Eigenverbrauch oder TOU? Die Betriebsmodi des ESA Athena S3 im Überblick

Ihre Solarmodule erzeugen tagsüber saubere Energie. Den größtmöglichen Nutzen erzielen Sie jedoch nur dann, wenn Ihr Heimspeicher weiß, wann Energie gespeichert und wann sie wieder abgegeben werden soll. Genau dies steuern die Betriebsmodi des Heimspeichersystems ESA Athena S3.

Der ESA Athena S3 kann sich entweder an der verfügbaren Solarenergie oder an einem festgelegten Zeitplan orientieren. Der gewählte Betriebsmodus bestimmt, welche Priorität das System verwendet. Wer diese Priorität versteht, kann den passenden Modus einfach auswählen und unerwartetes Batterieverhalten vermeiden.

Die kurze Antwort: Self Use ist der Alltagsstandard. TOU ergänzt geplante Lade- und Entladezeiten. Außerhalb der aktiven TOU-Zeitfenster kehrt der Athena S3 automatisch in den Self-Use-Modus zurück.

Mit der Priorität beginnen, nicht mit dem Menü

In der EMS-Oberfläche wird der Basismodus in der Regel als Self-consumption bezeichnet. In diesem Artikel werden Self Use und Self-consumption gleichbedeutend verwendet.

• Self Use beantwortet die Frage: "Wie kann ich möglichst viel meiner selbst erzeugten Solarenergie im eigenen Haushalt nutzen?"

• TOU (Time of Use) verfolgt einen anderen Ansatz: "Wann soll der Batteriespeicher geladen oder entladen werden, um Energie von günstigeren in teurere Zeiträume zu verschieben?“"

Beide Modi nutzen dieselben PV-Module, Batteriespeicher, Haushaltslasten und Netzanschlüsse. Der Unterschied liegt in der Steuerungspriorität.

1. Self Use: Eigenen Solarstrom zuerst nutzen

Self Use ist der grundlegende Betriebsmodus, der im Benutzerhandbuch des Athena beschrieben wird. Das System reagiert kontinuierlich auf PV-Erzeugung, Haushaltsverbrauch und den Ladezustand der Batterie (SOC).

Bei ausreichender Solarerzeugung: Die PV-Energie versorgt zunächst die aktiven Haushaltslasten. Überschüssige PV-Energie wird anschließend zum Laden der Batterie genutzt. Ist die Batterie vollständig geladen, kann verbleibender Überschuss ins Netz eingespeist werden, sofern die Netzeinspeisung zulässig und entsprechend konfiguriert ist.

Wenn die PV-Leistung nicht ausreicht: Die Batterie versorgt den Haushalt, bis der konfigurierte SOC-Mindestwert für den Netzbetrieb erreicht ist. Reichen PV-Leistung und Batterieenergie nicht aus, übernimmt das Netz die verbleibende Last.

Bei begrenzter Netzeinspeisung: Das System hält die konfigurierte Einspeisebegrenzung ein. Je nach Anlagenkonfiguration kann PV-Überschuss, der weder im Haushalt genutzt, in der Batterie gespeichert noch ins Netz eingespeist werden kann, abgeregelt werden.

Ein häufiges Missverständnis ist, dass Self Use "keine Netznutzung" bedeutet. Das ist nicht der Fall. Das Netz bleibt die letzte Energiequelle, wenn Solarenergie und die zulässige Batterieleistung nicht ausreichen. Self Use ist in der Regel der beste Ausgangspunkt für Haushalte mit einem konstanten Stromtarif, einer regelmäßigen PV-Erzeugung am Tag oder dem Wunsch nach einer einfachen und wartungsarmen Steuerung.

Self Use in einem Satz:PV → Haushaltslasten → Batterie → Netzeinspeisung; reicht die Solarenergie nicht aus, unterstützt zunächst die Batterie, während das Netz den verbleibenden Bedarf deckt.

2. TOU: Energie in die Stunden verschieben, in der sie mehr wert ist

TOU (Time of Use) ist für zeitabhängige Stromtarife ausgelegt – also Tarife mit Hoch- und Niedertarifzeiten. Der Nutzer kann für bestimmte Zeiträume Lade- und Entladepläne festlegen. Eine typische Strategie besteht darin, die Batterie während eines günstigen Zeitfensters zu laden und während eines teuren Zeitfensters zu entladen, um kostenintensive Netzbezüge zu reduzieren. Das Laden aus dem Netz muss dabei vor Ort zulässig und für die Anlage aktiviert sein.

