Heim-Energiemanagementsysteme (HEMS)

Heim-Energiemanagementsysteme und intelligente Messsysteme: Strom clever (und netzdienlich) steuern

Photovoltaikanlagen, Stromspeicher, Elektroautos und Wärmepumpen ermöglichen eine nachhaltigere Energienutzung im Einfamilienhaus. Für ein effizientes Zusammenspiel all dieser Komponenten sorgt ein Heim-Energiemanagementsystem (HEMS), das den Energiefluss überwacht und optimiert. Doch was genau sind HEMS und wie funktionieren sie? Dieser Artikel erklärt es und zeigt die Vorteile für PV-Anlagen-Betreiber auf.
Heim-Energiemanagementsysteme (HEMS)
Dank der inexogy REST-API lassen sich die intelligenten Messsysteme von inexogy und das Energiemanagementsystem von Clever-PV mit wenigen Klicks intuitiv verbinden.

Inhaltsverzeichnis

1: Was ist ein Heim-Energiemanagementsystem?

Ein Heim-Energiemanagementsystem (HEMS) ist eine speziell für private Haushalte entwickelte Technologie, die dazu dient, die Effizienz der im Haushalt erzeugten und genutzten Energie zu maximieren. Ursprünglich aus dem industriellen Bereich stammend, haben sich Energiemanagementsysteme nun auch im privaten Sektor etabliert und sind häufig integraler Bestandteil moderner Photovoltaikanlagen und Batteriespeicher.

Das Hauptziel eines Heim-Energiemanagementsystems ist es, die Eigenverbrauchsquote zu erhöhen und den Bezug von Strom aus dem öffentlichen Netz zu minimieren. Das System kann entweder in der Cloud betrieben oder als externes Gerät im Verteilkasten installiert werden, wo es die Energieströme im Haushalt erfasst und analysiert. Dazu gehören der erzeugte Solarstrom, der Verbrauch sowie die Flexibilität und Steuerbarkeit der verschiedenen Verbraucher im Haushalt. Durch die Berücksichtigung von zusätzlichen Informationen, wie etwa Wetterdaten, kann das Heim-Energiemanagementsystem präzise Prognosen über den Energieverbrauch und die Stromerzeugung erstellen.

Mit diesen Daten optimiert das Heim-Energiemanagementsystem den Energiefluss: Es entscheidet beispielsweise, wann der Batteriespeicher geladen wird und wann steuerbare Verbraucher, wie Haushaltsgeräte oder Wärmepumpen, Strom beziehen sollen. Dadurch wird sichergestellt, dass möglichst viel des selbst erzeugten Stroms genutzt wird und weniger Energie aus dem Netz bezogen werden muss. Dies erhöht die Unabhängigkeit vom Stromversorger und steigert den Autarkiegrad des Haushalts.

Zusammengefasst ermöglicht ein Heim-Energiemanagementsystem eine intelligente und effiziente Nutzung der im Haushalt erzeugten Energie, trägt zur Kostensenkung bei und unterstützt die nachhaltige Energiewende im privaten Bereich.

2: Sonniges Szenario: So kann ein Energiemanagementsystem den PV-Strom verwalten

Ein Einfamilienhaus mit einer 10-kWp-Solaranlage und einem 7-kWh-Heimspeicher. Im 4-Personen-Haushalt beginnt der Tag, und weil die Sonne noch nicht aufgegangen ist, versorgt der Heimspeicher das Haus mit dem nötigen Strom für das Frühstück. Der Föhn brummt, die Kaffeemaschine bereitet frischen Kaffee zu, und die Küche wird für den Start in den Tag genutzt – alles ohne Bezug von Netzstrom.

Sobald die Sonne aufgeht, beginnt die Photovoltaikanlage auf dem Dach, sauberen Solarstrom zu erzeugen. Das Heim-Energiemanagementsystem erkennt die steigende Solarproduktion und leitet den erzeugten Strom direkt an das angeschlossene Elektroauto weiter, das in der Einfahrt steht. Da das Auto erst am Nachmittag für einen Einkauf benötigt wird, kann es den Vormittag über effizient aufgeladen werden.

Nachdem das Elektroauto vollständig geladen ist, beginnt das Heim-Energiemanagementsystem damit, den überschüssigen Solarstrom in den Heimspeicher zu leiten. Diese intelligente Priorisierung stellt sicher, dass der Haushalt auch in sonnenarmen Stunden oder am Abend genügend Energie zur Verfügung hat.

