Technische Umsetzung eines Loxone-Energiemanagementsystems: Von der Planung bis zur Konfiguration

Ein optimales Energiemanagement mit Loxone erfordert sowohl fundiertes technisches Verständnis als auch eine präzise Umsetzung. Dieser Artikel beleuchtet die technischen Details und zeigt Schritt für Schritt, wie ein effizientes Energiemanagementsystem mit Loxone realisiert werden kann.

Systemarchitektur und Komponenten

Der Loxone Miniserver als Herzstück

Das Zentrum jedes Loxone-Systems bildet der Miniserver, der in zwei Varianten erhältlich ist:

• Loxone Miniserver: Die klassische Variante mit Ethernet-Anschluss
• Loxone Miniserver Go: Die kabellose Alternative für Bestandsgebäude

Technische Spezifikationen des Miniservers:

• Prozessor: 400 MHz
• Flash-Speicher: 1 GB
• RAM: 128 MB
• Spannungsversorgung: 24V DC
• Leistungsaufnahme: ca. 1,2W
• Schnittstellen: LAN, Loxone Link, KNX, DMX, RS232, RS485, IR, USB

Erfassung der Energiedaten

Für ein präzises Energiemanagement ist die exakte Erfassung aller relevanten Daten unerlässlich:

1. Loxone Energy Meter: Dieser modulare 3-Phasen-Energiezähler erfasst:

• Spannung (V)
• Stromstärke (A)
• Leistung (W/kW)
• Energieverbrauch (kWh)
• Powerfaktor (cos φ)
• Frequenz (Hz) Technische Daten:
• Genauigkeitsklasse B nach EN 50470
• Messbereich: 0,25 – 63 A pro Phase
• Nennspannung: 230 VAC / 400 VAC
• Kommunikation: Modbus RTU über RS485

1. Loxone Smart Meter: Eine kostengünstigere Alternative für die Messung von bis zu 20 Stromkreisen.
2. Modbus-fähige Wechselrichter: Für die direkte Integration von Photovoltaikanlagen kann die Kommunikation mit dem Wechselrichter über Modbus TCP oder RTU erfolgen.

Aktoren für das Lastmanagement

Für die gezielte Steuerung von Verbrauchern werden folgende Komponenten eingesetzt:

1. Loxone Relay Extension: Ermöglicht das Schalten von bis zu 14 unabhängigen Relais mit:

• Schaltleistung: 16A bei 230VAC
• Kommunikation über Loxone Link

1. Loxone Modbus Extension: Für die Anbindung Modbus-fähiger Geräte wie Wärmepumpen oder Batteriespeicher.
2. Loxone Dimmer Extensions: Zur stufenlosen Regelung von Verbrauchern, besonders relevant für Heizungen und thermische Speicher.
3. Loxone Air Base Extension: Zur Integration von Funkaktoren, wenn keine Kabelverbindung möglich ist.

Technische Installation und Verkabelung

Topologie des Loxone-Systems

Der optimale Aufbau eines Loxone-Systems für Energiemanagement folgt einer Sterntopologie mit:

1. Hauptverteiler mit:

• Loxone Miniserver
• Loxone Energy Meter
• Schaltaktoren für große Verbraucher

1. Unterverteilern für einzelne Stockwerke oder Bereiche mit:

• Loxone Extensions für lokale Verbraucher
• Zusätzlichen Messpunkten

Die Verkabelung erfolgt nach folgendem Schema:

1. Loxone Link: Proprietäres Bussystem für die Kommunikation zwischen Miniserver und Extensions

• Kabeltyp: CAT7
• Maximale Kabellänge: 500 m
• Topologie: Frei (Stern, Bus, Baum)

1. Modbus RTU für Energy Meter und Drittanbietergeräte:

• Kabeltyp: Twisted-Pair (z.B. J-Y(St)Y 2×2×0,8)
• Abschlusswiderstände: 120 Ohm an beiden Enden
• Maximale Kabellänge: 1200 m bei 9600 Baud

1. Ethernet für die Kommunikation mit Netzwerkgeräten:

• Kabeltyp: CAT5e oder höher
• Anbindung an das Heimnetzwerk
• Optional: Separates VLAN für Smarthome-Komponenten

Spezifische Anschlussdetails für PV-Integration

Für die Integration einer Photovoltaikanlage sind folgende Anschlussdetails zu beachten:

