Energiemanagementsysteme ziehen ein

Beim Thema Energie-Effizienz stehen für den Kunden Einsparpotenzial, Sicherheit und Komfortgewinn im Vordergrund. Energiemanagementsysteme geben ihm dabei ein Instrument an die Hand, das über eine reine Auswertung des Energieverbrauchs hinausgeht.

Ein solches System wählt den wirtschaftlichsten Zeitpunkt zur Inbetriebnahme der Verbraucher für energieintensive Aufgaben. Auf diese Weise lässt sich der Energieverbrauch an der aktuellen Marktsituation und dem aktuellen Preis ausrichten, was dem Kunden den ersten offensichtlichen Nutzen bietet: die Optimierung der Energiekosten.

Auch im Hinblick auf die Energiewende werden Systeme zur intelligenten Steuerung des Energieverbrauchs an Bedeutung gewinnen. Im Jahr 2012 wurden circa 25 Prozent des Strombedarfs der Bundesrepublik Deutschland aus erneuerbaren Energieträgern gedeckt. Bis 2025 soll dieser Anteil auf 40 bis 45 Prozent wachsen, und im Jahr 2050 sollen 80 Prozent des Strombedarfs durch erneuerbare Energieträger gedeckt werden.

Energiemanagementsysteme bieten hier eine flexible und skalierbare Möglichkeit den Energieverbrauch auf die aktuelle Verfügbarkeit dieser natürlich fluktuierenden Energieträger abzustimmen und begrenzte Ressourcen auf diese Weise wirtschaftlich einzusetzen.

Die einzelnen Bausteine, aus denen sich ein intelligent vernetztes Haus errichten lässt, sind verfügbar. Dennoch haben Smart-Home-Lösungen bislang keine weite Verbreitung gefunden und fristen ein Dasein als Nischenprodukt. Wir sind überzeugt, dass eine solche vernetzte Infrastruktur Perspektiven für vielfältige Anwendungen bietet, und wollen hier diskutieren, wie sich diese etablieren lässt. Da unterschiedliche Begrifflichkeiten existieren, ist ein gemeinsames Verständnis des Begriffes "Smart Home" essentiell.

Wir verstehen darunter die Vernetzung einzelner Komponenten innerhalb des Hauses mit einer zentralen Steuerung, wobei sich der wesentliche Mehrwert für den Nutzer aus dem intelligenten Zusammenspiel der Komponenten ergibt. Was sind nun die wesentlichen Bereiche, in denen Smart-Home-Funktionalität den Bewohnern einen solchen Mehrwert bietet?

Energieeffizienz: Hierbei steht die Optimierung des Energieverbrauchs im Vordergrund, wobei sich daraus ergebende finanzielle Einsparungen einen zusätzlichen Anreiz für den Kunden darstellen können. Bei vielen Anwendungsbeispielen, die auf Energieeffizienz zielen, ist aber auch eine direkte Verknüpfung mit Komfort- und Sicherheitsfunktionen erkennbar.

In Privathaushalten bietet die Raumwärme mit einem Anteil von beinahe drei Vierteln des Gesamtenergiebedarfs das größte Einsparpotenzial für Effizienzmaßnahmen. Durch intelligente Steuerung lässt sich die Temperatur der Wohnräume flexibel anpassen und somit die benötigte Heizenergie minimieren.

Ein echter Mehrwert gegenüber einer starren Zeitsteuerung - an Werktagen werden bei Abwesenheit der Bewohner während ihrer Arbeitszeit die Heizleistung reduziert und die Raumtemperatur abgesenkt - lässt sich durch Nutzung und Verknüpfung von personenbezogenen Daten erreichen. So kann etwa die Steuerung der Klimafunktionen die über einen Cloud-Service verfügbaren Kalender der Bewohner auswerten und daraus einen auf ihre An- und Abwesenheit abgestimmten Heizzyklus errechnen.

Weiterhin kann die zentrale Steuerung des Smart Home den aktuellen Standort der Bewohner über Ortungsfunktionen des Smartphones erfassen, und darauf basierend bestimmte Aktionen initiieren; so werden durch die Steuerungseinheit zum Beispiel alle nicht benötigten Beleuchtungen und elektrischen Geräte im Haus ausgeschaltet, nachdem der letzte Bewohner das Haus verlassen hat.

