PV-Prognosen, Batteriespeicher, Gebäudeautomation und Datenanalyse zu einem System verbinden, das Energieverbrauch und Eigenversorgung intelligent optimiert.

Eine Photovoltaikanlage produziert Energie nicht unbedingt dann, wenn sie gebraucht wird. Ein Batteriespeicher schafft Flexibilität – sein Potenzial lässt sich aber erst richtig nutzen, wenn Erzeugung, Verbrauch und die erwartete Entwicklung des Tages gemeinsam betrachtet werden.

In diesem Projekt verbinde ich die Energieanlage mit eigener Software, Wetter- und PV-Prognosen sowie der Gebäudeautomation. Messwerte werden laufend erfasst und ausgewertet, Entscheidungen werden auf Basis der aktuellen Situation und der erwarteten Energieproduktion getroffen. Das Ziel: vorhandene Solarenergie möglichst sinnvoll nutzen und den Netzbezug so weit wie möglich reduzieren.

Am Anfang stand die Frage, wohin die selbst produzierte Energie tatsächlich fliesst. Wechselrichter, Batteriespeicher und Smart Meter liefern zwar zahlreiche Messwerte, doch erst die langfristige Aufzeichnung macht Zusammenhänge sichtbar.

Deshalb werden Energieflüsse, Batteriezustand und weitere Betriebsdaten kontinuierlich erfasst und ausgewertet. Grafische Auswertungen zeigen nicht nur den aktuellen Zustand, sondern auch typische Tagesverläufe und Situationen, in denen Energie nicht optimal genutzt wird.

Aus dem Monitoring entstand schrittweise eine aktive Steuerung. Eigene Software berücksichtigt den Ladezustand der Batterie, die erwartete PV-Produktion und den zeitlichen Verlauf des Tages. Statt lediglich auf den momentan vorhandenen Überschuss zu reagieren, kann das System frühzeitig entscheiden, wann Energie gespeichert oder für steuerbare Verbraucher genutzt werden soll.

Damit wird aus einer klassischen PV-Anlage ein zunehmend vorausschauend arbeitendes Energiesystem.

Im Zentrum steht die Photovoltaikanlage mit Wechselrichter, Batteriespeicher und Smart Meter. Dazu kommen steuerbare Verbraucher im Gebäude sowie ein eigener Server, auf dem Messwerte gesammelt, ausgewertet und für die Steuerung verwendet werden.

Die einzelnen Komponenten arbeiten dabei nicht isoliert. Entscheidend ist ihr Zusammenspiel:

• Die PV-Anlage liefert die aktuell verfügbare Solarleistung.

• Der Batteriespeicher nimmt überschüssige Energie auf und stellt sie später wieder zur Verfügung.

• Der Smart Meter zeigt, ob Energie aus dem Netz bezogen oder eingespeist wird.

• Wetter- und PV-Prognosen geben einen Ausblick auf die erwartete Produktion der nächsten Stunden.

• Die Gebäudeautomation kann geeignete Verbraucher und Gebäudefunktionen gezielt steuern.

• Eigene Software verbindet diese Informationen und trifft daraus Steuerungsentscheidungen.

So entsteht ein System, das nicht nur den aktuellen Energiefluss kennt, sondern auch den weiteren Tagesverlauf berücksichtigen kann.

Eine reine Überschussregelung reagiert erst dann, wenn Solarenergie bereits verfügbar ist. Für eine möglichst hohe Eigenversorgung reicht das nicht immer aus. Entscheidend ist auch, wie viel Energie im weiteren Tagesverlauf noch zu erwarten ist und wie voll die Batterie zu einem bestimmten Zeitpunkt sein sollte.

Die Steuerung verwendet deshalb neben dem aktuellen Ladezustand auch eine Prognose der erwarteten PV-Produktion. Daraus wird abgeleitet, wie stark die Ladeleistung begrenzt oder freigegeben werden soll.

An einem guten Sonnentag kann die Ladeleistung bewusst begrenzt werden, damit später genügend Speicherkapazität für weitere PV-Produktion verfügbar bleibt und Einspeisespitzen reduziert werden. An schwächeren Tagen wird dagegen früher geladen, damit die Batterie am Abend einen ausreichend hohen Ladezustand erreicht.

