Balkonkraftwerk Teil 7: Steuerung der Waschmaschine

Helmut 18. Januar 2023 12 Kommentare

Mit einem Balkonkraftwerk selber ordentlich Strom zu erzeugen ist eine tolle Sache. Wirklich sinnvoll wird es aber erst, wenn man die erzeugte Leistung gleichzeitig auch selbst verbrauchen kann. Dazu kann man (wie in Teil 3 dieser Artikelserie beschrieben) die Größe des Balkonkraftwerks bereits bei der Installation am eigenen Grundbedarf ausrichten, so dass der Solarertrag immer selbst verbraucht wird. Wer sein BKW aber größer bemisst, also zum Beispiel die möglichen 600W voll ausnutzt, der muss bestrebt sein, in Zeiten starker Sonneneinstrahlung zusätzliche Verbraucher einzuschalten. In diesem Artikel zeige ich ein Beispiel, wie man mit Shelly Komponenten die Waschmaschine dann einschaltet, wenn reichlich eigener Solarstrom zur Verfügung steht.

Auch an dieser Stelle möchte ich darauf hinweisen, dass Arbeiten am 230V-Stromnetz potentiell lebensgefährlich sind. Wer keine elektrotechnische Ausbildung hat, sollte solche Tätigkeiten dringend einem Elektriker überlassen.

Was wird benötigt?

• eine (geeignete) Waschmaschine (darauf komme ich gleich als nächstes),
• einen Shelly Plug S oder Shelly Plug (ohne S) zur Steuerung der Waschmaschine,
• WLAN-Empfang im Bad (oder wo immer die Waschmaschine steht),
• ein Balkonkraftwerk und
• einen Shelly EM oder Shelly Plus 1PM oder Shelly Plug S zur Messung der Solarleistung.

Wie man die Shellies einrichtet und in die Shelly Cloud integriert, das habe ich bereits in Teil 6 dieser Artikelserie erklärt, wir gehen hier also davon aus, dass das bereits erfolgreich erledigt ist.

Welche Waschmaschinen sind geeignet?

Eigentlich fast alle und dazu auch Geschirrspülmaschinen und andere Geräte, die sich durch einen Shelly Plug S ein- und ausschalten lassen. Was die Waschmaschinen angeht, habe ich einmal drei Kategorien gebildet, in die sich Waschmaschinen einordnen lassen, was ihre Fernsteuermöglichkeit angeht:

1. Moderne Waschmaschinen, die bereits über einen Netzanschluss (LAN oder WLAN) verfügen und über eine App gesteuert werden können. Beispiele dafür sind Home-Connect bei Geräten von Siemens, Bosch, Neff, Constructa und Gaggenau, oder Miele@home.
2. Sehr alte Waschmaschinen, deren Programmsteuerung mechanisch über eine Walze erfolgt. Hier wird im ausgeschaltetem Zustand durch Drehen der Walze das Programm ausgewählt und dann mittels Schalter der Strom eingeschaltet. Das sind eher die Waschmaschinen unserer Eltern.
3. Die verbreitetsten Waschmaschinen arbeiten ihr Programm elektronisch ab, verfügen über einen Einschalter, der die Maschine unter Strom setzt, so dass überhaupt erst ein Programm gewählt werden kann. Der Start erfolgt dann über einen Start-Taster.

Die modernen Waschmaschinen der Kategorie 1 betrachte ich hier nicht. Sie haben bereits von Haus aus eine App-Steuerung und können darüber ferngesteuert und in Hausautomatisierungssysteme integriert werden. Sollte das nicht gewünscht sein, oder sich darüber keine Verbindung mit dem Balkonkraftwerk herstellen lassen, dann fallen diese Waschmaschinen mit hoher Wahrscheinlichkeit in Kategorie 3 und die nachfolgend beschriebene Methode ist bei ihnen ebenso möglich.

