Zukunftssicheres Energie Management

Projekttitel: DIGITAL TWIN-Software für solare Erzeugungsanlagen

Ideengeber*in:

Potenzielle Projektpartner*innen

• JARO Institut für Nachhaltigkeit und Digitalisierung e.V., Yvonne Jamal (Vorstand), Prof. Dr. Sandra Rochnowski (Vorstand)
• Michiel Herter, Rechtswissenschaften (LLM; Amsterdam) und Business Administration (BA; Delft), spezialisiert auf die Beratung von Startups und von (potenziellen) Investoren und Aktionären
• Felix Nitschke, Senior Manager, EADS Innovation Works, im Bereich Luft- und Raumfahrt sowie den dazugehörigen Dienstleistungen
• Prof. Dr.-Ing. Massoud Momeni, Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, Fachbereich 1: Ingenieurwissenschaften I - Energie und Information
• Ivan Nicolas Garcia, Hanwha Q Cells GmbH, Industrial Engineer System Solutions, Spezialist für Entwicklung und Implementierung von Produkten und Services im Bereich PV und Energie Management
  
• Prof. Volker Quaschning, Ingenieurwissenschaftler und Professor für Regenerative Energiesysteme an der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Berlin (angefragt)
  
• Ralf Küpper, SAE IT-systems GmbH & Co. KG, Projektierung / Project Engineering für Steuerungssysteme im Energiebereich (angefragt)
  

Ausgangslage

Der Markt für Hardware (HW) und Software (SW) im Bereich der Anlagenüberwachung und automatisierten Datenerfassung ist durch zahlreiche Marktteilnehmer gekennzeichnet. Marktführer im deutschen Markt sind die Firmen SolarLog und meteocontrol.

Im Bereich der Hardware haben sich die Anbieter überwiegend mit stark modular basierten Angeboten etabliert. Dabei werden einzelne technische Standard-Komponenten und Lizenzen je nach Leistungsgröße der in Betracht kommenden Anlage additiv vom Kunden abgenommen.

Die Situation im SW-Bereich ist ähnlich zu dem zuvor beschriebenen. Es gibt mehrere Anbieter, die Webportale zur Darstellung der Anlagendaten offerieren. Neben den größten HW-Anbietern sind hier auch einige “reine” SW-Firmen vertreten, die sich via Open Source mit unterschiedlichen HW-Marken verbinden können. Allerdings gibt es auch Marken, die Fremdanbietern die Anbindung an ihre HW als auch SW konsequent verweigern und auf einen die diversifizierte Marktlage negierenden Log-In-Effekt setzen.

Die Fragmentierung im Markt belastet den Anwender bzw. Industriekunden, indem die einzelnen Komponenten häufig weder den Schnittstellen bzw. Protokollen, noch dem Stand der Entwicklung nach aufeinander abgestimmt sind und damit eine wechselseitige Verwendung hemmen und aufgrund der mangelnden Transparenz ebenfalls Innovationen verschleppen.

Darüber hinaus befindet sich der Markt für Erneuerbare Energie (EE) aufgrund gesetzlicher Vorgaben, aber auch aus Gründen einer veränderten Nutzung stark im Wandel, wobei regelmäßig neue Anforderungen an HW und SW formuliert werden (e.g. Thema Direktvermarktung und Fernwirkung). Traditionelle Hersteller reagieren darauf häufig erst mit Verzögerung durch neue Geräteversionen oder kostenpflichtige Firmware-Updates, die durch wiederum kostenpflichtige Vor-Ort-Einsätze manuell auf die Bestandsgeräte aufgespielt werden müssen.

“Leidensdruck” entsteht für den Kunden auch durch enge Garantiezeiträume (max. 24 Monate), die diametral dem dynamischen Marktanforderungsprofil entgegenstehen und in aller Regelmäßigkeit zur Notwendigkeit einer kostenpflichtigen Auf- oder Umrüstung bzw. Neuanschaffung führen.

Dieser Umstand wird vom Wettbewerb zum eigenen Vorteil in Kauf genommen.

ampere.cloud möchte die zuvor genannten Defizite durch den eigenen Ansatz aufheben. Diesem Zweck zufolge wird die Datenerfassung und -verarbeitung im Bereich von solaren Erzeugungsanlagen über einen holistischen und cloudbasierten Ansatz vollständig als Dienstleistung abgebildet, die dem Kunden die Nutzung seiner Anlagendaten auf vorteilhafte Weise erleichtert und die Branche an sich durch technologische Innovation zukunftssicherer macht.

