Energiemanagementsysteme verbinden Photovoltaikanlage, Batteriespeicher, Wallbox, Wärmepumpe und weitere elektrische Verbraucher zu einem intelligent gesteuerten Gesamtsystem. Statt jede Komponente unabhängig zu betreiben, koordiniert ein Energiemanagementsystem die Energieflüsse innerhalb des Gebäudes.
Das Ziel besteht darin, selbst erzeugten Solarstrom möglichst effizient zu nutzen, flexible Verbraucher gezielt zu steuern und den Strombezug aus dem öffentlichen Netz zu reduzieren. Je nach System können außerdem dynamische Strompreise, Wetterprognosen und der Ladezustand eines Batteriespeichers berücksichtigt werden.
Energiemanagementsysteme werden deshalb immer wichtiger. Denn mit Photovoltaikanlage, Elektroauto und Wärmepumpe steigt nicht nur der Stromverbrauch, sondern auch die Zahl der steuerbaren Komponenten im Gebäude.
Inhaltsverzeichnis
- Was sind Energiemanagementsysteme?
- Wie funktioniert ein EMS?
- Welche Komponenten kann ein EMS steuern?
- Sieben Vorteile von Energiemanagementsystemen
- Unterschied zwischen EMS und HEMS
- Energiemanagement mit dynamischem Stromtarif
- Energiemanagementsysteme und § 14a EnWG
- Für wen eignet sich ein EMS?
- Planung und Nachrüstung
- Häufig gestellte Fragen
- Fazit
Was sind Energiemanagementsysteme?
Energiemanagementsysteme, kurz EMS, erfassen, visualisieren und steuern Energieflüsse innerhalb eines Gebäudes oder einer technischen Anlage.
Ein EMS kann beispielsweise erkennen:
- wie viel Strom die Photovoltaikanlage gerade erzeugt,
- wie hoch der aktuelle Stromverbrauch ist,
- ob überschüssige Solarenergie zur Verfügung steht,
- wie voll der Batteriespeicher ist,
- ob ein Elektroauto geladen werden muss,
- welchen Energiebedarf die Wärmepumpe hat,
- wie hoch der aktuelle Strompreis ist.
Auf Grundlage dieser Daten entscheidet das System, wie die verfügbare Energie möglichst sinnvoll genutzt wird.
Der VDE beschreibt ein Energiemanagementsystem als eine Einrichtung, die innerhalb der Kundenanlage den Energie- und gegebenenfalls den Leistungsfluss anhand einer Betriebsstrategie steuert, regelt und visualisiert. Für Systeme im privaten Gebäude wird häufig auch die Bezeichnung HEMS verwendet.
Wie funktioniert ein Energiemanagementsystem?
Ein Energiemanagementsystem benötigt zunächst aktuelle Informationen über die Erzeugung und den Verbrauch im Gebäude. Diese Daten werden unter anderem durch Wechselrichter, Energiezähler, Batteriespeicher und intelligente Messsysteme bereitgestellt.
Das EMS verarbeitet die Messwerte und berücksichtigt die zuvor festgelegten Ziele. Eine mögliche Priorisierung kann beispielsweise so aussehen:
- Der erzeugte Solarstrom wird direkt im Haushalt verbraucht.
- Überschüssige Energie lädt den Batteriespeicher.
- Anschließend wird das Elektroauto geladen.
- Weitere flexible Verbraucher werden eingeschaltet.
- Verbleibende Energie wird in das öffentliche Netz eingespeist.
Die Reihenfolge kann individuell angepasst werden. Für manche Haushalte hat das Elektroauto Vorrang, während andere möglichst viel Energie für den Abend im Batteriespeicher zurückhalten möchten.
Moderne Energiemanagementsysteme können zusätzlich Prognosen einbeziehen. Erwartet das System beispielsweise für den nächsten Tag hohe Solarerträge, kann es den Batteriespeicher zuvor stärker entladen und dadurch Platz für den kommenden Solarstrom schaffen.
