Ein HEMS (Home Energy Management System) ist ein intelligentes Energiemanagementsystem für das Zuhause. Es überwacht Stromerzeugung, Stromverbrauch und Speicher und kann verschiedene Geräte so koordinieren, dass selbst erzeugter Solarstrom möglichst sinnvoll genutzt wird.
Besonders interessant wird ein HEMS, wenn mehrere Energiekomponenten zusammenkommen: Photovoltaikanlage, Stromspeicher, Wärmepumpe, Wallbox und dynamischer Stromtarif. Statt jede Anlage für sich arbeiten zu lassen, kann ein Energiemanagementsystem die Energieflüsse aufeinander abstimmen.
Die Bundesnetzagentur nennt ein EMS insbesondere dann sinnvoll, wenn mehrere steuerbare Verbrauchseinrichtungen vorhanden sind, beispielsweise eine Wärmepumpe, ein Stromspeicher und eine Wallbox.
Was bedeutet HEMS?
HEMS steht für Home Energy Management System, also übersetzt etwa „Energiemanagementsystem für das Zuhause“.
Das System besteht je nach Hersteller aus Software, Mess- und Kommunikationstechnik sowie einer zentralen Steuerung. Es sammelt Informationen darüber, wie viel Strom im Haushalt erzeugt, verbraucht, gespeichert oder aus dem Netz bezogen wird.
Dazu können beispielsweise Daten von folgenden Komponenten gehören:
- Photovoltaikanlage
- Batteriespeicher
- Wärmepumpe
- Wallbox
- Haushaltsgeräte
- Stromzähler
- Smart Meter
- dynamischer Stromtarif
Das HEMS wertet diese Informationen aus und kann anschließend bestimmte Geräte entsprechend der programmierten Strategie steuern.
Ein einfaches Beispiel: Die Photovoltaikanlage produziert mittags mehr Strom, als der Haushalt gerade benötigt. Statt den gesamten Überschuss ins öffentliche Netz einzuspeisen, kann das Energiemanagementsystem beispielsweise die Wallbox zum Laden des Elektroautos freigeben oder einen kompatiblen Batteriespeicher laden.
Wie funktioniert ein Energiemanagementsystem?
Das Grundprinzip eines HEMS lässt sich relativ einfach erklären.
Zunächst muss das System wissen, was im Haushalt gerade passiert. Dazu werden Stromflüsse gemessen und Informationen von den angeschlossenen Geräten verarbeitet.
Anschließend entscheidet das Energiemanagementsystem anhand festgelegter Regeln, wie der verfügbare Strom verwendet werden soll.
Ein typischer Ablauf kann beispielsweise so aussehen:
Photovoltaikanlage → Haushaltsverbrauch → Stromspeicher → Wärmepumpe/Wallbox → Einspeisung
Dabei hat der direkte Verbrauch im Haushalt häufig Vorrang. Überschüssiger Solarstrom kann anschließend für andere Anwendungen genutzt oder gespeichert werden.
Welche Priorität tatsächlich sinnvoll ist, hängt jedoch vom Haushalt ab.
Wer beispielsweise morgens und abends besonders viel Strom verbraucht, kann eine andere Strategie benötigen als eine Familie, die tagsüber regelmäßig zu Hause ist.
HEMS und Photovoltaik: Warum ist die Kombination interessant?
Eine Photovoltaikanlage produziert Strom nicht unbedingt dann, wenn im Haushalt der größte Strombedarf besteht.
Mittags kann beispielsweise viel Solarstrom zur Verfügung stehen, während viele Bewohner außer Haus sind.
Ohne zusätzliche Steuerung wird der nicht unmittelbar benötigte Strom entweder gespeichert oder ins öffentliche Netz eingespeist.
Ein HEMS kann dabei helfen, den Stromverbrauch stärker an die Solarstromproduktion anzupassen.
Ein Beispiel:
Die PV-Anlage produziert um 13 Uhr 6 kW. Im Haushalt werden momentan nur 1,5 kW benötigt. Ein Batteriespeicher ist bereits zu 80 Prozent geladen.
Das Energiemanagementsystem kann erkennen, dass zusätzlicher Solarstrom verfügbar ist. Wenn eine kompatible Wärmepumpe oder Wallbox vorhanden ist, kann es deren Betrieb beziehungsweise Ladevorgang entsprechend anpassen.
Dadurch wird mehr Solarstrom direkt im eigenen Haushalt verwendet.
