Autor: Klaus Nagl

Das OpenEMS-Team von Consolinno ist mit dem kompletten Wärmesektor OpenSource gegangen. Energiewende heißt Wärmewende: OpenEMS ist bereit für den Wärmesektor. Damit die Community wirklich schnell die Welt verändern kann.

Worum geht es und für wen ist das interessant? 

Consolinno: Für wen ist das nicht interessant? Ob du ein kleines Haus hast, die Heizung digitalisieren möchtest, ein Mehrfamilienhaus besitzt oder einfach ein Startup gründen möchtest, das die Energiewende voranbringt… Wir helfen dir mit dem Tool.  

Nehmen wir an: Du willst auch deine Heizungsanlage selbst energetisch steuern. Die Wärmepumpe redet einfach nicht mit der Gasheizung. Du hast eine komplexe Anlage oder möchtest bei einem Wärmeverteilungsnetz die Vorlauftemperatur nach Bedarf steuern (keine Warmwasseranforderung bedeutet auch ein kaltes Netz)? 

Jetzt sind all diese Funktionen OpenSource in OpenEMS. Wir freuen uns, wenn ihr ein Teil der Energiewende werdet und eure Anlagen und Ideen einbringt. 

Was bringt das? 

Consolinno: Nachhaltig ist es, wenn man alte, gut funktionierende Anlagen integriert. Das ist mit OpenEMS gut möglich. Anlagen von proprietären Herstellern können in der Regel nicht gut mit anderen Herstellern sprechen. OpenEMS fungiert hierbei als Dolmetscher und kann damit herstellerübergreifend steuern. 

Standard-Regler sind logikbasiert, d.h. sie können nur entscheiden „wenn etwas passiert, dann mach folgendes“, z.B. „wenn die Temperatur unter 50 Grad ist, dann schalte den Kessel an“. Bei uns kann die KI bzw. Optimierung übergeordnet steuern und Energien betrachten.

Wir sind der Überzeugung, je mehr Firmen und Menschen bei einem offenen Energiemanagement-System aktiv mitarbeiten, umso einfacher wird ein sehr gutes Energiemanagement entstehen. Damit lässt sich die Energiewende gemeinsam leichter schaffen.

Wie ist das bei euch gewachsen? 

Consolinno: Seit 2 Jahren entwickeln wir intensiv daran und setzen auf unser Leaflet als Hardware dazu. Alle wärmeseitigen Projekte basieren grundlegend auf OpenEMS. Jetzt ist es sehr gut getestet und bereit für die Welt. Wir sind euer Partner, wenn ihr eure Geräte integrieren wollt und setzen auch gerne komplexe Projekte um, wenn andere Hersteller scheitern.

Wie packen unsere Stromnetze die E-Mobilität? Die Consolinno Energy GmbH gibt uns heute zusammen mit dem Partner OTH Regensburg einen Einblick, wie es aktuell im Forschungsprojekt NiEMob läuft.

Um was geht es in dem Projekt?  

Consolinno: Im Projekt NiEMob untersuchen wir die Grenzen des Niederspannungsnetzes durch die zunehmende Elektromobilität. Diese belastet das Stromnetz außergewöhnlich stark. Denn das Verteilnetz im Niederspannungsbereich ist meistens nicht für die E-Mobilität ausgelegt. Wir wollen unser Energiemanagementsystem „Leaflet“ um das Modul „Elektromobilität“ und das Modul „Netzmanager“ weiterentwickeln und dadurch einen weiteren teuren Netzausbau auf ein Minimum reduzieren. Die Lösung heißt Digitalisierung kombiniert mit einer intelligenten Steuerung von Verbrauchern vor Ort, das haben auch Studien der DENA und des bdew dazu gezeigt.

Was macht Consolinno in dem Projekt? 

Consolinno: An einer Ortsnetzstation im Netzgebiet der Regensburg Netz GmbH messen wir anhand der kumulierten Daten von 100 angeschlossen Häusern mit einem installierten Leaflet und fünf Energiezählern, wie sich die Spannung im Tagesverlauf verändert. Unser Leaflet digitalisiert die fünf Niederspannungsabgänge. In OpenEMS sind dazu die Zähler hinterlegt und via MQTT mit unserer Consolinno-Cloud verbunden. Das Einrichten von OpenEMS mit MQTT hat komplett dynamisch funktioniert. Die Grundgedanken von OpenEMS, Modularität und OpenSource, sind hier wieder einmal ein klarer Vorteil. Mit diesen Werten, die wir vor Ort erfassen, füttern wir ein spezielles Simulationsmodell, analysieren die Ergebnisse und entwickeln eine intelligente Steuerung. Die intelligente Steuerung werden wir mit unserem Leaflet umsetzen und erzeugen zugleich Modelle für eine bessere Netzplanung.

Gibt’s Neuigkeiten vom Partner OTH Regensburg?

