12. Februar 2023
4 Minuten zu lesen

Wie ich meine alte Wärmepumpe an die PV-Anlage gekoppelt habe

Meine Stiebel Eltron Wärmepumpe ist mittlerweile 20 Jahre alt. Vor mittlerweile 7 Jahren hatte ich mit Hilfe ein Tado Thermostat nachrüsten lassen. Nun will ich komplett von Tado weg und die Wärmepumpe über das sowieso vorhandene Loxone System steuern. Zusätzlich kommt die Anforderung dazu, die WP auch gezielt mit Strom von der PV-Anlage zu betreiben. Diese Regelung läuft über das Energie Management System von Solar Manager. Hier zeige ich, wie ich genau diese Regelung umgesetzt habe.

Ausgangslage

Modernere Wärmepumpen mit Netzwerkschnittstellen lassen sich direkt über den Solar Manager und eine dynamische Sollwertoptimierung ansteuern: Dazu am Besten die Liste der unterstützten Wärmepumpen überprüfen. Etwas ältere Modelle haben integrierte sg-ready Schnittstellen und «ganz alte» Wärmepumpen wie mein Modell, müssen manuell optimiert werden.

Herz der Optimierung: Solar Manager
Herz der Optimierung: Solar Manager

Anschluss an WP

Im Schema der Stiebel Wärmepumpe gibt es die Möglichkeit einen Fernversteller anzuschliessen. Hier nutze ich den Schaltkontakt S2 (Klemme X14: Kontakte 2/3) und schliesse diesen mit einem potentialfreien Schalter. So kann ich die Wärmepumpe quasi über einen externen Thermostaten zusätzlich steuern.

Alte Stiebel WP mit Shelly verbinden
Alte Stiebel WP mit Shelly verbinden

Als Aktor nehme ich hier einen Shelly Pro 2, der eignet sich perfekt und die Shelly Pro-Serie hatte ich hier schonmal vorgestellt. Wenn ihr solche Projekte umsetzt, immer gut darauf achten, dass der Kontakt auch potential frei ist. Die «PM»-Geräte von Shelly, haben als Beispiel immer potentialbehaftete Ausgänge. Durch die Nutzung eines Shelly Pro 2, habe noch einen zweiten potentialfreien Kontakt übrig.

Zwei Shelly Pro 2 dienen als Schaltaktoren zur WP-Steuerung
Zwei Shelly Pro 2 dienen als Schaltaktoren zur WP-Steuerung

Sensormanipulation

Mit der obigen Lösung kann ich die WP einigermassen solide ansteuern. Da die Wärmepumpe aber durch den Rücklauf gesteuert ist, wird sie mir je nachdem nur kurze Zyklen fahren oder gar nicht erst anlaufen. Die nötige Lösung hier, nennt sich «Sensormanipulation». Die Wärmepumpe nutzt unter anderem für den Rücklauf und für den Aussenfühler einen sogenannten PT1000. Dieser temperaturabhängige Widerstand hat genau bei 0° C Temperatur einen Widerstandswert von 1000 Ohm. Nun lässt sich dieser manipulieren, in dem ein 25 Kilo-Ohm Widerstand parallel geschalten wird. In dem Fall ändert sich nämlich der Gesamtwiderstandswert ziemlich genau auf 10°C weniger als gemessen. So kann man der Wärmepumpe eine tiefere Aussentemperatur oder eine tiefere Rücklauftemperatur «vorgaukeln». Genau das mache ich beim Rücklauf und so fährt sie gezielt eine längere Laufzeit.

Sensormanipulation des Rücklauffühlers de Wärmepumpe
Sensormanipulation des Rücklauffühlers de Wärmepumpe

Gebäude als Speichermasse

Ziel der ganzen Übung ist es einerseits die Wärmepumpe gezielter zu nutzen, wnen eigener PV-Überschuss vorhanden ist. Andererseits aber auch die durch die intelligente Einbindung der Wärmepumpen ein aktives Thermomanagement zu betreiben. Das heisst das gesamte Gebäude als Speichermasse zu nutzen. Dazu werden die Raumtemperaturen gezielt beeinflusst, so dass bei Solarenergie eine höhere Zieltemperatur gefahren wird als ohne. So kann durch die Gebäudemasse die Energie von einem ertragreichen Tag in die Nacht transportiert werden.

