Das Interface der Energie und der Digitale Botschafter als Kommunikationswerkzeuge zwischen Mensch und Energienetzwerk der Zukunft

Im Rahmen des AP11 sollten zwei Digitale Nutzerschnittstellen, ein sogenanntes Interface der Energie, sowie ein Digitaler Botschafter, entwickelt werden. Beide Schnittstellen sollen die Kommunikation zwischen dem einzelnen Menschen als individuellem Akteur und dem Energienetzwerk der Zukunft ermöglichen. Das Interface der Energie übernimmt dabei vor allem die Aufgabe, dem einzelnen Menschen durch entsprechende Funktionen zu ermöglichen, aktiv und individuell am Energienetzwerk der Zukunft zu partizipieren und dieses beeinflussen zu können, anstelle wie bisher, nur passiver Nutzer des Systems zu sein. Der Digitale Botschafter hat vor allem die Aufgabe, Informationen über Zustand, Funktionen und Aktivitäten des Energienetzwerks nach außen zu transportieren und für den Menschen greifbar und nachvollziehbar darzustellen. Der Digitale Botschafter soll dem Menschen helfen, das Energienetzwerk der Zukunft zu verstehen und ihn dazu motivieren, selbst Akteur in diesem Netzwerk werden zu wollen. Die Ziele des Interface der Energie und Digitalen Botschafters sind eng miteinander verknüpft und es erscheint sinnvoll, diese Schnittstellen in Form einer gemeinsamen technischen Lösung, als integriertes Gesamtsystem, zu betrachten und umzusetzen.

Bei der Entwicklung von Digitalen Nutzerschnittstellen besteht eine der größten Herausforderungen darin, dass diese reale Nutzerbedürfnisse und -anforderungen befriedigen. Tun sie dies nicht, so ist ihr Scheitern vorhersehbar. Für die Erfassung von Nutzerbedürfnissen und -anforderungen und deren ständigen Abgleich mit dem zu entwickelnden System ist das wiederholte Einbeziehen der Zielgruppe in Form von Gesprächen und Tests unabdingbar. Risiken bestehen demnach insbesondere in der Akquise von Gesprächs- und Testteilnehmern (Studienteilnehmern) der Zielgruppe. Darüber hinaus besteht in AP11 die besondere Herausforderung, dass eine Nutzerschnittstelle für eine noch unbekannte und nicht existierende technische Infrastruktur entwickelt werden soll. Somit sind weder technische Umgebung und Rahmenbedingungen im Vorfeld geklärt, noch können sich Studienteilnehmer in bekannte Nutzungssituationen hineinversetzen oder bisherige Erfahrungen bei der Bewertung neuer Lösungen heranziehen. Das Risiko hierbei besteht darin, dass entwickelte Lösungen später nicht zufriedenstellend in die tatsächlich bestehende Infrastruktur integriert werden können bzw. Lösungen ggf. funktionell nicht von der neuen Infrastruktur bedient werden können. Das Risiko seitens der Studienteilnehmer besteht darin, dass diese ggf. nicht über ausreichend Vorstellungskraft und Hintergrundwissen verfügen, um wertvolle Beiträge leisten zu können.

Gegenüber den beschriebenen Risiken sind die Chancen der Schnittstellenentwicklung für eine völlig neue Energieinfrastruktur groß. Bislang existieren noch keine umfassenden Lösungen für eine Nutzerschnittstelle, da der Mensch bislang nur passiver Abnehmer im Energiesystem war. Der Bedarf für ein solches Kommunikationswerkzeug und auch die Umsetzungsmöglichkeiten sind damit sehr groß.

Die Entwicklung des Interface der Energie und des Digitalen Botschafters fand anhand des in der ISO-Norm 9241-210 zertifizierten Human-Centred Design (HCD) Prozesses statt. Der HCD-Prozess ist ein etablierter Prozess zur Entwicklung von interaktiven Systemen mit hoher Gebrauchstauglichkeit (Usability) und einer herausragenden Nutzererfahrung (User Experience). Er basiert auf dem Prinzip der iterativen Entwicklung über verschiedene Phasen hinweg, während der potentielle Nutzer aus der Zielgruppe wiederholt und aktiv zur Anforderungsdefinition, Lösungsfindung und -validierung einbezogen werden.

