„Steuerungsmöglichkeiten
von Straßenbeleuchtungsanlagen“
Informationsveranstaltung Straßenbeleuchtung
2 LUCAS GmbH | Hermann-Löns-Straße 2 | 07745 Jena Germany | +49(0)3641 6686-0 | [email protected] | www.lucas-jena.de
ELEKTRONIK MECHANIK LED TECHNIK
LUCAS instruments GmbH – Entwicklung und Fertigung von Baugruppen und kompletten Geräten sowie LED-Straßenleuchten, lichttechnische Berechnungen LUCAS components GmbH – Vertrieb von FR4- und Metallkernleiterplatten und High Power LED-Lichtmodulen und LED-Retrofits
• 1990 durch Mitarbeiter des Forschungszentrums Carl Zeiss Jena gegründet
• Mittelständische Firma mit ca. 25 Ingenieuren und Facharbeitern
LUCAS instruments
GmbH
LUCAS components
GmbH
Warum steuerbare Straßenbeleuchtung ?
• Energieeinsparung durch Einsatz effizienter Leuchtmittel und deren Dimmung (Kosten, Umweltschutz)
• Ereignisorientierte, zustandsabhängige Ausleuchtung (Veranstaltung, Baustelle, Unfall)
• Wartung, Service, Fehlermanagement
(programmierbare, „intelligente“ Leuchten)
C
B A A
17 18 19 20 21 22 23 00 01 02 03 04 05 06 07 08 Uhrzeit
100%
0%
40%
A – Dämmerung B – Nachtabsenkung C – Normalbetrieb
• Bestandsanlage oder Neubau ? • Welche Leuchtmittel kommen oder sind im Einsatz: HQI?, HCI, NAV, LED etc.
• Welche Steuerfunktionen sollen realisiert werden: Ein-Aus, Dimmen, Szenarien, Gruppen, Fehlermeldung etc.
• Wo liegen Einsparpotentiale und mit welcher Technik sind sie erreichbar: Leuchtmittel, Dimmung, Fehlererkennung etc.
• Installationskosten und Betriebskosten: Anschaffungskosten und Amortisation
Planung der Beleuchtungssteuerung
Dimmverfahren Quecksilberhoch- druckdampflampe
Natriumhoch- druckdampflampe
Halogen-Metall- dampflampe
Spannungsabsenkg. 50% - -
Phasensteuerung 50% - -
Zusatzinduktivitäten - 50% -
Vorschaltgerät mit verschiedenen Leistungsstufen
- 50% -
Rechteckspannung - - 40%
Frequenzerhöhung der Versorgungsspg.
- 67% -
Dimmverfahren und Leistungsreduzierung bei Hg-, Na-Hochdruckdampflampen und Halogen-Metalldampflampen
Das Dimmen ist nur eingeschränkt durchführbar und kann zur Beeinträchtigung der Lebensdauer, Reduzierung der Effizienz und zu Farbveränderungen der Leuchtmittel führen.
Leuchten mit Steuereingang für die Leistungsreduzierung
Vorteile: • Energieeinsparmöglichkeit vorhanden • Synchrones Schaltverhalten • Zeitschaltpunkt für Nachtabsenkung in Steuerzentrale (oder Zeitschaltuhr in UV)
änderbar • Robuste und störsichere Technik • Für die Weiternutzung dieser Steuerungstechnik in Bestandsanlagen sind LED-
Leuchten mit Steuereingang verfügbar
Nachteile: • Nur eine Leistungsreduzierstufe steuerbar • Steuerflexibilität ist durch verlegte Steuerkabelstruktur sehr beeinträchtigt
Beleuchtungssteuerung mit Steuereingang
Zentrale oder UV
Ein TFR-Sender moduliert ein Steuersignal (Impulsdiagramm) auf die Leuchten-Versorgungsspannung. Ein in jeder Leuchte integrierter TFR-Empfänger setzt die empfangenen Steuersignale in entsprechende Schaltvorgänge um (Vorläufer des heutigen Powerline). Vorteile: • Energieeinsparmöglichkeit vorhanden • Synchrones Schaltverhalten der Leuchten • Zeitschaltpunkt für Nachtabsenkung in Steuerzentrale änderbar Nachteile: • Unidirektionale Kommunikation keine Rückmeldung vom Empfänger • Netzstörungen können Signalübertragungen beeinträchtigen • Sehr niedrige Datenrate
Tonfrequenz-Rundsteuertechnik (TFR)
LED
Vorteile: • Hoher Wirkungsgrad, hohe Lichtausbeute • Lange Lebensdauer (ca. 50.000h) • Stufenlose Dimmung zwischen 0 … 100% • Unterschiedliche Dimmverfahren : - PWM (Pulsweitenmodulation) - Änderung des LED-Stroms • Farbtemperatur wählbar Nachteil: • Sehr hohe Übertemperaturempfindlichkeit der LED erfordert gutes
Thermomanagement
Leuchte mit Dämmerungsschalter und interner Uhr (astronomisch oder Funkuhr) und zeitgesteuerter Leistungsreduzierung Vorteile: • Kein zusätzliches Steuerkabel notwendig • Keine Steuerkomponenten in der UV notwendig • Hohes Energieeinsparpotential Nachteile: • Bei mehreren Leuchten in einem Leuchtenzug kein synchrones Schaltverhalten (nur astronomische Uhr) • Festgelegte, täglich wiederkehrende Dimmkurve
