Hallmann, Ma cel e al.
A icle — Published Ve sion
IKT-Konzep e zu Digi alisie ung on Mic oG ids und
de en Be iebs üh ung
HMD P axis de Wi scha sin o ma ik
P o ided in Coope a ion wi h:
Sp inge Na u e
Sugges ed Ci a ion: Hallmann, Ma cel e al. (2024) : IKT-Konzep e zu Digi alisie ung on Mic oG ids
und de en Be iebs üh ung, HMD P axis de Wi scha sin o ma ik, ISSN 2198-2775, Sp inge
Fachmedien Wiesbaden GmbH, Wiesbaden, Vol. 61, Iss. 4, pp. 855-873,
h ps://doi.o g/10.1365/s40702-024-01075-2
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h ps://hdl.handle.ne /10419/315897
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h ps://doi.o g/10.1365/s40702-024-01075-2
HMD P axis de Wi scha sin o ma ik (2024) 61:855–873
IKT-Konzep e zu Digi alisie ung on Mic oG ids und
de en Be iebs üh ung
Ma cel Hallmann · Robe Pie acho · P zemyslaw Koma nicki ·
Jia Lei Du · Michael Niede ko le · Pe e Kä e
Eingegangen: 31. Janua 2024 / Angenommen: 11. Ap il 2024 / Online publizie : 11. Juni 2024
© The Au ho (s) 2024
Zusammen assung De A ikel be ass sich mi de En wicklung in elligen e Mi-
c oG ids in lokalen Ve eilungsne zen und de da ü no wendigen In o ma ions- und
Kommunika ions echnik-In as uk u (IKT) und de en Rahmenbedingungen. Die
geopoli ischen und echnischen Bedingungen ü die Scha ung mode ne Ene gie-
sys eme e o de n die Ein üh ung o sch i liche Teleme iesys eme. De Bei ag
s ell das Konzep zweie eale Demons a ionssys eme o , die ü die Ve wal-
ung und Kon olle on Ene giege ä en in Ve eilne zen sowie ü den Ene gie luss
zwischen ausgewähl en Punk en im Ne z en wickel wu den. Es we den zwei unab-
hängig oneinande a bei ende Sys eme in Deu schland und Ös e eich o ges ell ,
um die In eg i ä und Zu e lässigkei des Be iebs on e neue ba en Ene gie An-
lagen zu e höhen. In dem A ikel we den eben alls Lösungsszena ien und posi i e
Aspek e de einzelnen ge es e en Sys eme o ges ell . De A ikel soll den Nachweis
Ma cel Hallmann · Robe Pie acho · P zemyslaw Koma nicki
Hochschule Magdebu g-S endal, B ei scheids aße 2, 39114 Magdebu g, Deu schland
E-Mail: obe .[email p o ec ed]
Ma cel Hallmann
E-Mail: ma cel.hallm[email p o ec ed]
P zemyslaw Koma nicki
E-Mail: p zmyslaw[email p o ec ed]
Jia Lei Du
Salzbu g Resea ch Fo schungsgesellscha mbH, Jakob Ha inge S . 5/3, 5020 Salzbu g, Ös e eich
E-Mail: jia.du@salzbu g esea ch.a
Michael Niede ko le
Ene gie Kompass GmbH, He scha sweg 29, 7551 S ege sbach, Ös e eich
E-Mail: niede ko le @ene gie-kompass.a
Pe e Kä e
meo ENERGY GmbH, Glaciss aße 9/1, 8010 G az, Ös e eich
E-Mail: p.kae e @meo-ene gy.com
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e b ingen, dass die Flexibili ä diese Sys eme bei de Anpassung an sich ände n-
de Ne zpa ame e , Kunden e hal en und An o de ungen de Ne zbe eibe e höh
we den muss.
Schlüsselwö e Mi coG ids · IKT ü den Ene giesek o · Mic oG id Tes bench ·
Da ene assung · Ne zübe wachung und -s eue ung · Digi alisie ung Ene giesek o
ICT concep s o he digi alisa ion o mic og ids and hei ope a ional
managemen
Abs ac The a icle ocuses on he de elopmen o in elligen Mic oG ids in lo-
cal dis ibu ion ne wo ks. Geopoli ical and echnical condi ions o he c ea ion o
mode n ene gy sys ems, equi e he implemen a ion o ad anced eleme y sys ems.
The pape p esen s he concep o wo demons a ion sys ems designed o manage
and con ol ene gy appliances in dis ibu ion g id and he low o ene gy be ween
selec ed poin s in he ne wo k as well. Two independen ly ope a ing sys ems in
Ge many and Aus ia a e p esen ed o inc ease he in eg i y and eliabili y o RES-
ela ed sys em ope a ion. Solu ion scena ios and posi i e aspec s o he indi id-
ual sys ems es ed a e also p esen ed. Inc easing he lexibili y o hese sys ems in
adap ing o changing ne wo k pa ame e s, cus ome beha iou and ne wo k ope a o
equi emen s was discussed.