Die Verbraucherzentrale beschreibt Energiemanagementsysteme ebenfalls als Möglichkeit, den Eigenverbrauch von Photovoltaikstrom zu optimieren. Als Beispiel nennt sie unter anderem die thermische Speicherung über eine Wärmepumpe und einen Warmwasserspeicher.
HEMS mit Stromspeicher
Besonders interessant ist ein HEMS, wenn eine PV-Anlage mit einem Batteriespeicher kombiniert wird.
Der Speicher kann überschüssigen Solarstrom aufnehmen und später wieder zur Verfügung stellen.
Das Energiemanagementsystem kann dabei verschiedene Informationen berücksichtigen:
- aktuelle PV-Leistung
- aktueller Hausverbrauch
- Ladezustand des Speichers
- verfügbare Batterieleistung
- geplante Verbraucher
- Netzbezug
- Einspeisung
- eventuell Strompreise
Dadurch kann die Batterie gezielter eingesetzt werden.
Das Ziel sollte dabei nicht einfach sein, den Speicher möglichst häufig zu laden und zu entladen. Vielmehr kommt es darauf an, die verfügbare Energie sinnvoll über den Tag zu verteilen.
Auch die Größe des Speichers spielt eine Rolle. Ein HEMS kann einen zu groß dimensionierten Speicher nicht automatisch wirtschaftlich machen.
HEMS und Wärmepumpe
Eine Wärmepumpe kann einen vergleichsweise hohen Strombedarf haben. Gleichzeitig lässt sich ihre Betriebsweise teilweise flexibel gestalten.
Genau hier kann ein Energiemanagementsystem interessant werden.
Wenn die PV-Anlage beispielsweise am frühen Nachmittag besonders viel Strom erzeugt, kann die Wärmepumpe bei geeigneter technischer Ausstattung mehr Energie in Form von Wärme speichern.
Das kann beispielsweise über einen Warmwasserspeicher oder durch eine zeitweise Anpassung der Raumtemperatur geschehen.
Die Verbraucherzentrale weist darauf hin, dass solche Strategien mit einem Energiemanagementsystem umgesetzt werden können. Voraussetzung für bestimmte Steuerungsmöglichkeiten ist allerdings, dass die Wärmepumpe die entsprechende Kommunikation unterstützt, beispielsweise über eine SG-Ready-Schnittstelle.
Wichtig ist deshalb: Ein HEMS kann eine Wärmepumpe nicht automatisch mit jeder beliebigen Steuerung beeinflussen.
Die beteiligten Geräte müssen miteinander kompatibel sein.
HEMS und Wallbox
Auch das Laden eines Elektroautos kann in ein Energiemanagementsystem integriert werden.
Statt die Wallbox beispielsweise unmittelbar nach dem Anschließen des Fahrzeugs mit maximaler Leistung zu betreiben, kann das HEMS den Ladevorgang an die vorhandene Solarleistung anpassen.
Produziert die PV-Anlage viel Strom, kann die Ladeleistung erhöht werden.
Sinkt die Solarproduktion, kann die Ladeleistung reduziert werden, sofern das Fahrzeug nicht zu einem bestimmten Zeitpunkt vollständig geladen sein muss.
So lässt sich beispielsweise eine Strategie verfolgen, bei der möglichst viel Solarstrom direkt zum Laden des Elektroautos verwendet wird.
Gerade bei Haushalten mit PV-Anlage, Speicher, Wärmepumpe und Elektroauto kann die Koordination interessant werden, weil mehrere leistungsstarke Verbraucher gleichzeitig auftreten können.
Welche Bedeutung hat § 14a EnWG für das HEMS?
Ein weiterer Grund, warum Energiemanagementsysteme zunehmend relevant werden, sind die Regelungen zu steuerbaren Verbrauchseinrichtungen nach § 14a EnWG.
Dazu gehören unter anderem bestimmte private Wallboxen, Wärmepumpen und Stromspeicher mit entsprechender Netzanschlussleistung.
Für neue steuerbare Verbrauchseinrichtungen mit einer Netzanschlussleistung von mehr als 4,2 kW gelten seit dem 1. Januar 2024 entsprechende Regelungen. In bestimmten Situationen darf der Netzbetreiber den netzwirksamen Leistungsbezug vorübergehend reduzieren. Eine vollständige Abschaltung ist dabei nicht vorgesehen; die Bundesnetzagentur nennt grundsätzlich eine Mindestbezugsleistung von 4,2 kW für die entsprechenden Einrichtungen.
