Aus BUSO wird LEO

Und so begab es sich, dass ein Siedler gedankenverloren seinen Blick über die schon in die Jahre gekommene Heizungsanlage schweifen ließ. Fast jede der Komponenten weckte eine kleine Erinnerung in ihm. Besonders diese große „Kiste“, wie er sie nannte, die in einer Ecke seines Kellers stand und zwei hervorragend gedämmte 1000-Liter Pufferspeicher verbarg.

BUSO-Kiste

Dazu gehörten ursprünglich 45m2BUSO-Solardach‚-Fläche auf seinem Schuppen, die er zusätzlich zu seiner ‚klassischen‘ Solaranlage vor mehr als einem Jahrzehnt montiert, aber inzwischen wieder stillgelegt hatte.

BUSO-Schuppen

Mit den Solaranlagen hatten sich auch schon einige Regelungen angesammelt: Neben einer UVR1611 aus BUSO-Zeiten, hing da auch noch eine RESOL-Regelung an der Wand. Und beide regelten ganz individuell ihren Teil der Anlage.

BUSO-Regelung-alt

Ja, und nicht zu vergessen: der Kombi-Speicher! Das war ein Husarenstück gewesen, ihn auf die Decke des Heizraums zu stellen. Alles sauber verrohrt und isoliert.

BUSO-Kombispeicher

Der alte Gaskessel mit seinen mehr als 25 Jahren auf dem Buckel tat zwar noch ganz brav seinen Dienst, aber wie lange wohl noch?

BUSO-Gaskessel

Längere Zeit hatte er schon hin- und her überlegt, wie er das Ganze konsolidieren und auf zukunftssichere Beine stellen konnte. Bis er in den Weiten des Internetz auf die pannonischen Tüftler und LEO_2 gestoßen war, und er sich an noch etwas erinnerte, das sich im hintersten Winkel seines Gartens befand:

BUSO-Becken

Das was vom Erfinder einmal als Schwimmbecken vorgesehen worden war, diente nun schon seit geraumer Zeit als Regenwasserspeicher. Aber was sprach eigentlich dagegen, es nun zum Eisspeicher umzubauen?

„Das ist sicher eine treffliche Tüftelei für Irgendwen!“, dachte sich der Siedler als er frischen Mutes elektronische Post nach Pannonien schickte.

Seine Ideen wurden mit Irgendwessen Ratschlägen verfeinert und in ein Konzept gegossen. Und als sich dann auch noch ein Freund namens BAFA bereit erklärte, sein Vorhaben zu unterstützen, steckte er auch schon mitten in seinem LEO_2-Projekt …

Zuerst musste er dem Regenwasserbecken einen etwas stabileren Deckel verpassen, der auch in der Lage war, später den Auftrieb des Eises im gefrierenden Wasser aufzunehmen. Seine Wahl fiel auf eine Holzbalkendecke, die er einfach selbst zusammenzimmern konnte und die für diesen Fall die kostengünstigste Lösung war.

Den gesamten Innenraum legte er mit Teichfolie aus um jedes Risiko hinsichtlich Undichtigkeiten von vorne herein auszuschließen und das verfügbare Volumen zu maximieren.

Die ovale Beckenform war zwar eine kleine Herausforderung. Aber auch dafür hatte Irgendwer einen passenden Wärmetauscher samt Trägergestell ausgetüftelt. Dafür konnte sogar einen Haufen altes PVC-Rohr, der noch irgendwo herumlag,  wiederverwertet werden…

BUSO-PVC-Rohrmaterial

Nachdem er den Eisspeicherdeckel mit Rasensamen begrünt hatte, ließ nur noch der längliche Einstieg in der Mitte vermuten, dass sich da noch mehr darunter befand als nur Erde…

BUSO-Eisspeicher-Deckel

Eine Ecke im Schuppen wurde zum idealen Platz für den ‚Soleverteiler‘ …

BUSO-Soleverteiler

… und der alte BUSO-Kollektor wurde komplett auseinander genommen und neu, möglichst luftig auf dem Schuppendach arrangiert, um ihn LEO_2-tauglich zu machen.

