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  Smart Lüfter via powerfox (poweropti)

Verheizen statt Einspeisen - Überschüssigen Solarstrom zum Heizen nutzen

Worum dreht es sich?
Es geht darum, überschüssigen Solarstrom selbst zu nutzen, anstatt es dem Netzanbieter hinterherzuwerfen. Entstanden ist das Projekt Anfang 2022, als die Garpreise quasi durch die Decke gingen. An kalten aber Sonnigen Tagen verkaufte ich ein kWh für etwas mehr als 8 Cent, kaufte aber gleichzeitig Erdgas für über 20 Cent pro kWh (Gaspreisbremse mal außen vor) um die Bude zu Heizen. Also lag es doch nahe, den überschüssigen Strom in Wärme zu wandeln, bevor er das Haus für einen schmalen Taler verlässt und dem Nachbar teuer verkauft wird. Das Ganze könnte man auch mit einem Klimasplitgeräte und damit mit besserem Wirkungsgrad erledigen. Je nach Außentemperatur schaffen solche Geräte 300%  und mehr Wirkungsgrad, während ein einfacher Heizlüfter es mit gutwill auf 100% schafft.
Und warum nun doch ein Heizlüfter? Der entscheidende Vorteil eines ordinären Heizlüfters ist, dass man ihn, von der einen auf die andere Sekunde den Saft abdrehen und wieder zuschalten kann, ohne das er dabei ins Schleudern kommt. Ein Splitgeräte macht diese Ein-Aus-Spielerei jedoch nicht mit.
So weit so gut, man könnte sich nun hinsetzen und den aktuellen Ertrag seiner Solaranlage beobachten und den Heizer entsprechend ein- und ausschalten. Hat dieser mehrere Heizstufen, so kann man auch noch zwischen diesen hin- und pendeln, um eine optimale Ausnutzung zu bekommen. Wenn man die Zeit dazu und auch sonst keine Hobbys hat, dann wäre dies durchaus ein Möglichkeit. An durchweg sonnigen Tagen könnte das in der Tat eine praktikabel Angelegenheit sein, aber das Wetter im Frühjahr ist oft sehr wechselhaft und man würde wohl ständig zum Lüfter flitzen bzw. es schlichtweg auch mal vergessen und dann teuren Strom dazukaufen. Eine intelligente Steuerung muss also her...    

Das scheint auf den ersten Blick eine Aufgabe für ein Smart-Home-System mit einem ESP32-Modul zu sein. Jedoch hat nicht jeder ein Smart-Home-System am Start, aber eventuell ein poweropti (powerfox) und einen Windows-PC. Mit diesem und etwas Bastelei kann man sich so manches Geräte oder natürlich auch eine Steckdose selbst "smart" machen. Oder den Leistungsschütz für die Ladesäule schalten, somit würde man seine olle Baumarkt-Wallbox für sein E-Auto auch "smart" bekommen... Ideen gibt's bestimmt viele. Wer jedoch mehrere Ideen umsetzen möchte, der sollte sich gleich über ein Smart-Home-System Gedanken machen.

An dieser Stelle sei eindringlichst darauf hingewiesen: Alles was hier gezeigte und beschrieben wird ist nicht zu Nachahmung gedacht. E ist nur ein rein hypothetisches Gedankenexperiment. Ein 230 Volt Gerät darf nur von einem Fachmann geöffnet und selbst von diesem nicht einfach so verändert werden. Öffnest du als Laie ein 230 Volt Gerät und packst an ein Kabel, dann macht es BUMM!!! und du bist tot. Und selbst wenn du den Umbau überlebst, dann wird das Gerät beim Betrieb in Flammen aufgehen und du verbrennst in deinem Haus. Du hast also quasi keine Chance das Projekt zu überleben, darum auf keinen Fall nachmachen!

So, da das geklärt ist kann ich mal auf die Dinge eingehen die man neben dem poweropti (powerfox) noch benötigt... also benötigen würde...


Heizlüfter
Ich habe mich für einen Keramikheizlüfter entschieden, da diese kompakt in der Größe und sicher im Betrieb sind. Mein Pro Breeze hat drei Heizstufen, welche sich auf drei Heizelemente (ein Modul) verteilen. Wobei in der 1. Stufe ein Element (kleiner) geschaltet wird, in der 2. Stufe das andere (größer) und in der dritten Stufe alle beide. Die 1. Stufe nimmt sich beim Anlaufen kurzzeitig ca. 1250 Watt und stellt sich dann recht schnell bei ca.1000 Watt ein. Die 2. Stufe nimmt sich kurzzeitig ca. 1800 Watt und geht dann auf ca. 1300 Watt zurück. In der 3. Stufe nimmt sich der Lüfter beim Anlaufen ca. 2750 Watt und findet sich dann bei 1900 Watt im Dauerbetrieb ein. Die Werte habe ich über ein Steckdosenmessgerät (Energiekostenmessgerät) ermittelt und in eine Tabelle gepackt, die real gemessenen Werte sind später für die Softwareeinstellung notwendig. Die Spalte "Reserve" beinhaltet die Differenz zwischen  Anlauf- und Dauerbetrieb.

