Die Energie Baden-Württemberg AG (EnBW) ist eines der größten Energieunternehmen Deutschlands und verwaltet ein schnell wachsendes Portfolio an Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien. Da die Photovoltaik-Kapazität innerhalb von nur vier Jahren von 150 Megawatt auf 1 Gigawatt gestiegen ist, steht das Unternehmen vor der großen Herausforderung, immer größere Anlagen mit weniger Personal zu inspizieren und dabei die Datengenauigkeit und die betriebliche Effizienz zu gewährleisten. Im Bereich der erneuerbaren Energien hat die Nutzung von Drohnen in den letzten drei Jahren um 67 % zugenommen. Autonome Systeme sind für Energieversorger, die ihre Inspektionstätigkeiten ausweiten wollen, ohne die Belegschaft proportional zu vergrößern, unverzichtbar geworden.
In einem kürzlich abgehaltenen Webinar sprachen wir mit Timo Freund, technischem Spezialisten für PV-Module bei EnBW. Timo gab uns Einblicke, wie der deutsche Energieriese autonome Drohnen-Docktechnologie nutzt, um die Inspektion von Solarmodulen in seinem schnell wachsenden Portfolio zu revolutionieren. Hier ist sein Bericht über die Erfahrungen mit dieser Technologie.
Die Herausforderung
„Unsere Solarkapazität hat sich innerhalb von vier Jahren versiebenfacht. Wir haben jetzt viel mehr Solarparks zu inspizieren, und jeder Park ist größer als zuvor - aber wir können nicht siebenmal so viele Mitarbeiter einstellen, um sie alle zu inspizieren“, sagte Timo Freund, Technischer Spezialist für PV-Module bei EnBW.
EnBW stand bei der Durchführung ihrer Inspektionsarbeiten für Solar-PV-Anlagen vor mehreren kritischen Herausforderungen:
Skalierbarkeitskrise: Herkömmliche, auf Beratern basierende Inspektionsmethoden konnten mit dem Portfoliowachstum des Unternehmens von 567 % innerhalb von vier Jahren nicht mithalten. Größere Standorte erforderten exponentiell mehr Inspektionszeit, doch die Kapazitäten der Berater ließen sich nicht schnell genug ausbauen. Inspektionsdaten blieben in Excel-Tabellen und PDF-Berichten gefangen, die über E-Mail-Verläufe und SharePoint-Ordner verstreut waren, was die Koordination für die Wartungsteams, die auf die Ergebnisse reagieren mussten, erheblich erschwerte.
Deutschlandspezifische operative Einschränkungen: Das unberechenbare Wetter des Landes machte die Planung von Drohneneinsätzen zu einem riskanten Unterfangen - klare Tage, die für präzise Wärmebildaufnahmen erforderlich sind, ließen sich schwer vorhersagen. Das bedeutete, dass Piloten, die zwei bis sechs Stunden zu abgelegenen Einsatzorten flogen, oft ungeeignete Flugbedingungen vorfanden. Erschwerend kam hinzu, dass die deutsche Netzabschaltregelung große Solaranlagen in Zeiten negativer Strompreise oder Netzüberlastung häufig abschaltete, sodass die Piloten vor Ort kein betriebsbereites System zur Inspektion hatten.
Herausforderungen in Bezug auf Gelände und Konnektivität: An einigen Solarstandorten gab es erhebliche Höhenunterschiede von bis zu 80 Metern, und ausgewachsene Bäume unterbrachen die Sichtverbindung zwischen Piloten und Drohnen. Herkömmliche Fernsteuerungsmethoden waren unter diesen Bedingungen schlichtweg nicht zuverlässig.
Unvollständige Datenqualität: Die Gutachten der Berater enthielten lediglich die 200 häufigsten Fehler, die bei den Begehungen festgestellt wurden. Die weitere Anomalieerkennung war kostenpflichtig. Da keine GPS-Koordinaten bereitgestellt wurden, mussten die Wartungsteams handgezeichnete Lagepläne interpretieren und die einzelnen Module visuell vom Boden aus identifizieren - ein fehleranfälliges und zeitintensives Verfahren.
