Intelligente Gebäude werden mit energieautarken Sensoren noch intelligenter
Auf Gebäude entfallen rund 40 % des Energieverbrauchs in der EU. Beschädigte, fehlerhafte oder ineffiziente Gebäudeinstallationen verschwenden Ressourcen und können zu erheblichen Verlusten führen, wenn die Fehler lange Zeit unentdeckt bleiben. Dem kann durch intelligente Überwachungssysteme mit Sensoren vorgebeugt werden, die den Stromverbrauch, die Luftfeuchtigkeit und andere Aspekte im Gebäudeinneren messen. Sensoren werden jedoch normalerweise mit Batterien betrieben, die eine begrenzte Lebensdauer haben und nicht umweltschonend entsorgt werden können. Jetzt hat das EU-finanzierte Projekt RePower ein patentiertes System entwickelt, mit dem Sensoren die für ihren Betrieb erforderlichen winzigen Mengen an Energie aus der Gebäudeverdrahtung beziehen können, was Batterien überflüssig werden lässt. „Wenn Gebäude nicht verfallen und wir sie länger produktiv nutzen können, ist das gut für unsere Umwelt und die Wirtschaft“, so Dr. Bo Eskerod Madsen, Geschäftsführer des dänischen Unternehmens ReMoni(öffnet in neuem Fenster), von dem das Projekt geleitet wurde. Die Energiegeneratoren von RePower, bestehend aus Sensoren, einer Antenne und Mikroprozessoren, werden an vorhandene Kabel und Leitungen geklemmt. „Die meisten Kabel haben in ihrem Inneren Leiter. Daher kann das Gerät Energie aus der Spannung schöpfen, die permanent durch das Kabel fließt“, erklärt Dr. Madsen. „Sie beziehen ihre Energie nicht aus elektrischem Strom, weil es Zeiten gibt, in denen kein Strom fließt, aber dennoch eine Überwachung durch Sensoren erforderlich ist.“ „Die Menge an Energie, die durch ein Kabel gewonnen werden kann, ist extrem gering, muss aber gerade so ausreichen, um die Steuerelektronik des Energiegenerators und der Sensoren zu bedienen“, fügt er hinzu. Nach der Installation sendet das Zwei-Wege-System drahtlos Sensordaten an die Cloud, die wiederum die Sensoren steuert. Das System analysiert die Daten und gibt Warnmeldungen aus, wenn etwas angepasst oder behoben werden muss. „Sie kommunizieren eigenständig, um das Gebäude als Teil des Internets der Dinge besser funktionieren zu lassen“, erläutert Dr. Madsen. Sehr geringe Energiemenge Die größte Herausforderung des Projekts war die technische Komponente. „Vor allem die Optimierung der Instrumente war von entscheidender Bedeutung. Denn bei der Verwendung von elektronischen Standardkomponenten wird mehr Energie verbraucht, als der Generator tatsächlich liefern kann“, so Dr. Madsen. Während des Projekts wurde der Energieverbrauch der Geräte von 10 Mikroampere (ein Millionstel eines Amperes) auf etwa 40 Nanoampere (ein Milliardstel eines Amperes) reduziert. „Gleichzeitig haben wir die internen Schaltungen um das 250-fache verbessert, was nicht gerade einfach war“, fügt er hinzu. „Die Elektronik mit so wenig Energie betreiben zu können, ist wahrhaft fortschrittlich. Außerdem muss sie robust sein und in verschiedenen Konfigurationen stabil laufen“, sagt er und fügt hinzu, dass der Prototyp eine Vielzahl von Labortests für viele Arten von Kabeln und Installationen bei unterschiedlichen Frequenzen und Spannungen erforderlich machte. Intelligentes System Jedes 15 cm große Gerät von RePower – die Größe wird durch die Größe der aktuellen Antennentechnologie bestimmt – enthält eine Reihe verschiedener Sensoren. Die Antenne gewährleistet dabei, dass die Geräte auch in Gebäuden mit vielen Betonwänden und in Gebieten mit schlechter Funkabdeckung funktionieren. Ein intelligentes, selbstlernendes System optimiert den Datenfluss von jedem Sensor. „Die Datenrate ist gering, weil nicht genug Energie erzeugt werden kann, um alle Daten in die Cloud zu übertragen“, erläutert Dr. Madsen. Das System analysiert die Daten und wenn etwas auffällig erscheint, „fordert“ es zusätzliche Daten von bestimmten Sensoren. „Diese Sensoren senden die speziellen Daten beispielsweise für eine Stunde und kehren dann in den Datensparmodus zurück, ohne die drahtlose Bandbreite zu überlasten“, sagt er. Das System wurde inzwischen in Europa und Singapur verkauft. „Kunden wollen Rundum-Service. Sie kaufen unsere Plattform mit Sensoren, Warnsystemen und Schnittstellen und kombinieren sie dann mit ihren eigenen Diensten und Benutzeroberflächen“, schließt Dr. Madsen.
Schlüsselbegriffe
RePower, Energie, Sensoren, Batterien, energiesparend, Umweltverschmutzung
