Solaranlage – das Erwachen der Macht

So langsam wacht die Natur wieder auf und auch die Sonne macht sich langsam wieder bemerkbar. Grund genug nach einigen trüben Monaten mal wieder auf die Solaranlage zu schauen.

Projekt: Solaranlage

Kontakt: Boris Dirnfeldner

Link: – eigenes Projekt –

Nachdem Ende September die Anlage mehr oder weniger in den Winterschlaf gefallen ist, kommen nun wieder sonnenreiche Tage auf. Der Sonnenstand ist nun auch wieder ausreichend hoch, dass die Anlage frühzeitig und beständig Sonne abbekommt. Auch ist die Einstrahlung wieder spürbar besser geworden, was sich sowohl im eigenen Befinden als auch in der Stromerzeugung merklich auswirkt.

Fazit 2020:
Das letzte Jahr (seit dem ersten Aufbau im April ’20) war gezeichnet durch Ausprobieren und Lernen. So ab August war auch ein leistungsfähiges Monitoring dabei, leider für manche Daten schon zu spät. Trotzdem hat sich für die eigenen Ansprüche ein ganz ordentlicher Aufbau ergeben, wenngleich natürlich auch viel Leistung nicht abgerufen werden konnte. Zum Ende hin konnte die Anlage praktisch mit Sonnenaufgang bis zum frühen Nachmittag gute Leistung bringen, dann auch noch ein wenig bis zum späten Abend auf niedrigerem Niveau. Das Ziel, eine zwar weniger optimale, dafür aber lange Versorgung auf (im Vergleich zu optimalen Aufstellungsbedingungen) niedrigeren Niveau konnte gut erreicht werden. Die Spitzenleistung von nur 600W (bei 1040WP Modulleistung) kann bei Sonne gut abgerufen werden und passt auch gut zur Grundlast von ca. 300W (nachts) bzw. 600W (unter Tags). Spitzen kann die Anlage nicht versorgen, dafür gibt es praktisch kaum Einspeisung ins Netz. Da die Anlage keine Vergütung erwirtschaftet, ist diese für mich auch wertfrei, bei zu hohen Werten sogar gefährlich (da der Netzbetreiber hier ungemütlich werden kann). In den Wintermonaten war die Anlage praktisch tot. Zum einen gab es kaum Sonne, zum anderen hat der niedrige Sonnenstand auch verhindert das die Module in Wandmontage überhaupt aus der Verschattung des Nachbarhauses rausgekommen sind. Selbst dann wären die Sonnenzeiten aber kaum relevant gewesen.
In Zahlen hat die Anlage 2020 324 KWh erzeugt, davon wurden 15,5 KWh eingespeist. Das ist an sich noch zu wenig, aber für die Rahmenbedingungen (Auf- und Umbauten sowie Schlechtwetterperioden) trotzdem Ok.

Stand und Ausblick 2021:
Unsere Grundlast hat sich wegen zusätzlichen Geräten und Pandemiebedingungen erhöht. Damit sollte sich der Eigenverbrauch auch verbessern, wobei dieser hier ohnehin nicht kritisch ist.
Da der Aufbau inzwischen final ist und neben wenigen kosmetischen Arbeiten auch nichts mehr geplant ist, sehe ich das Jahr als Referenz für die Ertragsfähigkeit.
Mit der letzten Woche im März ist die Anlage gut aktiv und bringt gerade sehr ordentliche Werte.
Der Ertragsspitzenwert wurde mit 3,8 KWh erreicht am 2.4.2021, der 7-Tage-Durchschnitt (29.3.-4.4.) beträgt 3,3 KWh/Tag. Dieses Jahr wurden bisher insgesamt 112 KWh erzeugt, davon alleine 47 KWh in den letzten 14 Tagen. Das entspricht in etwa den Erwartungswerten der Anlage für den Aufbau (Ausrichtung, Aufständerung und 600W-Limit durch Wechselrichter. Wenn das so weiter geht kann ich mich hier nicht mehr beklagen.

Ausbaumöglichkeiten:
Egal wie gut oder schlecht die Anlage arbeitet, es ist schon toll, wenn aus Sonne relevante Mengen an Strom erzeugt werden, gerade auch mit der schon recht kleinen Anlage. Wie schon im letzten Jahr abgeschätzt ist ein weiterer Ausbau der Grundlastversorgung nur sinnvoll, wenn damit die Grundlast über Nacht versorgt werden kann (da sonst nur Stromspitzen abgefangen werden können). Das bedingt aber eine ganz andere Architektur mit Speicher, und diese ist immer noch zu teuer um sich in vernünftiger Zeit zu amortisieren. Es wird wohl noch ein Paar (wenige) Jahre brauchen bis Stromspeicher hier kostengünstig genug geworden sind, aber dann wird wohl auch eine Ergänzung in diese Richtung angegangen. Aktuell rechne ich mit Amortisationszeiten von >15 Jahren, und das ist so nicht sinnvoll.