Ein HEMS kann dabei eine besondere Rolle übernehmen.
Wenn mehrere steuerbare Geräte vorhanden sind, kann das System die Leistungsaufnahme der Geräte koordinieren. Die Bundesnetzagentur beschreibt ausdrücklich die Möglichkeit, die Steuerung über ein EMS umzusetzen. Dabei erhält das EMS eine zulässige Leistungsobergrenze und sorgt dafür, dass die Summe der angeschlossenen steuerbaren Verbrauchseinrichtungen diese Grenze nicht überschreitet.
Das bedeutet auch: Ein HEMS dient nicht ausschließlich dazu, Solarstrom zu optimieren. Es kann zusätzlich bei der Koordination mehrerer leistungsstarker Verbraucher helfen.
Kann ein HEMS Stromkosten senken?
Ja, ein HEMS kann grundsätzlich dazu beitragen, die Stromkosten zu reduzieren. Eine bestimmte Ersparnis lässt sich jedoch nicht pauschal garantieren.
Der mögliche Vorteil hängt unter anderem davon ab, wie viel Solarstrom vorhanden ist, wann Strom verbraucht wird und welche Geräte gesteuert werden können.
Bei einem Haushalt mit PV-Anlage und Elektroauto kann beispielsweise mehr Solarstrom zum Laden des Fahrzeugs verwendet werden.
Bei einem Haushalt mit PV-Anlage und Wärmepumpe kann die Wärmeproduktion teilweise in Zeiten mit hoher Solarstromerzeugung verschoben werden.
Bei einem dynamischen Stromtarif kann wiederum der Strompreis berücksichtigt werden, sofern das HEMS und die angeschlossenen Komponenten diese Funktion unterstützen.
Damit entstehen verschiedene Optimierungsziele.
Das HEMS könnte beispielsweise versuchen, Eigenverbrauch, Stromkosten und Netzbezug gleichzeitig zu optimieren.
HEMS und dynamische Stromtarife
Dynamische Stromtarife verändern den Strompreis abhängig von der jeweiligen Marktsituation beziehungsweise den vereinbarten Preisbestandteilen.
Ein intelligentes Energiemanagementsystem kann solche Preissignale berücksichtigen, wenn der Tarif und das HEMS entsprechend integriert sind.
Dann kann beispielsweise der Batteriespeicher nicht ausschließlich anhand der PV-Produktion gesteuert werden.
Bei niedrigen Strompreisen könnte eine Ladung aus dem Netz interessant sein, während bei hohen Preisen stärker auf gespeicherte Energie zurückgegriffen werden könnte.
Allerdings sollte man dabei vorsichtig sein.
Das Laden eines Speichers aus dem Netz verursacht Verluste und kann die Lebensdauer der Batterie beeinflussen. Außerdem müssen sämtliche Kostenbestandteile des jeweiligen Tarifs berücksichtigt werden.
Ein HEMS kann eine Strategie technisch umsetzen, aber es macht eine wirtschaftlich ungünstige Strategie nicht automatisch sinnvoll.
Was kann ein gutes HEMS alles steuern?
Der Funktionsumfang unterscheidet sich teilweise erheblich zwischen verschiedenen Systemen.
Mögliche Funktionen sind beispielsweise:
- PV-Überschusssteuerung
- Batteriemanagement
- Wallbox-Steuerung
- Wärmepumpensteuerung
- Einbindung eines Smart Meters
- Verbrauchsanalyse
- Tarifoptimierung
- Lastmanagement
- Visualisierung des Energieverbrauchs
- Prognosen für PV-Erzeugung
- Priorisierung verschiedener Verbraucher
Bei der Auswahl sollte deshalb nicht nur darauf geachtet werden, dass ein Produkt „HEMS“ oder „Energiemanager“ genannt wird.
Entscheidend ist, welche Geräte tatsächlich miteinander kommunizieren können.
Braucht jedes Haus ein HEMS?
Nein.
Für einen Haushalt mit einer kleinen Photovoltaikanlage und wenigen größeren Verbrauchern kann ein umfangreiches Energiemanagementsystem unnötig sein.
Wenn beispielsweise bereits ein großer Teil des Solarstroms direkt im Haushalt verbraucht wird und keine Wärmepumpe, Wallbox oder Batterie vorhanden ist, sind die zusätzlichen Funktionen möglicherweise weniger relevant.
Anders sieht es bei einem modernen Energiehaushalt aus.