Am Nachmittag, wenn die Sonne weiterhin scheint und der PV-Ertrag hoch bleibt, schaltet das Heim-Energiemanagementsystem auf die Wärmepumpe um. Der erzeugte Solarstrom wird genutzt, um den Wärmespeicher aufzuladen. Diese gespeicherte Wärme steht dann für spätere Heizbedarfe zur Verfügung und sorgt dafür, dass der Energieverbrauch optimiert wird.

Sobald die Sonne untergeht und die Photovoltaikanlage keinen Strom mehr erzeugt, übernimmt der Heimspeicher erneut die Stromversorgung des Haushalts. Das Abendessen wird zubereitet, die Familie entspannt bei Fernsehen und Lesen, und die Beleuchtung sorgt für eine gemütliche Atmosphäre – alles mit dem während des Tages gespeicherten Solarstrom. Der Haushalt kommt nahezu ohne Bezug aus dem öffentlichen Netz aus, was sowohl die Stromkosten senkt als auch die Umwelt schont.

3: Auch im Winter: Dynamische Stromtarife und Energiemanagementsysteme

Auch an dunklen oder winterlichen Tagen, die für Betreiber von Photovoltaikanlagen (PV) unvorteilhaft sind, können moderne Energiemanagementsysteme (HEMS) zu einer günstigen und umweltfreundlichen Stromversorgung beitragen. Dank der Kombination von Heim-Energiemanagementsystem mit dynamischen Stromtarifen können diese Systeme auf Preissignale reagieren und so die Energiekosten optimieren. Seit der Verabschiedung des „Solarpaket 1“ ist es zudem erlaubt, Speicher in den Wintermonaten mit billigem Netzstrom zu laden, ohne im Sommer den Anspruch auf die Einspeisevergütung zu verlieren.

Am Morgen beginnt ein typischer Wintertag. Die PV-Anlage wird an diesem Tag kaum Strom produzieren. Während des Frühstücks wird das Haus mit Energie aus dem Speicher versorgt, der in der Nacht mit günstigem Netzstrom aufgeladen wurde. In der Nacht herrschte ein hohes Windaufkommen, und die Strompreise rutschten in den negativen Bereich. Auch das Elektroauto wurde in dieser Zeit kostengünstig aufgeladen.

In den Mittagsstunden entspannen sich die Strompreise und liegen zwischen 2 bis 4 Cent pro kWh. Zwischen 14 und 16 Uhr steuert das Energiemanagementsystem nach und nach die Verbrauchseinrichtungen im Haushalt. Der Wärmespeicher der Wärmepumpe wird aufgeladen und der Heimspeicher wird ebenfalls wieder vollgeladen. So wird sichergestellt, dass für den Abend, wenn die Strompreise wieder steigen, genügend günstige Energie zur Verfügung steht.

Am Abend, wenn die Strompreise höher sind, kann der Haushalt entspannt auf den zuvor gespeicherten und günstigen Strom zurückgreifen. Das Heim-Energiemanagementsystem hat dafür gesorgt, dass die Energieversorgung durch das Laden zu Niedrigpreisen in der Nacht und am Nachmittag optimal vorbereitet wurde.

Dieses Szenario verdeutlicht den Mehrwert eines Energiemanagementsystems, das auf Marktsignale reagieren kann. Gerade an Tagen mit geringer Sonneneinstrahlung und hohem Strombedarf ist es wichtig, ein Energiemanagementsystem zu nutzen, das Preissignale berücksichtigt und dadurch die Energiekosten minimiert. Umfassende Informationen über die Funktionsweise zeitvariabler Tarife finden Sie in unserem Blogbeitrag „Dynamische Stromtarife: Von günstigen Strompreisen profitieren“.

4: Energiemanagementsysteme und intelligente Messsysteme (iMSys)

Um ein Energiemanagementsystem (HEMS) zu implementieren, das sowohl die Energieflüsse im Haushalt optimiert als auch auf Preissignale reagieren kann, sind intelligente Messsysteme (iMSys) unerlässlich. Smart Meter wie die von inexogy erfassen Echtzeitinformationen über den Verbrauch, die Produktion und die Einspeisung von Energie im Haushalt, die wiederum in das Energiemanagementsystem einbezogen werden können.

