Smart Building Batterielose Indoor-Sensoren werden wirtschaftlich interessant

Anbieter zum Thema

Jauch Quartz GmbH

ET System electronic GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Indoor-Multi-Sensoren für Smart Buildings kosten schnell zwischen 50 und 150 Euro und das wird schnell teuer für großflächige Einsätze. Ligna Energy aus Schweden hat mit QWEN eine batterielose Sensor-Plattform entwickelt, die bei Stückzahlen von 10.000 bis 50.000 Einheiten rund 10 Euro kosten soll.

Smart-Building-Anwendungen gelten in Zeiten, in denen insbesondere Energiefresser unnötig ineffizient und kostenintensiv sind, als einer der realistischsten Wege zu einem effizienten und transparenten Gebäudebetrieb, um etwa Nachhaltigkeitsziele umzusetzen. Die Senkung des Stromverbrauchs durch bedarfsgerechte Steuerung auf Basis von Sensoren und damit verbunden die Verringerung der Kosten dafür können eine deutliche Stellschraube darstellen. Über Sensoren für Temperatur, Luftqualität, Präsenz oder Licht lassen sich Heizung, Klimaanlage und Beleuchtung nur dort automatisch aktivieren, wo sie tatsächlich gebraucht werden. Gerade in Bürogebäuden mit wechselnder Auslastung lässt sich auf diese Weise spürbar Energie einsparen.

Ein positiver Nebeneffekt ist die Zustandsüberwachung von Gebäudetechnik, denn vernetzte Sensoren erkennen frühzeitig Auffälligkeiten bei Lüftung, Aufzügen oder Klimaanlagen. Wartungsbedarfe lassen sich so früher erkennen. Ausfälle kündigen sich möglicherweise an und können potenziell verhindert werden. Ebenfalls auf der Haben-Seite: Smart Buildings können den Komfort erhöhen, etwa durch bessere Luftqualität oder dynamisch angepasste Arbeitsumgebungen. Allerdings kann die Investition in große Stückzahlen von Indoor-Multi-Sensoren schnell ins Geld gehen – für manche Unternehmen wird das Unterfangen Smart Building dann zum Showstopper.

Wenn der Preis heiß ist

„Endanwender sagten uns, dass Sensoren zu teuer sind, um sie in großem Maßstab einzusetzen“, erklärt uns John Söderström, Marketing Director bei Ligna Energy. „Ein Indoor-Sensor kann zwischen 50 und 150 Euro kosten – nur für die Hardware. Für eine großflächige Anwendung müssen wir auf 10 bis 15 Euro pro Sensor kommen.“ Ligna Energy, schwedischer Anbieter für nachhaltige Energiespeicher, hat daraufhin QWEN entwickelt – eine batterielose Sensor-Plattform für Temperatur und Luftfeuchtigkeit.

QWEN nutzt statt einer Batterie einen Superkondensator in Kombination mit einer Low-Power-PV-Zelle von Epishine, einem Hersteller gedruckter Solarzellen. „Wir haben versucht, die Anzahl der Komponenten zu minimieren“, so Söderström im Gespräch auf der Embedded World 2026. Das Ziel: Sowohl die Materialkosten (Bill of Material) als auch die Gehäusekosten senken, indem das Design flacher wird. Ein dünnes Gehäuse ist günstiger zu produzieren als ein dickes.

Überraschung im Feldtest

Die erste Generation von QWEN wurde vor einem Jahr – kurz vor der Embedded World 2025 – fertiggestellt und seither an verschiedenen Standorten in Schweden getestet. „Keiner von ihnen hatte in einem Jahr Downtime“, sagt Söderström. „Und das hat uns selbst überrascht.“ Schweden sei im Winter relativ dunkel, im Sommer seien die Büros einige Wochen lang geschlossen. „All diese verschiedenen Phasen eines Büroalltags – null Downtime.“

Parallel zum internen Test habe ein Kunde QWEN mit einem anderen System – anderen Komponenten, anderem Protokoll – evaluiert. „Und jetzt haben sie ihre Daten für ein Jahr präsentiert, ebenfalls mit null Downtime.“ Dieser Kunde plane nun die Installation zwischen 10.000 und 50.000 Sensoren. „Ihre Erfahrung mit Indoor-Sensoren in dieser Größenordnung zeigt, dass die Kosten bei etwa 10 Euro oder weniger liegen würden.“