Um den Nutzungskontext, d.h., die Zielgruppe eines Interface der Energie bzw. Digitalen Botschafters, mit ihren Bedürfnissen und Handlungsumgebungen zu analysieren, haben wir 15 ein- bis zweistündige, semi-strukturierte Interviews mit verschiedenen Einwohnern der Modellregion geführt. Die freiwilligen Teilnehmer wurden aus dem breiten Projektumfeld akquiriert. Um Informationen einer breiten repräsentativen Gruppe zu erhalten, haben wir Teilnehmer aus den drei verschiedenen Landkreisen der Modellregion ausgewählt, die in Charakteristika wie Geschlecht, Alter, Berufstätigkeit und Anzahl an Personen im selben Haushalt variierten. Außerdem berücksichtigten wir sowohl reine Energiekonsumenten als auch Prosumenten, die sowohl Energie produzieren als auch konsumieren. Aus den Ergebnissen der Interviews wurden insgesamt sieben Personas, d.h. repräsentative Stellvertreter der Zielgruppe, abgeleitet und gemeinsam mit weiteren Projektmitarbeitern in einem interdisziplinären Workshop Szenarien für mögliche Nutzungssituationen einer digitalen Schnittstelle entwickelt. Personas und Szenarien halfen im weiteren Projektverlauf dabei, digitale Lösungen eng an reale Bedürfnisse und Handlungsumgebungen der Zielgruppe auszurichten und Anforderungen abzuleiten.

Im weiteren Verlauf entlang des HCD-Prozesses widmeten wir uns der Gestaltungs- und der Evaluationsphase. Ziel war es, möglichst viele Ideen für eine Nutzerschnittstelle zu generieren und dazu frühes Feedback aus Zielgruppenperspektive zu erhalten, um darauf aufbauend iterativ Ideen und Konzepte weiterzuentwickeln. Dazu veranstalteten wir zwei jeweils zwei-tägige interdisziplinäre Workshops mit jeweils 8-9 weiteren Projektmitarbeitern. Die Workshops fanden in einem Wohnhaus inmitten der Modellregion statt. Dies bot eine realitätstreue Arbeits- und Testumgebung bezüglich der Zielgruppe. Innerhalb der Workshops wechselten sich die Aktivitäten Ideenfindung, Prototyping, Feedbackrunden und Speedtesting ab. Während der Ideenfindung galt es in großer Gruppe viele Ideen für Schnittstellenkonzepte zu generieren. Beim Prototyping wurden ausgewählte Ideen mit einfachen Mitteln, wie z.B. Alltagsgegenständen, Papier, Bastelzubehör oder Spielzeug-Bausteinen zu anschaulichen, anfassbaren Konzepten umgesetzt. Beim Speedtesting testeten 5-6 Teilnehmer die entwickelten Prototypen und gaben Feedback in Form von freien Kommentaren, Interviews und Fragebögen. Die Testteilnehmer wohnten in der Modellregion, passten auf die Hauptpersona und wurden aus dem erweiterten Bekanntenkreis akquiriert. In iterativer Manier wurden diese Aktivitäten im Rahmen der beiden Workshoptage wiederholt und so neue Ideen erprobt und Konzepte weiter ausgearbeitet.

Basierend auf den Workshopergebnissen wurden anschließend verschiedene Schnittstellenkonzepte weiter ausgearbeitet: Smarter Spiegel, Pulse App und HomEnergy App.