Softwareprobleme:
Da die einzelnen Datenlogger schon einige Monate Daten auf Halde klopfen, kann man erste Aussagen zur Langzeitproblemen machen. Neben ein Paar Bugs bzw. Verbesserungen im Startverhalten (z.B. bei Stromausfall) wurde der Datenbankzugriff auf den Loggern optimiert. Der Raspberry Zero im Schaltschrank hatte inzwischen Probleme seine Daten zeitnah in die SQLite-DB reinzukloppen. Da ein anderer Raspi per REST besagte Daten auch regelmäßig abfragt (zur Aggregation) ist es immer wieder zu Konflikten im Datenbankzugriff gekommen. Da die Software hier noch zu wenig fehlertolerant ist, sind immer wieder Werte nicht abgelegt worden. Das Problem hat sich in den letzten Wochen deutlich verschärft, so dass die Software nun zum einen ordentlich zwischen R/O Zugriffen und Schreibzugriff unterscheidet, zum anderen nun die Datenbank mit WAL (Write-Ahead-Log) arbeitet und damit auch am Zero keine Engpässe mehr hat. Als Produkt wäre das System immer noch zu einfach gestrickt, für mich im Hausgebrauch tut es aber erst mal wieder.

Formalien, …:
Solaranlagen bis 600W sind gemäß Gesetz zwar genehmigungsfrei, aber anmeldepflichtig (Stand 2020). Zum einen muss der zuständige Betreiber informiert werden, zum anderen hat man sich in das Marktstammregister entsprechend einzutragen. Wie oft in Deutschland sind diese Prozesse nicht unbedingt komfortabel und mit einigen Detailproblemen versehen. Meine Anmeldung ins Marktstammregister war z.B. lästig, aber überschaubar kompliziert. Daneben habe ich ein Meldeformular vom Betreiber als Fax an ein Kundenzentrum des lokalen Betreibers geschickt und war guter Dinge das damit alles passt.
Das Marktstammregister hat im Hintergrund ein Prüfungsticket an den Betreiber aufgemacht, der die Anlage entsprechend “genehmigen” muss. Primär braucht es das wohl für EEG-Anlagen, ist aber auch bei den Zwergenanlagen so hinterlegt. Im Januar 2021(!) hat mir besagtes Register mitgeteilt, dass mein Netzbetreiber sich hierfür nicht verantwortlich fühlt und ich eine Betreiberkorrektur vornehmen soll. Im Ticket steht dazu, dass die Anlage nicht beim Betreiber angemeldet und damit unbekannt ist. Falls doch, soll ich die Vorgangsnummer dazu angeben. Habe ich nicht, da ich nach dem Fax dazu nichts mehr gehört habe.
Lange Rede, gar kein Sinn, das Fax ging wohl an die (aus der Sicht des Betreibers) falsche Nummer (richtiger Betreiber, aber Verwaltung Kundenzentrum, nicht Kundenzentrum selbst) und wurde kommentarlos ignoriert. Das ganze also neu an eine andere Nummer (auf der gleichen Webseite als Unterpunkt gelistet) und ab da ging das alles dann voran. Zum einen zeitnah eine Bestätigung mit besagter Nummer, zum anderen ein bzw. mehrere Vor-Ort Termine zur Zählerstandsablesung (Wintereinbruch in Bayern). Danach noch etwas Detailklärung und nun ist die Anlage sogar konform angemeldet. Wie immer, wenn man es irgendwie geschafft hat ist es einfach, bis dahin wird man in Verwaltungsmühlen kleingerieben. Sollte ich das nochmal machen ist aber eh wieder alles anders, also unnützes Wissen. Ich kann jedenfalls gut verstehen, dass sich das viele Leute sparen und die Anlage “schwarz” betreiben. Der Sinn ist jedenfalls nicht erkennbar, und bis auf Verwaltungsaufwand bei allen Beteiligten bringt die Registrierung dieser Minianlagen auch keinem was. Ist halt Deutschland…

Fazit
So wie es aktuell läuft bin ich mit der Solaranlage zufrieden und finde es auch toll, dass zumindest für einen kleinen Anteil der eigene Strom eben nicht nur aus der Steckdose kommt. Die Anlage sollte in wenigen Jahren in die Gewinnzone kommen und ist damit sicher eines meiner besseren Projekte. Nicht zu vergessen, das mit den erhobenen Daten auch wieder einiges anzufangen ist.
Und das ganz ohne Cloud, Datenschutzproblemen und kostenpflichtigen Abos, man mag es nicht glauben!