Welche Komponenten kann ein EMS steuern?
Der tatsächliche Funktionsumfang hängt vom eingesetzten Energiemanagementsystem und von der Kompatibilität der Geräte ab.
Typischerweise können folgende Komponenten eingebunden werden:
Photovoltaikanlage
Die Photovoltaikanlage liefert Informationen über die aktuelle und bisherige Stromerzeugung. Diese Werte bilden die Grundlage für die Steuerung des Eigenverbrauchs.
Batteriespeicher
Das EMS kann den Ladezustand überwachen und festlegen, wann der Speicher geladen oder entladen wird. Einige Systeme können den Batteriespeicher auch anhand von Wetterprognosen oder dynamischen Strompreisen steuern.
Wallbox und Elektroauto
Bei ausreichend Solarüberschuss kann das Elektroauto automatisch geladen werden. Je nach Wallbox sind unterschiedliche Mindestleistungen, Ladephasen und Steuerungsmöglichkeiten zu berücksichtigen.
Wärmepumpe
Eine kompatible Wärmepumpe kann gezielt in Zeiten hoher Solarstromproduktion oder niedriger Strompreise betrieben werden. Dabei müssen Komfort, Warmwasserbedarf und Gebäudetemperatur weiterhin berücksichtigt werden.
Heizstab und Warmwasserbereitung
Überschüssige Solarenergie kann für die Warmwasserbereitung verwendet werden, sofern eine geeignete Schnittstelle und ein steuerbarer Heizstab vorhanden sind.
Intelligentes Messsystem
Ein intelligentes Messsystem erfasst den tatsächlichen Strombezug und die Einspeisung zeitlich aufgelöst. Es bildet außerdem die technische Voraussetzung für einen dynamischen Stromtarif.
7 starke Vorteile von Energiemanagementsystemen
1. Höherer Eigenverbrauch der Photovoltaikanlage
Energiemanagementsysteme können überschüssigen Solarstrom gezielt im eigenen Gebäude einsetzen.
Produziert die Photovoltaikanlage mehr Energie als der Haushalt aktuell benötigt, aktiviert das EMS geeignete Verbraucher oder lädt den Batteriespeicher. Dadurch muss weniger Energie in das öffentliche Netz eingespeist und später wieder eingekauft werden.
Ein höherer Eigenverbrauch bedeutet jedoch nicht automatisch die vollständige Unabhängigkeit vom Stromnetz. Besonders in den Wintermonaten bleibt bei vielen Gebäuden ein zusätzlicher Netzbezug erforderlich.
2. Automatische Steuerung der Verbraucher
Ohne Energiemanagement müssten Anlagenbetreiber viele Vorgänge selbst überwachen und manuell steuern.
Ein EMS übernimmt diese Aufgabe automatisch. So kann das Elektroauto geladen werden, wenn ausreichend Solarstrom vorhanden ist. Die Wärmepumpe kann bevorzugt in günstigen Zeitfenstern arbeiten und der Batteriespeicher kann auf den erwarteten Bedarf vorbereitet werden.
Der Nutzer muss dadurch nicht ständig die Stromproduktion oder die Preisentwicklung beobachten.
3. Photovoltaik, Speicher und Wallbox als Gesamtsystem
Einzelne Komponenten können technisch einwandfrei funktionieren und trotzdem nicht optimal zusammenarbeiten.
Energiemanagementsysteme koordinieren die unterschiedlichen Geräte. Dadurch entsteht aus Photovoltaikanlage, Speicher, Wallbox und Wärmepumpe ein gemeinsames Energiesystem.
Diese übergeordnete Steuerung ist besonders wichtig, wenn mehrere leistungsstarke Verbraucher gleichzeitig betrieben werden sollen.
4. Nutzung dynamischer Strompreise
Bei einem dynamischen Stromtarif verändert sich der Strompreis während des Tages. Ein EMS kann günstige Zeiträume erkennen und flexible Verbräuche entsprechend verschieben.
