IoT Archives - Seite 2 von 4 - items GmbH & Co. KG

Transparenz im Verteilnetz – Der Netztrafo-Node von Acal BFi im Test

Der Netztrafo-Node – im Test bei items

Über die Notwendigkeit von zusätzlichen Daten im Verteilnetz zur Umsetzung der Energiewende (wie z. B. der Integration der Elektromobilität) wird in der Energiewirtschaft viel diskutiert. Was es hierzu braucht ist geeignete Sensorik, welche dem Netzbetreiber die wichtigsten Informationen zur Verfügung stellt. Die Ortsnetzstation stellt mit das wichtigste Element im Verteilnetz dar. Im vergangenen Monat wurde bereits im Beitrag „Transformatoren: Von der Blackbox zum intelligenten Asset“ über die allgemeinen Vorteile zur Digitalisierung von Ortsnetzstationen berichtet. In den letzten Wochen hat das Unternehmen Acal BFi die aktuell verfügbare 2. Version des LoRaWAN Netztrafo-Node (NTN) an items ausgeliefert. Diese Version wird bereits bei einem großen EVU in Bayern eingesetzt. Eine dritte Version ist bereits in Planung und soll als erstes Labormuster in 06.2021 zur Verfügung stehen. Wir sind gespannt und werden demnächst berichten. In diesem Beitrag zeigen wir euch erste Eindrücke des Geräts:

Der Netztrafo-Node – die LoRaWAN-Allzweckwaffe für Trafostationen

Auf den ersten Blick sieht der Neztrafo-Node (kurz NTN) nach einer universellen Allzweckwaffe zur Datenerhebung von Ortsnetzstationen aus. Ob Überwachung der Spannungs- und Stromversorgung, Überwachung von Kurzschlussanzeigern oder einem Präsensmelder, die Möglichkeiten des Monitorings sind vielfältig. Insgesamt verfügt das Gerät über die folgenden Anschlüsse:

4 x Kurz- bzw. Erdschluss-Kontakt
1 x Türkontakt
1 x Auslöser des Trafoschalters
4 x Spannung 230 V und 400 V
4 x Strom L1, L2, L3 und IN
1 x Luftströmungswächter
4 x PT100 Temperaturüberwachung

Auf den ersten Blick erscheint das Gerät stabil und es erweckt den Eindruck ordentlich verarbeitet zu sein. Die IP-Schutzklassifizierung des Gehäuses ist für den witterungsbedingten Betrieb auf jeden Fall geeignet. Ein erster Eindruck ist auf der folgenden Abbildung zu sehen:

Netztrafo Node von Acal BFi

Schritt 1: Inbetriebnahme und Anschluss der Temperaturfühler

Die Einbindung das LoRaWAN-Netzwerk erfolgte im Test reibungslos. Über OTAA konnte der NTN aktiviert werden. Für den Gerätetyp in Niota wurde ein Java-Script-Parser zur Verfügung gestellt. Obwohl die Spannungsversorgung des NTN mit 400 V / 3-phasig vorgesehen ist, kann dieser bereits mit einer 230 V / 1-phasigen Spannungsversorgung betrieben werden.
Des Weiteren ist im Gerät ein Lithium-Akku verbaut, der bei Stromausfall die Daten zuverlässig weiter verarbeitet / versendet.

Die ersten Sensoren, die angeschlossen wurden, waren die PT100-Temperaturfühler. Wie die vier Adern des Sensors an die Klemmblöcke angeschlossen werden müssen, ging nicht eindeutig aus dem Handbuch hervor. Auf Nachfrage kam die Erläuterung, dass die Reihenfolge beliebig sei. Von links nach rechts sind sie nun rot, rot, weiß, weiß angeschlossen und funktionieren tadellos.

Inbetriebnahme und Anschluss der Temperaturfühler

Schritt 2: Anschluss der Rogowskispulen

Im Anschluss erfolgte der Anschluss der 4 Rogowskispulen zur Erfassung der Stromwerte. Zu Beginn bestand das Problem, dass die Spulen keine Werte lieferten und von einem Defekt der Spulen ausgegangen wurde.