OTH Regensburg: Wir haben auf Basis eines Netzplans das Verhalten des Niederspannungsnetzes mit steigendem Anteil von Elektrofahrzeugen untersucht. Dabei konnten wir zunächst die aktuelle Struktur sowie das Lastverhalten der bisherigen Verbraucher nachbilden. Diese Nachbildung wird nun mit den Messungen abgeglichen und damit verifiziert. Anschließend rechnen wir das Verbrauchsverhalten von weiteren Ladepunkten hinzu, wobei wir den Anteil der Haushalte mit Lademöglichkeit schrittweise erhöhen und die Spannungs- und Stromwerte im Netz im Blick behalten. So entsteht eine Prognose, wann es zu Überlastungen kommen kann. Wir ermitteln dabei auch einen Grenzwert, bei dem das Energiemanagementsystem aktiv werden und z.B. Ladevorgänge verschieben muss. Das Leaflet dirigiert dann die zunehmende Anzahl an Verbrauchern zu einem harmonischen Orchester, sodass weitere Verbraucher ohne zusätzlichen Netzausbau integriert werden können.

Wann ist denn nun mit Problemen im Netz zu rechnen?

OTH Regensburg: Die Simulation deutet erste kritische Netzzustände an. Die gibt es vor allem durch zu geringe Spannungen in einzelnen Netzsträngen ab einem Anteil von 30% der Haushalte mit einer Lademöglichkeit in Form einer 11 kW-Wallbox. Kritische Stunden sind am frühen Abend, wenn viele Fahrzeuge daheim am Ladepunkt angesteckt werden. Ab einem Anteil von etwa 50% treten die kritischen Zustände verstärkt auf. Dann ist eine zeitliche Verschiebung von Ladevorgängen z.B. in die Nacht notwendig, damit auf einen kostenintensiven Netzausbau verzichtet werden kann.

Foto: © Maximilian Kamps, Agentur Blumberg GmbH 

Neuer Einblick in die Praxis bei Consolinno Energy: Unser Mitglied setzt OpenEMS in der Sektorenkopplung im Leuchtturmprojekt Klimaquartier Esslingen ein.

Um was geht es in dem Projekt? 

Consolinno:

Das Klimaquartier Neue Weststadt Esslingen soll zeigen, dass eine Versorgung mit grüner Energie auf 100.000 qm mit 450 Wohnungen, Büros und Raum für Gewerbe möglich ist. Die Dachflächen der Gebäude liefern dafür den Strom, aus dem ein Elektrolyseur unter dem Wohnviertel Wasserstoff herstellt. Die Abwärme wird zum Heizen genutzt, den Wasserstoff sollen zukünftig die Elektrohybrid-Busse des Städtischen Verkehrsbetriebs Esslingen (SVE) nutzen. In dem Verbund aus Elektrolyse, Wärmepumpe, BHKW, PV und Batterie kommt OpenEMS mit unserer Hardware Consolinno Leaflet in der Sektorenkopplung zum Einsatz. 

Was macht Consolinno in dem Projekt? 

Consolinno:

Unser Beitrag ist die intelligente Regelung des Energiesystems. Via OpenEMS gelingt die Verbindung zur Cloud – es ist Anlagendirigent, Tor zum Strommarkt und nimmt Regelbefehle der KI-Optimierung entgegen. So werden Day Ahead Prognosen über den Strompreis sowie den Bedarf und die Erzeugung der Sektoren erstellt und daraus Fahrpläne für das Energiesystem generiert.

Welche Besonderheiten gibt es hier beim Einsatz von OpenEMS?

Consolinno:

In Projekten wie in Esslingen setzen wir OpenEMS als Lösung für individuelle Optimierungsziele und -strategien ein (Day Ahead Optimierung, Autarkie-Optimierung). Hierfür nutzen wir die MQTT-Schnittstelle: Daten aus dem System werden an den Broker gepushed, die KI wird mit den Daten trainiert und angepasst. Daraus wird für einen Tag im Voraus ein Fahrplan erstellt, der immer für ein Intervall von 15 Minuten Leistungsvorgaben enthält. Eine Übersetzer-Klasse holt sich via MQTT den Fahrplan, standardisiert diesen und eine Optimierer-Klasse übersetzt ihn in eine für OpenEMS verständliche Form. Damit wird z.B. der Elektrolyseur gesteuert, der auf diese Weise eine Leistungsvorgabe erhält.

OpenEMS-Mitglied Consolinno hat uns bereits seinen Energy-Manager Leaflet inklusive How to vorgestellt. Wie genau das Leaflet konfiguriert werden muss, erfahrt ihr in fünf Schritten in diesem Step-by-Step-Guide.

1. Wie funktioniert die Konfiguration mit der Apache Felix Web Console? 

Über die Apache Felix Web Console werden alle Konfigurationen vorgenommen. Sie ist unter [ipadresseLeaflet]:8080/system/console/configMgr zu erreichen. Bei einer Neuinstallation müsst ihr als erstes runterscrollen und – wenn noch nicht vorhanden – den Scheduler All Alphabetically aktivieren.

