Wärmepumpe KNX und SG Ready: Vitocal, Aquarea und arotherm Plus Eigenverbrauchssteuerung
Die Integration von Luftwärmepumpen in KNX über den SG Ready-Standard ermöglicht die Optimierung des PV-Eigenverbrauchs – überschüssige Solarenergie wird zum Heizen des Gebäudes oder zur Warmwasserbereitung genutzt, anstatt sie zu niedrigen Einspeisevergütungssätzen zu exportieren. Die Modbus-TCP-Integration erweitert dies um eine variable Sollwertsteuerung und Echtzeit-COP-Überwachung.
SG Ready-Standard: 4 Betriebszustände
SG Ready (Smart Grid Ready) ist ein deutscher BWP-Standard (Bundesverband Wärmepumpe) für netzreaktive Wärmepumpensteuerung. Zwei potenzialfreie Eingänge (S1, S2) auf der Wärmepumpenplatine definieren vier Betriebszustände – es wird kein komplexes Kommunikationsprotokoll benötigt, nur zwei Relaiskontakte vom KNX-System.
| Zustand | S1 | S2 | Bedeutung | KNX-Auslöser |
|---|---|---|---|---|
| 1 — Gesperrt | 1 (geschlossen) | 0 (offen) | Netzüberlastung — WP aus | Nie für PV genutzt; nur Netzsignal |
| 2 — Normal | 0 (offen) | 0 (offen) | Standardbetrieb | PV surplus < 1 kW |
| 3 — Ermutigt | 0 (offen) | 1 (geschlossen) | Mit erhöhter Kapazität betreiben | PV-Überschuss 2–5 kW |
| 4 — Maximalbetrieb | 1 (geschlossen) | 1 (geschlossen) | Überschüssige PV-Leistung — maximale Kapazität | PV surplus > 5 kW |
KNX realisiert SG Ready mit zwei KNX-Binärausgangs-Relaiskanälen — einer pro Kontakt. Der PV-Wechselrichter-Überschusswert (Fronius, SMA oder Huawei Modbus) steuert die KNX-Logik, die den Relaiszustand setzt.
Viessmann Vitocal SG Ready Verdrahtung
Der Klemmenblock X1.3 der Vitocal 250-A und 300-A Leiterplatte bietet den SG-Ready-2-Draht-Eingang. Die Klemmen 63 (S1), 64 (S2) und 65 (GND gemeinsam) akzeptieren potenzialfreie Kontakte — genau das, was ein KNX-Relaisaktor bereitstellt.
Verdrahtung Vitocal X1.3 mit MDT BJ65-AB08.01 Relaisaktor
MDT BJ65-AB08.01 relay channel 1:
Common (COM) → X1.3 terminal 65 (GND)
NO output → X1.3 terminal 63 (S1)
MDT BJ65-AB08.01 relay channel 2:
NO output → X1.3 terminal 64 (S2)
(share COM terminal 65 with channel 1)
ETS6 Group Addresses:
GA 11/0/0 → S1 relay (DPT 1.001, 0=open, 1=closed)
GA 11/0/1 → S2 relay (DPT 1.001, 0=open, 1=closed)
KNX PV surplus logic (MDT Logic Module):
PV surplus (GA 9/0/1, watts) > 5000W:
→ Send 1 to GA 11/0/0 (S1 closed)
→ Send 1 to GA 11/0/1 (S2 closed) → State 4
PV surplus 2000–5000W:
→ Send 0 to GA 11/0/0 (S1 open)
→ Send 1 to GA 11/0/1 (S2 closed) → State 3
PV surplus < 1000W:
→ Send 0 to GA 11/0/0 (S1 open)
→ Send 0 to GA 11/0/1 (S2 open) → State 2Panasonic Aquarea SG Ready über natives KNX
Der Panasonic Aquarea J- und K-Serien CZ-CAPRA1 KNX-Adapter eliminiert die Relaisverdrahtung vollständig. Der SG-Ready-Zustand wird direkt über ein KNX-Gruppenobjekt gesetzt – der Adapter übersetzt den KNX-DPT-Wert in die interne SG-Ready-Zustandsmaschine der Aquarea.
CZ-CAPRA1 SG Ready Gruppenobjekt
ETS6 Application: CZ-CAPRA1 KNX adapter Parameter: SG Ready → Enable Group object: DPT 5.001 (0–100%) Value 0 → SG Ready State 2 (Normal) Value 1 → SG Ready State 3 (Encouraged) Value 2 → SG Ready State 4 (Run-at-max) GA 11/0/2 (Aquarea SG Ready state, DPT 5.001) KNX logic thresholds (same as relay approach): PV surplus > 5000W → send value 2 to GA 11/0/2 PV surplus 2000–5000W → send value 1 PV surplus < 1000W → send value 0 No relay wiring required — Aquarea receives state directly via KNX TP bus from CZ-CAPRA1 adapter
Vorteil der Aquarea: Der CZ-CAPRA1 stellt auch Vorlauftemperatur, Warmwassertemperatur, Betriebsart und Energiezähler als KNX-Gruppenobjekte bereit – vollständige Überwachung ohne separates Modbus-Gateway. Für Neubauprojekte mit Panasonic-Wärmepumpen ist CZ-CAPRA1 der empfohlene Integrationsansatz.
