Café XENON: Ein Blick auf die Energiemanagement-Software von gridX

Hinter der übersichtlichen Oberfläche von gridX verbirgt sich eine weitläufige Galaxie von Code und Daten, die alles, was wir tun, ermöglicht. Von den Energiequellen, die unsere gridBoxen verwalten, bis hin zu den Anlagen und Haushaltsgeräten, die mit dieser Energie betrieben werden. Wie viel erzeugt und verbraucht wurde, wann das passiert und zahllose weitere Informationen laufen zwischen der Cloud und der Anwendung hin und her, um einen reibungslosen, äußerst geschickten Prozess zu schaffen, der es den Benutzer:innen ermöglicht, ihre Energie effizient und kostengünstig zu verwalten. Und nicht nur für die Endverbraucher:innen muss alles reibungslos laufen, sondern auch für Energieunternehmen und gridX. Die Software muss intelligent und flexibel genug sein, damit sich unser Energiemanagementsystem (EMS) an neue Märkte anpassen, Anlagen integrieren und neue Vorschriften adaptieren kann.

Das klingt nach viel. Wie funktioniert das alles?

Der Entwicklungsprozess bei gridX ist vergleichbar mit dem eines Restaurants. Wir haben den Gast (das Energieunternehmen), der eintritt und sich darauf vorbereitet, eine Mahlzeit zu bestellen (um in der Analogie zu bleiben, um die Energiemanagement-Software von gridX zu nutzen). Der Wirt, das Servicepersonal, die Speisekarte und alles, was den Rahmen des Restaurants ausmacht – all das ist vergleichbar mit der Frontend-Entwicklung und beschreibt den vorderen Teil des Energiemanagementsystems. Also alles, was die Benutzer:innen sehen können.

Sobald der Gast seine Bestellung aufgegeben hat, gibt ein:e Servicemitarbeiter:in diese Informationen an die Mitarbeiter:innen in der Küche – das Backend – weiter, die dann anhand der Daten (oder eben der Zutaten) das bestellte Gericht zusammenstellen. Das Gericht kann auf individuelle Wünsche zugeschnitten werden, falls etwas hinzugefügt, verändert oder weggelassen werden soll.

Okay, jetzt bin ich hungrig. Erzähl mir mehr!

Jedes Modul innerhalb von gridX hat sein eigenes Frontend-/Backend-Team: Tariff Timer, Grid Protector, Peak Shaver, Energy Optimizer und viele mehr. Dadurch wird jedes Team zum Experten für die Bedürfnisse und Komponenten eines spezifischen Moduls. Dies ermöglicht eine effizientere Arbeit, eine leichtere Zusammenarbeit mit anderen Teams und eine bessere Skalierbarkeit. Du kannst dir unsere Frontend- und Backend-Teams als Profiköche für Vorspeisen, Hauptgerichte oder Desserts vorstellen – jedes Team arbeitet nach demselben Verfahren, liefert aber ein anderes Ergebnis.

Data lake and calculator

Alle Daten, welche die erneuerbaren Energiequellen über XENON senden, werden zunächst an die „Data Lake and Calculator”-Abteilung weitergeleitet. „Es handelt sich um Rohdaten, die unser Team dann sichtet, um die kostengünstige Speicherung und den Abruf der Daten zu bestimmen“, sagt Chris Coltsman, Data Lake and Calculator Team Lead bei gridX. „Alle Daten werden hier verwurzelt.“ Das Team nutzt diese Daten, um Erkenntnisse zu gewinnen, die dann an andere gridX-Abteilungen weitergegeben werden. Auf diese Weise lässt sich feststellen, wo Prozesse verbessert werden können. Ähnlich wie die Zutaten für die Mahlzeiten in einem Restaurant beginnt auch ein Großteil des Entwicklungsprozesses hier.

Backend

Das Backend ermöglicht und autorisiert den Zugriff auf das Frontend und die API-Verbindungen zu den anderen Komponenten. Es ist ein zentrales Element, das die Funktionen der anderen Teile des Systems wie Data Lake, Calculator und EMS miteinander verbindet. Mithilfe von Go empfängt das Backend Live-Messungen von den gridBoxen und stellt diese dem Frontend zur Verfügung, um den Echtzeitverbrauch anzuzeigen und Zugang zu den Konfigurationsoptionen zu bieten. Sie sind wie die Köche und der Chefkoch im hinteren Teil der Küche, die das Essen vorbereiten, das dann vom Frontend serviert wird.

