Praxisbericht – Der digitale Bienenstock

Der digitale Bienenstock

In jedem guten Vorgarten und Stadtbild wie auch in der Natur sind Sie vertreten die Bienen. Meist gelten Sie in unserer Gesellschaft als ein gutes Zeichen für eine intakte Umwelt sowie Vorboten des Frühlings. Bedingt durch den Klimawandel und die zunehmende Umweltverschmutzung ist die Lebensgrundlage der Bienen zunehmend bedroht. Aus diesem Grund hat sich die items GmbH entschlossen im Kontext der Smart-City mehr über das Leben und den Zustand unserer kleinen Stadtbewohner zu erfahren und eine Abschlussarbeit zum Thema digitaler Bienenstock vergeben. Im Rahmen seiner Abschlussarbeit durfte unser Praktikant Leon Weber sich mit den verschiedenen Technologien zur Digitalisierung von Bienenstöcken mit dem Schwerpunkt LoRaWAN beschäftigen.

Dauerhafte Überwachung von Bienen

Laut dem deutschen Imkerbund zählen Honigbienen wegen ihrer Bestäubungsleistung zu den wichtigsten landwirtschaftlichen Nutztieren. Durch die Arbeit der Bienen wird der Erhalt von Nutz- und Wildpflanzen gesichert. Daher ist es wichtig sich stets über das Wohlergehen eines Bienenvolkes auf dem Laufenden zu halten. Dort kommt die Digitalisierung von Bienenstöcken mithilfe von Sensoren ins Spiel.
Durch die ständige Überwachung des Bienenschwarms kann man sich stets über dessen Zustand informieren. Dadurch kann ein Imker bei ungewöhnlichem Verhalten des Bienenvolkes sofort reagieren und somit verhindern, dass ein gesamtes Volk stirbt oder den Bienenstock verlässt. Außerdem ist eine Optimierung des Honigertrages mögliches. Gleichzeitig können zusätzliche Daten für Forschungsprojekte in diesem Bereich gesammelt werden.

LoRaWAN vs. Mobilfunk

Um die Bienen aus der Ferne überwachen zu können, ist die Übertragung der gemessenen Werte an einen Server notwendig. Viele bereits etablierte Systeme zum Bienen-Monitoring nutzen dafür das Mobilfunknetz, da in Deutschland eine nahezu 100-prozentige Netzabdeckung existiert. Die items GmbH hat bisher diverse LoRaWAN-Projekte in Kooperation mit Stadtwerken realisiert. Aus diesem Grund sollte ein System verwendet werden, das sich dieser Technik bedient.

Um die Vorteile und Nachteile beider Übertragungsarten in diesem Use-Case zu vergleichen, werden unterschiedliche Sensorik-Systeme an baugleichen Bienenstöcken angebracht. Hier sieht die items GmbH in der Umsetzung des digitalen Bienenstocks mittels LoRaWAN auf Grund der Energieeffizienz und hohen Reichweite der Technologie einen erheblichen Vorteil gegenüber dem Mobilfunknetz. Aus diesem Grund wurde im Rahmen der Bachelorarbeit ein Technologievergleich mit unterschiedlichen Varianten durchgeführt. Die Vorstellung der eingesetzten Sensorik erfolgt in diesem Artikel. Konkret wurden drei verschiedene Varianten getestet. Zwei der Varianten basierten auf LoRaWAN. Eine auf dem Mobilfunknetz.

Digitalter Bienenstock Variante 1 All-in-One

Digitaler Bienenstock Variante 1: All-in-One

Das All-in-One Modell ist von dem Unternehmen Wolf Waagen und die Produktbezeichnung lautet ApiGraph 3.1. Dieses Produkt beinhaltet eine Waage für den Bienenstock und einen Sensor für Temperatur und Luftfeuchtigkeit.

Um genauere Daten der Umgebung zu erfassen, gibt es als Zubehör noch eine Wetterstation, die Wind und Niederschlag misst. Diese Sensoreinheit ist per Funk mit der Waage verbunden. Die Platzierung ist laut Hersteller bis zu 30 Meter von der Waage möglich.

Mittels eines weiteren Termperaturfühlers ist neben der Messung von Werten außerhalb des Bienenstocks die Datenerhebung auch innerhalb möglich. Somit erfolgt eine Überwachung der Temperatur im Inneren des Bienenstocks. Der Nachteil daran ist, dass dadurch nur eine Messung im Brutraum des Bienenstocks stattfindet. Die sogenannte „Traube“ (Kugelförmige Ansammlung von Bienen) bewegt sich im Laufe der Zeit innerhalb des Brutraumes. Somit ist die Temperaturmessung mit nur einem Sensor ungenau sobald sich die Traube bewegt. Dies erfordert eine Umpositionierung des Temperaturfühlers.

Der digitale Bienenstock Variante 1 All-in-One Sensorik

Die Bienenstockwaage übermittelt die Messwerte mit Hilfe eines GSM-Moduls über das Mobilfunknetz. Die Übertragung der Messwerte erfolgt ein- bis dreimal täglich. Je öfter die Datenübertragung erfolgt, desto geringer beträgt die Akkulaufzeit des Gerätes. Es gibt auch einen Live-Modus, der alle fünf Minuten die gemessenen Werte an den Server übermittelt. Bei diesem Modus ist aber eine dauerhafte Stromversorgung notwendig. Laut dem Hersteller muss der Akku nur ein- bis zweimal im Jahr aufgeladen werden, sofern maximal eine Datenübertragung pro Tag erfolgt.

Außerdem bietet der Hersteller Wolf Waagen eine eigene Software zur Visualisierung der Messergebnisse an. Die Darstellung der Messwerte erfolgt komprimiert in zwei Diagrammen. Unterhalb der Diagramme sind die aufgelisteten Messwerte nochmals in einer Tabelle entnehmbar.

Der digitale Bienenstock Dashboard All-in-One Variante

Der digitale Bienenstock Variante 2: LoRaWAN Fertig-Module

Die zweite Variante besteht aus drei verschiedenen LoRaWAN-Sensoren und einer selbstgebauten Waage. Für das Umweltmonitoring wird der Außensensor RAK7205 von RAK verwendet. Dieser misst Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Gase. Des Weiteren ist er mit einem GPS-Modul ausgestattet und wird mit Hilfe einer Solarzelle aufgeladen. Das Gehäuse ist wasserdicht. Eine Platzierung im Freien ist somit problemlos möglich. Bei der Montage ist darauf zu achten, dass der Sensor nicht einer erhöhten Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, da dies die Temperaturmessung verfälscht. Zur Gewährleistung einer reibungslosen Aufladung des Akkus durch die Solarzelle, ist eine Erfassung des Sensors über einen gewissen Zeitraum allerdings notwendig.

Der digitale Bienenstock Variante 2 LoRa-Fertigmodule

Der Hauptsensor dieses Systems ist vom Hersteller Dragino und ist ein wasserdichter Sensor-Knoten. Die Produktbezeichnung lautet LSN50 v2. An ihm ist die selbstgebaute Waage und ein Temperatursensor angeschlossen. Der Temperaturfühler wird, wie bei dem Gerät von Wolf Waagen, im Brutraum des Bienenstocks platziert.

Der digitale Bienenstock Variante 2 LoRaWAN-Waage

Um zusätzliche Genauigkeit bei der Temperaturmessung zu erreichen, ist der Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor LHT65 von Dragino im Inneren des Bienenstocks befestigt. Der Sensor ist im Deckel des Bienenstocks angebracht und misst dort die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit. Der externe Temperaturfühler hängt im Brutraum. Die Sensoren liefern somit zwei Temperaturmessungen im Brutraum und drei im gesamten Bienenstock. Die Messwerte wurden in einem Grafana-Dashboard dargestellt.

Am Anfang des Dashboards sind vier Paneele, die die aktuellen Wetterdaten und Wetterprognosen zeigen. Die Datenbereitstellung erfolgt über eine Schnittstelle des Deutschen Wetterdienstes.

Der digitale Bienenstock Grafana Dashboard Teil 1

Unterhalb der Wetterübersicht sind die Temperaturen und die Luftfeuchtigkeit im Bienenstock und die Außentemperatur aufgelistet. Die Visualisierung der Temperaturen erfolgt einzeln und zusätzlich in einem gemeinsamen Diagramm, um Abweichungen voneinander zu verdeutlichen.

Der digitale Bienenstock Grafana Dashboard Teil 2

Die Gewichtsmessung wird mit vier verschiedenen Paneelen dargestellt. Die oberen zwei Darstellungen zeigen den Gewichtsverlauf und den letzten gemessenen Wert an. Die beiden Unteren fokussieren sich auf den Ertrag bzw. die Gewichtsschwankungen im Bienenstock.

Der digitale Bienenstock Grafana Dashboard Teil 3

Am Ende des Dashboards werden noch die Werte des Außensensors dargestellt.

