Home Assistant – Beginners Guide
Energiemanagement
Ein smartes Zuhause ist mehr, als das Raumklima zu überwachen oder die Beschattungen automatisiert fahren zu lassen. In der heutigen Zeit, in der das Thema Energie allgegenwärtig zu sein scheint, ist ein gut ausgebautes Smart Home auch eine effiziente Lösung, den Energiefluss im Haus zu erfassen und in die richtige Richtung zu lenken. Der Home Assistant bietet hierzu ein Energiedashboard an, welches wir in dieser Ausgabe beschrieben wollen.
Parallel zu dieser neuen Reihe im ELVjournal erstellen wir wöchentlich neue Youtube-Beiträge zu diesem Thema. Kontaktieren Sie uns bei Fragen gern direkt über unseren Youtube-Kanal. Wir werden für Sie auch komplexere Szenarien und Nutzeranfragen in Videos umsetzen.
Die Voraussetzungen
In unserer ersten Ausgabe der Reihe und dem begleitenden Video haben wir gezeigt, wie einfach sich eine Home-Assistant-Installation einrichten lässt. Die zentrale Steuerungseinheit allein reicht jedoch nicht aus, um den Energieverbrauch zu erfassen oder gegebenenfalls zu steuern. Da Home Assistant als offene Plattform konzipiert ist, ist das System nicht auf spezifische Hardware beschränkt. Sämtliche unterstützte Sensoren, Aktoren und Datenquellen können eingebunden, ausgelesen und zentral zusammengeführt werden.
Typische Energiemanagement-Lösungen beziehen ihre Daten meist aus drei Hauptquellen:
- Energiebezug aus dem Netz (Strom und Gas), meist gemessen in kW oder kWh
- Energieerzeugung, beispielsweise durch eine Solaranlage, ebenfalls in kW oder kWh
- Verbrauch einzelner Geräte, ebenfalls in kW oder kWh
Vereinfacht gesagt geht es beim Energiemanagement darum, zu wissen, wie viel Energie verbraucht wird, woher sie stammt und wohin sie fließt. Sind all diese Informationen erfasst und zusammengeführt, lässt sich der Energieverbrauch im Haus nicht nur darstellen, sondern auch gezielt steuern. So können beispielsweise hohe Verbräuche erkannt und Potenziale zur Optimierung aufgedeckt werden. Bild 1 zeigt schematisch den Aufbau einer solchen Lösung.
Auswahl der Sensoren
In unserem Fall setzen wir auf Geräte des Homematic IP Systems, die wir über eine CCU3 als Gateway an den Home Assistant anbinden. Auf diese Weise erhalten wir die notwendigen Entitäten, um das System nahtlos in unsere Energiemanagement-Lösung zu integrieren. Wie diese Verbindung hergestellt wird, zeigen wir anschaulich in einem Video.
Integration des Stromnetzes
So gut wie alle Wohngebäude in Deutschland sind über das öffentliche Stromnetz angeschlossen und verfügen über einen Stromzähler, welcher je nach Ausführung den Bezug und auch die eingespeiste Energie des Gebäudes erfassen kann.
Solche modernen Messeinrichtungen oder auch Smart Meter können mit der Homematic IP Smart Home Schnittstelle für Smart Meter, kurz HmIP-ESI, ausgelesen werden (Bild 2 zeigt den montieren Lesekopf). Bild 3 zeigt die Messwerte in der CCU3 WebUI.
Kommt das Homematic IP System für Sie nicht infrage, ist der IOmeter Smart Home Stromzähler ggf. eine Alternative (Bild 4). Die Einrichtung erfolgt per Smartphone-App, welche dann auf eine Cloud des Anbieters zurückgreift. Trotz der Cloud-Kopplung lässt sich der IOmeter lokal mit dem Home Assistant verbinden. Hierzu steht aktuell eine Integration im Bronzestatus zur Verfügung.
Integration der Solaranlage
Für viele Solaranlagen (Bild 5) bietet der Home Assistant bereits passende Integrationen in seinem Store oder über HACS an. So lassen sich z. B. Anlagen von Growatt über eine Integration lesen und in das System bringen. Steht keine passende Integration zur Verfügung, kann die eingespeiste Energie über Sensoren mit Stromwandler-Klemmen ausgelesen werden. Shelly bietet hier entsprechende Produkte an. Diese lassen sich meist direkt mit dem WLAN verbinden und dann als Entitäten in das Smart Home überführen. Auch die von Balkonkraftwerken erfasste Energie lässt sich entweder über eine passende Integration speichern oder über einen geeigneten Sensor, wie dem Homematic IP Schalt-Mess-Aktor (16 A) ins System bringen (Bild 6).
