In modernen Gebäuden kommen immer mehr elektrische Systeme zusammen: Eine Photovoltaikanlage erzeugt Strom, ein Batteriespeicher nimmt Überschüsse auf, die Wärmepumpe versorgt das Gebäude mit Wärme und an der Wallbox lädt das Elektroauto. Werden diese Komponenten unabhängig voneinander betrieben, bleiben jedoch häufig wertvolle Möglichkeiten zur Optimierung ungenutzt.
Ein Energiemanagementsystem vernetzt Erzeuger, Speicher und Verbraucher. Es erfasst die aktuellen Energieflüsse und steuert angeschlossene Anlagen nach festgelegten Prioritäten. Dadurch kann selbst erzeugter Solarstrom gezielter genutzt, der Netzbezug reduziert und der Betrieb leistungsstarker Verbraucher besser koordiniert werden. Genau dieses Zusammenspiel aus Erzeugung, Speicherung und Verbrauch bildet den Kern smarter Energiesysteme.
Ein Energiemanagementsystem – im Einfamilienhaus häufig als HEMS, also Home Energy Management System, bezeichnet – ist die zentrale Steuerung der energietechnischen Anlagen innerhalb eines Gebäudes. Nach der Definition des VDE überwacht, steuert oder regelt es Energie- und Leistungsflüsse anhand einer festgelegten Betriebsstrategie und stellt die wichtigsten Daten für die Nutzer sichtbar dar.
Das System beantwortet laufend Fragen wie:
Aus diesen Informationen leitet das Energiemanagement passende Steuerungsentscheidungen ab.
Der genaue Aufbau hängt vom Gebäude und von der vorhandenen Technik ab. Typische Bestandteile eines smarten Energiesystems sind:
Photovoltaikanlage:
Sie stellt selbst erzeugten Strom bereit. Das Energiemanagement erkennt die aktuelle Leistung und verteilt verfügbare Überschüsse auf geeignete Verbraucher oder Speicher.
Batteriespeicher:
Er nimmt Solarstrom auf und stellt ihn zu einem späteren Zeitpunkt wieder zur Verfügung. Das System kann festlegen, wann geladen oder entladen wird.
Wärmepumpe:
Eine Wärmepumpe kann bevorzugt dann arbeiten, wenn viel eigener Solarstrom vorhanden oder Netzstrom günstig ist. Wärme- und Warmwasserspeicher ermöglichen dabei eine zeitliche Verschiebung des Energieverbrauchs.
Wallbox:
Die Ladeleistung des Elektroautos lässt sich an den verfügbaren Solarüberschuss, die maximale Anschlussleistung oder eine gewünschte Abfahrtszeit anpassen.
Smart Meter beziehungsweise Energiezähler:
Messgeräte erfassen die Stromflüsse am Netzanschlusspunkt. Dadurch weiß das System, ob das Gebäude gerade Strom bezieht oder einspeist.
Steuerbare Haushaltsgeräte:
Je nach Hersteller und Schnittstelle können auch Waschmaschine, Geschirrspüler, Klimaanlage oder weitere Verbraucher einbezogen werden.
Fraunhofer ISE beschreibt Energiemanagementsysteme als zentrale Steuerungselemente, die Photovoltaikanlagen, Wärmepumpen, Stromspeicher, Wallboxen und Wechselrichter wirtschaftlich und technisch aufeinander abstimmen können.
Ein Energiemanagementsystem arbeitet meist in drei Schritten: messen, bewerten und steuern.
Zunächst erfasst es die aktuelle Stromerzeugung und den Verbrauch. Ergänzend können Wetterprognosen, erwartete Fahrzeiten, Speicherstände oder Strompreise berücksichtigt werden. Anschließend bewertet die Software, welche Nutzung im jeweiligen Moment sinnvoll ist.
Ein mögliches Beispiel:
Auf diese Weise kann die Regelung laufend auf veränderte Bedingungen reagieren. Forschungsprojekte des Fraunhofer ISE nutzen entsprechende Steuerungen, um Erzeugung und Verbrauch für die nächsten Stunden abzuschätzen und Wärmepumpe, Ladesäule und Speicher koordiniert zu betreiben.
