Energiemanagement bei EnQS

31. Mai 2021

In unseren Labor- und Büroräumen haben wir zahlreiche Messpunkte und Sensoren installiert, um unseren Energieverbrauch präzise und transparent darzustellen. Neben unterschiedlichen Smart Plugs verwenden wir dazu auch 3-phasige Stromzähler vom Typ EM300 sowie DC-Zähler zur Erfassung der elektrischen Leistung an den DC-Strings der PV-Anlage sowie an den Batteriespeichern.

Zur Visualisierung der Messpunkte für das EnQS Team sowie zur Ansteuerung von Klimaanlage und Heizung betreiben wir ein selbstentwickeltes, prototypisches Energiemanagementsystem (EMS). Neben der Visualisierung der lokalen Energieflüsse wird das System auch verwendet, um neue Optimierungsverfahren oder die Anbindung zusätzlicher Geräte schnell und mit realen Daten erproben zu können. Zudem dient das EMS der Unterstützung bei Geräte- und Softwaretests im EnQS Testlab.

Unsere Klimaanlagen steuern wir mit dem EMS so, dass diese nur mit Überschussstrom der PV-Anlage versorgt werden. Aufgrund der Fluktuation von PV-Erzeugung und Hausverbrauch sowie etwaiger Schäden, die durch ständiges Ein- und Ausschalten der Anlage entstehen können, sind Klimatechniker von einer derartigen Ansteuerung häufig nicht überzeugt. Mittels Prognosen über Verbrauch und Erzeugung, der Berücksichtigung technischer Anlagenrestriktionen (z.B. Mindestlaufzeiten) sowie Methoden der Informatik haben wir eine prädiktive Regelung zur Ansteuerung der Klimageräte umgesetzt. Seitdem unser EMS in Betrieb ist, kühlen wir ausschließlich mit Überschussstrom unserer PV-Anlage. Aufgrund der starken zeitlichen Korrelation zwischen Sonneneinstrahlung und Kühlbedarf ist die Koordination von PV-Anlage und Klimatisierung besonders sinnvoll und wirtschaftlich.

Weiterhin überschüssige Energie aus der Photovoltaik-Anlage puffern wir in unterschiedlichen Speichersystemen. Bei der Priorisierung der Systeme berücksichtigt das EMS z.B. die maximalen Lade- und Entladeleistungen sowie die verfügbare Kapazität der Speichersysteme. Die konkrete Ansteuerung der Speichersysteme ist mit einem PID-Regler umgesetzt, den wir auf Basis der durch den Dauerbetrieb gewonnenen Erkenntnisse kontinuierlich anpassen.

Technisch ist das EMS aus zahlreichen Micro Services zusammengesetzt, die über einen MQTT-Broker mit asynchronem Multithreading bidirektional kommunizieren und innerhalb einzelner Docker-Container implementiert sind. Die modulare Treiberstruktur ermöglicht es, neue Geräte schnell und während der Laufzeit in das EMS zu integrieren. Da das System ausschließlich in unseren eigenen Räumen zum Einsatz kommt, läuft es mit einem rein lokalen Backend.

Die unterschiedlichen Protokolle der konkreten Geräte und Anlagen (ModbusTCP, ModbusRTU, REST, etc.) sind über entsprechende Adapter integriert, die ebenfalls als Micro Service implementiert sind. Das Logging erfolgt im Sekundentakt in eine Zeitreihendatenbank (InfluxDB) und die Visualisierung zweckmäßigerweise über Grafana.

Ein Broker Manager ermöglicht die Übersicht über alle laufenden Micro Services und gibt auch Auskunft darüber, auf welchem Gerät diese aktuell aktiv sind. Die Struktur ermöglicht es grundsätzlich, dass die Micro Services auf verteilten Hardware Systemen laufen. Auf diese Weise wird das System sehr gut skalierbar.

Zusätzliche Dienste wie Watchdog, Alerting und ein Slack Bot erleichtern uns den Betrieb der installierten Anlagen im Arbeitsalltag.

Mit der langfristig erfassten Datenbasis sowie dem Monitoring der konkreten Geräte im Dauerbetrieb entwickeln wir zusätzliches Know-how, das wir gerne mit unseren Kunden und Partnern teilen.

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