Nachtspeicher mit Hoymiles HM-300 + 24V LiFePo4 Batterie

Was ist ein Nachtspeicher bzw. eine Nachteinspeisung?

Ein Batterie-Nachtspeicher ist eine schöne Lösung, die die Energieeffizienz und Nachhaltigkeit in der heutigen Welt der Energieversorgung voranzutreiben und nebenbei noch eine Spielerie. In Zeiten, in denen der Bedarf an umweltfreundlichen Energieressourcen stetig steigt und der Klimawandel eine der drängendsten Herausforderungen unserer Zeit darstellt, erweist sich ein Batterie-Nachtspeicher als eine vielversprechende Technologie. Mit der Fähigkeit, überschüssige Energie während des Tages zu speichern und sie dann bei Bedarf bereitzustellen, trägt dieser Energiespeicher nicht nur zur effizienteren Nutzung erneuerbarer Energiequellen bei, sondern reduziert auch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen. In diesem Beitrag möchte ich euch die Funktionsweise, Vorteile und den Einfluss eines Batterie-Nachtspeichers näher beleuchten und natürlich auch die genaue Bauanleitung geben, um einen solchen Speicher selbst zu bauen.

Was wird benötigt?

(Affiliate-Links)

• Hoymiles HM-300
  Link: https://amzn.to/3QeFz2F
• AhoyDTU
  Link: https://ahoydtu.de/
• 24V LiFePo4 Batterie
  Link: https://amzn.to/3F4m3zE
• Victron IP22 24/16 Blue Smart Ladegerät
  Link: https://amzn.to/3LwjLN5
• Verzögerungsrelais
  Link: https://amzn.to/3rhZeFv
• 10 Ohm Widerstand
  Link: https://amzn.to/3RyfCMs
• Batterie-Kabel, 6mm²
  Link: https://amzn.to/3t3UXWt
• Batterie-Trennschalter
  Link: https://amzn.to/3se25Q3
• 40A Sicherung
  Link: https://amzn.to/3MNe7qE
• Solarkabel mit MC4 Steckern
  Link: https://amzn.to/3PNTPxP
• Ring Kabelschuhe
  Link: https://amzn.to/3RLfABd
• Wago 221-615 COMPACT Verbindungsklemmen
  Link: https://amzn.to/3rt2j5C
• Shelly Plus Plug S
  Link: https://amzn.to/3PPGFBH
• Home Assistant
  Link: https://www.home-assistant.io/

Hoymiles HM-300

Der Hoymiles HM-300 Wechselrichter ist eine Komponente in der Photovoltaik-Branche. Er zeichnet sich durch seine hohe Effizienz und Leistungsfähigkeit aus, wobei er - im Normalfall - die Energieumwandlung von Solarpanels in elektrische Energie optimiert. In unserem Fall, werden wir den Wechselrichter allerdings aus einer Batterie speisen. Mit seiner kompakten Bauweise und modernen Technologie ermöglicht der HM-300 Wechselrichter eine zuverlässige und kosteneffektive Integration.

AhoyDTU

AhoyDTU ist eine auf ESP32 / ESP8266 basierte DTU (Data Transfer Unit), womit man seinen Hoymiles Wechselrichter steuern kann, ohne die teure original DTU kaufen zu müssen.

AhoyDTU wird hauptsächlich benötigt, um die Einspeiseleistung des Wechselrichters anpassen. Ich habe sie bei mir auf fix 150W eingestellt, da ich einen Nachtverbrauch von ca. 180-220W habe.

Wie man eine AhoyDTU selbst baut findet ihr direkt auf der Projekt-Seite: https://ahoydtu.de/

24V LiFePo4 Batterie

Eine LiFePO4-Batterie, auch bekannt als Lithiumeisenphosphat-Batterie, ist eine Batterie, die sich durch ihre besonderen chemischen Eigenschaften auszeichnet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien verwendet sie Lithiumeisenphosphat als Kathodenmaterial. Dieses Material bietet mehrere Vorteile, was die Sicherheit, Langlebigkeit und Stabilität betrifft.

Victron IP22 24/16 Blue Smart Ladegerät

Sehr gutes Ladegerät für LiFePo4 Batterien. Zwar nicht das günstigste, aber definitiv sein Geld wert!

Verzögerungsrelais

Verzögert die voll Last der Batterie zum Wechselrichter. Funktionieren wird es evtl. auch ohne, jedoch ist es für den Wechselrichter sicherlich gesünder, wenn er nicht mit voller Power aufgeweckt wird und es kann auch sein, dass eure BMS (Battery Management System) der Batterie aussteigt, da es von einem Kurzschluss ausgeht.

10 Ohm Widerstand

Um wen Wechselrichter zu schonen, wird ein 10 Ohm Vorschaltwiderstand benötigt. Diese wird dann mit dem Verzögerungsrelais nach kurzer Zeit überbrückt.

Batterie-Kabel, 6mm²

Wird für den Anschluss der Batterie and das Verzögerunsrelais benötigt und vom Ladegerät zur Batterie.