Integration von Verbrauchern
Zwar wird über die zuvor gezeigten Stromzähler-Sensoren schon der gesamte Energieverbrauch des Gebäudes erfasst, doch kann es sicherlich nicht schaden, auch den Verbrauch einiger wichtiger Verbraucher zu messen. Dies kann dann z. B. der Kühlschrank oder der Gefrierschrank sein, aber auch eine Klimaanlage, eine Wallbox oder eine Wärmepumpe spielen eine große Rolle im Energiemanagement und sollten entsprechend berücksichtigt werden. Klassischerweise werden einzelne Verbraucher über Schalt-Mess-Aktoren im Zwischensteckerformat (Bild 7) oder als Unterputzvariante verwendet. In der Homematic IP Welt steht hierfür die HmIP-PSM-2 und der bereits gezeigte Unterputzaktor HmIP-FSM16 zur Verfügung.
Das Energie-Dashboard
Um die vorliegenden Entitäten in eine für den Nutzer gut lesbare Ansicht zu bekommen, bietet der Home Assistant das leistungsstarke Energie-Dashboard an. Wir werden alle Schritte von der Einrichtung bis zur Anpassung des Dashboards behandeln und die verschiedenen Karten, die für spezielle Energiequellen verfügbar sind, detailliert erläutern. In der linken Menüleiste sollte der Eintrag „Energie“ zu finden sein, wird dieser ausgewählt, öffnet sich die Ansicht des Dashboards (Bild 8). Hier können Sie mit einem Klick auf den oberen rechten Stift die Anpassung starten. Die Konfiguration ist gut erklärt und gliedert sich nach festen Bereichen.
Im Bereich Stromnetz wählen Sie die Sensoren aus, welche den Verbrauch oder die Einspeisung in das Netz erfassen. Im Falle des HmIP-ESI-IEC stehen zwei Kanäle zur Verfügung. Einer erfasst die Einspeisung (Kanal 2) und der andere den Bezug (Kanal 4). Hier bitte die Kanäle nicht vertauschen.
Im Bereich PV-Module wählen Sie den Sensor aus, welcher den Ertrag des PV-Systems erfasst. In unserem Screenshot ist dies ein Growatt-Wechselrichter. Im Bereich Heimspeicher können Sie auch die geladene und entladene Leistung erfassen.
Im Bereich Gasverbrauch wählen Sie den Sensor aus, welcher den Gasverbrauch erfasst.
Im Bereich Wasserverbrauch wählen Sie den Sensor aus, welcher den Wasserverbrauch erfasst.
Im Bereich Einzelgeräte wählen Sie alle relevanten Sensoren von Verbrauchern aus.
Hinweis: Alle Messwerte müssen in kWh vorliegen! Nach der Auswahl aller Daten kann es ein paar Stunden dauern, bis diese korrekt im Dashboard angezeigt werden.
Haben Sie alle Daten eingegeben, können Sie in die vorherige Ansicht zurückkehren. Nun sollten die Karten mit Daten gefüllt werden.
Die Karte Stromnutzung ist das Herz des Energie-Dashboards. Sie zeigt Ihnen den Verbrauch und auch die Einspeisung an. Die Ansicht lässt sich zudem auf Stunden, Tage oder Monate konfigurieren. Mit dieser Karte lassen sich u. a. Spitzenverbrauchzeiten identifizieren und so Nutzungszeiten optimieren sowie Energie sparen.
Die Karte PV-Erzeugung zeigt die durch das PV-System erzeugte Leistung. Sie erhalten also eine umfassende Sicht auf die Effektivität der Solaranlage und können so ggf. planen, wann der selbst erzeugte Strom am besten zu nutzen ist.
Die Karte Gasverbrauch hilft Ihnen dabei, den Verbrauch des Hauses oder der Wohnung zu überwachen und potenzielle Einsparungen zu identifizieren.
Die Karte Energieverteilung visualisiert nochmals den gesamten Energiefluss im Haus. Ist ein Speicher konfiguriert, wird auch dieser hier dargestellt.