Dafür ruft ihr den Konfigurationspunkt auf, woraufhin sich folgendes Fenster öffnet: 

Hier müsst ihr nichts mehr eingeben, sondern einfach nur unten rechts auf Save drücken.

2. Und weiter: Was ist die Modbus/TCP Bridge?

Danach wird die Bridge Modbus/TCP aktiviert, sie ist nur eine Kommunikationsschnittstelle, kein Server. Hier ist wichtig, dass ihr bei der IP-Adresse entweder die des Leaflets angebt oder einfach wie im Bild unten „localhost“. Dazu muss der Port zu „1502“ geändert werden (standardmäßig steht hier 502), was ihr wiederum mit Save unten rechts bestätigt. 

3. Wie konfiguriert man das Leaflet selbst?

Ihr ruft hierfür den Consolinno Leaflet Modbusconfigurator oder (wie auf dem folgenden Bild) in neueren Versionen den Consolinno Leaflet Core auf. Sollte es nicht automatisch passiert sein, müsst ihr an dieser Stelle nur zwei Werte vergeben. Die ModbusUnitId ist immer „1“ und die ModbusbridgeId ist der Name der Bridge, die im Schritt vorher erstellt wurde (also hier: „modbus0“).

4. Welche Rolle spielt die ModbusRegMap?

An dieser Stelle ist eine „modbusregmap.csv“ wichtig: Diese Konfig ist nicht dafür gedacht, vom Nutzer bearbeitet zu werden und auch der Pfad sollte nicht geändert werden. Der Inhalt dieser Konfig ist die Zuweisung der Modbusregister zu den Modulen und ihren Funktionen. Die CSV-Datei ist von rein interner Bedeutung, wird von der Firmware aus geliefert, aktiv bearbeitet und geupdated. Sie sieht so aus:

Sollte sich der Pfad der CSV-Datei ändern, wird das auch bei einem OpenEMS-Update übernommen.

Nochmal: Ihr braucht an der Datei nichts ändern, eine Bearbeitung kann das System unbrauchbar machen!

Der einzige Grund, warum diese Datei überhaupt in der Konfig erscheint, ist für den (unwahrscheinlichen) Fall, dass ein Nutzer mehrere OpenEMS-Versionen benutzen will, die jeweils eine andere ModbusRegMap benötigen. In jedem anderen Fall kann dieser Konfig-Punkt getrost ignoriert werden.

5. Leaflet abgehakt – was ist bei den Modulen noch zu tun?

Sobald der ModbusConfigurator bzw. Core aktiv ist, könnt ihr nun die gewünschten Leaflet Module konfigurieren. Hier als Beispiel das neu hinzugefügte AIO-Modul, Consolinno Leaflet Modbus Aio:

Das AIO-Modul (Analog Input Output) ist in der Lage, verschiedene Spannungen und Stromstärken auszugeben und Temperaturen zu lesen. Hier müsst ihr noch eine Id vergeben sowie die Modulnummer des AIO-Moduls (Module) und die Position des AIO-Steckplatzes bzw. Pins (Position), welche benutzt werden sollen. Wie bei allen anderen Modulen auch werden die Pins einzeln betrachtet (z.B. Relay 1 oder Temperatur Sensor-Eingang 2 etc.). Das heißt, ihr konfiguriert nicht ein ganzes Modul, sondern immer einen einzelnen Ein- oder Ausgang. Die ModbusUnitId ist wie bei allen Modulen „1“ und die ModbusBridgeId ist dieselbe wie die der ModbusBridge, im unserem Beispiel „modbus0“.

Für euren jeweiligen Anwendungsfall müsst ihr entsprechend den richtigen Modus auswählen. Die vorhandenen Modi (Type) seht ihr im Drop-Down:

Sehen wir uns als weiteres Beispiel das Temperatur-Modul an, Consolinno Leaflet Modbus Temperatur Sensor:

Hier gebt ihr ebenfalls die Modulnummer des Temperatur-Modules (Module) und die Position des Inputs (Position) an. Die ModbusUnitId ist wiederum „1“, die ModbusBridgeId „modbus0“.

Zum Schluss noch eine Anmerkung zum PWM-Modul: Sollten die angeschlossenen PWM-Module eine andere Frequenz ausgeben als die Standard-Frequenz, müsst ihr den Consolinno Leaflet Pwm Frequency Configurator konfigurieren:

Ihr gebt nur die PWM-Modulnummer (Pwm Module Module Number – hier wird ausnahmsweise das gesamte Modul konfiguriert) an und danach die Frequenz (Frequency).

Viel Erfolg beim Konfigurieren – euer Consolinno-OpenEMS-Team!

