HEMS und Photovoltaik: wie das Dreamteam den Eigenverbrauch verdoppelt

Eine Photovoltaikanlage ohne Steuerung verschenkt Potenzial. Der selbst erzeugte Solarstrom fließt größtenteils ungenutzt ins Netz, während du abends teuren Netzstrom beziehst. Ein Home Energy Management System (HEMS) ändert das: Es steigert deinen Eigenverbrauch von typischen 30 Prozent auf 60 bis 70 Prozent – bei einem durchschnittlichen Haushalt mit 8 kWp PV-Anlage bedeutet das 400 bis 600 Euro zusätzliche Einsparung pro Jahr.

Wie HEMS den PV-Eigenverbrauch erhöht

Deine PV-Anlage erzeugt Strom hauptsächlich zwischen 9 und 16 Uhr, mit Spitzenleistung um die Mittagszeit. Der typische Haushalt verbraucht seine Energie jedoch morgens zwischen 6 und 8 Uhr sowie abends zwischen 17 und 22 Uhr. Diese zeitliche Diskrepanz ist das Problem jeder PV-Anlage ohne Steuerung.

Ohne HEMS liegt der Eigenverbrauch zwischen 25 und 35 Prozent. Von 7.000 kWh jährlicher PV-Erzeugung einer 8-kWp-Anlage nutzt du nur etwa 2.100 kWh selbst, die restlichen 4.900 kWh gehen ins Netz. Bei einer Einspeisevergütung von 8,2 Cent pro kWh und einem Strombezugspreis von 35 Cent entgeht dir ein Nutzen von etwa 1.300 Euro jährlich.

Ein HEMS verändert dieses Verhältnis durch drei Mechanismen: Erstens verschiebt es flexible Lasten in die Solarzeiten – die Waschmaschine läuft um 11 Uhr statt um 19 Uhr. Zweitens priorisiert es Großverbraucher wie Wärmepumpen und Wallboxen für Zeiten mit PV-Überschuss. Drittens koordiniert es die Batteriespeicherung so, dass der Speicher zur richtigen Zeit geladen wird und der Strom dann verfügbar ist, wenn du ihn brauchst.

Die Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin dokumentiert in ihrer Energy Storage Inspection 2025, dass Systeme mit aktiver HEMS-Steuerung Eigenverbrauchsquoten von 60 bis 77 Prozent erreichen – mehr als eine Verdopplung gegenüber ungeregelten Systemen. Bei optimaler Konfiguration mit Batteriespeicher und mehreren steuerbaren Verbrauchern sind sogar 80 Prozent möglich.

Prinzip der Überschusssteuerung

Das HEMS misst kontinuierlich die PV-Erzeugung und den aktuellen Hausverbrauch. Übersteigt die Erzeugung den Verbrauch, liegt ein Überschuss vor. Dieser Überschuss wird vom HEMS erkannt und genutzt, um zusätzliche Verbraucher zu aktivieren.

Die Erkennung erfolgt am Netzübergabepunkt: Ein Smart Meter oder dedizierter Energiezähler misst, ob gerade Strom aus dem Netz bezogen oder ins Netz eingespeist wird. Das HEMS berechnet: PV-Erzeugung minus Hausverbrauch minus Batterieladung gleich Netzeinspeisung oder -bezug.

Bei einer 5-kWp-Anlage mit 2 kW Grundlast und 5 kW aktueller PV-Leistung stehen 3 kW Überschuss zur Verfügung. Das HEMS aktiviert nun Verbraucher in festgelegter Priorisierung: Erst lädt der Batteriespeicher, dann startet die Wärmepumpe, schließlich die Wallbox.

Die Reaktionszeit ist kritisch: Bei Wolkendurchzügen kann die PV-Leistung innerhalb von Sekunden von 8 kW auf 1 kW fallen. Ein HEMS muss solche Schwankungen erkennen und binnen Sekunden reagieren. Systeme mit lokalen Gateways erreichen Reaktionszeiten unter 10 Sekunden, während reine Cloud-Lösungen 30 bis 60 Sekunden benötigen können.

