Strategie is kiezen wat je niet doet & moeilijk moet je makkelijk maken
Hoe kun je met een EMS je omvormers controleren en afremmen als de stroomprijs 0 is? In dit artikel geef ik je twee voorbeelden hoe je dit kunt oplossen. Het is een stukje hardware met een software besturing waarbij ik de laatste in NodeRed heb geprogrammeerd maar dit kan natuurlijk ook in Home Assistant.
Read More
Het is een vraag die ik wekelijks krijg, kan ik ook nog een kleine windmolen plaatsen en deze op de thuisbatterij aansluiten.
En altijd is mijn antwoord: ja dat kan, nee niet doen want het kost meer energie om de windmolen te monteren (boren vd schroeven e.d.) dan dat de windmolen ooit zal opwekken. En dat is geen grapje. Die kleine windmolens doen niet wat er wordt beloofd.
Gelukkig trof ik net een artikel waarin alles nog een keer staat beschreven en uitgerekend. Misschien staan er teveel formules in (feiten!) maar de boodschap is duidelijk. Koop geen kleine windmolens.
Wat zijn de technische eisen en wensen voor een Huis Energie Management Systeem?
In dit eerste deel laat ik de uitgangspunten zien en gaan we aan de slag met de Grid aansluiting. Bekijk ook mijn Youtube kanaal voor de visuele begeleiding.
Dit document is in bewerking. Er kunnen en zullen later dus nieuwe versies verschijnen. Ik twijfel nog aan de Github variant maar als iemand zich opwerpt om daarbij te helpen, dan hoor ik dat graag. Een pagina hiervoor is al gemaakt: https://github.com/Hhalewijn/HEMS
Hoewel niet gebruikelijk in een technisch ontwerp, wordt er voor dit ontwerp toch al een keuze gemaakt voor een platform: Home Assistant (HA). HA bestaat al enige tijd en is een product van 1000-en ontwikkelaars die allemaal op basis van non-profit dit systeem ontwikkelen, verbeteren en uitbreiden. Ook heeft het al goed werkende eigenschappen die verband houden met de doelen die gesteld zijn aan HEMS: Energie Management en kosten reductie.
Zo lang als dit document nog in bewerking is, is er geen standaard proces beschrijving beschikbaar om ‘met 1 druk op de knop’ een volledige HA installatie te verkrijgen. Het is niet alleen afhankelijk van de hardware waarop HA gaat draaien zoals een Raspberry PI, een Synology of QNPA NAS in Docker of een Windows computer, het is ook afhankelijk van de integraties die nodig zijn en dus afhankelijk van de hardware die de toekomstige gebruiker straks gaat kiezen.
Met dit document probeer ik een verzamellijst aan te leggen van integraties en van andere instellingen die samen het HEMS vorm moeten geven. En ik hoop dat anderen de handschoen kunnen oppakken om hier een ‘out of the box’ implementatie van te kunnen maken.
HA werkt met zogenaamde Integraties. Integraties zijn eigenlijk apps die toegevoegd kunnen worden aan Home Assistant en vervolgens met elkaar verbonden kunnen worden. Er zijn duizenden HA-Integraties beschikbaar en er komen er nog steeds velen bij. Als in dit document over ‘een integratie’ of ‘Integratie’ met een hoofdletter wordt gesproken, wordt vrijwel altijd verwezen naar zo’n app die passende is bij een bepaald stuk hardware of een specifieke toepassing die nodig is voor HEMS.
HEMS moet eenvoudig te implementeren zijn. Integraties die al bestaan moeten gebruikt kunnen worden. Voor Integraties die in het kader van HEMS noodzakelijk zijn, zullen korte instructies beschikbaar moeten worden gesteld. Maar om enige intelligentie toe te kunnen voegen voor de werking van HEMS zullen veel variabelen gedefinieerd worden, niet alleen bij de eerste versie van HEMS maar ook in het vervolg als nieuwe functies gevraagd worden en nieuwe integraties zich aandienen. Dit vraagt om een naamgevingsbeleid (naming convention) dat strikt gevolgd zal moeten worden omdat integratie van Integraties anders een onmogelijk klus wordt. Ook voor de implementatie van deze variabelen zullen scripts gebouwd moeten worden die, liefst als Integratie, toegevoegd kunnen worden.