Der angezeigte Strom lag konstant bei 0 Ampere. Mit einem zweiten Messgerät wurde verifiziert, dass 0 Ampere kein plausibler Wert ist. Zunächst Bestand die Vermutung, dass es Konfigurationsprobleme sind. Mit einem Multimeter erfolgte eine Überprüfung, ob ein Signal im angegebenen Spektrum von 4-20 mA bei der Messung eines Stroms in der Größenordnung 6-14 Ampere bestand. Die Messung ergaben nahezu 0 mA. Die Vermutung lag nahe, dass die Rogowskispulen defekt sind. Da ein Fehler in der Handhabung im Rahmen des Test nicht ausgeschlossen war, erfolgte eine erneute Kontaktaufnahme mit dem Hersteller.

Das Ergebnis: Die benötigte Spannungsversorgung für die Spulen von mindestens 6 V (maximal 30 V) liegt dem Multimeter zufolge nicht auf den Klemmblöcken im NTN. Die gemessene Spannung betrug ca. 0,5 V. Auch mit einer externen Spannungsversorgung von 6 V durch ein Netzteil, lieferten die Spulen kein Stromsignal von 4-20 mA. Das Multimeter gab Ströme von unter 1 mA aus. Die dem NTN beigefügten Rogowskispulen (insgesamt 4 Stück für L1/L2/L3/N) können nicht einfach so, wie auf dem Etikett angegeben, von 0 bis 1500 Ampere messen. Unter 25 Ampere ist der stromführende Leiter mehrfach durch die Spule zu schleifen. Mit jeder zusätzlichen Windung multipliziert sich die gemessene Strommenge. Beispiel: Der Leiter führt 5 A, wird der Leiter 6-mal durch die Spule geführt, misst die Spule 30 A, dies ist aber nur im Labor umsetzbar/sinnvoll.

Test der Ragowskispulen

Schritt 3: Anschluss der restlichen Sensorik

Im letzten Schritt erfolgte der Anschluss der Kurz- bzw. Erdschlussanzeiger, des Luftstromwächters sowie des Präsenzmelders.

An die Kontakte für Kurz- und Erdschlussanzeiger wurden am NTN externe Messgeräte angeschlossen, die bei Detektion eines Kurzschlusses einen potentialfreien Kontakt schließen. Für den Labortest wurde der geschlossene Kontakt simuliert.

Beim Luftströmungswächter gab es hingegen verwirrende Aussagen im Handbuch sowie der Configdatei. Das Problem konnte aber am Ende gelöst werden, so dass der Luftströmungswächter einwandfrei funktionierte. Der Anschluss des Präsensmelders am Netztrafo-Node erfolgte ebenfalls problemlos.

Schritt 4: Mobiles Testsystem

Aufgrund der vielfältigen Anschlüsse haben wir für weitere Kundentest einen “mobilen NTN” entwickelt. Dieses Set ist modular erweiterbar und soll alle Anforderungen / Möglichkeiten an ein Stationsmonitoring abbilden. Im nachfolgenden Bild wurden beispielsweise CT-Bridges mit entsprechenden Klappwandlern hinzugefügt, um Referenzmessungen bis 250 A an beliebigen Abgängen vorzunehmen.
Das Set ist “ready-t-use” vorbereitet und es fehlt nur noch die passende Steckdose in der Stromstation.

