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Aus Raspberry Pi Geek 02/2019

Mit dem RasPi Solarstrom direkt vermarkten

© Andrea Danti, 123RF

Energiekontrolle

Klaus Steinberger

Der Gesetzgeber erschwert das Direktvermarkten von Strom durch technische Hürden: So muss sich die Einspeisung etwa aus der Ferne abschalten lassen. Der RasPi löst das Problem.

Einige Projekte der Energiewende, wie etwa Buzzn [1], propagieren Systeme für lokale Energiegruppen, die es erlauben, Strom untereinander zu teilen. Allerdings ist das für die Stromgeber mit ein paar technischen Hürden verbunden, die der Gesetzgeber den Stromteilern auferlegt.

So wertet der Staat das Stromgeben beispielsweise selbst bei kleinen Photovoltaikanlagen mit einer Produktion unter 10 kW als eine Direktvermarktung, die einen Nachweis der Fernabschaltbarkeit erfordert. Wer sich näher damit befasst, stellt fest, dass es eigentlich darum geht, Stromhändler vor negativen Preisen an der Strombörse zu schützen. Hier hat also einmal mehr die Stromlobby zugeschlagen und eine pragmatische Lösung erschwert.

Die Energienetzbetreiber bieten zur Fernabschaltung relativ teure Rundsteuerempfänger an. Dafür fallen Kosten von etwa 600 Euro alleine für den Empfänger und dessen Montage an. Wechselrichter für Kleinanlagen unter 10 kWp bieten häufig keine Eingänge für die Abschaltung, weswegen der Netzbetreiber den Einbau durch einen Elektriker verlangt. Das treibt die Kosten schnell über die 1000-Euro-Marke.

Da Buzzn beim Ansteuern der Fernabschaltung und deren Nachweis recht flexibel agiert, liegt es nahe, die Fernabschaltung mit einem RasPi selbst zu bauen. Dabei gilt es jedoch, die VDE-Vorschriften zu beachten. Immerhin geht es darum, etliche Kilowatt an Leistung zu schalten. An den Nachbau sollten Sie sich also nur wagen, wenn Sie über entsprechende Kenntnisse der Elektrotechnik verfügen oder einen befreundeten Elektriker einbeziehen können.

Auswahl der Software und Komponenten

Die Suche nach einem einfach zu bedienenden Server führte zu dem in Deutschland sehr verbreiteten FHEM [2]. Ein Raspberry Pi Modell B genügt für diese simple Aufgabe völlig. Da beim vorhandenen Wechselrichter keine Möglichkeit bestand, per Ethernet oder Schalteingang die Einspeisung zu blockieren, muss ein Installationsschütz für die zuverlässige Abschaltung der bis zu 5 kW Leistung des Wechselrichters sorgen.

Ein direktes Ansteuern des Installationsschütz durch den RasPi klappt jedoch nicht. Die im Augenblick verfügbaren Relaisboards erwecken auch nicht gerade den Eindruck, große induktive Lasten bei 230 Volt zuverlässig schalten zu können. Als Installationsschütz kommt ein Hager ESC441 zum Einsatz, das bis zu 40 Ampere Strom sicher schaltet. Es verfügt über vier Öffner-Kontakte. Zwei davon dienen dazu, den einphasigen Wechselrichter allpolig vom Netz zu trennen. Prinzipiell lassen sich mit ihm auch dreiphasige Wechselrichter allpolig trennen.

Abbildung 1: Der Schaltkasten für den Wechselrichter mit Installationsschütz. Er sorgt dafür, die Solarpaneele im Bedarfsfall vom Netz zu trennen.

Abbildung 1: Der Schaltkasten für den Wechselrichter mit Installationsschütz. Er sorgt dafür, die Solarpaneele im Bedarfsfall vom Netz zu trennen.