Neues von unserem OpenEMS-Mitglied Consolinno: Diesmal gibt’s einen Experten-Artikel zum Thema MQTT! Da der Artikel mit Fachwörtern gespickt ist, findet ihr bei Bedarf am Ende einige Begriffserklärungen (#).

Was heißt MQTT? 

Consolinno: Das „Message Queuing Telemetry Transport Protokoll“ (kurz MQTT) ist ein stark präsentes Protokoll im IoT-Bereich, das die Datenkommunikation zwischen verschiedenen Teilnehmern, z. B. den verbundenen Geräten, über einen #Broker ermöglicht. Daher war es uns wichtig, dieses Protokoll in OpenEMS umzusetzen.

Gibt es Unterschiede zum MQTT-Protokoll von Fenecon, das bereits in OpenEMS implementiert ist? 

Consolinno: Wie man in einem Update von Stefan Feilmeier nachlesen kann, unterstützt OpenEMS das MQTT-Protokoll 5. Es hat feste #Topics und eine fest implementierte Art und Weise, wann und wie es seine Daten pushed. Er erwähnte ebenfalls:  

„Be aware that this implementation only marks the start of MQTT support in OpenEMS. Therefor implementation details might change with future versions.“ 

Das bedeutet, MQTT mit der Version 5 kann genutzt werden. Dies stellt einen Vorteil gegenüber der Consolinno-Implementierung dar, welche lediglich die Version 3.1.1 (OASIS-Dokumentation) bzw. mit leichten Änderungen auch Version 3.1 des MQTT unterstützt. Die Nutzer*innen können aber mit Hilfe unserer Implementierung aussuchen, welche Daten an welche #Topics geschickt werden sollen. Das geschieht für jede Komponente individuell – also für die konfigurierbaren Module in OpenEMS (z.B. eine PV-Anlage oder auch virtuelle Komponenten). Pro Komponente können theoretisch mehrere #Payloads und #Topics konfiguriert werden.

Was ist mit eurer Implementierung noch möglich? 

Consolinno: Zusätzlich können Daten #subscribed werden. So könnten virtuelle Komponenten wie Temperatursensoren Daten erhalten, mit denen ein reales Energiesystem arbeitet. Außerdem können Commands #subscribed werden (das sind einfache Befehle, auf die eine Komponente reagieren kann). Die konkreten Befehle und die Reaktion darauf müssen jeweils implementiert werden. Weiter können Fahrpläne, die von einer KI erstellt werden und nach einem bestimmten Schema aufgebaut sind, abonniert werden. Fahrplancontroller können diese richtig zusammensetzen und auf die OpenEMS-Komponenten verteilen. Dadurch schaffen wir eine intelligente KI-Steuerung von Energiesystemen, was zukünftig im Klimaquartier Esslingen oder bei MAGGIE in Regensburg eingesetzt wird.  

Mit unserer Implementierung können Komponenten nicht nur über die ApacheFelix Web-Oberfläche für MQTT konfiguriert werden, sondern auch über ein JSON file oder sogar über REST. Diese Konfiguration kann im Nachhinein abgeändert werden. Der Nutzer wird dabei unterstützt, indem ihm angezeigt wird, welche Daten er von einer Komponente #publishen kann. Er kann auch angeben, in welchem Intervall eine Nachricht #gepublished und #subscribed werden soll.

Könnt ihr das wichtigste nochmal zusammenfassen? 

Consolinno: Unsere Implementierung unterstützt eine andere MQTT-Version (3.1.1 und mit leichter Abänderung 3.1). Alle Komponenten sind individuell konfigurierbar und in unterschiedlichen Zeitabständen können mehrere #Payloads an mehrere/ unterschiedliche Topics bei unterschiedlicher #Quality of Services verschickt werden.

Die Komponenten können auf bestimmte Kommandos individuell reagieren. Es werden also Nachrichten abonniert und Fahrpläne entgegen genommen, welche eine KI-optimierte Steuerung, etwa von Energieerzeugern, ermöglicht.  

Als Verbesserungen stehen das Speichern einer geupdateten Konfiguration und die Unterstützung von MQTT v.5 an. Die Implementierung von Fenecon ermöglicht es, über MQTT v.5 alle Daten des OpenEMS an festgeschriebene #Topics zu erhalten, was den Konfigurationsaufwand minimiert. Doch wie bereits Stefan Feilmeier sagte, ist die Implementierung von Fenecon noch am Anfang.

Begriffserklärungen: 

#Broker:  
Die Cloud/der Server, der die ankommenden Daten von #Publishern entgegennimmt und verwaltet bzw. dafür zuständig ist, Abonnenten/ #Subscribern die Topics, die sie abonniert haben, zukommen zu lassen. Der Broker ist also die Brücke der Kommunikation zwischen #Publishern und #Subscribern: Er ist das „Gebäude“, in dem sich „Sprecher“ und „Zuhörer“ bewegen; die Sprecher (#Publisher) sagen ihren Inhalt (#Payload) in einem Raum (#Topic), die Zuhörer (#Subscriber) bewegen sich in dem Gebäude und suchen sich Räume (#Topics) aus, in denen sie zuhören möchten.

