Home Energy Management System (HEMS)
Wie ein Home Energy Management System den Energieverbrauch optimiert
Energiebedarf decken, Kosten senken, Emissionen minimieren: Um diese Ziele im Eigenheim zu erreichen und damit die Energiewende erfolgreich voranzutreiben, ist es von großer Bedeutung, den selbst erzeugten PV-Strom zu einem möglichsten hohen Grad selbst zu nutzen, statt Überschüsse ins öffentliche Netz zu leiten. Doch mit großen Verbrauchern wie einer Wärmepumpe und Wallboxen für das Laden von Elektrofahrzeugen, ist es eine Herausforderung, Energie genau dann bereitzustellen, wenn sie gebraucht wird.

Schließlich richtet sich der Zeitpunkt, an dem Eigenheimbesitzer*innen zu Hause sind und Strom verbrauchen, nicht nur nach der Wetterlage und der aktuellen Erzeugung. Und auch von zeitvariablen Tarifen zu profitieren, fällt oft schwer, ist der Strom doch meist gerade dann hoch, wenn der Bedarf am höchsten ist. Die Lösung ist ein Home Energy Management System (HEMS), auch Heim-Energiemanagementsysteme genannt. Doch was ist ein HEMS genau und welche Vorteile bringt es mit sich?
Home Energy Management System – Was ist das eigentlich?
HEMS steht für Home Energy Management System. Schon die Auflösung der Abkürzung gibt erste Hinweise auf die Aufgabe eines HEMS: Es handelt sich um eine digitale Lösung, die die Energieströme im Gebäude optimiert. Gemeint ist die Koordination von Stromverbrauch, -preis, -erzeugung, -speicherung und Einspeisung von Überschüssen ins öffentliche Netz. Dafür gilt es zunächst, die Energieflüsse eines Gebäudes kontinuierlich zu erfassen und die gesammelten Daten auszuwerten. Dabei werden unterschiedlichste Fragestellungen beantwortet, beispielsweise:
- Wie hoch ist der Gesamtenergiebedarf?
- Zu welchen Tageszeiten ist der Stromverbrauch besonders hoch, zu welchen geringer?
- Wann werden E-Autos geladen oder die Wärmepumpe genutzt?
- Wie hoch ist bei welchen Wetterverhältnissen der Ertrag der PV-Anlage?
HEMS sorgt für intelligente Verknüpfung
Allein mit der Erfassung ist es jedoch nicht getan, denn diese macht Einsparpotenziale bestenfalls sichtbar. Um sie zu heben, verknüpft das Heim-Energiemanagementsystem alle Komponenten miteinander, die die Energieflüsse eines Gebäudes betreffen. Erst wenn PV-Anlage, Speicher und große Verbraucher wie Wärmepumpen oder Wallboxen verzahnt und gemeinsam betrachtet werden, kann deren Betrieb optimal aufeinander abgestimmt werden. So kann beispielsweise zu Zeiten, in denen die Nutzer*innen eines Gebäudes nicht im Haus sind und nur ein geringer Stromverbrauch vorliegt, PV-Überschuss für die Erhitzung des Pufferspeichers einer Wärmepumpe genutzt werden. Die Energie wird nicht nur gespeichert, sondern für den späteren Verbrauch vorgehalten.
Die Mehrwerte sind dabei schnell zu erkennen. Denn wo der Eigenverbrauch des PV-Stroms steigt, sinken die Kosten. Der Grund dafür ist, dass eine Einspeisung von PV-Überschuss ins öffentliche Netz nur sehr gering vergütet wird und der Preis stetig sinkt. Der Bezug einer Kilowattstunde hingegen ist teuer. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Steigerung des Autarkiegrades, da durch die Sicherung der eigenen Versorgung mit selbst erzeugtem Strom eine geringere Abhängigkeit vom öffentlichen Netz besteht.
