Die batterielose Brücke zum Smart Meter

Mit den intelligenten Stromzählern, den sogenannten Smart Metern, sollen die Energiekosten für den Endverbraucher transparenter werden. Denn anhand der digital gewonnenen Daten können Gebäudeeigentümer ihren Stromverbrauch kontinuierlich überwachen und anpassen. Die Funktechnologie von EnOcean erschließt zusätzliche Energieeinsparpotenziale der neuen Stromzähler und schafft Mehrwerte für den Endverbraucher – wie z.B. im Weber-Haus.
Die tatsächlichen Einsparpotenziale der Smart-Metering-Technologie lassen sich nur ausschöpfen, wenn so viele Verbrauchsstellen wie möglich zuverlässige statistische Werte liefern. An dieser Stelle kommt die batterielose Funktechnologie von EnOcean ins Spiel: Sie kann die intelligente Vernetzung der Gebäudeautomation mit Smart Metering verbinden. Dank Energy Harvesting gewinnen die EnOcean-basierten Sensoren und Aktoren ihre benötigte Energie allein aus der Umgebung. Dadurch lassen sie sich überall flexibel platzieren, um zuverlässige Messwerte der Verbraucher in Echtzeit zu liefern – und schaffen damit die wichtigste Voraussetzung für Einsparergebnisse durch Smart Meter. Der Endverbraucher profitiert dabei dreifach: von einer Energieeinsparung um bis zu 30% durch die Gebäudeautomation, dem damit verbundenen Komfort sowie von einem transparenten Stromverbrauch durch umfassende Messdaten. Dadurch entsteht für den Anwender ein klarer Mehrwert, der die Anschaffungskosten eines intelligenten Stromzählers schnell amortisieren kann.
Einsparpotenziale auf einen Blick

Aktuell gibt es bereits erste Geräte, die neben Strom auch gleichzeitig die Verbräuche von Gas, Wasser sowie Wärme über energieautarken Funk erfassen und an eine zentrale Schaltstelle übermitteln können – wie z.B. die sogenannten Multi Utility Controller. Diese verbinden als zentrale Einheit alle Endgeräte (Zähler, Sensoren, Aktoren) mit einer Weitverkehrsschnittstelle, die alle Daten an die Versorger übermittelt. Gleichzeitig erhält der Endkunde über eine weitere Schnittstelle eine visuelle Darstellung seiner Verbräuche und kann so auf einen Blick mögliche Energieeinsparpotenziale erkennen. Ein Beispiel sind die Geräte der Firma Eltako sowie das Steuerungssystem der Firma BSC. Die Komponenten von Eltako erfassen und übermitteln an verschiedenen Stellen innerhalb eines Gebäudes per EnOcean-Funk die aktuellen Strom-, Wasser- und Gasverbräuche inklusive des Zählerstands. Ergänzend dazu überwacht und zeigt z.B. die Software von BSC die aktuellen Zählerstände an und vergleicht sie mit den entsprechenden Vorgaben. Will der Nutzer beispielsweise zu einem Zeitpunkt Wäsche waschen, an dem sich der aktuelle Energieverbrauch bereits an der Grenze zum höheren Stromtarif bewegt, kann das System mitteilen, dass es günstiger wäre, die Waschmaschine erst später anzustellen.

Energieautarke Steuerung

Die Basis dieser Lösungen bildet die batterielose Funktechnologie von EnOcean, die bereits weltweit für eine flexible und energieeffiziente Gebäudeautomatisierung sorgt. Die energieautarken Funkmodule ermöglichen die intelligente Steuerung von Licht, Jalousie, Heizung oder Klimaanlage. Im Vergleich zu vielen anderen Funktechnologien senden die EnOcean-Module kurze Datentelegramme. Sie benötigen dadurch nur so wenig Energie, dass man diese aus der unmittelbaren Umgebung beziehen kann – aus Licht, Bewegung oder Temperaturunterschieden. Die rund eine Millisekunde kurzen Datentelegramme werden zum Ausschluss von Sendefehlern typischerweise innerhalb von 30ms zweimal wiederholt. Der zeitliche Abstand ist dabei zufallsgesteuert. Dadurch können problemlos mehrere Sensoren zur selben Zeit ausgelöst und selbst auf engstem Raum parallel betrieben werden. Ein weiterer Vorteil der batterielosen Technologie ist die Interoperabilität – auch eine der wichtigsten Voraussetzungen für Smart Metering. Damit die Zähler verschiedener Hersteller reibungslos funktionieren können, braucht Smart Metering standardisierte Technologien. Aus diesem Grund haben die über 170 Mitglieder der
EnOcean Alliance ein spezifisches Geräte-Kommunikationsprotokoll definiert, das so genannte Automated-Meter-Reading-(AMR)-Geräteprofil. Damit lassen sich EnOcean-basierte Geräte auch in andere Kommunikationsnetzwerke einbinden, die beispielsweise über LON, KNX, BACnet, TCP/IP oder Ethernet arbeiten.