TOU ist zeitplanbasiert. Der Modus prognostiziert nicht automatisch, wann am nächsten Tag die günstigsten Strompreise gelten. Eine automatische Preisprognose gehört zu separaten Energiemanagementfunktionen. Bei TOU sind die festgelegten Zeitfenster, Leistungsgrenzen und SOC-Zielwerte die Vorgaben, nach denen das System arbeitet.

Was passiert innerhalb eines TOU-Zeitplans?

eplantes Laden: Während eines Ladezeitfensters kann die normale Self-Use-Priorität vorübergehend überschrieben werden. Die Batterie kann mit PV-Energie und – sofern zulässig – aus dem Netz geladen werden. Der Ladevorgang endet beim Erreichen des Charge Cut-off SOC. Je nach Zeitplan kann die Batterie anschließend bis zum Ende des Ladezeitfensters im Standby bleiben.

Geplantes Entladen: Während eines Entladezeitfensters versorgt die Batterie den Haushalt entsprechend den Vorgaben des Zeitplans. Das Entladen endet, sobald der Discharge Cut-off SOC oder die festgelegte Endzeit erreicht ist.

Nach Ablauf des Zeitfensters: Der Athena kehrt automatisch in den Self-Use-Modus zurück. TOU ist daher als zeitlich begrenzte Übersteuerung des Standardbetriebs zu verstehen und nicht als eigenständige Energiestrategie für den gesamten Tag.

Übersteigt die geplante Batterieentladung zusammen mit der PV-Erzeugung den Haushaltsverbrauch, kann überschüssige Energie ins Netz eingespeist werden, sofern dies nicht durch die Einspeisebegrenzung verhindert wird. Daher müssen Entladeleistung, Einspeisegrenzen und lokale Vorgaben gemeinsam berücksichtigt werden.

TOU in einem Satz:Im ausgewählten Niedrigtarifzeitraum laden, im Hochtarifzeitraum entladen und außerhalb dieser Zeitfenster Self Use nutzen.

3. Self Use und TOU im Vergleich

Wo die beiden Betriebsmodi im EMS zu finden sind

Die genaue Darstellung der EMS-Oberfläche kann je nach EMS-Version, Firmware, Markt und Benutzerberechtigungen variieren. Die Bezeichnungen der Betriebsmodi und ihre jeweilige Funktion bleiben jedoch die maßgebliche Referenz.

Abbildung 1. Beispiel für den EMS-Bildschirm "Arbeitsmodus". Weitere Modi können ebenfalls verfügbar sein.

So erstellen Sie einen sinnvollen TOU-Zeitplan

Schritt 1 – Übernehmen Sie die tatsächlichen Tarifzeitfenster. Verwenden Sie die vom Stromversorger veröffentlichten Zeiten. Prüfen Sie Werktags-/Wochenendregeln, saisonale Änderungen und die Sommerzeit, statt sich auf das Gedächtnis zu verlassen.

Schritt 2 – Passen Sie den Plan an den Haushalt an. Ermitteln Sie, wann normalerweise PV-Energie zur Verfügung steht und zu welchen Zeiten der Haushalt den höchsten Stromverbrauch hat. Wird die Batterie beispielsweise kurz vor einem sonnigen Morgen aus dem Netz geladen, kann dies dazu führen, dass zu wenig Kapazität für die kostenlose PV-Energie zur Verfügung steht.

Schritt 3 – Wählen Sie realistische SOC-Grenzen. Der Ladezielwert sollte ausreichend Energie für den vorgesehenen Hochtarifzeitraum speichern. Der Entladegrenzwert sollte eine gewünschte Notstromreserve erhalten und die vom Installateur freigegebenen Einstellungen berücksichtigen.

Schritt 4 – Verwenden Sie angemessene Leistungsgrenzen. Eine sehr hohe Lade- oder Entladeleistung ist nicht immer sinnvoll. Berücksichtigen Sie den Haushaltsverbrauch, die Netzbezugsgrenze, die Einspeisegrenze sowie die bei der Inbetriebnahme konfigurierten Systemgrenzen.