So kann es je nach Anlagenkonfiguration sinnvoll sein, das Elektroauto oder den Batteriespeicher in einer günstigen Preisphase aus dem Netz zu laden. Bei hohen Preisen wird dagegen bevorzugt eigener Solarstrom oder gespeicherte Energie genutzt.
Ein dynamischer Stromtarif benötigt ein intelligentes Messsystem, damit der Verbrauch dem jeweiligen Preiszeitraum zugeordnet werden kann. Die Bundesnetzagentur weist zugleich darauf hin, dass dynamische Tarife Chancen, aber auch Preisrisiken mit sich bringen.
5. Mehr Transparenz über die Energieflüsse
Energiemanagementsysteme stellen Erzeugung und Verbrauch übersichtlich dar.
Je nach System können Anlagenbetreiber unter anderem erkennen:
- wie viel Solarstrom erzeugt wurde,
- welcher Anteil direkt verbraucht wurde,
- wie viel Energie der Speicher aufgenommen hat,
- wie hoch die Netzeinspeisung war,
- wann das Elektroauto geladen wurde,
- wie hoch der Netzbezug ausgefallen ist.
Diese Transparenz hilft dabei, das Verbrauchsverhalten besser zu verstehen und mögliche Einsparpotenziale zu erkennen.
6. Begrenzung hoher Leistungsspitzen
Wenn Wallbox, Wärmepumpe, Batteriespeicher und weitere Verbraucher gleichzeitig hohe Leistungen beziehen, kann eine erhebliche Gesamtlast entstehen.
Ein EMS kann diese Leistungsspitzen begrenzen. Es reduziert oder verschiebt einzelne Verbraucher, bevor eine festgelegte Anschlussleistung überschritten wird.
Diese Funktion wird häufig als Lastmanagement oder Peak Shaving bezeichnet. Sie kann insbesondere bei größeren Wohngebäuden, Gewerbebetrieben und mehreren Ladepunkten wichtig sein.
7. Vorbereitung auf zukünftige Anforderungen
Der Energiebedarf eines Gebäudes kann sich im Laufe der Zeit verändern. Eine Wärmepumpe, ein zusätzliches Elektroauto oder ein größerer Batteriespeicher erhöhen die Anforderungen an die Energieverteilung.
Ein erweiterbares Energiemanagementsystem kann neue Geräte später in die bestehende Steuerung einbinden. Voraussetzung ist, dass die eingesetzten Komponenten technisch kompatibel sind und geeignete Schnittstellen besitzen.
Was ist der Unterschied zwischen EMS und HEMS?
EMS ist der allgemeine Begriff für ein Energiemanagementsystem.
Ein HEMS, also Home Energy Management System, bezeichnet speziell ein Energiemanagementsystem für ein Wohngebäude. Inhaltlich überschneiden sich die Begriffe daher häufig.
Während ein HEMS typischerweise Photovoltaikanlage, Batteriespeicher, Wallbox und Wärmepumpe in einem Ein- oder Mehrfamilienhaus steuert, kann ein EMS auch in Gewerbebetrieben, Industrieanlagen oder größeren Quartierslösungen eingesetzt werden.
Der VDE verwendet HEMS ausdrücklich als Begriff für ein Energiemanagementsystem innerhalb einer privaten Kundenanlage.
Energiemanagementsysteme mit dynamischem Stromtarif
Dynamische Stromtarife orientieren sich zeitabhängig an der Entwicklung der Strompreise. Der Arbeitspreis bleibt deshalb nicht über den gesamten Tag konstant.
Besonders interessant wird ein solcher Tarif, wenn größere Strommengen zeitlich verschoben werden können. Dazu gehören beispielsweise:
- das Laden eines Elektroautos,
- das Laden eines Batteriespeichers,
- der Betrieb einer Wärmepumpe,
- die elektrische Warmwasserbereitung.
