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Das Fraunhofer IDMT und die Pan Acoustics GmbH haben erfolgreich eine wartungsarme Sensorik zur lokalen Niederschlagsmessung erprobt. Jetzt sucht das thüringische Forschungsinstitut weitere Praxispartner für Pilotinstallationen.
+++ Fraunhofer IDMT und Pan Acoustics erproben wartungsarme Sensorik im Freifeld +++
Wie stark regnet es an welchem Ort? Diese Information lässt sich künftig aus den Strukturschwingungen z. B. eines Photovoltaikmoduls gewinnen. Treffen Regentropfen auf eine Oberfläche, versetzen sie diese in Schwingung. Das Ilmenauer Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT und der Audio- und Akustikspezialist Pan Acoustics GmbH aus Wolfenbüttel haben daraus eine Methode zur Niederschlagsmessung entwickelt. Die dafür eingesetzten Sensoren sind dank ihres energieeffizienten Betriebs und ihrer Bauweise ohne bewegliche Komponenten besonders langlebig und wartungsarm.
Im kürzlich abgeschlossenen Forschungsprojekt »lokalRAIN« haben die Partner den Ansatz im Labor und unter realen Wetterbedingungen erprobt und zu einem funktionsfähigen Demonstrator weiterentwickelt.
Darauf aufbauend will das Fraunhofer IDMT jetzt weitere Pilotinstallationen auf den Weg bringen. »Hierfür suchen wir Praxispartner, mit denen wir das Messsystem unter unterschiedlichen Einsatzbedingungen erproben und für konkrete Anwendungen weiterentwickeln können«, erläutert Jakob Bergner, wissenschaftlicher Leiter des Forschungsprojekts am Fraunhofer IDMT.
Ziel ist ein dichtes Messnetz, das lokale Unterschiede der Niederschlagsmenge besser erfasst. Gerade bei lokal begrenztem Starkregenereignissen kann die Regenmenge schon auf kurzer Distanz stark variieren.
Messgeräte zur Niederschlagserfassung, etwa an Wetterstationen, stehen aufgrund von Wartungsaufwand und Kosten häufig nur an ausgewählten Standorten zur Verfügung. Zusätzliche, räumlich verteilte und vernetzte Messpunkte können helfen, die lokale Niederschlagsverteilung genauer abzubilden.
+++ Vom Regensimulator ins Freifeld +++
Im Regensimulator des Fraunhofer IDMT untersuchten die Forschenden zunächst unterschiedliche Niederschlagsintensitäten und Tropfengrößen sowie verschiedene Photovoltaikmodule, Sensorarten und -positionen.
Anschließend wurden drei Messsysteme unter realen Wetterbedingungen am Fraunhofer IDMT in Ilmenau, bei Pan Acoustics in Wolfenbüttel und im Wettergarten der TU Ilmenau installiert. Die dort gewonnenen Messdaten haben die Forschenden mit Referenzniederschlagsdaten verknüpft und sie für das Training und den Test der Machine-Learning-Modelle genutzt.
+++ Vor Ort auswerten, per Funk vernetzen +++
Körperschallsensoren erfassen die durch Regentropfen ausgelösten Schwingungen der Photovoltaikmodule. Ein Machine-Learning-Modell bestimmt daraus die Niederschlagsintensität. Die Auswertung erfolgt direkt am Messort auf einem energieeffizienten Mikrocontroller.
Statt umfangreicher Rohdaten müssen so nur kompakte Ergebnisdaten übertragen werden. Für diese Funkübertragung entwickelte Pan Acoustics eine eigene Hard- und Softwarelösung. In Tests wurden Funkreichweiten von rund vier Kilometern im städtischen Umfeld und mehr als 35 Kilometern bei ländlicher Sichtverbindung erreicht.
Die Daten der verschiedenen Messpunkte werden in einer zentralen Dateninfrastruktur des Fraunhofer IDMT zusammengeführt und gemeinsam ausgewertet.
+++ Machbarkeit nachgewiesen +++
Die Ergebnisse aus dem Forschungsprojekt zeigen, dass sich die Niederschlagsintensität anhand der Schwingungen von Photovoltaikmodulen zuverlässig abschätzen lässt. Im Bereich zwischen 2 und 5 Millimetern Niederschlag pro Stunde betrug die mittlere absolute Abweichung vom Referenzwert 1,88 Millimeter pro Stunde. Damit wird im Bereich der niedrigen Niederschlagsintensitäten bereits die Genauigkeitsklasse C der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) erreicht. Diese Genauigkeitsklasse lässt eine maximale Abweichung von 2 Millimetern pro Stunde bei der Messung der Niederschlagsintensität zu.
»Die Machbarkeit unseres Ansatzes für Leichtregen haben wir nachgewiesen. Jetzt wollen wir weitere Daten für die seltener vorkommenden Starkregenereignisse sammeln und so das Verfahren für unterschiedliche Einsatzbedingungen optimieren«, sagt Jakob Bergner.