Ten slotte is er dan de logica, in HA Automatiseringen genoemd. Ook deze zullen op een eenvoudige wijze toegevoegd moeten kunnen worden zodat de gebruiker alleen nog de verbindingen tussen de sensoren en actoren hoeft aan te leggen. In HA kunnen als voorbeeld de Blueprints hiervoor gebruikt worden. Hoe omgegaan moet worden met een hogere versie van intelligentie, laten we zeggen AI, is op dit moment nog moeilijk te voorspellen. En misschien is dat ook wel goed: laten we een grens trekken bij een product dat de eerste noodzakelijke eigenschappen heeft maar tegelijkertijd wel kan meegroeien. Samen doen we veel ervaring op die uiteindelijk tot een soort van AI kan groeien.
Home Assistant is gebouwd op sensoren. Onderdelen (software maar vooral hardware) die meetgegevens verzamelen. Als techneut ben je snel verleid om alles maar te willen verzamelen. Dat gaan we dus niet doen. Behalve dat dit een enorme aanslag op de hardware van HEMS en alle randapparatuur en sensoren kan doen, heeft dat ook geen waarde. Stel jezelf altijd de vraag:
“Als ik dít ga meten, wat ga ik er dan mee doen? Waartoe leidt het?” Als je daarop geen antwoord kunt geven is er waarschijnlijk (nog) geen noodzaak om het te gaan meten. In dit document tref je daarom vooral een verzameling aan van wat noodzakelijk is. Het gaat immers om de doelstellingen die we in het Functioneel Ontwerp hebben samengevat.
Home Assistant is niet het beste platform voor uitgebreide datalogging. Om dit mogelijk te maken moet het HA platform uitgebreid worden met een relationele database (InfluxDB) en een analyse tool (Grafana). Ook deze beide functies zullen als Integratie (Add-ons) geïnstalleerd en geactiveerd moeten worden. Voor Grafana zullen de verschillende dashboards gedefinieerd en gedeeld moeten worden.
In dit document en de vervolgdelen die zullen volgen, zullen zoveel als mogelijk de query’s worden opgenomen die gebruikt zijn voor de dashboards.
Sturing met HEMS op financiën is één van de belangrijkste eigenschappen die we in het Functioneel Ontwerp hebben vastgesteld. Maar dan dient zich de vraag aan “hoever wil je gaan?”. Rapporteren op kosten is een vereiste. Maar voorspellen? Er zijn (te)veel variabelen waarop geen invloed uitgeoefend kan worden (beleid, weer, economie, e.d.) terwijl die wel van invloed kunnen zijn op de kosten. Ook hier zullen we dus grenzen moeten stellen aan wat vereist, gewenst en mogelijk is. Maar veel van dat soort wensen kunnen ook opgelost worden met het exporteren van data zodat in Excel een nadere analyse mogelijk is.
Hoe ver ga je met AI? Door veel te parameteriseren kunnen we later deze parameters eenvoudig met logica laten veranderen. Dus we moeten ons aanleren om zo min mogelijk met vaste getallen in software code te gaan werken maar zo veel als mogelijk met variabelen te gaan werken. Dat betekent ook dat we de variabelen een plek moeten geven om ingevuld te worden. Met een duidelijke omschrijving waarvoor de variabele gebruikt wordt.
Ook de sturing van de hardware en software zelf (de laadpaal, de televisie, de zonnepanelen omvormer, samen ook actoren genoemd) vraagt om het maken van keuzes.