Zukunftsfähig aufgestellt dank Home Energy Management System
Wer heute die Energieflüsse optimiert, sollte die Zukunftsfähigkeit einer Lösung in den Blick nehmen. Dazu gehört, dass ein modernes HEMS die Umsetzung der Vorgaben des Paragrafen 14a des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG) unterstützt, mit dem der Umgang mit steuerbaren Verbrauchseinrichtungen wie Wärmepumpen und Wallboxen geregelt wird. Der Netzbetreiber ist künftig berechtigt, zur Stabilisierung des Netzes die Leistung von Geräten temporär zu reduzieren. Mit einem HEMS wird in diesem Fall die Reduzierung der Last gegen die aktuelle Leistung der PV-Anlage gerechnet. Damit ist das System in der Lage, eine Herunterreglung aller Wallboxen und der Wärmepumpe zu verhindern und zu entscheiden, welche Verbraucher nur gedimmt und mit dem eigenen PV-Strom weiter betreiben werden. Als Gegenleistung für mögliche Leistungseinschränkungen durch den Netzbetreiber wird entweder eine pauschale Netzentgeltreduzierung oder eine prozentuale Reduzierung des Arbeitspreises vorgenommen. Da ein Herunterregeln bislang unwahrscheinlich ist, bedeutet dies einen deutlichen Gewinn.
Zeitvariable Netzentgelte sorgen für Einsparungen
In Zusammenhang mit der Erfüllung und Umsetzung des Paragrafen 14a EnWG steht auch die Möglichkeit, ab 01. April 2025 nicht nur auf eine pauschale Reduzierung des Netzentgeltes zu setzen, sondern zudem zeitvariable Netzentgelte als Tarif zu wählen. Doch was bedeutet dies konkret? Bei Netzentgelten handelt es sich um die Gebühren, die Übertragungs- und Verteilnetzbetreiber für die Bereitstellung ihres Netzes von Stromlieferanten erhalten. Diese geben die Entgelte an die Verbraucher*innen weiter. Die Höhe der Kosten beruht dabei auf Vorgaben der Bundesnetzagentur. Mit zeitvariablen Netzentgelten soll nun ein Anreiz entstehen, Strom nach Möglichkeit im Niedrigtarif-Zeitfenster zu beziehen, der vorliegt, wenn viel Energie bereitsteht. Mit einem HEMS ist dies möglich, indem es die anfallenden Netzentgelte in die Berechnungen miteinbezieht. So sorgt es dafür, dass Strom aus dem öffentlichen Netz bei Niedrigtarif bezogen und für Zeiten mit Hochtarif gespeichert wird. Hiermit sind deutliche Einsparungen möglich.
Dynamischer Stromtarife und warum sie wichtig sind
Ein weiteres Thema sind dynamische Stromtarife, bei denen sich der Bezugspreis für den Strom stündlich ändert. Ab 2025 müssen Energieversorgungsunternehmen (EVU) die dynamischen Tarife anbieten. Sie sollen für mehr Stabilität im Stromnetz sorgen, indem sie Netzbetreibern mehr Effizienz und Flexibilität ermöglichen. Konkret wird der Strompreis günstiger, je höher die Last im Netz ist. Die günstigen Preise schaffen für Endverbraucher*innen einen Anreiz, den Strom zu diesen Zeiten zu beziehen. Damit beteiligen sie sich also an den Lastverschiebungen, die durch den vermehrten Einsatz erneuerbarer Energien entstehen. Damit wird der Strom genau dann genutzt, wenn er erzeugt wird. Der Strompreis orientiert sich bei dynamischen Tarifen am Börsenpreis, der starken Schwankungen unterliegt. Der jeweilige Bezugspreis wird immer am vorherigen Tag bekannt gegeben und beruht auf der Day-Ahead-Umlage. Führende HEMS beziehen die jeweils aktuellen Tarife in ihre Berechnungen mit ein: Bezogen wird Strom nur dann, wenn er besonders günstig ist. Der selbst erzeugte Strom wird gespeichert und kann genutzt werden, wenn die Energie aus dem öffentlichen Netz wieder kostspieliger ist.
