Smart Green Home: Daten, Daten, Daten

Im vorangegangenen Artikel habe ich beschrieben, wie unser Zielbild aussieht und welche Hürden bei der Implementierung zu überwinden waren. Jetzt stehen die wichtigsten Komponenten aus Wärmepumpe und PV-Anlage, jedoch lief die Inbetriebnahme nicht ohne neue Herausforderungen und nervige Fehler. Zudem fehlen anfangs noch wichtige Daten, die es zu erfassen gilt.

Wenn DHCP zum Hindernis für das »Nach-Hause-Telefonieren« wird

Die Solateure waren wirklich schnell. Kaum stand das Gerüst, war die thermische Solaranlage schon demontiert und die Montage der PV-Anlage ging los. Innerhalb eines Tages waren alle Panels auf dem Dach, der Wechselrichter an der Wand und der Akku aufgebaut. Die Euphorie war groß, wurde aber sofort eingebremst.

Zur Inbetriebnahme von Wechselrichter und Akku-System waren umfangreiche Software-Updates erforderlich. Zwar wird die von uns gewählte Kombination so als Komplettsystem angeboten, aber Akku und Wechselrichter können ohne neue Software nicht zuverlässig miteinander reden. So ein Update soll schnell gemacht sein: Über eine App mit einem Installateurszugang wird das Update angestoßen, über die Verbindung, die der Wechselrichter zur Hersteller-Cloud hat, heruntergeladen und schließlich installiert. In der Theorie.

In der Praxis hat sich der Wechselrichter trotz korrekter WLAN-Zugangsdaten nicht mit der Hersteller-Cloud verbinden wollen. Geplant war zwar ein kabelgebundener Netzwerkanschluss, aber das dafür erforderliche Modul musste erst noch geliefert werden – und forderte seinerseits auch eine aktuellere Firmware des Wechselrichters für den Betrieb. Zum Glück hatte der Elektriker einen mobilen Hotspot dabei, über den die Verbindung dann letztendlich gelang und die Updates eingespielt werden konnten. Da ich perspektivisch sowieso auf ein rein lokales Monitoring setzen wollte, betrachtete ich das Problem zunächst als ärgerlich, aber nachrangig.

Doch woran scheiterte die Verbindung in meinem WLAN? Das habe ich erst Wochen später herausbekommen. Das Hin und Her mit dem GoodWe-Support in dieser Sache war nicht zielführend, weswegen ich mir an einem ruhigen Abend sämtlichen Netzwerkverkehr des Wechselrichters genauer anschaute. Ich protokollierte alle Pakete ab dem Einschaltzeitpunkt. Man konnte wunderbar DHCP Requests und Responses sehen – und im Anschluss daran den Versuch von DNS-Queries an die Gateway-Adresse anstatt an die zugewiesenen DNS-Server.

Es handelt sich um einen Fehler in der Implementierung des DHCP-Clients des Kommunikationsmoduls des Wechselrichters. Zwar bekommt es die korrekten Informationen vom DHCP-Server, verwendet diese aber fehlerhaft:

So stellte ich das Kommunikationsmodul von DHCP auf statische Konfiguration um – und plötzlich gab es eine Verbindung zum Hersteller-Portal.

Diese Fehleranalyse habe ich mit weiteren ausführlicheren Angaben dem Hersteller des Wechselrichters zur Verfügung gestellt, habe jedoch bisher keinerlei Rückmeldung erhalten.

WLAN-Sicherheit für Anfänger

Doch nicht nur als Client bringt das Kommunikationsmodul des Wechselrichters Überraschungen mit sich. Es strahlt außerdem selbst ein WLAN aus, mit dem sich der Installateur zur Konfiguration verbinden kann. Dass die Verwendung des Standard-Passworts 12345678 keine gute Idee ist, hat der Hersteller auch erkannt und bietet daher in der Inbetriebnahme-App die Änderung dieses WLAN-Passworts an. Man kann nun immerhin auf 16 Buchstaben und Zahlen verlängern. Das ist aber auch nicht das, was ich als starkes WLAN-Passwort akzeptiere – zumal es bei dem Wechselrichter keine Monitoring-Möglichkeiten im Bezug auf fehlgeschlagene oder erfolgreiche Anmeldungen gibt.

Schon kurz nach der Inbetriebnahme ist mir jedoch aufgefallen, dass auf Port 80 des Wechselrichters in diesem Konfigurations-WLAN ein Webserver lauscht. Dieser fragt zwar nach einem Benutzernamen und einem Kennwort, doch direkt der erste Versuch mit admin / admin führte zum erfolgreichen Login. Auf diesem Web-Interface konnte man dann (zu diesem Zeitpunkt noch undokumentiert) das WLAN-Passwort in ein starkes Kennwort ändern und sogar die SSID »verstecken«. So gefiel mir das schon besser.

Modbus-basiertes Monitoring der PV-Anlage liefert erste sinnvolle Daten

Da anfangs die Verbindung der PV-Anlage zum Hersteller-Portal nicht funktionierte und damit die App unbrauchbar war, kümmerte ich mich früher als geplant um ein lokales und unabhängiges Monitoring. Da inzwischen das neue LAN/WLAN-Modul für den Wechselrichter geliefert wurde, stand mir nun Modbus-TCP zur Verfügung. Dank einer einigermaßen brauchbaren Dokumentation der relevanten Register des Wechselrichters konnte ich mir schnell ein Go-Programm bauen, welches die Daten einsammelt und in eine InfluxDB schreibt. Von da aus war das Grafana-Dashboard eine Fingerübung.