Mobiler Netztrafo Node (1/2)

Mobiler Netztrafo Node (2/2)

Fazit zum Netztrafo-Node

Alles in allem macht der Netztrafo-Node von Acal BFi einen sehr guten und robusten Eindruck. Die Funktionen des Geräts sind vielfältig und stellen ein interessantes Werkzeug für Netzbetreiber zur Überwachung von Ortsnetzstationen dar. Die Vielzahl an Anschlüssen ermöglicht ein umfassendes Monitoring, so dass die Erhebung sämtlicher Informationen über den Netztrafo-Node möglich ist. Ausbaufähig ist dennoch die Dokumentation, da es doch vor allem bei dem Zusammenbau einige Rückfragen an den Hersteller bedurfte, um das Gerät in Betrieb zu setzen. Die Kommunikation mit Acal BFi war in diesem Kontext unkompliziert und schnell. Nach Aussagen des Herstellers erfolgt eine Anpassung der Dokumentation bzw. das Handbuch in Kürze.

Im nächsten Schritt erfolgt nach dem Labortest nun zeitnah der Test in einer Ortsnetzstation. Nach den jetzigen Ergebnissen können wir unseren Kunden den Einsatz des Netztrafo-Node aus technischer Sicht empfehlen. Wir sind in intensivem Austausch mit Acal Bfi bzgl. unserer Erfahrungen und weiterer Features. Aufgrund der Komplexität des Sensors ist eine Schulung zur Konfiguration des Geräts jedoch sinnvoll. Für weiterführende Informationen und Fragen rund um das Thema Netztrafo-Node, Netzmonitoring und -optimierung sprecht uns gerne an!

Wenn euch der Artikel gefallen hat, abonniert gerne unseren Blog.

LoRaWAN-Wärmemengenzähler: Verpflichtung zur Fernauslesbarkeit bis Ende 2026

Regierungsentwurf zur EED-Richtlinie liegt vor

Auch wenn der Fokus der Energiewirtschaft auf dem Rollout der intelligenten Messsysteme und die Herstellung der Fernauslesbarkeit von Stromzählern liegt, steht auch in den anderen Infrastrukturbereichen eines Stadtwerks das Thema Metering nicht still. Nachdem im Rahmen des EU-Winterpakets in der EED-Richtlinie aus dem Jahr 2019 eine verpflichtende Fernauslesbarkeit von Kälte- und Wärmemengenzählern sowie Heizkostenverteilern gefordert wird, zieht der deutsche Gesetzgeber nun endlich mit dem Entwurf zur Umsetzung der „Verordnung zur Umsetzung der Energieeffizienzrichtlinie 2018/2002/EU im Bereich der Fernwärme und Fernkälte“ nach. Ein Baustein zur Lösung des Problems können hier LoRaWAN-Wärmemengenzähler sein.

Konkret fordert die EU in ihrer Richtlinie die Herstellung der Fernauslesbarkeit für alle Kälte- und Wärmemengenzählern sowie Heizkostenverteilern. Ein Bestandsschutz ist nur begrenzt vorgesehen. Gleichzeitig soll nach dem Willen der EU die Abrechnung auch unterjährig erfolgen. Die genauen Forderungen der Richtlinie sind in diesem Kontext in einem alten Blogbeitrag von uns zu finden: Zum Beitrag.

Wärmemengenzähler: Fernauslesbarkeit bis 2026

Nach dem Entwurf des Gesetzgebers sind alle Messeinrichtung zur Erfassung von Wärmengen und Kälte bis zum 31.12.2026 zur Herstellung der Fernauslesbarkeit umzurüsten oder auszutauschen. Demnach ist eine Fernauslesbarkeit gegeben, wenn die Messeinrichtung ohne Betreten der Nutzeinheiten abgelesen werden kann. Eine Anschlusspflicht an das intelligente Messystem besteht nach dem bisherigen Entwurf nicht. Eine Ablesung über bestehende IoT-Netze (wie z. B. über LoRaWAN-Wärmemengenzähler oder eine Walk-by-Ablesung) ist demnach zulässig. Somit ist der Einsatz von LoRaWAN-Wärmemengenzählern erlaubt. Im Rahmen von bestehenden Projekten konnte die items GmbH bereits umfangreiche Praxiserfahrungen mit Herstellern von LoRaWAN-Wärmemengenzählern sammeln.

