AKTUELLES

Energie

Elektrische Energie ist ein ständiger Begleiter aller Menschen und in nahezu allen Lebenssituationen präsent. Wir treten stets energierelevanten Entscheidungen gegenüber und treffen diese oft unüberlegt, denn Energie nehmen wir nicht als direktes Konsumgut wahr. Dabei wird über ein Viertel des gesamten Energiekonsums in Deutschland von Privathaushalten verbraucht. Durch die fehlende Sichtbarkeit und Materialität der Energie wird der bewusste, nachhaltige Umgang erschwert. Häufig fehlt der Zugang zum eigenen Energiekonsum, weil dieser nicht transparent genug ist, sondern nur durch eine jährliche Abrechnung angegeben wird. Um diesem Defizit entgegenzuwirken sollen Verbraucher durch Heim-Energiemanagement-Systeme über ihren Energieverbrauch aufgeklärt und auf Einsparpotentiale aufmerksam gemacht werden. Dabei soll die Technik aktiv und passiv bei der Entscheidungsfindung unterstützen oder gegebenenfalls im Interesse des Benutzers automatisiert handeln. Eine große Herausforderung bei der Gestaltung dieser Art von Systemen ist es, eine größtmögliche Akzeptanz zu erreichen, damit die Verbraucher stets bewusst und wirtschaftlich handeln können.


Nachhaltigkeitsforschung an der Universität Siegen

Ein Forschungsfeld, welches sich ausgiebig mit den neuen technischen Möglichkeiten zur Nachhaltigkeit befasst, ist das Sustainable Interaction Design. Hierbei handelt es sich um ein interdisziplinäres Forschungsfeld, bei dem ethnographisch orientierte Studien zu situierten Energiepraktiken mit experimentellen Design-Fallstudien zu Energiemanagement-Systemen (EMS) verbunden werden. Sustainable Interaction Design gehört zu dem Feld Human-Computer-Interaction (HCI) und wurde in einer Auswertung von Goodman, neben Re-visioning Consumption und Citizen Sensing, als größtes Gebiet des HCI im Bereich der Nachhaltigkeit klassifiziert. Im Bereich des Sustainable Interaction Design untersucht die Universität Siegen, wie die Potentiale der digitalen Erfassung und Kontrolle von elektrischen Geräten zur Unterstützung nachhaltigen Energiekonsums im Alltag ausgeschöpft werden können. Die Untersuchungen geschehen vorwiegend in den vorhanden Testhaushalten (LivingLabs), um die Aneignungsprozesse in der Praxis zu erforschen. Dabei wird ein iterativer, partizipativer Ansatz gewählt, der es erlaubt in enger Zusammenarbeit mit den Beteiligten, das System stetig weiter zu entwickeln. Dadurch sollen die Anforderungen von unterschiedlichen Benutzern in alltäglichen Aktivitäten herausgearbeitet werden, die zu einer Akzeptanzsteigerung der Anwendung führen sollen.


Energie Management System der USi

Datenerfassung

Die Datenerfassung geschieht zum einen auf Gerätebasis durch sogenannte intelligente Zwischenstecker und zum anderen auf Basis des gesamten Haushaltsverbrauchs durch intelligente, digitale Energiezähler (sogenannte Smart Meter). Diese ermöglichen es uns, ohne großen Aufwand in jedem Haus die Energiedaten zu erfassen. Die feingranulare Abbildung von Energiekonsum hat sich in den Vorstudien und in der Literatur als eine wichtige Stütze für die Erklärungsbemühungen der Anwender erwiesen. Zusätzlich ermöglichen die intelligenten Steckdosen auch das ortsungebundene Schalten von Geräten.

Datenverarbeitung

Die Verarbeitung der Daten sowie die Speicherung und Auswertung geschieht auf einem Energie-Server. Dieser Energieserver fragt die Daten der intelligenten Stecker und des Smart Meters sekündlich ab und speichert diese in der internen Datenbank. Durch vordefinierte Schnittstellen stehen die Daten für externe Anwendungen über einen Webservice zur Verfügung. Bei dem Server handelt es sich um einen Mini-Computer der zum einen platzsparend aufgestellt werden kann und zum anderen einen geringen Energieverbrauch aufweist.

Datenvisualisierung

Die Anzeige der Energiedaten stellt die wesentliche Komponente bei Energiemanagement-Systemen dar. Dabei sind die Möglichkeiten der Darstellung sehr weitreichend und die Anforderungen der Benutzer variieren stark. In unserem System verwenden wir mehrere Anzeigemöglichkeiten auf unterschiedlichen Endgeräten. Diese sind teilweise individuell konfigurierbar und berücksichtigen den Kontext des Benutzers, um die Integration in den Alltag der Benutzer zu erleichtern.