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Zuerst mal die Leistungsdaten der Solaranlage selbst:

Man sieht noch gut die letzten (im Vergleich) sonnenreichen Tage im September und danach die für unser Umfeld typischen dunklen bzw. bewölkten Tage mit starken Nebeneinfluss. Leider müssen wir hier mit ausgeprägtem Nebel am Vormittag rechnen (wohl aufgrund der Nähe zu verschiedenen Flüssen) und danach auch dazu passender Bewölkung. Da tut sich die Sonne hart und schafft es auch an guten Tagen oft erst am späten Nachmittag mal durchzuspitzen. Da steht sie dann aber auch für die Anlage ungünstig, daher gibt es derzeit einfach kaum Leistung aus Sonnenstrom.

In der Konsequenz zeigt sich, dass die Anlage aktuell im Durchschnitt der letzten drei Wochen nur mehr ca. 760Wh pro Tag liefert, also erheblich weniger als noch im Monat davor (Spitzen bis 3KW am Tag). Natürlich kein Problem und auch nicht unerwartet, irgendwie macht es einen aber dann doch melancholisch wenn sich Technik und allgemeine Stimmung so anpassen.
Bei den wenigen Sonnenereignissen konnte ich auch schon feststellen, das mit den nun tiefen Sonnenstand die Module zumeist keine unverdeckte Sonneneinstrahlung sehen (außer um den späten Vormittag rum). Das wäre allerdings auch auf dem Carportdach nicht immer der Fall. Eigentlich kann ich das nur am Hausdach selber noch erreichen, schlicht weil es im Vergleich halt deutlich höher liegt, was ja auch eine Erkenntnis ist.

Die nächsten Monate bleiben hier weiterhin interessant, zumal ich ja immer noch meine ersten Erfahrungen sammle und damit fast jeden Tag neues lernen darf.
Und eine frühere Feststellung war ja schon, dass ohne Sonne halt nix geht.

Also gehabt Euch wohl und freut Euch über jedes bisschen Sonnenlicht!
Ich tue das bestimmt, sowohl wegen der Anlage als auch für die eigene Stimmung.

Nachtrag:
Leider scheint es im Winter mit Solarkraft generell nicht besonders gut zu klappen. Neben der baulichen Einschränkungen und der daraus folgenden Verschattungen sieht es auch mit Sonnenstunden generell mau aus. Ich bin zwar grundsätzlich weiter am überlegen, ob ich vielleicht eine zusätzliche Kleinstanlage dazu baue, allerdings dürfte der Winterertrag trotzdem auf niedrigen Niveau bleiben. Bei einem Kollegen sieht es trotz erheblich besserer Platzierung auch nicht viel besser aus.

Ein Blick auf die Sonnenstunden (Quelle: WetterOnline.de) der letzten 3 Monate zeigt das eigentliche Problem ganz gut:

Die Ertragsdaten der Solaranlage passen hier sehr gut dazu. Das nachfolgende Bild zeigt die Leistungsdaten/Stunde über den Zeitraum, nicht die aufsummierten Tageserträge! Es ist schön zu erkennen, das sich die Ertragsspitzen doch deutlich abgeschwächt haben. Neben den geringeren Sonnenstunden kann die Anlage mit den nun aufgetretenen Verschattungen durch den geringen Sonnenstand auch die vorhandenen nicht mehr so gut nutzen.

Hier nochmals die Leistungsdaten der letzten 4 Wochen. Hier allerdings die Erträge über den jeweiligen Tag aufsummiert. Man kann gut erkennen, das sich bei der Anlage nicht mehr viel tut, auch wenn sich mal ein Paar Sonnenstunden finden.

Ich denke das man ganz realistisch mit einer solchen Anlage primär den Sommer über Vorteile hat, im Winter aber nur noch wenig Nutzen daraus ziehen kann. Das korreliert auch mit den Erfahrungen anderer mit Solarthermie (aus nachvollziehbaren Gründen). Das ist kein Grund gegen eine solche Anlage, aber schon ein Faktor bei der Kalkulation oder Planung.