Der digitale Bienenstock Grafana Dashboard Teil 4

Der digitale Bienenstock Variante 3: Vollständiger Eigenbau

Die dritte Variante zur Überwachung des Bienenstocks besteht aus einer selbstgebauten Lösung und ist somit individuell auf den Use-Case angepasst. Das System basiert auf dem Heltec Cubecell Entwicklerboard, das einen LoRa-Chip bereits installiert hat.
Fünf Sensoren sind für die Überwachung des Bienenstocks verantwortlich. Bei vier der Sensoren handelt es sich um Temperatursensoren. Der Fünfte misst die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur. Die Bewegung der Bienen im Inneren ist somit nachvollziehbar. Eine Umplatzierung von Sensoren ist nicht erforderlich. Ein weiterer Temperaturfühler übernimmt die Aufgabe der Außentemperaturmessung.

Bei dieser Variante kommt die gleiche Waagen-Konstruktion zum Einsatz wie bei den LoRaWAN Fertig-Modulen. Auf dem Gehäuse ist eine Solarzelle angebracht, damit eine Aufladung des Akkus nicht von Hand erforderlich ist und somit weniger Wartungszeit in Anspruch nimmt. Die Visualisierung der Daten geschieht ebenfalls mittels eines Grafana-Dashboards.

Der digitale Bienenstock Variante 3 Aufbau im Bienenstock
Der digitale Bienenstock Variante 3 Waage im Eigenbau

Nutzung der Daten für die Forschung

Die Sensorik zur Digitalisierung von Bienenstöcken soll der FH Münster im kommenden Jahr bereitgestellt werden und wurde im Rahmen einer Bachelorarbeit bei der items GmbH von Leon Weber entwickelt. Geplant ist eine Auswertung der generierten Daten aus den Jahren 2020 und 2021, um neue Erkenntnisse für die Forschung zu sammeln. Wir als items freuen uns auf die Ergebnisse in diesem Jahr. Wenn Sie mehr über das Thema erfahren möchten, sprechen Sie uns gerne an.

Münsterhack 2020 Aftermovie

Am 25./26. September fand der vierte MÜNSTERHACK unter besonderen Umständen statt. Zwar war der Abschlusspitch ohne physisch anwesendes Publikum, so waren diesen mal Unterstützung und Interesse per Videocall zugeschaltet. Unterstützt durch zwölf Mentoren arbeiteten zwölf Teams an interessanten Lösungen und Prototypen für Münster.

Hier findet ihr das offizielle After-Movie 2020. Wir bedanken uns bei allen Teilnehmenden, Mentor:innen, Partnern und Jury-Mitgliedern für die tolle Unterstützung.

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Save the Date

Seid auch das nächste Mal wieder dabei, wenn die Tech-Szene wieder zusammen kommt, um gemeinsam Projekte und Prototypen zu entwickeln und die eigene Stadt noch lebenswerter macht.

Der nächste Münsterhack findet am 24./25. September 2021 statt!

Alle Gewinner des diesjährigen Münsterhacks und weitere Informationen, wie zum Beispiel die gesammelten Repositories der vergangenen Jahre findet ihr auf der offziellen Seite des Münsterhacks:

Civitas Connect – Civi-Talk

Was sind die Chancen und Grenzen von LoRaWAN? Wie hängen NB-IoT und 5G zusammen und was ist eigentlich mit 5G und 450 MHz?

Am 9. Dezember trafen sich die kommunale Kooperationsplattform Civitas Connect und das Netzwerk Energiewirtschaft digital um mit den Teilnehmern in einem ersten Workshop den Stand der Wissenschaft unserer Technologielandschaft themenbezogen zu erörtern und Forschungsideen zu identifizieren.

Hierbei wurden die Technologien im Kontext der Anwendungsfälle in einer smarten City verglichen und gegenübergestellt.

Civitas Connect möchte hier Kompetenzen bündeln, Chancen bewerten und gemeinsam Strategien und Lösungen entwickeln, die die Mitglieder dann in der Rolle der digitalen Daseinsvorsorge und als Betreiber der Smart City umsetzen können.

Kompetenzen bündeln, Chancen bewerten und gemeinsam Lösungen entwickeln!

Die OPEX-Lücke bei der Finanzierung der Elektromobilität: Netzbetreibern drohen finanzielle Einbußen

Herausforderung Netzintegration der Elektromobilität

Der Durchbruch der Elektromobilität in der Gesellschaft steht unmittelbar bevor. Bedingt durch neue Förderprogramme und den Gesetzgeber als primären Förderer der Elektromobilität steht der Verkehrssektor vor einem zentralen Umbruch. Die neusten Zulassungszahlen und die Ankündigungen großer Automobilhersteller sollten auch den konservativsten Analytiker davon überzeugen, dass sich die Elektromobilität zu einem Grundpfeiler der alternativen Antriebstechnologien in Deutschland entwickelt.

Dabei stellt die Netzintegration der Elektromobilität eine der zentralen Herausforderungen der nächsten Jahre in der Versorgungswirtschaft dar. Verantwortlich hierfür sind vor allem die mehr als 900 Verteilnetzbetreiber in Deutschland. Diese haben sowohl die Integration als auch den Aufbau der Ladeinfrastruktur sicherzustellen und tragen einen Teil der Investitionskosten durch ihre Tätigkeit mit. Doch unter Berücksichtigung der geltenden Anreizregulierung steuern Netzbetreiber auf ein Kostendefizit im Bereich der Finanzierung der Elektromobilität zu. Dabei steht ein hoher Ausfall der OPEX-Kosten im Fokus. Daher möchten wir im Rahmen dieses Blogbeitrags erläutern, wie die Finanzierung der Kosten im Bereich Elektromobilität erfolgt, welche Gegenmaßnahmen ergriffen werden können und wo die Probleme in der internen Unternehmensstrategie liegen.

Einflussfaktoren der Anreizregulierung auf die Elektromobilität

Grundsätzlich erwirtschaftet ein Netzbetreiber seine Einnahmen über seine betriebsnotwendigen Kosten, die durch den Letztverbraucher über die Netznutzungsentgelte (NNE) zu tragen sind. Im Kontext der Netzintegration der Elektromobilität ist jedoch zwischen verschiedenen Sachverhalten zu differenzieren.

Zum einen zwischen den kapitalgebundenen CAPEX-Kosten und den betriebsbedingten OPEX-Kosten. Aus diesem Grund ist zu betrachten, welche Auswirkungen die CAPEX- und OPEX-Kosten der Netzintegration auf den Verteilnetzbetreiber haben. Daneben ist zu untersuchen, wie und in welcher Form Baukostenzuschüsse (BKZ) für die Elektromobilität erhoben werden können. Ebenso sind die Auswirkungen hinsichtlich des Effizienzwertes zu betrachten. Eine historische Vorgehensweise von Netzbetreibern ist die Verstärkung des Netzes. Diese könnte sich jedoch langfristig auf den Effizienzwert auswirken, da das BMWi das Instrument der Spitzenlastglättung eingeführt hat, um die Kosten des Netzausbaus zu begrenzen.

Finanzierung der Elektromobilität über Baukostenzuschüsse

Die Finanzierung der Netzintegration der Elektromobilität ist über die Anschlusskosten und ggf. zusätzliche BKZ durch den Anschlussnehmer möglich. Die verbleibenden Kosten wären in diesem Fall über die NNE umzulegen. Dabei bilden die Anschlusskosten ein Lenkungsinstrument, um die Nachfrage des Anschlussnehmers nach zusätzlicher Leistung zu begrenzen. Die Erhebung von BKZ ist dem Netzbetreiber jedoch freigestellt.

Gemäß der Netzanschlussverordnung (NAV) sind dem Anschlussnehmer maximal 50 % der Kosten im Verteilnetz, die für die Durchführung einer Netzverstärkungsmaßnahme notwendig sind, in Rechnung zu stellen. Ein BKZ ist nur ab einer Leistung von 30 kW zulässig. Der Sockelfreibetrag von 30 kW bezieht sich hierbei auf das jeweilige Grundstück. Im Fall eines zweiten Netzanschlusses ist dieser dem bestehenden Anschluss des Grundstücks hinzuzurechnen, weswegen in der Regel auf einen zweiten Anschluss verzichtet wird.

Eine Finanzierung von Netzverstärkungsmaßnahmen über eine zusätzliche BKZ ist aus monetärer Sicht für einen Verteilnetzbetreiber unattraktiv, da diese als netzmindernde Erlöse gelten. Gemäß § 9 Stromnetzentgeltverordnung (StromNEV) erfolgt die Abschreibung über 20 Jahre. Somit stellen BKZ eine kurzfristige Maßnahme zur Herstellung der Liquidität des Netzbetreibers da, sind jedoch nicht geeignet, um Wiederanschaffungsmaßnahmen zu finanzieren.