Im Rahmen der Prototyping-Workshops wurde u.a. ein smarter Spiegel erarbeitet, welcher als Alltagsgegenstand zusätzlich die Funktion einer digitalen Anzeige des Hauszustands übernimmt. Er erfüllt die Anforderung, unauffällig und nahtlos in das Zuhause integriert zu sein und ermöglicht die Aufnahme von Informationen während alltäglicher Routine-Aktivitäten wie beispielsweise Zähneputzen vor dem Badezimmerspiegel. Im Rahmen der Workshops wurde die Darstellung von Informationen über den persönlichen Haushalt, d.h. tagesaktuelle/r Energieverbrauch und Energieerzeugung, sowie den aktuellen Gesamtenergiestatus erprobt. Überwiegend positives Feedback führte dazu, dass wir den smarten Spiegel als Spiegelbild des persönlichen Haushalts physisch und technisch umgesetzt haben (s. Abbildung). Auf dem Barcamp 2018 wurde der smarte Spiegel präsentiert und mit Teilnehmern diskutiert. Erneutes, überwiegend positives Feedback, insbesondere zum Produktdesign, sowie weitere Ideen zur funktionalen Erweiterung und Integration in Smart Home-Umgebungen führten dazu, dass wir das Schnittstellenkonzept weiterverfolgten. In Zusammenarbeit mit Mitarbeitern aus AP9 wurde ein Gesamtkonzept entwickelt, welches den Spiegel als Medium für eine Entwicklungsplattform für auf Smart Meter Daten basierte Anwendungen nutzt. In einem Hackathon mit weiteren Projektbeteiligten wurde die technische Anbindung an ein Smart Meter realisiert, sodass live Smart-Meter Daten verarbeitet und auf dem Spiegel angezeigt werden können.

Abbildung 1: Im Anschluss an einen Prototyping-Workshop wurde ein smarter Spiegel umgesetzt, welcher als stilvoller Alltagsgegenstand zusätzlich die Funktion einer digitalen Anzeige des Hauszustands übernimmt.

Bis zu diesem Zeitpunkt war der Spiegel ausschließlich als Ausgabemedium konzipiert. Um mit dem Spiegel auch interagieren zu können, war die Integration von geeigneten Interaktionsmethoden nötig, die sich gut in den häuslichen Kontext mit typischen häuslichen Aktivitäten einfügen. Während Interaktion durch Berührung auf einer Spiegeloberfläche ungeeignet ist, bietet beispielsweise die Steuerung über Gesten viele Möglichkeiten. Aus diesem Grund erweiterten wir den Prototyp in der Art, dass per Hand- und Fingergesten verschiedene Funktionen einer Anwendung gesteuert werden können. Zusätzlich implementierten wir eine Gesichtserkennung, die es ermöglicht, das Nutzungserlebnis automatisch zu personalisieren, sobald eine erkannte Person vor den Spiegel tritt. Realisiert wurden diese Erweiterungen u.a. über eine in den Spiegel eingebaute Kamera und einen 3D-Bewegungs-Controller.

Basierend auf den erhobenen Nutzeranforderungen haben wir uns folgendes Ziel für die digitale Schnittstelle gesetzt: Wir wollen Inhalte gestalten, die Nutzern einen Mehrwert im Umgang mit ihrem persönlichen Energiehaushalt bieten. Fünf Punkte waren dabei für uns besonders wichtig: Wir wollen Datenströme visualisieren und Menschen dabei helfen, ihren Energiehaushalt zu verstehen, bewusst zu erleben, mit ihm zu interagieren und davon zu profitieren. Die innerhalb der Prototyping-Workshops entwickelte Idee wurde von uns anschließend in Form der mobilen iOS-Anwendung „Pulse“ umgesetzt. Sie soll Bürgerinnen und Bürger ermutigen, sich mit der Flexibilisierung des Energiesystems auseinanderzusetzen. Dank der App sollen sie ein Bewusstsein für ihre eigene Netzdienlichkeit und ihre Datenhoheit entwickeln. Verhält sich ein Nutzer netzdienlich, indem er z.B. Strom außerhalb der Spitzenlasten verbraucht, so wird er dafür belohnt. Das grafische Schnittstellendesign legt den Schwerpunkt auf die leicht erfassbare, verständliche Visualisierung der Verbrauchsdaten (s. Abbildung). Dies wird auch durch den Namen „Pulse“ verdeutlicht, welcher den Herzschlag eines Haushaltes, gemessen an Stromverbrauchsdaten, widerspiegelt, der in der Anwendung visualisiert wird. Auch dieses Schnittstellenkonzept wurde in Zusammenarbeit mit Partnern aus AP9 weiterentwickelt, wodurch zusätzlich ein sekundengenauer Abrechnungsdienst für Mikro-Transaktionsleistungen integriert werden konnte. In einer weiteren Iteration von „Pulse“ wurden weitere Visualisierungen ergänzt, die u.a. Zeiträume mit hoher Netzauslastung veranschaulichen. Dadurch werden neben den Zielen eines Interface der Energie auch das Ziel eines Digitalen Botschafters, nämlich die Vermittlung von Wissen und das Schaffen von Verständnis über nachhaltiges Energiemanagement, adressiert.