#Payload:  
Nachrichteninhalt. 

#Publish/#Subscribe:  
Nachrichten veröffentlichen (publish)/abonnieren (subscribe) bzw. erhalten. 

#QoS/#Quality of Service:  
Art und Weise, mit welcher Garantie eine Nachricht beim Broker ankommt. 

#Topic:  
Eine Art URI oder URL (quasi etwas wie https://openems.io/), die innerhalb von MQTT eine eindeutige Adresse darstellt. 

(Foto: © Herbert Stolz)

OpenEMS-Mitglied Consolinno stellt ein weiteres Projekt vor. Diesmal: Das neu entwickelte Zählerkonzept zweier Industriehallen in Regensburg inklusive Abrechnung und Visualisierung.

Um was geht es in dem Projekt? 

Consolinno: 

In den zwei industriell genutzten Hallen im Logistikpark LAGO A3 wird der Kaltwasserverbrauch inzwischen genau analysiert. Dafür wurden Funkzähler gemäß einem neuen Zählerkonzept verbaut. Diese Zähler werden automatisiert abgerufen und die so gesammelten Daten vom Consolinno Leaflet mit Hilfe von OpenEMS verschlüsselt an ein Backend übertragen. Anschließend werden sie auf einer grafischen Oberfläche visualisiert. Dadurch kann der Betreiber den Verbrauch genau erfassen, auf Störungen schnell reagieren und die Abrechnung mit minimalem personellen Aufwand erstellen.

Was hat Consolinno in dem Projekt gemacht? 

Consolinno: 

Zusammen mit dem Kunden haben wir ein neues Zählerkonzept entwickelt, mit dem der Kaltwasserverbrauch in hoher Auflösung dargestellt und überwacht werden kann. Bei der Auswahl und dem Verbau der Zähler haben wir beraten, unterstützt und schließlich das Funknetzwerk inklusive unserem Leaflet als Datenlogger in Betrieb genommen. Die Zähler wurden in OpenEMS von unserem Team implementiert. Die Zählerdaten werden auch mit Hilfe des MQTT-Moduls, das von Consolinno für OpenEMS erstellt wurde, an das Server Backend geschickt. Am Ende haben wir noch eine grafische Oberfläche erstellt, auf der der Betreiber alle Zähler auf einen Blick hat, sich die Verbräuche in Form einer CSV-Tabelle herunterladen kann und individuelle grafische Auswertungen der Zählerdaten zusammengefasst sieht. Störmeldungen erschienen einerseits direkt in dieser Visualisierung, andererseits bekommt der Betreiber auch eine automatische Meldung per Mail.

Warum wurde Consolinno für das Projekt angefragt? 

Consolinno: 

Aufgrund unserer flexiblen Hardware und unserer OpenEMS-basierten Software konnten die Anforderungen des Projekts individuell umgesetzt werden. Durch die Digitalisierungsmaßnahme konnte der Kunde einen Teil der Kosten im Rahmen des Förderprogramms „Digitalbonus Bayern“ fördern lassen. Wir von Consolinno denken ein Projekt immer von Anfang bis Ende durch und begleiten und beraten den Kunden immer unter Einbezug unserer gesamten Kompetenzen. Das macht uns einzigartig!

Das Leaflet von Consolinno kommt sowohl im elektrischen Last- und Lademanagement als auch im komplexen Energiemanagement aller Sektoren, also auch Wärme, zum Einsatz. In Projekten zur Wärmesteuerung bildet es mit OpenEMS das Gehirn alias Steuerzentrum. Wir wollen von unserem Mitglied wissen: Was gibt es Neues aus den Projekten und was heißt moderne Heizungssteuerung? 

Die Projekte: Trostberg – Forchheim – MAGGIE 

Consolinno:  

Aus den Appetizern zur letzten OpenEMS-Konferenz kennt ihr bereits das Nahwärmenetz-Projekt in Trostberg, die klassische wärmegeführte Regelung in Forchheim sowie das Forschungsprojekt MAGGIE in Regensburg. Die Problemstellungen sind ganz unterschiedlich. Wir haben daher versucht, mit OpenEMS eine einheitliche Basis zu erstellen, sodass möglichst viele ähnliche Projekte umgesetzt werden können. Viele Anlagen profitieren von Verbesserungen und Bugfixes, auch die Codewartung und das Deployment werden so vereinfacht. Das erhöht die Stabilität des Anlagenbetriebs. Last, but not least haben Open-Source-Projekte den Vorteil, dass andere Entwickler sich daran beteiligen und weitere Ideen einbringen können. 

Basierend auf diesen Erfahrungen werden wir neue Module bereitstellen, mit denen man selbst sehr komplexe Systeme zügig „zusammenbauen“ kann. Die Projekte dienen hierbei als Benchmark für neue Features und Optimierungen.  