Keywo ds Mi coG ids · ICT o ene gy sec o · Mic oG id es bench · Da a
acquisi ion · Powe g id moni o ing and con ol · Digi alisa ion ene gy sec o
1 Einlei ung
1.1 Mo i a ion ü Mic oG ids und de en In o ma ions- und
Kommunika ions echnik
Im EU Klimagese z ha sich die eu opäische Union das Ziel de Klimaneu ali ä bis
2050 zum Ziel gese z . De massi e Ausbau e neue ba e Ene giequellen insbeson-
de e in Fo m on Wind- und Sola ene gie spiel dabei eine essenzielle Rolle. Wind-
und Sola ene gie sind jedoch au G und ih e We e - und Zei abhängigkei du ch
eine hohe Vola ili ä gep äg . Als Beispiel sind in Abb. 1die s a ken Schwankungen
im belgischen S omne z am 11. Juli 2023 da ges ell .
Eine Möglichkei de a ige Ungleichgewich e und Schwankungen zu eduzie en,
is die Ausnu zung on Flexibili ä beim S om e b auch (Domnguez-Ga abi os e al.
2022; Boehm e al. 2012). In ielen Anwendungs ällen läss sich de S om e b auch
sog. „Flexibili ä s-Asse s“ o übe gehend eduzie en ode e schieben. Beispiele au
Haushal sebene sind Wä mepumpen und Elek oau os: Ge ä e, die einen g öße em
Leis ungsbeda und bei denen eine Ve schiebung ode Reduk ion des S omnu zung
in ielen Fällen nu wenig ode ga keine Kom o einbußen ü den Endkunden
haben.
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IKT-Konzep e zu Digi alisie ung on Mic oG ids und de en Be iebs üh ung 857
Abb. 1 G oße Di e enzen zwischen S ome zeugung und -nu zung üh en zu Ungleichgewich en und
en sp echend hohen P eisschwankungen im belgischen S omne z am 11. Juli 2023. Im Tages e lau sind
S ombilanz und -p eis meh mals inne halb wenige S unden on posi i zu nega i und wiede zu ückge-
wande (G oup 2024)
Diese A on Flexibili ä snu zung wu de be ei s au e schiedenen Ebenen des
S omne z es be ach e , au Landesebene/Übe agungsne zebene ( on Tullenbu g
e al. 2017), au egionale Ebene/Ve eilne zebene (C ossCha gePoin 2020) und
hie nun au Ebene eine Ene giegemeinscha /O sne zs a ion.
In Ös e eich, wo de P o o yp ü dieses P ojek en wickel wi d, bes eh dabei die
Besonde hei , dass auch kleine bis mi le e indus ielle Be iebe Teil eine Ene giege-
meinscha sein können. Au G und de dadu ch gegebenen g öße en He e ogeni ä
de Teilnehme mi ih en un e schiedlichen Ve b auchs e hal en und Flexibili ä s-
Asse s is ein g öße es Op imie ungspo en ial gegeben.
Im Folgenden wi d eine Lösung ü den Flexibili ä saus ausch in eine Ene gie-
gemeinscha mi indus iellen Be ieben o ges ell .
Die o sch ei ende und no wendige Digi alisie ung ha nich nu unse e A zu
kommunizie en und In o ma ionen zu e a bei en e olu ionie , sonde n auch die
A und Weise, wie man die Ene gie zukün ig e zeugen, e eilen und nu zen wi d.
Diese A ikel wi d ie e au die Wel de sogenann en Mic oG ids eingehen und
die en scheidende Rolle on In o ma ions- und Kommunika ions echnologien (IKT)
bei de Digi alisie ung und Be iebs üh ung diese Mik one ze beleuch en. Doch
be o nun die echnologischen De ails be ach e we den, wi d einen Blick au
die g undlegende Bedeu ung on Mic oG ids und Sma G ids sowie ih en Bei-
ag zu Ene giewende gewo en. Mic oG ids, ode Mik one ze, sind meh als nu
ein echnologisches Schlagwo . Sie ep äsen ie en eine Schlüsselkomponen e in de
T ans o ma ion unse e Ene gielandscha . Ih e Bedeu ung wi d insbesonde e in de
Fähigkei deu lich, unabhängige S om e so gung in dezen alen S uk u en und Re-
gionen zu gewäh leis en, o allem in Ka as ophen ällen. In Si ua ionen, in denen
das übe geo dne e S omne z aus äll ode ges ö is , e möglichen Mik one ze eine
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858 M. Hallmann e al.
au onome Ene gie e so gung, was nich nu ü die Bewäl igung on Na u ka a-
s ophen, sonde n auch ü die Siche hei und Resilienz on Gemeinscha en on
en scheidende Bedeu ung is . Die Technologie de Mik one ze leis e abe nich
nu in K isensi ua ionen einen wich igen Bei ag. Sie spiel eine en scheidende Rol-
le bei de In eg a ion e neue ba e Ene gien in bes ehende Ene giein as uk u en.
