Komplettlösungen für intelligente Messgeräte

Smart Meter – smarte Chancen

01. Juni 2010, 12:41 Uhr   |  Heinz Arnold

Energieeffizienz zählt heute nicht mehr zur Kür, sondern zur Pflicht. Es genügt nicht, Energie zu sparen, sie muss auch effizient verteilt werden. Der Schlüssel hierzu: Smart Meter, also intelligente Zähler. Sie eröffnen Distributoren und Komponentenherstellern interessante Potenziale, um Komplettlösungen zu realisieren.

»Auch wenn IMS Research vor kurzem zurückgehende Marktzahlen gemeldet hat, gehen wir davon aus, dass es in den nächsten Jahren eine deutlich steigende Nachfrage nach intelligenten Zählern gibt«, so die Einschätzung von Andreas Mangler, Leiter Strategisches Marketing von Rutronik. »Schließlich sprechen die Vorteile für sich – und zwar für alle Beteiligten, also Energieversorger, Verbraucher und nicht zuletzt für die Umwelt.« Eine ganze Reihe von Studien stützt diese Meinung: So geht A.T. Kearney in Deutschland von einer Marktdurchdringung von mindestens 50 Prozent bis zum Jahr 2015 aus. Europaweit rechnen die Marktforscher von Berg Insight bis Ende 2013 mit 81,2 Millionen installierter Smart Meter.

»Für uns als Breitbanddistributor sind die neuartigen Zähler besonders interessant «, erklärt Andreas Mangler. »In ihnen wird fast die ganze Bandbreite elektronischer Bauelemente verbaut, so dass wir die Vorteile unseres Portfolios voll ausspielen können.« Dabei setzt Rutronik auf seine Funktion als herstellerunabhängiger und damit objektiver Berater. FAEs und Produktmanager unterstützen die Anwender auch beim Design-In: »Gerade in einem Markt wie diesem, bei dem sich noch keine Standards etabliert haben, ist technisch versierter Support unabdingbar.«

Smarte Möglichkeiten
Intelligente Zähler ermöglichen es dem Endkunden, Energie effizient zu verteilen und einzusparen. So erhält der Endkunde in Echtzeit einen Überblick über seinen aktuellen Verbrauch. Die Anzeige der einzelnen Verbrauchsgeräte erlaubt ihm, Stromfresser zu identifizieren und stille Abnehmer auszumachen, etwa Geräte im Stand-by. Die Verbrauchshistorie erlaubt die Analyse und damit die bewusste Änderung der Nutzungsgewohnheiten. Noch komfortabler wird es für den Endkunden, wenn das EVU solche Verbraucher per Fernschaltung aktiv zu- oder abschaltet: Versorger können die Geräte abhängig davon ins Netz nehmen, wie viel Energie aktuell erzeugt und nachgefragt wird. Die Folge: Kraftwerke werden so effizient wie möglich genutzt. »Die sinnvolle, bedarfsund vorratsabhängig gesteuerte Verteilung wird wichtiger, je weniger planbar die Energieerzeugung ist«, so Andreas Mangler. »Durch den steigenden Anteil der regenerativen Energiequellen in Verbindung mit der Schwierigkeit, Energie zu speichern, müssen verfügbare Energie und Bedarf möglichst kurzfristig in Deckung gebracht werden.«

Voraussetzung für die Fernsteuerbarkeit ist eine Kommunikationsverbindung zum EVU und den schaltbaren Geräten. »Es ist derzeit noch nicht klar, welche Technologie sich hier durchsetzen wird«, erläutert Andreas Mangler. »Wir setzen auf eine Internetverbindung zum EVU und eine Powerline Communication zwischen Zähler und Schalter der Verbrauchsgeräte. Unser Partner STMicroelectronics bietet hierfür bereits Referenzdesigns und Evaluation Boards.« Die Vorteile der Powerline-Übertragung: Es ist keine zusätzliche Verkabelung nötig, und die Kommunikation funktioniert auch durch Mauern. Nachteilig wirkt sich aus, dass die Infrastruktur in jedem Haus anders aussieht und sie nicht immer ausreichend zu- verlässig ist. Funkverbindungen können eine sinnvolle Alternative sein. Für die Verbindung mit dem EVU bietet sich eine Stern-Topologie an, weil nicht alle Haushalte über eine Internetverbindung verfügen. Das heißt, einige übergeordnete Zähler werden via Internet mit dem EVU verbunden, an die andere Zähler durch eine Funkverbindung angeschlossen sind.