Finanzierung der Elektromobilität über die CAPEX-Kosten

Die regulatorischen Kapitalkosten stellen für einen Netzbetreiber das Herzstück der Finanzierung des eigenen Netzbetriebs dar. Da die Kapitalkosten nach der Anreizregulierung verzinst werden, sichern diese die langfristige Finanzierung des Netzbetriebs. Die CAPEX-Kosten, die zusätzlich durch die Netzintegration der Elektromobilität entstehen, fließen mit in die individuelle Erlösobergrenze (EOG) ein. Zusätzliche Investitionen nach dem Basisjahr fließen über den Kapitalaufschlag auch während der Regulierungsperiode mit ein. Eine Finanzierung der CAPEX-Kosten stellt für den Netzbetreiber somit kein Problem dar. Die Anerkennung der kalkulatorischen Kapitalkosten im Zusammenhang mit der Finanzierung der Elektromobilität sind somit ohne Zeitverzug anerkennungsfähig.

Finanzierung der Elektromobilität über die OPEX-Kosten

Die Betriebskosten des Netzbetreibers im Zusammenhang der Netzintegration für die Elektromobilität ist ebenfalls Teil der individuellen Erlösobergrenze. Allerdings können zusätzliche Betriebskosten, die nach dem Basisjahr anfallen, nicht im Laufe der Regulierungsperiode geltend gemacht werden.

Konkret bedeutet dies, dass die OPEX-Kosten im Gegensatz zu den CAPEX-Kosten nicht ohne Zeitverzug anerkennungsfähig sind. Steigende Betriebsausgaben sind erst zur nächsten Regulierungsperiode im nächsten Basisjahr anerkennungsfähig. Es gilt das Budgetprinzip für den Netzbetreiber im Zusammenhang mit der Planung der OPEX-Kosten. Somit gehen steigende OPEX-Ausgaben innerhalb einer Regulierungsperiode zu Lasten des Netzbetreibers.

Unter Berücksichtigung, dass in 2021 das nächste Basisjahr ansteht, drohen vielen Netzbetreibern für die kommenden Jahre finanzielle Einbußen. Viele Studien gehen von einer Hochlaufphase der Elektromobilität ab dem Jahr 2024 aus. Dies würde für den Netzbetreiber steigende Betriebsausgaben zur Integration der Elektromobilität bedeuten. Zusätzliche Ausgaben für den Steuerungs-, Planungs- und Monitoringbedarf sind somit nicht finanziert. Da das übernächste Basisjahr erst 2026 stattfindet und die darauffolgende 5. Regulierungsperiode erst 2029 beginnt, droht den Netzbetreibern eine OPEX-Lücke von mehreren Jahren!

Kostenanerkennung Netzintegration Elektromobilität Finanzierung
Kostenanerkennung Netzintegration Elektromobilität

Auswirkungen der Netzintegration auf den Effizienzwert

Zur Festlegung der individuellen EOG hat sich jeder Netzbetreiber, der sich nicht im vereinfachten Verfahren befindet, einem Effizienzvergleich nach §§12 bis 16 ARegV zu unterziehen. Auswirkungen auf den Effizienzfaktor und somit die EOG haben unterschiedliche Aufwands- und Strukturparameter, deren Festlegung zu jedem Effizienzvergleich von der Regulierungsbehörde neu erfolgt.

Bezüglich der Elektromobilität ist derzeit noch unklar, inwiefern sich die Netzintegration auf den Effizienzwert auswirkt. Daher ist zu prüfen, inwieweit der vorgezogene Aufbau eines nicht ausgelasteten Ladepunktes im Basisjahr Strom 2021 zu steigenden Werten auf Seiten der Aufwandsparameter führen kann, ohne dass dies auf Seiten der Vergleichsparameter (z. B. wenn die Jahresarbeit ein Parameter des Effizienzvergleiches wäre) seinen Niederschlag findet. Insbesondere bei öffentlicher Schnellladeinfrastruktur, die Leistungsanforderungen über 10 MW hat, kann dies der Fall sein und damit ein Lastmanagement erforderlich machen. Grundsätzlich sind Auswirkungen der Elektromobilität auf den Effizienzwert allerdings noch nicht absehbar. 

Maßnahmen gegen die OPEX-Lücke

Auf Grund der gerade erläuterten OPEX-Lücke sollten Netzbetreiber bereits ab dem Jahr 2021 mit der präventiven Planung bzgl. der Elektromobilität beginnen, um erste Aufwände in der 4. Regulierungsperiode anerkannt zu bekommen.

Ein erster wichtiger Meilenstein ist die Erhebung zusätzlicher Daten im Verteilnetz, um die langfristigen Auswirkungen der Elektromobilität abschätzen zu können. An welchen Stellen sind Schwerpunkte zu erwarten? Reicht die Kapazität heute aus? Dies sind nur zwei der vielen Fragen, die im Zusammenhang mit dem Ausbau und der Finanzierung der Elektromobilität zu beantworten sind. Erste Projekte zur Erhebung zusätzlicher Informationen im Verteilnetz, wie z. B. die Überwachung von Trafostationen mittels LoRaWAN, sind somit aus Sicht des Regulierungsmanagements zu begrüßen. Neben der Erhebung der Daten sollten aber auch eigene Netzentwicklungsszenarien durchgeführt werden, um die Auswirkungen besser abschätzen zu können. Daneben bietet die Datengrundlage eine Basis, um gegenüber dem Anschlussnehmer dahingehend auskunftsfähig zu sein, ob die Umsetzung des von ihm gewünschten Ladepunktes möglich ist. Netzbetreiber sind nach § 19 NAV verpflichtet, hierüber binnen zwei Monaten Auskunft zu erteilen.

Neben der Datenerhebung und Analyse sollte es einen engen Austausch mit den jeweiligen Vertrieben geben, um vor allem den Vertrieb von Ladeinfrastruktur ohne Steuerungsmöglichkeiten zu verhindern. Da mittel- bis langfristig von einer hohen Ladepunktdichte auf einzelnen Verteilnetzsträngen auszugehen ist, ist von einer Erforderlichkeit von Steuerungstechnik zur Umsetzung eines netzweiten Lademanagements auszugehen. Die TAB eines Netzbetreibers ist umgehend anzupassen, sofern dies noch nicht erfolgt ist.

Darüber hinaus ist eine Digitalisierung der Prozesse des Netzbetreibers im zusammenhang mit der Elektromobilität zu empfehlen. So findet die verpflichtende Anmeldung von Ladepunkten oft manuell über ein händisch ausgefülltes Formular statt. Elektronisch gestützte Formulare, welche die Kommunikationseingangskanäle standardisieren, die internen Aufwände des Netzbetreibers und somit de OPEX-Kosten senken, sind zu empfehlen. Hier hat die items bereits ein Tool entwickelt, das Netzbetreiber im Mitteilungsprozess für Ladepunkte unterstützt.

Fazit

Insgesamt ist festzuhalten, dass Netzbetreiber in Bezug auf das Basisjahr 2021 schnellstmöglich tätig werden sollten. Das Ziel sollte sein einen Teil der OPEX-Kosten im Zusammenhang mit der Netzintegration der Elektromobilität anerkannt zu bekommen. Maßnahmen sollten zum einen eine Netzentwicklungsstudie zur frühzeitigen Erkennung von Schwerpunkten sein.

Ebenso sollte die Datenerhebung im Verteilnetz für die Argumentation der Auswirkungen der Elektromobilität gegenüber der Regulierungsbehörde angegangen werden, um Aussagen über die Auslastung des eigenen Netzes treffen zu können. items unterstützt hier bereits die ersten Kunden mit dem Monitoring von Trafostationen und KVS-Schränken, um eine erste Aussage bezüglich der Auslastung einzelner Netzstränge treffen zu können. Die Erzielung von Synergieffekten hinsichtlich des Projektes Redispatch 2.0 ist hier sicherlich möglich, was aber ebenfalls eine bessere Datenbasis zur Prognose der Netzkapazitäten benötigt.  

Die Standardisierung von Prozessen rund um das Thema Elektromobilität sollte ebenfalls jetzt angegangen werden, um die zusätzlichen OPEX-Kosten im Basisjahr 2021 ansetzen zu können. items bietet hier ein erstes Tool zur Registrierung von Ladepunkten und unterstützt Stadtwerke mit einer ganzheitlichen Beratung zur Ausarbeitung einer Elektromobilitätsstrategie. Denn diese sollte am Ende das Ziel eines jeden Stadtwerks sein:

Die Umsetzung einer eigenen Strategie, welche die Tätigkeiten des Vertriebs und des Netzbetreibers berücksichtigt, um mittelfristig auch finanziell vom Thema Elektromobilität profitieren zu können. Ein kurzfristiges Vorpreschen des Vertriebs z. B. in Form des Vertriebs nichtsteuerbarer Ladepunkteinrichtungen kann sich, wie in diesem Beitrag dargestellt, negativ auf das Finanzergebnis des Netzbetreibers und somit des gesamten Konzerns auswirken. Somit heißt es frühzeitig in die Umsetzung gehen, um die eigenen Kosten des Netzbetreibers anerkannt zu bekommen.