Das System verfolgt dabei kein starres Schema. Zielwerte, Prognosen und aktuelle Messdaten werden laufend miteinander verglichen. So kann die Strategie im Tagesverlauf angepasst werden.

Entscheidend ist nicht nur der aktuelle PV-Überschuss, sondern auch die Frage, wie viel Energie später am Tag noch verfügbar sein wird.

Das übergeordnete Ziel ist einfach: möglichst viel der selbst erzeugten Energie im eigenen System nutzen und Netzbezug möglichst lange vermeiden.

Neben dem Batteriespeicher lassen sich auch Verbraucher im Gebäude gezielt in die Energieplanung einbeziehen. Besonders interessant sind Systeme zur Wärmegewinnung, deren Betrieb zeitlich verschoben werden kann, ohne den Komfort wesentlich zu beeinträchtigen.  
Die Steuerung reagiert dabei nicht nur auf die aktuelle Raumtemperatur oder einen kurzfristigen PV-Überschuss. Sie berücksichtigt auch die erwartete Entwicklung des Tages. Ist beispielsweise aufgrund von Sonneneinstrahlung mit einer deutlichen Erwärmung zu rechnen, kann auf unnötiges Nachheizen verzichtet werden. Umgekehrt lässt sich vorhandene Solarenergie gezielt zur Wärmegewinnung nutzen, wenn dies energetisch sinnvoll ist.  
Mindestlauf- und Sperrzeiten verhindern häufiges Ein- und Ausschalten. So wird die Wärmegewinnung zu einem weiteren Bestandteil des Energiemanagements: Komfort, Batterie und verfügbare Solarenergie werden gemeinsam betrachtet.

Damit die Steuerung nachvollziehbar und verbesserbar bleibt, werden relevante Messwerte kontinuierlich aufgezeichnet. Dazu gehören unter anderem PV-Leistung, Netzbezug und Einspeisung, Ladezustand der Batterie, Lade- und Entladeleistung sowie ausgewählte Zustände aus der Gebäudeautomation.

Die Daten werden über Schnittstellen wie Modbus und lokale APIs erfasst, gespeichert und in Grafana visualisiert. Dadurch lassen sich nicht nur aktuelle Zustände überwachen, sondern auch frühere Entscheidungen im Nachhinein analysieren.

Gerade bei einer vorausschauenden Steuerung ist diese Rückkopplung wichtig. Prognose, tatsächliche Produktion und das Verhalten der Regelung können miteinander verglichen werden. Abweichungen werden sichtbar und die Strategie kann anhand realer Betriebsdaten schrittweise verbessert werden.

So wird aus der Automation kein statisches Regelwerk, sondern ein System, das sich laufend überprüfen und weiterentwickeln lässt.

Die eigentliche Logik läuft auf einem eigenen Server und verbindet mehrere bislang getrennte Systeme miteinander. Der Server liest Messwerte über lokale Schnittstellen ein, ergänzt Prognosedaten und leitet daraus Steuerungsentscheidungen ab.

Dabei ist mir wichtig, dass die Lösung möglichst transparent und unabhängig bleibt. Entscheidungen sollen nachvollziehbar sein, Messwerte lokal verfügbar bleiben und die Steuerung auch ohne eine externe Cloud funktionieren.

Die einzelnen Komponenten sind bewusst modular aufgebaut. Dadurch lassen sich neue Verbraucher, zusätzliche Messwerte oder andere Regelstrategien ergänzen, ohne das gesamte System neu entwickeln zu müssen.

So entsteht eine eigene Integrationsschicht zwischen Energieanlage, Gebäudeautomation, Prognosedaten und Auswertung.

Das Projekt ist nicht abgeschlossen. Mit jeder Saison verändern sich die Rahmenbedingungen: Sonnenstand, Tageslänge, Heizbedarf und Energieverbrauch stellen unterschiedliche Anforderungen an die Steuerung.

Die aufgezeichneten Betriebsdaten zeigen, wo Prognosen oder Regelstrategien noch verbessert werden können. Neue Ideen lassen sich dadurch nicht nur theoretisch beurteilen, sondern im realen Betrieb testen und mit den bisherigen Ergebnissen vergleichen.

Genau dieser Kreislauf aus messen, verstehen, steuern und verbessern macht für mich den Reiz des Projekts aus.