Die Datenkrake – Reloaded

Unsere Datenkrake wächst und mutiert still und heimlich. Nachdem Irgendwer ein Tentaktel einen Teilaspekt beleuchtet hat, wird es Zeit für ein umfassenderes Update.

Unter Datenkrake verstehen wir Infrastruktur und Software zur Auswertung von Messdaten des Wärmepumpensystems LEO_2 oder von weiteren ‚Energie-relevanten‘ Systemen wie Photovoltaik-Generator und Stromverbrauch.

Sensoren und Original-Messdaten

Am Anfang der Datenlawine stehen die Messdaten diverser Sensoren – diese müssen in kurzen Zeitintervallen auf einem Logger abgelegt werden. Vom Logger werden die Daten über Ethernet weiter transportiert in ein 0815-Computernetz-Netzwerk.

In der Siedler-Infrastruktur ist der wesentliche Datenlogger das zu den Steuerungen UVR1611 und UVR16x2 gehörende C.M.I – Control and Monitoring Interface. Alle 1,5 Minuten werden über den CAN-Bus Werte für Temperatur, Durchfluss, Strahlung, Druck etc. gesendet. Die aktuellen Werte sind auch im Online-Schema sichtbar – einer Darstellung, die vom Webserver auf dem CMI erzeugt wird:

Online-Schema: CMI punktwissen

Der Zugriff auf das Online-Schema ist nur mit einem registrieren Benutzer möglich. Wir wiederholen unser Angebot, interessierten Siedlern (temporären) Zugriff zu geben – bitte E-Mal an:
punkt [ät] punktwissen [dot] at

Die Sensoren sind …

  • direkt an den Eingang einer der Steuerungen angeschlossen,
  • über den DL-Bus an die UVR1611 oder UVR16x2
  • oder über Erweiterungsmodule wie CAN-IO – hier ist z.B. der Globalstrahlungssensor angeschlossen – oder CAN-EZ, von den Siedlern als Stromzähler für Verbrauch der Wärmepumpe verwendet.

Das CMI ist ebenso ein Gerät am CAN-Bus, der insgesamt momentan so aussieht:

CAN-Bus punktwissen, Darstellung CMI

BL-NET ist der Vorgänger-Logger, der nur zu ‚Forschungszwecken‘ angeschlossen bleibt. Dieses parallele Logging wird vom Hersteller nicht empfohlen!

Neben Logging und Online-Schema dient das CMI auch als Fernbedienung für die Regler, zur Einstellung von Parametern oder Firmware-Updates. Über das Webportal der Technischen Alternative ist das CMI (optional) auch von extern über das Internet erreichbar.

2015 wurde die Siedler-Infrastruktur um zwei weitere Datenquellen mit Logger erweitert, beide sind über WLAN angebunden:

Einen Fronius Symo-PV-Wechselrichter mit eingebautem Datalogger (mit einem USB-Stick als lokalem Speicher) …

Fronius Symo Wechselrichter mit Data Logger - WLAN-Antenne und USB-Stick

… und ein Smart Meter zur Messung des Eigenverbrauchs:

Smart Meter EM210 mit WLAN-Antenne, montiert im Zählerkasten über dem Siemens-Zähler des EVU.

Nähere Details zu den Features dieser Logger wurden hier beschrieben. Wichtig war für die Siedler, dass Messdaten immer lokal – also nicht nur über eine ‚Hersteller-Cloud‘ zur Verfügung stehen und dass sich die Daten einfach zusammenführen lassen mit den UVR-Daten, um z.B. den Haushaltsstromverbrauch mit dem Strom für den Kompressor der Wärmepumpe vergleichen zu können oder eine Korrelation von Außentemperatur und PV-Ausbeute zu finden.

Die CSV-Datei als das ultimative Austauschformat

Das endgültige Ziel des Messdatensammlers ist eine einfache Auswertung der interessanten Kenndaten, wie z.B. der monatlichen Arbeitszahlen der Wärmepumpe oder der Autarkiequote für die PV-Anlage.

Man kann die Daten vom eigentlich Logger sofort abzugreifen und in eine Datenbank schreiben – das ist z.B. der Ansatz des UVR Data Logger Pro, der CMI (oder den Vorgänger BL-NET) wie ein CAN-Ethernet-Gateway verwendet.

Die Siedler als IT-Dinosaurier verlassen sich auf simple Textdateien als Zwischenspeicher: CSV-Dateien können in beliebige Datenbankserver importiert werden, und die Daten anderer Siedler können analysiert werden auch wenn man  in deren Infrastruktur nicht direkt eingreifen kann.

Der Datenbankserver …

… stammt von jener Firma, deren Gründer heute sehr aktiv im Bereich erneuerbarer Energien ist.

Logfiles werden von den drei Loggern CMI, Fronius Data Logger und EM210-Zähler abgeholt und mittels SQL-Skript in einen Microsoft SQL Server importiert. Zusätzlich wird der Server mit einer CSV-Tabelle von einigen Daten gefüttert, die noch oder zusätzlich manuell abgelesen werden (z.B. dem Wärmemengenzähler in der Wärmepumpe).