Energiebudget-Kalkulation ist entscheidend

Der batterielose Ansatz erfordert jedoch ein tieferes Verständnis des Anwendungsfalls. „Wenn man eine Batterie hat, fügt man als Ingenieur Kapazität hinzu, um einen Puffer zu haben – einen sicheren Raum, falls die Umgebung nicht so ist, wie man dachte“, erklärt Söderström. „Wenn man keine Batterie hat, sondern eine Lichtzelle und einen Superkondensator, muss man verstehen, wie viel Licht vorhanden ist.“ Wie unterscheidet sich das Licht über ein Jahr hinweg – sowohl Tageslicht als auch künstliche Beleuchtung? Gibt es Verschattung?

„Man muss die Umgebung verstehen, in die man hineingeht“, so Söderström. Das gelte zwar auch für Batterien – Hersteller würden oft eine Batterielebensdauer von fünf Jahren angeben, in der Realität seien es jedoch ein bis zwei Jahre, weil die optimale Umgebung nicht gegeben sei. Beim Energy Harvesting komme jedoch hinzu, dass man Low-Power-Komponenten nutzen und Ruheströme sowie Leckströme minimieren müsse. „Es gibt andere Dinge, die Energie aus der Architektur ziehen, die man noch stärker verstehen muss, als wenn man die sichere Kapazität einer großen Batterie hat.“

QWEN sei so ausgelegt, dass es vier bis fünf Tage Dunkelheit überbrücken könne – etwa ein langes Wochenende ohne Beleuchtung im Büro. „Aber man muss verstehen, welche Einschränkungen es für ein solches System gibt“, betont Söderström. Manche Funkprotokolle verlangen aus Sicherheitsgründen einen manuellen Neustart, wenn ein Sensor nach vollständigem Energieverlust wieder online gehen soll. „Das ist eine der Herausforderungen, die Ingenieure verstehen müssen, wenn sie die Batterie komplett entfernen wollen.“

Nicht für alle Anwendungen geeignet

Söderström betont, dass batterielose Sensoren nicht für alle Anwendungen geeignet seien. „Es hat nicht viele ausgefallene Funktionen. Man muss die Nachteile verstehen, keine große Batterie zu haben.“ Für einfache Datenpunkte wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit, die weit verbreitet sind, gebe es jedoch einen echten Gewinn. „Nach meiner Einschätzung sollten wir für diese Art von Sensoren keine Batterien haben. Es gibt keinen wirklichen Bedarf für kontinuierliche Messungen jede Sekunde. Man kann bei solchen Sensoren eine potenzielle Downtime haben.“

Für andere Sensoren seien Batterien jedoch notwendig. „Ich möchte Batterien nicht schlechtreden. Aber für großflächige Anwendungen wie diese sollte man nicht eine Menge Batterien haben, die ersetzt werden müssen.“ Die Lebenszykluskosten, Lithium und andere gefährliche Materialien seien problematisch. „Wenn man sich nur die bereits eingesetzten IoT-Sensoren anschaut und wie viele Batterien darin stecken – und dann fünf Jahre vorausschaut –, ist das etwas beängstigend.“

Ligna Energy sieht das tatsächliche Marktinteresse vor allem im Bereich Verkehr und Asset-Tracking. „Bewegte Objekte oder einfach etwas verfolgen – Logistik ist ein Bereich, in dem man etwas trackt.“ QWEN selbst sei stationär – für Temperatur und Luftfeuchtigkeit an einem festen Punkt. „Aber wir haben mehrere Projekte in diesem Anwendungsbereich. Wo wir am weitesten fortgeschritten sind in Bezug auf tatsächlich unterzeichnete Verträge, ist jedoch eher der Verkehrsbereich.“

QWEN sei als Referenzdesign konzipiert. „Natürlich sind wir nicht diejenigen, die das in Tausenden produzieren werden. Wir nutzen das als Referenz und etwas, das jemand anderes übernehmen kann“, so Söderström. (sb)

(ID:50837787)