Monatliche Verbrauchsinformation wird zur Pflicht

Im Zuge der Einführung der verpflichtenden Fernauslesbarkeit von Zählern fordert der Gesetzgeber eine Anpassung der Rechnungsstellung. Kunden, welche noch über keine intelligenten Wärmemengenzähler verfügen, erhalten wie gewohnt einmal jährlich eine Abrechnungsinformation. Dies kann sowohl schriftlich als auch auf dem elektronischen Wege erfolgen, wobei die Abrechnung mindestens einmal jährlich auf dem tatsächlichen Verbrauch basieren muss.

Ab dem Zeitpunkt, zu dem eine fernauslesbare Messeinrichtung z. B. mit einem LoRaWAN-Wärmemengenzähler vorliegt, sind dem Kunden Abrechnungs- oder Verbrauchsinformationen auf der Grundlage des tatsächlichen Verbrauchs mindestens zweimal im Jahr zu übermitteln. Die Zustellung der Rechnung muss auf Verlangen des Kunden in elektronischer Form erfolgen. Ab dem 01.01.2022 ist dem Kunden eine Abrechnungs- oder Verbrauchsinformationen auf der Grundlage des tatsächlichen Verbrauchs mindestens monatlich zu übermitteln. Außerhalb der Heizperiode für Fernwärme oder der Kühlperiode für Kälte ist keine Mitteilung für Fernwärme- bzw. Fernkältenetzbetreiber erforderlich. Die Heizperiode in Sinne der Verordnung liegt zwischen dem 1. Oktober eines Jahres und dem 30. April des Folgejahres, im übrigen Zeitraum des Jahres liegt die Kühlperiode.

Automatisierte Abrechnung der LoRaWAN-Wärmemengenzähler mit der IoT-ERP-Bridge

Durch die verpflichtende Fernauslesbarkeit und monatliche Verbrauchsinformation müssen die Prozesse für Fernwärmenetzbetreiber automatisiert werden. Stadtwerke mit einer LoRaWAN-Infrastruktur können ihre LoRaWAN-Wärmemengenzähler mit der IoT-ERP-Bridge der items abrechnen. Die IoT-ERP-Bridge stellt die Messwerte der Billing-Software bereit, so dass eine monatliche Abrechnung oder Verbrauchsinformation erfolgen kann.

Daneben ist eine Integration der Daten in das Kundenportal des Fernwärmenetzbetreibers möglich. Verfügt der Fernwärmenetzbetreiber über kein eigenes Kundenportal, kann im Billing-System eine monatliche automatische E-Mail generiert werden, welche dem Kunden den aktuellen Verbrauchsstand mitteilt. Das gleiche Verfahren ist auch bei Mobilfunkanbietern zu finden.

Des Weiteren lässt sich die IoT-ERP-Bridge nicht nur für die Abrechnung von Wärmemengenzählern, sondern auch für die weiteren Sparten wie Wasser oder zur Bereitstellung von Lastgängen aus Mieterstromobjekten nutzen. Darüber hinaus besteht eine Schnittstelle zum SAP PM, so dass Instandhaltungsprozesse oder Arbeitsaufträge automatisch generiert werden können.

Features IoT-ERP-Bridge zur Abrechnung von Wärmemengenzählern

Bei Fragen zu diesem Blogbeitrag meldet euch gerne. Wenn euch der Artikel gefallen hat, abonniert gerne unseren Blog.

Die 450 MHz Frequenzvergabe – der Weg der Funktechnologie für kritische Infrastrukturen

450 MHz Frequenzvergabe – Startschuss März 2021

Nach Monaten des Wartens, Ringens und anhaltender Diskussionen herrscht in der Energiewirtschaftsbranche nun endlich Gewissheit. Die 450 MHz Frequenzfrequenzvergabe erfolgte im März 2021 an die 450connect zur Nutzung für kritische Infrastrukturen. Damit hat die Bundesnetzagentur einen Startschuss für den Aufbau eines deutschlandweiten 450 MHz Funknetzes gegeben, auf den ein Großteil der Branche schon lange wartet.