Das Backend legt die Grundlage für die Priorisierung der Geräte, sodass überschüssige Energie in der Reihenfolge ihrer Wahl an die verschiedenen Geräte geleitet wird. In besonderen Fällen können diese Prozesse und/oder Priorisierungen auf die spezifischen Bedürfnisse von Unternehmen zugeschnitten werden.

Frontend

Während das Backend die Daten liefert, die XENON verwendet, übersetzt das Frontend sie in eine für den Kunden verständliche Oberfläche. Wenn die Benutzer:innen die Zunahme und Abnahme der Wattstunden beobachten, sehen sie die Ausführung von Frontend-Code, der größtenteils in Typescript und Javascript geschrieben ist.

Das Frontend ist auch für die von Kund:innen gewünschten Anpassungen verantwortlich, darunter die Verwendung ihrer eigenen Markenfarben und Schriftarten. Sie passen die Funktionskacheln für jeden Partner an, sodass jede XENON-Anwendung einzigartig für ein Unternehmen ist und genau die gewünschten Informationen anzeigt.

Integration

Ein Teil dessen, was die Lösung von gridX so ganzheitlich macht, ist die Kompatibilität von XENON mit vielen verschiedenen Energiegeräten und Herstellern. Ermöglicht wird dies durch das Integrationsteam, das die Software zur Überwachung und Steuerung der Energieflüsse in und aus jeder gridBox verwaltet. Stell dir einen Küchenchef vor, der die Kompatibilität neuer Speisenpaare testet, um sicherzustellen, dass sie immer den Geschmack der Kund:innen treffen.

OPTIFRA

Das Optimization Framework, kurz OPTIFRA, ist für das kostenoptimale Energiemanagement und die Steuerung der gridBox im Hinblick auf monetäre Ziele zuständig. Seine Optimierungsmodelle stützen sich stark auf fortschrittliche Prognosen für das Wetter, die Tarife, die Haushalte und vieles mehr. Mit der einzigen Codebasis bei gridX, die vollständig in Python geschrieben ist, ermöglicht OPTIFRA fortschrittliche Funktionen wie die „Time-of-Use-Optimierung“ (Nutzungszeitoptimierung) für das regelbasierte EMS. Es ermöglicht den Geräten, sich optimal zu verhalten, indem es beispielsweise die virtuelle Kapazität einer Batterie reduziert. Diese OPTIFRA-Eingaben werden dann von regelbasierten EMS verwendet, um schnelle Entscheidungen zu treffen, um beispielsweise sicherzustellen, dass bestimmte Kapazitäten beim Laden nicht überschritten werden.

Rule-based energy management system

Die gridBoxen selbst verwenden eine algorithmische Logik, die von dem Team für Rule-based Energy Management System (regelbasiertes EMS) entwickelt wurde. Diese algorithmische Logik ermöglicht eine ganzheitliche Optimierung innerhalb feststehender Vorgaben. Das regelbasierte Energiemanagement trifft Entscheidungen in weniger als einer Sekunde auf der Grundlage von Echtzeitdaten aus Geräten und Zählermessungen. Diese schnelle Entscheidungsfindung ermöglicht es dem EMS, den Eigenverbrauch zu optimieren oder Sicherungen zu schützen.

Diese Entscheidungen können von Nutzer:innen beeinflusst werden, da individuelle Präferenzen berücksichtigt werden können. Der Code wurde entwickelt, um sowohl die Kosten zu minimieren als auch die Energie auf die effizienteste Weise zu nutzen.

Sicherheit und Zuverlässigkeit

Was XENON so zuverlässig macht, ist die Tatsache, dass alle Daten auch in der Cloud gespeichert und verarbeitet werden. Sollte etwas mit der Hardware passieren – Stromausfall, physische Beschädigung oder ähnliches – bleiben die Daten der Nutzer:innen sicher, und Prozesse können weiterlaufen. „Jede gridBox ist verschlüsselt und sicher“, erklärt Rômulo Berri, Edge Connector Team Lead. Die Edge-Connector-Abteilung ist mit der Kommunikation zwischen den gridBoxen und der Cloud betraut. Sie ist die Brücke, die die gridBox mit dem Data Lake verbindet und somit alle Informationen bereitstellt, um alles am Laufen zu halten. „Es gibt einen Authentifizierungsprozess, der den hohen Sicherheitsstandards der Branche folgt“, sagt er. „Das macht es nahezu unmöglich, in eine gridBox einzubrechen.“