Autarke Leuchten
ZigBee Light Link, Dali und Powerline
Gemeinsamkeiten und Vorteile
• Alle Lichtpunkte sind einzeln adressier- und steuerbar
• Bidirektionale Kommunikation zwischen Zentrale und Lichtpunkten Status-, Fehlermeldungen
• Flexible Steuermöglichkeiten durch zeit- oder ereignisbasierte Gruppen- und Szenarien-Aufrufe
hohes Energieeinsparpotential
Aktuelle, effiziente, flexible Lichtsteuersysteme
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Dimmkurve
Normalbetrieb Straße
Fußgängerüberweg
Baustelle
Beispiel Gruppensteuerung
Gruppenzugehörigkeit 1,2 1,2 1,3 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2
- IP-basierende drahtlose Funktechnik auf IEEE 802.15.4 Standard - Jeder Lichtpunkt ist gleichzeitig Sender und Empfänger
Vorteile: • Hohes Energieeinsparpotential verknüpft mit flexiblen Steuerungsmöglichkeiten
(Gruppen-, Szenensteuerung) • Bidirektionale Kommunikation zwischen Lichtpunkt und Steuermodul (Status- und
Fehlermeldungen) • Flexible Netzwerkstruktur (erweiter-, änderbar) durch Mesh-Net-Technologie • Keine zusätzlichen Steuerleitungen erforderlich (geeignet für Bestandsanlagen !) Nachteil: • Funktechnik unterliegt generell höherem Angriffsrisiko verglichen mit
drahtgebundenen Übertragungstechnologien
ZigBee Light Link
Jede Leuchte ist mit einem Bewegungsmelder und einem Modul ausgestattet. Die Information „Bewegung detektiert“ einer Leuchte erhöht den Helligkeitspegel dieser Leuchte. Zeitgleich wird diese Information an die jeweils rechte und linke benachbarte Leuchte weitergegeben, welche daraufhin auch den Helligkeitspegel erhöhen.
Beispiel: Das „mitlaufende“ Licht
- Standardisierte digitale Betriebsgeräteschnittstelle für intelligente Lichtsysteme
- Über einen zweidrahtigen Steuerbus werden von einem Mastermodul bis zu 64 einzeln adressierte Teilnehmer gesteuert
Vorteile:
• Hohes Energieeinsparpotential verknüpft mit flexiblen Steuerungsmöglichkeiten (Gruppen-, Szenensteuerung)
• Bidirektionale Kommunikation zwischen Lichtpunkt und Steuermodul (Status- und Fehlermeldungen)
• Bustopologie (Sternform, Strangform, keine Abschlusswiderstände)
• Hohe Störsicherheit
Nachteil:
• Zusätzlicher Installationsaufwand durch die benötigten Bussteuerleitungen
Dali (Digital Addressable Lighting Interface)
- Kommunikation erfolgt über die Modulation von Steuersignalen auf die schon vorhandenen Netzversorgungsleitungen der Lichtpunkte
Vorteile:
• Hohes Energieeinsparpotential verknüpft mit flexiblen
Steuerungsmöglichkeiten (Gruppen-, Szenensteuerung) • Bidirektionale Kommunikation zwischen Lichtpunkt und Steuermodul
(Status- und Fehlermeldungen) • Keine zusätzlichen Steuerleitungen erforderlich (geeignet für Bestandsanlagen !)
Nachteil: • Installation von Bandsperren zur Unterdrückung von Netzstörungen wird
empfohlen
Powerline
Powerline Lichtsteuersystem „LED-Commander“
- Wochenzeitschaltuhr - 4 digitale Steuereingänge - 1 digitaler Ausgang Fehlermeldung - Hutschienengehäuse - USB-Schnittstelle - Konfigurationssoftware - Optional mit integriertem GSM-
Modul - 16 Bit Adressierbereich
- Integriertes Powerline-Slavemodul mit LED-Treiber
- Starthelligkeit stufenlos einstellbar
- Bewegungsmeldereingang - Temperaturüberwachung - Energieverbrauchszähler - Betriebsstundenzähler - verschiedene
Abstrahlcharakteristiken - Rippenloses Design - Systemleistungen 60W oder
120W
LUCS II
16 Gruppen 16 Szenarien Fehlerüberwachung Energiemonitoring
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Mastermodul
Varianten
Referenzen: - Lichtsteuersystem „LED Commander“ an bisher 6 Main-Schiffsschleusen des WSV Aschaffenburg - Ausleuchtung der Außenanlagen einiger Autohäuser in Jena - Straßenbeleuchtung mehrerer Straßen der Stadt
Jena Pilotprojekt: - GSM-basierende Datenübertragungsstrecke zwischen LED-Commander-Mastermodul und Steuerzentrale (Stadt Jena)
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Lucas -Straßenleuchten
Powerline
Steuerphase
Basis
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