Heizstufe max. Anlauf Dauerbetrieb Reserve
1 1250 1000 250
2 1800 1300 500
3 (1+2) 2750 1900 750

Relais
Da sich die 3. Stufe auf zwei Heizelemente und somit zwei Relais aufteilt, reicht hier ein 10A Relais. Ich verwende das Zettler AZ943-1CH-5DE. Beim Pro Breeze wird der Lüfter separat geschaltet und somit benötigt man noch ein drittes Relais, welches mit den beiden anderen (softwareseitig) gekoppelt wird. Somit kann man auch einen Lüfter-Nachlauf realisieren, was nicht notwendig, aber bestimmt nicht verkehrt ist.
Würde man den Lüfter auf Stufe 3 über eine Steckdose komplett schalten wollen, so müsste man ein Relais mit min. 12A Schaltleistung bei 230V vorsehen, besser eher etwas mehr.
Bei der Wahl der Relais sollte man auch auf deren Stromaufnahme, also Spulenwiderstand achten. Der vorgeschlagene Transistor BC548 hat eine maximale Schaltleistung von 100 mA, diese darf nicht überschritten werden. 5V / 0,1A = 50 Ohm -> also nicht kleiner als 50 Ohm.

Transistor
Das Zettler AZ943-1CH-5DE Relais hat einen Spulenwiederstand von 70 Ohm, demnach 5V / 70 Ohm = 0.071A und somit OK für den Einsatz eines BC548. Ansonsten muss man zu einem Transistor mit höherer Schaltleistung greifen.

CP2102 USB Adapter
Für das Ansteuern der drei Relais benötigt man einen Adapter mit allen drei, am COM-Port schaltbaren Ausgängen, also DTR, TxD und RTS. Ich nutze hier den CP2102 UART RS232 Konverter mit Silicon Labs Chip. Der RTS ist zwar nicht als PIN verfügbar, kann aber direkt von der Platine abgegriffen werden (siehe Rückseite der Platine).

 

Und nun wird gebastelt...
Ich habe mich entschieden den Transistor direkt, also ohne Platine an das Relais zu löten. Das ist zwar fummelig und sieht nicht schön aus, spart aber ungemein viel Platz gegenüber einer Lochrasterplatinenschaltung. Wenn alles fertig ist, wird das Ganze noch mit reichlich Heißkleber fixiert und somit isoliert. Der Transistor arbeitet hier als Schalter in einer Emitterschaltung - nähere Infos dazu gibt's hier und hier noch was zum COM-Port.

Das Alles dann mal 3.
Vom USB-Adapter kann man direkt die, für die Relais benötigten +5V und Masse abgreifen und mit den entsprechenden Anschlüssen verbinden. Dann muss noch jeweils der Ausgang DTR, TxD und RTS (Achtung: nicht RST) über die 1,5 kOhm Widerstände mit der Basis der Transistoren verbunden werden. Am Ende sollte das dann in etwa so aussehen:

Nach dem der elektronische Teil erledigt ist, kann man sich an der klassische Elektrik zu schaffen machen. Ich möchte hier gar nicht zu arg ins Detail gehen, da wohl jeder Heizlüfter etwas anders aufgebaut sein wird. Aber eines sollte bei allen gleich sein. Irgendwo kommt die Zuleitung (oder auch mehrere) auf den Wahlschalter, diesen greift man ab und legt in auf den Steller des Relais. Den Schließerkontakt legt man dann auf die entsprechend geschalteten Ausgänge des Wahlschalters, quasi parallel dazu. Somit kann der Heizlüfter wahlweise manuell oder über die Steuerung betrieben werden. Hier mal ein Bild von meinem Kunstwerk:

Die Anschlüsse am Schalter werden aller Wahrscheinlichkeit nach mit Flachsteckern verbunden sein, hier empfiehlt sich die Verwendung von Flachstecker-Verteilern. So was hier:

Im Grunde ist der Umbau damit auch schon abgeschlossen und der Heizer kann wieder zugeschraubt werden. Das USB-Kabel habe ich gemeinsam mit der Stromversorgung nach außen geführt, somit musste ich kein separates Loch anbringen. An dieser Steller habe ich noch einen wichtigen Hinweis. Mein erster Testlauf verlief ziemlich ernüchternd, der USB Adapter verabschiedete sich direkt beim Schalten unter Spannung und musste am Rechner erst wieder neu initialisiert werden. Darauf folgte eine, gefühlt ewig andauernde Fehlersuch und am Ende lag es einfach nur am USB-Kabel. Dieses lag noch bei mir in der Schublade und machte eigentlich einen halbwegs soliden Eindruck. Jedoch besaß es keinerlei Abschirmung, was eigentlich auch schon bei billigen Kabel Standard sein sollte. Also bitte vorher kurz durchmessen, ob Stecker zu Stecker-Buchse Durchgang haben, wenn nicht, dann gleich in die Tonne und was gescheites nehmen.