Doch wie kam es eigentlich dazu und was sind die Beweggründe der Energiewirtschaftsbranche, eine eigene Frequenz für kritische Infrastrukturen zu beanspruchen? Diese Frage wollen wir gemeinsam in diesem Blogartikel beleuchten:

Was wurde eigentlich vergeben?

Bei der 450 MHz Frequenz handelt es sich wie bei vielen anderen Funkfrequenzen auch um eine Kommunikationstechnik zur funkbasierten Übertragung von Daten. Die Technologie selbst basiert aktuell auf der Technologie CDMA, soll aber im Zuge des nun anstehenden Rollouts in Deutschland auf einen LTE-Standard „upgedatet“ werden. Aus diesem Grund weist die 450 MHz Technologie die Eigenschaften eines normalen 4G-Funknetzes auf.

Wie es der Name zu Anfang vermuten lässt, wurde mit der Frequenzvergabe von 450 MHz nicht nur eine einzelne Lizenz an die 450connect zugeteilt. Stattdessen umfasst die 450 MHz Technologie mehrere Frequenzbänder. Insgesamt handelt es sich hierbei um folgende Frequenzbänder:

451,2 – 452,45 MHz / 461,2 – 462,45 MHz
452,7 – 453,95 MHz / 462,7 – 463,95 MHz
454,2 – 455,45 MHz / 464,2 – 465,45 MHz

Mit der Frequenzvergabe wird nun der 450connect das Recht/die Lizenz eingeräumt, innerhalb von Deutschland das Funknetz aufbauen zu dürfen und Dritten das Netz als Dienstleistung zur Verfügung zu stellen. Der Anwendungsfall ist jedoch auf kritische Infrastrukturen wie z. B. Stromnetze beschränkt. Die grundlegenden Definitionen, welche Bereiche zu den kritischen Infrastrukturen gehören, sind bereits vor einigen Jahren in der Verordnung zur Bestimmung Kritischer Infrastrukturen (KritisV) definiert worden.

450 MHz – vom Nischenprodukt zum zentralen Umsetzungsbaustein

Vor 2018 stellte das Thema 450 MHz noch ein Nischenthema in der öffentlichen Aufmerksamkeit dar. Aus diesem Grund stellt sich logischerweise die Frage, wie es zu dem Hype um die 450 MHz Frequenzvergabe kam und wie die historischen Hintergründe zusammenhängen.

Schon in der Vergangenheit hatte die 450connect die Nutzungsrechte für die 450 MHz Frequenz inne. Eine Beschränkung der Nutzung auf kritische Infrastrukturen bestand zu diesem Zeitpunkt nicht. Die Vergabe erfolgte auch zu einem Zeitpunkt, zu dem das Thema Energiewende mehr ein theoretisches Thema ein als praktischer Treiber in der Branche war. Die Herausforderung, einen technologischen Umbruch in der Energiewirtschaft zur Integration der Erneuerbaren Energien herbeizuführen, bestand daher logischerweise nicht.

Ein erster wesentlicher Meilenstein wurde jedoch 2016 mit dem Gesetz zur Einführung der intelligenten Messsysteme im Messstellenbetriebsgesetz (MsbG) gelegt. Im Gegensatz zu konventionellen Zählern sollten diese über ein Gateway aus der Ferne ihre Verbrauchsdaten übertragen und Steuerungsprozesse zulassen. Da die gesamte Architektur der IT-Systeme und Messtechnik auf hohen sicherheitstechnischen Standards beruht, war eine sichere Funkanbindung möglich, deren Einsatz auch wirtschaftlich vertretbar ist. Unter der Betrachtung der Alternativen bzgl. Mobilfunk, Powerline, Glasfaser & Co. war schnell ersichtlich, dass eine wirtschaftliche Bereitstellung der Konnektivität mit den gegeben Bordmitteln schwer zu lösen war. Was es also brauchte war die Bereitstellung einer sicheren, robusten und breitbandigen Technologie, die den Anforderungen zur Steuerung des Stromnetzes über die intelligenten Messysteme gerecht wird.

