Zendure SolarFlow - Mini-Solaranlagen für daheim und unterwegs

(Gesamt-)Inhaltsverzeichnis

• Hauptseite mit Zusammenfassung etc.
• Photovoltaik und ihr möglicher Ertrag
• Stromverbrauch und Einspeisung im Haushalt
• Eigenverbrauch und seine Berechnung
• Nutzungsvarianten
  • Direkte Netzeinspeisung (Steckersolargerät SSG, „Balkonkraftwerk“)
  • Hausnetzeinspeisung mit Pufferspeicher
    • Zendure SolarFlow
    • Zendure-App und Alternativen zur Darstellung der SolarFlow-Daten
    • Zendure „Smart-CT”-Regelung und Alternativen
    • Interne Verluste des SolarFlow
  • Inselanlage (mit Speicherung) und Kombination
• Auswahl und Nutzung von Komponenten
• Beispiel-Konfigurationen

Zendure SolarFlow

Eine vom Preis-/Leistungsverhältnis sehr attraktive Produktserie finde ich Zendure SolarFlow, insbesondere 800 Pro bzw. Plus. Die ist mit einem knapp 2 kWh Speicher inzwischen für unter 400€, teils sogar unter 300€ erhältlich und bietet dafür sehr viel, inklusive bidirektionalem Wechselrichter, diverse Regelungsmodi sowie eine Batterieheizung bei kalten Temperaturen. Außerdem bietet sie über das sog. zenSDK eine hervorragende Unterstützung für direkten Zugriff und eigene Regelung — mehr dazu unten.
Die SolarFlow-Produkte bestehen aus einer Steuereinheit (engl. hub oder controller) mit Hybrid-Wechselrichter und einem oder optional auch mehreren Batterien. Der SolarFlow 800 Plus hat nur 2 MPPT-Eingänge mit je max. 750 W (während die Pro-Variante 4 MPPT-Eingänge hat mit je max. 660 W). Seine Batterie vom Typ AB2000L ist bei gleicher Kapazität deutlich kompakter und leichter und hat eine Gel-basierte Brandunterdrückung, während die Batterie der Plus-Serie ein aktives Aerosol-basiertes System verwendet. Dagegen bietet nur die Pro-Serie einen Off-Grid-Anschluss (Notstromfunktion). Beide haben eine WR-Ausgangsleistung von max. 800 W, wodurch sie in Deutschland VDE-konform betreiben werden können, und eine AC-Ladeleistung von 1000 W.

Ein schöner Online-Artikel inkl. Test mit vielen Details zum SolarFlow 800 Plus finde sich hier.

Die Cloud-basierte Regelung des Herstellers, genannt Home Energie Management System (HEMS) hat eine brauchbare Reaktionszeit von etwa 4 bis 10 Sekunden und erreicht nicht ganz eine Nulleinspeisung, wie weiter unten näher erläutert.

• Der „Smart-CT”-Modus verwendet als Eingaben die aktuelle PV-Leistung, den Zustand der Batterie und die Leistungsbilanz im Haushalt, welche mit einen externen Gerät wie z.B. einem Shelly (Pro) 3EM, oder einem Zendure Smart Meter D0 / 3CT oder einem Smart Meter mit Lesekopf gemessen werden muss.
• Im sog. „ZENKI”-Modus werden zusätzlich dynamische Stromtarife, Wetterprognosen und typische Stromverbrauchsmuster des Haushalt berücksichtigt.

Leider haben die SolarFlow-Systeme an verschiedenen Stellen einige Verluste, die nicht ausgewiesen werden — mehr dazu in den nächsten Abschnitten.

Zendure-App und Alternativen zur Darstellung der SolarFlow-Daten

Die App hat ein sehr schickes Design und kann über die Cloud-Anbindung des SolarFlow (welche über WLAN läuft) auch unterwegs verwendet werden. Man kann mit ihr wichtige Einstellungen machen, aktuelle Daten abrufen und (nicht sonderlich bequem) auch Statistiken über diverse Zeiträume ansehen. Sie und die Software dahinter in der Steuereinheit haben diverse Macken, auf die dieser Abschnitt an mehreren Stellen eingeht. Schon die Einrichtung der Geräte ist nicht sehr benutzerfreundlich, besonders wenn es um die Verbindung von Energiespeicher und Smart Meter geht, und das Speichern von Options-Parametern wie der maximalen Einspeiseleistung bringt teils irreführende Fehlermeldungen.

