenhalterung und 24V DC Netzteil
• Sofort einsatzbereit: vorkonfiguriert mit aktivierter SIM-Karte geliefert
• Kostengünstiges 4G-Abonnement: kostengünstige Internetverbindung

Climkit Gateway

Die Climkit Gateway liest die an ihren RS485-Port angeschlossenen Zähler über das Modbus-Protokoll aus und überträgt die Messwerte per Internet an die Climkit-Plattform.

Stromzähler

Die Stromzähler ermöglichen die Messung von Verbrauch, Produktion sowie von Netzbezug und Netzeinspeisung.

Bei einem Anschluss unter 80A liefert Climkit Direktzähler, d. h. die stromführenden Leiter gehen direkt durch den Zähler.

Das standardmäßig gelieferte Modell ist der Eastron SDM630Modbus Zähler. Der Zähler benötigt 4 DIN-Module Breite und wird direkt im Schaltkasten auf einer DIN-Schiene oder in einem geeigneten Gehäuse (siehe T-Box unten) installiert.

Wenn die Anschlussstromstärke (Amperezahl) 80A überschreitet, liefert Climkit indirekte Zähler, d. h. die stromführenden Leiter laufen durch Stromwandler (CTs), die ihrerseits an den Zähler angeschlossen sind.

• Das standardmäßig gelieferte Modell ist der Eastron SDM630MCT Zähler

Stromwandler (CT)

Die CTs werden entsprechend der Anschlussstromstärke und dem Durchmesser des Leiters, um den der CT geklemmt wird, ausgewählt.

Climkit liefert CTs von 100 A bis 2000 A.

Die CTs werden direkt auf das Kabel oder die Kupferleitschiene jeder Phase geklemmt. Achten Sie auf den Kabelquerschnitt im Verhältnis zum Durchmesser des CT.

Für spezielle Fälle mit größerem Durchmesser können andere CTs bestellt werden. Bei der Bestellung anzugeben.

T-Box Gehäuse und Zählertafel

Um die Installation von Zählern an den Netzzählpunkten zu erleichtern, können DIN-Schienengehäuse mit Montageplatte bestellt werden.

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

Variante mit Cloud Gateway

Anstelle einer Climkit Gateway kann eine virtuelle Gateway verwendet werden, die das MQTT-Protokoll nutzt, indem ein Router (LAN oder 4G) mit einem RS485-Ethernet-Konverter kombiniert wird.

Cloud Gateway Schema mit 4G-Router

Schema mit LAN-Router

2. Anschlussvarianten

Mikronetz-Schema: Standort mit mehreren Gebäuden

Das Mikronetz-Schema besteht aus einer EVG mit den folgenden Merkmalen:

• Ein einziger öffentlicher Netzeinspeisepunkt, ausgestattet mit einem Netzbetreiber-Einspeisezähler, der sich in der Regel in einem separaten Hauptverteilerraum oder einem der Gebäude auf dem Gelände befindet.
• Mehrere Gebäude, die an denselben Einspeisepunkt angeschlossen sind.
• Mehrere Verbraucher (Wohnungen, Büros, Gemeinschaftsräume usw.), die jeweils an einen individuellen Zähler angeschlossen sind.

Dieses Schema kommt insbesondere dann zur Anwendung, wenn die privaten Zähler an verschiedenen Punkten des Standorts verteilt sind. Es sind dann mehrere Varianten für den Anschluss und die Zählerablesung möglich:

• Installation eines Busses zwischen den Gebäuden, der durch jeden Zähler bis zur zentralen Climkit Gateway führt.
• Installation einer Climkit Gateway in jedem Gebäude, die jeweils mit dem Internet für die Datenübertragung verbunden ist.
• Empfohlen: Alle Gebäude über ein lokales IP-Netzwerk (RJ45-Verkabelung oder Glasfaser) miteinander verbinden. Jede Zählerinstallation wird mit einem RS485-Ethernet-Konverter verbunden, der wiederum an das LAN des Standorts angeschlossen ist. Diese Architektur ermöglicht eine effiziente Zentralisierung der Daten bei gleichzeitiger Gewährleistung der Flexibilität der Infrastruktur. (Siehe Schema unten.)