Die wesentliche Herausforderung, diese Krake bei Laune zu halten, besteht in der laufenden Änderung des Systems durch neu hinzugekommene Sensoren oder neue Auswertungen. Die SQL-Scripts werden so angepasst, dass die komplette Datenbank jederzeit neu aus den sich langsam ändernden Logfiles aufgebaut werden kann.

SQL Server Manager - Views und Scripts

Auswertung und ‚Front-End‘

Die Ansichten in jener Datenbank enthalten alle gewünschten Berechnungen, wie z.B. Mittelwerte und Arbeitszahlen. Bei Mittelwerten muss berücksichtigt werden, dass viele Messdaten nur während bestimmten Betriebszuständen Sinn machen: Z.B. dürfen bei der Ermittlung der Kollektorernte nur Zeitintervalle beitragen, in denen der Kollektor auch zugeschaltet war. Da es sich um reale Messwerte handelt, ist insbesondere das automatische Ausblenden von ‚Sensor-Auszuckern‘ wichtig.

Wie Experten an unseren Diagrammen sicher schon gesehen hatten, wird Microsoft Excel zur Darstellung der Daten verwendet. Die Siedler schätzen die Möglichkeit, gewisse Details wie Farben von Linien manuell einzustellen und andererseits die gewünschten Zeiträume oder Auswahl von Feldern aus der Datenbank zu automatisieren.

Excel 'Plottomat' - zur automatischen Erstellung von Diagrammen aus SQL-Daten

Die puristische Excel-All-in-One-Variante

Jeder IT-Dinosaurier weiß, dass ein Haufen CSV-Dateien eigentlich schon eine Datenbank ist. Zur Analyse von Kundendaten wurde daher eine spezielle Variante der Auswertung entwickelt – auf dieses Tool bezieht sich auch Irgendwessen Posting.

Wesentliche Kennzahlen, wie sie in den SQL-Server-Ansichten definiert wurden, wurden in diesem Tool durch einen direkten Zugriff auf die monatlich erstellten UVR-CSV-Logs ersetzt. Um z.B. Summen oder Mittelwerte über Messwerte unter bestimmten Bedingungen zu erstellen (wie: Temperatur X für Tag Y wenn Wärmepumpe ein), kommt man um Excel-Matrixformeln nicht herum.

Wenn man es noch genauer wissen will:

Die Standard-Krake enthält UVR-Daten für alle 90 Sekunden, PV-Daten alle 5 Minuten und Zählerdaten alle Minuten. Daraus werden Ansichten für Tage, Monate, Kalenderjahre und Heizsaisonen gebildet.

Will man aber ausnahmsweise Daten sekündlich auslesen, stehen je nach Logger diverse Profi-Schnittstellen zur Verfügung wie Modbus TCP (einige wurden hier beschrieben). Was aber praktisch immer geht, ist das direkte Abgreifen der Daten von der entsprechenden Website zum ‚Mitschauen‘.

Greift man z.B. die große blaue Zahl hier jede Sekunde ab…

PV: Aktuelle Leistung, Anzeige Webportal

… kann man auch kurze Spannungspitzen sehen, die im 5-Minuten-Logging weggemittelt würden:

PV-Leistungsspitzen - nur wenige Sekunden breit

 

 

 

Die Energiegeschichte der Siedlerhütte

Auf der Seite Über die Siedler werden vollmundig Physik- und Energiegeschichten angekündigt. Deshalb ist eine Aufarbeitung dunkler Kapitel der Energiegeschichte der Siedlerhütte längst überfällig.

Das hierbei verwendete Datenmaterial stammt großteils noch nicht aus der Zählwerkstatt der Siedler, sondern aus kryptischen Postillen der Energieversorger aus der Zeit um die Jahrtausendwende. Insbesondere Ereignisse wie ein Wechsel des Abrechnungszeitraums stellen den Datenauswerter vor große Herausforderungen. Es sollen daher in erster Linie besondere Ereignisse anekdotisch-qualitativ beleuchtet werden.

Die Siedlerhütte ist ein typischer Pannonischer Streckhof, siehe dazu das folgende Video zum historischen Hintergrund dieser regionalen Baukultur. Wir hoffen, dass die Englischen Untertitel auch unseren überregionalen Lesern erlauben, dem Pannonischen O-Ton zu folgen:

Der Siedlerstreckhof durchlebte mehrere Maßnahmen zur Reduktion des Energieverbrauches. Entsprechend dem Schlusssatz dieses Videos wurde versucht, ein harmonisches Gleichgewicht zwischen Alt und Neu zu schaffen durch einen behutsamen Umgang mit dem historischen Erbe. Dass die unreflektierte Erhaltung des Status Quo aber kein Ziel war, zeigen folgende Bilder aus der dramatischsten Epoche der Siedlerhütte:

Pannonischer Streckhof, vor Dachbodenausbau.

Der Pannonische Streckhof, Stand Anfang 2008. Schlichte Formgebung durch ein Satteldach, das durch industriell anmutendes Baumaterial des 20. Jahrhunderts überzeugt (‚Well-Eternit‘).

