SMA ENERGIE MANAGEMENT UND WÄRMEPUMPEN , BU Residential Product Group Solutions SMA Solar Technology AG

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1 SMA ENERGIE MANAGEMENT UND WÄRMEPUMPEN , BU Residential Product Group Solutions SMA Solar Technology AG

2 Inhalt 1 Ansteuerung von Wärmepumpen im Energie Management 2 Zählerkonfiguration/Use Cases mit Wärmepumpen-Stromtarifen 3 Empfehlung für Wärmepumpen 2

3 WOHNEN MIT UMWELTWÄRME PRINZIP DER WÄRMEPUMPE elektrische Energie Verdichter Saugleitung (Arbeitsmedium gasförmig) Druckleitung Vorlauf Umweltwärme Heizwärme Verdampfer Expansionsventil Verflüssiger Rücklauf Einspritzleitung Flüssigkeitsleitung (Arbeitsmedium flüssig) Quelle: Stiebel Eltron 3

4 ERNEUERBARE ENERGIEN ZUSAMMENGEFÜHRT Quelle: BMP 4

5 SMA ENERGIEMANAGEMENT UND WÄRMEPUMPE WARUM WÄRMEPUMPEN IM ENERIEMANAGEMENT? In einem typischen Einfamilienhaus in Deutschland werden 75% des jährlichen Energieverbrauchs für Heisswasser und Raumheizung aufgewendet. Aufgrund der hohen Effizienz der Energieumwandlung mit Wärmepumpen kann der jährliche Energieverbrauch für Heisswasser und Raumheizung um 60% reduziert werden. Energiemanagement mit Wärmepumpen stellt eine äusserst effektive Nutzung der PV Energie dar, ohne Einbußen im Wohnkomfort. Thermische Speicherung von PV Energie über eine Wärmepumpe ist eine kostengünstigere und umweltfreundlichere Alternative zu Batteriespeichersystemen. Für ein typisches Einfamilienhaus mit einem System aus Wärmepumpe, Energie Manager und PV Anlage*: Sunny Home Manager Gateway Internet Router Power grid Utility electricity meter SMA Energy Meter 30% des jährlichen Wärmebedarfs kann durch selbst erzeugte PV Energie gedeckt werden. Der jährliche Eigenverbrauch von PV Energie kann von 36% auf 60% erhöht werden. (+24%) Die jährliche CO 2 Erzeugung ist 45% weniger als mit einer Gasheizung. AC DC Ethernet Data * Ein typisches Einfamilienhaus in Deutschland: Wärmebedarf: kwh/jahr (thermisch) Stromverbrauch: 4480 kwh/jahr (ohne Heizung) PV Anlagenleistung: 5 kwp 5

6 ANSTEUERUNG DER WÄRMEPUMPE 1. Direkte Datenanbindung über SEMP/EEBUS (Energiemanagement Protokoll) Nur verfügbar für Stiebel Eltron LWZ oder Tecalor THZ oder ausgewählte Stiebel Eltron oder Tecalor Wärmepumpen mit WPM 3 (Wärmepumpen Manager) (Bitte durch Stiebel Eltron oder Tecalor prüfen lassen) Steuersequenzen vom Sunny Home Manager haben Empfehlungscharakter wenn andere priore Anweisungen da sind, z. B. Über- oder Unterschreiten der Komfortgrenzen, werden die Steuerkommandos vom Sunny Home Manager ignoriert. 2. Steuerung über SG Ready Steuer-Eingänge Verfügbar für Stiebel Eltron, Tecalor, Buderus und Vaillant Wärmepumpen sowie für viele andere Hersteller Typisch: Bei PV Überschuss wird der energieintensive Modus angesteuert (0:1) (Einschaltempfehlung mit höherer Zieltemperatur) Wärmepumpe springt an, auch wenn die normale Zieltemperatur bereits erreicht wurde. Typischerweise keine Verwendung der ON/OFF Zustände zu Zwecken der Steuerung (1:0 oder 1:1) Eventuell sind Koppelrelais notwendig 6