Schwellenwerte und Hysterese verhindern ständiges Ein- und Ausschalten: Ein Gerät wird erst bei 500 W Überschuss aktiviert und läuft weiter, bis der Überschuss unter 200 W fällt. Diese Hysterese stabilisiert das System.

Welche Verbraucher das HEMS ansteuert

Das HEMS kann verschiedenste Geräte einbinden und deren Betrieb an die PV-Erzeugung anpassen:

Die größten Einsparungen erzielst du mit Großverbrauchern wie Wärmepumpe und E-Auto. Eine Wärmepumpe mit 5.000 kWh Jahresverbrauch kann durch PV-Überschusssteuerung 1.500 bis 2.000 kWh solar decken – das entspricht 525 bis 700 Euro Ersparnis bei 35 Cent Strombezugspreis.

Haushaltsgeräte bieten geringere absolute Einsparungen, summieren sich aber: Waschmaschine, Trockner und Geschirrspüler zusammen bringen 90 bis 150 Euro jährlich. Die Steuerung erfolgt meist über Smart Plugs, die zwischen Steckdose und Gerät geschaltet werden und vom HEMS angesprochen werden können.

Kompatibilität mit PV-Komponenten

Die Integration eines HEMS hängt von der Kompatibilität mit deinem Wechselrichter ab. Moderne Wechselrichter bieten standardisierte Schnittstellen, ältere Modelle benötigen eventuell Zusatzkomponenten.

Wechselrichter-Anbindung

Die Kommunikation zwischen HEMS und Wechselrichter erfolgt über standardisierte Protokolle. Die meisten modernen Wechselrichter sprechen mindestens eines dieser Protokolle:

• Modbus TCP/RTU - Industriestandard, am weitesten verbreitet, funktioniert zuverlässig bei allen großen Herstellern
• EEBUS - Neuer Standard für Smart Home, noch wenig verbreitet, zukunftsorientiert aber noch nicht etabliert
• SunSpec - Speziell für PV entwickelt, basiert auf Modbus, definiert einheitliche Register für PV-Daten
• REST-API - Herstellerspezifisch, flexibel, meist Cloud-basiert mit lokaler Schnittstelle
• Proprietäre Schnittstellen - Nur mit bestimmten HEMS kompatibel, begrenzte Flexibilität

Modbus TCP ist der Quasi-Standard: SMA, Fronius, SolarEdge, Kostal, Huawei und GoodWe unterstützen es. Die Verbindung erfolgt per Ethernet-Kabel vom HEMS-Gateway zum Wechselrichter. Das HEMS liest typischerweise im Sekundentakt Daten aus: aktuelle AC-Leistung, DC-Spannung und -Strom pro String, Tagesertrag, Gesamtertrag, Wechselrichter-Status.

Bei String-Wechselrichtern erfolgt die Kommunikation zentral über einen Modbus-Anschluss. Mikro-Wechselrichter-Systeme wie Enphase nutzen dagegen proprietäre Schnittstellen und Cloud-APIs, was die Integration komplexer macht.

Kompatible Wechselrichter-Marken

Hier eine Übersicht kompatibler Wechselrichter mit ihren Schnittstellen:

SMA, Fronius und SolarEdge bieten die beste HEMS-Kompatibilität. Bei diesen Herstellern funktioniert die Einbindung meist problemlos. Huawei und GoodWe benötigen oft zusätzliche Dongles für die Modbus-Kommunikation. E3/DC und RCT Power haben integrierte HEMS-Funktionen, arbeiten aber auch mit externen Systemen zusammen.

Die "Kompatibilität Hoch" bedeutet: Plug-and-play mit allen gängigen HEMS-Systemen, umfangreiche Dokumentation, breite Community-Unterstützung. "Kompatibilität Mittel" bedeutet: Funktioniert mit den meisten HEMS, eventuell zusätzliche Hardware oder Konfigurationsaufwand nötig.

HEMS mit und ohne Batteriespeicher

Ein HEMS funktioniert sowohl mit als auch ohne Batteriespeicher. Die Eigenverbrauchsquote und die Strategien unterscheiden sich jedoch erheblich.