BUSO-Kollektor

Dann wurden noch ‚einige‘ Meter Sole-Leitung verlegt und die Wärmepumpe angeschlossen.

BUSO-Wärmepumpe

Das Kommando über die Regelung übernahm fortan eine UVR16x2, die sich über den CAN-Bus vortrefflich mit der bestehenden UVR1611 und über ein CMI mit dem Internet unterhalten konnte.

BUSO-Regelung

Die UVR1611 behielt zwar ihren Platz auf dem Brettchen und ihre Ein- und Ausgänge, wurde aber fast sämtlicher ‚Intelligenz‘ beraubt, die sie an die UVR16x2 abgeben musste. Für die RESOL-Regelung war der letzte Weg alles Irdischen gekommen. Ihre überschaubare Regelungslogik fand ebenfalls in der UVR16x2 ihre neue Heimat.

Als LEO_2 dann seinen Betrieb aufnahm, war die Hydraulik auf der Heizungsseite noch nahezu unverändert. Wie sich später herausstellen sollte, waren aber auch dort Altlasten verborgen, die die Tüftler noch vor die eine oder andere Herausforderung stellen sollten.

Aber das ist eine andere Geschichte 😉 …

Gönnen wir dem CMI sein eigenes Netz!

oder:

Wie Irgendwessen Problem gelöst wurde, weil das elkement gerne schnüffelt, was die ‚Dinge‘ so machen im Internet of Things.

Irgendwer stand vor einer besonderen Herausforderung: Der Chefingenieur und Regler-Freak hatte das ideale Plätzchen gefunden: Genügend Platz und Ruhe, um UVR16x2, CMI & Co für seine Projekte aufbauen, verkabeln und testen zu können. Fast ideal, wenn man es genau nahm. Denn die Siedler hatten diesem Plätzchen kein LAN gegönnt. Das CMI  – das Control and Monitoring Interface, also das ‚Ethernet-Gateway‘ des Reglers – konnte nicht angeschlossen werden. Damit wäre Irgendwer zurück in die Steinzeit des SD-Karten-Hin-und-Hertragens geworfen worden.

Aber ‚glücklicherweise‘ legten gerade einige ganz besonders fiese Kameras und Videorekorder das halbe Internet lahm – und das elkement erinnerte sich dadurch an eine bereits einmal hier publizierte Anleitung zum Thema: Wie kann man als normaler Windows-Benutzer ohne Hackererfahrung herausfinden, welche Botschaften diese (bösen?) Dinge in die Welt senden und empfangen?

Hier wurde ein von Profis oft belächeltes Feature von Windows genutzt – die so genannte Internetverbindungsfreigabe: Ein normaler Windows-PC kann damit in einen Router verwandelt werden: Der PC verbindet sich wie immer per WLAN ins lokale Siedlernetzwerk – und damit ins Internet. Das ‚Ding‘ wird mit den LAN-Anschluss des PC verbunden und kann die ‚freigebene‘ Internetverbindung nutzen. Nachdem der PC jetzt höchspersönlich alle Netzwerkpakete des Dinges weiterreicht, kann der investigative Benutzer diese auch mit Sniffer-Software auf diesem PC untersuchen.

Aber eigentlich kann man diese Funktion ja einfach so verwenden, wie sie vielleicht gedacht war: Einem WLAN-unfähigen Ding wird eine Brücke ins Internet gebaut.

Aus Klimaschutzgründen wurde natürlich ein ausrangiertes Testnotebook verwendet, dem so ein zweites Leben als wichtiger Router ermöglicht wurde.

Die folgende Grafik zeigt die ‚Netzwerkarchitektur‘:

Netzwerk zum Testen eines CMI mit Regler UVR16x2 in seinem eigenen Subnetz

Der Ethernetanschluss des Laptop-Routers wird von Windows mit der IP-Adresse 192.168.137.1 konfiguriert, sobald die Internetfreigabe aktiviert wurde. Dieser Computer wird zum DHCP-Server und weist dem dem ‚Ding‘ eine dynamische IP-Adresse aus demselben Netzwerk zu, z.B. 192.168.137.2. Der WLAN-Adapter erhält eine Adresse aus dem sonst verwendeten ‚Office‘-Netzwerk (oft: 192.168.0.x)

Für Details zu den Einstellungen am PC siehe den früheren Artikel über das Internet der Dinge. Unter Windows 10 muss/kann jetzt auch die Netzwerkverbindung nicht mehr ausgewählt werden, auf der das Ding sitzt. Kleiner Tipp, bestätigt durch die bewährte Methode ‚Googlen in Foren‘: Wenn unter Windows 10 die Internetverbindungsfreigabe nach einem Neustart nicht mehr funktioniert, muss sie nochmals in den Eigenschaften des WLAN-Adapters deaktiviert und wieder aktiviert werden.