Für solche Anwendungen bietet inexogy eine semipublic REST-API, über die alle Messwerte der Smart Meter zur Verfügung gestellt werden. Darüber hinaus sind intelligente Messsysteme für die präzise stündliche Abrechnung dynamischer Stromtarife unabdingbar. Ohne die viertelstündliche Zählerstandsgangsmessung, die Messstellenbetreiber wie inexogy an Netzbetreiber und Lieferanten übermitteln, könnten stündliche Stromtarife nicht abgerechnet werden.

Neben dem intelligenten Messsystemen benötigt man für ein effizientes Energiemanagement eine zentrale Steuereinheit, die die Energieflüsse vor Ort optimiert. Dies kann durch eine installierte Hardware wie bspw. das IoT-Gateway gridBox oder den Hager Energiemanager erfolgen. Diese Geräte ermöglichen es, die verschiedenen Energieverbraucher im Haushalt, wie Wallboxen, Speicher oder Wärmepumpen, auf PV-Überschüsse oder Preissignale reagieren zu lassen.

Alternativ zur Hardware-basierten Steuerung gibt es auch reine Cloud-basierte Energiemanagementsysteme. In diesem Segment bieten sich Lösungen wie Clever-PV oder Zählerfreunde an, die mit inexogy kompatibel sind und auf die Messwerte unserer API zurückgreifen. Diese Lösungen sind kosteneffizient und erfordern keine zusätzliche Hardwareanschaffung. Über intuitive Benutzeroberflächen können Verbraucher kleine Steuerungsaufgaben erstellen und so sicherstellen, dass ihre steuerbaren Verbrauchseinrichtungen optimal auf PV-Überschüsse und Preissignale reagieren.

Vor diesem Hintergrund kann man sagen, dass intelligente Messsysteme das Herzstück moderner Heim-Energiemanagementsysteme sind. Sie erfassen die notwendigen Daten, um die Energieflüsse im Haushalt zu optimieren, und ermöglichen eine präzise Abrechnung dynamischer Stromtarife. Ob durch lokale Hardware oder cloudbasierte Lösungen – die Integration von Messwerten aus intelligenten Messsystemen stellt sicher, dass Haushalte effizient und umweltfreundlich mit Energie versorgt werden.

5: Energiemanagementsysteme und die netzdienliche Steuerung nach § 14a EnWG

Die Rolle des intelligenten Zählers in Verbindung mit Energiemanagementsystemen endet nicht bei den bereits genannten Punkten. Intelligente Messsysteme werden künftig auch Voraussetzung für die Steuerung von steuerbaren Verbrauchseinrichtungen durch den Netzbetreiber sein. Oder genauer gesagt: für die Teilnahme an der netzorientierten Steuerung gemäß der „Festlegung zur Integration von steuerbaren Verbrauchseinrichtungen und steuerbaren Netzanschlüssen nach § 14a Energiewirtschaftsgesetz (EnWG)“ der Bundesnetzagentur (BNetzA) (BK6-22-300). Ab dem 1. Januar 2025 müssen steuerbare Verbrauchseinrichtungen wie Wärmepumpen, Speicher, Klimaanlagen oder Wallboxen mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von mehr als 4,2 kW, die vor dem 1. Januar 2024 installiert wurden, über ein intelligentes Messsystem steuerbar sein. Im Gegenzug erhalten die Betreiber Anspruch auf die Sicherstellung des Netzanschlusses und reduzierte Netzentgelte.

Daneben muss auch die Steuerbarkeit von PV-Anlagen gewährleistet werden. Anlagen größer als 25 kW müssen mit einer technischen Einrichtung ausgestattet werden, die dem Netzbetreiber ermöglicht, die Einspeiseleistung ganz oder teilweise ferngesteuert zu reduzieren. Bei Anlagen größer als 100 kW ist es zusätzlich erforderlich, die aktuelle -Ist-Einspeisung zu erfassen, also wie viel Strom zu einem konkreten Zeitpunkt eingespeist wird.

Hier kommen intelligente Messsysteme, ergänzt durch sogenannte Steuerboxen, ins Spiel. Diese Steuerboxen durchlaufen derzeit den Zertifizierungsprozess des BSI und sind noch nicht verfügbar (Stand 24. Juli 2024). Sie werden jedoch die drei oben genannten Anwendungsfälle übernehmen: die Limitierung der Wirkleistung beim Bezug, die Limitierung der Wirkleistung bei der Einspeisung sowie die Bereitstellung der Anlagendaten (Ist-Einspeisung).