1. Wechselrichter-Anbindung:

• Direkte Modbus TCP-Verbindung über Ethernet
• Alternativ: Modbus RTU über RS485
• SunSpec-Protokoll für standardisierte Kommunikation

1. Batteriespeicher-Integration:

• Anbindung über Herstellerprotokolle, häufig Modbus
• Bei Tesla Powerwall, sonnen etc. meist direkte API-Anbindung über Ethernet

1. Wallbox für E-Fahrzeuge:

• Loxone Wallbox mit direkter Loxone Link-Anbindung
• Drittanbieter über Modbus oder potentialfreien Kontakt

Softwarekonfiguration für effizientes Energiemanagement

Programmierung in Loxone Config

Die eigentliche Intelligenz des Systems wird in der Loxone Config Software programmiert:

1. Energy Manager Funktionsblock:

• Zentrale Verwaltung aller Energieflüsse
• Parametrierung:
  • Maximale Einspeiseleistung (z.B. 70% der PV-Nennleistung)
  • Prioritätenliste der Verbraucher
  • Dynamische Schwellwerte für Verbrauchersteuerung

1. AutoCAD des Energiemanagements:

Überschuss = PV_Leistung - (Hausverbrauch_Leistung + Batterieladung_Leistung) Wenn Überschuss > Schwellwert_Verbraucher_1 Dann Schalte_Verbraucher_1_Ein Sonst Wenn Überschuss < 0 Dann Schalte_Verbraucher_1_Aus Ende

3. Einrichtung von Verbraucherprofilen: Für jeden steuerbaren Verbraucher werden spezifische Profile definiert:

• Minimale Einschaltdauer
• Minimale Ausschaltdauer
• Leistungsaufnahme
• Priorität
• Zeitfenster für Betrieb

Fortgeschrittene Funktionen mit Logikblöcken

Die Energiemanagement-Logik wird durch spezielle Funktionsblöcke umgesetzt:

1. PV-Überschussnutzung:

Wenn PV_Überschuss > Schwellwert UND Batterie_voll Dann Aktiviere_Wassererwärmung mit (PV_Überschuss - Sicherheitsreserve) Ende

2. Lastabwurf bei Netzüberlastung:

Wenn Netzbezug > Hauptsicherungsschwellwert Dann Schalte_Niedrigpriorisierte_Verbraucher_Aus gemäß Prioritätenliste Ende

3. Batteriemanagement mit Wetterprognose:

Wenn Wetterprognose_morgen = "sonnig" UND Batterie_Ladezustand < 30% Dann Erhöhe_Mindestschwelle_Batterie auf 20% Sonst Wenn Wetterprognose_morgen = "bewölkt" UND Batterie_Ladezustand < 50% Dann Erhöhe_Mindestschwelle_Batterie auf 40% Ende

Praktische Umsetzung anhand eines Beispielszenarios

Energiemanagement für ein Einfamilienhaus mit PV-Anlage

Systemkomponenten:

• 10 kWp Photovoltaikanlage mit SMA Wechselrichter
• 10 kWh Batteriespeicher
• Wärmepumpe mit Modbus-Schnittstelle
• Wallbox für E-Fahrzeug
• Elektrischer Warmwasserspeicher als flexibler Verbraucher

Konfigurationsdetails:

1. Prioritätenliste der Verbraucher:
2. Grundlast Haushalt (nicht steuerbar)
3. Batterieladung bis 40% (hohe Priorität)
4. Wärmepumpe
5. Warmwasserbereitung
6. Batterieladung 40-100%
7. E-Auto Ladung
8. Netzeinspeisung (geringste Priorität)
9. Konkrete Loxone-Konfiguration:

• SMA Wechselrichter mit Modbus TCP über Port 502
• Energy Meter an L1, L2, L3 zur Messung von Bezug/Einspeisung
• Smart Meter zur Erfassung einzelner Stromkreise
• Extension für Schaltung der Hochleistungsverbraucher