Digitalisierung 4.0: Moderne Heizungssteuerung 

Consolinno:  

Eine Heizung ist nicht mehr einfach nur eine Heizung. Die Anforderungen an eine moderne Heizungssteuerung sind komplexer geworden, sie soll 

• … es immer so warm machen, dass man sich wohlfühlt. 
• … möglichst CO₂-sparend oder wirtschaftlich sein (oder beides?). 
• … zeigen, was passiert, man will sie verstehen oder zumindest anschauen können. 
• … Energie erzeugen, die man selbst verbrauchen kann, und energieoptimiert laufen. 
• … Heizung A vielleicht mit Heizung B kommunizieren lassen. 

Wenige Regelungen können das schon heute. Herstellerübergreifend wird es noch komplexer. Warum sollten wir Regelungen nicht nochmal „neu“ denken? Denn die Heizung ist Teil eines Energiemanagements und sollte nicht isoliert betrachtet werden!  

Unser Feedback aus der Praxis: Aktuell besteht ein Anlagensystem im Prinzip aus vielen unterschiedlichen Wenn-Dann-Bedingungen, zum Beispiel:   

• Wenn Außentemperatur 10 Grad, dann heize Fußbodenheizung auf 25 Grad.  
• Wenn Warmwasserfühler unter 50 Grad, dann gehe auf Warmwasserbereitung.  
• Wenn Wassertank/Boiler warm genug, dann gehe wieder auf Normalbetrieb.  

Das waren recht einfache Bedingungen. Aber was macht man, wenn die Anlagen dezentral verteilt sind, wie bei MAGGIE und Trostberg? Oder wenn man viele Erzeuger hat, etwa Heizstab, Wärmepumpe, BHKW, Gaskessel? Was, wenn man selbst erzeugten Strom oder Wärme (Solarthermie) „optimal“ nutzen möchte? Oder wenn die Anlagendimensionierung gering ist und man vorausschauend Energie bereitstellen muss?  

Bei der Umsetzung hilft OpenEMS. Aus der Industrie 4.0 hat man gelernt, dass viele kleinere, miteinander verknüpfbare Module viele Vorteile bringen. OpenEMS kommt schon mit einigen Schnittstellen zurecht, wir haben diese noch erweitert. So können jetzt einige Geräte zusätzlich angebunden werden, z. B. Zähler über MBus/wMBus und eine Cloud über MQTT. Außerdem bindet unser Leaflet zusätzlich „Standard“-Hardware an, seien es SmartGridReady-Geräte, Temperaturfühler, Anlagensteuerungen über 0-10V/0-20mA oder Sensoren (0-10V/0-20mA).  

Hier kommt die Modularität in der Software ins Spiel. Zuerst haben wir versucht, mit speziellen Wenn-Dann-Bedingungen komplexe Anlagen anzubinden. Diese Bedingungen konnten schon „modular“ miteinander kommunizieren. Aber ist es schon 4.0, wenn man diese Logik nicht so einfach auf eine andere Anlage übertragen kann? Ein Redesign musste her und das ganze Team arbeitet gerade fleißig daran, die nun wirklich modularen Bausteine auf Herz und Nieren zu testen. Parallel werden gerade alle Komponenten refactort, also insgesamt verbessert und in die Community gepusht.  

Die Heizungskomponenten werden übrigens noch genauso eingestellt wie früher. Die Regelung übernimmt jetzt aber OpenEMS. Die einzelnen Module zu aktivieren und miteinander zu verknüpfen ist nicht ganz trivial. Wir arbeiten aber daran, es verständlicher zu gestalten und werden in Zukunft „einfache“ Energiemanagementeinstellungen in How-Tos veröffentlichen.

Durch seinen modularen Aufbau deckt das Leaflet von OpenEMS-Mitglied Consolinno verschiedene Anwendungsbereiche ab: Neben Wärmepumpen steuert und regelt es auch Heizschwerter, Pellet- und Hackschnitzelkessel bis hin zu Blockheizkraftwerken (BHKW). 
Doch wie schafft man die Verbindung zu OpenEMS?

First Steps: Die Vorbereitung

Die Basics, um das Leaflet zu benutzen, bilden die folgenden drei Dinge. 

1 Modbus TCP 

OpenEMS kommuniziert mit dem Leaflet via Modbus TCP, wobei OpenEMS sogar auf einem anderen Gerät betrieben werden kann. Wichtig ist nur, dass beide sich im gleichen Netzwerk befinden – es reicht sogar ein rein virtuelles Netz. Die ideale Konfiguration ist allerdings, OpenEMS auf dem Leaflet direkt zu installieren. Der Grund dafür steckt im Folgenden: 

2 LeafletModbus.csv 

Diese .csv-Datei beinhaltet alle Informationen, die der Leafletconfigurator braucht, um dynamisch alle Adressen aller Module auszulesen und automatisch zu erkennen, welche Module verfügbar sind. 