Die He aus o de ung, die schwankende Ene giee zeugung aus Sonnen- und Wind-
k a e izien in das Ne z zu in eg ie en, wi d du ch Mik one ze gemeis e . Diese
e möglichen eine p äzise S eue ung und Op imie ung de lokalen Ene giee zeugung,
was zu eine nachhal igen und s abilen Ene gie e so gung bei äg . Ein besonde s
in e essan e Anwendungs all ü die S eige ung de Eigen e so gung du ch lokalen
Ve b auch wi d im Modell de lokalen Ene giegemeinscha en in Ös e eich sich ba .
Hie wi d de lokale Ve b auch on e zeug e Ene gie geziel ges eige , was nich
nu ökologische Vo eile bi g , sonde n auch neue Pe spek i en ü die In eg a ion
on (nich -au onomen) Mic oG ids e ö ne . So können e einzel Mic oG ids mi -
einande e bunden we den, um als ein elek isches Ne z zu a bei en ode auch im
in einem möglichen S ö ungs all, zu Siche ung de in e nen Ne zs abili ä , onein-
ande ge enn we den, um einen au a ken Be ieb zu gewäh leis en. Diese lokalen
Ene giegemeinscha en könn en sich als ein neue Anwendungs all ü die Techno-
logie he auss ellen und somi einen wei e en Sch i in Rich ung dezen alisie e
Ene gie e so gung bedeu en. De Bei ag on Mic oG ids ü meh Resilienz und
Ve so gungssiche hei in Ene giesys emen wi d in eine Zei de wachsenden Unsi-
che hei en und Na u ka as ophen imme wich ige . Du ch ih e Fähigkei zu lokalen
Ene giee zeugung und - e eilung minimie en Mik one ze die Auswi kungen on
S ö ungen im übe geo dne en Ne z und scha en somi eine höhe e Wide s ands ä-
higkei gegenübe un o he gesehenen E eignissen. Im wei e en Ve lau dieses A i-
kels wi d sich in ensi mi den IKT-Konzep en zu Digi alisie ung on Mic oG ids
und de en Be iebs üh ung auseinande gese z . Dabei we den die ak uellen En -
wicklungen, He aus o de ungen und Po enziale diese Technologien beleuch en und
einen Blick in die Zukun de dezen alen Ene gie e so gung we en.
2 IKT He aus o de ungen und Konzep e
In de heu igen Wel gewinn de Einsa z on Mik one zen – kleinen, lokalisie en
S omne zen, die au onom be ieben we den können – zunehmend an Bedeu ung.
Dies geh Hand in Hand mi de wachsenden Nach age nach e izien e Nu zung
on Ba e iespeiche n. Dabei spielen In o ma ions- und Kommunika ions echnolo-
gie und die zug unde liegenden Rahmenbedingungen eine en scheidende Rolle. Die
IKT s ell sowohl eine He aus o de ung als auch eine un e zich ba e Komponen e
ü Mic oG ids da . Die He aus o de ungen liegen in de Komplexi ä de In eg a-
ion e schiedene Technologien, de Siche hei on Da enübe agungen und de
Gewäh leis ung eine zu e lässigen Kommunika ion. Gleichzei ig is die IKT un-
e zich ba , da sie die G undlage ü die S eue ung, Übe wachung und Op imie ung
on Mic oG ids bilde . Du ch die In eg a ion on Senso en, Kommunika ionsne z-
we ken und in elligen en S eue sys emen e möglich IKT die Ech zei übe wachung
des Ene gie e b auchs, die Anpassung an die schwankende Ene giee zeugungaus e -
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IKT-Konzep e zu Digi alisie ung on Mic oG ids und de en Be iebs üh ung 859
neue ba en Quellen und die e izien e Koo dina ion zwischen 3 g undlegenden Kom-
ponen en im Mic oG id: E zeuge , Las und Speiche . Ohne IKT wä e es schwie ig,
die Flexibili ä und die op imale Nu zung de o handenen Ressou cen in einem Mi-
c oG id zu gewäh leis en. Im Folgenden wi d zunächs einen genaue en Blick au
die wesen lichen An o de ungen an die IKT und das Rahmenwe k ü den Be ieb
on Ba e iespeiche sys emen in Mik one zen gewo en (Mai e al. 2018), um sich
dann dem Anwendungs all lokale Ene giegemeinscha en zuzuwenden.
a) Die In eg a ion e neue ba e Ene gien is ein e klä es Haup ziel in Mik one zen.