Der Inhalt, des hier vorgestellten Antrags, könnte für die Normenausschüsse DKE/K 261 „Systemaspekte der elektrischen Energieversorgung“ sowie DKE/K 373 „Photovoltaische Solarenergie-Systeme“ von Relevanz sein.

Nutzen

Worin liegt das Optimierungspotential?

Zu diesen Zwecken wird u.a. im Bereich SW die Erzeugungsanlage als vollständiger digitaler Zwilling abgebildet. Dabei werden alle relevanten Komponenten des Kraftwerks berücksichtigt und finden sich in der SW wieder. Das mitunter gängige Prinzip einer schlichten digitalen Kopie der Anlage wird zu einem holistischen, SW-basierten Virtuellen Kraftwerk (VPP) weiterentwickelt. Das ermöglicht eine präzise Trennschärfe zwischen SW und HW und macht in der Folge die Fehlerdiagnose und -behebung durch Vor-Ort-Einsätze größtenteils überflüssig.

(Quelle: ampere.cloud GmbH, cloud.vision)

Stattdessen lässt sich aus der Ferne über die Cloud sowohl auf die SW als auch die HW, den cloud.log, einwirken. Letzterer agiert als Single Point of Contact (SPoC) und führt als alleinige Schnittstelle zwischen Anlage und SW zu einer Hyper-Konvergenz, bei der alle Nutzergruppen aus nur einem cloudbasierten System heraus mit Informationen gespeist werden. Die SW wird per Open Platform Strategy programmiert und nimmt bereits die zukünftige Anbindung weiterer Service-Dienstleister (z.B. Versicherer, OEM) per Schnittstelle vorweg.

(Quelle: ampere.cloud GmbH, cloud.log)

Wer profitiert von der Innovation und dem Standard?

Firmware-Updates und Fernwartung via Cloud garantieren dem Anwender stets die aktuellste Version in Abhängigkeit von den Entwicklungen am Markt. Bei der Konzeption des cloud.log wurde disruptiv auf bestimmte HW-Komponenten verzichtet und diese Funktionen stattdessen SW-seitig durch Protokolle substituiert. Das gilt auch für die HW-Komponenten von Anbietern im Bereich Direktvermarktung (z.B. NEXT Kraftwerke GmbH), die nunmehr ausschließlich per SW-Protokoll eingebunden sind und so auch den zusätzlichen Erwerb ihrer HW aus Kundensicht überflüssig machen. In der Anschaffung bzw. umgerechnet auf das von ampere.cloud eingeführte Mietmodell machen sich diese Einsparungen im Vergleich deutlich bemerkbar.

(Quelle: ampere.cloud GmbH; eigene Kalkulation)

Der cloud.log selbst ist aus Standard-Komponenten zusammengesetzt und kann ohne Spezialkenntnisse und über Standardverbindungen in die Anlage eingebunden werden. Die wesentliche Innovation des cloud.log liegt in der Firmware, die sich selbstständig über die Cloud konfiguriert. Bei Produkten des Wettbewerbs (z.B. SolarLog) muss die Konfiguration vor Ort und über eine Ethernet-Verbindung manuell erfolgen. Insgesamt macht das Cloud-Konzept das Anlagen-Setup zukunftssicherer, da Fehlerdiagnosen und -behebungen per Fernwartung durchgeführt werden. Dem Kunden werden Vor-Ort-Einsätze erspart, was wiederum der Umwelt und dem Kunden-Budget zugutekommt.

(Quelle: ampere.cloud GmbH, eigene Kalkulation)

Auch verlagert die Innovation Managementaufgaben, indem u.a. der Wechsel des Direktvermarkters nunmehr aus der Ferne über die Cloud vorgenommen werden kann und auch hierfür von keinerlei Seite Planungen von Vor-Ort-Einsätzen mehr notwendig sind.

Wie werden die Ergebnisse nach Projektabschluss verwertet?

Die Ergebnisse werden dazu verwendet, die Solarbranche und auch weitere nachhaltige Formen der Energieerzeugung, auf die die Technologie ebenfalls anwendbar ist, zukunftssicher zu machen. Dafür soll der Standard breit vor- und zur Verfügung gestellt werden.