1. Programmiermuster für Verbrauchermanagement:

// Beispiel für Wärmepumpensteuerung PV_Überschuss = Momentane_PV_Leistung - Hausverbrauch - Batterieladeleistung Wenn (PV_Überschuss > 1500W) UND (Pufferspeicher_Temperatur < 45°C) Dann Wärmepumpe_Freigabe = EIN Sonst Wenn (Pufferspeicher_Temperatur < 35°C) Dann // Mindesttemperatur sicherstellen, auch ohne PV Wärmepumpe_Freigabe = EIN Sonst Wärmepumpe_Freigabe = AUS Ende

Monitoring und Optimierung

Visualisierung in der Loxone App

Die konfigurierten Energieflüsse werden in der Loxone App visualisiert mit:

1. Energieflusskachel:

• Echtzeit-Anzeige aller Energieströme
• Farbkodierung für Verbrauch und Erzeugung
• Numerische Darstellung der aktuellen Leistungsdaten

1. Statistikfunktionen:

• Tages-, Wochen-, Monats- und Jahresstatistiken
• Vergleichswerte zum Vorjahr
• Autarkie- und Eigenverbrauchsquote

1. API-Schnittstelle für Datenexport:

• Web-API mit JSON-Format
• WebSocket-Verbindung für Echtzeit-Daten
• Miniserver-Statistikspeicher mit CSV-Export

Kontinuierliche Optimierung

Nach der Erstinbetriebnahme sollte das System über mehrere Monate beobachtet und optimiert werden:

1. Anpassung der Schwellwerte basierend auf:

• Saisonale Schwankungen der PV-Leistung
• Verändertes Nutzungsverhalten
• Anpassung der Batterieladestrategie

1. Automatische Optimierungsroutinen:

// Selbstoptimierender Schwellwert für Warmwasserbereitung Wenn (Tage_ohne_PV_betriebene_Warmwasserbereitung > 3) Dann Reduziere_Schwellwert_WW um 10% Sonst Wenn (Netzeinspeisung_Tagessumme > 5kWh) UND (WW_Temperatur < 50°C) Dann Erhöhe_Schwellwert_WW um 5% Ende

Erweiterungsmöglichkeiten und Integration mit anderen Systemen

Anbindung an Energiemärkte

Für fortgeschrittene Installationen bietet Loxone die Möglichkeit, auf externe Energiemarktdaten zu reagieren:

1. Dynamische Stromtarife:

• Integration von API-Daten aus dynamischen Tarifen
• Anpassung der Batterieladestrategie an Tarifzeiten
• HTTP-Abfrage von Preisdaten über den „HTTP-Befehl“-Funktionsblock

1. Virtuelles Kraftwerk:

• Vorbereitung für zukünftige Netzdienstleistungen
• Reaktion auf Netzfrequenz (falls entsprechende Hardware vorhanden)
• Präzise Leistungsregelung nach externen Vorgaben

KI-basierte Prognosen

Die neuesten Loxone-Updates ermöglichen zunehmend KI-basierte Vorhersagen:

1. Eigenverbrauchsprognose:

• Maschinelles Lernen zur Vorhersage des Haushaltsverbrauchs
• Berücksichtigung von Wochentag, Tageszeit und Nutzungsmustern
• Automatische Anpassung der Batterieentladestrategie

1. Wetterbasierte Ertragsvorhersage:

• Integration von lokalen Wetterdaten über API
• Berechnung der erwarteten Tageserzeugung
• Anpassung der Verbraucherstrategie (z.B. Vorheizen bei erwarteter geringer Erzeugung)

Fazit: Der Weg zum technisch optimierten Energiemanagementsystem

Ein effizientes Energiemanagementsystem mit Loxone erfordert sowohl fachgerechte Hardwareinstallation als auch durchdachte Softwarekonfiguration. Die skizzierten technischen Details zeigen, dass mit dem richtigen Setup erhebliche Steigerungen beim Eigenverbrauch und der Gesamteffizienz möglich sind.

Der modulare Aufbau des Loxone-Systems ermöglicht eine schrittweise Erweiterung und kontinuierliche Optimierung. Durch die offenen Schnittstellen bleibt das System zukunftssicher und kann auch mit kommenden Technologien wie virtuellen Kraftwerken oder KI-basierten Prognosemodellen Schritt halten.

Wer die beschriebenen technischen Details bei der Planung und Umsetzung berücksichtigt, schafft ein Energiemanagementsystem, das nicht nur den Eigenverbrauch maximiert, sondern auch optimal auf die individuellen Bedürfnisse des Haushalts abgestimmt ist.