Die IKT soll e die nah lose In eg a ion on Sola -, Wind- und ande en e neue -
ba en Ene giequellen e leich e n. Dies e o de die Fähigkei , Ene giep oduk ion
und - e b auch in Ech zei auszubalancie en, um die Nu zung e neue ba e Res-
sou cen zu maximie en und die Abhängigkei on ossilen B enns o en zu e -
inge n (Suslo e al. 2019).
b) G und o ausse zungen sind die E assung und T anspo on Ech zei da en. Dies
e möglich eine genaue Übe wachung de Ene giep oduk ion, des Ve b auchs und
des S a us de Ene giespeiche s in Ech zei . Diese Ech zei da en sind en schei-
dend, um den Ba e iebe ieb e ek i zu s eue n und den Ene gie luss im Mik o-
ne z dynamisch anzupassen. Schnelle und zu e lässige Kommunika ion is hie bei
en scheidend (Wenge e al. 2023).
c) Die Au oma isie ung in de Ene gie echnik is wich ig, um den e izien en Be ieb
on Ene giee zeugungsanlagen siche zus ellen und gleichzei ig den Ene gie e -
b auch zu op imie en. Du ch die Implemen ie ung au oma isie e Sys eme kön-
nen komplexe P ozesse p äzise ges eue we den, was zu eine e besse en Ge-
sam leis ung, e höh e Zu e lässigkei und eine nachhal ige en Ene giep oduk-
ion üh . Das Rahmenwe k soll e dahe mi in elligen e S eue so wa e ausge-
s a e sein, die den Be ieb de Ba e ien au oma isch an die ak uellen An o de-
ungen anpass . Dies um ass die Op imie ung on Lade- und En lade o gängen
sowie die kon inuie liche Anpassung des Ene gie lusses im Mik one z. Diese Au-
oma isie ung is on g oße Bedeu ung, da die An o de ungen an den Ba e iebe-
ieb o in B uch eilen on Sekunden a iie en (Dha shana e al. 2017).
d) Ein wei e es Schlüsselelemen is die Skalie ba kei . Die IKT und das Rahmen-
we k müssen so ges al e sein, dass sie den wachsenden An o de ungen des Mi-
k one zes s andhal en können. Dies e möglich es Be eibe n, die Kapazi ä on
Ba e iespeiche sys emen bei Beda zu e wei e n, um den s eigenden Ene giebe-
da zu decken. Skalie ba e Sys eme sind äuße s lexibel und können sich an die
sich ände nden An o de ungen de Ene giein as uk u anpassen (Alemany e al.
2018; Sil a e al. 2023).
e) In e ope abili ä is wesen lich, da Mik one ze o e schiedene A en on Ba e-
iespeiche n und e neue ba en Ene giequellen in eg ie en. Die IKT und das Rah-
menwe k müssen in de Lage sein, e schiedene Technologien nah los mi ein-
ande zu e binden. Dies ö de Flexibili ä und Auswahl ü die Be eibe on
Mik one zen, da sie die bes en e ügba en Ressou cen zu E eichung ih e Ziele
auswählen können (Sachs e al. 2019).
) Da ensiche hei ha eine seh hohe P io i ä . Da die IKT und das Rahmenwe k
sensible Ene giemessda en und Be iebsin o ma ionen e a bei en, is die Siche-
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860 M. Hallmann e al.
ung de Da en une lässlich. Dazu gehö en Ve schlüsselung, Zugangskon ollen
und Maßnahmen zum Schu z o Cybe ang i en. Ein Da enleck ode eine Mani-
pula ion de Da en hä e e ns ha e Folgen, sowohl ü die Be iebssiche hei als
auch ü die P i a sphä e de Nu ze (Na delli e al. 2021).
g) Die kon inuie liche Übe wachung und Diagnose des Zus ands on Ba e ien sind
en scheidend, um ühzei ig po enzielle P obleme zu e kennen, die die Leis ungs-
ähigkei beein äch igen könn en. Du ch diese p ä en i e Maßnahme können
Aus älle e mieden, die Lebensdaue de Ba e ien e länge und eine zu e -
lässige Ene gie e so gung siche ges ell we den. Dies wi d ealisie du ch eine
p oak i e Wa ung und ech zei iges Eing ei en zu Ve länge ung de Ba e iele-
bensdaue und Reduzie ung de Be iebskos en (Koma nicki e al. 2020).
h) Die Flexibili ä und Anpassungs ähigkei des Rahmenwe ks sind eben alls on
g oße Bedeu ung. Mik one ze können un e schiedliche Las p o ile au weisen,
und We e bedingungen können sich ände n, was die Ene giep oduk ion und
- e b auch beein luss . Die IKT und das Rahmenwe k müssen in de Lage sein,
sich diesen Ve ände ungen anzupassen und den Ene gie luss en sp echend zu
op imie en (Na delli e al. 2021).
i) De No be ieb bzw. die Insel unk ionali ä is eine hil eiche zusä zlich Funk ion
on Mic oG ids. Das Rahmenwe k soll e in de Lage sein, au onom zu a bei en
und die S om e so gung im Mik one z bei Ne zs ö ungen ode Na u ka as o-
phen au ech zue hal en. Dies e höh die Ve so gungssiche hei und s ell siche ,
dass die k i ische Ene gie e so gung auch in No ällen gewäh leis e is (Pa ol
e al. 2022).