7 TYPEN VON WÄRMEPUMPEN: ON/OFF WÄRMEPUMPE ON/OFF Wärmepumpe: Bei Betrieb läuft der Kompressor der Wärmepumpe mit kontinuierlicher Drehzahl und nimmt dabei eine weitgehend konstant bleibende Leistung auf. Es gibt drei Möglichkeiten der Steuerung für ON/OFF Wärmepumpen: 1. WP schaltbar direkt über Funksteckdose 230 V an/aus z.b. für Stiebel WWK 300 und Tecalor TTA 300, hierbei wird der reale Energiebedarf bei der Planung berücksichtigt. 2. WP steuerbar über SG Ready Eingang (normal/energie-intensiv) selbst wenn normale Zieltemperatur im Speichertank erreicht ist, wird die Wärmepumpe gestartet um die durch den SG Ready Eingang aktivierte höhere Zieltemperatur zu erreichen. Ansteuerung über Nur Schalten Modus der Funksteckdose über Relais oder direkt 230 V Trigger konstante Leistungsaufnahme muss im Profil eingetragen werden. 3. WP direkte Kommunikation über SEMP bisher nur Stiebel Eltron LWZ/ Tecalor THZ und ausgewählte Stiebel Eltron / Tecalor Wärmepumpen mit WPM 3 Steuerung und Gateway. 7

8 TYPEN VON WÄRMEPUMPEN: INVERTER-WÄRMEPUMPE Inverter Wärmepumpe: Bei Betrieb wird die Umdrehungszahl des Wärmepumpen-Kompressors so geregelt, dass nach dem vorliegenden Temperaturprofil ein optimierter Umsetzungsgrad erzielt wird (COP). Dabei ist die Wärmepumpe in der Lage, verschiedene Leistungslevels aufzunehmen. Je nach Präferenz und Steuerungsanbindung ist es möglich, einen empfohlenen Leistungslevel vom Energiemanager beim Betrieb der Wärmepumpe zu berücksichtigen. Möglichkeiten der Steuerung für Inverter-Wärmepumpen: 1. WP steuerbar über SG Ready Eingang (normal/energie-intensiv) (WP über Funksteckdose und SG Ready schaltbar auf ein anderes Temperaturniveau. Eventuell ist ein Koppelrelais nötig.) Keine Ausnutzung der leistungsbezogenen Steuerung vom Energiemanager (Wärmepumpe wählt die Leistungsaufnahme gem. der eigenen Optimierung) 2. WP direkte Kommunikation über SEMP (bisher nur Stiebel Eltron LWZ/THZ und ausgewählte Stiebel Eltron Wärmepumpen mit WPM 3 Steuerung (in Vorbereitung)) Optimierte Ausnutzung der leistungsbezogenen Steuerung vom Energiemanager (Wärmepumpe richtet ihre Leistungausnahme nach der Vorgabe vom Energiemanager) Ideale Einbindung der Wärmepumpe in das Energiemanagement-System 8

9 Contents 1 Ansteuerung von Wärmepumpen im Energie Management 2 Zählerkonfiguration/Use Cases mit Wärmepumpen-Stromtarifen 3 Empfehlung für Wärmepumpen 9

10 ZÄHLERKONFIGURATION Zählerkonfiguration für Energiemanagement mit Wärmepumpen Für eine sinnvolle Einbindung von Wärmepumpen im Energiemanagement mit PV Anlagen, ist es notwendig, dass die Wärmepumpe die erzeugte PV Energie direkt verbrauchen kann. Dies ist der Fall in PV Anlagen mit Eigenverbrauch: hier ist der für das Energiemanagement maßgebliche Zähler direkt am Netzanschlusspunkt (SMA Energy Meter oder kompatibler S0/D0 Zähler) In folgenden Anlagentypen ist das Energiemanagement für eine Wärmepumpe nicht sinnvoll: Einspeise-Anlagen (PV Erzeugung wird direkt ins Netz eingespeist, Wärmepumpe bezieht nur Strom vom Netz) Eigenverbrauchsanlagen, in denen die Wärmepumpe über einen separaten Zähler mit einem besonderen Wärmepumpenstromtarif abgerechnet wird. 10

