homeESS ist aus der Idee entstanden, zwei Welten zusammenzuführen, die bislang meist getrennt voneinander gedacht werden: universelle Smarthome-Zentralen und intelligentes Energiemanagement.

Das Ergebnis ist eine kostenlose, offene und lokal betriebene Gesamtlösung für Smarthome, Photovoltaik, Batteriespeicher, Automationen und Energieplanung.

Warum noch eine Smarthome-Zentrale?

Neben zahlreichen proprietären Herstellersystemen haben sich mit ioBroker und Home Assistant zwei besonders leistungsfähige freie und universelle Smarthome-Plattformen etabliert.

Beide lösen ein zentrales Problem sehr gut: Sie ermöglichen es, Geräte und Systeme unterschiedlichster Hersteller innerhalb einer gemeinsamen Plattform miteinander zu verbinden.

Gerade bei größeren und komplexeren Installationen zeigen sich jedoch auch Nachteile.

ioBroker kann mit einer großen Zahl an Adaptern, Datenpunkten und Automationen zunehmend ressourcenintensiv und schwerfällig werden. Die Bedienoberfläche wirkt in Teilen technisch gewachsen und ist nicht durchgehend auf eine komfortable mobile Nutzung ausgelegt.

Home Assistant bietet eine deutlich modernere und vollständig mobil nutzbare Oberfläche und arbeitet durch seine stark integrierte Plattform sehr performant. Bei komplexeren Installationen und individuellen Speziallösungen führt der Weg jedoch häufig weiterhin über YAML-Konfigurationen oder andere manuelle Definitionen.

homeESS verfolgt deshalb einen anderen Ansatz:

Ein leistungsfähiges System soll nicht voraussetzen, dass der Anwender seine Hausautomation selbst programmieren muss.

Smarthome allein reicht für modernes Energiemanagement nicht aus

Ein weiterer Punkt war für die Entwicklung von homeESS entscheidend:

Klassische Smarthome-Zentralen verwalten Geräte, Sensoren, Zustände und Automationen – besitzen aber in der Regel keine echte vorausschauende Energieverwaltung.

Wer Photovoltaik, Hausakku und flexible Verbraucher intelligent miteinander verbinden möchte, benötigt mehr als eine einfache Regel wie:

Wenn PV-Überschuss > 2000 W → Verbraucher einschalten

Eine sinnvolle Betriebsstrategie muss unter anderem wissen:

• wie viel Photovoltaikertrag heute noch zu erwarten ist
• wie sich der Verbrauch voraussichtlich entwickelt
• wie voll der Batteriespeicher ist
• welche Energiereserve benötigt wird
• welche Verbraucher später noch Energie benötigen
• welche Lasten wichtiger sind als andere

Mit klassischen Smarthome-Systemen lässt sich so etwas grundsätzlich selbst aufbauen.

In der Praxis entsteht daraus jedoch schnell ein umfangreiches Eigenbauprojekt aus Skripten, Datenbanken, MQTT-Topics, Berechnungen und individuellen Regeln. Selbst einfache Änderungen können dann Auswirkungen auf zahlreiche selbst entwickelte Abhängigkeiten haben.

Aus einer eigentlich komfortablen Hausautomation wird eine dauerhaft zu wartende Softwarelösung.

Energy-Management-Systeme lösen nur die andere Hälfte des Problems

Auf der anderen Seite existieren spezialisierte Energy-Management- und Energy-Storage-Systeme.

Diese konzentrieren sich auf:

• Photovoltaik
• Batteriespeicher
• Energieprognosen
• Eigenverbrauch
• Lastplanung

Dafür erfüllen sie häufig nicht die Aufgabe einer universellen Smarthome-Zentrale.

Sensoren, Beleuchtung, Schalter, Heizungssteuerungen, individuelle Aktoren und andere Herstellergeräte müssen weiterhin über zusätzliche Systeme eingebunden werden.

Dadurch entstehen erneut mehrere parallel laufende Plattformen, die anschließend miteinander verbunden werden müssen.

homeESS verbindet Smarthome und Energiemanagement

homeESS ist der Versuch, das Beste aus beiden Welten in einer gemeinsamen Plattform zu vereinen.

Das System übernimmt gleichzeitig:

• zentrale Geräteintegration
• Adapterverwaltung
• States und Messwerte
• Automationen
• Photovoltaiküberwachung
• Energieprognosen
• Hausakku-Integration
• Lastmanagement
• Wallboxsteuerung
• individuelle Verbrauchersteuerung

Damit kann dieselbe Datenbasis sowohl für klassische Hausautomation als auch für vorausschauende Energieentscheidungen verwendet werden.

Ein Batterieladezustand ist damit nicht nur ein Wert auf einem Dashboard.