COVID-Melder: Mit dem LoRaWAN CO2-Sensor die Covid-19-Pandemie eindämmen

CO2-Konzentration als Indikator für Aerosole

Lang ersehnt, aber noch nicht verfügbar: ein COVID-Impfstoff, der die Menschen auf dieser Welt vor einer COVID-Erkrankung bewahren soll. Selbst wenn die Zulassung eines Impfstoffs wie angekündigt in den nächsten Wochen erfolgen sollte, wird es mit einer flächendeckenden Impfung der Bevölkerung einige Zeit dauern. Somit heißt es weiter Masken tragen und in geschlossenen Räumen regelmäßig lüften. Doch wann genau ist die regelmäßige Zeit zum Lüften? Die items hat hierfür einen Anwendungsfall zur Überwachung mittels CO2-Sensor auf LoRaWAN – Basis realisiert und mehrere Devices getestet. Das Ergebnis ist ein COVID-Melder, der als fertiges Produkt von der items bezogen werden kann.

Die Grundlage für einen Hinweis, dass die Durchführung einer Lüftungsmaßnahme erforderlich ist, um Aerosole in der Luft zu reduzieren, ist die Relation zum CO2-Gehalt in der Luft, da bei einer erhöhten CO2-Konzentration in der Luft auch auf eine höhere Anzahl von Aerosolen geschlossen werden kann. Durch die Einbindung der LoRaWAN-Technologie können Räume, in denen solche CO2 Sensoren angebracht sind, aus der Ferne beobachtet werden. Neben der Überwachung aus der Ferne soll bei der Überschreitung eines kritischen CO2-Wertes auch eine Alarmierung im Raum erfolgen. Im Rahmen des Beitrags stellt die items GmbH für diesen Use-Case vier unterschiedliche LoRaWAN-Sensoren vor, die den CO2-Gehalt in der Luft erfassen können.

COVID-Melder: Elsys ERS CO2 Sensor

Der CO2-Sensor des schwedischen Herstellers Elsys misst Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Bewegung, Licht und die CO2-Konzentration in einem Raum. Dieser LoRaWAN-CO2-Sensor ist am längsten im Einsatz des items-IoT-Teams. Der Langzeittest zeigt, dass der Sensor stets zuverlässige Messwerte ermittelt.
Durch sein schlichtes Design fällt der Sensor kaum auf, wenn er an einer weißen Wand befestigt ist. Der Nachteil ist, dass kein direktes visuelles Feedback über die Raumluftqualität möglich ist, da der CO2 Sensor nicht über ein entsprechendes Display verfügt. Der Sensor ist mit NFC-Funktionalitäten ausgestattet und somit leicht mit einem Smartphone konfigurierbar. Die dazugehörige App ist nur für Android-Geräte erhältlich.

LoRaWAN Elsys CO2-Sensor
LoRaWAN Elsys CO2-Sensor

COVID-Melder: Ursalink AM102 CO2- Sensor

Ursalink bietet einen CO2-Sensor an, der neben den Messwerten des Konkurrenzproduktes von Elsys noch den Luftdruck und flüchtige organische Verbindungen (TVOC) misst. Außerdem ist das Gehäuse mit einem E-Ink-Display ausgestattet, auf dem die Darstellung der erhobenen Messwerte erfolgt. Die gemessenen Daten werden ebenfalls mittels LoRaWAN übertragen und können dadurch aus der Ferne ausgewertet werden. Dieser CO2 Sensor verfügt ebenfalls über NFC-Funktionalitäten und ist mit dem Smartphone konfigurierbar. Die App von Ursalink ist für Android- und iOS-Geräte erhältlich.

LoRaWAN Ursalink AM102 CO2-Sensor
LoRaWAN Ursalink AM102 CO2-Sensor

COVID-Melder: Mutelcor MTC-CO2-01

Der CO2-Sensor von Mutelcor legt seinen Fokus auf die Alarmierung bei einer zu hohen CO2-Konzentration in einem Raum und wird daher von der items GmbH präferiert zur Überwachung von Schulen oder Kitas verwendet. Da die Anzahl der Personen gerade in diesen Gebäuden nicht bekannt ist, stellt die automatische Alarmfunktion ein wesentlicher Baustein da. Apps oder andere technische Lösungen sind somit unnötig. Gleichzeitig dienen die übertragenen Messwerte als Beleg für die regelmäßige Durchführung der Lüftung.

Aus diesem Grund misst dieser Sensor nur CO2, Luftfeuchtigkeit und die Temperatur. Der Hersteller bietet die Möglichkeit, bis zu vier Grenzwerte für die CO2-Konzentration zu konfigurieren. Außerdem ist eine Wahl zwischen einer einfarbigen (Rot) oder einer zweifarbigen (Rot/Gelb) LED möglich. Eine Konfiguration könnte wie folgend aussehen:

  • Ab 800 ppm CO2: Gelbe LED leuchtet
  • Ab 1000 ppm CO2: Rote LED leuchtet
  • Ab 1200 ppm CO2: Rote LED blinkt + 3x Piepton

Der CO2 Sensor sendet in einem regelmäßigen Intervall seine Messwerte über LoRaWAN. Steigt die CO2-Konzetration über einen der Grenzwerte, sendet der Sensor sofort seine Messwerte und den überschrittenen Grenzwert mit LoRaWAN.
Die Grenzwerte, die Dauer des Warnsignals und das Sendeintervall können mit Hilfe von OTA-Befehlen (Over-The-Air) aus der Ferne geändert werden.
Das Gerät ist dauerhaft per Kabel mit Strom zu versorgen. Dies ist ein Nachteil und gleichzeitig auch ein Vorteil. Der Nachteil ist, dass dadurch die Positionierung des Geräts eingeschränkt ist. Der Vorteil wiederum ist, dass dadurch die CO2-Messung in einem 2-3 sekündlichen Intervall durchgeführt wird. Dies bedeutet, dass der Sensor sofort auf eine Grenzwertüberschreitung reagiert und nicht von dem LoRa-Sendeintervall beeinträchtigt ist.

LoRaWAN CO2 Sensor Mutelcore MTC-CO2-01
LoRaWAN CO2-Sensor Mutelcore MTC-CO2-01

COVID-Melder: Clevabit Raumluftampel CO2-Sensor

Die Raumluftampel von Clevabit fokussiert sich auf die Visualisierung der CO2-Konzentration und somit auch auf die Alarmierung. Genauso wie das Gerät von Mutelcor misst dieser Sensor CO2, Luftfeuchtigkeit und Temperatur und benötigt eine externe Stromversorgung. Das besondere Merkmal dieses Produkts ist die Darstellung der Raumluftqualität. In dem Gerät sind 8 kreisförmig angeordnete, farbige LEDs verbaut, die je nach CO2-Konzentration die Farbe ändern. Mögliche Konfiguration:

  • Ab 400 ppm CO2: LEDs leuchten Grün
  • Ab 800 ppm CO2: LEDs leuchten Gelb
  • Ab 1000 ppm CO2: LEDs leuchten Rot
  • Ab 1200 ppm CO2: LEDs blinken Rot + Warnsignal

Dadurch kann jeder Beteiligte in einem Raum nachvollziehen, wie hoch die aktuelle CO2-Konzentration ist. Den Sensor gibt es ebenfalls in einer Variante, die die Messwerte mittels LoRaWAN überträgt. Der CO2 Sensor befindet sich noch aktuell im Test, weswegen eine finale Beurteilung noch nicht erfolgt ist.

Vergleich der CO2-Sensor Messwerte

Die unterschiedlichen Ergebnisse der CO2-Messung sind zur Veranschaulichung gebündelt in einem Grafana-Dashboard dargestellt.

Vergleich der CO2 Sensor Messwerte
Vergleich der Messreihen in einem Grafana Dashboard

Zu Beginn des Tests waren alle drei Messwerte fast identisch. Jeder der Sensoren verfügt über eine automatische Kalibrierung. Das bedeutet, dass nach einer gewissen Zeitspanne der niedrigste gemessene Wert als Frischluft angenommen wird (ungefähr 400 ppm). Dementsprechend erfolgt die Anpassung der Messwerte. Die Sensoren kalibrieren sich zu unterschiedlichen Zeiten neu. Dadurch können die verschiedenen CO2-Konzentrationen aus dem Dashboard zustande kommen, obwohl die Sensoren im gleichen Raum platziert sind.

Fazit

Die CO2-Sensoren von Mutelcor und Clevabit sind perfekt dafür geeignet, um in Schulen oder Bürogebäuden eingesetzt zu werden, da sie ein direktes Feedback geben und somit alle Anwesenden in einem Raum sofort informieren. Das E-Ink-Display des Ursalink-Sensors ist nur auf kurze Entfernung gut erkennbar und der Sensor von Elsys hat keinerlei visuelles Feedback. Aus diesem Grund ist der kombinierte Einsatz der Produkte mit einem Dashboard besser.