Durch die parallele Einführung von Informationssicherheitsmanagementsystemen innerhalb von EVUs, dem stetigen Ausbau und der Notwendigkeit der Steuerung von Erneuerbarer Energien und den neuen gesetzlichen Anforderungen zum Schutz kritischer Infrastrukturen wurde der Ruf der Branche nach einer eigenen Kommunikationstechnologie lauter. Diese sollte robust, echtzeitfähig sein sowie über eine hohe Reichweite verfügen. Da die 450 MHz Technologie genau diesen Ansprüchen genügte und bislang in Deutschland kaum genutzt wurde, rückte die Technologie in den Fokus der Branche.

450 MHz – die Hochlaufphase vor der Neuvergabe

Durch die Potenziale von 450 MHz als sicheres Übertragungsmedium, das sich auch zur Notfallkommunikation eignet, nahm der Aufbau von Testinfrastrukturen in den letzten beiden Jahren von 2018 bis 2020 zu. Zu einem flächendeckenden Rollout kam es jedoch nie, da allen Akteuren das Auslaufen der Frequenzrechte zum 31.12.2020 sowie die anstehende und noch unklare Neuvergabe allzu bewusst war.

Das Bewusstsein für den Bedarf nach einer sicheren Kommunikationsinfrastruktur stieg in diesem Zeitraum jedoch nicht nur bei der Energiewirtschaft, sondern auch bei weiteren öffentlichen Behörden und der Bundeswehr. Hinzu kamen weitere Marktakteure, wie die deutsche Telekom, die ebenfalls Interesse an der Frequenz anmeldeten.

Zur Bündelung der eigenen Interessen schloss sich die 450Connect mit einer Vielzahl von Stadtwerken zur Versorger Allianz zusammen, um gemeinsam gegenüber der BNetzA den Bedarf an einer solchen Frequenz zu untermauern. Unterstützt durch die weiteren energiewirtschaftlichen Verbände wie den BDEW beschloss die BNetzA am 16.11.2020 eine Umwidmung des 450 MHz Frequenzbandes zur ausschließlichen Nutzung für kritische Infrastrukturen. Die Zuteilungsgebühr wurde auf 113 Mio. € festgelegt.

Daraufhin hatten alle interessierten bis zum 18.12.2020 Zeit, sich auf die Frequenz für den Aufbau eines deutschlandweiten 450 MHz Funknetzes zu bewerben. Die 450 MHz Frequenzvergabe erfolgt daraufhin im März 2021.

kurze Historie von 450 MHz in Deutschland in der Energiewirtschaft

450 MHz – warum der Bedarf in Zukunft steigen wird

Mit dem sich mittlerweile in der Durchführung befindenden Rollout von intelligenten Messsystemen und der Entwicklung von Smart-Meter-Gateways, die den Funkstandard unterstützen, sowie dem nun startenden Netzaufbau wird das Thema 450 MHz zunehmend an Fahrt gewinnen. Somit heißt es für die Stadtwerke, sich auf den technologischen Einsatz und Rollout vorzubereiten.

Mit dem reinen Aufbau eines 450 MHz Funknetzes ist noch lange keine Umsetzung eines intelligenten Netzes zur Integration von Erneuerbaren Energien-Anlagen oder flexiblen Verbrauchern realisiert. Vielmehr stellen sich nun Fragen nach den notwendigen Prozessen, der erforderlichen IT-Architektur und an welcher Stelle die Daten zu integrieren sind. Auch wenn der Aufbau eines deutschlandweiten Netzes sicherlich noch 2 bis 3 Jahre in Anspruch nehmen sollte, stellt sich bereits jetzt die Frage, wie die Technologie sinnvoll im eigenen Haus zu integrieren ist.