Smartes Energiemanagement – Trippelschritte voran

Die Solaranlage liefert inzwischen viele nützliche Daten und Strom. Der Stromzähler liefert nun auch entsprechende Details. Eine der Fragen dabei ist, wie ich das Erzeugungsprofil der Anlage und unser Nutzungsprofil zusammen bekomme und welche Profile sind das überhaupt? Und passt die Anlagendimensionierung so oder wäre es doch sinnvoll mehr davon zu haben?

Projekt: Smart Power Manager

Kontakt: Boris Dirnfeldner

Link: – eigenes Projekt –

Situation Solaranlage:
Obgleich so langsam der Herbst da ist und die Anlage nun schon erkennbar weniger Leistung liefert als noch im August, vor allem durch die geringeren Sonnenzeiten und das ausgeprägter bedeckte bzw. nebelige Wetter, kommt dann (wenn die Sonne durchkommt) immer noch einiges rüber. Natürlich immer in Relation zur Anlagengröße (ist ja ein Kleinsterzeuger mit 600Wp).
Das Monitoring ist inzwischen stabil und die meisten Bugs gefixt. Eine Weboberfläche liefert mir sehr genaue Informationen und hat inzwischen auch eine hinreichende Reife.
Eine nun konsequente nächste Frage ist, ob sich eine Erweiterung der Solarerzeugung (z.B. Carportdach oder Hausdach) lohnt und wie das Setup dafür aussehen muss. Oder welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit sich das lohnt?

Situation Monitoring Smartmeter:
In den letzten beiden Wochen konnte ich auch das Erfassen der Daten aus dem Energiezähler im Sicherungskasten stabil bekommen. Es werden nun die Bezugs- und Einspeisedaten sicher erfasst und stehen im Netz zur weiteren Verwertung zur Verfügung. Eine rudimentäre Weboberfläche zeigt mir die aktuellen Daten auch bei Bedarf an, aber da hänge ich eher in der Datenbank, wenn ich was wissen will. Das Smartmeter ist bei den Zählern ist um den Faktor 10 genauer als die Solaranlage (1Wh statt 10Wh) und gibt auch bei Messungen 4x die Minute noch Änderungen sicher an. Da dies auch für den Einspeisezähler gilt, kann die “Ungenauigkeit” der Solaranlage hier etwas ausgeglichen werden.

Konzept Powermanager:
Datenerfassung ist ja ganz lustig, sollte aber auch was bringen. Als erstes benötige ich mal eine Aussage wie es aussieht, wenn ich Strombezug, -verbrauch und -einspeisung miteinander in Bezug bringe.
Da ich die beiden Datenerfassungsgeräte vorerst nicht weiter mit anderen Aufgaben belasten möchte, ist dafür ein weiterer Raspberry im Büro angedacht. Das Teil ist derzeit nur als zentraler MQTT-Server tätig, hat also massig freie Zeit und ohnehin die Rolle einer “Zentrale”.
Auf Basis der bereits vorhandenen Skripte soll es wieder eine vergleichbare Lösung sein, die zum einen die Daten der beiden Logger einsammelt, diese verdichtet und dann in eine eigene Datenbank abspeichert. Relevante Daten werden (erst mal) wieder per Weboberfläche dargestellt.
Zum Einsammeln bieten sich die MQTT-Sendungen der Logger an.

Software:
Einiges an Code ist ja schon vorhanden. Da ich mich über einige Codedubletten ärgere und ein Paar andere technische Schulden, geht es an alle 3 Pakete parallel. Code wird in ein Modul ausgelagert, vereinheitlicht und an ein Paar Stellen robuster gestaltet. Die MQTT-Meldungen mit den aktuellen Daten werden aufgenommen und verdichtet. Es stellt sich allerdings heraus, dass dieses System zwar gut und auch relativ stabil funktioniert, aber auch ziemlich umständlich ist, weil die Verarbeitung ausschließlich extern getriggert wird (durch die MQTT-Pakete) und damit auf viele Dinge geachtet werden muss. Die Lösung erscheint mir in der Folge dann doch zu anfällig und komplex, daher wurde das Konzept umgestellt auf eine Erfassung durch REST-Anfragen an die Logger direkt auf die Datenbanken. Dazu wurden in den beiden Skripten, die für die Weboberflächen zuständig sind, zusätzlich eine RESTful-Api reingepackt (die Oberfläche hat bereits eine Flask-basierende Basis) über die ich SQL-Anfragen ausführen kann. Damit bin ich wieder bei aktiven Anfragen basiert auf Scheduler-Zeitsteuerung und weg von den vielen Sonderfällen der event-basierten Bearbeitung. Derzeit laufen beide Schienen parallel, was mir die Prüfung der Daten erleichtert. Im Ergebnis bekomme ich nun die Daten für die Stromerzeugung, Strombezug und Stromeinspeisung in Tabellen gepackt in den Auflösungen Minute, Stunde und Tag. Dazu wird der Eigenverbrauch (also Erzeugung – Einspeisung) und der komplette Stromverbrauch berechnet (also Solarstromverbrauch + Bezug). Da die Solaranlage nur in 10Wh-Schritten die Zähler aktualisiert, sind Auflösungen <1 Minute hier nicht mehr sinnvoll.