Zur Temperaturüberwachung dient ein Loxone "Room Comfort Sensor Tree"
Zur Temperaturüberwachung dient ein Loxone «Room Comfort Sensor Tree»

Steuerung & Logik

Die Steuerung basiert auf dem SG-ready Signal von Solar Manager. Dies wird an ein zweites Shelly Pro 2 geschickt und dort von Loxone ausgelesen. Die Loxone-Logik ist dann keine Hexerei, grundsätzlich wird als Basis die Raumtemperatur des Wohnzimmers über ein Loxone «Room Comfort Sensor Tree» genutzt. Danach folgende Regelung, gemäss den Betriebszuständen von sg-ready, welche ich für meinen Fall etwas vereinfacht habe:

  • Betriebszustand 1 (1/0):  Sperrung
    Solltemperatur wird um -1 °C reduziert.
  • Betriebszustand 2 (0/0): Normalbetrieb
    Regelung nach Solltemperatur  
  • Betriebszustand 3 (0/1): verstärkter Betrieb
    Erhöhung der Solltemperatur um +2 °C und Manipulation Rücklauf für längere Laufzeit
  • Betriebszustand 4 (1/1): definitiver Anlaufbefehl
    Erhöhung der Solltemperatur um +2 °C und Manipulation Rücklauf für längere Laufzeit
Eine alte WP auf Solaroptimierung trimmen...
Eine alte WP auf Solaroptimierung trimmen…

Abgleich Temperatur

Temperaturmessung ist leider nie ganz genau und exakt. Entsprechend hatte ich den alten Fühler von tado noch mehrere Wochen parallel zum Loxone Fühler in Betrieb gehabt, um die Abweichung festzustellen. Die Abweichung habe ich dann entsprechend im System hinterlegt, so dass wir quasi denselben Komfortbereich wie vorher haben. Position und Fühlertyp sind wichtige

Wärmepumpe nach PV-Produktion optimiert
Wärmepumpe nach PV-Produktion optimiert

Fazit und Resultat

Die Steuerung habe ich in diesem Winter programmiert und umgesetzt. In den letzten 2 Wochen waren die Produktionswerte der PV-Anlage endlich wieder auf einem Niveau, dass die Optimierung arbeiten lässt. Ideale Beispiele wie oben sind dann möglich, wenn der Heizbedarf nicht enorm hoch ist. Bei tiefen Aussentemperaturen um den Nullpunkt in der Nacht, muss auch noch nachgeheizt werden. Besonders die Übergangszeiten mit geringerem Heizbedarf, dürften durch solche Optimierungen komplett ohne Heizen in der Nacht auskommen.

Als nächster Schritt steht bei mir dann noch der hydraulische Abgleich der Bodenheizverteiler an…

Transparenzhinweis: Ich bin beruflich bei Solar Manager involviert.

30 Comments

  1. Raoul

    Hallo Hans,

    Hast du von dem Tado Thermostat eventuell noch die Anschluss Belegung, davon machen wie das Tado Extension Kit am Stiebel Eltron Wärmepumpen Manager verdrahtet ist?
    Denn bei mir im Umfeld (Deutschland) habe ich leider noch keinen Fachhandwerker der sich damit auskennt gefunden.

    Danke und Gruß

  2. David

    Hallo Hans
    Sehr interessanter Bericht, vielen Dank. Habe mir das für meine 15 jährige Viessmann WP auch schon überlegt. Ich habe bei mir aber die Erfahrung gemacht, dass in den Heizmonaten die WP sowieso fast durchgehend läuft und der Solarertrag zu tief ist, respektiv dadurch bereits genutzt wird.
    Ab Übergangszeit und für den Sommer lege ich dann die Wärmepumpe auf die Sonnenstunden auch mit 1-2 Grad höherer Solltemperatur für den Speichereffekt über Nacht, den Boiler lege ich auf 13 Uhr da dieser über die WP am meisten Energie benötigt. Damit kann man bei alten WP mit wenig manuellem Aufwand einen ähnlichen Effekt erzielen, natürlich nicht so perfekt wie bei dir.
    Was noch an Überschuss bleibt, geht ins BEV.