Die Lösung
EnBW implementierte eine umfassende, auf der KI-gestützten Drohnenautonomieplattform von FlytBase und der Analysesoftware von Sitemark basierende Komplettlösung für autonomes Drohnenfliegen. Der Einsatz erfüllt strategisch die spezifischen betrieblichen Anforderungen des Unternehmens und nutzt fortschrittliche autonome Funktionen, um die anspruchsvollen Inspektionsbedingungen in Deutschland zu meistern.
Die Transformation erfolgte in zwei Phasen. Vor etwa zwei Jahren stellte EnBW zunächst von standortbezogenen, von Beratern durchgeführten Begehungen auf drohnengestützte Luftbildthermografie um. Dieser erste Schritt ersetzte fragmentierte Excel- und PDF-Workflows durch GPS-gestützte Bilder und KI-gestützte Anomalieerkennung über die Sitemark-Plattform. Dadurch wird eine vollständige Anomalieverfolgung jeder einzelnen Wärmesignatur ermöglicht, anstatt wie bisher nur die 200 häufigsten Fehler manuell zu erfassen.
Aufbauend auf dieser Grundlage startete EnBW ein Machbarkeitsstudienprogramm zur Erprobung autonomer Drohnen-Docks an hochwertigen Solaranlagen. Die technische Architektur basiert auf DJI Dock 2-Systemen mit LTE-Dongles - eine entscheidende Innovation, die die Verbindungsherausforderungen an Deutschlands bergigen Solaranlagen mit bis zu 80 Metern Höhenunterschied und Baumbestand löst. Im Gegensatz zum Vorgängermodell DJI Dock 1 (150 Kilogramm), das auf Sichtverbindung angewiesen war, gewährleistet die LTE-Funktion des Dock 2 eine permanente Verbindung zum zentralen Überwachungssystem FlytBase und ermöglicht so einen reibungslosen, ferngesteuerten Flugbetrieb ohne manuelle Eingriffe.
Die Plattform von FlytBase bietet die für einen zuverlässigen Betrieb unerlässlichen autonomen Flugmanagementfunktionen vom Hauptsitz der EnBW in Stuttgart. Das System übernimmt komplexe Missionsplanung, automatisierte Flugausführung und Echtzeitüberwachung und gewährleistet dabei die Einhaltung der deutschen Luftfahrtvorschriften. Jede Dockingstation ist strategisch an Standorten mit einer Leistung von 20 bis 70 Megawatt positioniert - der optimalen Größe, bei der Inspektionsflexibilität und -häufigkeit die Investition rechtfertigen.
Die implementierte Lösung umfasst:
- Autonome DJI Dock 2-Systeme mit LTE-Konnektivität
- FlytBase Softwareplattform für Missionsplanung und Fernausführung
- DJI Matrice 4T/4TD Drohnen mit Wärmebild- und optischen Kameras
- Sitemark KI-Analyseplattform für Anomalieerkennung und Ticketing
- Integration mit den Wartungsmanagement-Workflows von EnBW
So funktioniert es
Der Ablauf der autonomen Inspektion beginnt mit der Flugvorbereitung, die vom Stuttgarter Büro der EnBW aus ferngesteuert durchgeführt wird. Der Operator prüft die Luftraumbestimmungen, um die Freigaben von Flughäfen und Sperrzonen zu bestätigen, und verifiziert anschließend die Wetterbedingungen, einschließlich Windgeschwindigkeit und Sonneneinstrahlung - für präzise Wärmebildaufnahmen werden mindestens 600 Watt pro Quadratmeter benötigt. Der Energiesparstatus wird über Signale des Netzbetreibers überwacht, sodass das Team Inspektionsfenster identifizieren kann, in denen das System mit Strom versorgt wird. Flugmissionen werden in der Regel einen Tag im Voraus mit den Planungstools von FlytBase programmiert.