Intelligente Energiemanagementsysteme gehen über die oben beschriebenen Maßnahmen zur Optimierung der Energieeffizienz sowie über ein reines Monitoring des Energieverbrauchs hinaus. Dazu betrachten sie nicht nur die Bedürfnisse des Nutzers, sondern berücksichtigen auch das Angebot auf dem Strommarkt und, soweit verfügbar, die Energieeigenerzeugung im Gebäude (etwa Photovoltaik oder BHKW). Zunächst ist allerdings der Nutzer gefordert, Prioritäten und Randbedingungen für den Betrieb seiner Geräte vorzugeben. Zusätzlich fragt die Steuereinheit den Status der Geräte ab und sorgt somit dafür, dass bestimmte Parameter oder Sicherheitsbereiche eingehalten werden.

Planung und Durchführung dieser je nach Anwendungsfall komplexen Systemkonfiguration stellen eine typische Aufgabe für einen Service-Provider dar und zeigen exemplarisch, wie sich mit der Verbreitung von Smart-Home-Technologien neue Geschäftsfelder erschließen lassen. Das fertig konfigurierte System wählt schließlich nach selbstständiger Kommunikation mit dem Energieversorger den wirtschaftlichsten Zeitpunkt zur Inbetriebnahme der Verbraucher.

Auf diese Weise lässt sich der Energieverbrauch an der aktuellen Verfügarkeit und dem aktuellen Marktpreis ausrichten, was dem Kunden einen offensichtlichen Nutzen bietet: die Optimierung der Energiekosten.

Automation und Komfort: Einfache Lösungen im Bereich Home Automation sind, wie oben bereits skizziert, eng mit Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz verbunden. Die Garage öffnet sich bei Vorfahrt des Wagens, die Beleuchtung im Außen- und Eingangsbereich des Hauses wird aktiviert. Umgekehrt werden die Lichter gelöscht, wenn alle Bewohner das Haus verlassen haben. Werden die Fenster zum Lüften geöffnet, erkennt dies ein Sensor und regelt die Temperatur der Heizkörper herunter.

Eine vorhandene Anlage zur aktiven Raumlüftung kann bedarfsgerecht und energieeffizient gesteuert werden. Sensoren erfassen dazu die Luftqualität im Innenraum und die Bedingungen der Außenluft (Temperatur, Feuchte), und die Steuerung wertet zusätzlich die lokale Wetterprognose aus. Gerade Anwendungen im Bereich Home Automation profitieren somit von der Vernetzung der verschiedenen Gerätetypen.

Auch weitere Funktionen wie etwa die Kommunikationssysteme können mit eingebunden werden: Beim Abruf eines Movie Streams wird dieser automatisch auf den Fernseher weitergeleitet, der Raum wird abgedunkelt, und das Telefon wird auf Voicemail umgeleitet. Das System ruft aus einer im Internet verfügbaren Datenbank Informationen zum Film ab und passt die Raumbeleuchtung an die Stimmung des Filmes an. Aufbauend auf der Vernetzung der verschiedenen Gerätetypen lassen sich so beliebige Anwendungsszenarien aufbauen.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass weitgehende Lösungen im Bereich Automation und Komfort eine möglichst genaue Kenntnis der Präferenzen der Nutzer erfordern. Das Vertrauen des Nutzers in den Dienstleister, der den Schutz persönlicher Daten zu gewährleisten hat, spielt dafür eine wichtige Rolle.

Gesundheit: Tragbare Geräte, die Vitalfunktionen überwachen (Wearables), bieten viele Möglichkeiten zur Integration in ein Smart Home und nutzen dabei insbesondere die Anbindung an die Kommunikationssysteme. Kombiniert man zum Beispiel die permanent erfassten Gesundheitsdaten mit einer Aufzeichnung der sportlichen Aktivitäten und den Ernährungsgewohnheiten, so lassen sich maßgeschneiderte Trainingskonzepte verfolgen.