Pannonischer Streckhof, Dachbodenausbau.

März 2008: Kurz nach Beginn der Invasion der Aliens Zimmermänner ist der Punkt der maximalen Zerstörung erreicht.

Pannonischer Streckhof, renoviert, ausgebautes Mansardendach.

2009: Die Siedlerhütte nach abgeschlossener Metamorphose – mit ‚Open Office‘ im neuen Mansardendachgeschoß. Die patentwürdige Anbringung der Satellitenschüssel wurde ermöglicht durch nachhaltige Wiederverwertung historischen Baumaterials.

Obwohl die beheizte Nutzfläche durch diese Aktion von 75 m2 auf 185 m2 um mehr als das Doppelte wuchs, verringerte sich die absolut benötigte Heizenergie sogar beträchtlich.

Aber der Reihe nach. Lasst uns die Energiegeschichte anhand des folgenden Diagramms reflektieren…

Heizenergie pro Jahr 1999-2015

Gesamte Heizenergie inkl. WW-Bereitung ab der ersten vollen Heizperiode 1999/2000 (= ‚2000‘), berechnet aus Gas- und/oder Stromverbrauch. Erst mit Beginn der LEO_2-Ära (2012/2013) werden auch die WW-Energien aufgezeichnet.

1999 bis 2003 – Die Jahrtausendwende

Damals hatten die Siedler noch andere Prioritäten. Die alte Gastherme, die im Maschinenraum an der Wand hing, tat unbeachtet und verlässlich ihren Dienst. Obwohl so manche Dusche zur Kneipp-Kur geriet, weil das Warmwasser noch im Durchlauf durch die Gastherme erhitzt wurde. Abgesehen von einem extrem milden Winter 2000/2001 lag der Gesamtenergieverbrauch bei beachtlichen 25.000kWh pro Jahr.

2004 – Mr. Monk schießt sich ein Eigentor

In einem Anfall von Ordnungswahn beschlossen die Siedler, den Dachboden vom Vermächtnis der Vorbesitzer zu befreien: Ein Haufen von jahrzehntealtem Mais-Stroh und mehrere Schichten endgelagerter Teppiche und Bodenbeläge. Nachdem sich die Staubwolke der Aufräumungsarbeiten verzogen hatte, währte die Freude nur kurz.

In der Siedlerküche kündigten plötzlich auftauchende Schimmelspuren an der Decke das Unheil schon lange vor der Gasrechnung mit einem traurigen High-Score von 30.000kWh pro Jahr an. Der ‚alte Dreck‘ war eine nicht ganz unwesentliche Dämmschicht gewesen …

2005 bis 2007 – Kontinuierliche Verbesserung

Angespornt von dieser Niederlage, war Irgendwer wild entschlossen, diese Scharte auszuwetzen: Dass der Energiebedarf bereits vor dem Umbau 2008 schon deutlich gesunken war, ist der Erneuerung von Fenstern und Außentüren sowie einer ersten Dämmung des ‚Mausbodens‚ mit Dämmwolle zu verdanken. Der Winter 2006/2007 war außerdem extrem warm.

Wie in späteren Siedlerprojekten, jagte schon in dieser Epoche eine Ad-Hoc-Innovation die andere:

Lastenaufzug im Selberbau

Irgendwessen Do-It-Youself-Lastenaufzug für Bauschutt.

2008 – DER Ausbau

Die Siedlerhütte durchlebte die oben schon dargestellte Metamorphose mit Dachgeschoßausbau und Anbringung einer Wärmeschutzfassade.

Auch zu diesem Zeitpunkt waren die Energievisionen der Siedler noch nicht vollständig ausgereift und angesichts der sonstigen großen Kommunkations- und Management-Herausforderungen in einem Bauvorhaben wurde dem Rat des Installateurs folgend ‚einfach‘ die vorhandene Gastherme gegen ein Gasbrennwert-Gerät getauscht.

Aus einem unscheinbaren ‚Nebenschauplatz‘ entwickelte sich ein einschneidendes Fundamentalerlebnis, das das Vertrauen zur Zunft der Rohrverleger grundlegend erschütterte und zusammen mit der Gaskrise 2009 die Entwicklung von LEO_2 einleitete.

2008 bis 2011 – Die Gas-Brennwert Jahre

Der Energieverbrauch war durch den Ausbau und die Brennwerttechnik trotz größerer Nutzfläche auf unter 18.000 kWh / Jahr gesunken.

Ab 2011 – Das LEO-Zeitalter

In der Saison 2011/12 wurde mit einer 3kW Mini-Brauchwasser-Wärmepumpe das LEO-Konzept (‚LEO_1‘) in der Praxis erstmals erprobt. Damals noch bivalent zusammen mit der Gasheizung. Schon in der darauffolgenden Heizperiode 2012/2013 ging LEO_2 als monovalentes Wärmepumpensystem für die Siedlerhütte in Betrieb. Ab diesem Zeitpunkt werden auch die Monitoring-Daten lückenlos erfasst.

Gleich die erste Saison 2012/2013 stellte LEO_2  mit einem außergewöhnlich langen und hartnäckigen Winter (was sich auch im Gesamtenergieverbrauch von fast 20.000 kWh auswirkte) auf eine harte Probe.

