Block Speicher Optimierer

Dieser Funktionsbaustein fährt einen Batteriespeicher nach den Strompreisen. Er berechnet aus der Preisreihe, der PV-Prognose und dem Ladezustand einen Fahrplan und gibt daraus einen Leistungs-Sollwert aus: negativ bedeutet Laden, positiv Entladen, 0 Standby. Der Sollwert kann direkt auf den Eingang „Leistung Sollwert“ des Bausteins Marstek Speicher gelegt werden, passt in dieser Form aber auch zu anderen Speichern. Für Anlagen, die stattdessen die Leistung am Netzübergabepunkt erwarten (zum Beispiel Victron mit ESS), steht zusätzlich der Ausgang „Netz Sollwert" bereit — dort bedeutet negativ Einspeisung.

Welche der beiden Größen der Baustein stellt, wird mit dem Parameter Anlagenart festgelegt. Er gehört zur Inbetriebnahme und wird einmal eingestellt:

• Batterievorgabe. Der Baustein gibt die Leistung des Speichers vor und regelt selbst. Regelzyklus, Totband, Regelverstärkung und Rampe wirken. Zu verdrahten ist der Ausgang „Leistung Sollwert“.
• Netzvorgabe. Die Anlage regelt selbst — sie hält den Übergabepunkt auf dem vorgegebenen Wert. Der Baustein gibt deshalb nur den Ausgang „Netz Sollwert“ vor und regelt nicht mit; die Werte der Gruppe Regler sind ohne Wirkung. Zwei Regelungen nebeneinander würden gegeneinander arbeiten.

Der Baustein deckt zwei Betriebsfälle mit einem gemeinsamen Verfahren ab:

• Überschuss verschieben. Die erzeugte Energie wird im Speicher gepuffert und dann abgegeben, wenn sie am meisten wert ist — entweder als vermiedener Bezug im eigenen Haus oder als Lieferung ins Netz.
• Aus dem Netz nachladen. Reicht die Erzeugung nicht, kann der Speicher in einer günstigen Stunde aus dem Netz geladen und später teurer abgegeben werden. Das geschieht nur, wenn die Preisspanne den eingestellten Mindestgewinn übersteigt.

Wie der Fahrplan entsteht. Der Baustein bildet Paare aus einem Ladezeitpunkt und einem späteren Entladezeitpunkt und bewertet jedes Paar mit seiner Marge in Cent je Kilowattstunde. Die Ladekosten enthalten dabei bereits die Verluste beim Laden und Entladen; die Marge ist also der Gewinn, der nach allen Verlusten übrig bleibt.

Bewertet wird immer eine Kombination aus Herkunft der Energie und ihrem späteren Ziel. Dafür werden beide Preise der Preisquelle gebraucht:

Aus dieser Bewertung ergeben sich drei Verhaltensweisen von selbst, ohne dass sie eigens programmiert werden müssten:

• Weil der Bezugspreis stets über dem Einspeisepreis liegt, ist der Eigenverbrauch immer lohnender als das Einspeisen — der Speicher versorgt also zuerst das Haus.
• Aus demselben Grund ist das Laden aus eigener Erzeugung billiger als aus dem Netz — die Erzeugung hat Vorrang.
• Wird die Einspeisung gerade gut bezahlt, steigen die Kosten der PV-Ladung. Der Speicher puffert dann nicht, sondern die Energie geht direkt ins Netz.

Alle Paare werden nach ihrer Marge geordnet und in dieser Reihenfolge bedient, soweit Ladeleistung, Entladeleistung und der Ladezustand es über den ganzen Zeitraum zulassen.

Der Plan gibt nur frei, die Höhe kommt aus der Messung. Steht im Fahrplan „aus Erzeugung laden“, regelt der Baustein anhand der gemessenen Netzleistung genau den Überschuss in den Speicher, so dass möglichst nichts ins Netz abfließt. Steht dort „für den Eigenverbrauch entladen“, wird nur so viel entnommen, wie das Haus gerade zieht. Damit bleibt der Fahrplan auch dann brauchbar, wenn die Prognose danebenliegt.

Ohne gültige Preise arbeitet der Speicher weiter auf Eigenverbrauch, nur die Preisoptimierung entfällt. Der Sollwert wird also nicht einfach auf 0 gesetzt. Über die Einstellung „Verhalten bei Datenausfall“ lässt sich stattdessen Standby wählen.