Bestehen Vorerkrankungen, können die Gesundheitsdaten aber auch kontinuierlich erfasst und dem behandelnden Arzt zur Verfügung gestellt werden. Dieser kann somit frühzeitig einen Handlungsbedarf für weitere Untersuchungen oder Behandlungen feststellen. Im Notfall oder bei einem Unfall handlungsunfähig gewordenen Personen kann zudem schnell und zielgerichtet geholfen werden, indem Einsatzkräfte rasch alarmiert und umfassend über das Befinden des Patienten informiert werden.

Sicherheit: Stehen Informationen über den aktuellen Aufenthaltsort der Bewohner (innerhalb oder auch außerhalb des Hauses) sowie Überwachungssysteme im Haus zur Verfügung, lassen sich individuelle Lösungen zur Erhöhung der Gebäudesicherheit erstellen.

Webcam hilft Einbrecher von Paketboten zu unterscheiden

Nähert sich beispielsweise eine unbekannte Person dem Gebäude, kann der Stream von einer Webcam aufs Smartphone der Bewohner Klarheit über das weitere Vorgehen schaffen: Steht der Paketlieferdienst mit einer nicht angekündigten Lieferung vor der Tür, sollte diese entgegengenommen werden; macht sich dagegen ein Einbrecher mit Werkzeugen am Fenster zu schaffen, sollte ein Sicherheitsdienst alarmiert werden.

Entertainment:Anwendungen, die auf vernetzter Unterhaltungselektronik aufbauen, stellen zurzeit die am weitesten verbreitete und genutzte Smart-Home-Funktionalität dar. Die weite Verbreitung von Smartphones undTablets, durch WLAN bereitgestellte breitbandige Netzwerkverbindungen im gesamten Haushalt sowie netzwerkfähige Wiedergabegeräte haben neue Möglichkeiten geschaffen, wie Medien konsumiert werden.

Die Verbreitung von Streaming-Angeboten macht Inhalte überall und auf beliebigen Endgeräten verfügbar. Die Integration in ein Smart-Home-System schafft allerdings weitere Möglichkeiten, die über eine reine Wiedergabe der Medien auf einem durch den Nutzer bestimmten Endgerät hinausgehen: Denkbar sind etwa die Interaktion mit Beleuchtungs- und Kommunikationssystemen sowie eine auf den Aufenthaltsort, die anwesenden Personen und deren Stimmung abgestimmte Auswahl und Wiedergabe der Medien.

Wie Smart Home zum Erfolg wird

Bestandsaufnahme. Weshalb haben Smart-Home-Lösungen bislang keine weitere Verbreitung gefunden? Dies liegt sicherlich an einer auf technische Details und auf potenzielle Kostenersparnisse fokussierten Diskussion, die am Kunden vorbei geführt wurde. Der Kunde interessiert sich nicht dafür, über welche Schnittstelle oder welches Bus-System die Geräte im Smart Home miteinander kommunizieren; vielmehr ist er an einer praktischen Anwendung interessiert.

Zudem wird die Komplexität der Systeme bemängelt, die eine aufwendige Planung und In­stallation durch Fachpersonen erfordert. Auch ist für den Kunden nicht ersichtlich, wer für solche Lösungen ein geeigneter Ansprechpartner ist: Elektriker, Fachbetriebe für Gebäudeautomation, Telekommunikationsanbieter oder Energieversorger, die auf dem Markt agieren?

An dieser Stelle hat allerdings bereits ein Umdenken stattgefunden, sodass bei Produktpräsentationen ein konkretes Nutzungsszenario sowie Anwendungsbeispiele im Vordergrund stehen. Dabei liegt der Schwerpunkt auf spezialisierten, remote steuerbaren Einzelgeräten. Diese machen dem Kunden die Vorteile eines Smart Home greifbar und lassen sich in weiteren Ausbauschritten über eine intelligente Infrastruktur vernetzen.

Treiber für den Marktdurchbruch. Trotz dieser Hindernisse sind wir überzeugt, dass sich das Smart-Home-Konzept durchsetzt und in den kommenden Jahren weite Verbreitung finden wird. Verschiedene Prognosen sagen für das Jahr 2020 eine Nutzung intelligenter Steuerungen in 50 Prozent der Haushalte und ein Marktvolumen von fünf Milliarden Euro voraus. Diese Entwicklung wird von technologischen und gesellschaftlichen Veränderungen begünstigt, die wir im Folgenden betrachten wollen.