Heizenergie bezogen auf die beheizte Nutzfläche, 1999-2015

Gesamte von Gastherme und/oder Wärmepumpe benötigte Energie bezogen auf die beheizte Wohn- (und Arbeits-)Nutfläche, seit der Saison 2008/2009 (=’2009′) um einen Faktor 2,5 erhöht.

Die Siedler verbrauchten pro Quadratmeter in den Jahren 2009-2014 im Mittel ca. 92kWh inkl. Warmwasser – angesichts der 1920er Bodenplatte ein Wert, mit dem die Siedler sehr zufrieden sind – im Vergleich der Werte ohne Warmwasser typischer historischer Siedlerhütten.

2014/2015 beheizte die Wärmepumpe nur das Untergeschoß, im Obergeschoß kam der Bullerjan zum Einsatz. Dieses Holzheizexperiment hat gezeigt, dass der gute Wert durch die Kombination eines großen ‚Fast-Passiv-Dachgeschoßes‘ und eines Erdgeschoßes mit erbärmlicher Kennzahl zustande kommt: Bezieht man die gesamte Heizenergie für diese Saison nämlich nur auf die 75 m2 , erhält man 177 kWh/m2. Die Differenz der Gesamtenenergien für diese Saison und die ebenfalls milde Periode 2013/2014 betrug 4000 kWh – damit würde das 110 m2 Obergeschoß mit ca. 37 kWh/m2 beitragen.

An der Kippe …

Die Zähl- und Messabenteuer der Siedler hatten zu folgendem Forschungsergebnis geführt:

Stromverbrauch in der Siederhuette, mit und ohne Lebensformen

Sommerlicher täglicher Stromverbrauch der Siedlerhütte – Haushalt, Warmwasser, Büro –  mit und ohne Lebensformen, Letzteres blau markiert. In der lebensformenfreien Zeit war auch die Wärmepumpe (zur Warmwassererzeugung) nicht in Betrieb.

Die Siedlerhütte beherbergt zwei Personen und ein Kleinstunternehmen. Somit erscheinen rund 10kWh pro Tag nicht so hoch, verglichen mit dem statistischen Durchschnitt von ca. 3500kWh/Jahr für einen Haushalt (Quelle, ohne Raumheizung).

Allerdings benötigt die Siedlerhütte schon alleine zur Aufrechterhaltung ihrer eigenen Lebensfunktionen (in Abwesenheit stromverbrauchender Siedler) 4 kWh pro Tag: Das entspricht einer durchschnittlichen Leistung von ca. 167W. Die Wärmepumpe benötigt dagegen täglich nur 1,5kWh für das Aufheizen von Warmwasser.

Also machten sich die Siedler auf die Suche nach den Grundlastverbrauchern. Datenblätter und Richtwerte wurden gegoogelt, unzählige Schalter und Stecker betätigt, und der Verlauf der benötigten Leistung gemessen…

Smart Meter EM210: Waschmaschine

Verlauf des aktuellen Verbrauchs minus Photovoltaik-Erzeugung. Beispiel-Messung: Waschmaschine an einem regnerischen Tag (Zähler mit Logger und LAN/WLAN-Anschluss, EM210 von B-Control)

Dabei drangen sie in Galaxien vor, die noch nie ein Mensch zuvor gesehen hat…

abenteuer-kippschalter

Die Forschungen rückten liebgewordene, aber unaufdringliche Errungenschaften der Zivilisation wieder einmal in den Brennpunkt:

zahnbuerste-ohne-bluetooth Eine elektrische Zahlbürste benötigt dauerhaft 1,5 W – also immerhin 6% der Leistung dieses sehr offensichtlichen Verbrauchers:

kuehles-licht

Insgesamt konnten alle 160W gefunden werden:

Die unaufdringlichen Kleinverbraucher benötigen ca. 12W: Klingel, Bewegungsmelder, Wasserenthärter, Zahnbürste, Uhr am Herd, Standby Mikrowelle, Nachtverbrauch PV-Wechselrichter.

Diverse Telefone und Headsets: 9W.

Der schlichte Siedlerkühlschrank (…kein Eiswürfelspender, keine Nuklearsprengkopfsteuerungen…) benötigt ca. 27W im Schnitt, 0,65kWh pro Tag.

Überraschung 1: Das Druck-/Scan-/Fax-Multifunktionsgerät benötigt per ‚Softbutton‘ ausgeschaltet fast genau die gleichen 8W wie im ‚Standyby‘-Modus!

Überraschung 2: Es war doch nicht so eine gute Idee, die betagte USV – zusätzlich zur neuen – noch weiterzuverwenden, für ein einziges angeschlossenes Gerät: Dauerverbrauch 4W.

backup-ups-es-war-einmal

Historische USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung), angeschafft vor der Jahrtausendwende, als durch eine Unpässlichkeit des Pannonischen Stromnetzes ansonsten jeden Tag pünktlich um 16:00 der Computer ‚kalt gestartet‘ wurde.