Er zijn een aantal mogelijkheden:
Voorkeur verdient als eerste een Integratie omdat dit de verdere configuratie vereenvoudigt.
Maar ook Modbus-tcp kan een belangrijke interface zijn omdat deze industrie-standaard is en door zeer veel fabrikanten wordt ondersteund.
:
Er zijn meerdere sturingsalgoritmen te bedenken. Voor de eerste versie van HEMS zullen de volgende minimaal worden uitgewerkt:
Zoals hiervoor al werd geschreven is het maken van afspraken over naamgeving handig om Integraties op elkaar te laten aansluiten. Gelukkig geeft Home Assistant hiervoor al enkele richtlijnen. En met een eenduidige naamgeving wordt het ook voor onszelf gemakkelijker om te begrijpen waarvoor een sensor wordt gebruikt. Tegelijkertijd moeten we oppassen dat we niet te veel metadata in de naam willen vastleggen omdat Home Assistant hiervoor ook Attributen kent. Maar natuurlijk kun je ook de Friendly Name gebruiken om het goed leesbaar te houden.
Ook voor het groeperen van sensoren kunnen we de bestaande Groepen functie van Home Assistant gebruiken. Ik beperk mij daarom tot de volgende naamgeving standaard die ik heb ontwikkeld:
Type.Brand.Application
| Type | Sensor
Switch Binary Input_select Input_number Device_tracker Automation |
Dit zijn de belangrijkste types die HA heeft vastgelegd. |
| Brand | VE = Victron Energy
SE = SolarEdge YL = YouLess HM = HomeMatic Entso = Entso day ahead price |
Worden door Integraties vastgelegd of deze kun je zelf kiezen in yaml files. |
| Application | Varies | Afhankelijk van de Integratie of de sensor. |
Het eerst onderdeel dat van belang is voor HEMS is de gridaansluiting. Hoe is de woning verbonden met het energienet en wat zijn de specificaties van die aansluiting? Tevens definiëren we nu welke sensoren we nodig hebben en wat deze moeten gaan meten en vastleggen.
Voor de grid aansluiting zijn er 3 aspecten belangrijk om te meten:
In relatie tot het meten van de bandbreedte moeten dan de volgende sensoren beschikbaar zijn per fase die de gridaansluiting heeft.
Er zijn verschillende Gridmeters mogelijk: De slimme meter (DSMR) kan bijvoorbeeld via de P1 poort informatie vrijgeven maar is standaard beperkt tot alleen de kWh meting. Er zijn interfaces beschikbaar die meer informatie uit de DSMR kunnen halen. Maar er zijn ook losse tussenmeters verkrijgbaar die het grid kunnen meten:
Onderstaande Input variabelen worden gebruikt om de maximale aansluitcapaciteit te bewaken.
| Sensor | Type | Value | Remark |
| Input_select_grid_connection_capacity | Helper | 16,25,35,40,50,63,80 | Input used to calculate total allowed Grid Power |
| Input_select_grid_number_of_phases | Helper | 1,3 | Input used to calculate total allowed Grid Power |
| Input_number.grid_threshold | Helper | 0-100% | Input used to determine the nominal Grid Power we want to use |
Als Grid sensor maak ik gebruik van de Carlo Gavazzi die onderdeel is van het Victron Energy ESS. Deze meter is met een RS485 datakabel verbonden met de Cerbo, het centrale hart van het Victron ESS. Via de Cerbo kunnen de devices met Modbus-TCP worden uitgelezen. Voor de naamgeving heb ik daarom elke sensor de letters VE meegegeven: Victron Energy.
