- Kontext
- Eigenprojekt, Retrofit einer bestehenden Wärmepumpe
- Schnittstelle
- Modbus TCP
- Technologien
- Modbus TCP, Home Assistant, Python, Leistungsmessung, Ultraschall-Durchflussmessung
Ausgangslage
Die bestehende Wärmepumpe verfügte über keine dokumentierte Schnittstelle für ein umfassendes Monitoring oder eine externe Steuerung. Die verbaute Steuerung besitzt zwar eine Modbus-TCP-Schnittstelle, eine Registerdokumentation war jedoch nicht verfügbar.
Ziel des Projekts war es, die vorhandene Steuerung zu erschliessen und die Wärmepumpe in das bestehende Home-Assistant-System zu integrieren. Dazu wurden die Modbus-Register systematisch analysiert und den entsprechenden Mess- und Steuergrössen zugeordnet. Auf dieser Grundlage entwickelte ich eine eigene Home-Assistant-Integration, die sowohl die Überwachung als auch die gezielte Beeinflussung des Anlagenbetriebs ermöglicht.
Anforderungen
- Monitoring: Zentrale Erfassung und Visualisierung von Temperaturen, Betriebszuständen und Leistungswerten in Home Assistant.
- Steuerung: Externe Anpassung von Solltemperaturen und weiteren Betriebsparametern über Home Assistant.
- PV-Eigenverbrauch: Intelligente Nutzung überschüssiger Photovoltaikenergie, beispielsweise zur thermischen Speicherung im Brauchwarmwasserboiler oder im Gebäude.
- Effizienzanalyse: Ermittlung des momentanen COP sowie der Jahresarbeitszahl (JAZ) anhand der elektrischen und thermischen Energieflüsse.
Systemaufbau
- Modbus-Anbindung: Auslesen und Analysieren der Steuerungsregister über Modbus TCP. Da keine Registerdokumentation verfügbar war, wurden die Datenpunkte durch systematische Analyse identifiziert und den jeweiligen Mess- und Steuergrössen zugeordnet.
- Elektrische Leistungsmessung: Integration eines zusätzlichen Leistungsmessers zur kontinuierlichen Erfassung der elektrischen Leistungsaufnahme der Wärmepumpe.
- Thermische Leistungsmessung: Erfassung des Volumenstroms über einen Ultraschall-Durchflusssensor. In Kombination mit den Vor- und Rücklauftemperaturen lässt sich daraus die übertragene thermische Leistung berechnen.
- Effizienzberechnung: Gegenüberstellung der thermischen und elektrischen Leistung zur Bestimmung des momentanen COP. Durch Integration der Energiewerte lässt sich zusätzlich die JAZ ermitteln.
Software und Integration
- Eigene Home-Assistant-Integration: Entwicklung einer individuellen Integration zur Kommunikation mit der Wärmepumpe über Modbus TCP. Die ermittelten Register werden ausgelesen, aufbereitet und als Home-Assistant-Entitäten bereitgestellt. Auch beschreibbare Register können über die Integration gezielt verändert werden.
- PV-Überschusssteuerung: Umsetzung einer Steuerungslogik, welche die verfügbare Photovoltaikleistung berücksichtigt und den Betrieb der Wärmepumpe entsprechend anpasst. Dadurch kann überschüssige Energie gezielt in Form von Wärme gespeichert werden.
- Energiemonitoring: Zusammenführung der elektrischen und thermischen Messwerte zur kontinuierlichen Berechnung und Visualisierung des COP. Die erfassten Energiedaten bilden zudem die Grundlage für die langfristige Effizienzanalyse der Anlage.