Mobile Endgeräte und offene Schnittstellen. Die weite Verbreitung mobiler Endgeräte und der rasch voranschreitende Ausbau breitbandiger Kommunikationskanäle sind eine gute/ideale Ausgangsbasis, um Smart-Home-Technologien zum Durchbruch zu verhelfen. Ihre einfache grafische Bedienoberfläche und standortungebundene Einsetzbarkeit qualifizieren Tablets und Smartphones als Anzeige- und Bediengeräte.

Die Konzentration auf wenige Betriebssysteme (Android, Apple iOS, Windows Phone) ermöglicht es den Herstellern, mit moderatem Aufwand maßgeschneiderte Apps zur Interaktion mit ihren Geräten zu entwickeln. Weiterhin wird sich die Verfügbarkeit offener Schnittstellen für die Kommunikation zwischen der zentralen Smart-Home-Steuereinheit und den einzelnen Komponenten positiv auswirken.

Für den Kunden sind Erweiterbarkeit und Zukunftsfähigkeit wichtige Kriterien bei der Investitionsentscheidung für oder gegen den Einstieg in ein bestimmtes Smart-Home-System. An dieser Stelle können Smart-Home-Plattformen wie Qivicon punkten, zu denen sich Geräte-, Steuerungs- und Serviceanbieter zusammenschließen.

Technisch umsetzbar mit M2M Systemen.Der Trend zur Maschine-zu-Maschine (M2M)-Kommunikation ist an den rasanten Zuwachsraten bei untereinander Daten austauschenden Devices deutlich erkennbar. Vor zehn Jahren (2004) waren rund eine halbe Milliarde Geräte - hauptsächlich Computer - überNetzwerkeund mit dem Internet verbunden. Heute sind es bereits rund fünf Milliarden Geräte - ein Zuwachs, der hauptsächlich durch die Verbreitung von Smartphones und Tablets zustande kam -, und im Jahr 2020 sollen bereits 50 Milliarden kommunikationsfähige "Smart Objects" über eine Anbindung ans Internet verfügen.

Smart-Home-Infrastruktur: Immer mehr Geräte im Haushalt vernetzen

Dieser Trend wird auch Geräte im Haushalt erfassen. Werden heute solche Möglichkeiten zur vernetzten Ansteuerung noch als Sonderausstattung vermarktet, so werden diese in einigen Jahren ganz selbstverständlich in die Geräte integriert sein. Neue Anwendungsfelder werden sich somit durch die schrittweise Integration weiterer Geräte in eine Smart-Home-Infrastruktur ergeben.

Digital Natives. Wer mit moderner Informationstechnologie aufgewachsen ist und diese ganz selbstverständlich im Alltag einsetzt, der ist zumeist auch offen für neue Anwendungsfelder. Es ist somit naheliegend, dass junge Menschen ihren Digital Lifestyle mit Social-Media- und Cloud-basierten Diensten auch auf weitere Bereiche übertragen wollen: Gadgets wie eine über das Smartphone gesteuerte, an die Stimmung anpassbare Beleuchtung oder die Nutzung von Wearables könnten dabei eine Leidenschaft für Smart Devices erzeugen, dieses Themenfeld mit positiven Attributen besetzen und somit die weitere Verbreitung begünstigen.

Lohas (Lifestyle of Health and Sustainabi­lity). Personen mit hohem Bildungsgrad und entsprechendem Einkommen pflegen zunehmend einen lebensfrohen und bewussten Lebensstil in einem urbanen Umfeld. Bei Konsumentscheidungen spielen neben der Befriedigung materieller Bedürfnisse auch Themen wie Nachhaltigkeit und ökologische Aspekte eine Rolle.

Im Vordergrund steht neben der Demonstration von (vermeintlicher) Individualität die Botschaft, die mit einer bestimmten Marke verbunden ist: Man kauft im Bioladen ein, fährt Mini Cooper, nutzt Apple-Produkte. Um das Thema Smart Home in dieser Zielgruppe zu etablieren und positiv zu verankern, bieten sich sämtliche individualisierbaren Bereiche an, angefangen beim Monitoring von Gesundheitsfunktionen über Komfortfunktionen bis hin zu Maßnahmen im Bereich Energieeffizienz und Energiemanagement.