Letztere 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 komplex sein kann.
• Geräteeinsparung: Sie ermöglicht die Installation nur einer einzigen Gateway und eines einzigen Routers für den gesamten Standort, was die Architektur vereinfacht und die Kosten senkt.

Mikronetz-Schema mit virtueller EVG mit mehreren Einspeisungen

Das Mikronetz-Schema mit virtueller EVG setzt sich wie folgt zusammen:

• Mehrere öffentliche Netzeinspeisepunkte, jeweils mit eigenem Netzbetreiber-Zähler
• Mehrere miteinander verbundene Gebäude
• Mehrere Verbraucher (Wohnungen, Büros, Gemeinschaftsräume usw.), die entweder mit einem privaten Zähler oder einem Netzbetreiber-Zähler ausgestattet sind
• Mehrere Photovoltaikanlagen, die mit einem privaten Zähler oder einem Netzbetreiber-Zähler gemessen werden

Funktionsprinzip:

Der erzeugte Strom wird zwischen den Gebäuden geteilt. Die Netzbetreiber-Zähler werden virtuell gruppiert, um eine einzige Bezugsrechnung an das Netz zu erstellen.

Die privaten Zähler werden direkt von der Climkit Gateway ausgelesen, während der Netzbetreiber die Daten seiner Zähler an Climkit übermittelt. Alle Informationen werden auf der Climkit-Plattform zentralisiert.

Schema für Einzelverbraucher

Dieses Schema gilt für Standorte mit:

• Einem einzigen öffentlichen Netzeinspeisepunkt
• Einem einzigen Verbraucher
• Einer einzigen Photovoltaikanlage

Anwendungsbeispiel: Ein Einfamilienhaus oder ein Geschäftsgebäude mit einer Photovoltaikanlage.

Es müssen mindestens zwei Zähler installiert werden: ein Einspeisezähler in Reihe mit dem Netzbetreiber-Zähler und ein Produktionszähler für die Photovoltaik.

Der Verbrauch muss nicht direkt gemessen werden: Er wird durch Berechnung aus den Werten der beiden anderen Zähler abgeleitet (Verbrauch = Produktion + Bezug oder - Einspeisung).

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

3. Optimierung des Eigenverbrauchs

Das Optimierungssystem von Climkit ermöglicht es, den Eigenverbrauchsanteil einer Photovoltaikanlage zu erhöhen, indem bestimmte Geräte basierend auf der Solarenergieerzeugung gesteuert werden.

Der in das Netz zurückgespeiste Überschuss wird so begrenzt, und es wird außerdem Autonomie gewonnen, indem beispielsweise mit Solarenergie Warmwasser erzeugt wird.

Die Geräte (Warmwasserbereiter, Wärmepumpen, Heizkörper, Poolpumpen usw.) 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, die die Optimierung des Eigenverbrauchs ermöglichen:

• Ausstattung:
  • I/O-Relaismodul
• Softwarefunktionen:
  • Optimierung des Eigenverbrauchs
• Implementierungsleistung:
  • Technische Koordination und Konfiguration
  Alle diese Produkte werden direkt bei Climkit bestellt. Im Allgemeinen ist der Einsatz eines Climkit-Technikers vor Ort für die Inbetriebnahme nicht erforderlich. Die Komponenten werden vorkonfiguriert geliefert, sodass der Installateur die Inbetriebnahme mit telefonischer Unterstützung des Climkit-Technikers bei Bedarf problemlos durchführen kann.

Details der verwendeten Geräte

I/O-Relaismodul

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

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

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

Im Falle eines Warmwasserbereiters steuern die Relais des Moduls Steuerrelais (Schütz), die ihrerseits den Warmwasserbereiter einschalten.

Ein dreiphasiger Warmwasserbereiterwiderstand kann mit einem separaten Relais pro Phase angeschlossen werden, um eine stufenweise Aktivierung zu ermöglichen und den Eigenverbrauch auch bei geringer PV-Produktion zu maximieren.

Wenn 4 Relais nicht ausreichen, können mehrere Module an die 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): Automatisch gesteuert durch das Relaismodul und das Optimierungssystem
• Mitte (0): Zwangsabschaltung
• Unten (II): Zwangsabschaltung

Typisches Modell: Hager SFB116

4. Installation einer Batterie

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

5. Nächste Schritte