Energie per Knopfdruck

Bei den aktuellen Diskussionen über die Energie der Zukunft ist oft von ‚Energy Harvesting‘ die Rede. Die Idee, die sich hinter dem Begriff verbirgt, ist jenes Prinzip, das es ermöglicht, die Energie aus der Umgebung, wie etwa das Licht, sinnvoll zu nutzen, um beispielsweise Schaltgeräte zu betreiben. Das hat den Vorteil, dass man dadurch auf die Batterie verzichten kann. Zusätzlich erlaubt die Kombination mit Funk den Verzicht auf das Stromkabel. So können Produkte entwickelt und hergestellt werden, die energieautark ihre Arbeit verrichten. Dadurch wird der Installationsaufwand reduziert und die Wartung vereinfacht. Ein Vorreiter auf diesem Gebiet ist die Firma EnOcean mit ihrer batterielosen Funktechnologie.
Ohne Kabel und ohne Batterie. Nach diesem Prinzip funktioniert die Funktechnologie von EnOcean. Den notwendigen Strom holen sich die Module aus der lokal verfügbaren Umgebungsenergie aus Bewegung, Licht oder Temperaturdifferenz. Die Energie wird beispielsweise über eine kleine Solarzelle mit integriertem Energiespeicher oder einem elektrodynamischen Energiegenerator erzeugt, der die Bewegung des Schaltstoßes nutzt, um elektrische Energie zu gewinnen. Die aus der Umgebung gewonnene Energie reicht aus, um ein Funksignal zu versenden und so zum Beispiel das Licht einzuschalten. Somit arbeiten EnOcean-basierte Produkte energieautark. Und da man keine Batterie überwachen oder austauschen muss, kommen sie ohne Wartungsaufwand aus. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die EnOcean-basierten Produkte dort anbringen lassen, wo sie optimal genutzt werden können und ohne dabei die Wände beschädigen zu müssen. Das Funksignal verwendet die Frequenzbänder 868MHz und 315MHz und ist daher weltweit einsatzfähig. Das Telegramm ist nur eine Millisekunde lang. Und um Sendefehler auszuschließen, wird dieses zufallsgesteuert innerhalb von etwa 30ms noch zweimal wiederholt. Die Reichweite liegt bei 300m im Freien und bis zu 30m im Gebäudeinneren.

Vielseitig einsetzbar

Großen Zuspruch fand die Technologie als erstes im Bereich der Gebäudeautomation, in dem sie heute als der batterieloser Funkstandard für ‚grüne‘ Gebäude gilt und in einem Zug mit bedrahteten Standardsystemen wie KNX, LON und BACnet genannt wird. Aktuell sind Funkkomponenten von EnOcean in mehr als 100.000 Gebäuden weltweit im Einsatz. Das Einsatzspektrum reicht von Schaltern über Raumthermostate mit Solltemperatur-Einstellung bis hin zu intelligenten Fenstergriffen. Alle Produkte, die auf der EnOcean-Technologie basieren, sind interoperabel, das heißt, die Produkte unterschiedlicher Hersteller können problemlos miteinander kommunizieren. Des Weiteren sind die Lösungen in gängige Gebäudeautomationssysteme integrierbar. Dabei ist egal, ob diese über LON, KNX, BACnet, TCP/IP oder Ethernet kommunizieren. So lassen sich ohne großen Aufwand nachhaltige Energiemanagementkonzepte umsetzen. Zunehmend setzen sich die Funksensoren ohne Batterien auch in Industrieanlagen durch. Sie ermöglichen eine zuverlässige Zustandsüberwachung von Maschinen und Prozessen und vereinfachen zudem die Verkabelung. So lassen sich Informationen auch an unzugänglichen Orten erfassen und Unternehmen können schneller und flexibler auf veränderte Anforderungen reagieren. Ein nachgefragtes Einsatzfeld in der Industrie sind beispielsweise energieautarke Schaltgeräte, denn in nahezu jedem Produktionsbetrieb gibt es Roll- oder Schnelllauftore, die über Seilzugschalter betätigt werden, damit Staplerfahrer für das Öffnen beziehungsweise Schließen des Tors nicht vom Stapler absteigen müssen.