| Sensor | Class | Meas. | Scale | Precision | Integration | Slave | Address | Type |
| sensor.ve_grid_power_l1 | Power | W | 1 | 0 | Victron Energy through Modbus | 30 | 2600 | Int16 |
| sensor.ve_grid_power_l2 | Power | W | 1 | 0 | Victron Energy through Modbus | 30 | 2601 | Int16 |
| sensor.ve_grid_power_l3 | Power | W | 1 | 0 | Victron Energy through Modbus | 30 | 2602 | Int16 |
| sensor.ve_grid_voltage_l1 | Voltage | V | 0.1 | 1 | Victron Energy through Modbus | 30 | 2616 | Uint16 |
| sensor.ve_grid_voltage_l2 | Voltage | V | 0.1 | 1 | Victron Energy through Modbus | 30 | 2618 | Uint16 |
| sensor.ve_grid_voltage_l3 | Voltage | V | 0.1 | 1 | Victron Energy through Modbus | 30 | 2620 | Uint16 |
| sensor.ve_grid_current_l1 | Current | A | 0.1 | 1 | Victron Energy through Modbus | 30 | 2617 | Int16 |
| sensor.ve_grid_current_l2 | Current | A | 0.1 | 1 | Victron Energy through Modbus | 30 | 2619 | Int16 |
| sensor.ve_grid_current_l3 | Current | A | 0.1 | 1 | Victron Energy through Modbus | 30 | 2621 | Int16 |
| sensor.ve_grid_total_energy_from_grid | Energy | kWh | 0.01 | 1 | Victron Energy through Modbus | 30 | 2634 | Uint32 |
| sensor.ve_grid_total_energy_to_grid | Energy | kWh | 0.01 | 1 | Victron Energy through Modbus | 30 | 2636 | Uint32 |
Als er geen Victron ESS wordt toegepast, kan ook de Youless P1 als Grid Sensor worden gebruikt. De Youless LS120 ondersteunt de 4 telwerken van de slimmemeter. Deze heeft vanuit de Integratie dan de volgende sensoren:
| sensor.yl_grid_power | Power | W | Youless LS120 | |||||
| sensor.yl_energy_to_grid_low | Energy | kWh | Youless LS120 | |||||
| sensor.yl_energy_to_grid_high | Energy | kWh | Youless LS120 | |||||
| sensor.yl_energy_from_grid_low | Energy | kWh | Youless LS120 | |||||
| sensor.yl_energy_from_grid_high | Energy | kWh | Youless LS120 |
Ook de SolarEdge Smartmeter kan gebruikt worden. Hiervoor wordt de SE integratie gebruikt die daarna verschillende sensoren beschikbaar geeft. Zie ook onder het hoofdstuk Solarpower.
| sensor.se_grid_power | Power | W | SolarEdge Integration | |||||
| sensor.se_energy_to_grid | Energy | Wh | SolarEdge Integration | |||||
| sensor.se_energy_from_grid | Energy | Wh | SolarEdge Integration |
Met enkele extra gedefinieerde sensoren die zijn vastgelegd in configuration.yaml maak ik berekeningen met behulp van de input sensoren en de meetsensoren. Deze berekende sensoren worden gebruikt voor de bewaking van kritische grenzen van de grid-aansluiting met behulp van de uitgebreide set van de Victron Energy Sensoren.
| Sensor | Class | Meas. | Calculation |
| sensor.ve_grid_power | Power | W |
{{ states(“sensor.ve_grid_power_l1”) |float + states(“sensor.ve_grid_power_l2”) | float + states(“sensor.ve_grid_power_l3”) |float |
| sensor.grid_maximum_power | Power | W |
{{ |
| sensor.grid_nominal_power | Power | W |
{{ |
Een Energie Management Systeem, afgekort een EMS, is een systeem dat ons kan helpen om energiestromen en energiekosten in kaart te brengen en de vraag naar en het aanbod van energie zo optimaal mogelijk op elkaar af te stemmen.