Abbildung 2: Die mobile Anwendung „Pulse“ soll Nutzern helfen, ein Bewusstsein für netzdienliches Verhal-ten zu entwickeln.

Während die Pulse App ihr Augenmerk primär auf die Vermittlung des Prinzips der Netzdienlichkeit richtet, adressiert die HomEnergy App insbesondere die Nutzeranforderung, Transparenz über den eigenen Energiehaushalt zu schaffen, um diesen selbstständig optimieren zu können. Die HomEnergy App ist ein Konzept für eine mobile Anwendung, welches mit Hilfe von menschzentrierten Gestaltungsmethoden (Human-Centred Design) entwickelt wurde. Nach der Ableitung von Funktionen auf Basis der Nutzerforschung des AP11 fertigten wir Papier-Prototypen an, die in mehreren Diskussionsrunden zusammengeführt und angepasst wurden. Anschließend wurden diese in einen schwarz-weißen Klick-Dummy überführt, d.h. einen interaktiven, rudimentären Prototyp, der die Anwendung in Form von schwarz-weißen Bildschirmansichten darstellt. Dieser Klick-Dummy wurde anschließend in einem Usability Test hinsichtlich seiner Gebrauchstauglichkeit von fünf potentiellen Nutzern getestet. Auf Basis der Ergebnisse wurde das Lo-Fi User Interface Design in einer weiteren Iteration überarbeitet. Darauffolgend testeten erneut fünf potentielle Nutzer in einem Usability Test das überarbeitete Konzept. Wieder wurde das Design angepasst und schließlich iterativ in ein Hi-Fi Design überführt, welches auf die Plattformen Android und iOS ausgelegt ist. Die beiden Abbildungen zeigen die zwei zentralen Bildschirmansichten des finalen Designs. Bei der Gestaltung wurde Wert auf ein ansprechendes, motivierendes Design gelegt, welches Daten wie z.B. den Verbrauchsverlauf und den bisherigen Tagesverbrauch in Bezug auf den Durchschnitt in verständlicher und schnell erfassbarer Art und Weise illustriert. Diagramme veranschaulichen Verbrauchsdaten, auch aufgeschlüsselt auf einzelne Verbraucher und ermöglichen eine direkte Interaktion mit punktuellen Daten.

Abbildung 3: Die „HomEnergy“ App hilft dabei, Transparenz über den eigenen Energiehaushalt zu schaffen, um diesen selbstständig optimieren zu können.

Die Entwicklung entlang des HCD-Prozesses erwies sich als zielführend. Die Workshops stellten sich, sowohl für die teilnehmenden Projektmitarbeiter als auch für die Testteilnehmer, als eine sehr erfolgreiche Methode heraus. Zum einen ermöglichten sie auch Projektmitarbeitern aus anderen Arbeitspaketen neue Arbeitsmethoden kennenzulernen und auszuprobieren, sowie den Austausch zwischen den verschiedenen Arbeitspaketen zu stärken. Zum anderen erwies sich die natürliche Workshop-Umgebung als kreativer Stimulus für alle Beteiligten und erleichterte das Hineinversetzen in die Zielgruppe. Auch die Testteilnehmer erlebten die häusliche Testumgebung als angenehm und zugänglich. Der kompakte Rahmen der Workshops erlaubte es innerhalb von eintägigen Iterationen Ideen zu generieren, Prototypen zu erstellen und frühes Feedback zu erhalten und umfasste damit zwei Phasen des HCD-Prozesses. Dieses beschleunigte, Workshop-basierte Vorgehen erwies sich in unserer Arbeitsstruktur, die ressourcenbedingt kein festes Team ermöglichte, als sehr erfolgreich und zielführend.