Zusammen assend sind die An o de ungen an die IKT und das Rahmenwe k ü
den Be ieb on Ba e iespeiche sys emen in Mik one zen iel äl ig und ansp uchs-
oll. Skalie ba e, siche e, lexible und in e ope able Lösungen sind e o de lich, um
die Ziele de Ene giee izienz, de Ve so gungssiche hei und de In eg a ion e neu-
e ba e Ene gien zu e eichen. Die ich ige In eg a ion on IKT und Rahmenwe ken
e möglich es, die Vo eile on Ba e iespeiche n in Mik one zen oll auszuschöp-
en und einen wich igen Bei ag zu T ans o ma ion unse e Ene giein as uk u zu
leis en.
3 DEMO H2 – Anwendungsszena io Mic oG id mi Ba e ies eue ung
3.1 Sys ema chi ek u , IKT und Komponen en
Im Rahmen des in e na ionalen P ojek es DIEGO (Digi al ene gy pa h o planning
and ope a ion o sus ainable g id, p oduc s and socie y) we den de zei e ablie e Be-
iebsszena ien ü elek ische Ba e iespeiche im Be eich des elek ischen Ne zes
en wickel , um die Auswi kungen on Ba e iespeiche n au das S omne z besse
zu e s ehen und zu op imie en. Die De ini ion de anwendba en Be iebsszena ien
is im Kon ex de DIEGO-P ojek ziele in Abb. 2da geleg .
De Be ieb on Mik one zen un e lieg je nach Land und Rech sp echung un-
e schiedlichen Gese zen und Vo sch i en. En sp echende na ional- egula o ische
K
IKT-Konzep e zu Digi alisie ung on Mic oG ids und de en Be iebs üh ung 861
Abb. 2 Übe sich zu den Geschä smodellen in de Ene gieübe agung (Bundesminis e ium ü Wi -
scha und Klimaschu z 2024)
Gese zgebungen müssen dahe ü die Planung und den Be ieb be ücksich ig we -
den.
3.2 Lösungskonzep
Die elek ischen und IT-Sys eme au dem Campus de Hochschule ü Angewand-
e Wissenscha en Magdebu g-S endal e möglichen die Umse zung neue Lösun-
gen, einschließlich Elek omobili ä und Ene giespeiche sys eme. Jedes Gebäude is
elek isch mi einem on zwei T ans o ma o en e bunden, was es e möglich , die
Las zu egulie en. In den angepass en Labo gebäuden is es somi möglich, neue
Ene giespeiche anlagen mi dem Ne z zu e binden. Da übe hinaus sind einige La-
bo gebäude mi eine Lades a ion ü Elek o ah zeuge ausges a e . Im Fall des IT-
Sys ems is jedes Tes sys em/P ü s and übe eine E he ne -Ve bindung mi dem IT-
Ne zwe k e bunden. Des Wei e en wi d die Möglichkei e ö ne , bei Beda die
Ge ä e übe eine d ah lose Ve bindung zu e binden. Im Rahmen de in En wick-
lung be indlichen A chi ek u wu de gleiche maßen eine in e ope able bidi ek iona-
le Technologiea chi ek u e s ell , die den Aus ausch on In o ma ionen und Da en
zwischen Ge ä en (Ene gie- und S eue sys emen) und zwischen P ojek pa ne n e -
möglich . Dieses IKT-Konzep e möglich eine abges imm e und siche e Kommu-
nika ion zwischen den un e schiedlichs en Anlagenkomponen en und P ojek be ei-
lig en. Die A chi ek u wi d Kommunika ionsp o okolle wie Modbus TCP, Modbus
RTU, MQTT e wenden. Einige de o geschlagenen Kommunika ionsschni s ellen
e geben sich aus den e wende en Ge ä en, z.B. Messge ä en, Leis ungsquali ä s-
analysa o en, Con olle n (Schal e , Schü ze usw.). Die e ass en Da en we den dann
K
862 M. Hallmann e al.
mi hil e de Node-Red-So wa e e a bei e und modi izie , um die e schiedenen
P o okoll o men zu konsolidie en. Schließlich we den die Da en im Rahmen de
Da en e a bei ung in eine o be ei e en Da enbanks uk u wie In luxDB a chi ie
und mi de So wa e G a ana isualisie .
In de o geschlagenen A chi ek u we den un e ande em olgende Ge ä e e -
wende :
Ene giespeiche (elek ochemisch) 25kWh,
Ene giespeiche (elek ochemisch) 12,3kWh,
Messsys eme und -ge ä e,
E neue ba e Ene giequellen,
We e s a ion,
Ba e iep ü - und Tes s and
MQTT (Message Queuing Teleme y T anspo ) is ein wei e b ei e es P o o-
koll ü den Aus ausch on Nach ich en zwischen e ne z en Ge ä en. Es wu de
en wickel , um eine e izien e, zu e lässige und skalie ba e Kommunika ion in Um-
gebungen des In e ne o Things (IoT) zu e möglichen. Node-RED is eine isuelle
P og ammie umgebung au Basis on Node.js, die die En wicklung on Anwendun-
gen ü das IoT e ein ach . Node-RED s ell eine Vielzahl on in eg ie en Kno en
be ei , die es e möglichen, Da en aus e schiedenen Quellen zu sammeln, zu e -
a bei en und wei e zulei en. Um den Da enaus ausch zwischen MQTT und Node-
RED siche e zu ges al en, gib es einige bewäh e Siche hei sp ak iken, die ealisie
we den soll en:
Ve schlüssel e Ve bindungen: MQTT s ell mi els TLS (T anspo Laye Secu i-
y) ode SSL (Secu e Socke s Laye ) eine e schlüssel e Ve bindung he . Dadu ch
wi d die Ve aulichkei de übe agenen Da en gewäh leis e .