Wer Photovoltaik, Batteriespeicher, Wärmepumpe, Elektroauto und möglicherweise einen dynamischen Stromtarif kombiniert, hat wesentlich mehr Energieflüsse zu koordinieren.
Hier kann ein HEMS seine Vorteile deutlich besser ausspielen.
Die Verbraucherzentrale beschreibt ein EMS insbesondere für Haushalte mit Wallbox oder Wärmepumpe als interessant.
Worauf sollte man beim Kauf achten?
Wer ein HEMS anschaffen möchte, sollte zunächst eine Kompatibilitätsliste erstellen.
Interessant sind insbesondere folgende Fragen:
- Unterstützt das System den vorhandenen Wechselrichter?
- Kann der Batteriespeicher eingebunden werden?
- Ist die Wallbox kompatibel?
- Kann die Wärmepumpe gesteuert werden?
- Unterstützt das System einen Smart Meter?
- Sind dynamische Stromtarife integrierbar?
- Kann der Eigenverbrauch optimiert werden?
- Welche Schnittstellen werden verwendet?
- Fallen laufende Softwarekosten an?
- Ist das System später erweiterbar?
Besonders wichtig ist die Frage nach offenen Schnittstellen.
Ein HEMS kann technisch sehr leistungsfähig sein und trotzdem wenig nutzen, wenn die vorhandenen Geräte nicht miteinander kommunizieren können.
Lohnt sich ein HEMS bei einer neuen PV-Anlage?
Bei einer neuen Photovoltaikanlage sollte das Energiemanagement möglichst früh in die Planung einbezogen werden.
Das gilt besonders dann, wenn später eine Wärmepumpe, Wallbox oder Batterie hinzukommen soll.
Denn ein HEMS funktioniert am besten, wenn die verschiedenen Komponenten aufeinander abgestimmt sind.
Wer zunächst nur eine PV-Anlage installiert und Jahre später weitere Geräte ergänzt, kann ein Energiemanagementsystem selbstverständlich nachrüsten. Allerdings muss dann geprüft werden, welche Komponenten miteinander kompatibel sind.
Eine frühzeitige Planung kann deshalb helfen, spätere Einschränkungen zu vermeiden.
HEMS ist mehr als eine App
Ein häufiger Irrtum besteht darin, ein Energiemanagementsystem lediglich als App zur Anzeige von Stromdaten zu betrachten.
Eine App kann beispielsweise zeigen, wie viel Solarstrom produziert oder verbraucht wird.
Ein echtes Energiemanagementsystem geht weiter.
Es kann Energieflüsse aktiv koordinieren und Geräte steuern, sofern diese entsprechend kompatibel sind.
Der Unterschied ist wichtig:
Monitoring zeigt, was passiert.
Energiemanagement entscheidet zusätzlich, was passieren soll.
Ein HEMS kann beispielsweise erkennen, dass gerade PV-Überschuss vorhanden ist, und daraufhin einen angeschlossenen Verbraucher aktivieren oder die Ladeleistung einer kompatiblen Wallbox anpassen.
Das Wichtigste in Kürze
Ein HEMS ist die zentrale Schnittstelle für ein zunehmend vernetztes Energiesystem im eigenen Haus.
Es verbindet Photovoltaik, Stromspeicher, Wärmepumpe, Wallbox und weitere kompatible Verbraucher und kann deren Betrieb aufeinander abstimmen.
Besonders interessant ist ein HEMS für Haushalte, die möglichst viel selbst erzeugten Solarstrom nutzen möchten. Auch bei mehreren steuerbaren Verbrauchseinrichtungen kann ein Energiemanagementsystem Vorteile bieten. Die Bundesnetzagentur sieht die EMS-Steuerung ausdrücklich als Möglichkeit vor, mehrere steuerbare Geräte hinter einem Netzanschluss gemeinsam zu koordinieren.
Trotzdem ist ein HEMS kein Selbstzweck. Entscheidend sind die vorhandenen Geräte, deren Kompatibilität, der Stromverbrauch und die gewünschte Strategie.
Wer nur eine kleine PV-Anlage ohne weitere größere Verbraucher besitzt, benötigt möglicherweise kein komplexes System.
Wer dagegen Photovoltaik, Batteriespeicher, Wärmepumpe und Elektroauto miteinander verbinden möchte, kann mit einem gut geplanten HEMS deutlich mehr aus der vorhandenen Energieinfrastruktur herausholen.