    • Waldo

      Lieber Hans, vielen Dank für diesen Beitrag!

      Guter Einsatz eines Shelly 2 pro. Ich nehme an du hast auch die Manipulation der Aussentemperatur ausprobiert? Das hätte ein Verschieben der Heizkurve zur Folge, was auch ganz spannend sein könnte.

      Ursprünglich hatte ich gedacht die Leistung über ein Potentiometer zu steuern, aber eine parallel Schaltung scheint zu genügen. Toll.

  3. Christoph

    Hallo Hans
    Danke für den tollen Bericht und Gratulation zur idealen Ansteuerung.
    Ich kämpfe immer noch mit einer vernünftigen Ansteuerung mit dem Solarmanager und der WPM3 meiner Stiebel Eltron WPL20. Eigentlich sollte diese als InverterWP dem Bedarf nachfahren aber das tut sie nicht und taktet oft, trotz Pufferspeicher. Auch der Stiebel Service konnte mir bisher nicht weiter helfen.
    Eventuell habt ihr dazu noch ein paar Tipps?
    Danke und Gruess
    Christoph

    • Oliver Joss

      Meine Stiebel Maschine läuft 4 h pro Einschaltung – ohne Speicher. Allerdings schiebe ich bei PV Überschuss nur den Raumsollwert um 1 K nach oben und nutze die Gebäudemasse als Speicher. Ich habe auch keine Raumthermostaten und nutze den vollen Volumenstrom. Da kommen ganz viele Faktoren zusammen. Ein Nachfahren vom Verdichter an den PV Überschuss kann m.E Stiebel nicht.

      • Christoph

        Danke für den Hinweis Oliver. In meinem Fall muss ich leider auf Radiatoren zurückgreifen. Deshalb auch der zusätzliche Pufferspeicher.

        • Renew Consult GmbH

          Du könntest mal versuchsweise über den Solarmanager mit SGready zu regeln und die Temperaturen 5 bis 10K hochziehen. Macht natürlich nur Sinn, wenn man zwischen der geforderten VL Temperatur und der erreichbaren Puffertemperatur ein paar Kelvin dazwischen hat. Wenn die Wärmeverteilung bspws. eh schon 55°C benötigt, dann kann man im Speicher fast nichts puffern. Und die WPL20 unnötig zu stressen würde ich jetzt auch nicht empfehlen 🙂

        • Christoph

          Danke Oliver für den Hinweis. Habe die Stiebel via Modbus TCP an den Solarmanager angebunden, SGready hatte ich vorher und könnte ggf wieder aktiviert werden. Ich werde nochmals versuchen den Sollwert hoch zu schieben, da ich mit deutlich unter 55°C im VL durch komme, müsste da schon noch was im Puffer Platz haben.

    • Simon Maurer

      Ich habe bei meiner Stiebel WPE-i einfach eine Warmwasser-Temperaturerhöhung von 8° gemacht und dafür gesorgt, dass die Hysterese 5° ist. Damit läuft insb. die Warmwasser Produktion immer an, wenn die Sonne scheint. Lässt sich über ISG-Web konfigurieren. Ich steuere dann alles mit Homeassistant über Modbus.
      Die Gebäudemasse heizen wollte ich auch über die WP. Habe dann festgestellt, dass der passive Solarertrag über die grossen Fenster reicht, um das Haus aufzuheizen. Den Puffer wiederum voll aufzuheizen führt zu unnötigen Verlusten, wenn er nicht innerhalb der thermischen Gebäudehülle steht. Der Speicherverlust lässt sich mit HomeAssistant gut visualisieren.