Au hen i izie ung und Au o isie ung: Du ch die Kon igu a ion des MQTT-B oke
und Node-RED, wi d eine Au hen i izie ung du chge üh , wodu ch nu au o i-
sie e Ge ä e ode Benu ze au die Da en zug ei en können. Du ch die Ve wen-
dung s a ke Passwö e und die Implemen ie ung geeigne e Au o isie ungsme-
chanismen, kann Siche hei zusä zlich e höh we den.
Fi ewall und Ne zwe ksiche hei : Du ch die In eg a ion des MQTT-B oke und
des Node-RED-Se e hin e geeigne en Fi ewalls sowie de Dekla ie ung ge-
einig e Po s wi d die Siche hei zusä zlich e höh . Regelmäßige Übe p ü ung
de Ne zwe ksiche hei seins ellungen sind essen iell, um po enzielle Siche hei s-
lücken zu iden i izie en und zu schließen.
Das ausgewähl e Sys em, als Rep äsen a ion des deu schen Demons a o s, um-
ass ein physikalisches Labo -Modell in d ei Ebenen, wie in Abb. 3da ges ell . Jede
Ebene e üll en sp echende die ih zugeo dne en Funk ionen. Die Ha dwa e-Ebe-
ne is ü die Ene giespeiche ung, das Laden/En laden des Speiche s, abhängig on
den Be iebskonzep des Speiche s (Las e schiebung, Peak Clipping, Valley Filling
o.ä.) und die Übe wachung des ak uellen Zus ands des Sys ems, e an wo lich.
Die So wa e-Ebene is die In eg a ion e schiedene P o okolle und Schni s ellen
in ein einziges Ge ä . Die Zusammen üh ung de P o okolle e möglich die Ve -
bindung e schiedene Ge ä e mi einande . Ebene 3 wi d du ch eine d i e Pa ei
K
IKT-Konzep e zu Digi alisie ung on Mic oG ids und de en Be iebs üh ung 869
Ansa z 1: De Agg ega o ag das agg egie e Flexibili ä sband ü zukün ige
Zei pe ioden on den einzelnen Haushal en ab (Abb. 10) und ass diese wiede um
zusammen. Je nach Beda sende de Agg ega o dann einen Be ehl an die Haus-
hal e und o de sie au , ih en S om e b auch zu eduzie en bzw. zu e höhen. Bei
E eichen des gewünsch en Zielwe s wi d e neu ein Signal gesende , dass keine
wei e e Flexibili ä sanpassung meh nö ig is . Da es keinen genau de inie en We
ü den Bei ag eines einzelnen Haushal s gib , bes eh jedoch das Risiko eine Un-
e - ode Übe sch ei ung des Zielwe s. Wie o und in welchem Um ang dies in de
Reali ä geschieh , wi d on den a sächlichen Ve b auchs-/P oduk ionsp o ilen de
Teilnehme abhängen. Aus p ak ische E ah ung kann selbs mi eine de a igen
ela i simplen Ans eue ung ein gewünsch e Zielwe jedoch in ielen Fällen in
Reali ä gu angenähe we den.
Ansa z 2: Um einen bes imm en Zielwe ü die lokale Ene giegemeinscha ohne
das Risiko eine Übe - ode Un e sch ei ung zu e eichen, eilen Haushal e dem
Agg ega o zunächs ih e jeweiligen Flexibili ä sbände mi . De Agg ega o wähl
dann ü jeden Haushal einzelne Zielpunk e aus, um in Gesam hei den gewünsch en
Zielwe zu e eichen (z.B. Boehm e al. 2012; on Tullenbu g e al. 2017). Diese
müssen on den Haushal en auch e p lich end eingehal en we den. Nach eile dieses
Ansa zes sind neben de e höh en Komplexi ä de Ans eue ung auch, dass es au
Ebene eines einzelnen Haushal s in de Regel o zu kleine en P ognose ehle n und
Schwankungen au G und des Ve hal ens de Haushal sbewohne komm , die de
genauen E eichung des Zielwe s en gegens ehen.
4.3 No wendige Schlüsselkomponen en
Sowohl das Haushal s-Ene giemanagemen sys em als auch de Agg ega o müssen
einige ähnliche Funk ionen implemen ie en, weil sie au ih en jeweiligen Ebenen
ähnliche Au gaben e üllen.
1. Fü die Zu eilung de Ene gie lüsse an die Teilnehme wi d ein Planungs- und
Op imie ungsalgo i hmus benö ig .