Energieautarkie und Bidirektionalität

Ohne Verkabelung und ohne Batterie sind die EnOcean-basierten Geräte absolut wartungsfrei und lassen sich flexibel dort anbringen, wo sie benötigt werden. Dadurch können Hausbesitzer diese auch jederzeit problemlos nachrüsten – oder mit der Smart-Metering-Technologie verbinden. Gerade die Dolphin-Plattform von EnOcean bietet in diesem Zusammenhang ganz neue Möglichkeiten. Die kompakten Plug&Play-Module können energieautark bidirektional arbeiten und damit nicht nur Informationen senden, sondern auch empfangen. Diese Dialogfähigkeit ermöglicht es beispielsweise, die von einem Multi Utility Controller per Funk gesendeten Befehle und die Verbraucherdaten auf einem solarbetriebenen Display anzuzeigen. Den Hauptbestandteil der Dolphin-Systemarchitektur bilden die Funkmodule STM 300, TCM 300 und TCM 320. Das STM 300 verfügt über ein Energy-Harvesting-Interface, das die Realisierung energieautarker Produkte ermöglicht. So kann beispielsweise das Modul mit einer Solarzelle als Energielieferant betrieben werden. Durch die Integration der Dolphin-basierten Transceiver-Module TCM 320 oder TCM 300 in Multi Utility Controller lassen sich sehr einfach Gateways zwischen der Meterfunktionalität und der Hausautomation realisieren. Dank einer komfortablen Entwicklungsumgebung können die Module sehr schnell programmiert werden. Das erleichtert Produktherstellern aus den unterschiedlichsten Branchen die Integration der bidirektionalen Module in ihre Produkte. Die standardisierten Sensorprofile sorgen auch hier für den interoperablen Einsatz der verschiedenen Geräte.

Beispielhafte Vernetzung

Welche Vorteile die batterielose Funktechnologie bietet, zeigt das WeberHaus generation5.0. Es verbindet bereits Gebäudeautomation und Smart Meter mithilfe der energieautarken Funktechnologie: Von der Architektur über die Gebäudehülle bis hin zum Heizkonzept und der Technik ist das Haus auf optimale Energiegewinnung und -nutzung ausgerichtet. Die EnOcean-Technologie steuert neben der Wärme auch das Licht, schaltet nicht benötigte Verbraucher bei Abwesenheit aus und ermöglicht den Bewohnern die Steuerung aller Hausfunktionen komfortabel vom Bett aus. Gleichzeitig kann sich der Hausbesitzer alle Energieverbräuche und den Energieertrag der eigenen Solaranlage auf dem Fernseher anzeigen lassen. Hierbei stellen die Stromzähler von Eltako die Informationen per EnOcean-Funk für die Visualisierung bereit. Die Kosten für eine sinnvolle Grundausstattung mit einem solchen System liegen bei etwa 2.000Euro. Demgegenüber stehen ein sofortiger Komfortgewinn und dauerhaft viel höhere Energieeinsparungen. Ein Musterhaus des WeberHaus generation5.0 befindet sich in der ‚World of Living‘ in Rheinau-Linx.

Langfristiger Gewinn

Noch stehen etliche Gebäudeeigner dem tatsächlichen Nutzen von Smart Meter skeptisch gegenüber. Mit der batterielosen Funktechnologie lässt sich jedoch eine Brücke von der intelligenten Strommessung zur Hausautomation schlagen. So können Endverbraucher ohne großen Aufwand und zu überschaubaren Kosten die Potenziale beider Technologien miteinander verbinden. Die einfache Implementierung der energieautarken Technologie sowie die zahlreichen verfügbaren Endprodukte und damit verbundenen Anwendungsmöglichkeiten erleichtern die Umsetzung zusätzlich. Das Ergebnis: In einem Gebäude wird nur dann Energie verbraucht, wenn sie tatsächlich benötigt wird. Damit verbessern sich die Energiebilanz und der Komfort eines Hauses langfristig.