OpenDTU-OnBattery: Einfache und günstige effiziente Eigenbau-Lösung

Author: DDvO

Solar/OpenDTU-OnBattery.png

@@ -221,7 +221,8 @@ Lizenzkürzel:
           - [Zusammenfassung und Effizienzbetrachtung](#SSG-Speicher-Effizienz)
         - [SSG-Speicherlösungen im Eigenbau](#SSG-Speicher-Eigenbau)
           - [Implementierung der Speicher-Regelung](#Regelungsimplementierung)
-          - [Beispiel für DC-gekoppelten Speicher](#SSG-DC-gekoppelt)
+          - [Einfache und günstige Lösung: OpenDTU-OnBattery](#OpenDTU-OnBattery)
+          - [Weiteres Beispiel für DC-gekoppelten Speicher](#SSG-DC-gekoppelt)
           - [Ladung des Stromspeichers](#Ladung)
           - [Konstanteinspeisung](#Konstanteinspeisung)
           - [Lastgeregelte Einspeisung](#lastgeregelt)
@@ -2391,7 +2392,11 @@ Er wird auch *Einspeisewächter* genannt, weil er für Steckersolargeräte
 nebenbei dafür sorgt, dass nicht mehr als 600 bzw. 800 VA eingespeist werden.
 Der Stromwächter ist inzwischen mit vielen steuerbaren Wechselrichtern
 kompatibel und setzt eine per RS485 mit Modbus oder WLAN angebundene Messung des
-aktuellen Netz-Strombezugs z.B. mit einem Shelly 3EM voraus.
+aktuellen Netz-Strombezugs z.B. mit einem Shelly 3EM voraus.\
+Wesentlich günstiger und relativ wenig aufwenig ist
+ein Eigenbau mit [OpenDTU-OnBattery](#OpenDTU-OnBattery),
+das eine Nulleinspeisung auch ohne Batterie realisieren kann.
+
 
 Man kann durchaus annehmen, dass Beschränkungen auch dadurch motiviert sind,
 dass die Energieversorgungsunternehmen möglichst wenig Konkurrenz haben wollen.
@@ -2964,7 +2969,7 @@ Jahresverbrauch (bei nächtlicher Durchschnittslast von 190 W zwischen 0 un
 mit einer typischen Balkonanlage in Süddeutschland mit optimal ausgerichteten
 Modulen mit 850 Wp Nennleistung und typischen Wirkungsgraden, der eine
 Pufferbatterie mit 1 kWh effektiv nutzbarer Kapazität hinzugefügt wurde.
-Dazu passt sehr gut eine 12,8 V 100 Ah LiFePO4-Batterie,
+Dazu passt sehr gut eine 25,6 V 50 Ah LiFePO4-Batterie,
 also mit nominell 1,28 kWh Kapazität, denn davon muss man ohnehin
 mindestens 90% für eine gesunde Entladetiefe abziehen, und nochmal ungefähr 90%
 für die durchschnittliche Degradation durch Alterungseffekte etc. Die
@@ -3826,9 +3831,84 @@ Weitere Möglichkeiten sind der [iobroker](https://www.iobroker.net/?lang=de#de/
 und das Projekt [Solaranzeige.de](https://solaranzeige.de/) für Raspberry Pi.
 