Nach dem Willen des Gesetzgebers sollen zudem verschiedene Tarife den Energieverbrauch optimieren. Sie werden durch die Smart Meter erst möglich, weil sie – im Gegensatz zum Ferraris-Zähler – mehrere Tarife verwalten können. Eine TK-Verbindung zum EVU vorausgesetzt, können Tarifänderungen sogar automatisch berücksichtigt werden. Basis für die Tarifgestaltung sind die Nutzungsdaten, die dem EVU durch die TK-Verbindung übermittelt werden. Weitere Pluspunkte der Datenübermittlung: Das Ablesen vor Ort entfällt, die Abrechnung wird durch engere Ablesezyklen gerechter, z.B. bei Wohnungswechsel.

Technische Anforderung: smarte Komponenten
Der Schritt vom Ferraris-Zähler zum Smart Meter stellt einen Generationswechsel dar. Denn die neuen Messgeräte nehmen ungleich mehr Aufgaben wahr und schaffen dadurch ganz neue Möglichkeiten. Smart Meter müssen Strom und Spannung messen, die Daten speichern, anzeigen und weiterleiten und mit dem EVU sowie anderen Geräten kommunizieren können. »Das macht die intelligenten Zähler sowohl für die Distribution wie auch für die Komponenten-Hersteller zur interessanten Applikation«, so Ralf Hickl, Support Microcontroller bei Rutronik und Smart-Metering-Experte. »Halbleiterunternehmen halten bereits eigens dafür entwickelte Spezial- ICs mit analogem Frontend bereit, beispielsweise den STPM01 von STMicroelectronics oder den MCP3909 von Microchip. « Außerdem bedarf es nichtvolatiler Speicher mit genügend Speicherplatz, um externe Infrastrukturausfälle puffern zu können. Für das Display wird häufig auf die LCD-Technologie gesetzt. Sie hat jedoch den großen Nachteil, dass die Anzeige verschwindet, sobald die Stromversorgung unterbrochen ist. Zudem ist ihr Ablesewinkel relativ gering, was für Zähler, die oft in einer Ecke angebracht sind, Unlesbarkeit bedeutet.

Rutronik sieht deshalb auch Potenzial für bi-stabile e-paper- Anzeigen. Bei ihnen bleibt die Anzeige auch ohne Stromzufuhr erhalten, sie sind aus fast jedem Winkel lesbar und punkten zudem durch stärkeren Kontrast. »Wahrscheinlich werden sich aber auch Zähler ganz ohne Display durchsetzen «, gibt Ralf Hickl zu bedenken. »Haushalte mit PC und Internetverbindung rufen ihre Verbrauchsdaten viel komfortabler über den PC ab, eine eigene Anzeige am Zähler wäre dann gar nicht nötig.« Energieeffizienz ist für alle Komponenten selbstverständlich oberstes Gebot. »Die Ferraris-Zähler haben mit 3 Watt einen relativ hohen Eigenenergiebedarf«, so Ralf Hickl. »Die intelligenten Zähler kommen mit rund einem Drittel davon aus.«

Komponenten eines Smart Meter l

  • Analoges Front End
  • Microcontroller für Messung von Strom und Spannung
  • Uhr mit Kalender
  • ICs inklusive Sensorik zum Schutz vor Manipulation
  • Non-volatile Speicher
  • Display
  • Kommunikationsschnittstelle (Powerline, low-power wireless, Funk)

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