3 Leaflet-Konfigurator 

Der Leaflet-Konfigurator ist die Grundlage für alle anderen Komponenten auf Softwareseite. Die Komponenten erhalten über diesen Konfigurator ihre Adressen und werden gemanagt. Dieser muss einmal global für alle Leaflets eingestellt werden. 

Beim Konfigurator können in der Regel die Grundeinstellungen übernommen werden. In manchen Fällen müssen lediglich der Pfad zur .csv-Datei und die Id der Modbusbridge angepasst werden. 

Next Steps: Die Module

Nach der Vorbereitung des Grundmoduls folgen in weiteren Schritten die Erweiterungsmodule. 

Relais – Consolinno Modbus Relay 

Um das Relais zu nutzen, muss lediglich angegeben werden, auf welchem Modul sich das Relais befindet und welche Position es hat. Zusätzlich gibt man die Modbus-UnitId an (in der Regel ist die UnitId 1) und welche Modbusbridge verwendet wird. Zusätzlich kann hier angegeben werden, ob das Relais invers funktioniert oder nicht. Es sind acht Relais pro Modul möglich und insgesamt vier Module verfügbar, d. h. 32 Relais, die man schalten kann. Vier je Modul können, wenn gewollt, invers geschaltet werden. 

Temperatur – Consolinno Modbus Temperature Sensor 

Das Temperaturmodul funktioniert in der Einstellung ähnlich wie das Relais. Es können zwar nur drei Temperaturmodule konfiguriert werden, aber je Modul sind 16 Temperatursensoren vorhanden. Zusätzlich bietet das Temperaturmodul eine weitere Möglichkeit, sollten die 16 Temperatursensoren bzw. Anschlüsse für Temperatursensoren nicht benötigt werden: 

Sensor – Consolinno Modbus Signal Sensor 

Das Temperaturmodul ermöglicht auch das Auslesen von analogen Signalen. Im simplen Fall kann erkannt werden, ob ein Gerät aktiv ist (An/Aus) oder ob es einen Fehler hat (die Peripherie bietet hierfür meist einen analogen Anschluss). Die Konfiguration funktioniert ähnlich wie beim Temperatursensor, hinzukommt aber, dass der Signaltyp festgelegt werden kann (Error oder Status → AN/AUS) und ob das Signal invers ist. Das heißt: Sollte ein Signal anliegen, wird KEIN Error ausgelesen bzw. der Status ist „Aus“ und erst wenn das analoge Signal fehlt, dann wird ein Error gelesen bzw. Der Status ist „An“. 

PWM – Consolinno Modbus PWM 

Das PWM-Modul stellt ein pulsweitenmoduliertes Spannungssignal zur Verfügung: Es kann eine Effektivspannung von 0-20V mit einer Unterteilung von 1000 Schritten ausgegeben werden. Der Standardanwendungsfall für dieses Modul ist das Ansteuern einer Pumpe mit Signaleingang zur Leistungsregulierung. Bei der Konfiguration des PWM kann neben Modulnummer und Position ein Startwert vorgegeben sowie das Signal als „invertiert“ eingestellt werden. Letzteres dient der leichteren Bedienung: Im Beispiel der Heizungspumpe bedeuten 0V meist „volle Leistung“ und 20V „Pumpe aus“. Dementsprechend passt hier die Invertierung „0≙20V;1000≙0V“ besser zur Intuition. 
 
Übrigens: Man kann mit dem PWM-Konfigurator auch die Frequenz der PWM-Signale abändern, falls ein Gerät mit der Standardfrequenz von 200Hz nicht zusammenspielen sollte. 
 

In Entwicklung: AIO 

Das AIO-Modul ist zum derzeitigen Zeitpunkt noch in einer Entwicklungsphase, daher kann hier nicht weiter drauf eingegangen werden. Die Leaflet Base-Software erlaubt es allerdings, außerhalb von OpenEMS das AIO Modul zu benutzen. Der Support innerhalb von OpenEMS wird in naher Zukunft bereitgestellt.

Unser Mitglied Consolinno Energy gibt uns in den nächsten Wochen einen Einblick in die praktische Nutzung von OpenEMS. Zum Start:

Das Leaflet: Kleines Gerät – ganz groß!

Was ist das Leaflet von Consolinno? 

Ob einfache Wärmepumpen, Mischer, Temperatursensoren, Einschalten von Sensoren oder die eigene Wohnzimmerlampe: Die Consolinno Leaflets sind – so klein sie auch sein mögen – modular erweiterbar für einen breiten Anwendungszweck. 

Das modulare Leaflet besteht aus einem Grundmodul, dem Herzstück des Stacks, und weiteren Modulen, die wie Klemmbausteine einfach angesteckt werden können: schaltbare Relais, regelbare PWM-Signale, lesbare Temperaturen oder analoge Signale zum Ein- oder Auslesen. Das Leaflet kann’s.