Vaillant arotherm plus SG Ready und Modbus
Die Vaillant arotherm plus verwendet denselben relaisbasierten SG-Ready-Verdrahtungsansatz wie die Vitocal – Klemmen S1 (Pin 10) und S2 (Pin 11) auf dem Klemmenblock der arotherm plus Platine. Die arotherm plus unterstützt auch Modbus TCP über das VR940F-Modul, was eine erweiterte Steuerung über die feste SG-Ready-Zustandsmaschine hinaus ermöglicht.
arotherm plus Modbus TCP Registerkarte (VR940F)
Register 1: Flow setpoint (°C×10, read/write)
Register 5: Current COP (×100, read-only)
COP 350 = 3.50 (multiply by 0.01)
Modbus control vs SG Ready comparison:
SG Ready: 3 fixed states (Normal / Enhanced / Max)
Modbus: Variable setpoint writes every 60 seconds
e.g. 37°C (economy), 45°C (boost), 50°C (DHW)
For PV optimisation via Modbus:
PV surplus 1–3 kW → setpoint 39°C
PV surplus 3–6 kW → setpoint 45°C
PV surplus > 6 kW → setpoint 50°C (DHW)
Night rate tariff → setpoint 42°C (pre-heat buffer)Die Modbus-Sollwertregelung ermöglicht eine stufenlose Vorlauftemperaturoptimierung anstelle des binären Ein-/Ausschaltens der SG-Ready-Zustände – verbessert die COP bei teilweisem PV-Überschuss und ermöglicht witterungsgeführte Sollwertpläne.
Optimierung der Wärmepumpen-COP mit KNX-Witterungsführung
Die COP einer Wärmepumpe ist bei milden Außentemperaturen und niedrigen Vorlauftemperaturen am höchsten. Eine Vitocal 250-A erreicht bei 10°C Außentemperatur und 35°C Vorlauf eine COP von 4,5–5,0; bei -5°C Außentemperatur und 50°C Vorlauf sinkt die COP auf 2,5–3,0. Die witterungsgeführte KNX-Sollwertregelung maximiert die saisonale COP (SCOP).
Witterungsführung – MDT Logic Module
Input: GA 8/2/0 (Outdoor temperature, °C, DPT 9.001)
Output: GA 11/1/0 (HP flow setpoint, °C, DPT 9.001)
→ Modbus write → VR940F register 1
Linear compensation curve:
Outdoor +15°C → flow setpoint 30°C (min HP output)
Outdoor +5°C → flow setpoint 37°C (mild heating)
Outdoor 0°C → flow setpoint 42°C
Outdoor -5°C → flow setpoint 47°C
Outdoor -10°C → flow setpoint 50°C (maximum)
ETS6 MDT Logic Module: linear interpolation function
Input range: -10°C to +15°C
Output range: 50°C to 30°C (inverse relationship)
Update interval: every 15 minutes (Modbus write)Pufferspeicher der Wärmepumpe und Kurzzyklusvermeidung
Wärmepumpen benötigen einen Pufferspeicher (50–200 Liter je nach WP-Leistung) zwischen dem WP-Primärkreis und dem sekundären Heizkreis. Die KNX-Pufferspeichertemperaturüberwachung verhindert Kurzzyklen, indem sie sicherstellt, dass die WP mindestens 10 Minuten pro Start läuft.
Pufferspeicher-Regelungslogik – ETS6
Buffer tank top sensor: Pt1000 or NTC → MDT SCN-TM55P.02 temperature input module → GA 8/3/0 (Buffer Top Temperature, DPT 9.001) HP start condition: IF GA 8/3/0 < 35°C AND GA 11/2/0 (HP running) = 0 AND time since last stop > 10 minutes THEN write mode 1 (heating) to HP Modbus register 100 HP stop condition: IF GA 8/3/0 > 50°C THEN write mode 0 (standby) to HP Modbus register 100 Minimum run time interlock: HP start timestamp stored in ETS6 variable HP stop only permitted if (now - start) > 10 minutes Prevents compressor short-cycling — protects compressor
Pufferspeicher-Dimensionierung: Mindest-Puffervolumen = WP-Leistung (kW) × 10 Liter. Eine 10-kW-Wärmepumpe benötigt einen Pufferspeicher von mindestens 100 Litern. Zu kleine Pufferspeicher verursachen Kurztaktung unabhängig von der KNX-Logik – die Puffertemperatur ändert sich zu schnell, als dass die Mindestlaufzeitverriegelung wirksam sein könnte.
Inbetriebnahme-Testsequenz
Führen Sie die folgende Testsequenz nach dem ETS6-Download und der Modbus-Gateway-Konfiguration durch. Testen Sie die SG-Ready-Zustände, bevor Sie die Live-PV-Überschusslogik aktivieren.
| Schritt | Aktion | Erwartetes Ergebnis |
|---|---|---|
| 1 | Manuelles Auslösen von S2=1 im ETS6 Group Monitor | HP-Display zeigt SG-Ready-Zustand 3 – Leistungssteigerungsmodus |
| 2 | Auslöser S1=1, S2=1 | HP läuft mit maximaler Leistungsabgabe – Zustand 4 bestätigt |
| 3 | Beide Relais auf 0 setzen | HP kehrt zur normalen Zeitplanung zurück – Zustand 2 |
| 4 | 40°C in das Vorlaufsollwert-Modbus-Register schreiben (falls mit Modbus ausgestattet) | HP-Vorlauftemperatur steigt innerhalb von 15 Minuten auf 40°C |
| 5 | PV-Überschuss simulieren: Fronius GA 9/0/1 im Gruppenmonitor auf -4000W setzen | KNX-Logik löst SG Ready Zustand 3 automatisch aus |
| 6 | Simulate PV surplus > 5000W | KNX-Logik löst SG Ready Zustand 4 automatisch aus |
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