Mit Energiemanager Enbas in die Zukunft starten
Ein leistungsfähiges HEMS ist unsere Lösung Enbas. Sie bietet unter anderem:
- Verknüpfung von PV-Anlage, Wärmepumpe, Wallbox und Speicher
- Eine potenzielle Senkung der Energiekosten um bis zu 1.338 € pro Jahr
- Schnittstellenunabhängige Steuerung der Wärmepumpe über Heat Control
- KI-Nutzung zur Erstellung von belastbaren Prognosen
- Selbstlernendes System
- Einbeziehung dynamischer Stromtarife
- Konformität zu § 14a EnWG
- Herstellerunabhängigkeit
Kosteneinsparungen für Nutzer*innen dank Enbas – ein Rechenbeispiel
Mit einem Heim-Energiemanagementsystem profitieren Anwender*innen von einer deutlichen Kostenersparnis. Wie genau mit unserer HEMS-Lösung Geld eingespart werden kann, soll anhand eines konkreten Rechenbeispiels verdeutlicht werden. Dafür betrachten wir eine beispielhafte Familie, die in ihrem Eigenheim folgende Komponenten verbaut hat:
- 8 kWp Solaranlage
- Wärmepumpe mit je einem Pufferspeicher für Heizungs- und Warmwasserbetrieb
- Wallbox zur Ladung eines E-Autos
Zusätzlich sind folgende Tarife für den Strombezug aktiv, bzw. werden für den Vergleich berücksichtigt:
- Stromtarif:
- Zeitvariabler Stromtarif, der sich nach dem deutschen Day-Ahead Markt richtet
- 38 Cent/kWh (nicht zeitvariabel) über Stadtwerke
- Netzentgelttarif:
- Zeitvariabler Netzentgelttarif über Westnetz mit fixen Preisfenstern
- 14,92 Cent/kWh Hochpreisfenster (15:00–20:00 Uhr)
- 1 Cent/kWh Niedrigpreisfenster (23:00–06:00 Uhr)
- 10 Cent/kWh Standardpreisfenster (zu restlichen Tageszeiten)
- 10 Cent/kWh (nicht zeitvariabel) über Westnetz
- Zeitvariabler Netzentgelttarif über Westnetz mit fixen Preisfenstern
- Einspeisevergütung: 8,1 Cent/kWh
Im Folgenden vergleichen wir die Ersparnisse von drei Szenarien miteinander. Dabei ist die Ausgangssituation immer ein Haushalt mit einem nicht zeitvariablen Strom- und Netzentgelttarif. Die Einsparungen beziehen sich dann auf die Szenarien:
- Ausgangssituation + Enbas
- Enbas + dynamischer Stromtarif
- Enbas + dynamischer Stromtarif + dynamischer Netzentgelttarif
Um die Ersparnisse, die durch die Nutzung von Enbas erzielt werden, zu verstehen, betrachten wir die einzelnen Verbraucher getrennt voneinander.
Warmwasserspeicher
Um den 300 Liter fassenden Pufferspeicher für die Warmwasserversorgung auf einer Mindesttemperatur von 38 Grad Celsius zu halten, beträgt der Stromverbrauch pro Tag 2 kWh. Mit einem HEMS nimmt die Wärmepumpe dann den Betrieb auf, wenn am Mittag die Familie nicht im Haus ist sowie PV-Strom zur Verfügung steht und speichert diesen in Form von Wärme in dem Pufferspeicher, der somit eine elektrische Kapazität von 2,3 kWh hat. Wenn Wasser morgens oder abends benötigt wird, steht es erwärmt zur Verfügung. Mithilfe des Pufferspeichers könnten potenziell an 365 Tagen im Jahr 839 kWh Energie (365 x 2,3) bereitgestellt werden. Stünde also täglich genügend PV-Strom zur Verfügung, könnte der gesamte Jahresbezug von 730 kWh durch den mittags erwärmten Pufferspeicher bedient werden. Dies ist meist zu 100 Prozent der Fall, nur von Dezember bis Februar müssen 50 Prozent aus dem öffentlichen Netz bezogen werden. Somit werden 637 kWh des Verbrauchs über eigenen PV-Strom erzeugt. Müsste dieser Strom aus dem Netz bezogen werden, würden 190 Euro anfallen, die nun gespart werden. Dank der Einbeziehung der dynamischen Tarife fällt die Ersparnis sogar noch höher aus, denn mit dem HEMS wird nicht in den teuren Morgen- und Abendstunden, sondern in der kostengünstigen Mittagszeit Energie bezogen. Die zusätzlichen Einsparungen belaufen sich hier auf 15 Euro für den dynamischen Stromtarif und 8 Euro für den dynamischen Netzentgelttarif.