Bei näherer Betrachtung der Leistungs-Daten, die ein SolarFlow liefert, ergibt sich der Schluss, dass das Gerät nur die Leistung an den PV-Eingängen und die Einspeise- bzw. Bezugsleistung an seinem Netzstecker misst und die von ihm angegebene Lade- und Entladeleistung des angeschlossenen Speichers daraus nur näherungsweise ohne Berücksichtigung der Verluste wie folgt bestimmt:

• Beim Entladen des Speichers berechnet der SolarFlow-Controller (unabhängig davon, ob gerade PV-Leistung vorhanden ist) als Entladeleistung einfach die Differenz aus der PV-Leistung am Eingang („Solarmodul”) und Leistungsabgabe („Heimnutzung”), und die App zeigt diese Differenz an. Also nicht die tatsächliche Entladeleistung, denn die ist eigentlich höher, nämlich um den Betrag der unvermeidlichen Verluste durch die Wechselrichtung, welche sowohl den PV-Anteil als auch die Speicher-Entladung betreffen, und um den Betrag der ebenfalls unvermeidlichen MPPT-Verluste beim PV-Anteil. Siehe Bild links: Wenn die PV-Leistung 158 W beträgt und 200 W ins Heimnetz abgegeben werden, wird der Speicher eigentlich mit deutlich mehr als 42 W entladen.
• Ebenso wird beim Laden des Speichers (sei es mit DC PV-Leistung und/oder AC aus dem Heimnetz) als Ladeleistung einfach die Differenz aus der PV-Leistung und Leistung an der Steckdose (welche beim Laden aus dem Heimnetz negativ ist) gebildet und angezeigt. Die tatsächliche Ladeleistung ist eigentlich geringer, weil von der Differenz eigentlich noch die MPPT-Verluste und/oder die Verluste des AC-Ladegeräts bzw. die Wechselrichtungs-Verluste (im Falle positiver Heimnetz-Einspeisung) abzuziehen wären. <!–
• Beim Laden des Speichers über die Steckdose oder über die Solarmodule ohne Netzeinspeisung wird ebenfalls suggeriert, dass keinerlei Verluste entstehen. –>
• Während beim Laden über die Steckdose im benutzerdefinierten Modus die eingestellte Leistung von z.B. 200 W (oder etwas weniger als das) angegeben wird, wie im Bild rechts, schwankt zumindest bei meinem Gerät aus irgendeinem Grund die tatsächlich vom Heimnetz bezogene Leistung innerhalb von wenigen Sekunden teils enorm, und zwar zwischen 0 und etwas mehr als dem gewünschten Wert (im gegebenen Beispiel bis ca. 209 W).

• Wenn der SolarFlow mit der App per Bluetooth (statt WLAN) verbunden ist, werden PV-, Speicher- und Heimnetzanschluss-Leistung nicht ganz synchron dargestellt: Bei Änderungen der PV-Leistung hinkt die Darstellung teils über mehrere Sekunden auf unterschiedlichen Seiten hinterher, was zu teils grob inkonsistenten Zahlen führen kann wie bei dem linken Bild, wo bei 52 W PV-Leistung und 37 W Heimnutzung der Akku mit angeblich 70 W geladen wird.

• Immerhin werden PV-Leistung und Leistung am Netzstecker ziemlich korrekt gemessen und angezeigt, so dass man in den Zeiten, wo der Speicher in Ruhe ist (also weder geladen noch entladen wird) auf den realen Verlust durch MPPT und die Wechselrichtung schließen kann. Im Bild rechts ergeben sich aus der Differenz von 30 W aus PV-Leistung 190 W und Heimnetz-Einspeisung 160 W ein Verlust von 16%. Der Wirkungsgrad im Bypass-Betrieb (hier 84%) ist also nicht toll, was aber besonders bei geringer Auslastung des Wechselrichters leider normal ist.

