Die Klimadebatte ist bereits seit Monaten, wenn nicht sogar Jahren, in aller Munde und die Folgen des Klimawandels direkt vor unseren Augen: Schmelzendes Eis an den Polkappen führt zu einem Anstieg des Meeresspiegels, einige Regionen haben aufgrund der häufiger auftretenden extremen Wetterereignisse mit zu viel Niederschlag zu kämpfen, während andere Orte unter extremen Hitzewellen und Dürren leiden. Das Thema bewegt Gesellschaft und Politik gleichermaßen, jeder ist aufgefordert, einen Beitrag zu leisten und seinen eigenen ökologischen Fußabdruck zu verbessern.

Der Energieverbrauch spielt dabei eine wesentliche Rolle. Heutige Smart-Home-Lösungen können unter anderem den Stromverbrauch steuern und regulieren beispielsweise die Heizungstemperatur bei geöffnetem Fenster. Eingebettet in das Internet der Dinge (IoT), melden Sensoren dem Verbraucher so den genauen Nutzungsbedarf eines Gebäudes oder können ihn vorhersagen.

Eckdaten

Mithilfe von Energy Harvesting liefern die Funksensoren relevante Daten, mit denen sich zum Beispiel in Gebäuden Energie einsparen lässt. Da der Großteil Bestandsgebäude sind, muss sich ein solches Sensorsystem möglichst einfach implementieren und an spezifische Anforderungen anpassen lassen. Hier kommt NFC (Near Field Communication) als Ergänzung für die Inbetriebnahme von energieautarken Sensor- und Schaltermodulen ins Spiel. Eine integrierte NFC-Schnittstelle ermöglicht es, den Sensor über einen NFC-Reader oder ein NFC-fähiges Smartphone oder Tablet zu konfigurieren. Daraus ergeben sich für den Produktentwickler ganz neue Möglichkeiten, energieautarke Sensoren für verschiedenste Anwendungsfelder und Kundenanforderungen anzupassen, und Installateure können effizienter arbeiten.

Kleinste Energiemengen werden genutzt

Viele neu entwickelte Technologien heutzutage gehen das Thema Umweltschutz und Klimawandel bereits an. Dazu gehören auch Energy-Harvesting-Funksensoren von Enocean. Energy Harvesting ist sowohl in der Gebäudeautomation als auch im Smart Home eine etablierte Technologie für Funkschalter, -sensoren und auch Aktoren, die ihre Energie aus der unmittelbaren Umgebung erhalten.

Zu den Lösungen gehören beispielsweise batterielose Schalter, Fenstergriffe, Licht-, Temperatur- sowie  Feuchtesensoren oder auch Präsenzmelder sowie Heizkörperstellventile. Die Technologie sammelt dazu geringste Energiemengen aus der Umgebung, speichert diese in batterielosen Funksensoren und wandelt sie für die Kommunikation und Funktion des Sensors dann um. Dabei gewinnt ein solches System Energie aus Bewegung, Licht und Temperaturunterschieden. Beispielsweise aktiviert der Druck auf einen Schalter einen elektromechanischen Energiewandler, der auf Basis dieser Bewegung Energie für ein Telegramm bereitstellt. Diese Technologie eignet sich vor allem zum Einsatz in Gebäuden, da das Signal Licht und Haushaltsgeräte ein- und ausschalten oder auch Lichtszenen steuern kann. Mit dem gleichen Prinzip kann ein kinetischer Fensterkontakt melden, ob ein Fenster offen oder geschlossen ist.

Eine weitere Möglichkeit, diese Technologie in Gebäuden einzusetzen, ist die Nutzung eines batterielosen Wassersensors. Hier wird der Energiewandler aktiviert, sobald Wasser mit dem aufquellenden Material am Boden des Sensors in Berührung kommt. Diese Art Sensoren lassen sich bequem unter der Waschmaschine oder der Badewanne positionieren und können durch das Senden eines Funksignals Wasserschäden vermeiden.

Bei der Energiegewinnung aus Licht reicht bereits die Lichtstärke von Innenlicht, damit kleine Solarzellen Funkmodule mit Strom versorgen können. Dazu gehören Temperatur-, CO2-, Anwesenheitssensoren, solarbasierte Fensterkontakte oder Feuchtigkeitssensoren. Ein solarbetriebenes Temperatursensormodul kann etwa bei geringem Stromverbrauch zuverlässig die Temperatur in einem Raum messen. Ist der Energiespeicher vollständig aufgeladen, bleibt das Modul selbst bei absoluter Dunkelheit für etwa eine Woche voll funktionsfähig.

Frau vor Stadkulisse und technischen Typogrammen

Mit Funksensoren und Energy Harvesting lassen sich Bestandsgebäude umweltschonend und IoT-fähig machen. GettyImages/Enocean

Energie können solche Systeme zudem auch aus Temperatur gewinnen, denn elektronische Geräte werden bereits mit genügend Energie versorgt, wenn die Temperatur um 2 °C sinkt. Hierbei wird ein DC/DC-Wandler und ein Peltier-Element miteinander kombiniert. Mit dieser Form des Energy Harvesting lassen sich beispielsweise energieautarke Heizkörperstellventile betreiben, die den Temperaturunterschied zwischen dem Heizkörper und der Umgebung nutzen.