Bereits bestehende IT-Infrastrukturen und Systeme sind hierfür schon nutzbar. Es Bedarf lediglich einer Schnittstelle an dem Ort, wo die Datenaufbereitung und Verwaltung des Stadtwerks in der Rolle des Netzbetreibers stattfindet. Am Ende nimmt 450 MHz als Technologie lediglich die Rolle eines Werkzeugs ein, bei der es vor allem um die Datenaufbereitung geht. Aus diesem Grund ist die items GmbH schon in der Planung, bereits in diesem Jahr in der IoT-Plattform der Kunden eine 450 MHz-Schnittstelle zu implementieren, so dass am Ende sämtliche Datenströme der unterschiedlichsten Technologien (Bsp. LoRaWAN, NB-IoT, Mobilfunk) zusammenfließen und die für den Mitarbeiter in aufbereiteter Form in seinem Fachsystem einsehbar sind. Ebenso unterstützt die items GmbH ihre Kunden beratend für den Aufbau der Prozesse und IT-Systeme für den Einsatz der 450 MHz Technologie.

IT-Architektur zur Integration von 450 MHz bei der items GmbH

Bei Fragen zu diesem Blogbeitrag meldet euch gerne. Wenn euch der Artikel gefallen hat, abonniert gerne unseren Blog.

Hoch hinaus beim LoRaWAN-Netzaufbau

Die Standortsuche: Ober sticht Unter

Der LoRaWAN-Netzaufbau stellt jedes Stadtwerk vor eine erste Grundherausforderung. Welche Standorte sind geeignet und welche technischen Restriktionen sind zu beachten? Um ein solches Netz zu errichten, sind potenzielle Standorte zur Installation von LoRa-Gateways erforderlich. Als Erstes gelangen natürlich firmeneigene Standorte in den engeren Fokus, da keine Miet- oder Pachtkosten für den Gatewaystandort anfallen. Zusätzliche Themen wie Stromversorgung, Blitzschutz oder Zugangsrechte sind auch einfach zu organisieren.

Besteht für die Abdeckung des gewünschten Gebiets der Bedarf einer Installation zusätzlicher Gateways, geht der Blick bei der weiteren Standortsuche gerne „nach oben“. Die Höhe ist das A und O für eine gute Netzabdeckung, wie folgendes Bild schematisch zeigt:

Funkverhalten von LoRaWAN Gateways

Während in ländlichen Gebieten das höchste Bauwerk oft Kirchen bzw. die dazugehörigen Türme sind, werden diese in Städten durch Hochhäuser oder von einem Funk- oder Fernsehturm übertroffen. So zum Beispiel auch in der nordrhein-westfälischen Landeshauptstadt Düsseldorf. Hier begleitet items die Stadtwerke Düsseldorf beim Aufbau eines LoRa-Netzes, in so genannten Zukunftsvierteln.

Vorbereitung und Installation

Das höchste Hochhaus Düsseldorfs ist mit 125 Metern immer noch um einiges niedriger als der Rheinturm mit seiner Gesamthöhe von 240,5 Metern und den Plattformen auf mehr als 160 Metern. Somit ist der Standort prädestiniert für die Platzierung eines LoRa-Gateways.

Der Rheinturm wird, wie auch andere Funktürme, durch die DFMG Deutsche Funkturm GmbH (DFMG) betrieben. Fasst man einen solchen Standort für den LoRaWAN-Netzaufbau der DFMG ins Auge, sind folgende Aspekte zu beachten.

Der erste und wohl auch naheliegendste Punkt: Es ist ein Mietvertrag abzuschließen. Die Grundlage dessen ist u. a. eine Ausführungsplanung, die durch ein von der DFMG vorgegebenes Ingenieurbüro zu erstellen ist. Zur Erstellung dessen kann unter Umständen eine Vor-Ort-Begehung notwendig sein, bei der z. B. geprüft wird, wie die Stromversorgung an der gewünschten Stelle zu erweitern ist.