Er kann gleichzeitig Bestandteil einer Energieprognose, einer Betriebsstrategie und einer individuellen Automation sein.

Keine Sammlung einzelner Bastellösungen

Ein weiteres Ziel von homeESS ist eine möglichst geschlossene Installation.

Wir möchten keine Anleitung liefern, bei der zunächst mehrere Datenbanken, Broker, Laufzeitumgebungen und Zusatzdienste eingerichtet und anschließend manuell miteinander verbunden werden müssen.

homeESS wird als zusammenhängende Gesamtsuite installiert.

Auf einem frisch installierten Debian-System lässt sich eine vollständige homeESS-Installation mit nur wenigen Befehlen einrichten.

Danach stehen die benötigten Kernkomponenten unmittelbar als gemeinsames System zur Verfügung.

Der Anwender soll sich mit seinem Smarthome beschäftigen – nicht damit, die Infrastruktur dahinter permanent zusammenzuhalten.

Komplexe Automationen ohne YAML-Programmierung

homeESS soll auch komplexere Abläufe über die Benutzeroberfläche abbilden können.

Automationen können aus:

• Triggern
• Bedingungen
• Zeitplänen
• State-Vergleichen
• Berechnungen
• Aktionen
• Sonst-Zweigen

zusammengestellt werden.

Dabei können States unterschiedlicher Adapter miteinander kombiniert werden.

Das Ziel ist nicht, jede denkbare Programmierlogik vollständig zu ersetzen.

Für typische Smarthome- und Energieaufgaben soll jedoch keine manuelle YAML- oder Skriptprogrammierung notwendig sein.

Alles lokal auf eigener Hardware

homeESS wird auf eigener Hardware betrieben.

Die zentrale Verarbeitung von:

• States
• Automationen
• Gerätedaten
• Energieinformationen
• Benutzerverwaltung
• Steuerungslogik

findet innerhalb der eigenen Installation statt.

Externe Dienste werden nur dort verwendet, wo sie tatsächlich Daten liefern, die lokal nicht vorhanden sein können – beispielsweise Wetterinformationen für die Energieprognose.

Die grundlegende Hausautomation bleibt davon unabhängig.

Und das Ganze ist kostenlos

homeESS kann kostenlos installiert und genutzt werden.

Die Software steht unter der GNU Affero General Public License v3 (AGPLv3) und der Quellcode ist öffentlich verfügbar.

Für den lokalen Betrieb auf eigener Hardware fallen keine Lizenzgebühren an.

→ homeESS auf GitHub ansehen

Wie homeESS entstanden ist

Am Anfang stand nur ein Clear-Sky-Modell

homeESS war ursprünglich überhaupt nicht als vollständige Smarthome-Zentrale geplant.

Der Ausgangspunkt war ein Experiment:

Ein möglichst präzises Clear-Sky-Modell für Photovoltaikanlagen sollte berechnen, welche Leistung eine konkrete PV-Anlage bei wolkenfreiem Himmel zu einem bestimmten Zeitpunkt theoretisch liefern müsste.

Die reale PV-Leistung konnte anschließend mit dieser Referenz verglichen werden.

Damit entstand gleichzeitig eine Möglichkeit zur Erkennung direkter Sonneneinstrahlung über die vorhandene Photovoltaikanlage – ohne einen zusätzlichen Helligkeits- oder Sonnensensor installieren zu müssen.

Aus diesem Experiment entstand der erste Baustein von homeESS.

Aus dem Clear-Sky-Modell wurde eine PV-Ertragsprognose

Die reine Berechnung der theoretischen PV-Leistung war zunächst nur eine Momentaufnahme.

Der nächste logische Schritt war die Kombination mit Wetterdaten.

Aus Sonnenstand, Clear-Sky-Leistung, Wetterprognosen und realen Messwerten entstand schrittweise eine mehrtägige Photovoltaik-Ertragsprognose.

Diese Prognose wurde anschließend um eine anlagenspezifische Selbstkalibrierung ergänzt.

Damit konnte das System nicht mehr nur erkennen, was aktuell passiert, sondern auch abschätzen, wie viel Energie in den nächsten Stunden und Tagen voraussichtlich zur Verfügung stehen wird.

Aus der Prognose wurde eine Energieplanung

Sobald zukünftige Erzeugung bekannt ist, stellt sich automatisch die nächste Frage:

Was soll mit der verfügbaren Energie passieren?

Dafür mussten weitere Daten berücksichtigt werden:

• aktueller Hausverbrauch
• gelernte Grundlast
• Verbrauchsprofile nach Wochentag
• Batteriespeicher
• Energiereserven
• geplante Verbraucher
• Wallboxen
• temperaturabhängiger Energiebedarf

Aus einer PV-Prognose wurde damit eine vollständige mehrtägige Energiebilanz.