Die Ausarbeitung verschiedener Schnittstellenkonzepte ermöglichte uns, das weite Feld an Anwendungen für ein Interface der Energie und einen Digitalen Botschafter mit Hilfe verschiedener Anwendungen und Interaktionskonzepte zu explorieren. Auch das iterative Vorgehen innerhalb der Umsetzung der verschiedenen Schnittstellenkonzepte half dabei, bereits ab der Konzeption nah an tatsächlichen Nutzerbedürfnissen zu entwickeln und durch wiederholtes Einholen von Nutzerfeedback die Entwicklung gezielt voranzubringen.

Im Rahmen der Arbeit am Interface der Energie und am Digitalen Botschafter haben wir erfolgreich mit anderen Maßnahmen des AP11 und auch des AP9 kooperiert. Das Barcamp erwies sich als gute Plattform, um auf unkompliziertem und schnellem Weg Feedback zu dem Prototyp des smarten Spiegels zu sammeln. Mit einzelnen Partnern aus AP9 konnten wir erfolgreich gemeinsam an der Pulse App und dem smarten Spiegel arbeiten und so verschiedene Kompetenzen sinnvoll zusammenführen und nutzen. Unsere Mitwirkung an den in AP11 durchgeführten, spontanen Straßengesprächen nutzen wir dafür, die im Rahmen der umfangreichen Interviews erhobenen Nutzeranforderungen zu bestätigen. Auch halfen sie dabei, ein Stimmungsbild aus der Modellregion einzufangen, was das Gesamtbild über die Zielgruppe schärfte. Durch die aktive Beteiligung der Zielgruppe im Rahmen der durchgeführten Prototypen-Tests konnten wir deren Motivation, am Projekt teilzuhaben und die dem Projekt zugrundeliegenden Werte weiterzugeben, stärken und das Wissen über das Projekt verbreiten.

Während der Nutzungskontextanalyse wurden 15 ein- bis zweistündige Interviews innerhalb der Modellregion durchgeführt. Aus den Ergebnissen der Interviews wurden insgesamt sieben Personas abgeleitet. Im Rahmen der Ideenfindungs- und Prototyping-Workshops entstanden etwa 100 Ideen für Schnittstellen, 12 Prototypen, sowie Feedback aus vier Testsitzungen mit insgesamt 13 verschiedenen Teilnehmern. Basierend auf den Workshopergebnissen wurden drei unterschiedliche Schnittstellenkonzepte weiter ausgearbeitet und in Form von Interface Designs und lauffähigen Prototypen umgesetzt und teilweise erprobt.

Wir bewerten die Wahl des qualitativen Ansatzes entlang des HCD-Prozesses für die Entwicklung einer Nutzerschnittstelle, die innerhalb einer sich noch entwickelnden Infrastruktur – hier dem zukünftigen Energienetzwerk – eingesetzt werden soll, als sinnvoll und zielführend. Besonders hilfreich waren tiefgehende Konversationen mit Einzelpersonen während der Interviews, ein gutes Verständnis von dem Thema Energiewende und von aufkommenden Technologien seitens der beteiligten Projektmitarbeiter, sowie gut vorbereitete, interdisziplinäre Workshops mit vielen Bildern und Beispielen, die den Designprozess unterstützten. Das frühzeitige und im Projektverlauf wiederholte, aktive Einbeziehen der Zielgruppe stellte bestmöglich sicher, dass Nutzeranforderungen berücksichtigt und im Verlauf der Zeit wiederholt überprüft bzw. überarbeitet werden konnten. Insbesondere für eine sich noch in der Entwicklung befindende Infrastruktur ist dieses Vorgehen in kurzen Iterationen aus unserer Sicht sehr sinnvoll und minimiert das Risiko einer Fehlentwicklung.