Schon vor der Pandemie hatte das Umweltbundesamt empfohlen, dass der CO2-Gehalt in Unterrichtsräumen nicht über 1000 ppm liegen sollte. Das bedeutet, dass die CO2 Sensoren, die jetzt zur Eindämmung der Covid-19-Verbreitung eingesetzt werden, auch weiterhin verwendet werden können, um für eine gute Raumluft in Schulen oder Bürogebäuden zu sorgen.

niota 2.0: Wie Digital Twins den IoT-Rollout beflügeln

Intro

Das Internet der Dinge (IoT) ist seinen Kinderschuhen entwachsen. Aus einer visionären Technologie für Innovationsabteilung wurde eine der Basistechnologien der Digitalisierung. Neben den notwendigen Sensoren und Aktoren nehmen IoT-Plattformen wie DIGIMONDOs Software-Lösung niota dabei eine der Kernrollen ein, welche die items als Kooperationspartner von Digimondo für seine Kunden betreibt. Doch mit dem Sprung vom Proof-of-Concept-Projekt in den flächendeckenden Rollout ergeben sich plötzlich neue Herausforderungen, die nur wenige IoT-Plattformen abdecken können. Wie kann eine IoT-Plattform rolloutfähig werden und echte Mehrwerte aus IoT-Daten entwickeln? Die Antwort auf diese Frage fand das DIGIMONDO-Team im Digital Twin. Erst in Kombination mit dem Digitalen Zwilling kann das IoT sein volles Potential in einem solchen Umfeld entfalten.

Heutige Herausforderungen im IoT

In der Vergangenheit waren die größten Herausforderungen die technologische Reife von IoT und der Mangel an Wissen über die Technologie und mögliche Anwendungsfälle. Viele IoT-Pioniere erinnern sich sicher noch an die Tage, in denen mit semi-professionell gefertigten Sensoren und selbst geschriebenen Skripten die ersten Anwendungsfälle realisiert wurden.

Diese Zeiten sind heute vorbei: eine Vielzahl von professionellen Feldgeräten unterschiedlichster Preisklassen lässt kaum noch Wünsche offen. Moderne IoT-Plattformen ermöglichen es, selbst in Umgebungen mit zigtausenden Sensoren und Aktoren die Daten in kürzester Zeit aufzubereiten und weiterzuleiten – ohne dass der IoT-Administrator den Überblick verliert.

Insbesondere beim großflächigen IoT-Rollout, wie ihn viele Organisationen heute vornehmen, zeigen sich neue Herausforderungen für die IoT-Welt. Neben den Bedürfnissen der IoT-Administratoren kommt nun eine neue Benutzergruppe hinzu: die Fachabteilungen, die IoT als festen Bestandteil ihres täglichen Geschäftes nutzen wollen. Sie haben weniger technische Bedürfnisse, sondern wünschen sich unkomplizierte Lösungen, die sich nahtlos in ihre bestehenden Prozesse integrieren und ihren täglichen Berufsalltag einfacher machen. Oder überspitzt gesagt:

Die Fachabteilungen wollen nicht wissen, was IoT ist oder wie es funktioniert – sie wollen, dass ihr Problem gelöst wird, egal ob mit oder ohne IoT!

IoT-Plattformen müssen nun auch IoT-unerfahrenen Nutzern einfach zu bedienende Lösungen anbieten, damit diese IoT in ihren Fachabteilungen verwenden können. Hierzu gehört mehr als nur die Benutzungsoberfläche, die sowohl einfach als auch passend für den Anwendungsfall sein sollte. Moderne IoT-Plattformen müssen sich nahtlos in die bestehende IT-Infrastruktur und Geschäftsprozesse einbetten lassen, d.h. sie benötigen die notwendigen Schnittstellen und Möglichkeiten zur Automatisierung von Abläufen. Darüber hinaus ist IoT in Fachabteilungen nur dann interessant, wenn es einen echten, messbaren Mehrwert liefert, der größer ist als bei anderen Nicht-IoT-Lösungen.

Digital Twin als Enabler für IoT-Rollouts

Digital Twins repräsentieren Dinge aus der realen Welt. Sie sind – vereinfacht dargestellt – wie das eigene, virtuelle Profil in den sozialen Netzwerken wie Facebook, nur von einem Gebäude oder einem Fernwärmenetz. Ein Digital Twin bündelt alle Informationen zu einem realen Objekt an einem Punkt. Hierzu gehören Eigenschaften (sog. Stammdaten, z.B. der Name oder technische Eigenschaften) als auch sich ständig ändernde Prozessdaten (z.B. Sensordaten). Im Gegensatz zu anderen Ansätzen gruppiert der Digital Twin Informationen nicht technologie-, sondern nutzerorientiert. Die Daten werden konsequent auf das tatsächliche Nutzerbedürfnis zugeschnitten.

Auch wenn das Konzept des Digital Twins nicht neu ist, kann ein Digital Twin erst mit der flächendeckenden Verbreitung von IoT sein volles Potential entfalten. Denn nur wenn der Digital Twin Zugriff auf die Feldgeräte hat, kann er verlässlich ein Echtzeit-Monitoring ermöglichen oder Prozesse automatisieren. Aber auch andersrum profitiert die IoT-Welt von Digital Twins, um z.B. komplexe (Infra-)Strukturen wie Versorgungsleitungen in Städten oder Gebäudekomplexe mit wenig Aufwand virtuell abzubilden.

Da man sich stets an realen Objekten oder Prozessen orientiert, ist für technologie-unerfahrene Nutzer diese Form der Darstellung zugänglicher als eine Gruppierung nach technischen Kriterien wie z.B. Sensorart. Insbesondere bei der Integration in bestehende IT-Systeme ist die am Geschäftsprozess orientierte Gruppierung hilfreich, da so alle notwendigen Daten an einem Endpunkt zur Verfügung stehen. Speziell im IoT-Umfeld ist der Digital Twin mehr als nur eine Datengruppierung. Dank seiner integrierten Intelligenz kann er die Sensordaten interpretieren und proaktiv Geschäftsprozesse in anderen Digital Twins oder IT-Systemen auslösen. Dieser höhere Grad der Automatisierung unterstützt speziell im Rollout von Anwendungsfällen und erhöht den Mehrwert durch IoT.

Der Digital Twin schlägt somit die fehlende Brücke von der IoT-Welt in bestehende Geschäftsprozesse. Er unterstützt Organisationen dabei, den Sprung vom Proof-of-Concept zum flächendeckenden Rollout zu meistern.

Der Digital Twin als Brücke zwischen den bestehenden Welten der Fachabteilungen und des Internets der Dinge

niota 2.0: Digital Twins für IoT

Mit niota 2.0 integriert DIGIMONDO erstmalig den Digital Twin in die IoT-Welt. Hierbei wurde das Konzept des Digital Twin nicht unreflektiert übernommen: Mit Erkenntnissen aus Pilotprojekten von Kunden und der langjährigen Erfahrung von DIGIMONDO wurde der Digital Twin auf die Bedürfnisse der IoT-Welt zugeschnitten. Herausgekommen ist eine neuartige IoT-Plattform, die sowohl die Bedürfnisse der IoT-Administratoren als auch die von Fachabteilungen adressiert.

Mit dem Digital Twin können Fachabteilungen in nur wenigen Mausklicks ihren Anwendungsfall und ihre Domäne virtuell abbilden. So lassen sich Digital Twins in Hierarchien organisieren, um Abhängigkeiten darzustellen und einen Überblick zu schaffen. Z.B. kann ein Gebäude aus mehreren Digital Twins bestehen, die jeweils einen Raum repräsentieren. Die in jedem Raum installierten Sensoren (Personenzähler, Temperatursensor, Belegungssensor etc.) sind direkt dem zugehörigen Digital Twin zugeordnet. Jeder Digital Twin hat darüber hinaus ein eigenes Dashboard, mit dem sich in Echtzeit alle Daten an einem Punkt überwachen lassen. Auch lassen sich relevante Geschäftsdaten, wie z.B. die Verantwortlichkeiten, Reinigungspläne, etc. für alle zugänglich am Digital Twin hinterlegt. Der integrierte Regel-Editor verleiht dem Digital Twin darüber hinaus “Intelligenz”: So kann ein Gebäude automatisch die Mitarbeiter informieren, wenn das CO2-Level im Raum den Grenzwert überschreitet.

IoT-Administratoren finden in niota 2.0 nicht nur die aus der vorherigen Version gewohnten Funktionalitäten wieder. niota 2.0 verbessert die langfristige Wartbarkeit von IoT-Infrastrukturen, indem es die Daten eines Sensors von dem konkreten Gerät entkoppelt. Historische Daten sind in niota 2.0 direkt einem Digital Twin zugeordnet, sodass beim Wechsel eines Gerätes (z.B. im Falle eines Defektes) die Historie nicht verloren geht. Auch bietet das neue System neue Konnektoren wie z.B. eine bidirektionale MQTT-Verbindung. Mit einer direkten Anbindung an offene Wetterdaten-Plattformen können IoT-Verantwortliche teure Hardware- und Wartungskosten für Sensorik in ihrer Stadt einsparen und direkt auf öffentlich verfügbare Daten anderer Anbieter zurückgreifen. Des Weiteren bietet niota 2.0 natürlich auch wieder die Möglichkeit einer umfangreichen Individualisierung der Benutzungsoberfläche, welche nun bereits bei der Login-Seite beginnt.