  4. Patrick Mueller

    Ich habe eine ähnliche Einrichtung mit Stiebel Eltron aus dem Jahre 1999. Auch ich habe einen Solarmanager und schalte die Wärmepumpe über einen Shelly am Fernschaltrelais. Die Logik läuft direkt über die Shelly Cloud ohne Loxone. Einen zusätzlichen Temperaturfühler habe ich im Boiler eingesetzt um diese über den Shelly zu erfassen. Den Trick mit dem PT1000 habe ich noch nicht angewandt und werde es gelegentlich testen. Das Hauptproblem das ich habe ist bei Abwesenheit wenn ich die Raumtemperatur auf zum Beispiel 10ºC einstelle. Wenn der Thermostat unterhalb 10ºC die Wärmepumpe zum Laufen bringt wird im Normalfall zuerst der Boiler auf ca. 55ºC aufgeheizt. Das scheint bei Stiebel Eltron so definiert zu sein. Aber ich könnte nun über einen Shelly dem Stiebel Eltron Thermostaten eine höhere Boilertemperatur vorgaukeln.

  5. Waldo

    Lieber Hans

    Hier noch 2 Überlegungen / Bemerkungen

    1) Mir ist aufgefallen dass meine temperatursensorem für den WPMII nicht PT100 sind sondern TF6A. Dh die Widerstände sind etwas anders angesetzt, nicht 39Ohm pro 10 Grad sondern etwas nicht ganz lineares im bereich 150Ohm
    2) Der Shelly Uni https://www.shelly.cloud/en-de/products/product-overview/shelly-uni wäre doch ganz geeignet für den Zweck, ist viel günstiger als der Pro und passt direkt ins Schaltkästkchen von S-E.

  6. Manuel

    Lieber Hans,
    ich verfolge immer mit grossem Interesse deinen Blog und bin begeistert von deinem Ideenreichtum.

    Für weniger technisch visierte und mit einer neueren Wärmepumpen möchte ich gern noch den Hinweis auf die Lastschiebung mittels Zeitprogrammen im Heizungsregler hinweisen.
    – Warmwasserladung um die Mittagszeit, sonst reduziert. Oder mindestens in den frühen Morgenstunden nach dem Duschen blockieren. Dann herrschen die kältesten Aussentemperaturen und die Luft/WP muss viel abtauen
    – Falls möglich in den frühen Morgenstunden nur reduziert, z.B. 20°C heizen, ab 10-16Uhr erhöht auf z.B. 23°C. Mit einer trägen Fussbodenheizung merkt man dadurch keine Comforteinbussen. Klar, diese Regelung arbeitet dann jeden Tag, auch bei keinem Sonnenschein und ohne Wettervorhersage. Aber schlussendlich muss mind. 1x täglich das Warmwasser nachgeladen werden

    Verweise auch gerne auf die Feldmessungen vom WPZ, diese habe ich bis letztes Jahr mitbegleiten dürfen.
    Im Jahresbericht 2022, Abbildung 28 zeigt deutlich die Lastverschiebungen, interessant auch die Heizlast in organge.
    https://www.ost.ch/de/forschung-und-dienstleistungen/technik/systemtechnik/ies/wpz/waermepumpen-feldmessung

  7. Oli

    Wir haben noch eine Gastherme zusammen mit Tado im Einsatz und sind damit sehr glücklich. Wir haben nur ca. 60% Gasverbrauch im Vergleich zur Planung (Energieausweis) und den Nachbarn. Ich habe auch schon mal bei Tado angefragt, ob hier eine Unterstützung von Wärmepumpen möglich ist, aber das wurde dort negativ beantwortet. Daher bin ich positiv überrascht.
    Die Umstellung auf WP steht bei uns auch auf der Agenda, aber wir können aktuell die 3m zum Nachbarn nicht einhalten. Mal sehen, was da in DE noch an gesetzlichen Änderungen kommt oder wohin die Entwicklung der WPen in den nächsten 2j so hingeht.
    Aktuell überlegen wir einen Brauchwasser-Wärmepumpe zu installieren um zB im Sommer komplett vom Gas wegzukommen bzw. Im Winter mit PV und Speicher bzw. Verbrauchsoptimierung hier auch etas zu bewirken.
    Was mir der Artikel hier aber zeigt, ist die hohe Komplexität um eine sehr gute Lösung hinzubekommen. Kein Heizungsinstallateur oder Elektriker wird sowas hinzaubern – das ist noch alles Nerdistan. Wenn noch eine Wallbox dazu kommt, dann wird das (auch mit dem Solar Manager) noch komplexer! Es fehlt an Standards & Gateways damit man die Komponenten EINFACH zusammen betreiben kann. Tado macht das sehr genial – Heizköper an = Heizung an.
    Das ist von der User Journey her gedacht und nicht aus der Sicht eines Nerds mit Hang zur Überoptimierung. Well…
    Warten wir ab, was da noch alles kommt. Kommen muss!!!