Viele Energiemanagementsysteme werden zunächst eingesetzt, um möglichst viel eigenen Photovoltaikstrom direkt zu nutzen. Eine gute Steuerung kann jedoch noch weitere Aufgaben übernehmen:
Welche Strategie sinnvoll ist, hängt vom Gebäude und von den Prioritäten der Nutzer ab. Ein Haushalt kann beispielsweise den Batteriespeicher für die Abendstunden reservieren, während ein Unternehmen vor allem teure Lastspitzen vermeiden möchte.
Smart Home und Energiemanagement werden häufig miteinander verwechselt. Ein Smart-Home-System steuert typischerweise Beleuchtung, Rollläden, Raumtemperaturen, Sicherheitstechnik oder Komfortfunktionen.
Ein Energiemanagementsystem konzentriert sich dagegen auf die Energie- und Leistungsflüsse. Es entscheidet beispielsweise, ob Solarstrom in den Batteriespeicher fließt, die Wallbox versorgt oder für die Wärmepumpe genutzt wird.
Beide Systeme können miteinander kommunizieren. Sie erfüllen jedoch unterschiedliche Aufgaben. Für eine zuverlässige Energieoptimierung sind genaue Messwerte, kompatible Schnittstellen und eine geeignete Betriebsstrategie wichtiger als möglichst viele Komfortfunktionen.
Eine der größten Herausforderungen liegt in der Zusammenarbeit von Geräten unterschiedlicher Hersteller. Photovoltaik-Wechselrichter, Speicher, Wärmepumpe und Wallbox müssen entweder direkt miteinander kommunizieren oder vom zentralen Energiemanagement unterstützt werden.
Vor der Anschaffung sollten deshalb folgende Punkte geklärt werden:
Technische Standards und gemeinsame Kommunikationsmodelle sollen die Interoperabilität zwischen Wallboxen, Wärmepumpen, Speichern und Photovoltaik-Wechselrichtern verbessern. Der VDE bezeichnet diese geräteübergreifende Kommunikation als wichtige Grundlage für die Digitalisierung der Energiewende.
Neue Wallboxen, Wärmepumpen, Stromspeicher mit Netzbezug und Klimaanlagen mit einer Anschlussleistung von mehr als 4,2 Kilowatt fallen grundsätzlich unter die Regelungen für steuerbare Verbrauchseinrichtungen. Bei einer akuten lokalen Netzüberlastung darf der Netzbetreiber deren Netzbezug vorübergehend reduzieren. Der normale Haushaltsstrom bleibt davon unberührt; für die steuerbaren Anlagen muss eine Mindestleistung bereitstehen. Im Gegenzug erhalten Betreiber eine Reduzierung der Netzentgelte.
Sind mehrere steuerbare Geräte vorhanden, kann ein Energiemanagementsystem die vom Netz vorgegebene Gesamtleistung innerhalb des Gebäudes verteilen. So kann beispielsweise die Wärmepumpe priorisiert werden, während die Wallbox ihre Leistung vorübergehend reduziert.
Besonders sinnvoll ist ein HEMS, wenn mehrere Energieanlagen miteinander verbunden werden sollen. Das gilt beispielsweise für Haushalte mit Photovoltaik, Batteriespeicher, Wärmepumpe und Elektroauto.
Auch bei Gewerbeobjekten kann eine intelligente Steuerung Vorteile bieten, wenn hohe Leistungen, mehrere Ladepunkte oder schwankende Verbrauchsprofile berücksichtigt werden müssen.
Bei einer kleinen Photovoltaikanlage ohne Speicher und ohne flexible Verbraucher reicht dagegen möglicherweise eine einfache Verbrauchsvisualisierung. Entscheidend ist nicht die größtmögliche technische Ausstattung, sondern ein System, dessen Funktionen zum tatsächlichen Bedarf passen.
Ein Energiemanagementsystem sorgt dafür, dass Photovoltaikanlage, Speicher, Wärmepumpe und Wallbox nicht unabhängig voneinander arbeiten. Es macht Energieflüsse sichtbar, legt Prioritäten fest und passt den Betrieb automatisch an Erzeugung, Verbrauch und Nutzeranforderungen an.
SuS Smarte Energie entwickelt smarte Energiesysteme als ganzheitliche Lösungen für private und gewerbliche Gebäude. Dabei werden Erzeugung, Speicherung, Gebäudetechnik und E-Mobilität so miteinander verbunden, dass ein effizientes, erweiterbares und alltagstaugliches Gesamtsystem entsteht.
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