Nutzergruppen einer IoT-Plattform

Zusammenfassung und Ausblick

Der Digital Twin ist das fehlende Puzzleteil, mit dem IoT den Kinderschuhen entwächst und in den Rollout gehen kann. Der Digital Twin ermöglicht nicht-IoT-erfahrenen Fachbereichen einen einfachen Zugang zu IoT und erleichtert die Integration der IoT-Welt in bestehende IT-Landschaften. Massenrollouts von Sensorik in Energieinfrastrukturen sind somit realisierbar. Der Digital Twin bietet somit einen wesentlichen Funktionsbaustein für zukünftige KI-Lösungen, welche items mit seinen Softwarelösungen Grid Insight: Water und Grid Insight: Heat benötigt.

niota 2.0 greift dieses Konzept auf und bietet hierfür die notwendigen Funktionalitäten. Mit wenigen Mausklicks lassen sich komplexe Szenarien wie die Überwachung städtischer Infrastrukturen, Gebäudeüberwachung oder die Nachverfolgung von Betriebsmitteln umsetzen. Auch unterstützt niota 2.0 im Vergleich zum Vorgänger noch mehr etablierte Protokolle und erleichtert die Wartbarkeit von IoT-Landschaften.

Auch in Zukunft werden items und DIGIMONDO den Fokus auf IoT-Rollouts und passende Lösungen für konkrete Anwendungsfälle weiter fokussieren. Mit dedizierten, maßgeschneiderten Modulen für z.B. das Metering und Asset Tracking können Kunden Mehrwerte mittels IoT umso einfacher realisieren. Des Weiteren wird niota 2.0 in den kommenden Versionen um erweiterte Funktionalitäten für die Datenverarbeitung und Integration mit Drittsystemen anbieten.

niota 2.0’s Digital Twin in Aktion: Visualisierung unterschiedlicher Sensordaten eines Gebäudes in der Kartenansicht mit Dashboard

Ein Gastbeitrag von:

Dennis Kolberg

Product Manager von Digimondo

dennis.kolberg@digimondo.de


items auf dem GO.DIGITAL Messekongress

„Pilot war gestern – wie funktioniert das intelligente Fernwärmenetz 4.0? Die Wärmewende effizient mit IoT und KI gestalten“ zu diesem Thema referierte Alexander Sommer, Leiter Innovation & Transformation der items GmbH am 10. November virtuell auf dem Messekongress GO.DIGITAL der Energieforen Leipzig. Der jährlich stattfindende Kongress ist eine Austauschplattform, die den Wissenstransfer zu digitalen Projekten ermöglicht. Hier treffen sich Experten und Teilnehmer auf Augenhöhe, knüpfen neue Kontakte, finden Kooperationspartner und teilen ihre innovativen Ideen, um gemeinsam die Herausforderungen der Digitalisierung zu meistern.

Energiemanagement per LoRaWAN

Im Rahmen des Energiemanagements nach ISO50001 kooperieren Krumedia und items, um Unternehmen eine höhere Datenqualität und das automatisierte Auslesen ihrer Zähler zu ermöglichen. Ziel eines Energiemanagementsystems (EnMS) ist es, Verbrauchswerte innerhalb des Unternehmens zu Messen und auf dessen Basis Handlungsempfehlungen abzuleiten. Die Effektivität der Empfehlungen ist also stark von der Qualität der gesammelten Messdaten abhängig.

Aktuell werden Zähler häufig noch manuell von Mitarbeitern ausgelesen und die Daten händisch in das EnMS übertragen. Um die Messwerte automatisiert auslesen zu können, sollen bestehende IoT-Netze genutzt werden.

Mehr über unsere Kooperation mit Krumedia und das neue Geschäftsfeld für Stadtwerke, lesen Sie im Artikel der ZfK.

items und krumedia liefern gemeinsame Lösung für Energiemanagement mit LoRaWAN

IT-Dienstleister und IoT-Software-Unternehmen sorgen für höhere Datenqualität von Zählermesswerten

Münster/Karlsruhe 20.08.20. Eine Vielzahl von Unternehmen und öffentlichen Einrichtungen sind verpflichtet, ein Energiemanagement nach ISO 50001 einzuführen. Der Softwarespezialist krumedia GmbH und der Münsteraner IT-Dienstleister items GmbH kooperieren im Bereich des Energiemanagements im Rahmen der Umsetzungspflicht ISO 50001. Gemeinsam sind sie seit über 20 Jahren erfolgreich in und für die Energiebranche tätig. Durch diese Kooperation wird umfassendes Know-how zur Digitalisierung des kommunalen Raums gebündelt.

Kernelemente der Anforderung an ein Energiemanagementsystem (EnMS) sind das Messen und Monitoren von Verbrauchswerten, auf deren Basis Handlungsempfehlungen für Energieeffizienzmaßnahmen abgeleitet werden. Die Messung der Zähler findet oft noch manuell durch einzelne Mitarbeiter der Unternehmen statt. Um hier eine höhere Datenqualität zu erhalten und die Messwerte automatisiert in das EnMS zu übertragen, vereinen items und krumedia ihre Kompetenzen. Ziel ist es, über bereits bestehende IoT-Netze, wie z. B. LoRaWAN, Zähler aus der Ferne auszulesen und die vorhandenen Daten direkt in das Energiemanagementsystem zur Analyse von Energieeffizienzmaßnahmen zu übertragen. Somit entstehen über die geschaffenen Kommunikationsnetze Mehrwerte, die über das Energiemanagement hinaus genutzt werden können.

„Durch die Kooperation mit der krumedia GmbH wollen wir unsere Erfahrung aus bereits bestehenden Projekten bündeln, um unseren Kunden den Aufbau eines neuen Geschäftsfelds im Bereich Energiemanagement und LoRaWAN zu ermöglichen. Stadtwerke können so das bestehende LoRaWAN-Netz nutzen, um ihren Kunden zusätzliche, energienahe Dienstleistungen anbieten zu können“, fasst Marcel Linnemann, Geschäftsfeldentwickler IoT der items GmbH, das Projekt zusammen.“

Im Rahmen der Kooperation bringt items das Umsetzungs-Know-how aus IoT-Projekten sowie den IT-Betrieb der erforderlichen Softwarelösungen ein. In Kombination mit krumedia´s Softwarelösung enerchart für das Energiemanagement, das bereits seit Jahren erfolgreich bei mehreren Stadtwerken und größeren Unternehmen im Einsatz ist, kann ein vollständig digitalisiertes Energiemanagement realisiert werden. Der Betrieb der Softwarelösung findet im zertifizierten Rechenzentrum der items GmbH statt. Durch die bescheinigte Förderfähigkeit der Software ist außerdem eine Bezuschussung der Anschaffung durch das BAFA möglich. Da sowohl die IoT-Lösung der items als auch die Energiemanagementsoftware der krumedia mehrmandantenfähig ist, haben Stadtwerke außerdem die Möglichkeit, ihre Lösung als Dienstleistung öffentlichen Einrichtungen oder Unternehmen anzubieten. Wegen der gesetzlichen Verpflichtung, ein Energiemanagement umzusetzen und den Bedarf, die dazugehörigen Prozesse zu automatisieren, haben items und krumedia eine engere Zusammenarbeit beschlossen.

Marcel Linnemann
Geschäftsfeldentwicklung IoT

items GmbH | Hafenweg 7 | 48155 Münster

Fon: +49 251 2083 1114
Mail: iti@itemsnet.de
Web: www.itemsnet.de

Sitz der Gesellschaft: Münster
Geschäftsführer: Dipl.-Ing. Ludger Hemker
HRB 5491 des Amtsgerichtes Münster

items GmbH als Enabler und Plattform für die digitale Stadt

Die items GmbH hat sich als Full-Service-IT-Dienstleister für die Versorgungsbranche und den ÖPNV in den Jahren seit ihrer Gründung 1999 einen Namen gemacht. Hinter dem Begriff “Full-Service” verbirgt sich ein Dienstleistungsangebot, das die komplette Wertschöpfungskette von der Beratung über die Anwendungsbetreuung, die IT- und Applikations-Services bis hin zu Geschäftsprozess-Services abdeckt. Das Themenfeld Smart City erweitert das Lösungsportfolio der items und bietet ihren Kunden die Möglichkeit, sich auf die zukünftigen Veränderungen der Branche vorzubereiten.

Mit 300 Mitarbeitern mit theoretischem und praktischem Wissen, Betriebs- und Beratungs-Know-how sowie IT und versorgungswirtschaftlicher Kompetenz sorgt items an fünf Standorten dafür, dass die Kunden ganzheitlich betreut werden und sich in ihren Prozessen verstanden fühlen. items pflegt langfristige Kundenbeziehungen und ist eng mit der Branche vernetzt. Weitere Informationen erhalten Sie unter www.itemsnet.de oder direkt und persönlich von Marcel Linnemann (Geschäftsfeldentwicklung IoT) unter 0251 20 83-11 14 oder iti@itemsnet.de.

krumedia als innovativer Softwareentwickler im Energiewesen

Die krumedia GmbH ist ein 1999 gegründetes, mittelständisches Unternehmen in Karlsruhe, welches auf Softwareentwicklung im Bereich Energiemanagement und Energieeffizienz spezialisiert ist. Sie beschäftigt rund 30 IT-Experten und Informatiker. Seit über 20 Jahren hat das Unternehmen ca. 180 Softwareprojekte erfolgreich durchgeführt und sich hierdurch als verlässlicher und kompetenter Partner für die Erstellung von insbesondere web-basierten IT-Plattformen einen Namen gemacht. Das Unternehmen wurde 2017 mit dem Landespreis „100 Orte für Industrie 4.0“ ausgezeichnet.