Als erste Komponente unseres Systems haben wir eine Smartphone Webapplikation entwickelt, die sowohl auf Android-, als auch auf Apple Smartphones verwendet werden kann. Die Anzeige ist sehr minimalistisch gehalten: Es wird der aktuelle Gesamtverbrauch angezeigt sowie der aktuelle Zählerstand (bei Prosumenten wird ebenfalls der Zählerstand für die produzierte Energie angezeigt). Die einzelnen Geräte, die durch die intelligenten Stecker überwacht werden, werden in einer Listenansicht mit dem aktuellen Verbrauch angezeigt. Die Besonderheit bei diesem Prototypen ist die automatische Klassifizierung des Energieverbrauchs. Das System erlernt durch wiederkehrende Verbrauchsmuster in welchem Zustand sich die einzelnen Geräte aktuell befinden. Dadurch kann das System dem Benutzer aufzeigen, wo Einsparpotentiale verborgen sind. Wählt man eines der Geräte aus der Liste aus, erhält man zusätzliche Information über den historischen Wochenverbrauch dieses Gerätes. Dies dient dazu, den aktuellen Verbrauch mit dem der letzten Wochen zu vergleichen. Eine direkte Schaltung der Geräte ist ebenfalls möglich, um vergessene Geräte bequem und ortsungebunden abzuschalten.

App-4 App-5 App-3

Bei der zweiten Komponente in unserem Setup handelt es sich um eine native Tablet-Applikation für Android Geräte. Die Besonderheit dieser Komponente liegt darin, dass das Gerät zusätzlich zu den Energiedaten auch die Positionsdaten erfasst und speichert. Dadurch können die Energiedaten durch ein Bewegungsprofil ergänzt werden, um die Rekonstruktionsfähigkeit von Abläufen zu erhöhen und Optimierungsspielraum in der Verwendung von Energieservices erkennbar zu machen. Die Erfassung der Positionsdaten geschieht durch WiFi-Fingerprinting, wodurch keine zusätzliche Hardware im Haushalt benötigt wird. Neben der Anreicherung der Energiedaten, werden die Positionsdaten auch dazu verwendet, dem Benutzer individualisierte Anzeigeelemente zur Verfügung zu stellen. In dem Screenshot (unten) kann man erkennen, dass Geräte nach dem aktuellen Aufenthaltsort klassifiziert werden. Dies ermöglicht dem Benutzer einen schnellen Überblick über aktive Geräte außerhalb des Aktionsradius. Zusätzlich kann das System solche Situation selbstständig erkennen und den Benutzer auf Wunsch benachrichtigen oder ggf. automatisch handeln. Der Prototyp beinhaltetet noch weitere Anzeigeelemente, um verschiedene Bedürfnisse des Benutzers zu berücksichtigen. So werden neben numerischen Auswertungen auch ambiente Anzeigeelemente verwendet, um unterbewusst auf den aktuellen Energieverbrauch aufmerksam zu machen.

App-2 App-1

Mit der dritten Komponente verfügt unser System über eine Web-Applikation für TV-Geräte und Monitore. Hierbei kann der aktuelle Energieverbrauch bequem angezeigt werden, wie auch der Vergleich aller historischer Werte auf Stunden-, Tages-, Wochen- oder Monatsbasis. Der Verbrauch einzelner Geräte lässt sich dabei auch auf verschiedene Weisen zusammenfassen. Beispielsweise lassen sich gesamte Räume mit einander vergleichen oder zwischen Arbeits- und Entertainmentgeräten unterscheiden. Die Entwicklung des Zählerstands kann ebenfalls im Vergleich zu einem antizipierten Energieverbrauch, der für den Haushalt einen repräsentativen Vergleichswert beinhaltet, betrachtet werden.

Monitor-1 Monitor-2


Zusammenfassung / Ausblick

Eine besondere Herausforderung ist es, eine Unterstützungsleistung anzubieten, die gezielt die Methoden des Erklärbarmachens anwendet und Energiedaten mit Sinn anreichert. Den Verbrauchern soll der Nutzen und die Notwendigkeit des Energieverbrauchs einfach und verständlich aufgezeigt werden, wodurch eine korrekte Klassifizierung nach Verschwendung und benötiger Energie unabdingbar ist. Verschiedene Funktionen, Endgeräte und Visualisierungsformen unterstützen das Bewusstsein für Energieverbräuche. Zusätzlich können die Systeme eine aktive Rolle übernehmen. Dabei werden die Verbraucher in der Entscheidungsfindung durch Handlungsvorschläge etc. aktiv unterstützt oder das System handelt direkt automatisch nach den Einstellungen des Benutzers. Im weiteren Forschungsvorhaben wollen wir diese Ansätze weiter erforschen und interativ mit den Benutzern zusammen weiterentwickeln.

DIE PARTNER