Schritt 5 – Beginnen Sie mit einem Plan und prüfen Sie ihn. Lassen Sie den Zeitplan mehrere repräsentative Tage laufen. Fügen Sie erst dann Komplexität hinzu, wenn sich die ersten Lade- und Entladezeitfenster wie erwartet verhalten.

Abbildung: ESA Athena S3 in einem modernen Zuhause

Ein typischer Tagesablauf mit einem TOU-Plan

Das folgende Beispiel dient ausschließlich zur Veranschaulichung der Steuerungslogik. Die geeigneten Zeitfenster und SOC-Werte hängen vom lokalen Stromtarif, der Jahreszeit, der PV-Prognose, dem Haushaltsverbrauch und der gewünschten Energiereserve ab.

So überprüfen Sie das Ergebnis mit EMS-Daten

Ein Zeitplan ist nur dann sinnvoll, wenn das gemessene Systemverhalten mit der vorgesehenen Steuerungslogik übereinstimmt. Die Leistungskurve zeigt, wie sich PV-Leistung, Haushaltsverbrauch, Batterieleistung und Netzleistung im Tagesverlauf verändern.

Abbildung 2. Beispiel einer EMS-Leistungskurve mit PV-, Last-, Batterie- und Netzleistung. Die Kurvenfarben und Vorzeichenkonventionen können je nach Version der Benutzeroberfläche variieren.

Weicht das Ergebnis vom Plan ab, arbeiten Sie diese Checkliste ab:

1. Plan aktiviert? Prüfen Sie, ob der TOU-Plan eingeschaltet ist.

2. Systemzeit korrekt? Überprüfen Sie die lokale Uhrzeit und die Einstellungen zur Sommerzeit.

3. Batterie voll? Die Batterie kann bereits den Cut-off-SOC erreicht haben.

4. Smart Meter in Ordnung? Prüfen Sie die Kommunikation des Smart Meters.

5. Einschränkungen aktiv? Prüfen Sie, ob Netzladungs- oder Einspeisebeschränkungen gelten.

Häufige Fehler, die Sie vermeiden sollten

Erwarten, dass TOU automatisch die günstigsten Zeiträume ermittelt: TOU folgt dem vom Nutzer eingegebenen Zeitplan. Prüfen Sie den Plan erneut, wenn sich der Tarif ändert.

Die Batterie vor einem sonnigen Tag zu stark laden: Eine vollständig geladene Batterie kann später weniger PV-Überschuss aufnehmen. Berücksichtigen Sie bei der Nutzung günstigen Netzstroms die erwartete PV-Erzeugung des Folgetags.

Einen ungeeigneten Entladegrenzwert festlegen: Ein zu niedriger Wert kann dazu führen, dass Energie verbraucht wird, die der Haushalt als Notstromreserve vorhalten möchte.

Netzladung oder Einspeisung als grundsätzlich zulässig ansehen: Lokale Vorschriften, Verträge und Netzeinstellungen können abweichen. Die Anlage muss die jeweils geltenden Vorgaben für Netzladung und Einspeisung erfüllen.

Umwandlungsverluste ignorieren: Ein geringer Tarifunterschied führt nach Berücksichtigung der Batterie- und Umwandlungsverluste möglicherweise nicht zu nennenswerten Einsparungen. TOU optimiert den Zeitpunkt des Energiebezugs, garantiert jedoch keine bestimmte Reduzierung der Stromkosten.

Welchen Modus sollten Sie wählen?

Wählen Sie Self Use, wenn der Stromtarif einheitlich oder einfach strukturiert ist, die PV-Energie möglichst direkt im Haushalt genutzt werden soll oder ein Betriebsmodus mit geringem Anpassungsaufwand bevorzugt wird.

Wählen Sie TOU, wenn regelmäßig deutliche Preisunterschiede zwischen den Tarifzeiträumen bestehen, die Zeiten mit hohem Verbrauch vorhersehbar sind, eine Netzladung bei Bedarf zulässig ist und der Zeitplan bei Tarif- oder saisonalen Änderungen angepasst werden kann.

Bei einer neu in Betrieb genommenen Anlage ist ein praktischer Ansatz: Beginnen Sie mit Self Use, prüfen Sie die Smart-Meter-Werte und den normalen Energiefluss und fügen Sie dann jeweils ein TOU-Lade- oder Entladezeitfenster hinzu.

Die einfachste Faustregel: Self Use folgt der Energie – TOU folgt der Zeit.