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ZigBee – eine Lösung für Smart Metering

Der leitungsgebundene Versorgungsmarkt für Strom und Gas in Deutschland befindet sich aktuell in einer Phase der Liberalisierung. Nachdem diese sich in der Vergangenheit auf den Einbau, den Betrieb und die Wartung von Messeinrichtungen bezog, soll sie nun, gestützt durch ein Gesetz auf Bundesebene und einer entsprechenden EU-Richtlinie, auch auf die Erfassung der Verbrauchsdaten (Metering) ausgedehnt werden. Derzeit existiert im Metering Bereich (neben proprietären Lösungen) vor allem die Funktechnologie ZigBee als ein Kandidat, der das Potential besitzt, sich als Kommunikationsplattform für ‚Smart Metering Systeme‘ durchzusetzen.
Wesentlicher Auslöser für die gegenwärtigen Anstrengungen im Bereich des Smart Meterings, der automatisierten Erfassung und Abrechnung von Verbrauchsdaten, ist die EU-Richtlinie (2006/32/EG) über Endenergieeffizienz und Energiedienstleistungen. Diese Richtlinie verlangt von den Mitgliedstaaten im Rahmen der technischen Machbarkeit und wirtschaftlichen Vertretbarkeit sicherzustellen, dass alle Endkunden intelligente Verbrauchszähler erhalten und so über ihren Energieverbrauch informiert werden und in die Lage versetzt werden, diesen zu steuern. Im Juni 2008 wurde daher vom Deutschen Bundestag ein Gesetz im Zuge des ‚Nationalen Energieeffizienz Aktionsplans‘ (EEAP) erlassen, das vorsieht, dass Privatkunden als Endverbraucher ab dem Jahre 2010 eine Messeinrichtung erhalten, die den tatsächlichen Energieverbrauch und die Nutzungszeit widerspiegelt. Darüber hinaus wird der Energielieferant verpflichtet, dem Endverbraucher monatliche, vierteljährliche oder halbjährliche Abrechungen anzubieten.

Aktuelle Aktivitäten

Nach Festlegung der gesetzlichen Rahmenbedingungen ist jetzt eine verstärkte Aktivität der Energieversorger im Bereich des Smart Meterings zu beobachten. Im Vorfeld haben einige innovative Versorgungsbetriebe Erfahrungen mit intelligenten Verbrauchszählern gesammelt; nun führen auch große Energieversorger hierzu Pilotprojekte durch. Unterstützt wird dies durch den durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) ausgeschriebenen Wettbewerb ‚E-Energy‘ zur Erforschung der Integration von digitalen Technologien zur Optimierung der Elektrizitätsversorgung. So startet einer der größten deutschen Energieversorger Mitte des Jahres ein Pilotprojekt, in dem neben der Installation von intelligenten Stromzählern in 100.000 Haushalten auch eine Integration von Gas- und Wasserzählern vorgesehen ist und an dessen Ende ein einheitlicher Standard für Deutschland stehen soll. Forciert werden diese Aktivitäten durch Vorgaben der Politik zur Energieeinsparung im Rahmen des Klimaschutzes und nicht zuletzt durch die explodierenden Energiepreise, wegen deren Forderungen der Endverbraucher nach einem verstärkten Einfluss auf ihre Energiekosten laut werden. Hierzu ist jedoch eine zeitnahe Kenntnis des aktuellen Energieverbrauchs notwendig. Diese Möglichkeit wird den Endverbrauchern durch Smart Metering Systeme künftig eröffnet. Was in Deutschland noch Zukunftsmusik zu sein scheint, ist in anderen Ländern bereits Realität. So hat z.B. Italiens größter Stromversorger seit 2005 bei seinen fast 30 Millionen Kunden schon intelligente Zähler installiert.

Bedeutung für die Prozessbeteiligten

Eine Betrachtung der Interessen der Prozessbeteiligten bei der Einführung von Smart Metering Systemen lässt bei der Politik den Wunsch nach einer stärkeren Öffnung der Energiemärkte und damit einem größeren Wettbewerb, der zu mehr Preisstabilität führen soll, erkennen. Die Energieversorger sehen in der Implementierung von Smart Metering Systemen eine Möglichkeit, ihre Prozesse effizienter zu gestalten und eine höhere Kundenzufriedenheit zu erzielen. Darüber hinaus werden sie in die Lage versetzt, neue und individualisierte Tarifmodelle mit zeit- und lastabhängigen Tarifen anzubieten, was in einem liberalisierten Energiemarkt erstmals die Gelegenheit bietet, über die Tarifmodelle eine Differenzierung gegenüber den Wettbewerbern des ansonsten einheitlichen Produktes ‚Energie‘ zu erreichen. Darüber hinaus lässt das Smart Metering durch die erhöhte Transparenz zusammen mit individualisierten Tarifmodellen für den Endverbraucher eine Kosten­ersparnis erwarten. Der Endverbraucher wird in die Lage versetzt, seinen Verbrauch aktiv zu gestalten und damit Kosten zu reduzieren, indem ihm die Möglichkeit geboten wird, den Energieverbrauch einzelner Geräte oder seine Verhaltensweisen zu analysieren. Ferner kommt es zu einer Komfortverbesserung, da der jährliche Ablesezyklus mit der im Allgemeinen erforderlichen Anwesenheit entfällt. Verschwiegen werden darf hierbei jedoch nicht, dass das Smart Metering das Gefahrenpotential eines ‚gläsernen Endverbrauchers‘ birgt. Dieser Umstand kann wegen Datenschutzüberlegugnen zu Akzeptanzproblemen bei der Einführung von Smart Metering-Lösungen führen. Aufgrund der Vielzahl der am Smart Metering beteiligten Interessengruppen und der unterschiedlichen Versorgungsgüter hat nur eine standardisierte Lösung Aussicht auf Erfolg, die neben den Interessen der Versorgungsdienstleister auch die Interessen der Endverbraucher in Bezug auf Datenschutz und Transparenz berücksichtigt.