Muss man den gesamten Stack nutzen, damit das Leaflet voll funktionsfähig ist? 

Nein! Der Schlüssel ist die Modularität: Dadurch kann der Anwender passgenau seine Anforderungen decken. Die einzige Voraussetzung ist das Grundmodul. Müssen zum Beispiel lediglich Wärmepumpen ein- und ausgeschaltet werden, kann nur das Relaismodul genutzt werden. Das gleiche gilt auch für die anderen Erweiterungsmodule. 

Welche Vorteile hat das Leaflet? 

Klein, stark und modular: Sein schmaler Aufbau ermöglicht es, einen umfangreichen Leaflet-Stack selbst in kleine Schaltschränke zu verbauen. Das Grunddesign, den Aufbau wie Klemmbausteine flexibel zu erweitern oder zu reduzieren, vereinfacht die Installation. Außerdem können mehrere Module des gleichen Typs mit einem Grundmodul kombiniert werden. 

• Temperaturmodul: Anschlüsse für 16 Temperatursensoren – bis zu dreimal pro Aufbau
• Relaismodul: Anschlüsse für 4 schließende Relais und 4 Wechsler (bis zu 8 Relais pro Modul steuerbar) – bis zu viermal pro Aufbau
• PWM-Modul: 4 Anschlüsse – bis zu achtmal pro Aufbau
• Analog Input/Output: 4 Anschlüsse – bis zu siebenmal pro Aufbau

Ein weiterer Vorteil ist, dass auf dem Grundmodul mit dem Raspberry Pi ein kleiner Computer verbaut ist. Und hier kommt OpenEMS ins Spiel: Mit dem Raspberry Pi ist es möglich, Programme wie OpenEMS oder auch eigene Software laufen zu lassen. Das bedeutet, egal ob für große Anlagen, den eigenen Haushalt oder für Bastler, das Leaflet bietet alle Optionen für jeden möglichen Anwendungsbereich. 

Im OpenSource Energiemanagementsystem OpenEMS kann das Leaflet ganz einfach konfiguriert werden.  Mehr dazu im Leitfaden: How To Leaflet.

Morgen steht die OpenEMS-Konferenz an – letzter Appetizer von Consolinno ist das innovative Forschungsprojekt MAGGIE im Regensburger Westen.

3/3: MAGGIE – ein innovatives Forschungsprojekt in Regensburg

Um was geht es in dem Projekt?

Consolinno:

Im Regensburger Westen wird anhand eines Demonstrationsobjekts mit 30 Wohneinheiten eine skalierbare Quartierslösung für die Wärmeversorgung der Zukunft entwickelt. In dem Objekt kommt eine Kombination aus Blockheizkraftwerk und Wärmepumpe zur Wärmeversorgung zum Einsatz, welche die Vorteile der Sektorenkopplung zwischen Strom- und Wärmesektor demonstriert. Da das Vorhaben unter dem Aspekt „bezahlbarer Wohnraum“ steht, wird auch ein Mieterstrommodell umgesetzt, welches den Mietern die Vorteile des Heizsystems weiterreicht. In dem Projekt wird die Cloudanbindung über MQTT getestet, was OpenEMS auch mit gängigen Cloudplattformen verbinden lässt.

Was macht Consolinno in dem Projekt?

Consolinno:

MAGGIE ist quasi ein kleines „Nahwärmenetz“, da für die Warmwasserbereitung sechs dezentrale Pufferspeicher zur Verfügung stehen, welche mit einem intelligenten Pufferlademanagement angesteuert werden. In Zusammenarbeit mit der Projektkoordination der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg werden auch eigens entwickelte Module (OTH Entwicklung) für die Frischwasserstationen in den Wohnungen mit in das Gesamtsystem integriert. Zusätzlich ermöglicht eine Cloud-Anbindung die Implementierung von Optimierungsalgorithmen, welche einen optimalen Fahrplan der Anlagen erzeugen und umsetzen.

Die vielen Sensoren und anderen Messeinrichtungen wie beispielsweise Strom- und Wärmemengenzähler können durch die vielfältigen Schnittstellen des Consolinno leaflets ausgelesen und normiert werden. Durch das Zusammenspiel mit den in OpenEMS implementierten Controllern kann somit das gesamte Heiz- und Warmwassersystem in einem energetischen Optimum betrieben werden – und das bei vollem Komfort und mit bezahlbaren Mieten.

Welche Weichen werden für die Zukunft gestellt?

Consolinno:

Durch die Teilnahme am Forschungsprojekt garantiert die Consolinno Energy GmbH, dass die Technik am Puls der Zeit bleibt. Dies bedeutet auch, dass die Stände der Module in OpenEMS immer aktuell gehalten werden und neue Technologien sofort einen Zugang zu der Plattform finden.