Demografische Effekte. Die demografische Entwicklung wird die Verbreitung von Smart-Home-Lösungen ebenfalls begünstigen. Die mit den geburtenstarken Jahrgängen (Generation Baby-Boomer) rasch wachsende Gruppe der "Best Ager" verfügt über eine hohe Kaufkraft, ist konsumfreudig und qualitätsorientiert. Insbesondere für Lösungen aus den Bereichen Komfort-, Sicherheits- und Gesundheitsfunktionen stellen sie somit eine interessante Zielgruppe dar. Auch die zunehmende Zahl an Ein-Personen-Haushalten wird zu einer höheren Nachfrage in diesen Anwendungsbereichen führen.

Ökologische Motivation. Aufgrund des zunehmenden ökologischen Bewusstseins finden Maßnahmen, die auf eine Steigerung der Energieeffizienz abzielen, in weiten Teilen der Bevölkerung Anklang. Zudem wurden mit der Energiewende veränderte Rahmenbedingungen geschaffen, zum Beispiel durch die Förderung energetischer Sanierung von Altbauten oder bei der Errichtung besonders energiesparender Neubauten. Auch die zunehmende Verbreitung von Fotovoltaikanlagen macht intelligente Energiemanagementsysteme interessant, um Eigenstromverbrauch, Einspeisung und Bezug aus dem Versorgungnetz zu optimieren.

Der Endenergieverbrauch in Deutschland (2011: 2430 TWh/a) verteilt sich zu jeweils 30 Prozent auf Industrie und Verkehr, 25 Prozent entfallen auf die circa 40 Millionen Haushalte und 15 Prozent auf Handel und Gewerbe. Dies zeigt, dass Einsparungen im Haushaltsbereich einen signifikanten Beitrag zu den von der Politik angestrebten Energiesparzielen leisten können.

In den Haushalten ist der Energieverbrauch allerdings sehr unterschiedlich verteilt, bedingt durch große Unterschiede bei den Maßnahmen zur Energieeinsparung (zum Beiespiel Wärmedämmung). Im Durchschnitt werden rund 75 Prozent der Energie für die Raumheizung aufgewandt, sodass Maßnahmen zur Wärmedämmung und Optimierung der Raumheizungen durch intelligente Steuerung das größte Einsparpotenzial bieten.

Es ist ebenfalls erhellend, den Verbrauch an elektrischer Energie (circa 137 Milliarden kWh/a) in den Privathaushalten zu betrachten. Hier hat im vorigen Jahrzehnt durch Einführung energiesparender Haushaltsgeräte und die rasante Verbreitung von Unterhaltungselektronik und Informationstechnologie eine deutliche Verschiebung stattgefunden.

Während der Gesamtstromverbrauch pro Haushalt mit durchschnittlich 3100 kWh/a näherungsweise konstant blieb, entfielen 2011 bereits 25 Prozent (1996: sieben Prozent) des Stromverbrauchs auf den Bereich Unterhaltungselektronik und IT. Dies zeigt, dass der Nutzer selbst durch sein Verhalten (Hard-off- anstelle von Stand-by-Schaltungen, bevorzugte Verwendung stromeffizienter Unterhaltungselektronik, usw.) einen wichtigen Beitrag zur Energie-Einsparung leisten kann.

Energiemanagementsysteme helfen Verbrauch von Großgeräten zu verbessern

Intelligente Systeme haben allerdings das Potenzial, den Nutzer hierbei zu unterstützen beziehungsweise Aufgaben in diesem Bereich selbstständig zu übernehmen. Energiemanagementsysteme bieten darüber hinaus die Möglichkeit, den Verbrauch der Großgeräte auf die momentane Verfügbarkeit im Verbundnetz oder auf die momentane Erzeugungsleistung einer Anlage zur Eigenenergieerzeugung abzustimmen.

Die Technologie ist verfügbar, vielfältige Anwendungsszenarien existieren. Doch werden sich Smart-Home-Lösungen durchsetzen und schließlich zu einem allgegenwärtigen Bestandteil unseres Alltagslebens werden? Werden intelligente, vernetzte Geräte unser Leben im und um das Zuhause so nachhaltig beeinflussen, wieSocial Media, Smartphones und Tablets unser Kommunikationsverhalten verändert haben?