Mehr Details zur Implementierung dann in einem späteren Teil dieser Serie.

Auch als die Verbindung wieder funktionierte: Die Hersteller-App ist wirklich nur ein grobes Schätzeisen. Die Werte, die die App anzeigt, werden nur maximal alle 5 Minuten aktualisiert und das System benötigt zwischen 30 und 60 Minuten, um zu erkennen, dass die Anlage offline ist. Für ein Monitoring nah an Echtzeit ist das natürlich nicht brauchbar.

Montage der Wärmepumpe dauert länger als gedacht – warmes Wasser gibt es trotzdem

Nachdem der Pufferspeicher nach all den Widrigkeiten aufgestellt und an das Hauswassernetz angeschlossen war, kam es zu einigen Verzögerungen bei der Inbetriebnahme der Wärmepumpe. Doch zum Glück gab es noch massig Sonne auf die frisch installierte PV-Anlage und der PV-Heizstab konnte auch schon eingebaut werden. Nach der Befüllung des Speichers konnten wir ihn mit dem Heizstab und Solarstrom komplett aufheizen.

So hatten wir nur für einen sehr kurzen Zeitraum kein warmes Wasser: Von der Demontage des alten Speichers bis zur provisorischen Inbetriebnahme des neuen Speichers vergingen nur zwei Tage, die sich problemlos überbrücken ließen.

Durch die glückliche Dreierkombination von »Anlagenwechsel im Sommer«, »PV-Heizstab im Pufferspeicher« und »PV-Überschuss ab Tag 1« hatten wir keine nennenswerten Einschränkungen, obwohl es sich um eine so massive Maßnahme handelte.

LAN-Interface vorhanden, aber lokal unbrauchbar

Auch die Wärmepumpe liefert unerwartete Herausforderungen für das lokale Monitoring. Mitgeliefert wurde ein LAN-Modul vom Typ »MX400«, welches sich problemlos mit dem Hersteller verbunden und Firmware-Updates ermöglicht hat. Die Registrierung der Anlage in der Buderus-App war sehr einfach und man konnte auch ein paar wenige Daten und den Betriebszustand ablesen.

Nun sollten auch diese Daten in das lokale Monitoring überführt werden. Doch das hat sich mit den Mitteln des LAN-Moduls als unmöglich herausgestellt. Nach kurzer Recherche musste das Vorhaben aufgegeben werden: Buderus bietet dem Endkunden keine lokale API mehr an. Es gibt zwar die Möglichkeit, sich einen lokalen API-Zugang freischalten zu lassen, das steht aber nur ausgewählten kommerziellen Buderus-Vertragspartnern zur Verfügung¹.

Klares Learning: Man muss sich vorher genau über die Möglichkeiten informieren, die Netzwerkanschlüsse von smarten Gerätschaften liefern. Dann kann man sich im Zweifelsfall viel Geld sparen. Da auch die Informationsgewinnung und Bedienung über die Buderus-App stark eingeschränkt wirkt, hat sich der Kauf auf keinen Fall gelohnt.

Vernünftiges Verbrauchsmonitoring für die Wärmeerzeugung

Aber noch ist nicht alles verloren, was die Überwachung der Wärmepumpe angeht.

Da ich mindestens die elektrische Verbrauchsseite von Wärmepumpe und PV-Heizstab im Blick behalten wollte, habe ich in die neue Unterverteilung für die Wärmepumpe zwei 3-Phasen-Stromzähler vom Typ B+G e-tech DS100 einbauen lassen. Für den PV-Heizstab hätte zwar auch ein 1-phasiger Zähler gereicht, den hatte ich aber gerade nicht griffbereit, als der Elektriker da war und alles anschließen wollte.

Der Zählertyp verfügt über einen Zweidraht-RS485-Anschluss, der Modbus-RTU spricht. In Verbindung mit einem RS485-LAN-Gateway habe ich eine tolle Möglichkeit erhalten, nahezu live die Stromverbrauchsdaten und Leistungsaufnahmen der beiden Wärmeerzeuger im Blick zu behalten. Bei beiden Zählern wurden unterschiedliche Modbus-Client-Adressen eingestellt und sie wie folgt zusammen mit Abschlusswiderständen mit dem Gateway verbunden:

Wie die konkrete Implementierung dieser Datensammlung aussieht, erläutere ich in einem der nächsten Teile dieser Serie.

Zwischenfazit

Die anfänglichen Schwierigkeiten sind überwunden: Photovoltaik und Wärmepumpe versorgen das Haus. Überschüssiger Strom wird vom PV-Heizstab in Wärme im Pufferspeicher umgewandelt. Wird mehr Strom gebraucht, wird dieser als Ökostrom eingekauft. Der CO₂-Fußabdruck unseres Haushalts ist ab sofort erheblich kleiner geworden.

Und so geht es weiter

Jetzt geht es an die Implementierung des lokalen und herstellerunabhängigen Monitorings. Der nächste Artikel erläutert den Tech Stack und gibt einen Einblick in den Betrieb der Lösung. Außerdem wird auf herstellerspezifische Herausforderungen eingegangen und eine Lösung für das »Buderus-Problem« erörtert.

Interessant?

Ich freue mich, per E-Mail von Dir zu hören, wenn Du eigene Erfahrungen diskutieren möchtest oder gerade selbst ein ähnliches Projekt planst.