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Energie-Dashboard mit verteiltem Mini-EMS auf gPlug IoT-Adaptern

Im Rahmen dieses Projekts wurde ein Proof-of-Concept für ein verteiltes Energiemanagement-System (EMS) entwickelt. Es ermöglicht die Visualisierung von Energiedaten über ein lokales Dashboard und die Optimierung des Eigenverbrauchs in einem virtuellen Zusammenschluss zum Eigenverbrauch (vZEV).

Ausgangslage

Mit der zunehmenden Verbreitung von Smartmetern in der Schweiz eröffnen sich neue Möglichkeiten, Stromzählerdaten effizient zu nutzen. Die Liberalisierung des Strommarktes und Konzepte wie der virtuelle Zusammenschluss zum Eigenverbrauch (vZEV) schaffen Bedarf an Lösungen, die über das blosse Ablesen von Zählerständen hinausgehen.

Bestehende Visualisierungen von Netzbetreibern sind oft zeitverzögert und bieten keine Echtzeit-Optimierung. Zudem ist die Koordination von Verbrauchern und Erzeugern (z. B. PV-Anlagen) in einem vZEV komplex. Der "gPlug" der Gantrisch Energie AG, ein auf Tasmota basierender IoT-Adapter, bietet hierfür eine lokale Schnittstelle ohne Cloud-Zwang. Darauf aufbauend sollte ein System entwickelt werden, das diese Daten lokal verarbeitet, visualisiert und zur Steuerung nutzt.

Zielsetzung

Das Hauptziel der Arbeit war die Entwicklung eines leichtgewichtigen, verteilten Energiemanagement-Systems als Proof-of-Concept. Das System besteht aus zwei Hauptkomponenten:

  • Dashboard: Eine Webapplikation, die Energiedaten (Verbrauch, Produktion, Kosten) für Endnutzer verständlich visualisiert und Abrechnungen innerhalb eines vZEV unterstützt. Die Daten sollen dabei lokal im Browser gespeichert werden.
  • EMS: Eine Logik auf den gPlug-Adaptern, die den Austausch von Daten zwischen mehreren Gebäuden im selben Netzwerk ermöglicht und Lasten (z. B. Boiler, Shelly-Schalter) dynamisch steuert, um den Eigenverbrauch zu optimieren.
Dashboard Desktop
vZEV Abrechnungstabelle
Einstellungen im Dashboard
Einstellungen im Dashboard

Ergebnisse

Es wurde erfolgreich ein funktionsfähiger Proof-of-Concept umgesetzt, der aus einem Dashboard und einem verteilten EMS besteht. Das Dashboard wurde mit Alpine.js und Apache ECharts realisiert und ermöglicht Nutzern, ihren Energieverbrauch in Echtzeit zu analysieren.

  • Lokale Datenhaltung: Langzeitdaten werden effizient mittels IndexedDB direkt im Browser des Nutzers gespeichert, was die Privatsphäre schützt und die Abhängigkeit von externen Servern minimiert.
  • Verteiltes System: Mehrere gPlugs kommunizieren über UDP-Multicast im lokalen Netzwerk miteinander, ohne einen zentralen Server zu benötigen.
  • Lastmanagement: Das System kann Verbraucher basierend auf der aktuellen Produktion und dem Gesamtverbrauch im vZEV dynamisch an- oder abschalten.
  • Abrechnungsunterstützung: Das Dashboard stellt aggregierte Daten bereit, die eine einfache Abrechnung zwischen Teilnehmern eines vZEV ermöglichen.

Das Projekt zeigt auf, dass mit kostengünstiger Hardware (ESP32) und effizienter Softwarearchitektur (Berry Scripting, Alpine.js) leistungsfähige IoT-Lösungen für die Energiewende realisiert werden können.

Projektfazit
«Das Endprodukt schafft ein Fundament für ein verteiltes EMS, indem es einen funktionierenden PoC liefert, auf dem weiter aufgebaut werden kann. Der PoC ermöglicht es mehreren gPlugs im selben Netzwerk selbstständig ihre Energieproduktion und ihren Energieverbrauch zu steuern.»
Aus dem Projektbericht

Technische Schlüsselbegriffe (Glossar)

  • EMSEnergie Management System: Computergesteuertes System zur Überwachung und Steuerung eines Energiekreislaufs.
  • vZEVVirtueller Zusammenschluss zum Eigenverbrauch: Virtueller Zusammenschluss nicht zusammenhängender Grundstücke zur gemeinsamen Energienutzung.
  • gPlugEin auf Tasmota basierender IoT-Adapter für Smartmeter, entwickelt von der Gantrisch Energie AG.
  • BerryEine leichtgewichtige Skriptsprache, speziell entwickelt für eingebettete Systeme wie den ESP32.
  • Alpine.jsEin minimalistisches JavaScript-Framework für Frontend-Interaktionen.
  • MQTTEin leichtgewichtiges Netzwerkprotokoll zur Übertragung von Nachrichten (Machine-to-Machine).
  • IndexedDBEine im Browser integrierte, transaktionale Datenbank zur lokalen Speicherung grosser Datenmengen.

Auftraggeber

Gantrisch Energie AG Logo

Gantrisch Energie AG
Hermann Hüni
Im Than 7
3150 Schwarzenburg
Zur gPlug Webseite

Team

Giannin Brandenberger, Janik Baumann

Betreuung
Jürg Luthiger, Daniel Hass