Völlig unverständlich finde ich folgenden Bug: Obwohl im Eigenverbrauchsmodus mit „Smart-CT”-Regelung ein 3-Phasen-Messgerät (bei mir ein Shelly 3EM) verwendet wird und korrekte Daten zum Leistungssaldo liefert, zeigt die App in der Geräte-Ansicht unter „Energiefluss” des SolarFlow bei „Öffentliches Netz” statt Netzbezug oder -einspeisung immer “OW” an! Siehe linkes Bild. Dieses Fehlverhalten ist seit mindestens Sommer 2024 bekannt und wurde damit schon über zwei Jahre lang nicht behoben. Den Netzbezug (wenn PV-Leistung und Batterie-Entladeleistung nicht ausreichen, um die aktuelle Last abzudecken) sollte die App im „Energiefluss” darstellen. Auf ihrer Startseite stellt die App den Netzbezug unter dem Namen „Stromnetz” aber korrekt dar. Siehe dazu das rechte Bild von fast der selben Zeit. Die Darstellung ist allerdings nur aktuell, wenn sie über WLAN verbunden ist - bei Verbindung über Bluetooth wird sie nur dann aktualisiert, wenn man zwischendurch auf eine andere Ansicht wechselt. Gemäß dem rechten Bild lässt sich aus dem korrekt angezeigten Haushalts-Verbrauch von 117 W und Netzbezug von 87 W auf eine Einspeiseleistung von 30 W schließen. Im Bild links wird sie auch explizit dargestellt: in dem Moment 29 W.

Auch Netzeinspeisung (selbst wenn sie meist verschmerzbar gering ist) sollte die App nicht einfach unterschlagen. Wie oben erwähnt werden Lade- und Entladeverluste ebenfalls nicht angezeigt, während man aus den Ausgaben auf den Wechselrichtungs-Verlust schließen kann, wenn der Speicher nicht gerade geladen oder entladen wird.

Mehr Details und eine wesentlich bessere Darstellung bekommt man im Home Assistant über die Zendure Home Assistant Integration (Zendure-HA). Dazu hier eine Installationsanleitung. Dann kann man sich auch eigene, abgeleitete Sensoren und erweitertes Reporting definieren, wie ich es im SolBatHome gemacht habe, und sich ein Dashboard nach eigenen Wünschen zusammenstellen.

Zendure „Smart-CT”-Regelung und Alternativen

Die „Smart-CT”-Regelung von Zendure hat das Ziel, den Eigenverbrauch zu maximieren, was v.A. durch eine Nulleinspeisung ins externe Netz erreicht werden sollte. Trotzdem führt sie noch zu einen gewissen unerwünschten Energieexport. Bei recht statischen Verhältnissen betragen die negativen Leistungssalden meist nur wenige Watt, allerdings teilweise über Minuten hinweg, und manchmal erreicht die Leistungsabgabe ans externe Netz fast 20 W.
Dies liegt v.A. an einer gewissen Ungenauigkeit der Regelung. Eine einfache Ausweichlösung wäre, den Saldo-Ziel-Wert der Regelung statt auf 0 auf ca. 20 W zu setzen (bzw. am Regelungseingang diesen Wert abzuziehen), so dass der Saldo real zwischen ca. 0 und 40 W schwanken würde und jedenfalls kaum noch negativ würde. Aber dafür bietet Zendure keine einstellbare Option.

Es gibt aber bedingt durch die Trägheit der Regelung kurzzeitig auch recht große negative Ausschläge, etwa jedes Mal wenn ein Kühlschrank-Kompressor beim Anlaufen für etwa 1-2 Sekunden eine induktive Lastspitze von beispielsweise 800 W erzeugt. Dann versucht die Zendure-Regelung unsinnigerweise, diese auszugleichen, indem sie nach ein paar Sekunden die Einspeisung aus PV und/oder Speicher auf über 600 W erhöht, während die Lastspitze eigentlich schon wieder vorbei ist. Diese behält sie dann auch noch über ca. 10 Sekunden hinweg bei, bis sie sich darauf eingestellt hat, dass der Kühlschrank für die nächsten Minuten eine moderate nahezu konstante Last (von etwa 50 W) verursacht.

Die durch solche Effekte bewirkte ungewollte Netzeinspeisung liegt aber jedenfalls in unserem Haushalt in Summe bei moderaten 35 Wh pro Tag, was im Jahr je nach Strompreis einen Verlust von etwas unter 4€ ausmacht.
Die Schwächen des Zendure-HEMS kann durch Verwendung einer alternative Regelung mit lokaler Kommunikation vermeiden.