Skizzieren Sie bitte die europäische/internationale Bedeutung

Durch die Verwendung von Standard-Komponenten auf HW-Seite sowie globale Programmierstandards sind der Anwendung des zuvor Beschriebenen in internationalen Märkten keine Grenzen gesetzt. Im Gegenteil: im Verbund mit dem HW-as-a-Service Modell kann die hier angestrebte Norm vom Industriestandort Deutschland aus Innovation in internationale Märkte tragen und damit die technologische Vorreiterrolle, die die hiesige Branche mit dem Beginn der industriellen Solarnutzung originär innehatte, neuerlich unterfüttern.

Bestehen Einreichungsmöglichkeiten bei Europäischen und internationalen Normungsorganisationen (CEN/CENELEC/ISO/IEC)?

Die Möglichkeiten können bestehen und werden derzeit geprüft.

Kompetenzen und Ressourcen

Florian Strunck (MBA); geschäftsführender Gesellschafter: als Experte für Marketing und Indirect Procurement hat Herr Strunck mehrere Einkaufsabteilungen in Führungsposition mit auf- oder umgebaut (u.a. Axel Springer, Zalando) und weist zudem einschlägige Erfahrung in der Gründung und Führung von Unternehmen, auch im Ausland, auf.

Erik Nitschke; CIO und Gesellschafter: ist ein erfahrener Technologie-Manager und SW-Programmierer mit profunder Erfahrung im Aufbau und dem Management von zentralen IT-Strukturen in Startups sowie mit unternehmerischem Hintergrund.

Frederik Merz; CTO und Gesellschafter: ist ein studierter Mikrosystem-Ingenieur mit Spezialisierung und Erfahrung aus der Projektleitung im Bereich von Embedded Electronics sowie unternehmerischem Hintergrund.

Steffen Kintlein; Expertenbeirat und Gesellschafter: ist Experte (TÜV) für Photovoltaik- und Energiemanagementsysteme mit langjähriger Erfahrung in der Planung, dem Bau und Betrieb von Solaranlagen.

Benjamin Ose; Expertenbeirat und Gesellschafter: ist Experte für Geschäfts- und Projektfinanzierung mit langjähriger Erfahrung in der PV-Entwicklung und im PV-Recht.

Yvonne Jamal; Gremiumsmitglied und Vorstand Jaro Institut e.V.: ist Diplom-Betriebswirtin (BA) und hat mehr als 15 Jahre Erfahrung u.a. in leitenden Positionen im indirekten Einkauf und engagiert sich ehrenamtlich im Regionalvorstand beim Bundesverband Materialwirtschaft, Einkauf und Logistik (BME) im Bereich Nachhaltige Beschaffung.

Prof. Dr. Sandra Rochnowski; Gremiumsmitglied und stellv. Vorstandsvorsitzende des Jaro Instituts e.V.: ist Betriebswirtin mit über 15 Jahren Erfahrung und promovierte erfolgreich zum Thema Gesundheitsmanagement für Führungskräfte, außerdem Studiengangsleiterin an der SRH Hochschule Berlin, Campus Hotel-Akademie Dresden.

Prof. Dr.-Ing. Massoud Momeni, Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, Fachbereich 1: Ingenieurwissenschaften I - Energie und Information

Ivan Nicolas Garcia, Hanwha Q Cells GmbH, Industrial Engineer System Solutions, Spezialist für Entwicklung und Implementierung von Produkten und Services im Bereich PV und Energie Management

Standardisierungsscope

Die hier angestrebte Norm erneuert und standardisiert die protokollarische und vollumfängliche Verbindung zwischen HW und SW im Bereich der Anlagenüberwachung, Steuerung und der angeschlossenen Dienste von Solaranlagen sowie die Beziehung zwischen In-Verkehr-Bringer und Anwender (HW-as-a-Service).

Aus betriebswirtschaftlicher und ökologischer Sicht werden nachweislich Ressourcen geschont bzw. freigesetzt (Auto-Konfiguration & Fernwartung).

Über das innovative Prinzip der cloudbasierten Inbetriebnahme und Aktualisierung (bzw. Wartung) sowie modernster Programmierstandards trägt sie dazu bei, die Branche im Sinne einer konkreten technologischen Anwendung zukunftssicher zu machen.

Der hier skizzierte Standard (Prozess & Technologie) ist mit denselben Komponenten auch außerhalb der Solarbranche anwendbar (z.B. für Windkraft) und bringt somit als inhärentes Merkmal die Innovation und Zukunftssicherheit für den Bereich der nachhaltigen Energieerzeugung schon mit sich.