Da sich auch eine vollständige galvanische Trennung zwischen dem Raspberry Pi und dem Installationsschütz empfiehlt, kommen nur Ansteuerungen über Optokoppler oder funkgesteuerte Relais infrage. Da der Autor kurz vorher eine funkgesteuerte Smarthome-Lösung zum Ansteuern einiger Lichtstromkreise installierte, lag es nahe, diese auch zur Kontrolle des Schütz zu nutzen. Es handelt sich dabei um Aktoren der Firma Eltako, die sich per Enocean-Funkprotokoll [3] ansteuern lassen. Mehr zum Thema lesen Sie im Kasten “Enocean-Steuerung”.

Abbildung 2: Die Eltako-Steuerungsanlage steuert den Installationsschütz an.

Abbildung 2: Die Eltako-Steuerungsanlage steuert den Installationsschütz an.

Zum Regeln des Schütz verwendet der Autor einen noch freien Kanal eines FSR14-Stromstoßschaltrelais; alternativ eignet sich auch ein dezentraler Aktor wie der Eltako FSR61. Der RasPi koppelt an den Enocean-Funk per ENOCEAN-PI-868-Modul an. FHEM unterstützt dieses Modul direkt und lässt sich problemlos in die Enocean-Aktoren einlernen.

Abbildung 3: Über das Enocean-Funkmodul liefert der RasPi Signale an den Aktor, der über den Schütz das Einspeisen des Solarstroms an- oder abschaltet.

Abbildung 3: Über das Enocean-Funkmodul liefert der RasPi Signale an den Aktor, der über den Schütz das Einspeisen des Solarstroms an- oder abschaltet.

Enocean-Steuerung

Zum Ansteuern einiger Lichtstromkreise verwendet der Autor eine Anlage mit RS485-gekoppelten Schaltgeräten. Ein FAM14-Modul koppelt vom Enocean-Funk auf die RS485-Aktoren. Die ansteuernden Taster, Bewegungsmelder und weitere Komponenten werden direkt in die RS485-Aktoren eingelernt; dies geschieht optional auch verschlüsselt. Die Anlage des Autors steuert mittlerweile neben den Lichtstromkreisen und der Fernabschaltung der Photovoltaik auch ein Installationsschütz an, um den Küchenherd stromfrei zu schalten.

Fernabschaltung per Webserver

Theoretisch ließe sich der RasPi per Port-Freigabe ins Internet zugänglich machen, was aber nicht dem Sicherheitsempfinden des Autors entspricht. FHEM kann aber URLs abfragen und zur Steuerung verwenden. Da dem Autor ein virtueller Server bei einem Provider zur Verfügung steht, war das die einfachste Lösung.

Der Server muss lediglich eine Datei im JSON-Format [4] vorhalten. Dafür wurde ein Benutzer mit Restricted Shell [5] eingerichtet, der ausschließlich zwei Skripte ausführen darf, um die Photovoltaikanlage aus- oder einzuschalten. Die sehr einfach gehaltenen Skripte benutzen nur den echo-Befehl, um die JSON-Datei zu schreiben (Listing 1).

Listing 1

#!/bin/bash
# Einschaltbefehl
echo '{ "switch": { "value": "on" } }' > /Pfad/zum/Webserver-Verzeichnis/switch.json
echo "Solareinspeisung freigegeben"

Einrichten des RasPi

Raspbian dient als Grundlage für FHEM [6]. Listing 2 zeigt, wie Sie den Server installieren. Wie FHEM mit Enocean zusammenspielt, erläutert das FHEM-Forum recht ausführlich [7], auch über Enocean finden Sie Informationen [8]. Die Beispielkonfiguration aus Listing 3 definiert das PI868-Modul.

Listing 2

wget -qO - http://debian.fhem.de/archive.key | apt-key add -
echo "deb http://debian.fhem.de/nightly/ /" >> /etc/apt/sources.list
apt-get update
apt-get install fhem

Listing 3

define TCM_ESP3_0 TCM ESP3 /dev/[email protected]
attr TCM_ESP3_0 sendInterval 0
attr TCM_ESP3_0 smartAckMailboxMax 0
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