Modernisierung bei fortlaufender Gebäudenutzung

Ein Beispiel für den Einsatz der batterielosen Funktechnologie ist das Alexander-Wacker-Haus in München: Das siebenstöckige Bürogebäude mit seinen ca. 8.000 Quadratmetern Bürofläche wurde umfassend modernisiert. Dabei stand auch eine energiesparende Automatisierung der Heiztechnik an. Zur Energieeinsparung beim Lüften wurden im Gebäude 800 Funk-Fensterkontakte von EnOcean installiert. Alle Fensterkontakte eines jeden Raumes wurden jeweils in einen Unterputz-Funk-Schaltaktor eingelernt. Der Ausgang des Schaltaktors signalisiert an die unsichtbar in der Fehldecke des Raumes installierte Regelungsanlage mit DDC-Technologie (Direct Digital Control), wenn ein oder mehrere Fenster im Raum offen stehen. Das DDC-System sorgt dann sofort dafür, dass alle Heizkörperventile des Raumes auf Frostschutz stellen. Auch die Installation der rund 800 elektrischen Ventilstellantriebe erwies sich dank der EnOcean-Technologie als einfach. Denn da in Fensternähe bereits rundum laufende Bodenkanäle für Stromanschlüsse vorhanden waren, musste lediglich innerhalb dieses Bodenkanals an geeigneter Stelle ein Schaltaktor installiert werden. Dieser speist bis zu sechs Stellantriebe und wird funktechnisch von einem ans DDC-System angeschlossenen Sender aktiviert. Über diesen Sender erfolgt im Normalbetrieb auch die Heizkörperregelung in Abhängigkeit von den Temperatur-Vorgaben des am DDC-System angeschlossenen Raumbediengeräts. Da jedes Raum-DDC-System auch mit der Haustechnik-Zentrale der Hausverwaltung in Verbindung steht, kann dort erfasst werden, ob und wann Fenster geöffnet sind. So sieht der Hausmeister an Winter-Wochenenden sofort, ob ein Mieter ein Fenster versehentlich offen gelassen hat und dadurch eine Auskühlung des Raumes droht. Die batterielose Funktechnologie machte bei der Modernisierung des Alexander-Wacker-Hauses den Einsatz einer Schlitzfräse überflüssig. Zudem mussten die Fensterrahmen und Fensterlaibungen für die Installationsarbeiten nicht beschädigt werden. Natürlich musste dann anschließend auch kein Maurer zum Verputzen kommen. Die Modernisierungsarbeiten verliefen dadurch so schnell und reibungslos, so dass das Gebäude während der Modernisierung weiterhin von Mietern genutzt werden konnte.

Auf die Zukunft setzen

EnOcean schafft durch konsequenten Einsatz von Energy Harvesting die weltweit einzige kabellose Systemarchitektur für Sensornetze, die ganz ohne Batterien auskommt und daher absolut wartungsfrei ist. Inzwischen bieten über 100 Firmen Produkte und Lösungen auf Basis der miniaturisierten Funkmodule von EnOcean an, die sich sehr gut für den Einsatz in der Gebäudeautomation eignen. Die leichte Integration der Technologie und die große Menge an verfügbaren Produkten eröffnen der Technologie immer mehr Einsatzfelder, etwa im Bereich Smart Metering. So können Endverbraucher mit Hilfe der batterielosen Technologie ohne großen Aufwand die Energiebilanz und den Komfort eines Hauses gleichermaßen erhöhen. Noch entfallen auf Gebäude rund 40 Prozent des gesamten Primärenergieverbrauchs. Mit der intelligenten Vernetzung von Smart Meter und Gebäudeautomation könnte diese Zahl in den kommenden Jahren deutlich reduziert werden – ein wichtiger Schritt hin zu den Energievorgaben der Bundesregierung für 2020.