Die Preisquelle muss nicht verdrahtet werden. Die Bausteine eFriends, AWATTAR und Day ahead Strompreise ENTSO stellen ihre Preisreihe intern bereit; die Auswahl erfolgt über die Einstellung Preisquelle. Eine Börsenpreisquelle kennt nur den Bezugspreis — für die Einspeisung wird dann der eingestellte Einspeisetarif herangezogen. Sind gar keine Preisreihen vorhanden, wählt man die Preisquelle „Feste Preise“: der Baustein rechnet dann mit dem fest eingestellten Bezugspreis und Einspeisetarif. Bei einem gleichbleibenden Preis entsteht kein Lade- oder Entladeplan, der Speicher fährt reinen Eigenverbrauch.

Damit die Rechnung stimmt, müssen die Preise der Quelle die tatsächlich verrechneten Kosten abbilden. Bei den Börsenpreisquellen sind dazu deren Parameter Umsatzsteuer und Aufschlag zu setzen (diese stehen weiterhin am jeweiligen Preisbaustein) — der reine Börsenpreis enthält weder Steuern noch Netzgebühren und würde die Netzladung viel zu günstig erscheinen lassen.

Der Fahrplan wird in dem Abstand neu gerechnet, der unter „Neuberechnung alle" eingestellt ist — ab Werk 15 Minuten. Zusätzlich bei jedem Intervallwechsel, bei neuen Preisen, nach jeder Änderung im Einstellungsdialog, wenn sich die PV-Prognose für heute deutlich ändert und wenn der gemessene Ladezustand deutlich vom Plan abweicht. Die Messwert-Eingänge — Netzleistung, Ladezustand, PV-Leistung, Verbrauch und Batterieleistung — lösen keine Neuberechnung aus; sie ändern sich laufend und werden vom Echtzeit-Regler verarbeitet. Für den Ladezustand gibt es die eigene Abweichungsprüfung, die frühestens eine Minute nach der letzten Berechnung greift.

Aufzeichnung. Der Baustein legt stündlich Netzbezug, Einspeisung, Erzeugung, Verbrauch, Lade- und Entlademenge, den Ladezustand sowie Kosten und Erlöse in Euro ab, aufbewahrt werden zwei Jahre. Angezeigt wird das in den Diagrammen des Bedienelements Block Speicher Optimierer. Die Beträge in Euro entstehen laufend mit dem Preis, der im jeweiligen Moment gilt — sie sind aus Kilowattstunden mal Festpreis nicht herzuleiten, sobald der Tarif stündlich wechselt.
Aufgezeichnet wird nur, was gemessen wird. Ist der Eingang Netzleistung unbelegt, entfallen Bezug, Einspeisung und beide Geldbeträge; ohne PV Leistung die Erzeugung, ohne Batterieleistung Laden und Entladen, ohne Ladezustand dessen Verlauf. Belegt heißt dabei: eine Adresse oder eine Verbindung zu einem Nachbarbaustein. Der Verbrauch wird auch dann aufgezeichnet, wenn nur die PV-Leistung belegt ist — der Baustein rechnet ihn dann selbst.

Jede Berechnung setzt bei jetzt an. Das erste Intervall des Fahrplans ist deshalb kürzer als die übrigen und enthält nur die Energie, die in der verbleibenden Zeit noch untergebracht werden kann. Im Dialog Fahrplan ist der Balken der laufenden Stunde daher die Leistung für den Rest dieser Stunde, nicht ihr Durchschnitt — nach einem Intervallwechsel wächst er wieder auf die volle Höhe.

Verbrauch und PV-Ertrag aufzeichnen. Der Verbrauch eines Hauses hängt an Stunde und Wochentag — ein einzelner fester Wert ist dafür zu starr. Der Baustein misst deshalb im Sekundentakt mit und bildet daraus zwei Profile: den Verbrauch für jede Stunde jedes Wochentags (168 Werte) und den PV-Ertrag als Tagesverlauf über 24 Stunden. Die Einstellung „Grundlast“ gilt nur noch für Stunden, für die es noch keinen Messwert gibt.