Die alten Waschmaschinen der Kategorie 2 bereiten einer Automatisierung zum Glück überhaupt keine Probleme, weil sie ganz einfach wie eine Filterkaffeemaschine durch Einschalten des Stroms zum Laufen gebracht werden können. Und das kann ein Shelly Plug S sehr gut übernehmen.

Sorgen hatten mir (gedanklich) die Waschmaschinen der Kategorie 3 bereitet, denn bei ihnen ist es offensichtlich nicht damit getan, mit einem Shelly Plug den Strom für die Maschine einzuschalten. Danach muss noch das Programm gewählt und vor allem die Start-Taste gedrückt werden. Eine Aufgabe, die mit Shellies kaum zu bewältigen ist, zumindest nicht ohne Eingriffe in das Gerät.

Glücklicherweise verfügen die Geräte der Kategorie 3 über eine Funktion, die weitgehend unbekannt ist, die uns aber aus der eben beschriebenen Bredouille hilft. Diese Waschmaschinen sind so gebaut, dass sie bei einem Stromausfall zum einen die Magnetventile schließen, dass kein Wasser ein- und auslaufen kann. Und zum anderen merken sie sich ihren Programmstatus, so dass das Waschprogramm nach einem Stromausfall automatisch fortgesetzt wird. Die Problemlösung besteht also darin, dass wir den Waschvorgang ganz normal vorbereiten und mit der Starttaste aktivieren und dann per Shelly Plug S einen Stromausfall simulieren, so lange bis bei genug Sonne der Waschvorgang beginnen soll.

Aber haben alle Waschmaschinen diese Stromausfall-Wiederanlauf-Funktion? Vermutlich nicht, deshalb werden wir das im übernächsten Schritt erst mal testen.

Exkurs: Schafft ein Shelly Plug S leistungsmäßig eine Waschmaschine?

Das ist ein wichtiger Punkt, den wir nicht leichtfertig übergehen dürfen. Deshalb schiebe ich ihn hier ein, bevor wir einen Shelly Plug S an die Waschmaschine hängen. Die Frage ist berechtigt, denn ein Shelly Plug S ist nur für eine maximale Leistung von 2.500W ausgelegt. Niemand will dass der Shelly abraucht, weil er durch die Waschmaschine überlastet wird. Und es hilft uns auch nicht weiter, wenn der Shelly Plug S wegen Überlast den Waschvorgang von sich aus abbricht. Also sollten wir einen ersten Blick auf das Typenschild oder in das Datenblatt der Waschmaschine werfen. Der gesuchte Wert findet sich dort unter dem Schlagwort Anschlusswert in Watt. Nicht zu verwechseln mit dem Energieverbrauch pro Waschgang oder pro Jahr, der in kWh ausgedrückt wird. Typischerweise bewegt sich der Leistungsbedarf einer normalen Haushaltswaschmaschine zwischen 1.900W und 2.400W (der von Spülmaschinen leicht höher). Leistungsstarke Geräte können aber auch 3.000W brauchen, was für einen Shelly Plug S definitiv zu viel ist.

Wer also feststellt, dass seine Maschine für einen Shelly Plug S zu leistungsstark ist, der hat bei Shelly die Möglichkeit nicht zum Plug S zu greifen, sondern zum Shelly Plug, ohne S. Der ist von der Bauform etwas größer ausgelegt und schafft 3.500W, also deutlich mehr als der Plug S.

Trotz allem werden wir in der Testphase, die als nächstes folgt, auch prüfen, ob sich der Shelly Plug (S) wegen Überlast abschaltet und wie stark er sich unter Last erwärmt.

Testphase

Testplan

Drei Dinge wollen wir während eines Testwaschgangs in Erfahrung bringen:

• Funktioniert die Waschprogrammfortsetzung nach simuliertem Stromausfall?
• Schaltet der Shelly Plug (S) wegen zu hoher Leistung ab, oder erwärmt er sich stark?
• Wie hoch sind die Leistungsaufnahmen in verschiedenen Waschprogrammphasen?

