Ein elektrischer Boiler im Camper hat einen entscheidenden Vorteil: Strom lässt sich ziemlich einfach steuern.
Statt unseren 24-V-Boiler einfach bei Bedarf einzuschalten, haben wir ihn deshalb in Muckis Energiesystem integriert. Ein Shelly 1 Gen4 übernimmt zusammen mit einem Temperatursensor die lokale Steuerung. Der Victron Cerbo GX kennt gleichzeitig Batteriestand, Solarleistung und aktuelle Verbraucher. Über Node-RED werden diese Informationen miteinander verknüpft.
Das Ergebnis: Der Boiler heizt bevorzugt dann, wenn ohnehin überschüssige Energie vorhanden ist.
Damit wird aus einem relativ großen Stromverbraucher eine Art thermischer Energiespeicher.
Warum wir überhaupt einen elektrischen Boiler eingebaut haben und weshalb ich die Kombination aus 9 Litern und rein elektrischer Erwärmung heute trotzdem anders planen würde, habe ich hier ausführlich beschrieben:
→ Elektrischer Boiler im Camper: Unsere Erfahrungen mit 24 V und Solar
Unser Warmwasser-Setup in Mucki
Verbaut ist ein 9-Liter-Pundmann-Boiler mit zwei 24-V-Heizstäben à 400 Watt.
Ein einzelner Heizstab benötigt bei 24 Volt rechnerisch ungefähr 16,7 Ampere. Werden beide Heizstäbe gleichzeitig betrieben, sind es rund 33 Ampere.
Damit ist schnell klar: Der eigentliche Heizstrom gehört nicht direkt über einen kleinen Smart-Home-Schalter geführt.
Bei uns besteht die Steuerung deshalb grundsätzlich aus zwei Ebenen:
- Der Shelly entscheidet, ob geheizt werden soll.
- Ein entsprechend dimensioniertes 24-V-Relais schaltet den Heizstrom.
Zusätzlich messen wir die Temperatur direkt am Boiler.
Die Komponenten unserer Boilersteuerung
In unserem Aufbau kommen im Wesentlichen folgende Komponenten zum Einsatz:
- Shelly 1 Gen4
- Shelly Plus Add-on
- DS18B20-Temperatursensor
- 24-V-Kfz-Relais
- Victron Cerbo GX
- Node-RED auf Venus OS
- thermostatisches Mischventil als Verbrühschutz
Der Shelly übernimmt dabei nicht die Aufgabe einer Sicherung oder eines unabhängigen Übertemperaturschutzes. Diese Funktionen müssen elektrisch beziehungsweise mechanisch separat gewährleistet bleiben.
Auch ein mit „40 A“ beschriftetes Relais sollte nicht allein anhand dieser Zahl ausgewählt werden. Entscheidend sind unter anderem die tatsächliche DC-Dauerstromfreigabe, die verwendeten Kontakte, Kabelquerschnitte, Absicherung und Einbausituation.
Temperatur messen mit dem DS18B20
Der DS18B20 liefert uns die aktuelle Temperatur des Boilers.
Damit lässt sich Warmwasser deutlich bedarfsgerechter erzeugen als mit einem einfachen Ein-/Aus-Schalter.
Wenn wir beispielsweise nur etwas warmes Wasser zum Abwaschen benötigen, muss der Boiler nicht zwangsläufig auf seine maximale Temperatur gebracht werden.
Für eine möglichst große Warmwasserreserve kann dagegen stärker aufgeheizt werden.
Gerade bei einem relativ großen 9-Liter-Boiler ist diese Temperatursteuerung praktisch: Es macht energetisch einen erheblichen Unterschied, ob neun Liter Wasser nur moderat oder um 40 bis 50 Kelvin erwärmt werden.
Hohe Boilertemperatur, mehr nutzbares Warmwasser
Eine hohe Speichertemperatur hat allerdings auch einen Vorteil.
Das Wasser wird später an einem thermostatischen Mischventil mit kaltem Wasser vermischt. Aus beispielsweise neun Litern sehr heißem Wasser können dadurch deutlich mehr als neun Liter Wasser mit angenehmer Duschtemperatur entstehen.
Das Mischventil übernimmt gleichzeitig eine wichtige Schutzfunktion: An Dusche und Wasserhahn soll unabhängig von der Speichertemperatur nur die eingestellte Mischtemperatur ankommen.
Bei uns lässt sich diese beispielsweise im Bereich einer angenehmen Duschtemperatur einstellen.