Onderstaande blog is tot stand gekomen na een eerdere publicatie en de vele reacties die dat heeft opgeleverd. Read More
Op verzoek van onze klanten hebben we de afgelopen maanden diverse thuisbatterijen geleverd waarbij bestaande, meestal al wat oudere, PV omvormers zijn vervangen door een efficiente MPPT lader waarmee de zonnepanelen direct op de batterijen worden aangesloten. Victron biedt hiervoor een uitbreide serie MPPT laders maar in 90% van de gevallen kiezen voor we de complete RS450-100 of RS45-200 lader. Met de RS450-100 kunnen we maximaal 2 strings aansluiten met een gecombineerd vermogen van maximaal 5.5 kWp. We maken vooraf altijd een berekening om te zien of en hoe de oude panelen gekoppeld kunnen worden. Maar we hebben nu ook al configuraties gebouwd waarbij nieuwe 400Wp panelen worden toegepast. Maximaal kunnen we dan 18 panelen op de RS450-100 of 36 op de RS450-200 aansluiten. Daarmee kun je aardag wat zonnestroom oogsten! Reden genoeg om deze te verwerken in onze standaard concepten.
De meeste configuraties bouwen wij op een montage bord. Ze worden in een schuur of bijkeuken geplaatst, we vinden een plekje in de kelder en heel soms bouwen we het in een buitenkast. Ook best strak, al zeg ik het zelf. Je kunt het nieuwe overzicht met onze oplossingen hier downloaden.
In dit artikel som ik de verschillende ESS installaties op die wij de afgelopen maanden hebben gebouwd en opgeleverd. Het geeft de diversiteit aan van oplossingen die wij samen met de klant ontwikkelen, bouwen en beheren. Elke situatie is anders en dus is elke oplossing anders.
De eerste installatie omvat 3 Multiplus 3000 systemen die samen met een 15kWh batterij in een kleine kelder onder de woning zijn geplaatst. Het 10-jaar oude zonnesysteem is uitgebreid met extra panelen en voorzien van SolarEdge optimizers voor de oude en nieuwe panelen. De SolarEdge omvormer is geheel geïntegreerd in het ESS. De meterkast is in tweeën gedeeld: een deel parallel met het ESS en een deel in serie ivm backup bij stroomuitval.
Voor een andere installatie heeft de eigenaar gekozen voor een zelfgebouwde nieuwe buitenkast waarin de installatie is geplaatst. In de kast hangen 3 stuks Multiplus 3000 en staat de batterij opgesteld. Temperatuur sensoren bewaken de temperatuur en kunnen het laadproces beïnvloeden als het te koud wordt. De hele woning is in serie met het ESS geplaatst zodat bij stroomuitval alles toch blijft werken. Een SolarEdge omvormer is ook hier in het systeem geïntegreerd. De verticale zonnepanelen zijn enkele jaren geleden door Hetslimmehuis gemonteerd.
In een nieuw gebouwde schuur wilde deze bewoner het dak geheel met zonnepanelen bedekken en daarna de zelfopgewekte stroom efficient via een batterij kunnen benutten. De installatie bestaat uit 3 multiplus 3000 omvormers en een MPPT lader voor de zonnepanelen. De batterij is een 15kWH exemplaar.
Hierboven is een installatie weergegeven die in een kantoorgeving is geplaatst. Het kantoor is nog in aanbouw en de installatie zal straks in een fraaie kast worden geplaatst zodat bezoekers de installatie kunnen bekijken. Samen met deze klant is een ontwerp gemaakt voor zonnepanelen op het plattedak van het kantoor. Deze PV installatie bestaande uit 4 strings van elke 8 panelen is zelf geplaatst terwijl het elektrische gedeelte door Hetslimmehuis is geïnstalleerd en via een MPPT lader direct op de batterij is aangesloten. De batterij is nu nog een 15kWh exemplaar maar zal in de loop van 2023 worden verdubbeld in capaciteit. Tijdens de afbouw van het kantoor is er nog geen aansluiting op het grid mogelijk. Toch is de elektrische installatie nu al in werking en draait geheel op zonnestroom via de batterijen.