Gemessen wird über den Eingang „Verbrauch". Ist er nicht belegt, rechnet der Baustein den Verbrauch aus PV-Leistung, Netzleistung und Batterieleistung — dasselbe Verfahren wie beim Block Energie Monitor. Ist weder der Verbrauch noch die PV-Leistung belegt, findet keine Aufzeichnung statt: ohne die Erzeugung wäre der Mittagswert systematisch zu niedrig, und ein falsch gelerntes Profil wäre schlechter als der feste Wert.

Am Ende jeder Stunde geht der Stundenmittelwert in das Profil ein — nicht als Ersatz des alten Werts, sondern als gleitender Mittelwert mit der eingestellten Lernrate. Vorher werden Ausreißer auf das Vierfache beziehungsweise ein Viertel des bisherigen Werts begrenzt. Ein einzelner ungewöhnlicher Tag — Party, Urlaub, Gewitter — verschiebt das Profil damit nur wenig und klingt über die folgenden Tage wieder ab. Der allererste Messwert einer Stunde wird direkt übernommen, damit eine noch leere Zelle nicht wochenlang gegen den richtigen Wert kriecht.

Eine Zelle wird erst belegt, wenn diese Stunde an diesem Wochentag einmal abgelaufen ist — ein volles Profil braucht also eine Woche. Solange die eigene Zelle noch leer ist, gilt der Mittelwert derselben Stunde über die bereits gelernten Wochentage. Die Tageszeit prägt den Verbrauch weit stärker als der Wochentag, und so wirkt das Profil schon nach dem ersten vollen Tag statt erst nach einer Woche. Erst wenn zu einer Stunde überhaupt nichts gelernt ist, gilt die eingestellte Grundlast. In der CSV-Datei der Diagnose ist die Herkunft je Intervall vermerkt: „Profil", „Profil (Stundenmittel)" oder „Parameter".

Das PV-Profil ersetzt zusätzlich die feste Glocke zwischen 6:00 und 20:00 Uhr: die Tagessumme aus der Prognose wird über den tatsächlich beobachteten Verlauf verteilt, der so von selbst der Jahreszeit folgt. Ist gar keine PV-Prognose angeschlossen, dient das Profil unmittelbar als Erzeugungswert.

Beide Profile werden gespeichert und stehen nach einem Neustart oder dem Einspielen eines Projekts sofort wieder zur Verfügung. Bei eingeschalteter Diagnose gibt der Baustein sie zu jeder vollen Stunde als Meldung aus; eigene Adressen bekommen sie nicht.

Der Fahrplan hat keine Adressen. Sollwert, Bezugspreis und geplanter Ladezustand je Stunde werden als Laufzeitdaten in der Steuerung abgelegt und im Bedienelement Block Speicher Optimierer als senkrechte Balken dargestellt — eine Spalte je Stunde, bis zu 48 Stunden weit. Mehrere hundert Werte je Baustein wären als Adressblock unhandlich.

Was die Aufzeichnung nicht leistet: Feiertage sehen aus wie ein normaler Werktag und ziehen dessen Profil nach unten. Eine längere Abwesenheit senkt die Werte über mehrere Wochen, die Erholung dauert entsprechend lange. Nach einer Woche hat jede der 168 Zellen einen Wert, eingeschwungen ist das Profil nach etwa vier bis sechs Wochen.

Betriebsart, Sperren und Sollwert Hand sind keine Eingänge. Sie werden zusammen mit allen weiteren Einstellungen im Bedienelement Block Speicher Optimierer bedient. Die Anlagenart steht dagegen als Parameter am Baustein.

Das sind die beiden Parameter des Bausteins. Alle übrigen Einstellungen — Betriebsart, Sperren, Batteriedaten, Ladezustandsgrenzen, Preisquelle, Wirtschaftlichkeit, Aufzeichnung und Regler — werden im Einstellungsdialog des Bedienelements Block Speicher Optimierer vorgenommen. Sie liegen in der Steuerung und bleiben beim Einspielen eines Projekts erhalten.

Ohne verknüpftes Bedienelement arbeitet der Baustein mit seinen Vorgabewerten: Automatikbetrieb, Preisquelle automatisch, 10 kWh Kapazität (der Dialog erwartet den Wert in Wh, also 10000), je 2500 W Lade- und Entladeleistung, Ladezustand 10 bis 100 %. Er läuft damit, ist aber nicht auf die Anlage abgestimmt.

Ein Rechtsklick auf den Baustein führt über Gehe zu verknüpftem Element direkt zum Bedienelement. Sind mehrere damit verknüpft, stehen alle zur Auswahl.