HEMS ohne Speicher – Direktverbrauch maximieren

Auch ohne teuren Batteriespeicher lohnt sich HEMS durch bessere Nutzung des PV-Stroms. Der Eigenverbrauch steigt von 25-30 Prozent auf 40-50 Prozent – das sind bei einer 8-kWp-Anlage etwa 1.400 kWh zusätzlicher Eigenverbrauch pro Jahr, entsprechend 490 Euro Ersparnis.

Die Strategien für HEMS ohne Speicher:

1. Zeitfenster-Steuerung: Geräte starten automatisch zwischen 10 und 16 Uhr, wenn die Sonne scheint. Die Waschmaschine läuft um 11 Uhr, der Geschirrspüler um 13 Uhr.

2. Wetterprognose nutzen: Bei sonnigem Wetter werden Verbraucher vorausschauend geplant. Ist für morgen viel Sonne vorhergesagt, verschiebt das HEMS große Lasten in dieses Zeitfenster.

3. Thermische Speicher: Warmwasser und Heizung fungieren als Energiepuffer. Die Wärmepumpe heizt bei PV-Überschuss das Haus auf 22°C statt nur 20°C. Die gespeicherte Wärme hält bis zum Abend.

4. Flexible Verbraucher priorisieren: E-Auto, Geschirrspüler und Waschmaschine haben zeitliche Flexibilität. Das HEMS nutzt diese Flexibilität für maximalen Eigenverbrauch.

5. Manuelle Übersteuerung möglich: Für wichtige Ladevorgänge kannst du jederzeit eingreifen. Wenn das E-Auto schnell geladen werden muss, startet die Wallbox auch ohne PV-Überschuss.

6. Realistische Erwartung: 40-50 Prozent Eigenverbrauch ohne Speicher sind realistisch. Das ist eine deutliche Verbesserung gegenüber ungeregelten 25-30 Prozent, aber kein Vergleich zu Systemen mit Speicher.

Der Vorteil liegt in den niedrigen Investitionskosten: Ein HEMS ohne Speicher kostet 800 bis 1.500 Euro und amortisiert sich in 2 bis 4 Jahren. Ein Batteriespeicher würde zusätzlich 5.000 bis 7.000 Euro kosten.

HEMS mit Speicher – Vollständige Flexibilität

Mit Batteriespeicher erreicht das HEMS Eigenverbrauchsquoten von 60 bis 80 Prozent. Die Batterie entkoppelt Erzeugung und Verbrauch zeitlich: Der Mittags-Überschuss wird gespeichert und abends genutzt.

Die Vorteile mit Speicher:

Eigenverbrauchsquote 60-80 Prozent: Bei einer 8-kWp-Anlage mit 8-kWh-Speicher nutzt du 5.600 bis 6.400 kWh von 8.000 kWh Jahresertrag selbst. Das entspricht 1.960 bis 2.240 Euro Einsparung bei 35 Cent Strombezugspreis.

Unabhängig von Tageszeit: Du verbrauchst abends und nachts deinen eigenen Solarstrom aus der Batterie. Der typische Abendverbrauch von 5 bis 8 kW kann mehrere Stunden aus dem Speicher gedeckt werden.

Notstromfunktion: Viele Batteriesysteme bieten Notstromfähigkeit. Bei Stromausfall versorgt die Batterie weiterhin kritische Verbraucher.

Prognosebasierte Steuerung: Das HEMS plant die Speichernutzung voraus. Bei erwarteter Bewölkung am Nachmittag lädt es die Batterie bereits vormittags voll.

Die Kombination aus HEMS und Speicher ist das leistungsfähigste Setup. Für weitere Details zur Speicherintegration und -dimensionierung, siehe den ausführlichen Artikel zu HEMS mit Batteriespeicher.

Wirtschaftlichkeit und Einsparungen

Die Investition in ein HEMS rechnet sich durch die höhere Eigenverbrauchsquote. Die Amortisationszeit hängt von der Anlagengröße und den vorhandenen flexiblen Verbrauchern ab.

Was kostet ein HEMS für PV-Anlagen?