Überraschung 3: Auch im Hibernate-Zustand braucht so ein kleiner Siedler-Server 4W.

Keine Überraschung: Wie wir aus der Quantenphysik wissen, beeinflusst der Beobachter die Messung. D.h. unsere eigene Mess-, Monitor- und Steuerwut trägt die Hauptschuld an der Grundlast.

Server-/Technikraum im Büro – 35W Dauerverbrauch durch: CMI und BL-NET (die Logger von UVR1611 bzw. UVR16x2), die neue USV, Switch, unseren Router + WLAN-Access-Point, Modem des Internetproviders, ISDN-Netzabschluss.

Maschinenraum und Zählerkasten im Untergeschoß: 12W für die UVR, 10W für die Wärmepumpen-interne Steuerung, 22W für drei verschiedene Stromzähler: Siemens-AMIS-Zähler (TD-3511) des Netzbetreibers, unser Smart Meter (EM210) und ein unscheinbarer Subzähler für die Wärmepumpe. Dass Letzterer ohne ‚Smart‘ und ohne Logger immerhin 8W braucht, war eigentlich Überraschung 4.

Testlabor-Sünden: Ein Router ‚zum Testen‘, der dann doch immer an war, der Leckstrom alter ‚Test-Notebooks‘ , Bildschirm auf Standby, ein alter Drucker ‚in Reserve‘ und auf Stand-By‘, eine Zeitschaltuhr die wahrscheinlich mehr verbraucht als sie mangels Smartness bringt: ca 11W.

Zum sinnlosesten Gadget wurde gewählt: Ein Radiowecker mit 5W.

Auf der Basis dieser Liste wurde ein Einsparungspotential von ca. 40W erkannt und kompromisslos umgesetzt. Die alte USV, der Radiowecker, einige Telefone und der alte Drucker wurden außer Betrieb genommen. Der Multifunktionsdrucker, der Server und die ‚Test‘-Netzwerk-Ausrüstung auf Kippschalter-Betrieb umgestellt.

Ein schönes Ritual am Ende des Arbeitstages! Die Strompolizei drängt darauf, Geräte nicht nur ausgeschaltet, sondern auch wirklich ge-kipp-schaltert werden.

Kippschalter im Auge behalten

Die durch das Kippschaltern eingesparten 40W Dauerleistung mögen auf den ersten Blick vielleicht lächerlich erscheinen, wenn man an eine entsprechende Glühbirne denkt, die gerne zum Vergleich herangezogen wird. Aufs Jahr gerechnet (24h am Tag, 365 Tage im Jahr) ergibt das aber beachtliche 350kWh, also ein Zehntel (!) des durchschnittlichen Stromverbrauchs eines österreichischen Haushaltes …

Damit die Siedler jetzt nicht ob ihrer spartanischen Kippschalter-Lebensweise bedauert werden, hier noch ein Bild eines echten Lifestyle-Gadgets. Unser R2D2 sorgt seit heuer für einen feuchtigsärmeren Sommeralltag … genau dann, wenn Photovoltaik-Strom zur Verfügung steht.

R2D2

Siedler-Sonnenenergie: Zwischenstand

Einige Monate sind ins Land gegangen, seitdem die Siedler ihr Solarkraftwerk in Betrieb genommen hatten, ihre Zählerlandschaft erweitert und die Messdaten in ihre persönlichen Datenkrake integriert.

Wie sehen ‚die Zahlen‘ aus?

Besondere Tage und Effekte

Der Mai begann vielversprechend: Der absolute tägliche High Score seit der Inbetriebnahme wurde bereits am 11. Mai erzielt. Dagegen war die geringste gemessene Ausbeute an einem verregneten Septembertag eher jämmerlich:

PV: Tage mit max. und min. Ausbeute, Mai-Sept 2015

Der beste Tag: 11.Mai mit einer Ausbeute von fast 33 kWh. Der schlechteste Tag: 25.September bis nicht einmal 1 kWh. AC = Wechselspannung, Output-Leistung. DC = Gleichspannungs-Leistung der beiden Strings – 10 Module Richtung SO, 8 Module Richtung SW, 4,77 kWp insgesamt.

Die höchsten Leistungsspitzen wurden an sonnigen, aber nicht zu heißen, Tagen mit durchziehenden Quellwolken beobachtet – im Datenlogging (Intervall 5 Minuten) finden sich an drei Tagen einige wenige Spitzen mit 4,3 kW:

PV: AC-Leistung 2015-06-21

Typische Leistungsspitzen nahe an der Nennleistung des Wechselrichters (4,5 kW), abwechselnd mit Einbrüchen beim Durchzug von Wolken (Datenlogging Fronius Symo).

Noch weitere Details – und das ‚dramatische Ausmaß‘ dieser Spitzen – wird deutlich, wenn das Logging-Intervall auf 1-2 Sekunden erniedrigt wird:

PV: Leistung, Logging-Intervall 1-2 Sekunden

Leistung beim Durchzug von Wolken. Die Daten wurden einige Stunden lang mit einem Script direkt von der Website des Wechselrichters abgegriffen.