11 ZÄHLERKONFIGURATION PV Anlage mit Eigenverbrauch: Kein spezieller Wärmepumpentarif Alle Haushaltsverbraucher hängen am gleichen Zähler Sunny Boy 2.5 Internet Verplombter Bereich Aktive Steuerung aller Haushaltslasten ist möglich. Hierdurch: 10 45% Steigerung des Eigenverbrauchs möglich Sunny Places Sunny Boy SE Sunny Portal EVU Haushaltzähler Öffentliches Netz Hier: Wärmepumpensteuerung über direkte Datenanbindung (SEMP) ausgewählte Stiebel Eltron und Tecalor Wärmepumpen (siehe Abschnitt 3 dieser Information) Dies ist die sinnvollste Anwendung des Energiemanagements, bedeutet aber, dass der Wärmepumpentarif aufgegeben werden muss. Sunny Home Manager Router SMA Energy Meter Wenn der Kostenvorteil durch den Wärmepumpentarif erheblich ist (Delta = ct), kann es sein, dass die Energiemanagement Lösung nicht wirtschaftlich ist. Gateway SMA BT Steckdose Wärmepumpe mit direkter Datenanbindung (Stiebel Eltron) Ethernet AC 11

12 ZÄHLERKONFIGURATION PV Anlage mit Eigenverbrauch, Wärmepumpentarif Getrennte Tarife: Wärmepumpenstrom (evtl. deutlich günstiger) Haushaltsstrom getrennt von Wärmepumpe Hier: SMA Energy Meter nur im Haushaltsstrom-Zweig Nur aktive Steuerung der Haushaltslasten sinnvoll. Hierdurch: 10 25% Steigerung des Eigenverbrauchs möglich. Als Teillösung OHNE AKTIVE STEUERUNG DER WÄRMEPUMPE kann diese Zählerkonfiguration verwendet werden Steuerung der Wärmepumpe macht keinen Sinn, da keine Auswirkung auf den Eigenverbrauch. Die Einplanung der Wärmepumpe wird nicht korrekt berechnet, weil nur ein Tarif berücksichtigt werden kann. Der einzige Effekt wäre, dass der überschüssig eingespeiste PV Strom zum Wärmepumpentarif wieder der Wärmepumpe zugeführt wird. dadurch Netzentlastung Sunny Places Sunny Boy SE Gateway Sunny Boy 2.5 Sunny Portal Sunny Home Manager SMA BT Steckdose Internet Router EVU Haushaltzähler Verplombter Bereich Öffentliches Netz SMA Energy Meter Wärmepumpe mit direkter Datenanbindung (Stiebel Eltron) EVU Wärmepumpen zähler Ethernet AC 12

13 Contents 1 Ansteuerung von Wärmepumpen im Energie Management 2 Zählerkonfiguration/Use Cases mit Wärmepumpen-Stromtarifen 3 Empfehlung für Wärmepumpen 13

14 EMPFEHLUNG FÜR WÄRMEPUMPEN PER SEMP Folgende Wärmepumpen können mit dem SEMP Datenprotokoll ausgestattet werden, welches eine ideale Steuerung durch den Sunny Home Manager ermöglicht: Stiebel Eltron Wärmepumpen (Kompatibilität Stand April 2015) in Verbindung mit dem Stiebel Eltron ISGweb und dem EMI Software Modul Integralsysteme LWZ 303, 403 (Integral/SOL) ab BJ 08/2008 LWZ 304, 404 (SOL) Luft-Wasser Wärmepumpen WPL 10 I, IK, AC WPL 13/ 20 A WPL 13/18/ 23 E, cool WPL 34/47/57 Sole-Wasser Wärmepumpen WPF 10/13/16 M WPF 20/27/27 HT/35/40/52/66 WPF 04/05/07/10/13/16 cool WPC 04/05/07/10/13, 04/05/07/10/13 cool Internet Service Gateway ISG web Integralsystem LWZ 14