Im Mittelpunkt steht dabei die Frage, wie es gelingt, verschiedenste Geräte in ein gemeinsames Smart-Home-Ökosystem einzubinden. Insbesondere bei bestehenden Haushalten ist davon auszugehen, dass der Einstieg in eine intelligente vernetzte Infrastruktur schrittweise erfolgen wird. Anfangs werden dabei individuell ausgewählte kommunikationsfähige Einzelkomponenten eingesetzt werden, die jeweils ein spezielles Nutzungsszenario abdecken.

Eine große Herausforderung und gleichzeitig auch Chance für die Marktakteure wird nun darin liegen, solche Insellösungen zu einem funktionierenden, zukunftsfähigen Gesamtsystem zusammenzufügen. Dies gewährleisten offene und erweiterbare Plattformen, an denen sich bereits jetzt Anbieter verschiedenster Geräte und Anwendungen beteiligen. Aufwendig geplante Komplettlösungen werden dagegen eher bei Neubauten im Vordergrund stehen. Es wird interessant sein zu beobachten, inwiefern sich hierbei Smart-Home-Lösungen als Standardausstattung durchsetzen werden.

Auch im Hinblick auf die Energiewende werden Systeme zur intelligenten Steuerung des Energieverbrauchs, die über reines Monitoring hinausgehen, an Bedeutung gewinnen. Im Jahr 2012 wurden crica 25 Prozent des Strombedarfs der Bundesrepublik Deutschland aus erneuerbaren Energieträgern gedeckt. Bis 2025 soll dieser Anteil auf 40 bis 45 Prozent wachsen, und im Jahr 2050 sollen 80 Prozent des Strombedarfs durch erneuerbare Energieträger gedeckt werden.

Energiemanagementsysteme bieten hier eine flexible und skalierbare Möglichkeit, den Energieverbrauch auf die aktuelle Verfügbarkeit dieser natürlich fluktuierenden Energieträger abzustimmen und begrenzte Ressourcen wirtschaftlich einzusetzen.

Das vorgestellte Energiemanagementsystem, bei dem die großen Verbraucher mit dem Verbundnetz kommunizieren und ihren Strombedarf auf die aktuelle Verfügbarkeit abstimmen, stellt nur einen ersten Schritt auf dem Weg zu einer intelligenten Energieversorgungsinfrastruktur dar. In einem weiteren Schritt kann das Haus mit seinen Stromquellen (zum Beispiel Fotovoltaikanlage, BHKW), Stromverbrauchern (elektrische Geräte) und Stromspeichern (zum Beispiel Akku eines E-Fahrzeugs) als virtuelles Kraftwerk in ein Smart Grid integriert werden.

Die Umsetzung einer solchen intelligenten Infrastruktur wird etwa im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) initiierten Förderschwerpunkts "E-Energy: IKT-basiertes Energiesystem der Zukunft" untersucht . Am Projekt "MeRegio" (Minimum Emission Region) beteiligten sich neben der EnBW die Firmen ABB,IBM, SAP, systemplan und das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) als gleichberechtigte Partner.

Hierbei wurde gezeigt, welche Chancen in einer intelligenten Verknüpfung von Energiemanagement mit innovativen Informations- und Kommunikationstechnologien stecken, wenn die gesamte Wertschöpfungskette - von der zentralen und dezentralen Stromerzeugung über die Einspeisung ins Verteilnetz bis hin zum Verbrauch - berücksichtigt wird.

Schlussgedanken

Wir sind überzeugt, dass sich intelligent vernetzte Geräte schrittweise durchsetzen werden. Einen Anfang machen dabei auf konkrete Anwendungsfälle ausgerichtete Lösungen aus den Bereichen Komfortfunktionen, Gesundheits-Monitoring und Entertainment. Über offene Plattformen lassen sich sukzessive weitere Komponenten integrieren und somit ein umfassendes Smart-Home-System aufbauen. Wenn es auf diese Weise gelingt, Energiemanagementsysteme auf dem Markt zu etablieren, eröffnet dies neue Perspektiven für eine intelligente Energieinfrastruktur und damit für den Erfolg der Energiewende in Deutschland.

* Lifestyle of Health and Sustainability - Personen mit hohem Bildungsgrad und Einkommen