Updates werden nicht massenhaft ausgerollt. „Wir rollen jeweils nur einen Bruchteil eines Updates aus“, sagt Wolfgang Werner, Solutions Backend Team Lead. „Dann nehmen wir eine Feinabstimmung vor, rollen es wieder aus, nehmen eine Feinabstimmung vor, rollen es wieder aus – es gibt interne Tests, wir überprüfen die Daten und schauen uns die Metriken an. Das ist kein linearer Prozess. Es ist wie ein Kreis im Kreis im Kreis.“ Der Prozess, so fügt er hinzu, umfasst mehrere Iterationen, um eine gute Software zu entwickeln. „Wir mäandern zum Ziel, weil wir sicherstellen wollen, dass unsere Software robust, sicher und leicht zu warten ist und dass wir unsere Geschwindigkeit beibehalten. Wir wollen in einem ständig wachsenden Maßstab arbeiten.“

Und nur weil eine Funktion freigegeben wurde, heißt das nicht, dass die Entwickler:innen sie auf Eis legen und vergessen. Sie arbeiten weiter an der Verbesserung des Codes und der Funktionen und testen kontinuierlich, wo Verbesserungen möglich sind. „Wenn es für die Kund:innen zu kostspielig ist oder keinen geschäftlichen Nutzen bringt, stellen wir es schließlich wieder ein“, fügt Wolfgang hinzu.

Was wir lieben: Menschen und Herausforderungen

Auf die Frage, was ihnen an der Arbeit bei gridX am besten gefällt, antwortet die Mehrheit der Entwickler:innen mit der gleichen Antwort: die Menschen und die Herausforderungen. „Es gibt immer komplexe Use Cases“, sagt Baptiste Feron, Head of Energy Management. „Es kann sich dabei um neue Vorschriften oder neue Trends handeln – wie Time-of-Use-Tarife oder dynamische Tarife – und man muss das richtige Gleichgewicht zwischen Schnelligkeit und Optimierung finden.“

„Man kann hier etwas programmieren und sieht sofort, dass es funktioniert“, sagt Patrick Grützner, Solutions Frontend Team Lead. „Es ist, als würde man Stein für Stein eine Mauer bauen. Das ist sehr motivierend.“

„Jeder hier ist lösungs- und zielorientiert“, meint Wolfgang. „Ich habe nicht viele andere Unternehmen gesehen, die so zielorientiert und rational sind.“ Er fährt fort, dass die Entwickler:innen bei gridX die Möglichkeit haben, in vielen technischen Bereichen selbst Hand anzulegen. „Wir bauen Hardware, die aus der Ferne verwaltet wird und mit der Cloud kommuniziert, egal wo sie montiert ist. Wir haben den Data Lake und die Entwicklung von Webanwendungen – wir machen so viele große Dinge in einem Unternehmen dieser Größe, dass es wirklich erstaunlich ist. Es gibt so viele Themen, mit denen man sich befassen muss, und die Entwickler:innen sind ein großer Teil der Wertschöpfungskette, was bei größeren Unternehmen normalerweise zu mehr Konflikten führt. Hier machen wir alles und es gibt wenig Reibung.“

Warum zu Hause kochen, wenn man sich selbst verwöhnen kann?

Energiemanagement ist ein komplexer Prozess, der großes Fachwissen und Können erfordert, um ihn kostengünstig und effizient durchzuführen. Es würde Jahre dauern, die von der gridBox und XENON durchgeführten Prozesse nachzubilden. „Wir verarbeiten 1,5 bis 2,5 Millionen Datenpunkte pro gridBox und Tag“, erklärt Wolfgang (gridX hat vor kurzem die Marke von 10.000 aktiven gridBoxen erreicht). „Der Bereich, in dem wir arbeiten, ist sehr breit gefächert. Es gibt Protokolle, die für die Kommunikation mit den Energieressourcen verwendet werden. Die Unternehmen müssten diese implementieren und sich über die Aktualisierungen auf dem Laufenden halten. Es ist nicht realistisch, dies intern zu tun, weshalb wir es für sie tun.“

„Es handelt sich um eine sofort einsatzbereite Anwendung“, sagt Patrick und fügt hinzu, dass die Unternehmen die Software von gridX sofort nutzen können. „Die Komplexität ist unser Problem, nicht das der Partner.“

Wenn man ein Restaurant besucht, vertraut man darauf, dass das Lokal feine Zutaten auf köstliche Weise serviert. Das sollten Unternehmen auch erwarten, wenn sie mit gridX zusammenarbeiten: erstklassige Zutaten, ausgezeichneter Service und Spitzenköche, die alles zu einem hochkarätigen Feinschmeckererlebnis führen. Wenn Unternehmen bei uns speisen, wollen sie nie wieder zu Hause kochen!