Heizungsspeicher
Die Familie heizt von Oktober bis April und auch der hierfür genutzte Pufferspeicher fasst 300 Liter. Während der Heizperiode besteht ein täglicher Bedarf von 20 kWh, der hauptsächlich morgens und abends anfällt. Auch hier können 2,3 kWh davon über den Pufferspeicher gedeckt werden, der erneut in den Mittagstunden erwärmt wird, wenn die Sonne scheint. In den Frühlings- und Herbstmonaten kann der dafür benötigte Strom über die Solaranlage gedeckt werden, was gegenüber einem Bezug aus dem öffentlichen Netz eine Ersparnis von 85 Euro ermöglicht (0,69 Cent an 122 Tagen).
Es bleiben die Wintermonate Dezember bis Februar, in denen der tägliche Bedarf des Pufferspeichers zu 46 Prozent gedeckt werden kann. Diese ergeben bereits eine Ersparnis von 34 Euro. Im Falle eines dynamischen Stromtarifes wird dank des HEMS die restliche Energie für die mittägliche Pufferspeichererwärmung zu günstigen Strompreisen eingekauft, sodass hier gegenüber einem statischen Stadtwerketarif zusätzlich 15 Euro gespart werden. Es ergibt sich in den Wintermonaten eine Gesamtersparnis von 49 Euro im Falle eines dynamischen Stromtarifes.
Wie oben erwähnt, beträgt der tägliche elektrische Heizbedarf 20 kWh und die Kapazität des Pufferspeichers nur 2,3 kWh. Es bleiben also 17,7 kWh (20 - 2,3), die in jedem Fall zugekauft werden. Auch hier hat das Home Energy Management System die dynamischen Tarife im Blick, sorgt für einen Bezug zur günstigsten Zeit und spart so zusätzlich 304 Euro für den Stromtarif und 45 Euro durch den Netzentgelttarif im Jahr.
Wallbox
Die Familie besitzt ein E-Auto, das täglich 50 Kilometer fährt und dafür 8 kWh Energie benötigt. Mit einem statischen Stadtwerketarif fallen dafür 3,04 Euro täglich an. Mit einem dynamischen Tarif und einem HEMS, das die Ladung nicht um 18 Uhr anstößt, wenn das E-Auto angeschlossen wird, sondern dann, wenn nachts der Strom günstig ist, werden nur 1,04 Euro fällig. Eine jährliche Ersparnis von 379 Euro. Zusätzlich können mithilfe der nächtlichen Aufladung durch den dynamischen Netzentgelttarif 263 Euro gespart werden, also zusammen jährlich 642 Euro.
Fazit: Ein Home Energy Management System lohnt sich
Klar ist, für eine optimale Steuerung der Energieflüsse im Eigenheim ist eine digitale Lösung in Form eines Home Energy Management Systems die komfortabelste Lösung. Dank der Verknüpfung aller Komponenten wie PV-Anlage, Speicher, Wärmepumpen und Wallboxen, auch in unserem Home Energy Management System Enbas, ist ein höherer Eigenverbrauch gegeben, der für deutliche Kosteneinsparungen und mehr Autarkie sorgt. Besondere Vorteile ergeben sich aus der Einbeziehung dynamischer Tarife. Zudem sind Eigenheimbesitzer*innen auf die Zukunft und gesetzliche Vorgaben vorbereitet.