15 EMPFEHLUNG FÜR WÄRMEPUMPEN PER SEMP Folgende Wärmepumpen können mit dem SEMP Datenprotokoll ausgestattet werden, welches eine ideale Steuerung durch den Sunny Home Manager ermöglicht: Tecalor Wärmepumpen (Kompatibilität Stand April 2015) in Verbindung mit dem Tecalor ISG web und dem EMI Software Modul Integralsysteme THZ 303, 403 (Integral/SOL) ab BJ 08/2008 THZ 304, 404 (SOL) Luft-Wasser Wärmepumpen TTL 10 AC TTL 13/ 20 A TTL 13/18/ 23 E, cool TTL 34/47/57 Sole-Wasser Wärmepumpen TTF 10/13/16 M TTF 20/27/27 HT/35/40/52/66 TTF 04/05/07/10/13/16 / cool TTC 04/05/07/10/13, 04/05/07/10/13 cool Internet Service Gateway ISG web Integralsystem LWZ 15

16 EMPFEHLUNG FÜR WÄRMEPUMPEN ALLGEMEIN Der Sunny Home Manager wird von verschiedenen Herstellern von Haushaltgeräten und Heizsystemen als Energiemanager in Verbindung mit PV Anlagen angeboten. Dabei wird vorausgesetzt, dass zwischen den Geräten und Systemen im Haushalt ein nutzbares Steuerungsinterface existiert, über das der Sunny Home Manager seine Steuerbefehle senden kann. Prinzipiell gibt es zwei Arten von Steuerungen, die in solchen Fällen zur Anwendung kommen: Steuerung über Funksteckdosen 1. Wärmepumpen, die über eine normale Netzsteckerverbindung angeschlossen sind Die Wärmepumpe kann direkt über eine Zuschaltung/Unterbrechung der Hauptstromversorgung (Netzstecker) gestartet/gestoppt werden. (z.b. Warmwasser-Wärmepumpe Stiebel Eltron WWK300). Es ist im Einzelfall zu prüfen, ob die Wärmepumpe diesen Betrieb zulässt. 2. Wärmepumpen mit SG-Ready Steuereingängen Die Funksteckdose kann ein Relais mit potentialfreiem Ausgang ansteuern, welches die Wärmepumpe dann über den SG-Ready Kontakt startet oder in einem besonderen Betriebsmodus versetzt, um bevorzugt PV Überschussenergie zu verbrauchen. Im Sunny Portal kann die Zeitfenstersteuerung für den Betrieb der Wärmepumpe individuell eingestellt werden. Der Mindestwärmebedarf kann durch MUSS-Zeitfenster gedeckt werden. Eine Speicherung der PV Energie im Warmwasserspeicher der Wärmepumpe ist durch KANN-Zeitfenster speziell optimierbar. 16

17 EMPFEHLUNG FÜR WÄRMEPUMPEN ALLGEMEIN Wärmepumpen mit SG-Ready Steuereingängen Die Funksteckdose kann ein Relais mit potentialfreiem Ausgang ansteuern, welches die Wärmepumpe dann über den SG-Ready Kontakt startet oder in einem besonderen Betriebsmodus versetzt, um bevorzugt PV Überschussenergie zu verbrauchen. Potential-free contact VAC Siehe hierzu auch die Technische Information mit der Applikationsbeschreibung "Steuerung von Verbrauchern über Relais/Schütz im Energiemanagement Beispiel: Heizstab als Zusatzheizung" als Download von 17