Ring Kabelschuhe

Die Kabelschuhe werden benötigt, damit die 6mm² Kabel an die Batterie angeschlossen werden können. Evtl. benötigt ihr auch noch eine passende Crimpzange dafür.

Wago 221-615 COMPACT Verbindungsklemmen

Mit den Wago Klemmen kann man die Batterie mit dem Relais und dem Wechselrichter sehr einfach verbinden. Da wir 6mm² Kabel nutzen, werden auch die etwas größeren 221-615 Wago´s benötigt.

Shelly Plus Plug S

Ein Shelly Plug ist ein intelligenter Steckdosenadapter, der per App aber auch übert ein Smarthoome System gesteuert werden kann. Er ermöglicht es, herkömmliche Steckdosen in intelligente und fernsteuerbare Geräte umzuwandeln. Der Shelly Plus Plug bietet zudem eine Energieüberwachungsfunktion, die es ermöglicht, den Energieverbrauch der angeschlossenen Geräte zu überwachen und Energieeffizienzmaßnahmen zu ergreifen. Dies ist wichtig, damit wir eine automatische Steuerung unseres Nachtspeichers implementieren können.

Home Assistant

Home Assistant sollte inzwischen vielen ein Begriff sein. Bei unserem Nachtspeicher wird es für die Automatisierung und Überwachung des Lade- und Einspeisevorgangs benutzt.

Schaltplan

Schaltplan für Nachteinspeisung

Die Verkabelung ist recht simpel und sollte für jeden machbar sein.

Der kleine Regler am Verzögerungsrelais stellt ihr am besten vorher ganz nach Links und dann einen Tick nach Rechts. So, dass ihr ungefähr auf 2-4 Sekunden Verzögerung kommt, bevor der Widerstand überbrückt wird.

Automatisierung in Home Assistant

In Home Assistant habe ich insgesamt sechs Automationen angelegt. Sicherlich würde es auch mit weniger gehen, aber ich baue meine Automationen in der Regel so simpel wie möglich auf, und teile sie lieber auf, um so die Fehleranfälligkeit zu verringern und um den Überlick zu behalten.

Batterie-Ladegerät einschalten

Aufgabe:

Schaltet das Ladegerät ein, wenn der überschüssige PV-Strom mehr als 450 Watt (30 Sekunden) beträgt.

YAML-Code:

alias: Batterie-Ladegerät einschalten
description: ""
trigger:
  - platform: numeric_state
    entity_id: sensor.power_grid_fronius_power_flow_0_http_192_168_4_128
    for:
      hours: 0
      minutes: 0
      seconds: 30
    below: -450
condition:
  - condition: device
    type: is_off
    device_id: 5a3a6cdcd42360122ef5e72bf4565aac
    entity_id: switch.batterie_ladegerat
    domain: switch
action:
  - type: turn_on
    device_id: 5a3a6cdcd42360122ef5e72bf4565aac
    entity_id: switch.batterie_ladegerat
    domain: switch
mode: single

Batterie-Ladegerät ausschalten

Aufgabe:

Schaltet das Ladegerät aus wenn der überschüssige PV-Strom weniger als 20 Watt ist.

YAML-Code:

alias: Batterie-Ladegerät ausschalten
description: ""
trigger:
  - platform: numeric_state
    entity_id: sensor.power_grid_fronius_power_flow_0_http_192_168_4_128
    above: -20
    for:
      hours: 0
      minutes: 0
      seconds: 5
condition:
  - condition: device
    type: is_on
    device_id: 5a3a6cdcd42360122ef5e72bf4565aac
    entity_id: switch.batterie_ladegerat
    domain: switch
action:
  - type: turn_off
    device_id: 5a3a6cdcd42360122ef5e72bf4565aac
    entity_id: switch.batterie_ladegerat
    domain: switch
mode: single

Batterie-Einspeisung einschalten

Aufgabe:

Schaltet die Einspeisung bei Sonnenuntergang ein und schickt eine Notification auf das Smartphone.

YAML-Code:

alias: Batterie-Einspeisung einschalten
description: ""
trigger:
  - platform: sun
    event: sunset
    offset: "-00:40:00"
condition: []
action:
  - service: notify.mobile_app
    data:
      message: Einspeisung eingeschaltet
      title: Einspeisung eingeschaltet
  - type: turn_off
    device_id: 5a3a6cdcd42360122ef5e72bf4565aac
    entity_id: switch.batterie_ladegerat
    domain: switch
  - type: turn_on
    device_id: 6fcdb0da7904996011f7ca25b616bd25
    entity_id: switch.shelly_batterie_einspeisung_switch_0
    domain: switch
mode: single

Batterie-Einspeisung ausschalten

Aufgabe:

Schaltet die Einspeisung bei Sonnenaufang aus und schickt eine Notification auf das Smartphone.