Die Gesamtkosten für ein HEMS setzen sich aus mehreren Komponenten zusammen:

Hardware: 500-2.500 € je nach System und Umfang. Einstiegssysteme wie Shelly 3EM mit Software kosten 500-800 €, Mittelklasse-Systeme wie SMA Sunny Home Manager 1.000-1.500 €, Premium-Systeme wie E3/DC integriert 2.000-2.500 €.

Software/Lizenz: 0-500 € einmalig oder jährlich. Viele Systeme wie Fronius sind kostenlos, Premium-Funktionen bei SMA oder SolarEdge kosten 50-150 € jährlich, proprietäre Systeme wie Loxone benötigen einmalige Lizenzen von 300-500 €.

Installation: 300-800 € durch Elektriker. Der Aufwand beträgt 3-6 Stunden für Verkabelung im Zählerschrank, Anbindung des Wechselrichters, Installation von Energiezählern und Einrichtung der Kommunikation.

Inbetriebnahme: 100-300 € für Konfiguration, Einbindung der Verbraucher, Erstellung der Automatisierungen und Schulung.

Die Preisspannen nach Kategorien:

Einstieg (500-1.000 €): Shelly 3EM mit Home Assistant (500-700 €), EVCC mit Raspberry Pi (600-800 €), Victron Cerbo GX mit Modulen (700-1.000 €). Geeignet für technisch versierte Nutzer, Open Source, maximale Flexibilität.

Mittelklasse (1.000-2.000 €): SMA Sunny Home Manager 2.0 (1.000-1.200 €), Kostal Smart Energy Meter mit Plenticore (1.200-1.500 €), Fronius Ohmpilot mit Smart Meter (1.500-1.800 €). Plug-and-play, guter Support, breite Wechselrichter-Kompatibilität.

Premium (2.000-3.000 €): E3/DC S10 HEMS-Anteil (2.000-2.500 €), SENEC Home V3 HEMS-Komponente (2.200-2.800 €), Loxone Miniserver mit Energie-Extension (2.500-3.000 €). All-in-One-Lösungen, höchste Integration, lokale Steuerung ohne Cloud-Zwang.

Amortisation und Einsparungen

Die Amortisationszeit variiert stark je nach Anlagenkonfiguration. Hier konkrete Beispielrechnungen:

Beispielhaushalt: 4.000 kWh Jahresverbrauch, 5 kWp PV-Anlage, 4.500 kWh PV-Ertrag

Ohne HEMS: 30% Eigenverbrauch = 1.350 kWh selbst genutzt, 2.650 kWh Netzbezug

• Stromkosten: 2.650 kWh × 0,35 €/kWh = 928 €
• Einspeiseerlös: 3.150 kWh × 0,082 €/kWh = 258 €
• Netto-Stromkosten: 670 € jährlich

Mit HEMS: 50% Eigenverbrauch = 2.250 kWh selbst genutzt, 1.750 kWh Netzbezug

• Stromkosten: 1.750 kWh × 0,35 €/kWh = 613 €
• Einspeiseerlös: 2.250 kWh × 0,082 €/kWh = 185 €
• Netto-Stromkosten: 428 € jährlich

Ersparnis: 242 € pro Jahr bei HEMS-Kosten von 1.200 €, Amortisation in 5 Jahren.

Vergleichstabelle verschiedener Szenarien:

Die Rechnung zeigt: Je größer die PV-Anlage und je mehr flexible Verbraucher vorhanden sind, desto schneller amortisiert sich das HEMS. Mit E-Auto oder Wärmepumpe liegt die Amortisationszeit unter 3 Jahren.

Bei einer Lebensdauer von 10-15 Jahren für das HEMS ergeben sich Gesamteinsparungen von 2.400 bis 12.750 Euro – ein Vielfaches der Investition.

Nachrüstung bei bestehenden PV-Anlagen

Du kannst ein HEMS auch bei einer bestehenden PV-Anlage nachrüsten. Die Kosten liegen bei 700 bis 2.000 Euro je nach Aufwand. Der Zeitaufwand beträgt 1-2 Tage.