 
-##### Beispiel für DC-gekoppelten Speicher {#SSG-DC-gekoppelt}
-
-Hier ein Beispiel für eine sehr gelungene effiziente Lösung
+##### Einfache und günstige Lösung: OpenDTU-OnBattery {#OpenDTU-OnBattery}
+
+Inzwischen gibt es eine relativ einfache und kostengünstige Möglichkeit, mit
+wenig Arbeitsaufwand und ohne eigene Programmierung zu einer recht effizienten
+Speicherlösung für ein SSG/Balkonkraftwerk zu kommen, und zwar dank des
+Projekts [OpenDTU-OnBattery](https://github.com/helgeerbe/OpenDTU-OnBattery).
+Dies ist eine Weiterentwicklung der
+[OpenDTU](https://github.com/tbnobody/OpenDTU), welche wie im Abschnitt zur
+[Einspeisung aus einer Batterie](#lastgeregelt) beschrieben einen Mikrocontroller
+zur offenen Kommunikation per WLAN mit einem Hoymiles-Wechselrichter einrichtet.
+
+![Bild: OpenDTU-OnBattery.jpg](OpenDTU-OnBattery.png){:.right width="755"}
+* Der Clou dabei ist, den OpenDTU Mikrocontroller auch gleich zur lastbasierten
+Regelung der Einspeisung des Wechselrichters zu verwenden, statt irgendwo
+anders z.B. Home Assistant oder iobroker laufen lassen zu müssen.
+* Zudem wird natürlich ein dreiphasiges Leistungsmessgerät mit Dateninterface
+([Shelly 3EM](#Shelly3EM), Eastron SDM oder Stromzähler-Lesekopf mit
+[Tasmota](https://www.tasmota.info/)-Software) benötigt, um den aktuellen
+Leistungssaldo des Haushalts in Sekundenauflösung zu erhalten.
+* Die Ladung des Speichers erfolgt effizient mit DC-Kopplung, und zwar über
+einen [Solar-Laderegler](#Laderegler) von Victron, dessen [VE.Direct interface](
+https://www.victronenergy.com/live/vedirect_protocol:faq) zur Regelung benötigt
+wird, weil sich damit die PV-Leistung abfragen lässt.
+Je nach der maximalen Gesamtspannung der hierbei meist in Reihe geschalteten
+PV-Module genügt teils schon ein BlueSolar 75/15 und
+sicherlich ein 100/15 (der 100 V Eingangsspannung verträgt).
+Die Batteriespannung muss für den (direkten) Anschluss des Wechselrichters
+mindestens 24 V betragen, was von allen Victron-Varianten unterstützt wird.
+Für eine Batteriespannung von 48 V eignet sich etwa der 100/20.
+* Die aktuelle Batteriespannung kann über ein BMS-Interface, den Laderegler
+und den Wechselrichter abgefragt werden, benötigt also kein Extra-Gerät.
+* Außerdem werden nur noch ein USB-Anschluss o.ä. zur Stromversorgung sowie ein
+paar Kabel zur Verbindung von Laderegler, Batterie und Wechselrichter gebraucht.
+* Bei Betrieb des Speichers z.B. auf dem Balkon empfieht sich eine Heizmatte
+mit Thermostat, um die Batterie auch bei Minustemperaturen laden zu können.
+
+[Hier](https://github.com/helgeerbe/OpenDTU-OnBattery/wiki/Dynamic-Power-Limiter)
+die Übersicht der konfigurierbaren Regelungsparameter.\
+Der Regelungsalgorithmus, welcher in der C++-Quelldatei [PowerLimiter.cpp](
+https://github.com/helgeerbe/OpenDTU-OnBattery/blob/development/src/PowerLimiter.cpp)
+implementiert ist, arbeitet im Wesentlichen wie folgt:\
+Berechne in einer Endlosschleife immer wieder einen neuen Zielwert (Limit)
+für die Wechselrichter-Ausgangsleistung, sende ihn an das Gerät und warte, bis
+positive Rückmeldung erfolgt, was beim Hoymiles meist 5-10 Sekunden dauert.
+Für den Zielwert gibt es verschiedene Fälle:
+
+|Batterieladung|PV-Leistung| resultierendes Wechselrichter-Limit | Effekt auf Batterie |
+|:-------------|-------------:|:----------------------|:-------------------------------|
+|gering        |< 20&nbsp;W|Wechselrichter aus   |Ladung ggf. mit schwacher PV-Leistung|
+|gering        |≥ 20&nbsp;W|min(Last,PV-Leistung)|Ladung ggf. mit PV-Überschuss        |
+|ausreichend   |            |Last<img width=180/>|Entladung falls Last > PV-Leistung, sonst Ladung|
+|ausreichend   |            |max(Last,PV-Leistung)|Entladung falls Last > PV-Leistung, keine Ladung falls (Full) Solar-Passthrhough aktiviert|
+
+Die Regelung ist so flink wie möglich, aber berücksichtigt nicht die im
+[Abschnitt zur Einspeisung](lastgeregel) genannten bei Betrieb an einer Batterie
+teils groben Abweichungen eines Hoymiles-Geräts von großen Limit-Sollwerten.
+
+Geht man davon aus, dass ein SSG mit Hoymiles-Wechselrichter bereits vorhanden
+ist und angesichts dessen, dass
+für ein SSG eine Nenn-Speicherkapazität von 1,28&nbsp;kWh ausreichend ist,
+ergeben sich (Stand März 2024) bei günstigem Einkauf in etwa folgende Kosten:
+* LiFePO4-Batterie 25,6&nbsp;V 50 Ah mit BMS: 200€
+* Victron MPPT Laderegler: je nach Variante ca. 70€
+* Shelly 3EM: 80€
+* ESP32-Mikrocontroller plus passendes WLAN-Modul, fertig konfektioniert: 30€
+* Heizmatte mit Thermostat: 20€
+* Kleinteile wie Kabel und Stecker: 20€
+
+Das ergibt in Summe 420€.
+Wie [oben](#Batteriepuffer) ausgeführt, lassen für ein Balkonkraftwerk in einem
+Durchschnittshaushalt mit effektiv 1 kWh Speicherkapazität etwa 200&nbsp;kWh
+zusätzlicher Eigenverbrauch pro Jahr erzielen, was ungefähr 60€ entspricht.
+Damit ergibt sich eine Amortisation der Speicherlösung in etwa 7 Jahren.
+
+
+##### Weiteres Beispiel für DC-gekoppelten Speicher {#SSG-DC-gekoppelt}
+
+Hier ein Beispiel für eine gelungene, aber etwas aufwendigere effiziente Lösung
 mit DC-gekoppelter Anbindung eines 48&nbsp;V LiFePO4 Speichers
 (bestehend aus einer oder zwei Batterien), wozu je ein Victron
 SmartSolar MPPT 100/20-48V [Solar-Laderegler](#Laderegler) verwendet wird.
@@ -4458,11 +4538,11 @@ des Wechselrichters verwenden.
 
 Leider ist die Reaktionszeit eines Hoymiles-WR auf Änderungen des
 (relativen oder absoluten) Limits recht lang und auch noch sehr ungleichmäßig:
-er braucht bis zu ca. 15 Sekunden,
+er braucht meist etwa 5 bis 10, teils aber auch über 20 Sekunden,
 um den eingestellten Wert (hoffentlich) zu erreichen.
 Und wenn man zu schnell (z.B. nach 3 Sekunden) wieder neue Limit-Werte setzt,
 verhält er sich teils chaotisch.
-So ist durch seine Trägheit keine flinke und exakte Regelung möglich.\
+So ist durch seine Trägheit keine sehr flinke und exakte Regelung möglich.\
 Zudem kommt es beim Betrieb an einer Batterie bei höheren Limit-Werten
 (also im oberen Leistungsbereich) teils zu [groben Abweichungen vom Sollwert](
 https://www.photovoltaikforum.com/thread/221194-hm-400-an-batterie-limitierung-%C3%BCber-opendtu-eigenartig/?postID=3660691#post3660691).