Warum der Victron Cerbo GX ins Spiel kommt
Bis hierhin wäre die Steuerung noch relativ einfach: Temperatur messen, Boiler einschalten, Zieltemperatur erreichen, Boiler ausschalten.
Spannend wird das System erst durch die Daten des Victron Cerbo GX.
Der Cerbo weiß unter anderem:
- wie voll die Aufbaubatterie ist,
- wie viel Solarleistung gerade erzeugt wird,
- ob die Batterie geladen oder entladen wird,
- wie viel Leistung andere Verbraucher gerade benötigen.
Über Node-RED können wir daraus Regeln erstellen, die entscheiden, wann Warmwasser energetisch sinnvoll ist.
Unsere PV-Überschusslogik
Die Grundidee ist einfach:
Die Batterie hat Vorrang. Erst wenn sie praktisch voll ist, darf überschüssige Solarenergie in Warmwasser umgewandelt werden.
Unsere aktuelle Logik startet die automatische Warmwasserbereitung ungefähr bei:
- 98 % SOC der Aufbaubatterie
- und gleichzeitig mehr als ungefähr 100 Watt verfügbarer PV-Leistung.
Der Boiler wird anschließend wieder ausgeschaltet, wenn der Batteriestand unter ungefähr 95 % SOC fällt.
Durch diese Hysterese schaltet das System nicht ständig direkt an der gleichen SOC-Grenze ein und wieder aus.
Große Verbraucher haben Vorrang
Mucki besitzt neben dem Boiler noch einige weitere leistungsstarke elektrische Verbraucher.
Dazu gehören beispielsweise Kochfeld und Backofen.
Deshalb berücksichtigt Node-RED nicht nur den SOC, sondern auch die aktuelle Batterieleistung.
Wenn plötzlich ein großer Verbraucher eingeschaltet wird und mehr als ungefähr 1.000 Watt aus der Batterie entnommen werden, pausiert die automatische Boilerheizung.
Dadurch konkurriert Warmwasser nicht unnötig mit Verbrauchern, die wir in diesem Moment tatsächlich benötigen.
Ist die hohe Last wieder verschwunden und stimmen die übrigen Bedingungen weiterhin, kann die Warmwasserbereitung später erneut freigegeben werden.
Warum 98 Prozent und nicht einfach 100 Prozent?
Würde der Boiler erst exakt bei 100 % SOC eingeschaltet, könnte ein großer Teil des nutzbaren Solarüberschusses verloren gehen.
Andersherum möchten wir die Batterie aber auch nicht dauerhaft irgendwo knapp unterhalb einer vollständigen Ladung halten.
Deshalb beginnt unsere Überschussnutzung bereits bei ungefähr 98 %, wird aber von einer zusätzlichen Regel überwacht.
Regelmäßige Vollladung hat Vorrang
Wenn die Batterie über längere Zeit nicht vollständig geladen wurde, deaktiviert Node-RED die PV-Überschussfunktion.
Bei unserem System passiert das nach ungefähr 21 Tagen ohne vollständige Ladung.
Der Boiler darf dann nicht länger Solarüberschuss abgreifen. Die gesamte verfügbare Energie geht zunächst in die Batterie.
Sobald 100 % SOC erreicht wurden, bleibt die Warmwasserautomatik noch ungefähr zwei weitere Stunden gesperrt.
Damit bekommt das Batteriesystem Zeit für die Ladephase bei hohem SOC und den Zellenausgleich.
Erst danach wird die Überschussfunktion wieder freigegeben.
Der Boiler wird zum Energiespeicher
Der interessante Gedanke hinter der ganzen Automatisierung ist für mich weniger der smarte Schalter selbst.
Entscheidend ist, dass wir überschüssige Energie nicht mehr zwangsläufig elektrisch speichern müssen.
Ist die Batterie bereits voll, kann zusätzliche Solarenergie stattdessen in Wärme umgewandelt werden.
Ein vollständig aufgeheizter Boiler enthält bei unserem 9-Liter-System grob eine halbe Kilowattstunde Wärmeenergie zusätzlich zum kalten Wasser.
Diese Energie steht später zum Duschen oder Abwaschen zur Verfügung.
Der Boiler funktioniert damit im übertragenen Sinn wie ein kleiner thermischer Akku.
545 Wp auf dem Dach plus 400-Wp-Faltpanel
Fest auf Muckis Dach sind 545 Wp Solarleistung installiert.
Bei längeren Standzeiten können wir zusätzlich ein 400-Wp-Faltpanel aufstellen.