In einfachen Anlagen, in denen nur eine Erzeugungsanlage oder eine Verbrauchseinrichtung vorhanden ist, kann die Anbindung und netzdienliche Steuerung über die Steuerbox zunächst konventionell durch Relaiskontakte erfolgen. Sind neben der PV-Anlage mehrere steuerbare Verbrauchseinrichtungen wie Wärmepumpe, Wallbox und Heimspeicher vorhanden, empfiehlt sowohl die Bundesnetzagentur als auch der technisch maßgebliche VDE FNN den Einsatz eines Heim-Energiemanagementsystems, um die Steuerungssignale des Netzbetreibers umzusetzen. Dabei stellt der Energiemanager sicher, dass die steuerbaren Verbrauchseinrichtungen bei entsprechender eigener PV-Stromerzeugung trotz Drosselung aus dem Netz mit geringeren Leistungseinbußen weiterbetrieben werden.

Das Etikett „§ 14a EnWG ready“ sollte daher bei der Auswahl eines Energiemanagementsystems nicht außer Acht gelassen werden.

6: Im Überblick: Vorteile von Energiemanagementsystemen

Es sind also viele überzeugende Gründe, warum Verbraucher sich mit Heim-Energiemanagementsystemen (HEMS) befassen sollten. Diese Systeme bieten eine Vielzahl von Vorteilen, die sowohl zur Senkung der Energiekosten als auch zur Förderung der Nachhaltigkeit beitragen. Im Folgenden werden die wesentlichen Vorteile von HEMS detailliert erläutert:

  • Erhöhte Transparenz. Energiemanagementsysteme bieten eine klare Übersicht über die Energieflüsse. PV-Erträge und Stromverbräuche können in Echtzeit überwacht und über verschiedene Zeiträume hinweg analysiert werden. Diese detaillierten Einblicke, oft über benutzerfreundliche Apps oder Webportale bereitgestellt, ermöglichen eine präzise Kontrolle und Anpassung des Energieverbrauchs.

  • Effiziente Nutzung des Eigenstroms. Durch eine gezielte Abstimmung der Solarstromproduktion mit dem Energiebedarf im Haushalt sorgt ein Heim-Energiemanagementsystem dafür, dass ein möglichst großer Teil des erzeugten Stroms direkt verwendet wird. Dies minimiert den Bedarf an externem Strom und reduziert die Energiekosten.

  • Automatisierte Energieverwaltung. Ein Energiemanagementsystem übernimmt die automatische Steuerung und Optimierung der Energienutzung. Es reguliert den Betrieb von Haushaltsgeräten, Heizsystemen und Ladestationen basierend auf der Verfügbarkeit von Solarstrom und den aktuellen Anforderungen, unabhängig von äußeren Bedingungen oder der Anwesenheit.

  • Erweiterbare Systemintegration. Moderne Energiemanagementsysteme ermöglichen die Anbindung zusätzlicher Komponenten wie Cloud-basierte Speicherlösungen oder virtuelle Stromguthaben. Diese Flexibilität erlaubt es, das Potenzial des PV-Systems voll auszuschöpfen und zusätzliche Funktionen nahtlos zu integrieren.

  • Reaktion auf Preissignale. Ein fortschrittliches Energiemanagementsystem kann auf dynamische Strompreise reagieren und diese Informationen nutzen, um Energieverbrauchsstrategien zu optimieren. Durch die Integration von Preissignalen kann die Energienutzung in Zeiten niedriger Preise maximiert und so die Kosten weiter gesenkt werden.

  • Zukunftssichere Technologie. Innovative Energiemanager sind nicht nur für die gegenwärtigen Anforderungen gerüstet, sondern auch für zukünftige Entwicklungen. Es unterstützt Technologien wie bidirektionales Laden von Elektrofahrzeugen und die direkte Vermarktung von PV-Strom, wodurch es zu einer langfristig flexiblen und nachhaltigen Lösung wird.


Zusammengefasst bieten Energiemanagementsysteme eine umfassende Lösung zur Optimierung des Energieverbrauchs, zur Senkung der Kosten und zur Vorbereitung auf zukünftige Entwicklungen im Bereich der Energieversorgung. Die Kombination aus smarter Technologie, Echtzeit-Datenverarbeitung und automatisierter Steuerung macht Heim-Energiemanagementsysteme zu einem unverzichtbaren Bestandteil der modernen Energieverwaltung.

7: Quellen

Autor: Pablo Santiago

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