ZigBee als Lösungskomponente

Aus technischer Sicht bietet sich die Funktechnologie ZigBee als ein drahtloser, globaler und offener Kommunikationsstandard an, um Daten-Transportdienste im Rahmen einer Smart Metering-Anwendung zu realisieren. Die ZigBee Alliance, ein gemeinnütziges und offenes Industriekonsortium aus mehr als 280 Unternehmen, darunter namhafte Halbleiterhersteller und Plattformlieferanten, treibt die Standardisierung von ZigBee voran und hat im Mai dieses Jahres 19 Produkte im Bereich des Energiemanagements zertifiziert (siehe www.zigbee.org). Zu diesen Produkten gehören neben Thermostaten und Verbraucherdisplays auch Wasser-, Gas- und Stromzähler, so dass Energieversorgungsunternehmen und Wohnungsbesitzern eine große Auswahl an Diensten und Anwendungen für ein intelligentes Energiemanagement zur Verfügung steht. Aktuell wurde eigens für solche Smart Energy (SE) Anwendungen ein öffentliches ZigBee-Profil spezifiziert, das es
erlaubt, SE-Produkte unterschiedlicher Hersteller auf einfache Weise, basierend auf dem globalen Standard ZigBee, zu vernetzen. Ein wesentlicher Vorteil der herstellerübergreifenden Kompatibilität eines solchen Standards liegt in einer Stimulation eines positiven Wettbewerbs, welcher zu einer stetigen Verbesserung der Technologie und langfristig zu einem attraktiven Preis führt. Während in Deutschland erst wenige ZigBee-basierte SE-Produkte verfügbar sind, ist das Ausland schon einen Schritt weiter: In Schwe­den wird in Göteborg ein erstes ZigBee-Netzwerk zur Fernauslesung von Energiezählern mit 270.000 Haushalten installiert und in Australien, England und Kalifornien erlaubt die Gesetzgebung künftig den Einsatz von ZigBee im Energiemanagementbereich. Im Rahmen einer SE-Anwendung bietet ZigBee sowohl die Möglichkeit, als Transportnetz für Abrechnungsdaten der Energiemesseinrichtungen als auch zur Komfortverbesserung eingesetzt zu werden. Hierbei kann der aktuelle Energieverbrauch den Verbrauchern durch im Gebäude verteilte Infopanels zugänglich gemacht werden, so dass neben der reinen Information auch die Möglichkeit des steuernden Eingriffs gegeben ist. Dieser kann entweder manuell oder automatisch durch ein Gebäudemanagementsystem erfolgen. Da hier jedoch bereits eine Vielzahl an Systemen unterschiedlicher Standards eingesetzt wird, ist es notwendig, diese Systeme miteinander zu vernetzen. Dies kann z.B. über Gateways wie das von der IMST GmbH entwickelte iZEG Development Kit, das ZigBee mit TCP/IP-Netzwerken verbindet, erfolgen.

ZigBee-Grundlagen

ZigBee dient als ein offener und weltweit einsetzbarer Standard zur Realisierung von sogenannten Wireless Personal Area Networks (WPAN). Die Vision ist ein drahtloses Netzwerk aus unterschiedlichen Anwendungen von unterschiedlichen Herstellern, die miteinander kompatibel sind. So kann z.B. ein vorhandenes Netzwerk im Heimbereich zur Licht- und Klimasteuerung mit Lösungen aus dem Smart Metering-Bereich erweitert werden. Im allgemeinen Sprachgebrauch wird der Begriff ZigBee als Synonym für die Kombination aus dem eigentlichen, durch die ZigBee Alliance definierten ZigBee-Standard, der die Netzwerk- und Anwendungsschicht umfasst, und dem IEEE 802.15.4 Standard, der die physikalische Schicht und die Kanalzugriffsschicht spezifiziert, verwendet. Aufbauend auf einer Reihe von Profilen können Anwendungen aus den Bereichen Heim- und Gebäudemanagement, Medizintechnik, Güterüberwachung und Unterhaltungselektronik bis hin zu den Smart Energy-Anwendungen realisiert werden, wobei die Liste der Profile ständig erweitert wird.

Fazit

Die Vorteile für die Prozessbeteiligten im Einsatz von Smart Meterings Systemen überwiegen und sprechen daher für den baldigen Einsatz solcher Systeme. Nachdem die gesetzlichen Rahmenbedingungen geschaffen worden sind und die großen Energieversorger als Hauptakteure ihre Aktivitäten im Bereich des Smart Meterings gestartet haben, ergeben sich hierfür die besten Bedingungen. Ob sich ZigBee als Kommunikationsplattform durchsetzt, hängt jedoch im Wesentlichen von der Verfügbarkeit von Produkten ab, wobei Deutschland im Vergleich zum Ausland noch hinterherhinkt. Die technologischen Voraussetzungen für den Einsatz von ZigBee in Smart Metering Anwendungen sind jedenfalls gegeben.

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