Energieversorgung
Was macht das Stromnetz von morgen intelligent?
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Bausteine für Energy Harvesting und Elektrizitätszähler
Texas Instruments [2] z.B. entwickelt schon seit langem Ultra-Low-Power-Mikrocontroller – z.B. aus der MSP430- Familie – und auch den Low-Power-Transceiver wie den CC1101 und den CC2500. In Kombination mit in der Umgebung vorhandenen Energien – wie Solar-, Vibrations-, elektromagnetischer Strahlungsenergie oder auch thermischer Energie – kann eine elektronische Baugruppe autark versorgt werden. Ein Beispiel hierfür ist das Solar-Energy-Harvester-Kit eZ430- RF2500-SEH [3] von Texas Instruments (Bild 2).
Der Einsatz von Energy-Harvesting-Techniken ist besonders dann von Nutzen, wenn eine Verbindung zum Stromnetz nicht möglich und der Austausch von Batterien unpraktisch, teuer, unbequem oder gefährlich ist. Funk-Lichtschalter sind hierfür ein Beispiel aus dem Bereich der Gebäudeinstallationstechnik. Die aus der mechanischen Betätigung des Schalters gewonnene elektrische Energie genügt zum Senden einer Funknachricht – z.B. zum Ein- und Ausschalten der Beleuchtung. Was diese Technik im Kleinen vormacht, ist auch im großem Stil ein Trend: mehr dezentrale Energieerzeugung – Windkraft, Photovoltaik und sogar kleine lokale Verbrennungskraftwerke.
»Microgeneration« ist hier das englische Schlagwort. Um nun diese kleinen, dezentralen Energieerzeugungsanlagen nutzen zu können, werden sie mit Hilfe von IKT (Informations- und Kommunikations-Technik) zu einem virtuellen Kraftwerk im Netz verbunden, das in Summe sich dann ähnlich darstellt wie ein Großkraftwerk, aber wesentlich günstiger ist in der Anfangsinvestition und auch kleinere Energietransportverluste aufweist. Die Veränderungen bei der Generierung von elektrischer Energie werden bei weitem nicht so einschneidend sichtbar werden wie die Veränderungen, die auf der Verbraucherseite zu erwarten sind. Es wird erwartet, dass intelligente Elektrizitätszähler den Anfang machen werden.
Texas Instruments entwickelt und fertigt schon seit mehr als 15 Jahren Komponenten für solche intelligenten Zähler. Ihre »Intelligenz« fängt bei der Messtechnik an. Der in Deutschland noch weit verbreitete Ferraris-Zähler funktioniert nach dem Induktionsprinzip – in einer drehbar gelagerten Aluminiumscheibe erzeugt ein magnetisches Wechselfeld Wirbelströme und somit ein Drehmoment. Die Drehzahl dieser Scheibe ist letztendlich proportional zur elektrischen Leistung – die Anzahl der Umdrehungen proportional zur elektrischen Energie. Dieses Prinzip wird schon seit ungefähr einem Jahrhundert angewandt.
Doch die Technik hat sich zwischenzeitlich weiterentwickelt: Moderne Elektrizitätszähler messen Stromstärken und Spannungen von einer oder drei Phasen gleichzeitig und berechnen dann mit Hilfe von Algorithmen in einem Mikrocontroller nicht nur die Energie als Integral über die Zeit, sondern auch momentane Wirkleistung, Blindleistung, Phasenwinkel und Neutralleiterströme. Sie ermöglichen es, zeitliche Energiebedarfsprofile zu messen und zu speichern. Diese Fähigkeit ist eine wichtige Voraussetzung für die Nutzung zeitlich variabler Tarife, die in Deutschland ab 31.12.2010 vorgeschrieben sind.
Die Messung und die Speicherung als auch die Anzeige dieser Daten kann heute ein einziger Mikrocontroller wie der MSP430F47197 (3 Phasen) oder der MSP430FE427A (1 Phase) von Texas Instruments bewerkstelligen. In den letzen Jahren ist eine neue Anforderung hinzugekommen: Diese gemessenen Daten sind auch zu kommunizieren, und der momentan aktuelle, variable Tarif soll empfangen werden. Der Elektrizitätszähler könnte zudem auch als Datensammler und Schnittstelle für viele andere Verbrauchszähler wie Gas-, Wasser- oder Wärmemengenzähler agieren. Was die Elektrizitätszähler von morgen wirklich intelligent machen wird, sind die Vernetzung und die Kommunikation mit anderen Geräten (Bild 3).
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- Kommunikation macht intelligent
- Literatur und Autor
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