Unter guten Bedingungen stehen damit insgesamt bis zu 945 Wp installierte PV-Leistung zur Verfügung.
Gerade im Sommer funktioniert die Überschusslogik deshalb sehr gut.
Die Batterie erreicht ihren hohen Ladezustand und der Boiler bekommt anschließend Energie, die wir zu diesem Zeitpunkt nicht mehr sinnvoll in der Batterie speichern können.
Im Herbst verändert sich das System
Im Herbst passiert allerdings genau das Gegenteil.
Die Tage werden kürzer, der Sonnenstand niedriger und der Solarertrag sinkt. Gleichzeitig steigt der Wunsch nach warmem Wasser.
Dann bekommt unsere Regelung eine andere Aufgabe: Sie muss nicht mehr möglichst viel überschüssige Energie verwerten, sondern verhindern, dass Komfortverbraucher die Batterie unnötig leeren.
Genau deshalb finde ich eine dynamische Steuerung sinnvoller als einen Boiler, der einfach nach einem festen Zeitplan eingeschaltet wird.
Auch Landstrom lässt sich automatisieren
Das gleiche Prinzip funktioniert mit Landstrom.
Wenn der Camper an einer Steckdose hängt, kann zunächst die Batterie vollständig geladen werden.
Danach wird zusätzliche Energie verwendet, um den Boiler aufzuheizen.
Beim Abziehen des Landstroms starten wir dadurch nicht nur mit voller Batterie, sondern zusätzlich mit einem Speicher voll heißem Wasser.
Bei unserem Reisestil kommt Landstrom allerdings vergleichsweise selten vor.
Automatik und manuelle Steuerung schließen sich nicht aus
Eine wichtige Erkenntnis aus dem Ausbau: Eine gute Automatisierung sollte den manuellen Betrieb nicht komplizierter machen.
Wenn wir warmes Wasser benötigen, möchten wir nicht erst darauf warten, dass die Sonne scheint und alle Bedingungen der PV-Automatik erfüllt sind.
Deshalb unterscheiden wir grundsätzlich zwischen einer automatischen Überschussfunktion und bewusst angeforderter Warmwasserbereitung.
Solarüberschuss bedeutet: Warmwasser entsteht dann, wenn die Energie ohnehin vorhanden ist.
Manuelles Aufheizen bedeutet dagegen: Wir entscheiden bewusst, dass uns Warmwasser gerade wichtiger ist als die dafür benötigte elektrische Energie.
Diese Trennung macht das System im Alltag deutlich verständlicher.
Was ich heute anders planen würde
Mit der Steuerung selbst bin ich sehr zufrieden.
Sie zeigt aber gleichzeitig das grundsätzliche Problem unseres Warmwassersystems: Wir verwenden relativ viel technische Intelligenz, um einen großen elektrischen Verbraucher möglichst geschickt in unser Energiesystem einzubinden.
Bei einem neuen Ausbau würde ich deshalb wahrscheinlich weiterhin eine elektrische Heizpatrone vorsehen – aber zusätzlich eine zweite Wärmequelle nutzen.
Im Sommer könnte der Boiler weiterhin automatisch Solarüberschuss aufnehmen.
Im Winter könnte dagegen die ohnehin laufende Standheizung oder eine andere Wärmequelle die Warmwasserbereitung übernehmen.
Die Automatisierung würde dadurch nicht überflüssig. Im Gegenteil: Sie könnte jeweils entscheiden, welche Energiequelle gerade am sinnvollsten ist.
Fazit: Warmwasser dann erzeugen, wenn Energie verfügbar ist
Unser elektrischer Boiler ist ein gutes Beispiel dafür, was ich an einem intelligenten Camper-Energiesystem spannend finde.
Es geht nicht darum, möglichst viele Geräte mit einer App bedienen zu können.
Die Technik soll im Hintergrund Entscheidungen übernehmen, die wir sonst ständig selbst treffen müssten.
Der Cerbo kennt den Zustand des Energiesystems, Node-RED verarbeitet die Informationen und der Shelly setzt die Entscheidung am Boiler um.
Dadurch wird Warmwasser bevorzugt genau dann produziert, wenn die Energie dafür ohnehin vorhanden ist.
Und wenn die Energie knapp wird, hat die Batterie automatisch Vorrang.
Für mich ist genau das der interessante Teil eines smarten Camperausbaus: Technik, die nicht beschäftigt, sondern unauffällig dafür sorgt, dass unterwegs mehr wie zuhause funktioniert.