Testvorbereitung

Als erstes bauen wir den Shelly Plug (S) in die Stromleitung der Waschmaschine. Nachdem sich der Stromanschluss gerne hinter der Waschmaschine befindet, bietet es sich für diesen Test an, ein kurzes Verlängerungskabel oder eine Mehrfachsteckdose mit Kabel zu verwenden um den Shelly bequem oben auf der Waschmaschine im Zugriff zu haben. Wir wollen ja mit der Hand fühlen, wie warm er wird.

Dann brauchen wir bei der Waschmaschine ein Smartphone mit der Shelly App fertig konfiguriert, so dass wir die aktuell verbrauchte Leistung jederzeit ablesen und den Plug ein- und ausschalten können.

Eine Einstellung müssen wir per App für den Shelly Plug S noch vornehmen und zwar die Leistungsschwelle für die Sicherheitsabschaltung. Die erreichen wir nach Auswahl des Shelly Plug S über Einstellungen – Sicherheit. Hier erhöhen wir den Wattwert auf das Maximum von 2.500W. Beim Shelly Plug (ohne S) auf dessen Maximum von 3.500W.

Und schließlich legen wir uns Schreibzeug bereit, um die Leistungswerte in verschiedenen Waschprogrammphasen notieren zu können.

Waschmaschine startbereit machen

Nun erledigen wir alles, was üblicherweise passieren muss, bevor an der Waschmaschine der Start-Taster gedrückt wird:

• Shelly Plug einschalten, falls der aus sein sollte,
• Waschmaschine einschalten,
• Wasser aufdrehen,
• Wäsche einlegen und Türe schließen,
• Waschpulver einfüllen und
• Waschprogramm auswählen.

Test-Waschvorgang

Zuerst notieren wir uns die Leistungsaufnahme der Waschmaschine im Leerlauf vor dem eigentlichen Waschgang.

Jetzt starten wir die Waschmaschine über die übliche Starttaste, warten ein paar Sekunden und simulieren dann den Stromausfall durch Abschalten des Shelly Plug S. Entweder über die App oder auch am Taster des Plug S.

Die Waschmaschine ist jetzt in Bereitschaft und wir können sie jederzeit über die Shelly App in Betrieb nehmen. Für den Test würde ich hier aber erst mal mindestens 30 Sekunden verstreichen lassen.

Dann schalten wir den Strom über die Shelly App ein und wenn die Maschine anläuft und den kompletten Waschgang von alleine (also ohne erneutes Drücken der Starttaste) absolviert, dann ist das erste Testziel erreicht und wir wissen, dass sich die Waschmaschine über den Shelly Plug S steuern lässt.

Sollte das Waschprogramm nicht anlaufen, haben wir noch eine Chance, in dem wir den simulierten Stromausfall zeitlich ein wenig nach hinten verlagern. Wir drücken also erneut die Starttaste der Waschmaschine, die beginnt anzulaufen und vor wir den Strom am Shelly unterbrechen, lassen wir die Maschine etwas länger laufen als beim ersten Versuch. Möglicherweise klappt es dann.

Wenn die Waschmaschine läuft, lassen wir sie den kompletten Waschgang zu Ende führen, ohne noch einmal einzugreifen. Aber wir beobachten im Sinne der Testziele zwei Dinge:

