Als Elektroingenieur erkläre ich Hausbesitzern oft, dass die Installation von Solaranlagen und der Kauf eines Elektrofahrzeugs nur die ersten beiden Schritte eines dreistufigen Prozesses sind. Der dritte Schritt – und ehrlich gesagt der technisch interessanteste – ist die Überbrückung der Lücke zwischen Erzeugung und Verbrauch. Ohne intelligente Steuerung speisen Sie wahrscheinlich sauberen Solarstrom für wenige Cent ins Netz ein, während Sie gleichzeitig einen Aufpreis für das Laden Ihres Autos über Nacht zahlen. Diesen Effizienzverlust akzeptieren wir hier nicht.
Die Automatisierung des Ladens von Elektrofahrzeugen bietet nicht nur Komfort, sondern ist ein grundlegendes Prinzip für Lastverteilung und Energieoptimierung. Durch den Einsatz leistungsstarker Hardware wie dem Fronius Primo Gen 24 Plus Wechselrichter und dessen Steuerung über Home Assistant können wir ein geschlossenes System schaffen, das in Echtzeit auf die Sonneneinstrahlung reagiert. In diesem Leitfaden erkläre ich Ihnen die technischen Grundlagen des intelligenten Energiemanagements, die spezifischen Funktionen des Fronius-Ökosystems und wie Sie eine Logik konfigurieren, die den Eigenverbrauch gegenüber dem Netzbezug priorisiert.
Die technischen Argumente für intelligente Ladeautomatisierung
Bevor wir mit dem Verlegen von Kabeln oder dem Schreiben von YAML-Code beginnen, müssen wir das Lastprofil verstehen. Ein Elektrofahrzeug ist wahrscheinlich der größte einzelne Stromverbraucher in Ihrem Haushalt. Ein typisches Ladegerät der Stufe 2 verbraucht etwa 7 bis 11 kW. Zum Vergleich: Das entspricht dem gleichzeitigen Betrieb von drei oder vier Klimaanlagen.
Wenn Sie Ihr Fahrzeug wahllos anschließen, verursachen Sie massive Lastspitzen. Die Automatisierung des Ladevorgangs von Elektrofahrzeugen ermöglicht es uns, diese Lastkurve zu glätten. Ziel ist es, die Laderate (Stromstärke) dynamisch an den verfügbaren überschüssigen Solarstrom anzupassen.
Die Gleichung für den Eigenverbrauch
Aus Effizienzgründen ist der Eigenverbrauch der entscheidende Faktor. Jede Kilowattstunde (kWh), die Sie erzeugen und sofort verbrauchen, ist eine kWh, die Sie nicht vom Energieversorger beziehen müssen.
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Erzeugung: Ihre Photovoltaikanlage erzeugt Gleichstrom.
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Umwandlung: Der Fronius Primo Gen 24 Plus wandelt diesen Strom in Wechselstrom um.
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Grundlastabzug: Ihr Haushalt verbraucht einen Teil des erzeugten Stroms für Beleuchtung, Kühlschrank und Standby-Geräte.
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Überschuss: Dies ist unsere Variable. „Solarstromerzeugung – Hauslast = Verfügbare Ladeleistung“.
Unser Automatisierungsziel ist es, die Netzeinspeisung so gering wie möglich zu halten, indem wir genau diesen Überschuss in die Batterie des Elektrofahrzeugs einspeisen.
Hardware-Spotlight: Fronius Primo Gen 24 Plus
Im Bereich der Solarwechselrichter bin ich besonders vom Fronius Primo Gen 24 Plus angetan. Er ist nicht nur ein Wechselrichter, sondern ein hochentwickeltes Energiemanagementsystem. Für unsere Automatisierungszwecke ist er aus mehreren Gründen hervorragend geeignet:
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Offene API und Modbus TCP: Im Gegensatz zu manchen geschlossenen Systemen bietet Fronius exzellenten Zugriff auf lokale Daten. Wir können Produktionszahlen in Echtzeit per JSON oder Modbus abrufen, ohne auf einen Cloud-Server angewiesen zu sein. Dies reduziert die Latenz – entscheidend, wenn die Ladegeschwindigkeit an die Wolkenkonstellation angepasst werden muss.
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Integriertes Energiemanagement: Der Gen 24 Plus verfügt über integrierte Funktionen zur Steuerung externer Verbraucher über digitale I/O-Pins. Für eine detailliertere Steuerung werden wir jedoch Home Assistant einsetzen.