Am Einsatztag startet der Bediener den Flug ferngesteuert von Stuttgart aus. Die autonome Dockingstation öffnet sich, führt Systemprüfungen vor dem Flug durch und startet die mit Wärmebildkameras ausgestattete DJI Matrice 4T oder 4TD Drohne. Das Fluggerät folgt der vorprogrammierten Flugroute und gewährleistet dabei eine Überlappung von 70 % nach vorn und 30 % zur Seite, um eine vollständige Abdeckung sicherzustellen. In einer Flughöhe von 25 Metern erfasst die Drohne Wärmebilder mit einer Bodenauflösung von 3 Zentimetern - der Auflösung, die von den ISE-Normen (Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme) für die Inspektion von Photovoltaikanlagen im Rahmen der Gewährleistungspflicht vorgeschrieben ist.
Die aufgenommenen Bilder werden nach Abschluss der Mission automatisch auf Sitemarks KI-Analyseplattform hochgeladen. Die Machine-Learning-Algorithmen der Software verarbeiten visuelle und thermische Daten gleichzeitig und erkennen Anomalien wie Hotspots, Kabelbrüche, Probleme mit Bypass-Dioden und Glasbruch. Jede Erkennung wird per GPS dem genauen Modulstandort zugeordnet und mit den thermischen und visuellen Bildern abgeglichen.
Wartungsteams greifen über die benutzerfreundliche Oberfläche von Sitemark auf Arbeitsaufträge zu, inklusive exakter GPS-Koordinaten und Fotobeweis. Servicetechniker können so direkt zu den betroffenen Modulen navigieren, ohne auf Interpretationsspielraum angewiesen zu sein, Probleme visuell überprüfen und Reparaturen durch Nachkontrollen bestätigen - alles koordiniert über eine einzige digitale Plattform.
„Ich sitze hier in Stuttgart und habe Anlagen in der Nähe von Berlin. Ich möchte nicht sechs Stunden dorthin fahren und dann feststellen, dass die Wetterbedingungen schlecht sind oder es zu Abschaltungen kommt. Ich kann einfach hier im Büro sitzen bleiben, anfangen, und wenn ich die Abschaltmeldung sehe, kann ich aufhören und am nächsten Tag weitermachen“, sagte Timo Freund, Technischer Spezialist für PV-Module bei EnBW.
Durchführung
Der Implementierungsprozess begann mit dem Aufbau grundlegender Kompetenzen, bevor die autonome Nutzung der Drohnen eingeführt wurde. EnBW stellte zwischen 2020 und 2021 von beratergeführten Inspektionen auf den eigenen Drohnenbetrieb um und führte umfangreiche Marktanalysen bei europäischen Anbietern durch, bevor die Wahl auf die Analyseplattform von Sitemark fiel. Die Entscheidung priorisierte Benutzerfreundlichkeit und einfache Bedienung gegenüber einem breiten Funktionsumfang - eine Wahl, die sich als entscheidend für die breite Akzeptanz in Wartungsteams mit unterschiedlichem technischen Hintergrund erwies.
Während dieser Zeit etablierte EnBW ein internes Pilotenschulungsprogramm, das umfassende 5-tägige Zertifizierungen umfasste, die die europäischen Drohnenlizenzen A1/A3 und A2, die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und das Luftraummanagement, die Grundlagen der Fotografie, die Grundlagen der Thermografie speziell für die PV-Inspektion sowie praktische Übungen in realen Solaranlagen abdeckten.
Das Pilotprogramm für autonome Docks startete 2022/23 mit dem ersten Einsatz eines DJI Dock 1 durch EnBW an einem Solarstandort mit anspruchsvollem Gelände. Das Team stieß schnell an die Grenzen der Sichtverbindung, als die Flüge auf Inspektionshöhe von 25 Metern absanken und dabei einen Höhenunterschied von 80 Metern mit dazwischenliegendem Baumbestand überwanden. Die Lösung kam wie gerufen: DJI brachte das Dock 2 mit LTE-Dongle-Funktion genau zu dem Zeitpunkt auf den Markt, als EnBW mit diesen Verbindungsproblemen zu kämpfen hatte.