  8. Michael

    Wie ist das mit Raumthermostaten oder sind keine vorhanden? Die Lösung mit dem Aufheizen der Gebäudemasse funktioniert ja nur, wenn dauernd «geheizt» wird, sprich der Kreislauf offen ist. Wenn die Temperatur im Zimmer genug hoch ist, geht das Ventil aber zu.

  9. Waldo

    Hat irgend jemand die Spezifikationen der X14 Anschlüsse, also Fernversteller 1 und 3 der Stiebel Eltron? Was wird da übertragen?

  10. Niklaus Lang

    Lieber Hans

    kann man von Dir die Umsetzung in Loxone erhalten (Programmierung der Bausteine)? Ich habe auch eine alte Stiebel WP und habe den Shelly mit den Wiederständen schon eingebaut….

    Liebe Grüsse und vielen Dank für Deine Antwort

  11. Markus

    Hallo Hans
    Ich habe eine Uralt Stiebel-Eltron Wärmepumpe die ich über den Fernversteller etwas Smart machen möchte. Gemäss Schaltplan ist der Fernversteller einfach ein Potentiometer.
    Kann das sein? Hast du eine Ahnung welcher Widerstandswert welchen Effekt bewirkt? Im Idealfall möchte ich mit 1, 2 Widerständen die Temperaturkurve 5 °C nach oben und unten schieben können.

  12. Niklaus Lang

    Lieber Hans
    Ich habe das auch so ähnlich umgesetz. Shelly und Loxone. Kein Solarmanager. Wie bringst Du die WP dazu, dass Sie nur am Tag arbeitet? Ich habe sehr viele Zyklen… Hast Du die Steuerung der WP speziell programmiert? Ich wäre an einem telefonischen oder chat ausstausch mit dir Interessiert… muss nicht Kostenfrei sein… LG Niggi

    • Hans

      Hallo Niggi
      ja man muss die WP noch etwas feintunen, aber da gibt es Experten im Markt, das biete ich nicht an. Habe vor allem an der Heizkurve geschraubt und Solar Manager macht dann Zielvorgaben…

  13. Jürg

    Ich habe unabhängig eine sehr ähnliche Lösung mit meiner Siemens Wärmepumpe und Manipulation des Aussensensors realisiert.
    Achtung: Meine Siemes WP hat die Unart bei tiefen Aussentemperaturen und einer grossen Differenz zwischen Soll- und Istwert des Rücklaufs die Zusatzheizung (Notheizung) dazu zu schalten. Das ist natürlich alles andere als effizient!!!
    Deswegen ist es wichtig tagsüber, wenn die Heizung wieder laufen soll, nicht eine zu tiefe Aussentemperatur vorzugeben und diese erst weiter abzusenken, wenn der Rücklauf schon eine gewisse Grundtemperatur erreicht hat.

  14. Tobias

    Hallo,
    kennst du einen käuflichen universellen Wärmepumpenmanager, der über die NTC Fühler mit jeder Wärmepumpe kompatibel ist. Angeschlossen werden auch genau nur die NTC Fühler, die dann manipuliert werden, zudem ließt der Wärempumpenmanager verschiedenste Energiemanager direkt aus und kann daher auch gut pv- abhängiges Management.
    Es gibt einen und den suche ich, leider ist er mir aus dem Browserverlauf gefallen.
    lg
    Tobias

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