Een doe het zelf (DIY) thuisbatterij (ESS) met peak shaving en dynamische tarieven (updated)
In dit artikel ga ik in op de concrete praktische kanten van een thuisbatterij. De reden van dit vrijdag-middag project was dat ik behoefte had even praktisch bezig te zijn en eens uit te zoeken hoe het één en ander in elkaar steekt.
Lees het artikel hieronder, of beluister dit artikel via Soundcloud.
Laatste updates: 12 april 2023 tekst, 9 mei 2023 video geplaatst over maand Tibber
Het nut van een thuisbatterij
Eerst even het waarom en nut van een thuisbatterij. De meningen daarover zijn verdeeld volgens velerlei opinie-stukken in kranten en tijdschriften. Voor mij persoonlijk is het de technische en functionele interesse van een opkomende toepassing, en het gebruik daarvan in combinatie met dynamische tarieven en zonnepanelen.
Korte video van de gehele werkende oplossing in vogelvlucht.
Video over een maand gebruik van Tibber in combinatie met thuisbatterij.
Dit artikel is geen how-to handleiding met helder gedocumenteerde stappen en uitleg.
Hoe werkt de energie markt en wat is peak shaving?
Allereerst wat beknopte over de energiemarkt. Vraag en aanbod van energiebedrijven komen samen op centrale handelsplatform (ENTSO-E). Daar worden tarieven per uur vastgesteld, steeds één dag vooruit.
De meeste consumenten hebben een traditionele energieleverancier met een vast tarief. In opkomst zijn de dynamische energieleveranciers die de spot/marktprijs 1-op-1 (met een kleine opslag) aanbieden, volledig transparant dus. Als consument heb je dan een tarief per uur.
Zo kan het zijn dat als de zon ’s middags volop schijnt en het aanbod aan zonne-energie erg groot is, de prijs onder 0 zakt. En op momenten van weinig aanbod en veel vraag de prijs rond 26 cent kan schommelen (exclusief opslag aan belastingen van zo’n 16 cent per kWh).
Met dynamische tarieven heb je als consument een aantal incentives voor Peak shaving:
- Je gedrag aanpassen: Het gebruik van pieken voorkomen door bijvoorbeeld een wasje later te draaien (apparaten niet gebruiken in dure periode).
- Energie afnemen en opslaan als deze er in overvloed is (bij goedkope tarieven) en gebruiken op momenten van schaarste (bij dure tarieven).
Wat heb je nodig voor een peak shaving setup?
- Een thuisbatterij
- Zonnepanelen (optioneel)
- Hybrid inverter
- Besturingslogica
In a nutshell
Ik raakte geïnteresseerd in een thuisbatterij door een oud collega en na wat gesprekken ben ik meer research gaan doen, daarin ben in onder andere het volgende tegengekomen:
De YouTube videos van Harold Halewijn over het samenstellen van een thuisbatterij en het aansturen daarvan met Victron inverters. En het aansturen van het opladen en ontladen via Home Assistant (Harold is denk ik de eerste geweest met een gepubliceerde video hierover).
Het verdere verdiepen in de batterij hardware kant: deze bestaat uit cellen, batterij management systemen (BMS) en behuizing.
Het vergelijken van geschikte inverters, deze moeten over een standaard interface beschikken, anders kunnen ze niet aangestuurd worden.
Het uitvogelen van de ultieme aansturing om in ieder geval te kunnen werken met dynamische spot prijzen als je gebruik maakt van bijvoorbeeld Tibber of Frank energy.
Ter info: ik ben redelijk handig maar geen programmeur. Wat ik heb gemerkt is dat bepaalde technische concepten soms dan te abstract zijn, en het reproduceren dan niet ‘even’ copy paste is maar eerder uren uitzoekwerk. Logisch ook dat de leercurve voor een leek redelijk steil is. Het hoort er allemaal bij. Voor het batterij gedeelte had ik hulp van een oud collega met de nodige ervaring.
De thuisbatterij
Een thuisbatterij bestaat uit cellen, Batterij Management Systeem (BMS) en behuizing. De cellen vormen het meest kostbare component.
Vanzelfsprekend zijn er kant en klare thuisbatterijen te koop bij bijvoorbeeld KiWatt en Sessy. Dit zijn Nederlandse bedrijven die de batterijen in Nederland assembleren. Daarnaast zijn er tal van handelsbedrijven die kant en klare thuisbatterijen van diverse Chinese fabrikanten aanbieden.
