Solar-Reststrom mit Heizstab verwerten

Solar

Bei klassischen Triac-Leistungsstellern (Phasenanschnitt oder Phasenabschnitt) wird die Sinuskurve „zerhackt“.

Der Effekt:

• starke Oberwellen
• keine saubere Wirkleistung mehr
• sehr steile Flanken

Moderne elektronische Stromzähler messen zwar True RMS, aber sie:

• sampeln nur periodisch
• berechnen daraus Energie

Wenn die Messung genau in ungünstigen Phasen passiert, kann es zu Messfehlern kommen. Das Problem ist bei manchen Smart Metern tatsächlich beobachtet worden.

Besonders kritisch:

• stark asymmetrischer Phasenanschnitt
• kleine Lasten mit stark beschnittener Kurve
• Zähler mit einfacher Digitalfilterung

Deshalb nutzen viele PV-Heizstabregler eine andere Technik

Die guten Geräte (z.B. Fronius Ohmpilot oder my-PV AC ELWA-E) arbeiten nicht mit Phasenanschnitt, sondern mit:

Burst-Control / Nulldurchgangsschaltung

Dabei wird nicht die Sinuswelle zerschnitten, sondern ganze Halbwellen ein- oder ausgeschaltet.

Deshalb sind Zero-Cross SSR + Burst-Regelung heute Standard bei PV-Heizstäben.

Hardware:

• ESP32
• + Zero-Cross SSR (z.B. Fotek)
• + Heizstab

Regelung:

• 1-Sekunden-Fenster
• 50 Netzzyklen

Beispiel:

• 20 Zyklen EIN
• 30 Zyklen AUS
• → 40 % Leistung

Das ist für:

Netz

• Stromzähler
• Wechselrichter
• praktisch unsichtbar.

Der Kostal reagiert sehr empfindlich auf unsauberen Netzstrom. Ein Phasenanschnittsteller kann den Wechselrichter manchmal zu Regelschwingungen bringen.

Burst-Control vermeidet das komplett.

Für deinen Zweck (PV-Überschuss verheizen, idealerweise stufenlos oder burst-geregelt) würde ich dir tatsächlich einen ziemlich klassischen Heizstab empfehlen – nur mit den richtigen Eckdaten.

Für Warmwasserspeicher wird fast immer diese Bauart verwendet:

230 V / 3 kW Einschraub-Heizstab mit 1½″ Gewinde

Typische Daten:

• Leistung: 3000 W
• Spannung: 230 V
• Gewinde: 1½″ (Standard bei Speichern)
• Material: Edelstahl
• Einbaulänge: ca. 270–360 mm
• optional mit Thermostat und Sicherheitstemperaturbegrenzer

Ein typisches Beispiel ist der MB3000 OWR1 3 kW Immersion Heater.

Diese 3 kW-Klasse gilt als guter Kompromiss: genug Leistung zum Heizen, aber noch einphasig 230 V ohne Starkstromanschluss.

Warum 3 kW bei dir gut passt

Mit deinem Setup:

• 10,2 kWh BYD
• 7,1 kWh SolidFlex
• PV-Überschuss im Sommer

wird dein Heizstab vermutlich nur mittags laufen.

3 kW bedeutet:

3 kWh Wärme pro Stunde

Dein 390 L Speicher braucht ungefähr:

390 kg × 4.18 kJ/kgK ≈ 1.63 MJ/K ≈ 0.45 kWh pro °C

Also:

3 kW → ~6–7 °C Temperaturanstieg pro Stunde

Das passt ziemlich gut.

Wichtig für deine geplante Regelung

Wenn du mit Burst-Control (Zero-Cross SSR) arbeitest, nimm unbedingt:

Heizstab OHNE integrierten Thermostat im Strompfad oder mit separatem mechanischem Thermostat.

Warum:

Viele integrierte Thermostate mögen schnelles Ein/Aus-Takten nicht.

Noch ein Tipp (der bei PV-Heizstäben oft vergessen wird)

Nimm lieber einen Heizstab mit:

3 getrennten Heizschleifen

z. B.