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Hybridfähigkeit: Wenn Sie zusätzlich einen stationären Heimspeicher betreiben, übernimmt dieser Wechselrichter die DC-Kopplung. Dies erhöht die Komplexität unserer Automatisierungslogik (Priorität: Haus > Batterie > Elektrofahrzeug > Netz), worauf wir später eingehen werden.
Damit dies funktioniert, benötigen Sie unbedingt den Fronius Smart Meter an Ihrem Einspeisepunkt. Ohne ihn weiß der Wechselrichter zwar, wie viel Strom er produziert, aber nicht, wie viel das Haus verbraucht. Dadurch ist ein intelligentes Energiemanagement unmöglich.
Das Gehirn: Integration von Sprachassistenten
Home Assistant (HA) ist der Branchenstandard für Open-Source-Hausautomation. Er ermöglicht es uns, die Einschränkungen proprietärer Apps zu umgehen und benutzerdefinierte Logik zu erstellen.
Fronius in Home Assistant integrieren
Die Integration Ihrer Wechselrichterdaten in HA ist in der Regel der erste Schritt.
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API aktivieren: Melden Sie sich in der Fronius-Weboberfläche an und stellen Sie sicher, dass die „Solar-API“ aktiviert ist.
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HA-Integration: Navigieren Sie in Home Assistant zu Einstellungen > Geräte & Dienste > Integration hinzufügen > Fronius.
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Datenpunkte: Nach der Verbindung werden Ihnen Einträge für
ac_power(Ihre erzeugte Leistung) undpower_flow_channel_p_grid(Stromfluss ins/aus dem Netz) angezeigt.
Ladestation für Elektrofahrzeuge integrieren
Um den Ladevorgang zu automatisieren, muss HA auch mit Ihrer Wallbox kommunizieren. Egal, ob Sie ein OCPP-kompatibles Ladegerät, einen Tesla Wall Connector oder einen go-eCharger verwenden – Sie benötigen eine Integration, die Folgendes unterstützt:
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Ladevorgang ein-/ausschalten
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Dynamische Stromanpassung: Die Möglichkeit, die Stromstärke per Softwarebefehl von 6 A bis 32 A zu ändern.
Ohne dynamische Stromanpassung ist eine präzise Solarnachführung nicht möglich; das Ladegerät kann nur bei hoher Sonneneinstrahlung eingeschaltet werden, was im Vergleich zu dem von uns angestrebten präzisen Vorgehen ungenau ist.
Aufbau der Automatisierungslogik
Nun zum spannenden Teil: der Logik. Wir möchten eine Automatisierung erstellen, die den Netzeinspeisungswert kontinuierlich überwacht. Hier ist der Pseudocode, den ich zur Reduzierung des Stromverbrauchs aus dem Netz verwende:
Die Berechnungsschleife
Auslöser: Alle 30 Sekunden (oder bei Änderungen der Netzspannung).
Bedingung: Ist das Auto angeschlossen? Liegt der Batteriestand unter dem Zielwert?
Aktion:
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Überschüssige Ampere berechnen: Netzspannung verwenden (negative Werte deuten in der Regel auf Einspeisung hin).
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Formel:
Verfügbare Leistung (W) / Spannung (230 V) = Verfügbare Ampere. -
Hysterese (Pufferung): Wir möchten nicht, dass sich das Ladegerät bei jeder Wolke ein- und ausschaltet. Daher verwenden wir eine Pufferung. Beispielsweise wird die Laderate nur erhöht, wenn der Überschuss länger als eine Minute > 2 Ampere beträgt.
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Mindeststrom: Die Ladestandards J1772 und Typ 2 erfordern in der Regel mindestens 6 Ampere (~1,4 kW) zum Starten des Ladevorgangs. Bei einem Überschuss von nur 500 W muss die Automatisierung warten oder eine geringe Menge aus dem Netz/der Batterie entnehmen, um die Mindeststromstärke von 6 A zu erreichen.
Umgang mit mehrphasigem Laden
Bei einem Drehstromanschluss (üblich beim Fronius Symo, aber auch bei einigen Konfigurationen mit dem Primo möglich) ist das Umschalten zwischen einphasigem und dreiphasigem Laden von entscheidender Bedeutung. Einphasiges Laden ermöglicht eine präzise Steuerung von 1,4 kW bis 7,4 kW. Dreiphasiges Laden beginnt bei ~4,1 kW.