Ein Energiemanagementsystem kann diese Flexibilität automatisch nutzen. Es betrachtet dafür die Strompreise gemeinsam mit dem Ladezustand des Speichers, dem erwarteten Verbrauch und der prognostizierten Solarstromerzeugung.
Ein niedriger Börsenpreis bedeutet allerdings nicht automatisch, dass der gesamte Endkundenpreis entsprechend niedrig ausfällt. Netzentgelte, Steuern, Umlagen und weitere Preisbestandteile kommen hinzu. Auch besonders hohe oder negative Börsenpreise können je nach Tarif unterschiedlich weitergegeben werden.
Energiemanagementsysteme und § 14a EnWG
Bestimmte neue steuerbare Verbrauchseinrichtungen werden nach § 14a EnWG in die Netzsteuerung einbezogen. Dazu gehören insbesondere private Wallboxen, Wärmepumpen, Klimageräte und Batteriespeicher mit entsprechendem Leistungsbezug.
Bei einer Steuerung über ein Energiemanagementsystem wird nicht zwingend jedes einzelne Gerät direkt durch den Netzbetreiber angesteuert. Stattdessen kann ein EMS eine vorgegebene maximale Bezugsleistung innerhalb der Kundenanlage verteilen.
So kann das Energiemanagement beispielsweise entscheiden, ob während einer zeitweiligen Leistungsbegrenzung die Wärmepumpe, die Wallbox oder der Batteriespeicher bevorzugt versorgt wird.
Die Bundesnetzagentur erläutert, dass die neuen Regeln den schnellen Anschluss steuerbarer Verbrauchseinrichtungen ermöglichen sollen. Gleichzeitig erhält der Netzbetreiber unter bestimmten Voraussetzungen die Möglichkeit, den Leistungsbezug vorübergehend zu reduzieren.
Für wen eignen sich Energiemanagementsysteme?
Energiemanagementsysteme eignen sich besonders für Haushalte und Gebäude mit mehreren Energiekomponenten.
Ein hohes Optimierungspotenzial besteht häufig bei:
- einer Photovoltaikanlage,
- einem Batteriespeicher,
- einer Wallbox,
- einem Elektrofahrzeug,
- einer Wärmepumpe,
- einem dynamischen Stromtarif,
- mehreren steuerbaren Verbrauchern.
Bei einer kleinen Photovoltaikanlage ohne Speicher und ohne flexible Verbraucher kann der zusätzliche Nutzen geringer ausfallen. Trotzdem kann ein einfaches Monitoring sinnvoll sein, um Erzeugung, Verbrauch und Einspeisung sichtbar zu machen.
Vor der Entscheidung sollte deshalb nicht nur der Funktionsumfang des EMS betrachtet werden. Ebenso wichtig sind Gerätekompatibilität, Anschaffungskosten, laufende Gebühren, Datenschutz und die langfristige Verfügbarkeit der verwendeten Schnittstellen.
Energiemanagementsysteme nachrüsten
Auch bestehende Photovoltaikanlagen können grundsätzlich um ein Energiemanagementsystem ergänzt werden.
Vor einer Nachrüstung müssen jedoch mehrere Punkte geprüft werden:
- Welcher Wechselrichter ist installiert?
- Ist ein kompatibler Energiezähler vorhanden?
- Kann der Batteriespeicher extern gesteuert werden?
- Unterstützt die Wallbox eine geeignete Schnittstelle?
- Kann die Wärmepumpe eingebunden werden?
- Besteht eine zuverlässige Internetverbindung?
- Ist der Zählerschrank für die gewünschte Technik geeignet?
- Werden zusätzliche Steuer- oder Kommunikationsleitungen benötigt?
Nicht jedes Gerät lässt sich herstellerübergreifend vollständig steuern. Teilweise können Komponenten lediglich ausgelesen, aber nicht aktiv geregelt werden.
Eine technische Kompatibilitätsprüfung sollte deshalb vor der Auswahl des Energiemanagementsystems erfolgen.