YAML-Code:

alias: Batterie-Einspeisung ausschalten
description: ""
trigger:
  - platform: sun
    event: sunrise
    offset: "00:20:00"
condition: []
action:
  - service: notify.mobile_app
    data:
      message: >-
        In den letzten 24h wurden
        {{states('sensor.batterie_entladen_last_24h')|float|round(2)}}kWh
        eingespeist.
      title: Einspeisung ausgeschaltet
  - type: turn_off
    device_id: 6fcdb0da7904996011f7ca25b616bd25
    entity_id: switch.shelly_batterie_einspeisung_switch_0
    domain: switch
  - service: automation.turn_on
    data: {}
    target:
      entity_id: automation.battery_ladegerat_einschalten
mode: single

Batterie aufgeladen

Aufgabe:

Schickt eine Notification aufs Smartphone, wenn die Batterie vollständig aufgeladen ist und deaktiviert das Aufladen.

YAML-Code:

alias: Batterie aufgeladen
description: ""
trigger:
  - platform: numeric_state
    entity_id: sensor.batterie_ladegerat_power
    for:
      hours: 0
      minutes: 5
      seconds: 0
    below: 2
condition:
  - condition: state
    entity_id: switch.batterie_ladegerat
    state: "on"
    enabled: true
action:
  - service: notify.mobile_app
    data:
      message: >-
        Heute wurden
        {{states('sensor.batterie_geladen_today')|float|round(2)}}kWh geladen.
        Ladegerät ausgeschaltet
      title: "Batterie vollständig geladen "
  - type: turn_off
    device_id: 5a3a6cdcd42360122ef5e72bf4565aac
    entity_id: switch.batterie_ladegerat
    domain: switch
  - service: automation.turn_off
    data:
      stop_actions: true
    target:
      entity_id: automation.battery_ladegerat_einschalten
mode: single

Batterie entladen

Aufgabe:

Schickt eine Notification aufs Smartphone, wenn die Batterie vollständig entladen ist und deaktiviert die Einspeisung.

YAML-Code:

alias: Batterie entladen
description: ""
trigger:
  - platform: numeric_state
    entity_id: sensor.shelly_batterie_einspeisung_switch_0_power
    for:
      hours: 0
      minutes: 0
      seconds: 10
    below: 10
condition:
  - condition: state
    entity_id: switch.shelly_batterie_einspeisung_switch_0
    state: "on"
action:
  - service: notify.mobile_app
    data:
      message: "Batterie entladen. Einspeisung deaktiviert. "
      title: "Batterie entladen "
  - type: turn_off
    device_id: 6fcdb0da7904996011f7ca25b616bd25
    entity_id: 45f42684641f4c9623b2ffb7bd826139
    domain: switch
mode: single

Dashboard in Home Assistant

Home Assistant bietet natürlich auch viele Möglichkeiten der Darstellung in einem Dashboard. Bei mir habe ich es recht simpel gehalten und somit habe ich alle relevanten Daten auf einen Blick verfügbar.

Bilder der Installation

Verzögerungsrelais und Verkabelung zwischen Batterie und Wechselrichter

Victron Ladegerät

Shelly Plugs für Einspeisung und Ladegerät

Hoymiles HM-300 und AhoyDTU (in einer Playdoh-Dose)

Batterie in einem Alu-Gehäuse für Wohnmobile

Live-Ansicht in AhoyDTU

Was spart man dabei?

So, die wichtigste Frage für viele. Was spart man dabei? Kurz und knapp: man wird nicht reich damit! Aber ich denke, dass konnte man sich auch schon vorher denken.

Die Rechnung sieht für jeden sicherlich anders aus, da man z.B. auch unterschiedliche Einspeisvergütung hat und die Amortisation sich allein dadurch schon deutlich unterscheiden kann. Für mich habe ich ausgerechnet, dass ich ca. 4-5 Jahre benötige, um die Kosten für Wechselrichter, Batterie, usw. wieder eingespart zu haben. Das ist also ungefähr so lange wie auch bei einem kleinen Balkonkraftwerk und für mich absolut gut! Größere Speichersysteme sind da eher im Bereich 15-20 Jahre und damit wirtschaftlich eher unrentabel, da die Batterie nach 12-15 Jahren auch öfter mal den Geist aufgibt.

Fazit

Ein schönes, spannendes und (für mich) lohnendes Projekt und ich überlege schon, wie es es weiter optimieren kann. Z.B. könnte man noch zwei PV Module über einen Batterielader anschließen und somit die Batterie nicht nur über PV-Überschuss laden, sondern direkt mit zwei Modulen. Dadurch würde mir die Einspeisevergütung nicht entgeht und die Batterie wäre vermutlich genauso schnell geladen.

Ein weiterer Punkt wäre die Einspeisung nicht nur Nachts zu starten, sondern auch über Tag, wenn die PV-Anlage nicht genug produziert, um den Eigenbedarf zu decken. Dann könnte man die Batterie-Einspeisung automatisch starten, den Bedarf möglichst gut decken und dann wieder deaktivieren, sobald die "große" PV-Anlage wieder genug produziert.

Ihr seht, viele Möglichkeiten zur Optimierung und auch zum spielen. Viel Spass damit und bei Fragen, einfach fragen!

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