3 × 1000 W

Statt

1 × 3000 W

Dann kannst du:

• 1000 W
• 2000 W
• 3000 W

auch stufig schalten, falls du später willst.

Das macht die Regelung viel stabiler.

Was ich persönlich bei deinem Setup verbauen würde

Ganz pragmatisch:

• 3 kW / 230 V
• 1½″ Gewinde
• Edelstahl
• 3 Heizschleifen
• ohne Elektronik

Kosten: 40–90 €

Was brauche ich für eine Burst-Control-Lösung? Gibt es fertige Lösungen mit MQTT oder so? Kann man das selbst bauen? Auch mit ESP? Gibt es fertige Software?

Ja – und für dich (Node-RED, Home Assistant, MQTT, ESP-Bastelei) gibt es tatsächlich mehrere fertige Wege, die erstaunlich gut zusammenpassen. Ich zeige dir mal die 3 realistischen Varianten, von „fast fertig“ bis „komplett DIY“.

1️⃣ Fertige Open-Source Lösung (ESP + MQTT)

Die wahrscheinlich eleganteste Lösung ist ein Solar-Diverter-Projekt.

Ein Beispiel ist YaSolR (Yet another Solar Router). Das ist eine komplette Open-Source Firmware für ESP32/ESP8266.

Funktionen:

• regelt PV-Überschuss automatisch
• PID-Regler
• MQTT-Integration
• mehrere Heizstäbe möglich

Temperaturüberwachung

optional Leistungsmessung

Es arbeitet genau so:

Home Assistant / Smart Meter
        ↓
MQTT: Netzleistung
        ↓
ESP32 Solar Router
        ↓
Zero-Cross SSR
        ↓
Heizstab

Die Software passt die Heizleistung so an, dass Netzleistung ≈ 0 W bleibt.

2️⃣ ESP + Zero-Cross SSR + MQTT (DIY, aber einfach)

Das ist wahrscheinlich dein Stil.

Hardware:

• ESP32
• + Zero-Cross SSR (25-40A)
• + Heizstab
• + optional Temperatursensor

Der ESP bekommt von Home Assistant z. B.:

topic: house/power

payload: -1200

Dann berechnet er:

1200 W → Heizleistung

Viele Projekte nutzen genau dieses Prinzip: Ein ESP steuert ein Zero-Cross SSR, das ganze Netzzyklen ein- oder ausschaltet (Burst-Control).

Typischer Ablauf:

1 s Zeitfenster 50 Netzzyklen

20 Zyklen EIN 30 Zyklen AUS → 40 % Leistung

Für Netz und Stromzähler ist das praktisch perfekt.

3️⃣ Node-RED + ESP Dimmer

Es gibt sogar fertige Node-RED Flows, die genau das machen.

Ein Beispiel:

Node-RED Solar Diverter

Features:

PID-Regler

MQTT-Kommunikation

Dashboard

Leistungsregelung

Der ESP bekommt nur einen Wert wie:

PWMController/value = 37

→ 37 % Heizleistung.

Das passt perfekt zu deinem jetzigen Setup.

Hardware die du brauchst

Minimal:

ESP32
+
Zero-Cross SSR (z.B. 40A)
+
Kühlkörper

Optional:

DS18B20 Temperatursensor Strommessmodul Relais für Notabschaltung Was ich dir konkret empfehlen würde

Ganz ehrlich: Bei deinem Setup würde ich diese Architektur bauen.

Home Assistant

   ↓

Node-RED

   ↓

MQTT → ESP32

   ↓

Burst-Control SSR

   ↓

3 kW Heizstab

Node-RED rechnet:

Überschuss = -Netzleistung

und sendet:

heater/power = 0…3000

Der ESP wandelt das in Burst-Duty-Cycle um.

Kosten (DIY)

• Teil Preis
• ESP32 5–8 €
• SSR 40A 10–20 €
• Kühlkörper 5 €
• Kleinkram 5 €

→ 30–40 €

Damit bekommst du im Prinzip einen Fronius Ohmpilot für Bastler.

