Smart Meter haben viele Vorteile: Weil sie Ablesefehler vermeiden, profitieren Versorgungsunternehmen von der automatisierten Verbrauchsdatenerfassung, was wiederum die Arbeitskosten reduziert. Auch die Erfassung von Daten für Statistiken wird einfacher. Dies erlaubt eine optimale Auslegung und Nutzung des Verteilungsnetzes. Diagnose und verzögerungsfreie Fehlererkennung ermöglichen eine vorausschauende Wartung. Daraus wiederum resultiert ein effizienteres und zuverlässigeres Verteilungsnetz.
Darüber hinaus können Versorgungsunternehmen mit Smart Metern zusätzliche Dienste wie Echtzeitpreise für verschiedene Tageszeiten anbieten. Manche Energienutzungszeiten lassen sich so auf andere Zeiten mit niedrigeren Kosten verschieben. Somit können Endverbraucher Kosten sparen, während Versorgungsunternehmen in Zeiten des Spitzenbedarfs effizient liefern können.
Sobald Smart Meter mit dem Heimnetzwerk verbunden sind, können sie nützliche Informationen über das Verbraucherverhalten liefern. So kann man zum Beispiel den Energieverbrauch der Waschmaschine, den Wasserverbrauch für den Garten und den Gasverbrauch für die Heizung erfahren. Studien zeigen, dass sich alleine durch Sensibilisierung der Verbraucher Einsparungen von 20 % oder mehr erreichen lassen.
Netzwerkstruktur
Je nach Anwendung als Strom-, Gas- oder Wasserzähler sind an den Zähler ein oder mehrere Sensoren an eine Eingangsstufe angeschlossen. Eine Energiequelle mit zugehöriger Power-Management-Schaltung, ein Kommunikationsknoten sowie ein Mikrocontroller für das System-Management sind ebenfalls vorhanden. Für das angeschlossene Netzwerk spielt der Kommunikationsknoten die entscheidende Rolle.
Mehrere Technologien existieren zum Vernetzen von Verbrauchszählern, zwei davon gelten jedoch als richtungsweisend und dominant: Kurzstreckenfunk (SRD, Short Range Devices) und Power Line Communication (PLC). PLC eignet sich speziell für Stromzähler mit „kostenlos“ vorhandenem Leitungsnetz. Für Wasser- und Gaszähler erweist sich SRD als beste Wahl, weil hier ein geeignetes Leitungsnetz fehlt. Auch arbeiten Gas- und Wasserzähler batteriegespeist und machen ihren Energieverbrauch zu einem sehr wichtigen Aspekt.
Um den besten Kompromiss aus Leistungsaufnahme und Reichweite für die Kommunikation zu erzielen, wählen die Entwickler von Verbrauchszählern Funksysteme, die in den Sub-GHz-Bändern arbeiten. In Nordamerika sind dies 915 MHz, in Europa 868 MHz und 433 MHz, wobei das Interesse am 169-MHz-Band steigt. Auch ziehen die meisten Zählerhersteller das kostenfreie und weltweit verfügbare 2,4-GHz-Frequenzband in Betracht. Bei einem bestimmten Energieverbrauch haben Funksysteme, die mit diesen Frequenzen kommunizieren, jedoch eine kürzere Reichweite als Sub-GHz-Funksysteme. Eine große Reichweite ist wichtig bei Gas- und Wasserzählern, die sich in rauen Umgebungen wie Kellern oder Gruben befinden können.
Wasserverbrauchsermittlung
Fortschritte in der drahtlosen Nahbereichsübertragung ermöglichen die Überwachung von Wasserleitungsnetzen. Früher wurde der Wasserverbrauch mit Hilfe mathematischer Modelle und sporadischen Messungen an der Einspeisung des Wasserleitungsnetzes und an den Verbraucheranschlüssen gemessen. Heute ist es mit geeigneter Hardware möglich, mehrere Messungen synchron durchzuführen und so das Wasserleitungsnetz optimal zu managen.
Der Zähler erlaubt Automatic Meter Reading (AMR), was für Abrechnungszwecke, aber auch zum Aufspüren von Verlusten im Netzwerk verwendet werden kann. Mit synchronen und regelmäßigen Messungen an Ein- und Auslässen können Versorgungsunternehmen ein Wasserbudget für Monate, Wochen oder Tage erstellen. Auf diese Art ist es leichter, Verluste im Netzwerk in Folge von Schäden oder illegaler Wasserentnahme zu erkennen. Versorgungsunternehmen können ihren Kunden auch zusätzliche Dienste wie zum Beispiel das Aufspüren von Verlusten im Leitungsnetz des Verbrauchers anbieten. Dazu wird der Wasserverbrauch in der Nacht oder außerhalb von Spitzenzeiten überwacht.
Ein batteriegespeistes Drahtlos-Netzwerk für Wasser-Monitoring ist eine schwierige Aufgabe. Die Wasserzähler müssen über mehrere Jahre, manchmal 10 oder 15 Jahre, in rauen Umgebungen arbeiten und dürfen nur eine begrenzte Energie verbrauchen. Elektromagnetische Interferenzen, erzeugt durch Radio- oder TV-Geräte, GSM-Basisstationen oder Fernsteuerungen können die Empfängerempfindlichkeit reduzieren und in manchen Fällen zur Blockierung des Empfängers führen. Auch können Wettersituationen, metallische Gegenstände wie Abwasserrohre oder parkende Autos die Leistungsfähigkeit von Antennen und die Laufzeit von Funkwellen beeinträchtigen. Hohe Luftfeuchte und Temperaturschwankungen können mechanische Belastungen hervorrufen oder die Leistungsfähigkeit der Batterie senken.
Alle diese Faktoren können sich auf die Zuverlässigkeit des Systems auswirken und die Wartungskosten beeinflussen. Unter diesen Betriebsbedingungen wird klar, dass Zähler eine sehr hohe Empfindlichkeit und Robustheit auf Interferenzen aufweisen müssen und nur wenig Energie verbrauchen dürfen.
Das MultiReader-System
Auf der Basis der Familie ADF702x hat das Unternehmen Smart Metering ein MultiReader-System (siehe Abbildung oben) entwickelt, das die Anforderungen von Versorgungsunternehmen im Hinblick auf das Wasser-Monitoring erfüllt. Beim MultiReader-C handelt es sich um einen batteriegespeisten Zähler, der an bis zu drei Impuls-Emitter-Devices angeschlossen werden kann. Der Zähler kann den Wasserverbrauch in Echtzeit ermitteln, gespeicherte Daten auf Basis eines Kalenders liefern und Messungen mit speziellen Algorithmen durchführen. Alle diese Fähigkeiten erlauben mehrere Services wie zum Beispiel synchrone Messungen an verschiedenen Punkten oder die Ermittlung des Wasserverbrauchs in einem bestimmten Zeitintervall. Außerdem lassen sich andere nützliche Informationen wie Rückfluss, Zählerabschaltung und Verluste beim Verbraucher erfassen.
Der MultiReader-R ist ein batteriegespeister Repeater, der normalerweise auf einem Mast installiert ist und die Reichweite der Zähler vergrößert. Er kann mit Zählern, anderen Repeatern und Konzentratoren kommunizieren. Der MultiReader-G sammelt die Daten von Zählern und kann über das GSM-Netz mit einem Central Office kommunizieren.