Warnung: Nicht alle Elektrofahrzeuge oder Ladegeräte unterstützen dynamisches Umschalten der Ladephasen während des Ladevorgangs. Der Versuch, dies mit nicht unterstützter Hardware zu tun, kann das On-Board-Ladegerät (OBC) des Fahrzeugs beschädigen. Überprüfen Sie daher immer die spezifischen OBC-Funktionen Ihres Elektrofahrzeugs, bevor Sie das Umschalten der Ladephasen automatisieren.
Optimierung für zeitabhängige Tarife (TOU) und Batterieinteraktion
Wenn Sie an Ihren Fronius Primo Gen 24 Plus eine Heimbatterie angeschlossen haben, wird die Ladelogik etwas komplexer. Normalerweise wird die Heimbatterie zuerst geladen. Das Laden von Elektrofahrzeugen erfordert jedoch eine hohe Leistung.
Szenario: Es ist 10:00 Uhr. Die Solaranlage produziert Spitzenstrom.
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Standardlogik: Die Heimbatterie wird mit maximaler Geschwindigkeit geladen. Das Elektrofahrzeug erhält erst Strom, wenn die Heimbatterie voll ist.
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Optimierte Logik: Wenn Sie wissen, dass Sie das Auto um 14:00 Uhr benötigen, können Sie die Ladeleistung der Heimbatterie über Home Assistant drosseln, um die Energie sofort an das Elektrofahrzeug umzuleiten.
Nutzung von Zeittarifen
Die Automatisierung des Ladens von Elektrofahrzeugen beschränkt sich nicht nur auf Solarstrom. Wenn Sie einen Zeittarif mit günstigen Nachttarifen haben, sollte Ihre Home-Assistant-Automatisierung einen „Nacht-Boost“-Modus beinhalten.
- Logik: Wenn die Uhrzeit zwischen 0:00 Uhr und 4:00 Uhr liegt UND die Sonneneinstrahlung für morgen gering ist, wird der Akku über das Stromnetz auf 80 % geladen.
So wachen Sie auch an bewölkten Tagen nie mit leerem Akku auf und zahlen gleichzeitig den günstigsten Tarif.
Reduzierung des Phantomstromverbrauchs und der Systemlatenz
Ein häufiges Problem bei selbstgebauten Automatisierungssystemen ist der sogenannte „Phantomstromverbrauch“ durch zu häufiges Abfragen des Ladezustands (SoC). Wenn Ihre Automatisierung das Auto jede Minute aufweckt, um den Ladezustand zu prüfen, befinden sich die Fahrzeugcomputer im Dauerbetrieb. Dies kann die 12-V-Batterie entladen und Energie verschwenden.
Bewährte Vorgehensweisen:
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Passive Überwachung: Nutzen Sie die Daten des Ladegeräts (Ist das Kabel angeschlossen?), anstatt das Auto über dessen API aufzuwecken.
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Abfrageintervalle: Wenn Sie die API des Autos verwenden, stellen Sie das Abfrageintervall im Leerlauf auf 15–30 Minuten ein.
Halten Sie Ihre Automatisierungsschleifen außerdem lokal. Durch die Verwendung der lokalen Fronius Modbus TCP-Integration anstelle der Cloud-API halten Sie die Steuerungslatenz unter einer Sekunde. Dadurch wird verhindert, dass das System 30 Sekunden lang Strom aus dem Netz bezieht, während der Cloud-Server verarbeitet, dass eine Wolke die Sonneneinstrahlung blockiert.
Die Integration des Fronius Primo Gen 24 Plus mit Home Assistant verwandelt das Laden Ihres Elektrofahrzeugs von einer passiven Kostenfalle in ein aktives Element für Ihr intelligentes Energiemanagement im Haus. Zwar erfordert dies eine anfängliche Konfiguration und ein solides Verständnis der Zusammenhänge von Stromstärke, Spannung und Leistung, doch das Ergebnis ist ein technisches Meisterwerk: ein Auto, das fast ausschließlich mit Sonnenenergie fährt.
Denken Sie daran: Es geht um die richtige Balance. Streben Sie nicht nach jedem Watt Effizienz, wenn dadurch die Alltagstauglichkeit Ihres Fahrzeugs beeinträchtigt wird. Beginnen Sie mit einer einfachen Logik zum Laden überschüssiger Solarenergie, testen Sie diese gründlich auf Sicherheit und integrieren Sie anschließend komplexere Funktionen wie Batteriepriorisierung und Tarifanpassung. Fahren Sie sicher und laden Sie intelligent.