Wie früher schon berichtet wurde, kann so eine Kaskade von Netzwerken auch sinnvoll sein, um ein sensibles Ding (wie den Logger BL-NET) vor einem besonders gesprächigen Ding (IP-TV) zu schützen.

Irgendwer konnte somit wahlweise über das Router-Notebook lokal auf das CMI zugreifen oder über das Internet, also sozusagen bei der Türe raus und beim Fenster wieder rein. Da man vom lokalen ‚Office‘-Netzwerk gar nicht direkt lokal auf das CMI kommt (sondern nur über die ‚Cloud‘), ist das auch halbwegs realistischer Test der späteren Fernwartung über das Internet.

Die Reglerprogrammierung ging damit eigentlich fast schneller als das Aufräumen des Spielplatzes Arbeitsplatzes danach:

irgendein-stilles-plaetzchen-unaufgeraeumt

Die UVR16x2. Und ihr soziales Umfeld.

Kaum zu glauben. Es ist jetzt auch schon wieder fast 2 Jahre her, seit die UVR16x2 der Technischen Alternative das Licht der Welt erblickt hatte und in seiner Urversion ausgeliefert worden war.

Auch wenn Irgendwer gewusst hatte, dass die ’neue UVR‘ zu diesem Zeitpunkt noch nicht ‚ganz fertig‘ gewesen war, hatten sich doch der Spieltrieb und der Forscherdrang hinterlistig gegen die Vernunft verbündet und nach einem kurzen Widerstreit die Oberhand gewonnen. Sodass die UVR16x2 bald darauf im Maschinenraum der Siedler – so wie ihre älteren Schwester UVR1611 – einen festen Platz auf einem hübschen Holzbrettchen gefunden hatte…

UVR16x2-am Brettchen

Die UVR16x2 am rechten Brettchen und ihre ältere Schwester die UVR1611 (links).

Irgendwen hatte von Beginn an die konsequente Philosophie der TA begeistert, die sich im herben Charm des Designs, der lieb gewonnenen Logik der Bedienoberfläche und der klassischen Stift-Bedienung des Touch Screens widerspiegelte. Er war fast enttäuscht, als er das erste Mal den Regler-Teil aus seinem Sockel zog und sich dieser problemlos(!) ohne minutenlangem Rütteln und Zerren (wie bei der 1611) entfernen ließ.

UVR16x2-Aus-dem-Gehäuse-nehmen

Unglaublich! Ohne Spezialwerkzeug mit bloßen Händen ließ sich die UVR16x2 vom Sockel abziehen und aus dem Gehäuse nehmen …

Ja, in einer modernen Welt muss man auch lernen, sich von lieb gewonnenen Gewohnheiten zu verabschieden. 😉

Am Anfang war die UVR16x2 – was will man von einem Teenager erwarten – noch etwas unreif und bockig gewesen. Und die Kommunikation mit ihrem sozialen Umfeld, wie etwa dem CMI, hatte sie konsequent verweigert. Daher konnte sie von Irgendwem nur mit unkritischen Mess- und Regelungsaufgaben betraut werden und war lange Zeit zu einem Schattendasein verurteilt.

Aber glücklicherweise war sie – ebenso wie ihr soziales Umfeld – lernfähig. Eine Reihe von ‚Firmware- und Software-Upgrades‘ waren notwendig, bis sie alle sozialen Umgangsformen beherrschte, die für die Steuerung von LEO_2 unverzichtbar waren:

TAPPS2

Das begann mit der Programmierung der UVR16x2 in TAPPS2. Es gab eine Reihe überarbeiteter und neuer, interessanter Funktionsbausteine, wie z.B. eine ‚Kennlinienfunktion‘ oder das unscheinbare ‚Sample&Hold‘, die sich beide für die Forschung der Siedler noch als echte Bereicherung herausstellen sollten. Aber es war vor allem die von der UVR1611 bekannte Konfiguration des Datenloggings, die Irgendwer für die UVR16x2 am Anfang vergeblich in TAPPS2  gesucht hatte.