2. Um Skalie ba kei und Handhabba kei zu gewäh leis en, is meis eine Fo m on
Agg ega ion e o de lich, um die Bedü nisse meh e e Teilnehme au ih en je-
weiligen Hie a chieebenen (Ge ä e in einem einzigen Haushal , meh e e Haushal-
e, ...) zusammenzu assen und zu kapseln.
3. Fü die S eue ung und Ve echnung on Ene gie lüssen is ein geeigne es Da en-
und In o ma ionsmodell ü den In o ma ionsaus ausch e o de lich. Das Mo-
dell muss aus eichend lexibel sein und genügend Abs ak ionsg ad besi zen, um
die De ails und die Komplexi ä de zug unde liegenden Ge ä emechanismen/
Haushal s ypen ausblenden zu können.
4. Um die Da en und In o ma ionen ü das Ene giebilanzie ungssys em zu ans-
po ie en, is eine zu e lässige d ah lose ode d ah gebundene Kommunika ion als
Basis zwischen den e eil en S ando en und Ge ä en e o de lich.
5. Alle be eilig en Ge ä e bzw. Haushal e müssen le z endlich in Ech zei so ges eue
we den, dass sie dem e einba en Ene gie lussmus e olgen.
K
870 M. Hallmann e al.
6. Eine Vo he sage on Ene gie e b auch und -e zeugung, z.B. au de G undlage
ypische Nu zungsmus e und We e o he sagen, is no wendig, um die Ene gie-
lüsse in ak uellen und zukün igen Zei äumen besse au einande abzus immen
und zu op imie en. Es is zu beach en, dass es selbs mi hochkomplexen P ogno-
selösungen o nich möglich is , das Nu ze e hal en in einem einzelnen Haus-
hal exak o he zusagen. In den meis en Fällen we den solche Vo he sage ehle
keine g oßen Abweichungen e u sachen, und in einigen Fällen können sich die
Abweichungen soga gegensei ig au heben. Wenn die Vo he sage nu ü kü ze e
Zei äume (z.B. 15min) e olg , sind nich einmal komplexe P ognosemodelle e -
o de lich, da de ak uelle Ve b auch als g obe ini iale Schä zung ü den kommen-
den ku zen Zei aum e wende we den kann. Ohne länge e P ognoseho izon e
können die E gebnisse jedoch lang is ig subop imal sein (z.B. wi d eine Ba e ie
ü ku z is ige Vo eile en laden, obwohl es noch sinn olle gewesen wä e, sie zu
einem spä e en Zei punk zu en laden). Fü besse e Op imie ungse gebnisse sind
dahe länge is ige P ognosen ü P oduk ion und Ve b auch e o de lich, idea-
le weise wi d dabei eine gewisse Pe iodizi ä im Ve b auch be ücksich ig (z.B.
1 Woche ode 1 Jah ).
7. Schließlich sind zu ( eilweise e p lich enden) Dokumen a ion und Nach e olg-
ba kei on En scheidungen und Ak ionen in eine k i ischen In as uk u wie
dem S omne z siche e Lösungen ü eine pe sis en e Da enspeiche ung e o de -
lich.
4.4 Gesam sys em und So wa e-A chi ek u
Das Gesam sys em bes eh aus d ei äumlich ge enn en Teilsys emen (Abb. 11).
HH Hub is das lokal beim Haushal ins allie e Sys em, das die Ge ä e s eue ,
ih e Senso da en auslies und sie in die HH Cloud hochläd .
HH Cloud behe be g das Teilsys em, das logische En scheidungen da übe i ,
wie sich Haushal sge ä e bzw. in Summe ganze Haushal e e hal en sollen. Es
Abb. 11 Die 3 Teilsys eme HH Hub, HH Cloud und AG Cloud mi den jeweiligen In o ma ions lüssen
K
IKT-Konzep e zu Digi alisie ung on Mic oG ids und de en Be iebs üh ung 871
nu z die on den HH Hubs emp angenen Da en als Eingabe u.a. ü die modellba-
sie e P ognose des zei lichen Ve b auchs e hal ens on Haushal sge ä en. Da au
basie end we den Flexibili ä sbände e s ell und diese dem Agg ega o zu Ve ü-
gung ges ell . Die HH Cloud sende auch Ak i ie ungsbe ehle an die un e e Ebene
(Haushal s-Hubs) aus, sobald die AG Cloud eine Planungs- und Zuweisungsen -
scheidung ge o en ha .
AG Cloud is ü die Sammlung und Agg ega ion de on de HH Cloud e s ell en
Flexibili ä sbände zus ändig. Sie e wende somi die Mik o-Flexibili ä sange-
bo e de Haushal e, um Mak o-Flexibili ä sangebo e zu e s ellen, die g oß genug
sind, um ü indus ielle Be iebe ele an zu sein. AG Cloud disagg egie auch
die au Mak oebene zu e üllende Flexibili ä sau gabe ü eine Ve eilung und Zu-
weisung an Haushal e au de un e en Ebene.