• Auf allen neueren SolarFlow-Geräten wie der Pro- und AC-Serie und dem 800 Plus das offizielle Zendure Local Control System verfügbar, auch zenSDK RESTful API genannt. Das ist über HTTP direkt zur Daten-Abfrage und zur Regelung verwendbar. Leider sind die darüber abrufbaren Leistungsdaten zur Speicher-Ladung und -Entlade- die selben idealisierten Daten (ohne Berücksichtigung von Verlusten) wie oben schon für die App-Ansicht bemängelt. Eine relativ einfach nutzbare und einigermaßen frei konfigurierbare Anwendung dafür ist die Home-Assistant-Integration Zendure-HA-zenSDK von Gielz.
  Über einen zenSDK HTTP-POST-Aufruf kann man aber auch sehr einfach den inzwischen dort integrierten MQTT-Client einstellen und aktivieren.
• Mit etwas Aufwand kann man auf den klassischen SolarFlow-Hubs wie Hub 1200, Hyper 2000 und Ace 1500, ein lokal nutzbares MQTT-Interface freischalten und für eine eigene Regelung nutzen.

Interne Verluste des SolarFlow

Wie jeder ‘intelligente’ Speicher verliert der SolarFlow ständig eine gewisse Menge Energie durch elektrochemische Selbstentladung der Batterie und durch den Eigenverbrauch seiner Elektronik. Diese Verluste müssen über die angeschlossenen PV-Module oder notfalls auch aus dem Stromnetz gedeckt werden.

Während der SolarFlow nichts einspeist oder aus dem Netz entnimmt, kann man an seinem Netzstecker einen ständigen Bezug von etwa 0,9 W messen. Das ergibt in 24 Stunden schon mal etwas über 20 Wh Eigenverbrauch.

Auch wenn die eingestellte Entladungsgrenze des Speichers von der Regelung eingehalten wird, sinkt die Ladung des Speichers in Ruhe über Nacht um etwa 1% ab, was bei bei 12 Stunden und dem AB2000 mit 1.920 Wh Kapazität auf eine moderate Standby-Verlustleistung von 1,5 W hindeutet.
Am Morgen dauert es denn erst mal ein Zeit lang, bis dieser Verlust durch Nachladen mit Überschuss aus den PV-Modulen, der nicht sofort im Haushalt gebraucht wird, wieder ausgeglichen ist.
In der Zendure-App kann man sich (auch unabhängig von der verwendeten Regelung) ansehen, wie viel Energie über einen Tag, eine Woche, einen Monat oder ein Jahr in den Speicher geflossen sind und aus ihm heraus ins Heimnetz abgegeben wurde. Besonders bei wenig PV-Ertrag ergibt sich eine ernüchternde Bilanz: Allein um den Mindest-Ladestand von z.B. 20% über einen Tag hinweg zu erhalten, müssen gemäß dem Screenshot im Bild in 24 Stunden scheinbar etwa 240 Wh in den Speicher nachgeladen werden. Davon sind allerdings gemäß der o.g. Betrachtung noch die ohnehin für PV-Nutzung unvermeidlichen MPPT- und Wechselrichter-Verluste abzuziehen, so dass hier de facto etwa 20% weniger anzusetzen sind. Trotzdem bleiben pro Tag ungefähr 190 Wh PV-Ertrag, die nicht nutzbar sind, sondern durch die Batterie selbst und den Rest des SolarFlow verbraucht werden! An ertragsarmen Tagen ist das Gerät damit sogar kontraproduktiv.

Nach den genannten Messungen und den Beobachtungen und Interpretationen der SolarFlow-Statistiken liegt der Eigenverbrauch des Systems, jedenfalls wenn wenig PV-Ertrag vorhanden ist, in Summe bei etwas mehr als 210 Wh pro Tag, also im Schnitt bei ungefähr 9 Watt Verlustleistung. Das macht aufs Jahr umgerechnet je nach Strompreis etwa 25€ aus.
Online findet man zum SolarFlow-Eigenverbrauch übrigens sehr unterschiedliche Angaben von etwa 100 bis 300 Wh pro Tag, was auf unsaubere Messungen und unklare Interpretation der Daten zurückzuführen sein wird.

Wenn man den SolarFlow rein AC-gekoppelt betreibt, lässt sich durch externe Messung der Energie, die über einen Zeitraum in das Gerät geflossen bzw. aus ihm wieder entnommen wurde, der Gesamt-Wirkungsgrad des Systems sehr einfach und klar bestimmen, inklusive der Verluste durch das AC-Ladegerät und den Wechselrichter.
So ergeben sich beispielsweise aus einer Investition von 175 kWh und Entnahme von 131 kWh (über einen Zeitraum von 3 1/2 Monaten ) ein System-Wirkungsgrad von 75%. Von den 25% Verlust gehen vermutlich 15-18 Prozentpunkte auf den Wechselrichter.