Ein wichtiger Punkt (den viele übersehen)

Bei 3 kW Heizstab fließen:

230 V → 13 A

Also unbedingt:

SSR ≥ 40 A

großer Kühlkörper

Sicherung

FI/RCD

💡 Wenn du willst, kann ich dir auch noch zeigen:

eine extrem elegante Lösung mit ESPHome, die:

direkt in Home Assistant integriert ist

MQTT gar nicht braucht

und Burst-Control automatisch macht.

Die ist überraschend kurz (ca. 40 Zeilen YAML) und läuft auf einem ESP32.

ja, hau raus!

Gut, dann bauen wir das einmal sauber und minimalistisch mit ESPHome, so dass es direkt in Home Assistant erscheint und du keine eigene MQTT-Logik brauchst. Das Ziel: Burst-Control für einen Heizstab, gesteuert über die aktuelle Netzleistung.

Prinzip

Der ESP bekommt von Home Assistant:

Netzleistung (W)

Dann berechnet er:

Heizleistung = -Netzleistung

Beispiele:

• Netzleistung Heizstab
• -2000 W Einspeisung 2000 W
• -500 W Einspeisung 500 W
• +100 W Bezug 0 W

Die Leistung wird dann als Burst-Duty-Cycle umgesetzt.

Hardware

Minimal:

• ESP32
• Zero-Cross SSR (z.B. Fotek SSR-40DA)
• Heizstab 230V

Optional sinnvoll:

• DS18B20 Temperaturfühler
• mechanischer Thermostat
• FI/RCD
• ESPHome YAML (Burst-Control)

esphome:

  name: pv_heizstab

esp32:
  board: esp32dev

wifi:
  ssid: "WLAN"
  password: "PASS"

logger:

api:

ota:

output:
  - platform: gpio
    pin: 26
    id: ssr_output

interval:
  - interval: 1s
    then:
      - lambda: |-
          float grid = id(grid_power).state;
          float heater_power = 0;

          if (grid < -100) {
            heater_power = -grid;
          }

          if (heater_power > 3000) heater_power = 3000;

          float duty = heater_power / 3000.0;

          int cycles = 50;
          int on_cycles = duty * cycles;

          for (int i = 0; i < cycles; i++) {
            if (i < on_cycles) {
              id(ssr_output).turn_on();
            } else {
              id(ssr_output).turn_off();
            }
            delay(10);
          }

sensor:
  - platform: homeassistant
    id: grid_power
    entity_id: sensor.netzleistung
    

Was dieser Code macht

Der ESP arbeitet in 1-Sekunden-Fenstern:

50 Netzzyklen pro Sekunde

Beispiel:

40 % Leistung

• → 20 Zyklen EIN
• → 30 Zyklen AUS

Der Heizstab mittelt das thermisch.

Vorteile dieser Lösung

1. ✔ saubere Sinuswelle
2. ✔ keine Phasenanschnitt-Oberwellen
3. ✔ Stromzähler misst korrekt
4. ✔ Wechselrichter bleibt stabil
5. ✔ direkt in Home Assistant integrierbar

Sicherheit (wirklich wichtig)

Bei 3 kW Heizstab:

230 V × 13 A

Also unbedingt:

SSR ≥ 40 A

großer Kühlkörper

mechanischer Thermostat

Temperaturbegrenzer

FI/RCD

Optional (sehr empfehlenswert)

Temperatursensor im Boiler:

sensor:
  - platform: dallas
    address: 0x123456
    name: "Boiler Temperatur"

Dann kannst du eine Abschaltung machen:

65 °C → Heizstab aus

Ein Bonus für dein Setup

Mit deinen beiden Batterien

BYD Battery-Box Premium HVS

INDEVOLT SolidFlex PowerFlex2000

würde ich den Heizstab erst aktivieren wenn beide >90 % SOC sind.

Das verhindert, dass du Wärme erzeugst, während noch Strom speicherbar wäre.

💡 Wenn du willst, kann ich dir noch etwas zeigen, was bei deinem System richtig gut funktionieren würde:

Eine „Null-Einspeise-Heizstabregelung“ mit PID-Regler, die den Netzfluss auf ±20 W stabilisiert.

Damit verhält sich dein Haus praktisch wie ein perfekter Eigenverbrauchsoptimierer – das ist deutlich stabiler als die einfache Burst-Logik oben.