So, und nun zur Software...
Ja, in Zeiten von kleinen Einplatinencomputer à la ESP8266/32 wirkt die Steuerung per Windows-PC geradezu antiquiert, aber genau das liebe ich. Bei mir werkelt, das sonst nicht mehr genutzte Subnotebook MSI Wind U100 mit Windows XP. Solche oder ähnliche Notebooks liegen bestimmt millionenfach in irgendwelchen Kellern rum und würde sich ganz dolle darüber freuen mal wieder was arbeiten zu dürfen. Ja, der Rechner muss mit XP ans Netz, um die Daten von powerfox abzuholen. Aber außer der Smart Lüfter App ist sonst nichts auf dem Rechner und mit einer Firewall kann man jegliche Internetaktivitäten blockieren und explizit nur für die Steuer-App zulassen. Für XP z.B. die Ashampoo Firewall - klein, schlank und effektiv. Die Software läuft aber auch unter Win10 und 11 wem das zu gewagt ist, oder nur moderne Hardware zur Verfügung hat.

Hier mal die Einstellungen, passend zu meinem Heizlüfter. Diese werden beim Reiter "Einstellungen" hinterlegt. Bei Verwendung des CP2102 USB Adapters müssen die Ausgänge invertiert werden, deshalb der Haken bei "Alle Ausgänge umkehren". Über DTR und TxD schalte ich die 3 Heizstufen. DTR = 1, TxD = 2, DTR + TxD = 3. Die Stufe 3 wird über die gesetzte Option "Relais 1 und Relais 2" bestimmt. Relais 3 ist für die Steuerung des Lüfters vorgesehen. Dieses wird parallel zu Relais 1 und/oder Relais 2 geschaltet. Schaltet sich Relais 1 und 2 ab, so beginnt die Nachlaufzeit, welche bei mir auf 20 Sekunden eingestellt ist, bevor auch Relais 3 abfällt und den Lüfter abschatet.
In den Feldern "Last" finden sich die ermittelten Watt-Werte im Dauerbetrieb, bei "Reserve" die vom Anlauf der Heizelemente.
Beim Reiter "powerfox" werden die Zugangsdaten vom poweropti hinterlegt und die Intervallzeit mit der die Daten abgeholt werden sollen, 30 Sekunden hat sich bei mir bewährt.

Nachtrag 05.05.2024: Smart Lüfter unterstützt nun neben dem Powerfox auch den Tasmota-Lesekopf (Eigenbau, Hichi, bitShake, etc.). Die Kommunikation hierbei erfolgt über MQTT. Der Tasmota-Lesekopf muss also zunächst die Daten an einen MQTT-Broker senden und Smart Lüfter holt sich diese dann dort ab. Wie das Ganze eingerichtet wird ist hier zu finden.

Sind die Einstellungen erledigt, so können die Relais im Hauptfenster (Reiter "Übersicht") mir den drei Schaltflächen K1-K3 manuell geschaltet werden.
Man kann auch eine Einspeisung simulieren, um das Verhalten der Steuerung zu testen. Dazu den Haken bei "Simulation" setzen und mit dem Schieberegler verschiedene Positionen anfahren. Dabei können Werte zwischen -3000W (Verbrauch) bis +6000W (Einspeisung) simuliert werden.

Aller Einstellungen werden in der "TESmartLuefter.ini" hinterlegt. Die Zugangsdaten befinden sich (verschlüsselt) in der Datei "TESmartLuefter.dat". Beide erscheinen nach der Eingabe im Anwendungsverzeichnis. Somit kann die Software inkl. deren Einstellungen auch per USB-Stick vom einen zum andern Rechner übertragen, bzw. direkt drauf ausgeführt werden. Eine Setup gibt es nicht (ich hasse Setups :-), einfach entpacken und loslegen. Wenn man's nimmer braucht - Ordner löschen und gut ist.

Download TE Smart Lüfter (1.6 MB)


Falls jemand seine eigene Anwendung umsetzen will, die Werte vom poweropti können mittels HTTP Get wie folg von der Cloud abgerufen werden:

HTTP.Request.BasicAuthentication := True;
 HTTP.Request.Username := DeinBenutzername;
HTTP.Request.Password := DeinPasswort;
HTTP.Get('https://backend.powerfox.energy/api/2.0/my/main/current')

Oder auch manuell im Browser https://backend.powerfox.energy/api/2.0/my/main/current


Die Option Drucken funktioniert erst ab Netscape V4.0 bzw. I-Explorer 5.0 !
[erstellt: 28.04.2021 - letzte Aktualisierung 05.05.2024]