Mithilfe der ressourcenschonenden Technologie des Energy Harvesting liefern die Sensoren und Module Daten, um beispielsweise in Gebäuden Energie und damit CO2 einzusparen. Somit können etwa Heizungen bei geöffnetem Fenster reguliert, nicht benutzte Geräte komplett abgeschaltet oder aber auch das Licht in leeren Räumen ausgeschaltet werden.

Bei der Umstellung in Gebäuden auf energieautarke Funksensoren ist die Energy-Harvesting-Technologie besonders gut geeignet, da die Sensoren hiermit frei im Raum platzierbar und wartungsfrei sind. Außerdem ist es nicht notwendig, umständlich meterweise Kabel durch die Wände zu verlegen. Dies ist gerade bei denkmalgeschützten Gebäuden, bei denen keinerlei Umbauten vorgenommen werden dürfen, ein wichtiger Aspekt.

Baum mit IC

Energy Harvesting nutzt geringe Mengen Energie aus der Umwelt und betreibt damit Komponenten wie Sensoren. Eine zusätzliche Energiequelle ist nicht nötig. Enocean

Funkbasierte Sensorlösungen auf Basis der Energy-Harvesting-Technologie erhöhen zudem die Sicherheit und den Komfort in smarten Gebäuden – und ganz nebenbei lassen sich Einsparungen bei den Energie- und Betriebskosten von bis zu 40 Prozent erzielen, etwa mit Präsenzmeldern, die das Licht ausschalten, wenn niemand mehr im Raum ist. Diese ressourcenschonende Technologie ohne Batterien zahlt sich also nicht nur für die Umwelt aus.

Einfache Inbetriebnahme von Sensoren

Der Großteil der Gebäude sind Bestandsimmobilien. Ein Sensorsystem mit integriertem Energy Havesting muss sich daher möglichst einfach implementieren und an spezifische Anforderungen anpassen lassen. Gerade dann, wenn sich Tausende von Sensoren, die Daten für individuelle und bedarfsgerechte Optimierungsprozesse liefern, in einem Gebäude befinden. Die Inbetriebnahme von energieautarken Sensor- und Schaltermodulen über NFC bietet hierfür eine Lösung. Bei dieser Art der drahtlosen Kommunikation werden Daten von einem NFC-Gerät über eine kurze Reichweite von maximal zwei Zentimetern an ein NFC-Lesegerät übertragen. Dies können beispielsweise NFC-fähige Smartphones oder Tablets sein.

Enocean hat hierfür eine eigene App namens Enocean Tool entwickelt, mit der sich NFC-Geräte von Enocean wie der neue Multisensor STM 550, der Temperatur-, Feuchte-, Beleuchtungs-, Beschleunigungs- und Magnetkontaktsensoren in einem kompakten Gehäuse vereint, und das PTM-Schaltermodul mit NFC-Schnittstelle direkt konfigurieren und in Betrieb nehmen lassen. Aufgrund der kurzen Entfernung zwischen den beiden Geräten bietet die Datenübertragung via NFC einen hohen Datenschutz. Für das Energy Harvesting sind hierbei zwei Kommunikationsmodi von Bedeutung: Das ist zum einen der Reader/Writer-Modus, der Daten aus NFC-fähigen Objekten ausliest, und zum anderen der Peer-to-Peer-Modus zum Datenaustausch zwischen zwei Devices.

Mensch hält Smartphone und Tablet in den Händen.

Mit Tablet oder Smartphone lassen sich die Sensoren konfigurieren, zudem lassen sich damit Daten erfassen und auswerten. GettyImages/Enocean

Von dieser Art der Datenübertragung profitieren hauptsächlich Installateure und Erstausstatter (OEMs), denn die Konfiguration und Inbetriebnahme von Schaltern und Sensoren gestaltet sich mit NFC viel weniger aufwendig und dadurch auch schneller. Durch diesen geringeren Zeitverbrauch arbeiten Installateure um einiges effizienter.

Folgende Eigenschaften macht NFC für Installateure und OEMs besonders interessant:

  • Die Module müssen für die Inbetriebnahme und Konfiguration nicht aus ihren Schaltergehäusen genommen werden.
  • Installateure können die Geräte direkt vor Ort konfigurieren, wodurch weniger Lagerkosten enstehen.
  • Mit NFC lässt sich die komplette Inbetriebnahme des NFC-Geräts dokumentieren. Installateure können demnach genau nachvollziehen, welche Einstellungen vorab durchgeführt wurden und ersparen sich so aufwendige und teure Untersuchungen am Gerät.
  • OEMs können bei IoT-Projekten mit NFC alle spezifischen Geräteverlinkungen, die für ein individuell geplantes System benötigt werden, im Vorfeld einstellen.

Mit NFC sind Geräte also nicht nur schneller und einfacher zu konfigurieren und in Betrieb zu nehmen, Installateure und OEMs sparen dadurch auch wertvolle Projektzeit und können gleichzeitig Kosten einsparen.