Gezien de kosten van Nederlandse thuisbatterij leveranciers; en de eigen interesse en voldoening van het zelf doen / DIY heb ik er voor gekozen zelf een 15kWh thuisbatterij samen te stellen. Dit is uiteindelijk gewoon een doos met in serie geschakelde cellen.
- LiFePO4 is een gangbare cel voor low voltage batterijen, en daarop heb ik de thuisbatterij gebaseerd.
- Omdat de kwaliteit van de cellen allesbepalend is, koos ik liever voor een betrouwbare Nederlandse (zoals NKON) of Chinese leverancier (zoals Docan) met goede reputatie. Liever niet zomaar een kant en klare thuisbatterij van AliExpress.
- Na het verder onderzoeken van behuizingen en BMSen gekozen voor een kant en klare geassembleerde behuizing inclusief BMS.
De inverter
Er zijn een aantal grote bekende fabrikanten van inverters, voornamelijk in de toepassing bij zonnepanelen. Dit zijn onder andere GroWatt, SolarEdge, Enphase, GoodWe, Huawei en Victron. Laatstgenoemde voornamelijk actief in maritieme hoek, waar het gebruik van batterijen altijd al gangbaar is geweest.
Bij het zoeken naar een geschikte inverter zijn er een aantal basiscriteria:
- De inverter moet kunnen werken met zowel zonnepanelen als een 48 volt batterij. Deze types worden vaak vermarkt als ‘hybride’.
- Wat is er met de standaard software van de fabrikant mogelijk aan instellingen op basis van schema’s en op basis van dynamische tarieven?
- Wat zijn de integratiemogelijkheden van de inverter? Met andere woorden, beschikt de inverter over een beschikbare communicatiepoort waarmee informatie kan worden uitgelezen en commandos naar de inverter kunnen worden verzonden?
- Zijn er integraties en best practices met Home Assistant? (daarover later meer).
Wat ik heb kunnen opmaken uit het doorspitten van websites en handleidingen (als die er al waren) is dat de meeste fabrikanten nog niet kunnen werken met dynamische tarieven. Wel kan in veel gevallen in de meegeleverde software een tijdschema worden aangemaakt om het inverter op bepaalde tijden in een bepaalde modus te zetten (time of use / TOU) zodat je op vaste tijden de batterij op kan laden en op piektarief tijden die lading kan gebruiken (peak shaving).
Veel voorkomende modes van de inverter:
Mode | Doel / voorbeeld |
Maximise self consumption | Energie voor eigen gebruik (mains) te gebruiken als piek tarief hoog is. |
Charge from PV and AC | Batterij opladen uit Solar en grid, te gebruiken als grid tarief laag is |
Maximise export | Energie teruggeven aan het net (feed-in), te gebruiken als grid tarief hoog is. |
Battery off | Gebruik energie van solar en grid, te gebruiken als grid tarief laag is om eigen mains te voeden, en batterij energie te bewaren. |
Uiteindelijk resulteerde dit in de volgende shortlist:
Model | Eenfase, rond de 3000w Solar en batterij aansturing |
Victron EasySolar | Waarschijnlijk het neusje van de zalm Slimme meter / P1: Nee, via meetspoel Integratiemogelijkheden: Ja, modbus tcp Integratie Home Assistant: Ja Prijsniveau: € 2100 |
Huawei SUN2000 | Slimme meter / P1: Nee, via meetspoel Integratiemogelijkheden: Ja, modbus via usb Integratie Home Assistant: Ja Prijsniveau: € 900 |
Sofar HYD 3600 EP | Slimme meter / P1: Nee, via meetspoel Integratiemogelijkheden: Ja, modbus tcp via wifi Best practice Home Assistant: Ja Prijsniveau: € 1400 |
GoodWe 3648-EM | Best practice Home Assistant: Ja Prijsniveau: € 1200
|
Verder is op te merken:
- GroWatt heeft geen open interface en is daarom niet goed bruikbaar.
Het lijkt erop dat bepaalde merken een ecosysteem nastreven waarbij ze integratie met ‘goedgekeurde’ merk batterijen in plaats van een vaste BMS standaard.
Besturingslogica
Voor de besturingslogica heb ik gekozen voor een onafhankelijk platform.
Waarom is eigenlijk zo’n platform nodig? Omdat je te maken hebt met talloze merken domotica -in principe elk apparaat met een interface- is het handig één centrale plek te hebben waar je dat allemaal kan aansturen in plaats van afhankelijk te zijn van mogelijkheden van een bepaalde fabrikant.