Erste Erkenntnisse:
Die Daten sind ein wichtiger Schritt vorwärts. Leider funktioniert die exakte Korrelation auf Minutenbasis wegen der geringeren Messauflösung der Solaranlage nicht so gut, wenn nicht viel Sonne da ist (mehrere Minuten nix, dann wieder ein Block von 10Wh). Spätestens auf der Ebene Stunde ist das aber egal. Zur Erkennung einer Überversorgung durch die Solaranlage kann ich aber mit den Daten des Smartmeters arbeiten. Ich sehe weiterhin eine fast vollständige Verwertung der erzeugten Leistung, allerdings auch Überschuss, wenn die Sonne mal Gas gibt. Die Solaranlage ist damit recht gut für die Grundlastversorgung ausgelegt. Durch die Messauflösung von einer Minute kann ich auch gut Verbrauchsprofile sehen, z.B. wenn der Backofen aktiv ist. Damit kann ich nun ziemlich genau sagen, wann ich welche Energiemengen benötige (und wann nicht). Dampfbügeleisen und Backofen sind hier wohl die Könige des Strombezugs, dann Herd, Geschirrspüler und Waschmaschine.

Verbrauchs- und Erzeugungsdaten:
Über Nacht zieht das Haus aktuell etwa 250W. Tagsüber liege ich etwa 100W drüber. Damit brauche ich ca. 6KWh täglich zur Grundversorgung. Im realen Verbrauch sehe ich 10-12 KWh an normalen Tagen. Die Solaranlage lieferte an guten Sonnentagen bis zu 617W (Begrenzung durch den Wechselrichter), über den Tag aktuell bis zu 3 KWh, an optimalen Tagen knapp 4 KWh maximal.
Die Einspeisung ist vernachlässigbar (seit April 14 KWh), aber an guten Sonnentagen in der Spitzenzeit gut erkennbar.

Solaranlage erweitern oder nicht?
Es zeichnet es sich jetzt schon ab, dass ich mit zusätzlicher Anlagenleistung ohne Speichermöglichkeit meistens nichts anfangen kann bzw. nur relativ kurze Spitzenphasen besser abdecken kann. Damit ist auch erst mal die Frage einer Anlagenerweiterung vom Tisch, bis ich entweder einen bezahlbaren Stromspeicher finde oder geeignete Verbraucher mit Steuerungsmöglichkeit. Das Einspeisen ins Stromnetz ist derzeit eher unattraktiv, weil die Refinanzierungszeiten mir persönlich da noch deutlich zu lange sind und die Erträge zu gering. Erste Angebote mit Speichermöglichkeiten über die Netzversorger (“Strom-Cloud”) finde ich zwar konzeptionell interessant, sind allerdings auch bisher nicht attraktiver als Einspeisung und günstiger Ökostrombezug. Umgekehrt sind die Stromspeicher auch noch zu teuer, was wiederum zu lange zur Refinanzierung braucht. Und nur zum Spaß ist mir das Ganze dann derzeit zu aufwändig und auch zu teuer.

Weiterer Ausblick:
Mit dem direkten Vergleich Einspeiseleistung gegen Bezugsleistung kann ich nun Schaltschwellen für Verbraucher definieren, die nur bei Sonnenstromüberschuss laufen sollen.
Die Logik dafür kann im Logger des Smartmeters dazu gebaut werden und dann z.B. über MQTT wieder entsprechende Benachrichtigungen verteilen.
Ein erster Kandidat wird wohl eine Umwälzpumpe zur Algenbekämpfung im IBC-Wassertank sein, auch als Proof-of-Concept. Die Poolpumpe bleibt ein ständiger Kandidat, und mit etwas guten Willen und Zeit finden sich sicher weitere Kandidaten.
Ein kleiner Stromspeicher mit steuerbarer Leistungsregelung wäre eine Idee um mehr (zusätzliche) Solarleistung nutzbar zu machen, verbietet sich aber derzeit noch aus Kostengründen.
Vorerst werden aber fleißig weiter Daten gesammelt, auch um eine bessere Idee zu bekommen wie die Jahreszeiten hier Einfluss nehmen.

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