EnBW betreibt derzeit zwei autonome Docks; ein drittes Dock-3-System wird im Frühjahr 2024 in Betrieb genommen. Das Team hat bei den deutschen Luftfahrtbehörden Anträge auf Genehmigung für Flüge außerhalb der Sichtweite (BVLOS) eingereicht. Aufgrund von Bearbeitungsrückständen sind die Genehmigungszeiten jedoch weiterhin ungewiss. Während der Proof-of-Concept-Phase läuft der Betrieb über ein separates LTE-Netzwerk außerhalb der kritischen Infrastruktur (KRITIS) von EnBW. Dies ermöglicht schnellere Tests und Iterationen ohne aufwendige Cybersicherheitsgenehmigungsverfahren.
„Wie bereits erwähnt, besteht der nächste Schritt darin, den Einsatz weiterer Drohnendocks auszuweiten. Zunächst müssen wir jedoch den Nutzen nachweisen. Unsere Geschäftsleitung wird prüfen, ob sich Investitionen in Docks, Software, Schulungen für BVLOS-Flüge usw. lohnen“, so Timo Freund, Technischer Spezialist für PV-Module bei EnBW.
Die Ergebnisse
Die Implementierung der autonomen Drohnen-Docktechnologie hat in den gesamten Betriebsabläufen von EnBW erhebliche messbare Vorteile gebracht:
Verbesserte operative Flexibilität: Das Drohnen-Docksystem machte die sechsstündigen Hin- und Rückflüge zu abgelegenen Solaranlagen überflüssig. Von Stuttgart aus kann EnBW nun Anlagen in der Nähe von Berlin ohne Reisekosten und wetterbedingte Ausfälle inspizieren. Bei Netzabschaltungen während des Einsatzes werden die Flüge einfach pausiert und bei Besserung der Bedingungen fortgesetzt. Dadurch konnte die Inspektionsfrequenz von jährlicher auf vierteljährliche Überwachung um das Zwei- bis Vierfache erhöht werden.
„Ich sitze hier in Stuttgart und habe Anlagen in der Nähe von Berlin. Ich möchte nicht sechs Stunden dorthin fahren und dann feststellen, dass die Wetterbedingungen schlecht sind oder es zu Abschaltungen kommt. Ich kann einfach hier im Büro sitzen bleiben, anfangen, und wenn ich die Abschaltmeldung sehe, kann ich aufhören und am nächsten Tag weitermachen“, sagte Timo Freund, Technischer Spezialist für PV-Module bei EnBW.
Vollständige Datenqualität:
„Der Vorteil ist, dass wir jetzt alle Ausfälle im Feld mithilfe der Software erfassen können. Die KI von Sitemark analysiert alle Bilder, und so wird jeder einzelne Fehler bis hin zu minimalen Temperaturabweichungen nachverfolgt. Das haben die Beratungsunternehmen nie geleistet“, sagte Timo Freund, Technischer Spezialist für PV-Module bei EnBW.
Das KI-gestützte System erfasst nun unbegrenzt viele Anomalien mit GPS-Präzision im Vergleich zu den 200 häufigsten Fehlern aus Gutachten. Die Kreuzkorrelation von Bild- und Wärmebildern unterscheidet automatisch zwischen Vegetationsbeschattung und elektrischen Störungen, reduziert Fehlalarme und stellt gleichzeitig sicher, dass keine echten Probleme unentdeckt bleiben.
Validierung der Kosteneffizienz: Die Finanzmodellierung von EnBW zeigt, dass die Gewinnschwelle bereits bei einem einzigen wetter- oder betriebsbedingt abgesagten Pilotbesuch liegt. Die Investition in die Docks entspricht in etwa den jährlichen Kosten externer Pilotprojekte für Anlagen mit einer Leistung von 20-70 MW und ermöglicht gleichzeitig die 2- bis 4-fache Anzahl an Inspektionen bei gleichem Jahresbudget. Das Unternehmen konnte sein Portfolio um 567 % (von 150 MW auf 1 GW) ohne proportionalen Personalaufbau vergrößern.