• Zuerst die Erwärmung des Shelly Plug S. Dem Stecker sollte man sich dabei vorsichtig mit der Hand nähern. Eine leichte Erwärmung ist erwartbar, die Steckdose sollte aber auf keinen Fall heiß werden, so dass man sich daran verbrennen kann oder gar ein Brand ausgelöst wird. Sollte der Leistungsbezug gar über 2.500W gehen, dann wird der Shelly Plug S eine Sicherheitsabschaltung vornehmen, der Versuch ist dann erst mal gescheitert und könnte nur durch Einsatz des stärkeren Shelly Plug (ohne S) neu aufgenommen werden. Der maximale Leistungsbezug und damit die höchste Erwärmung erfolgt in der Programmphase in der die Waschmaschine das Waschwasser erwärmt. Das erkennen wir in der App daran, dass der Leistungswert 4-stellig wird. Speziell hier sollten wir die Hitzeentwicklung im Auge behalten.
• Zum zweiten notieren wir uns den Leistungsbedarf in verschiedenen Waschprogrammphasen, die sich gut am Geräusch der Waschmaschine erkennen lassen und an der Trommelbewegung. Das Ergebnis könnte dann ähnlich wie folgende Tabelle aussehen:

Waschprogrammphase	Leistung in Watt
Standby vor dem Start	3,5
Wasserzulauf	20
Motor beim Waschen	200
Motor beim Schleudern	260
Heizen	1.900
Maximum (Heizen + Motor)	2.100
Standby, Maschine ist fertig	3,0

Am Ende des Waschvorgangs können wir in der App auch den Gesamtenergiebedarf für den Waschvorgang ablesen. Wie beispielhaft bei meinem Geräten:

• Waschmaschine, Feinwäsche 40 Grad: 700Wh
• Waschmaschine, Vollwäsche 60 Grad: 1.240Wh
• Spülmaschine, Eco 50 Grad: 580Wh
• Spülmaschine, Power 60 Grad: 860Wh

Allein an diesen Werten sieht man schon deutlich, wo beim Waschen und Geschirrspülen das Energieeinsparpotential liegt.

Testergebnis

Nach Abschluss des Tests wissen wir:

• ob sich die eigene Waschmaschine (oder auch Spülmaschine) über einen Shelly Plug S fernsteuern lässt,
• ob ein Shelly Plug S die Leistung der Waschmaschine verkraften kann – auch was seine Erwärmung angeht – oder ob ein Shelly Plug (ohne S) besser geeignet ist und
• welche Leistungswerte im Verlauf eines Waschgangs auftreten.

Bei einem positiven Testergebnis können wir das ggf. eingesetzte Verlängerungskabel nun ausbauen und den Shelly dauerhaft in der Wandsteckdose platzieren. Hier bitte auch beachten, dass es der Shelly Plug S gerne trocken mag und nicht wasserdicht ist.

Automatisierung

Natürlich wollten künftig den Waschmaschinenstart nicht von Hand in der App veranlassen. Der soll automatisch erfolgen, wenn das Balkonkraftwerk genügend Solarstrom erzeugt. Möglich macht das die Shelly App, dort lassen sich einfache Logikverknüpfungen durch Klicken zusammenstellen. Bei Shelly nennt man solche Wenn-Dann-Logiken Szenen.

Shelly Szene zum Ansteuern der Waschmaschine

In meiner Shelly App gibt es zwei Räume, den Raum BKW, in dem befindet sich ein Shelly Plus 1PM zur Messung der Leistung des Balkonkraftwerks und den Raum Bad mit dem Shelly Plug S, der die Waschmaschine steuert.

Eine neue Szene erstellt man in der Shelly App über das Symbol Szenen rechts unten und Hinzufügen. Dann kann man der Szene einen Namen geben und ihr einen Raum und ein Bild zuordnen. Alle drei Dinge sind für die Funktion nicht relevant, sie dienen nur der Ordnung und Übersichtlichkeit. Dann geht es an die Erstellung der Logik. Dafür gibt es Bedingungen (WENN) und daraus folgende Aktionen (MACHEN).

Die Bedingung arbeitet auslöserbasiert anhand der Daten meines Shelly Plus 1PM im Raum BKW. Und sie lautet: Wenn der Leistungsmesser mehr als 100W ist. Davor kommt ein Häkchen und die 100W trägt man von Hand ins Eingabefeld ein. Das Ausführen der Szene soll erfolgen, wenn der Schwellwert einmal für die Dauer von 1 Minute erreicht wird.