De installatie hierboven is eveneens een 3 fase installatie (3 stuks 3kVA) maar nu gebouwd in een buitenkast die op het balkon van de woning staat. De batterij staat aan de binnenzijde, net als het bedieningsdisplay. Twee bestaande GroWatt PV omvormers zijn met speciale CT klemmen op het systeem aangesloten zodat de opbrengst van de zonnepanelen gemeten kan worden in het ESS.
De installatie hierboven is geplaatst in een tussenruimte die een zeer oude boerderij verbind met een woonhuis. De bewoner heeft al vele verbouwklussen uitgevoerd en besloot tot een grondige renovatie van de elektrische installatie. Samen met de elektricien hebben wij een meterkast ontworpen en verschillende onderverdelers verbonden waar een laadpaal, een SolarEdge omvormer en andere verbruikers zijn gekoppeld. Het ESS heeft daarnaast ook nog een MPPT lader voor een 2e PV veld dat op de grond is gebouwd. De Victron omvormers zijn van het 5kVA type en er zijn 2 batterijen, totaal 30kWh aangesloten.
Een andere klant had al ervaring met een Victron ESS. Hij heeft 2 jaar gedraaid met een enkel fase omvormer samen met een zoutwaterbatterij. Maar deze deed niet meer wat hij ervan verwachtte en hij heeft ons gevraagd het systeem te vervangen door een volledig 3 fasen systeem bestaande uit 3 stuks Multiplus 5000 en een batterij van 30kWh. Voor deze installatie hebben wij twee bestaande SolarEdge omvormers geïntegreerd in het ESS. Het systeem staat opgesteld in een kelder onder de woning.
Terwijl je in de ene kelder sta hoogte hebt, is een andere kelder slechts bereikbaar op de knieën. Voor ons geen probleem en gelukkig bleek de eigenaar bereid om zelf alle kabels al te trekken zodat wij deze alleen nog hoefden aan te sluiten. De eigenaar besloot om tegelijkertijd de oude SMA omvormer te vervangen door een MPPT lader die direct op de batterijen is aangesloten. Efficiënter kan het niet. Inmiddels is deze eigenaar al bezig om zelf software te ontwikkelen om de besturing van het ESS volledig zelf uit te voeren. En daar helpen wij graag bij. Het systeem bestaat uit 3 stuks Multiplus 3000 met een 15kWH batterij.
Dat het niet altijd groot hoeft te zijn toont de installatie hierboven. Hoewel de volledig elektrische installatie 3 fasen is, is het ESS in een enkel fase uitvoering geleverd. Het ESS staat opgesteld in een schuur naast een oude onderverdeler. Wel is er een extra kabel gelegd naar de hoofdwoning zodat de belangrijkste verbruikers toch kunnen profiteren van een backup. De batterij is een 12kWh exemplaar. Overigens is er rekening gehouden met eventuele uitbreiding naar een 2e of 3e fase als dat in de toekomst wenselijk is.
Ook de volgende installatie hierboven toont een enkele omvormer, nu weggewerkt in een schuin hoekje achter een vriezer en wasmachine. Hier is er sprake van een Tiny House op een park waar de stroomaansluiting zeer twijfelachtig is. Het ESS is samen met een SolarEdge omvormer en een warmtepomp geïntegreerd zodat er efficiënt verwarmd kan worden zonder bang te zijn dat het elektriciteitsnetwerk van het park uitvalt. Met metingen is aangetoond dat op koude dagen de spanning van het grid kan zaken tot onder de 200 Volt. Het ESS met een 12kWH batterij vangt dat nu prima op. Ook het overschot aan zonnestroom zorgde er in de zomer wel eens voor dat de SolarEdge omvormer een standje lager moest werken. Ook dat probleem wordt nu opgelost met de batterij set.
Heb je ook een geschikte plek en zoek je een thuisbatterij? Of wil je eerst nog eens overleggen? Kom maar op!“