Die gezeigten Karten zeigen Ihnen die Nettoeinspeisung, den Eigenverbrauch des erzeugen Solarstroms und den Autarkiegrad des Systems an.
Die Karte Detailverbrauch Einzelgeräte zeigt Ihnen die Verteilung des Stromverbrauchs bezogen auf die einzelnen Geräte und über einen definierten Zeitraum.
Die Karte Gesamtverbrauch Einzelgeräte zeigt Ihnen die größten Verbraucher im Haus und sortiert diese automatisch. Der größte Verbraucher steht oben, in absteigender Reihenfolge folgen die weiteren Verbraucher. Damit lassen sich z. B. Geräte identifizieren, die zukünftig gegen effizientere Produkte ersetzt werden könnten.
Mit dem Energie-Dashboard können Sie gezielt Maßnahmen zur Optimierung Ihres Energieverbrauchs ableiten und umsetzen. Die gesammelten Daten helfen dabei, Verbrauchsmuster zu erkennen, und ermöglichen es Ihnen, den Betrieb energieintensiver Geräte besser zu planen. So können Sie beispielsweise den Eigenverbrauch von selbst erzeugtem Solarstrom steigern. Das Ganze zahlt sich gleich doppelt aus: Neben einer finanziellen Einsparung reduziert sich auch Ihr ökologischer Fußabdruck.
Automatisierungen erstellen
Da nun alle erforderlichen Daten im System zur Verfügung stehen, wollen wir diese natürlich auch sinnvoll einsetzen. Die einfachste Form ist hier die Verwendung der Automatisierungsfunktion. Diese ermöglicht es, automatische Entscheidungen in einem „Wenn, dann“-Prinzip zu erstellen. Bild 9 zeigt die fertige Automatisierung.
Beispielsweise lässt sich eine Automatisierung einrichten, welche die Nutzung bestimmter Geräte basierend auf dem aktuellen Energieverbrauch steuert.
Hierzu gehen wir auf „Einstellungen > Automationen & Szenen“. In unserem Beispiel wollen wir ein Klimagerät aktivieren, wenn die Einspeisung einen bestimmten Wert übersteigt. Zudem sollte es im Raum über 23 °C warm sein.
Als Auslöser wählen wir den Sensor, welcher die aktuelle Leistung im System erfasst (hier den HmIP-ESI-IEC). Der Wert sollte länger als 5 Minuten unter -2000 Watt eingespeister Leistung liegen.
Als Bedingung wählen wir den Wandthermostaten des Raumes (hier HmIP-BWTH) und prüfen, ob der Messwert über 23 °C liegt.
Als Aktion wählen wir nun eine Schalt-Mess-Steckdose, in der der Verbraucher eingesteckt wurde. Wenn hier Entitäten von Klimageräten direkt im Home Assistant angesprochen werden können, ist auch dies möglich.
Im Grunde sind hier so gut wie keine Grenzen gesetzt, doch sollte man eine gewisse Vorsicht walten lassen. Nicht nur eine Optimierung des Stromverbrauches kann so erreicht werden, auch ein Mehrverbrauch durch widersprüchliche oder fehlerhaft erstellte Automationen sind möglich. Kommen dann noch Wünsche wie das Laden eines E-Fahrzeugs hinzu, inkl. dynamischer Stromtarife und eines Hausspeichers, ist eine manuelle Erstellung von Automatisierungen kaum noch zu überblicken.
Fazit
Im Bereich Energiemanagement überzeugt der Home Assistant mit einer starken Performance. Dank des einfach einzurichtenden Energie-Dashboards können Nutzer den Energiefluss aller smarten Geräte im Haushalt übersichtlich erfassen und auf dieser Basis Maßnahmen zur weiteren Optimierung ableiten.
Ein großer Vorteil des Systems liegt in der hohen Integrationsfähigkeit: Home Assistant unterstützt zahlreiche Geräte unterschiedlicher Hersteller und ermöglicht so eine flexible und umfassende Steuerung. Allerdings erfordert die Programmierung ein gewisses Maß an Aufmerksamkeit, da auch Wechselwirkungen zwischen einzelnen Geräten berücksichtigt werden müssen. Noch komplexer wird es, wenn beispielsweise aktuelle Stromtarife in die Steuerung einbezogen werden sollen oder auch ein Hausspeicher zu berücksichtigen ist.