Aus einer MQTT-Anbindung wurde eine universelle Geräteschicht

Um Messwerte und Geräte einzubinden, entstand zunächst eine MQTT-Anbindung.

Doch auch hier wurde schnell deutlich, dass ein einzelner Kommunikationsweg nicht ausreicht.

Unterschiedliche Hersteller verwenden unterschiedliche:

• APIs
• Protokolle
• Datenstrukturen
• Kommunikationswege

Aus der ursprünglichen MQTT-Anbindung entwickelte sich deshalb eine modulare Adapterschicht.

Adapter stellen unterschiedliche Systeme innerhalb einer gemeinsamen State-Struktur bereit.

Heute können dadurch verschiedene Geräte und Hersteller über dieselbe zentrale Logik verwendet werden.

Aus der Adapterschicht entstand eine offene Adapter-API

Mit zunehmender Zahl an Integrationen wurde aus den zunächst internen Adaptern eine allgemeine Adapterarchitektur.

Neue Systeme können dadurch ergänzt werden, ohne den Kern von homeESS für jede Integration verändern zu müssen.

Adapter übernehmen die Kommunikation mit dem jeweiligen Hersteller oder Protokoll und übersetzen dessen Daten in die einheitliche State-Struktur von homeESS.

Damit wurde aus einer ursprünglich einfachen MQTT-Anbindung eine offene Integrationsschicht für unterschiedliche Smarthome- und Energiesysteme.

Aus der Adapter-API entstand hDP

Der nächste Schritt war die Frage:

Warum ausschließlich vorhandene Herstellergeräte integrieren?

Gerade einfache Sensoren, Anzeigen oder Schaltaktoren lassen sich mit günstigen ESP-Mikrocontrollern selbst bauen.

Normalerweise benötigt jedoch jedes dieser Projekte:

• eigene Firmware
• eigene MQTT-Topics
• eigene Konfiguration
• eigene Integration in die Smarthome-Zentrale

Daraus entstand hDP – das homeESS Device Protocol.

hDP verbindet eine universelle Gerätefirmware mit dem hDP-Adapter von homeESS.

Dadurch können einfache Geräte wie:

• Sensoren
• Schalter
• Aktoren
• Ein-/Ausgabemodule
• ARGB-Anzeigen

direkt in homeESS konfiguriert werden.

Die Aufgabe des Geräts wird dabei weitgehend zentral festgelegt, statt für jedes Projekt erneut eine eigene Firmware zu entwickeln.

→ Mehr über hDP erfahren

Aus einem Experiment wurde eine vollständige Smarthome-Zentrale

Die Entwicklung von homeESS war deshalb kein von Anfang an vollständig durchgeplantes Produktprojekt.

Jeder neue Baustein entstand aus einer praktischen Anforderung des vorherigen.

Aus:

Clear-Sky-Modell

wurde:

PV-Prognose

daraus:

Energieplanung

daraus:

Verbrauchersteuerung

daraus:

Geräteintegration

daraus:

Adapterarchitektur

und schließlich:

eine vollständige Smarthome- und Energiemanagement-Plattform.

Aus einem Experiment zur Berechnung der Sonneneinstrahlung wurde damit eine zentrale Steuereinheit für Geräte und Systeme unterschiedlichster Hersteller.

Was homeESS sein soll

homeESS soll keine weitere proprietäre Insel im Smarthome-Markt werden.

Das Ziel ist eine Plattform, die:

• unterschiedliche Hersteller miteinander verbindet
• Energie und Smarthome gemeinsam betrachtet
• komplexe Funktionen ohne unnötige Programmierung zugänglich macht
• lokal auf eigener Hardware läuft
• einfach installiert werden kann
• sich modular erweitern lässt
• offen entwickelt wird
• kostenlos nutzbar bleibt

Dabei soll das System leistungsfähig genug für umfangreiche Installationen sein, ohne den Anwender dazu zu zwingen, daraus sein eigenes Softwareentwicklungsprojekt zu machen.

homeESS wird kontinuierlich weiterentwickelt

homeESS befindet sich in aktiver Entwicklung.

Neue Adapter, Gerätefunktionen und Steuerungsmöglichkeiten entstehen weiterhin aus konkreten Anforderungen und werden schrittweise in die bestehende Architektur integriert.

Welche Funktionen aktuell geplant oder bereits in Entwicklung sind, zeigt die öffentliche Roadmap.

Open Source und Mitmachen

Die Entwicklung von homeESS findet öffentlich statt.

Quellcode, Fehlerberichte und technische Diskussionen können über GitHub verfolgt werden.

Beiträge sind in unterschiedlichen Bereichen möglich – von Entwicklung und Adaptern über Tests und Dokumentation bis zu Verbesserungsvorschlägen aus realen Installationen.

→ GitHub & Quellcode
→ Bei homeESS mitmachen