Ein besonderer Fokus des Unternehmens liegt in Kopplung von klassischem Energiemonitoring mit zusätzlichen Mehrwerten für die Unternehmen. Low-Power-Funknetze wie LoRaWAN werden hierbei nicht nur für
Energiemessungen und Zählerauslesung genutzt, sondern auch für weitere Benefits wie Asset Management, vorausschauende Wartung, Condition Monitoring, Überwachung der Luftqualität, Schädlingsbekämpfung,
Gebäudemanagement und viele weitere, individuelle Mehrwerte. Mit viel Know-how über das Internet der Dinge realisiert die krumedia die maßgeschneiderte Digitalisierung ihrer Kunden. Weitere Informationen erhalten Sie unter www.krumedia.com oder direkt von Michael Krutwig
(Geschäftsführer) unter 0721 942697-0 oder michael.krutwig@krumedia.com.

Füllstandsensor Apollon (Alpha-Version)

News aus dem LoRa-Lab: Brunnenpegelsonden

Es gibt mittlerweile immer mehr LoRaWAN-Sensorik auf dem Markt. Viele namhafte Hersteller machen ihre Sensorik LoRaWAN-fit. Die Qualität der Sensoren variiert dabei und auch die Einrichtung ist oft unterschiedlich komplex. Aus diesem Grund testen wir in unserem LoRa-Lab die spezifischen Sensoren für die verschiedenen Anwendungsfälle unserer Kunden und wollen euch über die wichtigsten Sensoren auf dem Laufenden halten. Dieses Mal im Fokus: Brunnenpegelsonden und Füllstandsensoren.

Füllstandsensor Apollon

Seit einigen Wochen befindet sich der Füllstandsensor im Lab des items IoT-Teams. Der vorliegende Sensor ist eine Alpha-Version in einem provisorischen Gehäuse. Zunächst lag das Augenmerk des Tests auf der Messgenauigkeit. Hierfür haben wir den Sensor zum Beispiel über einem Mülleimer platziert. Außerdem wurde ein Indoor-Reichweitentest durchgeführt und dafür der Sensor in Objekte verschiedener Materialien und Entfernungen vom Indoor-Gateway gelegt. Die Messgenauigkeit und Erreichbarkeit ist überzeugend. Standardmäßig wird alle 6 Stunden oder wenn sich der Füllstand ändert, ein Datenpaket versendet. Die Einrichtung eines kürzeren Sendeintervalls ist uns bislang jedoch nicht geglückt. Laut Hersteller wird dies bei Verfügbarkeit der finalen Version und zugehöriger Software erleichtert. In einigen Tagen wird der provisorische Sensor in einem Altkleidercontainer installiert. Sobald der endgültige Füllstandsensor mit einem IP-Schutzgehäuse verfügbar ist, wird auch dieser getestet. Mit Hilfe eines integrieren Magnetfeldsensors und einem entsprechend platzierten Sensor wird dann geprüft, ob sich detektieren lässt, dass sich die Klappe des Containers öffnet.

IoT ERP Bridge – Integration von IoT Daten in ERP Systeme

ERP- und IoT-Syteme

Die SAP-Industrielösung für Versorgungsunternehmen (IS-U) ist ein Abrechnungssystem für die Energiewirtschaft und basiert auf dem Enterprise Resource Planning-System der SAP. Aus seiner Funktion als Abrechnungssystem für Zählerstände und Energiemengen bietet es eine Vielzahl an Schnittstellen und Lösungen von Drittanbietern. So ist neben der manuellen Eingabe von Zählerständen eine automatisierte Erfassung, Validierung und Verarbeitung aus Umsystemen und Schnittstellen möglich. Je nach ausgeprägter Marktrolle (Lieferant, Netzbetreiber, Messstellenbetreiber) nutzt ein IS-U dafür typischerweise verschiedene Kommunikationskanäle:

 

  • Ablesungen aus der Zählerfernauslesung
  • Ablesungen aus mobiler Datenerfassung
  • Ablesungen über Schnittstellen für Dienstleister
  • Kundenselbstablesung über Kundenportal
  • Ablesungen über Marktkommunikation
  • Ablesungen aus intelligenten Messsystemen über ein Smart-Meter-Gateway

 

Die hierfür genutzten Schnittstellentechniken zur Datenübernahme basieren in der Regel auf Web-Services (SOAP), RFC-Verbindungen oder Datei-Uploads im CSV- oder Excel-Format. Demgegenüber stellt die direkte Übernahme von Zählerdaten und Messwerten aus einem IoT-System eine Herausforderung für ERP-Systeme dar. Dies liegt daran, dass sich das deutlich neuere Internet of Things bei der Kommunikation und dem Umgang mit Daten gänzlich unterschiedlicher Philosophien, Strategien und Technologien bedient, als es das klassische ERP-System macht.

Im Kern ist ein ERP ein in Client-Server-Technologie umgesetztes Transaktions- und Beleg-orientiertes System. Die Daten beschreiben größtenteils Zustände dokumentartiger Objekte, wie Angebote, Bestellungen, Rechnungen, Kostenstellen, Buchungen, Lagerbestände in den unterschiedlichen Bearbeitungsschritten eines Unternehmensprozesses. Das ERP bildet damit die Kernprozesse, die Wertschöpfungsketten und die Finanzströme innerhalb eines Unternehmens ab. Zudem verwaltet es sensible personenbezogene Personal- oder Kundendaten. Entsprechend fürsorglich gehen ERP-Systeme mit diesen Daten um. Der Fokus der Systemarchitektur liegt hier auf der Nachvollziehbarkeit und der Datensicherheit.

In IoT-Systemen tauschen dagegen eine Vielzahl von Geräten untereinander hochfrequente Nachrichten mit Zustandsdaten (Sensor- und Aktordaten) über Publish-/Subscriber-basierte Schnittstellen aus. Diese sind in einigen Anwendungsfällen nicht einmal in einer Datenbank gespeichert, sondern nur unmittelbar über Regelsysteme in Steuersignale umgewandelt worden. Die Systemarchitektur ist im Wesentlichen über ihre Verfügbarkeit und ihren Datendurchsatz definiert.

ERP- und IoT-Systeme sind deshalb jeweils für sich hoch spezialisierte und optimierte Systeme hinsichtlich ihrer unterschiedlichen Anforderungen bezogen auf Datensicherheit, -wertigkeit, -aufkommen sowie Datenverarbeitung und -speicherung.

 

Die IoT-ERP-Bridge als Vermittler

Für diese unterschiedlichen Konzepte und Architekturen von ERP- und IoT-Systemen bildet die items IoT-ERP-Bridge eine einfache Form der Kopplung, indem es zu jedem System optimierte Schnittstellen anbietet und als Middleware zwischen diesen Systemen fungiert.

Der Brückenkopf der IoT-ERP-Bridge in Richtung der IoT-Plattform orientiert sich am Nachrichten-orientierten Publish-/Subscriber-Modell der IoT-Welt. Dieser Teil der IoT-ERP-Bridge prüft stetig, ob der MQTT-Message-Broker des IoT-Systems aktuelle Nachrichten mit Zählerständen oder Messwerten anbietet und nimmt diese dann unmittelbar entgegen.

In Richtung der ERP-Welt präsentiert sich die IoT-ERP-Bridge als REST- und OData-Webservice-Provider, der bei Bedarf gezielt angesprochen werden kann. Der Web-Service stellt dann gerätebezogen die Zählerstände oder Messwerte für ein vorgegebenes Messintervall zur Verfügung. Dieses Pull-Prinzip aus Sicht des ERP bietet für dieses System einen hochwertigen Schutz, da keine spontanen Aufrufe von außen in das ERP nötig sind. Das ERP adressiert den Service direkt, wenn es Informationen, z. B. ein Ableseergebnis für eine Rechnungsstellung, benötigt. Über die einfache REST-/OData-API der IoT-ERP-Bridge können aber nicht nur speziell SAP-Systeme, sondern auch Systeme anderer Hersteller angebunden werden.

 

 

Abbildung: Anbindung eines ERP-Systems an die digital.hub-IoT-Plattform für LoRaWAN ausgelesene Zähler und Sensoren mittels der IoT-ERP-Bridge

 

Damit die nötigen Informationen aus den Nachrichten des IoT-Systems in der IoT-ERP-Bridge vorliegen, verfügt diese darüber hinaus über eine eigene Datenbank in der die relevanten Zähler- und Messdaten aus dem IoT-System und Zählerstamm- und Konfigurationsdaten aus dem ERP-System zwischengespeichert werden können. Damit ist die IoT-ERP-Bridge als schlanke Cloud-Lösung eine kostengünstige Alternative gegenüber der direkten Integration und Speicherung der IoT-Nachrichten in beispielsweise einer SAP PI/SAP ERP basierten On-Premise-Lösung. Da das ERP für seine Aufgaben nur wenige ausgewählte Zählerstände für die Abrechnung oder Messbelege benötigt, wäre es aus Betriebskosten- und Performanz Gesichtspunkten unverhältnismäßig, diese Systeme als reine Datenablage (Messdatensystem) für die, um eine vielfach größere Menge an anfallenden Mess- und Zählerstanddaten zu nutzen.