Die besonders hohe Leistung nach dem Durchzug von Wolken wird durch zwei Effekte verursacht:

  • Die ‚Fokussierung‘ von Strahlung (Reflexion oder Brechung) am Rand der Wolken – damit gelangt auf das ‚Loch‘ zwischen den Wolken mehr Strahlung (Details dazu siehe z.B. hier)
  • die zwischenzeitliche Abkühlung der Module, die zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades führt.

Ohne Temperatursensor in der Nähe der Module lässt sich nicht sagen, welcher Effekt überwiegt. Generell können die Siedler aber den negativen Effekt sehr hoher Temperaturen qualitativ nachweisen:

Als Referenzwert dient die gemessene Tagessumme der Globalstrahlung auf eine senkrechte nach SO ausgerichtete Fläche. Wir suchen zwei fast perfekte Tage mit gleicher gemessener Referenzstrahlung, mit wenigen Tagen dazwischen (daher geringem Unterschied im Sonnenstand) und sehr unterschiedlichen Temperaturen. Am Tag mit der höheren Lufttemperatur ist die Energieausbeute deutlich geringer:

PV: Vergleich von PV-Ausbeute, Globalstrahlung und Lufttemperaturen.

Vergleich der täglichen PV-Energie-Ernte mit der Globalstrahlung pro m2 auf eine senkrechte nach SO ausgerichtete Fläche und der mittleren und maximalen Lufttemperatur. Mit grün gepunkteten Linien markiert: 1.August und 12.August mit gleichen Globalstrahlungswerten, aber sehr unterschiedlichen Temperaturen und PV-Ernten.

Am 1. August war der Ertrag trotz einigen Wölkchen höher als am 12. August, dem Rekordhitzetag dieses pannonischen Sommers:

PV: Vergleich heißer und kühlerer Tag im August.

An diesen beiden Tage wurde am Kollektor die gleiche Globalstrahlungssumme gemessen. Die Unterschiede in der PV-Leistung können in erster Linie durch die sehr unterschiedlichen Lufttemperaturen erklärt werden. (Logging Symo-Wechselrichter, kombiniert mit Daten UVR1611 / CMI).

Statistik

Zur Beurteilung wie gut die Anlage zum Eigenverbrauch ‚passt‘ kann man den direkt in der Siedlerhütte verbrauchten PV-Strom entweder mit dem eigenen Gesamtverbrauch vergleichen oder der gesamten täglichen PV-Ausbeute:

PV: Direktverbrauch, Netzbezug, Netzeinspeisung monatlich.

Monatsübersichten. Der Mai ist nicht vollständig, da die Anlage mit Zähler erst am 5.5. in Betrieb genommen wurde. Eigenverbrauchsdaten wurden bis Mitte Juni täglich manuell vom ’smarten‘ Zähler des Netzbetreibers abgelesen (Siemens AMIS TD-3511 und ab dann aus dem Logging des eigenen, zusätzlichen (wirklich) smarten Zählers ermittelt (B-Control EM210, Intervall 15 Minuten).

In der Sprache der PV-Kennzahlen: Die Siedler konnten Juni-August 60% ihres Bedarfs ‚direkt von der Sonne‘ decken (Autarkiequote) bei einer Eigenverbrauchsquote von ca. 25%; im September sinkt die Autarkiequote und steigt der Eigenverbrauch:

PV: Autarkiequote vs. Eigenverbrauchsquote

Autarkiequote: PV-Direktbezug zu Siedlerhüttenverbrauch. Eigenverbrauchsquote: PV-Direktbezug zu PV-Ernte.

Dieses Bild wird sich in der Heizsaison schlagartig ändern. Am ‚jämmerlichsten‘ Tag, dem 25. Sept., konnte z.B. eine Eigenverbrauchsquote von 100% erreicht werden, da die Solarausbeute gering war und sich der Herzschlag von LEO_2 an diesem Tag mit dem ersten Heiz-Lebenszeichen bemerkbar gemacht hatte:

PV: September 2015, tägliche Energiebilanz

Wie man aus dieser Darstellung erahnen kann, bieten die Energieverbrauchsdaten auch einen Fingerabdruck des nicht allzu aufsehenerregenden Lebens der Siedler. ‚Aus Sicherheitsgründen‘ werden diese Messdaten daher immer erst nachträglich veröffentlicht. (Na ja, im Voraus wäre es ohne Zeitmaschine ohnehin nicht möglich…)

Im Juli beispielsweise konnten die Siedler während einer dreitägigen Forschungsreise ihrem minimalen täglichen Stromverbrauch ermitteln:

PV: Juli 2015, tägliche Energiebilanz

Die Siedlerhütte hatte tatsächlich täglich 4 kWh benötigt, um sich mit sich selbst zu beschäftigen. Die genaue Analyse und Reduktion dieser Grundlast ist Thema eines neuen Forschungsprojektes und zukünftiger Geschichten.

Die Kunst des Zählens

Es gibt drei Sorten von Menschen:
Die, die zählen können und die anderen.

–Quelle: Das Internet.

