Energy Harvesting für Smart Meter

Zählerdaten sammeln und die Daten energieautark übertragen – ohne dazu einen Stromanschluss oder Batterien verwenden zu müssen: das zeigt das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS auf der Metering Europe vom 4. bis 6. Oktober in Amsterdam.

Die Forscher des Fraunhofer IIS haben die Kompetenzen aus den Bereichen Energy Harvesting und Sensornetztechnologie gebündelt und die selbstentwickelte s-net-Technologie für energiesparende, drahtlose Sensornetze mit innovativer Stromgewinnung aus der Umwelt kombiniert. Mit s-net lassen sich Messgeräte im Haushalt, wie Wasser-,
Gas-, Strom- und Wärmezähler, vollautomatisch und drahtlos auslesen. Das bringt dem Endverbraucher eine erweiterte Transparenz über seine Kosten und erlaubt verbrauchsabhängige Tarife und genauere Prognosen. Der dynamische Netzaufbau und die Selbstorganisation sorgen für geringen Konfigurationsaufwand, geringe Wartung und hohe Robustheit.
Die bidirektionale Multi-Hop-Kommunikation von Zähler zu Zähler überwindet die Reichweitenbeschränkung einer Funkzelle. Anweisungen können direkt an die intelligenten Zähler gesendet werden, die einfach dort angebracht werden, wo man sie auch benötigt. Zudem vernetzen sie sich selbständig und benötigen keine Verkabelung. Damit lassen sie sich problemlos nachrüsten.

Mit Energy Harvesting zur Energieversorgung werden die Sensornetze noch flexibler, weil sie keine Batterien mehr benötigen. Energy-Harveting-Techniken ersetzen die bisherigen Stromversorgungen, weil sie Energie aus ihrer Umgebung gewinnen, beispielsweise aus Temperaturunterschieden und Vibrationen.
Energy Harvester können die energiesparenden Sensoren und Funksender über ihre gesamte Lebensdauer mit Strom versorgen.

Messsysteme, die Energy Harvester mit Energie versorgen, sind damit für schwer zugängliche Bereiche geeignet und bedürfen zudem keiner Wartung. Die Energy-Harvesting-Technologien bietet das Fraunhofer IIS sowohl als Einzelkomponenten als auch als abgeschlossene oder adaptierbare Gesamtsysteme zur System- und Geräteintegration. Auf der Metering Europe in Amsterdam zeigen die Fraunhofer-Experten mögliche Einsatzszenarien. Zu sehen ist die Technologie auf dem Stand B86.

Die s-net-Technologie

Alle wichtigen Komponenten für funkbasierte Smart-Metering-Systeme sind beim Fraunhofer IIS unter der s-net-Technologie zusammengefasst. Die Bandbreite reicht vom Hardwaredesign für die Funkmodule im Zähler über modulare Anwendungs- und Servicebausteine bis zur individuell anpassbaren Protokollsoftware für die Vernetzung der einzelnen
Funkknoten. Dabei können die spezifischen Anwendungen der Zähler und Zählerprotokolle über verschiedene Schnittstellen in die s-net-Systemumgebung integriert werden. Die geringe Stromaufnahme erlaubt batteriebetriebenen Systemen Lebensdauern von bis zu 12 Jahren.