Aber nachdem sich Irgendwer etwas in Geduld geübt hatte, war er für das anfängliche Fehlen inzwischen mit deutlich umfangreicheren Konfigurationsmöglichkeiten für das Datenlogging entschädigt worden. Viele Funktionsparameter waren nun als ‚Ausgangsvariable‘ der jeweiligen Funktionsbausteine und damit für das Logging verfügbar geworden.

UVR16x2-Datenlogging

Die ‚Ausgangsvariablen‘ und damit die verfügbaren Parameter für das Datenlogging waren für die UVR16x2 deutlich umfangreicher geworden. Die besten Voraussetzungen um die Anlage eingehend zu analysieren …

C.M.I.

Abgeschnitten vom CMI (und damit vom Internet) hatte die UVR16x2 auf ihrem Holzbrettchen lange Zeit ein einsames Dasein fristen müssen, hätte sie nicht Irgendwer zu regelmäßigen Firmware-Updates besucht. Diese mussten – wie in alten Zeiten – auf einer SD-Karte zwischen PC und UVR hin und her transportiert werden.

UVR16x2-SD-Karte

Firmware-Update mittels altertümlichem Datentransport …

Aber inzwischen hatte auch die Kommunikation mit dem CMI ein Niveau erreicht, das (fast) keine Wünsche mehr offen ließ: Irgendwer musste seine Kommandozentrale nicht mehr verlassen, um die UVR16x2 zu bedienen …

UVR16x2-CMI-Fernbedienung

Über das CMI -Webinterface ließ sich die UVR16x2 vollständig fernbedienen.

oder Updates von Firmware und Funktionsdaten einzuspielen …

UVR16x2-CMI-Datenverwaltung

In der ‚Datenverwaltung‘ des CMI-Webinterfaces war es nun möglich, Updates für Firmware und Funktionsdaten mittels ‚Drag & Drop‘ auf die UVR16x2 zu übertragen.

TA-Designer

Kein LEO_2 ohne Online-Schema. Aber auch die Erstellung eines solchen war zu den Anfängen von der UVR16x2 noch nicht möglich gewesen.

Aber die Zeit heilt ja bekanntlich alle Wunden. Inzwischen verstand der TA-Designer auch die Funktionsdaten der UVR16x2, womit Irgendwessen Anforderungen an die Gestaltung eines vernünftiges Onlineschemas mehr als erfüllt wurden.

UVR16x2-TA-Designer

Umfangreiche Möglichkeiten bei der Gestaltung eines Online-Schemas im TA-Designer.

Und ein kleines aber wichtiges Detail gefiel Irgendwem beim TA-Designer besonders gut: Er war sehr häufig ‚Erfolgreich‘!

UVR16x2-Erfolgreich

Wärmepumpen-Forensik – Teil 1: Mithorchen am Test-CAN-Bus

In grauer Vorzeit war die Aufnahme von Messdaten eine Herausforderung, die an physische und psychische Grenzen ging:

White-Out

White-Out im Winter 2012/13. Bodentemperaturen mussten trotzdem Irgendwer messen!

Wurzelsepp misst

Warten auf das Temperaturgleichgewicht…

Mittlerweile werden fast alle Messdaten automatisch aufgenommen:

Online-Schema CMI/UVR1611/UVR16x2

Online-Schema CMI/UVR1611/UVR16x2 mit den für die Steuerung nötigen Temperatur- und Durchflusssensoren und einigen weiteren Sensoren für ‚Forschungszwecke‘ (Bodentemperatur, Strahlung)

Aber ein wesentlich Sensor hatte sich der Automatisierungswut der Siedler bis jetzt widersetzt: Die offizielle Arbeitszahl in der Messdaten-Dokumentation wird berechnet aus der Wärmeenergie, die Irgendwer tagaus, tagein am Display der Wärmepumpe abliest.