Integrations-Service

Damit Kunden der digital.hub-IoT-Plattform LoRaWAN-ausgelesene Zähler und Sensoren auf einfache Weise und kostengünstig zum Einsatz bringen können, bietet die items GmbH für die Integration der Messdaten verschiedene Dienstleistung an:

Für die Backend-Integration bietet die items vorgefertigte Software-Komponenten an, um Zählerstände und Messwerte einfach in das ERP zu übernehmen und die Verknüpfung von SAP PM-Equipments, SAP IS-U-Geräten oder Geräteinfosätzen vorzunehmen. Für die Weiterverarbeitung der Messwerte im SAP ERP werden für die IS-U-Integration Ableseaufträge und Ablesungen, im SAP PM-Messpunkte und Messbelege genutzt.

Die Nutzung der IoT-ERP-Bridge Middleware bietet die items als Dienstleistung an. So können die verschiedene Endnutzer von der gemeinsamen Infrastruktur profitieren, ohne sich um Weiterentwicklung, Betrieb und Wartung der Infrastruktur kümmern zu müssen.

Die Cloud-Infrastruktur bietet dazu die Möglichkeit hochaufgelöste Messdaten (z. B. 15-Minuten- oder Stundenwerte) auf einfache Weise mit Stamm- und Bewegungsdaten aus verschiedenen weiteren Quellsystemen zu verschneiden. Die hochaufgelösten Messdaten müssen in dem ERP-Abrechnungs- oder Core-System für dieses Szenario nicht vorliegen, sondern können aus der Cloud konsumiert werden. Dadurch sind neben der Zähler- und Messdatenverarbeitung weitere Integrationsszenarien, wie beispielsweise die Bereitstellung der Daten in einem Kundenportal, die Analyse und Prognose von Verbrauchsverhalten in der SAP Analytics Cloud oder die Umsetzung neuer Produkt- und Energiedienstleistungen für Endkunden auf einfache Weise möglich. Die IoT ERP Bridge der items stellt somit den ersten Baustein zur Integration von IoT Anwendungsfällen in die klassischen Prozesse eines EVUs da. Bei Rückfragen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.

 

 

Abbildung: Integration der LoRaWAN-Sensor-ID zu einem Equipment und einem Messpunkt im SAP PM. Über den Button „Online-Messdaten abrufen“ können die Messwerte aus IoT-ERP-Bridge angezeigt und konsumiert werden.

Abbildung: Anzeige der Onlinedaten aus der IoT-ERP-Bridge und automatische Erstellung von Messbelegen und PM-Wartungs-Meldungen aus dem Dialog heraus.

 

LoRaWAN-Projekte erfolgreich umsetzen

Durch den vermehrten Einsatz der Stadtwerke und durch die Ankündigungen bezüglich des Ausbaus der IoT-Netze gewinnt LoRaWAN immer mehr an Bedeutung. LoRaWAN wird fortan in unterschiedlichsten Bereichen und Anwendungsfällen eingesetzt, wobei die Umsetzungsgeschwindigkeit des Themas stets unterschiedlich ausfällt. Doch welche Methoden sind am besten für die erfolgreiche Umsetzung von LoRaWAN-Projekten?

Essenzieller Schritt für diese Umsetzung ist die exakte Identifizierung des individuellen Use-Cases. So sollen unter anderem der Fokus und die Verantwortlichkeiten mit einem festgelegten Ziel definiert werden.

Mehr erfahren

LoRa Weeks – Digital Sessions

Nach unseren erfolgreichen Digital Sessions im Zuge des digitalisierten items-Forums gibt es ab Anfang Juli nun auch die Möglichkeit, an unseren LoRa-Weeks teilzunehmen. Die LoRa-Weeks bieten wöchentlich die Option, das Thema IoT tiefgründig in Vorträgen zu erfahren.

Sechs Wochen lang werden spannende Themen rund um das Thema LoRa live von der items und unseren Partnern Digimondo und Opwoco vorgestellt – von Vorträgen über erfolgreiches LoRa-Projektmanagement hinzu live Demonstrationen spannender Use Cases. Ab dem 07. Juli um 15 Uhr geht es los!

Zur Anmeldung

Brunnenpegelsonden im Test

Derzeit sind LoRaWAN-Grund-Wasser-Pegelsonden für die Wasser-Wirtschaft in unserem Innovationsteam im Test. Konkret handelt es sich um die Modelle WR-IoT compact mit CT-Sonde von UIT, ADT1-Tube mit Sonde 36XiW von Keller, SlimCom-IoT LR mit dem Dipper-PT von Seber und Hydrolab HL 4 Multiparametersonde von OTT.

Als Zwischenergebnis kann bereits festgehalten werden, dass alle Geräte hochwertig verarbeitet sind und nach Einrichtung in den internen LoRaWAN-Netzwerkserver regelmäßig Datenpakete senden. Die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten bzw. die Variabilität der getesteten Sonden unterscheidet sich je nach Hersteller. Neben der Messung des Pegelstands bieten jedoch alle Hersteller die Möglichkeit, die Wassertemperatur sowie die interne Batteriespannung zu übermitteln. Zu bemängeln ist die zu einem gewissen Grad undurchsichtige Bedien- bzw. Kalibrierungssoftware einiger Hersteller, die eine intuitive Nutzung erschwert.

Um die gesammelten Informationen weiter zu verfeinern, wird die interne Testreihe in den nächsten Wochen fortgeführt und um Langzeittests im Feld erweitert.

Haben Sie Fragen? Gerne an iot@itemsnet.de

Let’s go IoT – LoRa Weeks bei items

Das items-Forum hat seit mehr als 10 Jahren Tradition in unserem Unternehmen. So lange kommen bereits regelmäßig alle unsere Kunden zusammen, um über die neusten Trends und Entwicklungen der Branche zu beraten und sich auszutauschen. Auf Grund von Corona war die Durchführung unseres Forums in diesem Jahr leider nicht möglich. Aber wir haben im Mai schnell reagiert und aus unserem items-Forum eine Online-Veranstaltung gemacht und erweitern diese mit den LoRa Weeks.

Unter dem Schlagwort #items Digital Sessions haben wir statt zwei Tagen voller Fachvorträge eine Online-Webinarreihe ins Leben gerufen, die unsere Kunden über die neusten Entwicklungen und technischen Lösungen informiert. Seitdem ist jeden Dienstag von 15 Uhr bis 16 Uhr Zeit für eine #items Digital Session. Ob E-Mobility-Strategie der SW Münster, KI-Lösungen in der Wasserwirtschaft oder Prozessautomatisierung mit Robotics – die Themen sind vielfältig. Die bereits gehaltenen Vorträge sind selbstverständlich auch weiterhin auf unserem YouTube-Channel freigeschaltet und auch die Folgenden werden nach und nach für euch freigeschaltet. Schaut euch gerne unseren Channel einmal an: https://www.youtube.com/channel/UCAZj-mpvC5e_3Q2YR9Szq6Q

Natürlich soll es mit dem Ende der Digital Sessions als Ersatz für das items-Forum nicht Schluss sein. Nach unserem letzten Vortrag am 23. Juni wird es mit den Digital Session am 07. Juli nahtlos weitergehen. In den nächsten Wochen wird es verstärkt um das Thema LoRaWAN und IoT gehen, dann heißt es Zeit für die #items Digital Sessions – LoRa-Weeks und es wird um verschiedenste IoT-Themen gehen. Ob die Umsetzung des Rollouts im Sektor Wärme mit LoRa, eine SAP-Integration oder neue Produktlösungen im Bereich Brunnenpegelstandsmessung, wie auch Erfolgsfaktoren für LoRaWAN-Projekte. Schaut gerne einmal vorbei. Die Anmeldung zu den LoRa Weeks erfolgt über die folgende Seite:

https://www.gotostage.com/channel/items-digital

Also seit dabei ab dem 07. Juli, wir freuen uns auf euch!

IoT Geeks und Smart City Apostel

Um fachspezifisch über das dynamische Themenfeld IoT/Smart City zu informieren, starten wir in Kürze den Versand eines items IoT-Newsletters. Hier werden wir über Neuerungen in den Softwaresystemen, wie zum Beispiel Update-Ankündigungen, Roadmaps, Release-Notes etc. informieren und natürlich darüber hinaus auch über aktuelle Aktivitäten, spannende Use-Cases aus unserem Kundenumfeld und neue Hardware, die in unserem IoT-Lab eingetroffen ist. Jetzt einfach registrieren und in Kürze die ersten News im Postfach sichern:

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