Zoals eerder aangegeven bieden de meeste inverter software nog geen mogelijkheid te werken met dynamische tarieven. (dat is natuurlijk gewoon een kwestie van tijd, je ziet nu de beta versie van Victron, of de aansturing het Bliq) Maar buiten dat, op basis van tarieven en andere parameters wil je in de toekomst fabrikant-onafhankelijk zoveel mogelijk apparaten automatisch kunnen sturen om energieverbruik in de hand te houden.
Home Assistant
HA is een open platform dat het echt tot de verbeelding spreekt in mogelijkheden van wat je ermee zou kunnen automatiseren.
Op hoofdlijnen omvat het gebruik van Home Assistant het volgende:
- Het binnenhalen van data / informatie en metingen
- Het uitvoeren van logica, vaak in de vorm van triggers, condities en acties
- Apparaten die aan of uitgaan door de aansturing van acties
- Een interface, dashboard naar de gebruiker toe
Het hele ecosysteem van Home Assistant draait om bouwblokken (open source) modules en programmatuur.
Voor een programmeur zal het geen geheimen kennen, maar als je -zoals ik- geen programmeur bent is het voornamelijk de logica volgen, proberen, knippen en plakken.
Peak shaving: energie kopen als er in overvloed is en gebruiken bij schaarste
Bij het bedenken van een strategie voor het aansturen van de thuisbatterij kan je het heel complex maken. Ik heb het in eerste instantie makkelijk gehouden.
Rekening houdend met:
- Gebruik maken van een dynamische energie aanbieder.
- Dat het patroon er ongeveer uitziet als: een off peak s nachts, en twee piekmomenten overdag.
- Verbruik gericht op het huis (mains) van gemiddeld 10 kWh per dag. Geen auto
Een eenvoudige strategie kan dan uit de volgende onderdelen bestaan:
- Batterij opladen op daltarief
Voor gebruik tijdens een piektarief - Batterij gebruiken op piektarief
Om zo te voorkomen om stroom tegen een piektarief te kopen - Rekening houden met solar opbrengst
Als er genoeg zon wordt voorspelt overdag is het niet nodig de batterij verder op te laden voor het tweede piekmoment.
De route die deze oplossing volgt:
- Haal tarieven op bij NordPool of Entso-E middels een API, beide via te installeren via Hacs voor HA.
- Voer berekeningen uit om lage tarieven te bepalen.
- Maak een automatisering waarmee je het signaal stuurt naar de inverter (beide op basis van best practice Toni)
Voor het aansturen van apparaten gaat een soortgelijke routine op, bijvoorbeeld het uitschakelen van de keukenboiler of airco op bepaalde tijdstippen. Hiervoor gebruik ik gewoon een goedkope IKEA schakelaar Ziehier het voordeel van centrale aansturing door Home Assistant, je zit niet aan een duur merk vast.
Het resultaat is in onderstaande voorbeeld aangegeven;
- links: Voorheen energie afnemen voor de dan geldende dynamische prijs
- Rechts: Zoveel mogelijk energie afnemen op daltarieven, opslaan in de batterij en verbruiken op piek momenten.
- Resultaat: je maakt gebruik van de lage tarieven gedurende de gehele dag, namelijk het gemiddelde tarief van het laden van de batterij.
Een paar jaar terug had ik al wat ervaring opgedaan met Domotics op een Raspberry Pi aangesloten op de P1 poort van de meter. Nu kwam ik door eerder genoemde research bij Home Assistant (HA) tegen, ook een open platform voor home automation en domotica, en de ervaring was direct goed.
Er zijn nog andere best practices voor het inrichten van een peak shaving strategie, zoals BelRV maar die waren mij nog iets te abstract op het moment van schrijven.
Voor het berekenen van dal en piekmomenten zijn verschillende aanpakken, al naar gelang programmeer en wiskundige vaardigheden:
- Een dal en piek reeks uitrekenen uit de 24 uren en daarop sturen
- Aan de hand van een differentieel een vast getal gebruiken om op te sturen
Afsluitend
De YouTube video bovenaan deze video geeft een kort overzicht van de oplossing.
Mocht je ook gebruik willen maken van een dynamische energieleverancier dan zou je Tibber kunnen overwegen, bij aanmelding via deze link ontvangen we beide €50 euro tegoed.