Projektvision
Die Campus Wetterstation an der Hochschule RheinMain (Campus "Unter den Eichen") ist eine langfristige Forschungsinitiative an der Schnittstelle von IoT, Cloud Computing und nachhaltiger Energie. Ziel war es, eine professionelle meteorologische Station zu schaffen, die nicht nur vollständig in die moderne Cloud-Infrastruktur der Hochschule integriert ist, sondern auch das ganze Jahr über zu 100% energieautark arbeiten kann.
Was als grundlegende Studie begann, hat sich zu einem ausgefeilten "Green IoT"-Referenzprojekt entwickelt, das zeigt, wie intelligente Software Hardwarebeschränkungen in Off-Grid-Szenarien überwinden kann.
Akademischer Zeitstrahl & Team
Das Projekt erstreckt sich über drei akademische Semester, wobei jede Phase auf den Erkenntnissen der vorherigen aufbaut:
Phase 1: Fundament & Cloud-Integration
- Kontext: Bachelorarbeit (Sommersemester 2024)
- Autor: HSRM Student
- Betreuer: Prof. Dr. Holger Hünemohr
- Fokus: Aufbau der physischen Station, Sensorintegration (Ser[LOG]) und Erstellung der ersten Datenpipeline.
- Identifizierte Kernherausforderung: Das ursprüngliche 100W-Solar-Setup war für einen zuverlässigen Winterbetrieb unzureichend.
Phase 2: Wiederherstellung & Energiemanagement
- Kontext: Masterprojekt (Sommersemester 2025)
- Autoren: Holger Albrich & Ahmed Sharhan
- Betreuer: Prof. Dr. Holger Hünemohr
- Fokus: Wiederbelebung der Station nach Hardwareausfall, Austausch der Batterien durch Li-Ion-Technologie und Implementierung des ersten Energiemanagementsystems (EMS) unter Verwendung von Node-RED und Grafana zur Visualisierung der Leistungsflüsse.
- Identifizierte Kernherausforderung: Die Standard-Netzwerkhardware (Router) verbrauchte zu viel Strom und verhinderte echte Autonomie.
Phase 3: Autonomie, Zuverlässiges Datenmanagement & Öffentliche Visualisierung
- Kontext: Masterprojekt (Wintersemester 2025/26)
- Autoren: Jan Kretschmar & Nicolas Moeller
- Betreuer: Prof. Dr. Holger Hünemohr & Prof. Dr. Nikolay Tcholtchev
- Fokus: Erreichung einer 99,9%igen Winterverfügbarkeit. Dies beinhaltete eine komplette Neugestaltung der Stromarchitektur (DC-Bus-Topologie, 510Wp Solar, 1536Wh Speicher) und die Entwicklung eines intelligenten "Low-Power Mode".
- Erfolg: Reduzierung der Ausfallwahrscheinlichkeit im Dezember von ~40% auf 0%. Entwicklung dieser öffentlichen Website zur Visualisierung von Live-Daten.
Paralleler Forschungspfad: 5G Campus-Netzwerk
- Kontext: Masterprojekt (Wintersemester 2025/26)
- Autoren: Lukas Kahl & Jens Hummel
- Betreuer: Prof. Dr. Holger Hünemohr
- Fokus: Entwurf einer ganzheitlichen Private 5G Standalone (SA) Campus-Netzwerkarchitektur. Die Wetterstation diente als primärer "Green IoT"-Anwendungsfall zur Evaluierung der 5G RedCap-Technologie für energiekritische Anwendungen, neben Szenarien mit hoher Bandbreite wie Drohneninspektionen.
- Wichtige Erkenntnis: Ein privates 5G-Netzwerk mit industriellen RedCap-Routern (Teltonika RUT976) kann mit extrem geringem Stromverbrauch (~0,5W im Durchschnitt) unter Verwendung von Intervallstrategien betrieben werden und bietet eine robuste Alternative zu WLAN.
Technische Highlights
- Hardware: Trina Solar 510Wp, Victron LiFePO4 Speicher, Lambrecht meteo Sensoren.
- Software: Docker-basiertes Backend mit MQTT, InfluxDB, Node-RED und Grafana. Lokale Pufferung via SQLite gewährleistet Datenintegrität bei Verbindungsabbrüchen.
- Smart Energy: Die Station schaltet automatisch zwischen "Normal"- und "Low-Power"-Modus basierend auf dem Batteriestatus (SoC) und der Solarvorhersage um, wodurch sichergestellt wird, dass Daten selbst während wochenlanger Dunkelheit nie verloren gehen.
Aktueller Status
Stand Februar 2026 ist die Station voll betriebsbereit und validiert ihr Design durch tägliche Felddaten. Sie dient als "Living Lab" für Studierende und Forschende, um Off-Grid-Systemdynamiken und Mikroklimamuster auf dem Campus zu untersuchen. Die parallele Forschung zur 5G Standalone-Konnektivität liefert eine klare Roadmap für zukünftige Upgrades der Infrastrukturresilienz.