Die Siedler-Wärmepumpe ist zwar ‚absichtlich dumm gewählt‚ – aber vielleicht gibt es ja doch smarte Ansätze? Im Handbuch der Stiebel-Eltron WPF 7 basic werden sie fündig: Im Abschnitt Kleinspannung, BUS-Leitung werden die Anschlüsse CAN-Bus für Fernbedienung angeführt – vielleicht könnte man ja hier die Ergebnisse der bisherigen CAN-Bus-Forschung nutzen? Und vielleicht sogar den derzeit nicht produktiven Raspberry Pi verwenden?

Wie praktisch immer, wenn man glaubt ein Pionier zu sein, findet man im Internet bereits Anleitungen und Tools. Besten Dank an die Stiebel-Eltron-Raspberry-Pi-CAN-Bus-Hacker von messpunkt.org und juerg5524.ch!

CAN-Erweiterungsboard für Raspberry Pi

Erste Herausforderung: Unser Pi ist das ältere ‚Modell B‘. Im Gegensatz zum Nachfolgermodell B+ hatte dieser Pi nur 26 GPIO-Pins für Steuerungszwecke anstatt 40. Die PIN-Belegung hat sich zwar nicht geändert, aber neuere CAN-Boards für 40 Pins passen nicht auf den alten Pi. Der versierte Bastler wird aber auf ebay fündig und freut sich über dieses kleine Board passend für 26 Pins.

Damit ist die CAN-Schnüffel-Hardware einsatzbereit:

Raspberry Pi mit CAN-Board

Raspberry Pi mit aufgestecktem CAN-Board und verdrahtetem CAN-Kabel (grau). Blaues Kabel: Ethernet, schwarzes Kabel: Stromversorgung.

Um nicht gleich die Energieversorgung der Siedlerhütte lahm zu legen und Software zu testen, schnüffeln wir zuerst in einer…

Testumgebung: UVR1611 mit Logger BL-NET

Der Pi-Schnüffler wird daher an einen Test-Bus angeschlossen der aus den folgenden altbekannten Geräten besteht:

  • UVR1611-Steuerung mit einem angeschlossenen Temperatursensor
  • Datenlogger BL-NET, per ausgekreuztem Ethernet-Kabel mit einem Test-PC verbunden, auf dem Winsol läuft. Daten werden jede Minute geloggt. (Überblick zu Logging mit UVR1611 und BL-NET).

Eigentlich müsste jeder CAN-Bus an beiden Enden terminiert werden. Da dieser Test-CAN-Bus wie auch der Wärmepumpen-CAN-Bus nur sehr kurze Kabel verwenden und sie keine negativen Erfahrungen gemacht hatten mit kurzen falsch terminierten Bussen, verzichten die Siedler auf eine korrekte Terminierung.

Test Can-Bus: UVR1611 und BL-NET

Test Can-Bus: UVR1611 (Mitte) mit einem Pt1000-Temperatursensor (Metallhülse, schwarzes Kabel) und Datenlogger BL-NET (oben, weiß). Das CAN-Kabel (grau) verbindet 1) UVR1611, 2) BL-NET (blauer Stecker) und Raspberry Pi (nicht im Bild). Am LAN-Kabel (gelb) ist ein PC mit Winsol angeschlossen.

Software und Konfiguration

Zuerst wird der Kernel des Raspberry Pi auf eine Version upgedated, die die CAN-Schnittstelle unterstützt. Für Details siehe z.B. diesen Blog-Artikel (Abschnitt Software Installation).

In der Raspberry-Pi-Konfiguration muss der für CAN benötigte SPI-Bus aktiviert werden. Dies wird im Detail beschrieben im Blog des CAN-Board-Herstellers SK Pang.

Bitrate einstellen

Der UVR-CAN-Bus verwendet eine Bitrate von 50kbit/s – im Gegensatz zum Wärmepumpen-Bus, der 20kbit/s benötigt. Mit folgendem Befehl wird die Bitrate eingestellt und die CAN-Schnittstelle ‚aktiviert‘:

sudo ip link set can0 type can bitrate 50000
sudo ifconfig can0 up

Bei falscher Bitrate sieht man beim Mitschnüffeln keine Pakete weil das CAN-Interface ’stummgeschaltet‘ wurde (Fehler BUS OFF [*]).