Zählen als Kunst und als Handwerk darf wahrlich nicht gering geschätzt werden. Das letzte Technologie-Auswahl-Projekt der Siedler zeigte dies wieder deutlich. In diesem Posting geht es um mehr oder weniger Intelligente Messgeräte zur Erfassung der elektrischen Energieströme zu und von der Siedlerhütte.

Derzeit kennen die Siedler die momentane Ausbeute ihres Kraftwerks genau, aber nicht ihren eigenen Verbrauch. Entsprechend dem ursprünglichem Anforderungskatalog im Projekt Sonne und Wölkchen loggt der Siedler-Wechselrichter alle 5 Minuten Messdaten (auf einen USB-Stick). Die Diagramme in den letzten Postings basieren auf diesen Daten.

Die sprichwörtliche Wankelmütigkeit der erneuerbaren Energie lässt sich veranschaulichen, wenn man in noch kürzeren Zeitabständen die aktuelle Leistung direkt von der Website des Wechselrichter abgreift (Danke, Powershell!) oder eine der anderen offenen Schnittstellen verwendet.

PV-Leistung, teilweise Wolken

Leistung nach Messung des Wechselrichters, beim Durchzug von Wolken. Durch die zwischenzeitliche Kühlung der Module fallen die Spitzen besonders hoch aus (4,77 kWp, verteilt auf SO- und SW-Dach)

Aber auch der Stromverbrauch der Siedler ist wankelmütig. Insgeheim hatten sie gehofft, dass ihr neuer elektronischer Zweirichtungszähler die 15-minütigen Messwerte schon in die Smarte Pannonische Cloud speichern würde. Aber: Der Zähler ist Borg, und nur schlau, wenn er an sein Kollektiv angeschlossen ist. Allerdings existiert die entsprechende Infrastruktur (PLC-Datenverbindungen, Datenkonzentratoren in Trafostationen) in Pannonien noch nicht.

Siemens-amis-td-3511-smart-meter

Links der neue Siemens-Zähler (TD-3511); im oberen linken Eck die IR-Schnittstelle.

Nach Jahren des Selbstablesens und Auf-der-Website-Abschickens des Zählerstandes von alten Ferraris-Zählers wurden die Siedler mit dem neuen Zähler wieder zurückgeworfen in eine Ära des Es-kommt-jährlich-irgendwer-ablesen. Dieser Irgendwer (nicht zu verwechseln mit Irgendwem, dem Chefingenieur!) kommt aber mit Hightec-Equipment – einem Infrarot-Lesekopf. Der bedauernswerte neue Zähler ist auch nur eine Zwischenlösung und wird vom Netzbetreiber in einigen Jahren durch einen wirklichen schlauen ersetzt werden.

Womit wir schon mitten in unserer spannenden Forschungsreise durch die Welt der möglichen technischen Lösungen sind, derweil wir noch täglich am Abend manuell die Messwerte vom Display des Zählers ablesen.

Die Anforderungen:

  • Mitloggen des Eigenverbrauchs, mindestens im Abstand von 15 Minuten, entsprechend dem offiziellen Messintervall. Output sollte eine simple CSV-Datei sein, die sich dann auf die bewährte Weise in die Datenkrake der Siedler importieren lässt.
  • Wenn möglich: Erfassung von Daten für die drei Phasen – auch wenn das die Schieflastigkeit der über Jahrzehnte gewachsenen Elektro-Infrastruktur der Siedlerhütte schonungslos demonstrieren wird.
  • Idealerweise mit Option zum ‚Mitschauen‘ in kürzeren Abständen, z.B. um eine Spannungsspitze beim Einschalten eines Gerätes zu verfolgen.
  • Speichern der Daten in einem energiesparenden Logger, also ohne Notwendigkeit, einen ‚Datenerfassungs-PC‘ laufen zu haben.
  • Zugriff über ein auch für Computer-Fuzzis interpretierbares Protokoll – auch wenn es sehr interessant wäre, sich in weitere Protokolle einzuarbeiten.
  • Idealerweise auch über WLAN, also Minimierung der zusätzlich nötigen Verkabelung.
  • Wenn Funkprotokoll, dann möglichst so, dass man dieses nicht 24/7 aktiviviert haben muss, um den Energieverbrauch des Zählers zu optimieren.

Folgende Lösungen hatten die Siedler ins Auge gefasst:

M-Bus-Modul des offiziellen Smart Meters: Der Siemens-AMIS-Zähler (TD-3511) verfügt über die Option, ein Modul für die Datenerfassung über M-Bus anzuschließen. Dieses Modul wurde früher den Kunden im Herkunftsland der Siedler angeboten (zur Selbstinstallation). Die Siedler-Steuerung könnte prinzipiell mittels Buskonverter M-Bus auf CAN-Bus umsetzen. Diese Lösung scheitert an zwei Dingen:

IR-Schnittstelle des Zählers: Diese Schnittstelle (IEC 62056-21) wird für Service-Zwecke verwendet, kann aber auch die vom Großen Regulator gewünschte unidirektionale Kundenschnittstelle darstellen. Jener eben erwähnte innovative Netzbetreiber aus der Siedler-Heimat nutzt die IR-Datenausgabe als Kundenschnittstelle und bietet seinen Siedlern hier ein ‚Paket‘ an (Edit 2017: Link zum Paket ging nicht mehr, ersetzt durch archivierte Version).