Un e s ü zende So wa ekomponen en ü Funk ionali ä en wie Au hen i izie ung,
Da enpe sis enz und Visualisie ung sind hie nich eingezeichne . Zu zei wi d die
besch iebene Lösung p o o ypisch implemen ie und dann im Rahmen eines De-
mons a o s in eine lokalen Ene giegemeinscha in Ös e eich ge es e .
5 Zusammen assung
Das o ges ell e IKT-Konzep ü Deu schland (Sachsen-Anhal ) und Ös e eich o-
kussie sich au die In eg a ion e neue ba e Ene gien du ch den Einsa z on Ba e-
iespeiche n und Sma Me e ing in lokale Ene giein as uk u en. In Sachsen-Anhal
wi d die Ene giewende du ch eine Viel al on Ene giequellen, insbesonde e e neu-
e ba e wie Wind und Sola , o ange ieben. Das DIEGO-P ojek ziel da au ab,
e ablie e Geschä smodelle ü Ba e iespeiche im S omne z zu analysie en. Die
Sys ema chi ek u um ass eine in e ope able bidi ek ionale Technologiea chi ek u ,
die eine siche e Kommunika ion zwischen Ene gie- und S eue sys emen e möglich .
In Ös e eich lieg de Fokus au de Flexibili ä im S om e b auch, insbesonde e
in lokalen Ene giegemeinscha en mi indus iellen Be ieben. Ein zweischich iges
Lösungskonzep e möglich den Ausgleich on S omübe schüssen und -de izi en
du ch die Be ei s ellung on Flexibili ä aus Haushal en. Die So wa e-A chi ek u
bes eh aus äumlich ge enn en Teilsys emen, die die S eue ung, Op imie ung und
Kommunika ion zwischen Haushal en und Indus iebe ieben e möglichen.
Die implemen ie e Lösung wi d in einem Demons a o in Ös e eich ge es e ,
um die p ak ische Umse zba kei und E izienz des Konzep s zu übe p ü en. Die ge-
wonnenen E kenn nisse sollen dazu bei agen, die In eg a ion e neue ba e Ene gien
wei e zu op imie en und die Flexibili ä im S om e b auch au lokale Ebene zu
ö de n. Die Analyse de Geschä smodelle ü Ba e iespeiche in Deu schland wi d
Einblicke in die wi scha lichen Aspek e de Ene giewende bie en. Diese P ojek e
agen dazu bei, die Nachhal igkei sziele in beiden Lände n zu e eichen und dienen
als Beispiel ü inno a i e Ansä ze in de Ene gieb anche. De Ausblick beinhal e
die Ho nung, dass die en wickel en Konzep e und Technologien auch in e na ional
Anwendung inden können, um eine nachhal ige und e izien e Ene gie e so gung
wel wei o anzu eiben.
K
872 M. Hallmann e al.
Danksagung Dieses P ojek wu de im Rahmen des P og amms ERA-Ne Sma Ene gy Sys ems – Digi-
ale T ans o ma ion ü die Ene giewende du ch die Eu opäische Union (Ho izon 2020, N . 883973), das
ös e eichische Bundesminis e ium ü Klimaschu z, Umwel , Ene gie, Mobili ä , Inno a ion und Techno-
logie (BMK) sowie die Ös e eichische Fo schungs ö de ungsgesellscha (FFG) un e s ü z .
Fö de ung Diese A ikel is ein Teile gebnis des P ojek s DIEGO (Fö de kennzeichen 03EI4049A), das
om deu schen Bundesminis e ium ü Wi scha und Klimapoli ik ge ö de wi d.
Funding Open Access unding enabled and o ganized by P ojek DEAL.
Open Access Diese A ikel wi d un e de C ea i e Commons Namensnennung 4.0 In e na ional Li-
zenz e ö en lich , welche die Nu zung, Ve iel äl igung, Bea bei ung, Ve b ei ung und Wiede gabe in
jeglichem Medium und Fo ma e laub , so e n Sie den/die u sp ünglichen Au o (en) und die Quelle o d-
nungsgemäß nennen, einen Link zu C ea i e Commons Lizenz bei ügen und angeben, ob Ände ungen
o genommen wu den.
Die in diesem A ikel en hal enen Bilde und sons iges D i ma e ial un e liegen eben alls de genann en
C ea i e Commons Lizenz, so e n sich aus de Abbildungslegende nich s ande es e gib . So e n das be e -
ende Ma e ial nich un e de genann en C ea i e Commons Lizenz s eh und die be e ende Handlung
nich nach gese zlichen Vo sch i en e laub is , is ü die oben au ge üh en Wei e e wendungen des
Ma e ials die Einwilligung des jeweiligen Rech einhabe s einzuholen.
Wei e e De ails zu Lizenz en nehmen Sie bi e de Lizenzin o ma ion au h p://c ea i ecommons.o g/
licenses/by/4.0/deed.de.
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Hinweis des Ve lags De Ve lag bleib in Hinblick au geog a ische Zuo dnungen und Gebie sbezeich-
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