Die Nachrüstung erfolgt in 5 Schritten:

1. Wechselrichter-Kompatibilität prüfen: Notiere Modellnummer, Baujahr und verfügbare Schnittstellen deines Wechselrichters. Prüfe in der Kompatibilitätsliste oben, ob dein Modell Modbus TCP oder andere Standards unterstützt. Bei älteren Wechselrichtern ohne Modbus können oft Nachrüst-Module eingebaut werden.

2. Passendes HEMS-System auswählen: Wähle basierend auf deinem Wechselrichter und Budget ein kompatibles System. Für SMA-Wechselrichter bietet sich der Sunny Home Manager an, für Fronius das Solar.web-System. Herstellerunabhängige Lösungen wie gridX funktionieren mit fast allen Wechselrichtern.

3. Zusätzliche Hardware bestellen: Du benötigst mindestens einen Energiezähler am Netzübergabepunkt (200-400 €) und eventuell ein Kommunikationsmodul für den Wechselrichter (100-300 €). Bei älteren Wechselrichtern ohne Modbus ist ein Modbus-Gateway nötig (150-250 €).

4. Installation durch Elektriker: Der Elektriker installiert den Energiezähler im Zählerschrank, verlegt Netzwerkkabel zum Wechselrichter, verbindet das HEMS-Gateway und prüft die Kommunikation. Aufwand: 3-5 Stunden, Kosten: 300-600 €.

5. Inbetriebnahme und Konfiguration: Nach der Installation bindest du die Geräte in das HEMS ein. Waschmaschine und Trockner erhalten Smart Plugs, die Wärmepumpe wird über SG-Ready-Schnittstelle verbunden, die Wallbox per Modbus oder OCPP eingebunden. Erstelle Automatisierungen: "Wallbox lädt bei 3 kW PV-Überschuss", "Waschmaschine startet bei 2 kW Überschuss".

Die Nachrüstung lohnt sich besonders bei Anlagen aus den Jahren 2012-2020, die moderate Einspeisevergütung haben (10-15 Cent) und bei denen der Eigenverbrauch wirtschaftlich überlegen ist. Bei Altanlagen mit sehr hoher Vergütung über 30 Cent lohnt sich HEMS erst nach Ablauf der 20-jährigen Förderung.

Für eine ausführliche Nachrüstungs-Anleitung für Bestandsanlagen mit Schritt-für-Schritt-Fotos und Troubleshooting-Tipps, siehe den separaten Artikel.

Wetterprognosen und smarte Planung

Die Integration von Wettervorhersagen hebt HEMS auf die nächste Stufe. Statt nur auf aktuellen PV-Überschuss zu reagieren, plant das System vorausschauend für die kommenden Stunden und Tage.

Das HEMS nutzt Wetterdienste wie DWD (Deutscher Wetterdienst), OpenWeatherMap oder proprietäre Prognosemodelle der Hersteller. SMA arbeitet mit der Universität Oldenburg zusammen und erreicht Prognosegenauigkeiten von 85 Prozent für den nächsten Tag. Fronius integriert Solcast für weltweite Standorte mit 15-Minuten-Auflösung.

Basierend auf der Prognose trifft das HEMS Entscheidungen:

Szenario sonniger Tag: Die Wetterprognose meldet für morgen durchgehend Sonne zwischen 9 und 16 Uhr. Das HEMS plant: Waschmaschine um 10 Uhr, Geschirrspüler um 12 Uhr, E-Auto-Ladung um 11 Uhr starten. Die Batterie lädt ab 9 Uhr mit niedriger Leistung, ist um 14 Uhr voll.

Szenario wechselhaft: Vormittags Sonne, nachmittags Wolken erwartet. Das HEMS verschiebt alle Verbraucher in den Vormittag. Die Batterie lädt bereits ab 10 Uhr aggressiv, um vor der Bewölkung voll zu sein.

Szenario bewölkt: Wenig PV-Ertrag erwartet, aber kurze Sonnenfenster möglich. Das HEMS hält die Batterie in Reserve und nutzt jede Sonnenlücke für Direktverbrauch statt Speicherladung.