Gemeinsame Operationen: EnBW hat seine eigene Drohnenkapazität ausgebaut und setzt mehrere hundert Drohnen in verschiedenen Geschäftsbereichen ein. Das Unternehmen etablierte ein fünftägiges Pilotentraining und schulte die Wartungsteams zu Piloten und Technikern in Doppelfunktion. Dadurch wurde die Abhängigkeit von externen Dienstleistern reduziert und gleichzeitig opportunistische Inspektionen im Rahmen routinemäßiger Wartungsbesuche ermöglicht. Zwei Docks sind derzeit in Betrieb, ein drittes soll im Frühjahr 2024 in Betrieb gehen.
Der Weg nach vorn
EnBW plant, das Drohnen-Dock-Programm auf alle hochwertigen Solaranlagen auszuweiten und die Technologie frühzeitig in die Projektentwicklung zu integrieren, um den Nutzen zu maximieren. Das Unternehmen optimiert derzeit das Modell zur Bestimmung der optimalen Anlagengröße - insbesondere den Leistungsbereich von 20 bis 70 Megawatt, in dem Investitionen in Docks optimale Renditen erzielen - und standardisiert die Inspektionsintervalle, um Kosten und Risikoüberwachung in Einklang zu bringen.
„Wir schulen unsere Wartungsteams zu Drohnenpiloten. Sie sind vor Ort, normalerweise bei gutem Wetter, da sie Messungen an den Strings und Wechselrichtern durchführen müssen. Diese Zeit können sie nutzen und sagen: ‚Ich habe die Drohne im LKW, ich setze sie ein und führe die Inspektion parallel durch‘“, sagte Timo Freund, Technischer Spezialist für PV-Module bei EnBW.
In den nächsten ein bis zwei Jahren plant EnBW, den Einsatz von Docks auszuweiten und die Anwendungsfälle über PV-Inspektionen hinaus zu erweitern. Umspannwerke, konventionelle Kraftwerke und Anwendungen zur Perimetersicherheit werden derzeit aktiv evaluiert, wobei dieselbe Automatisierungsplattform FlytBase und die gleichen Hardwareinvestitionen zum Einsatz kommen. Das Unternehmen wird außerdem von der separaten LTE-Netzwerkarchitektur des Proof of Concept (POC) auf On-Premise- oder gesicherte Konfigurationen umsteigen, die die Cybersicherheitsanforderungen für die Integration in kritische Infrastruktursysteme erfüllen.
Mit Blick auf die Zukunft geht Freund davon aus, dass die Erlangung der behördlichen Genehmigung für Inspektionen außerhalb der Sichtweite (BVLOS) die operativen Fähigkeiten erheblich verbessern wird, da die Notwendigkeit von Beobachtern vor Ort entfällt. Die langfristige Vision sieht die autonome Inspektion als Standardverfahren vor, wobei die kontinuierliche Zustandsüberwachung jährliche Inspektionszyklen ersetzt und Plattforminvestitionen Solar-, Wind-, Netzinfrastruktur- und konventionelle Anlagen im gesamten Multi-Gigawatt-Portfolio von EnBW nahtlos unterstützen.
Abschluss
Die Implementierung autonomer Drohnen-Docktechnologie durch EnBW hat die Inspektion von Photovoltaikanlagen von einem beraterabhängigen, einmal jährlich durchgeführten Prozess in einen flexiblen, datengestützten und kontinuierlichen Überwachungsbetrieb verwandelt. Durch den Wegfall von Reisebeschränkungen, die Berücksichtigung von Wetterbedingungen und Abschaltzeiten sowie die Erfassung vollständiger, GPS-genauer Anomaliedaten schafft das Unternehmen die operative Grundlage für die Verwaltung von Multi-Gigawatt-Portfolios erneuerbarer Energien mit weniger Personal und besseren Erkenntnissen.