Sind die Ausführungsunterlagen erstellt, von der DFMG abgenommen und ist der Mietvertrag unterschrieben, kann der Bau beginnen, der je nach Ausgangssituation wie folgt aussehen kann:

Die Stromversorgung wird durch ein von der DFMG vorgegebenes Unternehmen erstellt.
Die Baustelle wird min. vier Wochen vor Baubeginn angemeldet. Die notwendigen Stahlbauarbeiten sind durchzuführen.
Das Gateway und notwendiges Zubehör sind zu installieren. Die Bauarbeiten sind dabei, wie von der DFMG und dem Ingenieurbüro, das die Ausführungsunterlagen erstellt hat, vorgegeben, zu dokumentieren. Der Abschluss der Bauarbeiten ist der DFMG zu melden.
Das Ingenieurbüro erstellt den Bestandsplan und die DFMG erteilt die Bauabnahme.

Lessons Learned beim LoRaWAN-Netzaufbau

Von der ersten Anfrage bei der DFMG bis zur Abnahme des installierten Gateways kann der Prozess mehrere Monate dauern. Die Dienstleister waren zu beauftragen, deren Arbeit zu koordinieren und abzunehmen. Termine waren abzustimmen und Vorlaufzeiten zu berücksichtigen. Die Vielzahl der beteiligten Akteure erzeugte einen hohen Abstimmungsaufwand: Beteiligt waren DFMG (mit Asset Management und kaufmännischer Abteilung), das Ingenieurbüro für die Aufbau- und Bestandsplanung, ein Elektroinstallateur und Stahlbauer.

LoRaWAN-Netzaufbau: Installation mit 1a Aussicht und Maskottchen

Doch der Aufwand für einen erfolgreichen LoRaWAN-Netzaufbau lohnt sich: In stichpunktartigen Tests, mit einem Feldtester im PKW, wurden in verschiedenen Himmelsrichtungen Reichweiten von zwölf und mehr Kilometern erzielt. Der Spitzenwert lag bei 26 km.

Da im Stadtgebiet bis dahin erst zwei weitere Gateways installiert waren, sendeten einige Sensoren mit hohen Spreadingfaktoren. Außerdem gingen Pakete von in Schächten installierten Sensoren vereinzelt verloren. Nach der Installation auf dem Rheinturm sind die Spreadingfaktoren und Paketverluste deutlich gesunken. Die damit einhergehende verlängerte Batterielebensdauer sowie die Entlastung des Duty Cycles sind weitere positive Effekte für den Netzbetrieb.

LoRaWAN-Netzaufbau der Zukunft: Grid Insight: LPWAN

Die Projekterfahrung zeigt einmal mehr: je höher die Montage des Gateways, desto besser die Abdeckung. Diese These konnte schon in vielen weiteren Projekten und Simulationen bestätigt werden.

Gerade in der Praxis zeigt sich, dass für einen vollständigen LoRaWAN-Netzaufbau und -betrieb eine Informationsbasis zur tatsächlichen Netzabdeckung und Netzqualität gefragt ist.

Aus diesem Grund entwickelt items zusammen mit mehreren Stadtwerken das Tool Grid Insight: LPWAN, um jedem LoRaWAN-Netzbetreiber eine Aussage über die eigene Netzabdeckung in Form einer Heatmap zur Verfügung zu stellen. Eine gezielte Netzplanung und eine nachgelagerte Analyse mit Grid Insight: LPWAN bilden für viele unserer Kunden die Basis dafür, erfolgreich ein LoRaWAN-Netz zu betrieben und Anwendungsfälle realisieren zu können.

Grid Insight: LPWAN – Lösungsbausteine & Fragestellungen

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 ihr mehr über das Thema erfahren möchtet, sprecht 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.

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:

Münsterhack

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

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 und endlich da: Die COVID-Impfstoffe, die die Menschen auf dieser Welt vor einer Corona-Erkrankung bewahren sollen. Doch ist die Bevölkerung längst noch nicht ausreichend geimpft. 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.

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.

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 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.

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