Wenn man alles richtig macht, sind jetzt alle zwischen BL-NET und UVR1611 ausgetauschten Pakete auch für den Raspberry Pi lesbar. Installiert man Wireshark, kann die CAN-Schnittstelle ausgewählt werden … und die Pakete werden korrekt dem CAN-Protokoll zugeordnet:

CAN-Bus-Netzwerkverkehr mitsniffen mit Wireshark

Nachdem Steuerung und Logger diesen Test überstanden haben, wagen sich die Siedler an die Kommunikation mit der Wärmepumpe heran. Fortsetzung folgt … hier in Teil 2.

[*] Etwas mehr Details im elkementaren Artikel zu diesem Thema.

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Weitere Details zur CAN-Kommunikation der UVR1611

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

 

 

 

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.

Herbstliche Gewohnheiten

Ein außergewöhnlicher Sommer ging zu Ende und der Herbst begann, seine Finger nach z-village auszustrecken.

z-village-herbst

Und jeder begann sich auf seine Weise auf den Winter vorzubereiten. Während die einen ausreichend Holz oder andere Brennstoffe einlagerten …

holzhaufen

… musste Irgendwer LEO_2 fit für den Winter machen.

LEO_2 war ja den ganzen Sommer über für die Warmwasserbereitung und den passiven Kühlbetrieb gelaufen und damit praktisch einsatzbereit. Die ‚jährliche Wartung‘ war daher schnell erledigt. Er prüfte nur

  • den Soledruck
  • den Wasserstand im Eisspeicher
LEO_2-Online-Schema

Ein Blick auf das Online-Schema reichte, um den Soledruck zu prüfen. Auch ein Niveau-Sensor, den Irgendwer inzwischen in den Eisspeicher eingebaut hatte, zeigte ihm an, ob der minimale bzw. maximale Wasserstand im Eisspeicher erreicht waren.

Obwohl irgendwer viele Messwerte inzwischen am Bildschirm ablesen konnte, genehmigte er sich trotzdem einen kleinen Rundgang und warf einen Blick auf den Kollektor, einen weiteren in den Eisspeicher und schaute, ob sonst mit LEO_2 alles in Ordnung war…

Den Sole-Frostschutz hatte er erst voriges Jahr mit dem Refraktometer gemessen, das konnte er sich heuer getrost sparen.

Dann machte er sich, wie es ihm Anfang September inzwischen zur Gewohnheit geworden war, an die Umstellung auf ‚Winterbetrieb‘. Dazu musste er ganze zwei Regelparameter umstellen:

  • Maximale Eisspeichertemperatur: diese hatte er für den Kühlbetrieb im Sommer auf einen niedrigen Wert belassen, damit bei niedrigen Außentemperaturen der Tank über den Kollektor gekühlt wurde. Nun stellte er diesen Wert wieder auf den maximalen (durch die Einsatzgrenze der Wärmepumpe limitierten) Wert von 20°C. Damit sollte der Eisspeicher und das umgebende Erdreich durch die Herbstsonne noch einmal richtig auf Temperatur gebracht – also ‚aufgeladen‘ – werden.
  • Grenztemperatur für die passive Kühlung: Diese hatte er im Sommer so eingestellt, dass ab 24°C Raumtemperatur die passive Raumkühlung einsetzte. Da er nicht wollte, dass auch im Winter gekühlt wurde, wenn er hin- und wieder einmal den Bullerjan anfeuerte, stellte er diesen Parameter auf einen hohen Wert.

Damit waren seine Heizungs-Vorbereitungen für den Winter erledigt und es blieb ihm genügend Zeit um einer weiteren liebgewordenen Gewohnheit nachzugehen, bevor die neue Heizsaison richtig begann: nämlich der Jahresauswertung der Anlagendaten…

2015-09-20-Leistungsdaten_LEO_2

Weitere Informationen: Messdaten LEO_2: Jahres- und Monatsübersichten für die Periode 2014/2015.