Die erfolgreiche Implementierung des Konzepts hat die zentralen Werttreiber bestätigt und gleichzeitig den Weg für Energieunternehmen mit ähnlichen Wachstumspfaden aufgezeigt. Mit der BVLOS-Zulassung, die die volle Autonomie ermöglicht, und der Ausweitung des Einsatzes auf alle Geschäftsbereiche demonstriert EnBWs stufenweiser Ansatz, wie korrekt implementierte autonome Lösungen als operative Multiplikatoren in verschiedenen Bereichen eines Unternehmens wirken können.
„Achten Sie auf den Lock-in-Effekt der Software. Wenn Sie sich für eine bestimmte Lösung entscheiden, sind Sie daran gebunden und können nur schwer flexibler agieren. Nehmen Sie sich Zeit, die richtige Software auszuwählen“, sagte Timo Freund, Technischer Spezialist für PV-Module bei EnBW.
Häufig gestellte Fragen
1. Wie vergleicht sich die autonome Drohneninspektion mit herkömmlichen, auf Beratern basierenden Methoden hinsichtlich der Kosteneffizienz?
Autonome Drohnen-Docks fungieren als Multiplikator der Arbeitskraft und ersetzen Berater nicht vollständig. Sie eliminieren Reisekosten und ermöglichen eine flexible Terminplanung, die sich an Wetterbedingungen und Produktionsausfälle anpassen lässt. Bei EnBW amortisiert sich die Investition bereits nach einem abgesagten Pilotbesuch. Die Investition in die Docks entspricht in etwa den jährlichen Kosten externer Pilotprojekte für Standorte mit einer Leistung von 20-70 MW und ermöglicht gleichzeitig eine 2- bis 4-fache Inspektionsfrequenz.
2. Welche technische Infrastruktur ist erforderlich, um ferngesteuerte Drohneneinsätze für die Inspektion von Photovoltaikanlagen zu ermöglichen?
Für den Betrieb werden DJI Dock 2-Systeme mit LTE-Konnektivität benötigt, um Gelände- und Hindernisprobleme zu überwinden, die autonome Flugplattform FlytBase für Missionsplanung und -durchführung sowie Analysesoftware wie Sitemark für die KI-gestützte Anomalieerkennung. Die Missionen müssen eine thermische Bodenauflösung von 3 cm in 25 Metern Höhe einhalten, um die ISE-Normanforderungen für die Gewährleistungserfüllung zu erfüllen.
3. Wie gehen Energieunternehmen mit den regulatorischen Anforderungen für den Betrieb autonomer Drohnen in Europa um?
Unternehmen müssen die Vorschriften der Luftfahrtbehörden, einschließlich der Genehmigungsanforderungen für Flüge außerhalb der Sichtweite (BVLOS), beachten. EnBW hat BVLOS-Anträge eingereicht, sieht sich jedoch mit Bearbeitungsrückständen konfrontiert und arbeitet daher derzeit mit Fernüberwachung und Beobachtern vor Ort. Das Unternehmen hat umfassende Pilotenschulungsprogramme eingerichtet und betreibt während der Proof-of-Concept-Phase (POC) Docks in separaten Netzwerken, um die Tests vor der vollständigen KRITIS-Integration zu beschleunigen.
4. Wie lange dauert es typischerweise, bis sich die Investition in autonome Drohnentechnologie im Solarsektor amortisiert?
Die genauen Zeiträume variieren je nach Portfoliogröße. Die Finanzmodellierung von EnBW zeigt jedoch, dass sich ein einziger wetter- oder betriebsbedingt ausgefallener Beraterbesuch bereits amortisiert. Die Anwendung, die sowohl detaillierte Jahresinspektionen als auch vierteljährliche Überwachung ermöglicht, beschleunigt den ROI erheblich, indem sie die Inspektionsfrequenz um das 2- bis 4-Fache erhöht. Dies ermöglicht eine schnellere Erkennung von Anomalien und reduziert Energieverluste durch unentdeckte Ausfälle.