Das vom Fraunhofer IDMT und Pan Acoustics entwickelte Verfahren soll hochpräzise Niederschlagsmessgeräte nicht ersetzen, sondern bestehende Messnetze um zusätzliche, wartungsarme Messpunkte ergänzen.
+++ Lokale Niederschlagsdaten für konkrete Anwendungen +++
Ein wichtiges Anwendungsszenario könnte beispielsweise die Einbindung lokaler Niederschlagsdaten in Urban Digital Twins – digitale Zwillinge von Städten – sein. Dort lassen sich Niederschlagsinformationen räumlich darstellen und mit weiteren Daten verknüpfen.
Kommunale Leitstellen und Infrastrukturbetreiber können die Niederschlagsdaten nutzen, um sehr schnell die Lage von Starkregenereignissen zu bewerten und entsprechende Maßnahmen einleiten zu können. Auf längere Sicht helfen die Informationen zudem, Entwässerungssysteme zu planen oder Überschwemmungsrisiken besser einzuschätzen.
Für Versicherungen bieten die ortsgenauen Niederschlagsdaten eine mögliche Grundlage für Risikoanalysen und Schadensbewertungen.
Für Wetterdienste wäre ein dichteres lokales Messnetz eine zusätzliche Datenquelle für ihre Prognosemodelle erhalten.
In der Landwirtschaft können die lokalen Niederschlagsinformationen für eine bedarfsgerechtere Bewässerung eingesetzt werden. Für diesen Anwendungsfall entwickelt das Fraunhofer IDMT in einem weiteren Forschungsprojekt aktuell einen Lösungsansatz, bei dem Sensorknoten für Tests im Bereich Agri-Photovoltaik aufgebaut und vernetzt werden.
+++ Nächste Ziele: mehr Felddaten, weitere Pilotinstallationen, Serienreife +++
Für höhere Niederschlagsintensitäten stehen bislang weniger Trainings- und Testdaten zur Verfügung. Die Datenerhebung und -auswertung soll deshalb für stärkere Niederschläge vorangetrieben werden.
Gleichzeitig will das Fraunhofer IDMT weitere Pilotinstallationen auf den Weg bringen. »Wir haben bereits Anfragen von kommunalen Infrastrukturbetreibern und Feuerwehren erhalten, die Interesse an einer flächendeckenden Niederschlagsmessung in Echtzeit haben«, erklärt Jakob Bergner. Die neuen Pilotinstallationen sollen zeigen, wie sich das Messsystem unter unterschiedlichen Einsatzbedingungen bewährt und für konkrete Anwendungen weiterentwickeln lässt.
Für den Schritt vom Demonstrator zum serienreifen System sind weitere Entwicklungsarbeiten notwendig. Dazu werden unter anderem Sensorgehäuse und Elektronik weiter optimiert, die Qualitätssicherung ausgebaut und die Voraussetzungen für eine spätere CE-Konformität geschaffen.
+++ Über lokalRAIN +++
Das Forschungsprojekt »lokalRAIN – Lokale Regenmessung mit Akustischer Sensorik in IoT-Netzwerken« lief von Oktober 2024 bis Juni 2026. Projektpartner waren das Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT und die Pan Acoustics GmbH. Das Vorhaben wurde im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) gefördert. Fördergeber war das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE), Förderkennzeichen: KK5048507RL4.
+++ Über die Pan Acoustics GmbH +++
Die Pan Acoustics GmbH mit Sitz in Wolfenbüttel entwickelt und produziert seit über 20 Jahren hochwertige digtal vernetzte Lautsprechersysteme mit dem Prädikat Made in Germany. Typische Anwendungen indoor/outdoor finden sich in den Bereichen Evakuierung, Konferenztechnik und Medientechnik. Das Unternehmen mit hoher Expertise auch in digitalen Funkübertragungsstrecken legt neben höchster Klangqualität besonderen Wert auf längste Zuverlässigkeit, intelligente Technologie und nachhaltige Produktion. Weltweit setzen Kunden aus den Bereichen Kultur, Bildung, Industrie und öffentliche Einrichtungen auf die Lösungen des Unternehmens.
Jakob Bergner jakob.bergner@idmt.fraunhofer.de
https://www.idmt.fraunhofer.de/de/Press_and_Media/press_releases/2026/akustische... Pressemitteilung
Testsystem zur Niederschlagsmessung
Copyright: Fraunhofer IDMT
Mehrere räumlich verteilte Sensorknoten erfassen Niederschlag anhand der Schwingungen von Photovolta ...
Copyright: Fraunhofer IDMT | KI-generiert
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler, jedermann
Elektrotechnik, Informationstechnik, Meer / Klima, Tier / Land / Forst, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsergebnisse
Deutsch
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