Dann kommt die Aktion, das ist eine Geräte-Aktion, die sich auf den Shelly Plug S im Raum Bad bezieht. Hier ist nur eine Markierung bei Zustand ändern – Einschalten Shelly-Gerät erforderlich.

Nach dem Speichern sieht die gesamte Logik dann so aus wie in nebenstehendem Bild. Einschränkungen auf bestimmte Tage oder Uhrzeiten in den Szeneneinstellungen können wir uns hier sparen.

Ein Wort zu den beispielhaften 100W:
Diesen Wert sollte man so wählen, dass er zur eigenen Leistungs-Verbrauchs-Strategie passt. Mögliche Strategien könnten zum Beispiel die folgenden sein. Die Waschmaschine soll anlaufen wenn:

• ein Mindestmaß an Solarleistung erreicht ist,
• das Balkonkraftwerk maximal produziert, so dass möglichst viel der Waschleistung vom BKW kommt,
• oder die Solarleistung einen vorher bestimmten ständigen Grundbedarf übersteigt.

Je nachdem, woran uns gelegen ist, tragen wir einen passenden Leistungswert ein. In Abhängigkeit davon wird es mehr oder weniger oft passieren, dass die Bedingung überhaupt nicht eintritt und die Wäsche ungewaschen bleibt. Das sollte einem natürlich klar sein.

Eine eigene Szene zum Abschalten des Shelly Plug S brauchen wir nicht, das erfolgt ja immer von Hand nach Befüllung der Maschine.

Shelly Szene zur Benachrichtigung wenn die Maschine fertig ist

Wenn wir schon beim Erstellen von Shelly Szenen sind, warum dann nicht gleich noch eine, die eine Benachrichtigung schickt, wenn die Maschine fertig ist und bereit ausgeräumt zu werden? Auch das ist mit Shelly Szenen leicht zu realisieren.

Diesmal gibt es zwei Bedingungen, die mit UND verknüpft sind, die also beide eintreten müssen, bevor die Aktion erfolgt. Die Wattwerte, die hier eingetragen sind, beziehen sich die Maschinenwerte, die wir oben im Test erhoben haben. Die Standby-Leistung beträgt hier 3Watt wenn die Maschine fertig ist, also weniger als 4W aber mehr als 1W, damit nicht benachrichtigt wird wenn die Maschine ausgeschaltet ist. Was man auf den Screenshots nicht sieht – ich hab bei beiden Bedingungen hinterlegt, dass sie 1 Minute lang gültig sein müssen, bevor die Aktion ausgelöst wird. Das soll verhindern, dass die Meldung bereits vor dem Start der Maschine ( bei 3,5W) ausgelöst wird. Bei den Benachrichtigungsaktionen gibt es zwei Varianten, E-Mail Benachrichtigung und Telefonbenachrichtigung. Letztere schickt eine Meldung auf das Smartphone auf dem die Shelly App läuft. Der Benachrichtigungstext ist konfigurierbar.

Damit sind wir nun in der Lage, die Waschmaschine zu befüllen und in Bereitschaft zu schalten, damit sie bei genügend Sonnenleistung automatisch in Gang gesetzt wird. Und nach Abschluss des Waschgangs gibt es noch eine Benachrichtigung aufs Smartphone.

Auf ähnliche Weise lassen sich mit Shelly Plugs auch weitere Geräte abhängig von der Sonne aktivieren. Hier ein paar Anregungen: Spülmaschinen, Wäschetrockner, Gefriergeräte, Umwälzpumpen für Pools und das Laden von elektrischen Zahnbürsten, Rasierapparaten, Kopfhörern, Bluetooth-Lautsprechern, Akku-Staubsaugern und E-Bikes.

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