Ein konkreter Tagesablauf mit Wetterprognose:

Morgens 7 Uhr: HEMS prüft Wetterprognose. Heute erwartet: Sonne von 10-15 Uhr, dann bewölkt. Haushalt hat folgende Aufgaben: Waschmaschine (90 Min, 1,8 kWh), Geschirrspüler (120 Min, 1,5 kWh), E-Auto laden (20 kWh).

8 Uhr: PV-Anlage startet Erzeugung mit 500 W. HEMS wartet, kein Verbraucherschaltet.

10 Uhr: PV-Leistung bei 4 kW, Grundlast 800 W, Überschuss 3,2 kW. HEMS startet Waschmaschine (1,8 kW). Restlicher Überschuss 1,4 kW lädt Batterie.

11:30 Uhr: Waschmaschine fertig, PV-Leistung 5,5 kW, Überschuss 4,7 kW. HEMS startet E-Auto-Ladung mit 3,6 kW (16A), restliche 1,1 kW laden Batterie.

13 Uhr: PV-Leistung 6 kW, E-Auto lädt weiter, Geschirrspüler startet (1,5 kW). Batterie lädt mit 800 W.

15 Uhr: Batterie voll (8 kWh), E-Auto zu 60% geladen (12 kWh), Geschirrspüler läuft noch. Wetterprognose korrekt: Bewölkung zieht auf.

16 Uhr: PV-Leistung fällt auf 1,5 kW. E-Auto-Ladung pausiert, da Überschuss unter Minimum. Geschirrspüler läuft mit Batterie-Unterstützung fertig.

Abend 19 Uhr: Kein PV-Ertrag, Hausverbrauch 2 kW aus Batterie. E-Auto zu 60% geladen, Rest lädt nachts mit Netzstrom falls nötig.

Das Ergebnis: Von 45 kWh Tagesertrag wurden 38 kWh selbst genutzt (84% Eigenverbrauch) statt ohne Prognose nur 28 kWh (62% Eigenverbrauch). Die Prognose-Integration bringt 10 kWh zusätzlichen Eigenverbrauch pro Tag, entsprechend 3,50 Euro an sonnigen Tagen.

Fazit: HEMS macht PV-Anlagen erst richtig wirtschaftlich

Ohne HEMS verschenkst du jährlich mehrere hundert Euro Einsparpotenzial. Der selbst erzeugte Solarstrom fließt ungenutzt ins Netz für 8 Cent pro kWh, während du abends Netzstrom für 35 Cent beziehst.

Ein HEMS erhöht den Eigenverbrauch von 30 auf 60-70 Prozent. Bei einer typischen 8-kWp-Anlage bedeutet das 400 bis 600 Euro zusätzliche Einsparung pro Jahr. Mit Wärmepumpe und Elektroauto steigen die Einsparungen auf 1.000 bis 1.400 Euro jährlich.

Die Investition von 800 bis 1.500 Euro für ein HEMS amortisiert sich in 2 bis 5 Jahren. Über die Lebensdauer von 10-15 Jahren ergeben sich Gesamteinsparungen von 6.000 bis 21.000 Euro.

Die Technologie ist ausgereift. Systeme von SMA, Fronius und SolarEdge funktionieren zuverlässig. Die Installation durch Fachbetriebe dauert nur wenige Stunden. Der Betrieb ist wartungsarm, Software-Updates erfolgen automatisch.

Für Neuanlagen ist HEMS Standard – jede PV-Installation sollte von Anfang an mit intelligenter Steuerung geplant werden. Für Bestandsanlagen lohnt sich die Nachrüstung, sobald flexible Verbraucher wie Wärmepumpe oder E-Auto vorhanden sind.

Die regulatorischen Rahmenbedingungen entwickeln sich günstig: §14a EnWG macht HEMS faktisch zum Standard. Dynamische Stromtarife erhöhen die Einsparpotenziale zusätzlich.

Wer heute PV ohne HEMS betreibt, verschenkt Geld. Die Frage ist nicht mehr ob, sondern nur noch welches System optimal zur eigenen Anlage passt. Für einen detaillierten Kostenvergleich verschiedener HEMS-Systeme und weitere Strategien zur Eigenverbrauchsoptimierung, siehe die verlinkten Artikel.

Häufig gestellte Fragen