Siedler aus einem anderen Bundesland müssten die Einzelkomponenten kaufen  – Loxone Miniserver Go oder klassischer Loxone Miniserver plus Loxone Air Base Extension, und das Zählerinterface Air. Zur Inbetriebname ist der individuelle Zähler-/Kundenschlüssel nötig; diesen würden die Siedler von Ihrem Pannonischen Netzbetreiber erhalten. Dann müsste noch ein Logging-Baustein konfiguriert werden und der Miniserver wird zum Datenlogger.

  • Vorteil und Versuchung: Endlich wieder in eine neue Steuerungswelt einarbeiten – Spielzeug-Alarm!
  • Nachteil: Eben dieses.

Elektronik-Bastlerei: Genau für den Zähler TD-3511 bietet volkszaehler.org auch eine Anleitung zur Datenkommunikation und zum Selber-Löten der entsprechenden Bauteile. Vor- und Nachteile wie gerade beschrieben, nur krasser (dafür viel billiger).

Das fremdkontrollierte Smart Meter zum Wechselrichter. Jeder Wechselrichterhersteller hat mittlerweile nicht nur eine Cloud, sondern googleartige künstliche Intelligenz (inkl. Konsultation eines Internet-Wetterorakels) und natürlich diverse Apps. Um diese schönen animierten Bildchen vom Energietransport zwischen Wechselrichter, Batterie und Hausnetz anzeigen zu können, muss die App auch die lokalen Eigenverbrauchsdaten kennen. Das wird durch den Einbau eines Smart Meters des Wechselrichterherstellers gelöst, der mit dem Wechselrichter kommuniziert (Z.B.: SMA Smart Meter, Fronius Smart Meter).

  • Vorteil: Logging integriert mit denen der PV-Erzeugung – im Fall der Siedler am gleichen Logging-USB-Stick, also nur ein CSV-Import, bzw. Nutzung der gleichen sonstigen Schnittstelle am Wechselrichter (wie Modbus TCP)
  • Nachteile: (1) Warum muss die Cloud den Siedler-Eigenverbrauch kennen, der einen Fingerabdruck ihres aufregenden Lebens liefert? (2) Noch ein Kabel vom Wechselrichter zum Zählerkasten, da der Zähler ja unmittelbar hinter dem ‚offiziellen‘ montiert wird.

Glücklicherweise ist es nicht so schwierig herauszufinden, welches OEM-Gerät hinter den ‚re-brand-eten‘ Zählern steckt und so stoßen die Siedler auf diese Variante:

Ein eigenes Smart Meter mit Loggerfunktion misst – unabhängig vom Logger des Wechselrichters – direkt hinter dem dummen schlauen Siemenszähler die eingepeiste und gelieferte Energie auf den drei Phasen und speichert sie lokal in einem Logfile. Diese Datei kann über LAN oder WLAN abgeholt werden.

In der Endauswahl waren folgende Typen – alles Zweirichtungs-Drehstromzähler mit Logging und TCP/IP-Schnittstelle:

  • EM210 von TQ-Systems / B-Control: Daten im Logfile alle Minuten, Echtzeit-‚Mitschauen‘ in höherer Auflösung über eine Website, WLAN und LAN. Allerdings kein Echtzeit-Logging über Protokolle wie Modbus TCP.
  • EM300 von TQ-Systems / B-Control: Gleiches Gerät wie der EM210, aber Echtzeitlogging in konfigurierbaren und viel kleineren Abständen – über Modbus RTU, Modbus TCP. Der Webserver wird nur zur Konfiguration verwendet. Es wäre interesant, Tools wie dieses zu verwenden, aber: Damit muss beim Loggen immer ein PC mitlaufen.
  • EMU Professional mit TCP/IP-Modul: Ähnlicher Funktionsunmfang wie der EM210, aber ohne WLAN (und mit einem Firmenlogo, das die Siedler unmittelbar anspricht). Pluspunkt: die ausführliche Doku der Schnittstelle.

Nach einem langen Auswahlprozess wurde es dann der EM210. Die Siedler sind zuversichtlich, ggf. das fehlende hochaufgelöste Echtzeitlogging über die bewährte Methode ‚Live-Logging-HTTP-Parsen‘ lösen zu können. Trotz aller Begeisterung für hochauslösendes Logging sollte nicht vergessen werden, dass auch der abrechnungsrelevante Zähler einen Lastgang mit 15-Minuten-Werten speichert.

Hier ist er jetzt – mit einem entzückenden Produktnamen!! – und wartet auf seine Installation.

herzstueck-em210_______________________

Der übliche Disclaimer: Die Siedler betreiben keinen Handel mit Elektronik. Die Nennung von Produkt- und Herstellernamen stellt keine Werbung dar und soll aussschließlich anderen Siedlern Recherche-Arbeit ersparen – hier gibt es keine ’sponsored posts‘. Wir recherchieren sorgfältig, sind aber auch nur menschliche Lebensformen: Fehler nicht ausgeschlossen.