Tot ce trebuie să știți despre iluminatul stradal inteligent

everything you need to know about smart street lighting

Lectura acestui articol vă va ajuta să înțelegeți ce este iluminatul stradal inteligent, cum a evoluat și ce îl face „inteligent”. De asemenea, veți obține o perspectivă asupra a ceea ce rezervă viitorul pentru iluminatul stradal inteligent și modul în care acesta este un element de bază pentru construirea orașelor inteligente ale viitorului.

O introducere în iluminatul stradal inteligent

A trecut ceva timp de când lumina artificială ne-a permis să vedem în întuneric. Acum putem lumina casele în care trăim, spațiul de lucru și, bineînțeles, străzile pe care umblăm. Această invenție ne-a făcut viața mai ușoară și, deoarece iluminatul public a devenit o normă în majoritatea părților lumii, mai sigură. Iluminatul stradal este acum o piesă de bază a infrastructurii urbane și rurale, creând un mediu sigur atât pentru pietoni, cât și pentru șoferi.

Costuri pentru municipalități

La nivel local și municipal, autoritățile publice sunt responsabile de asigurarea iluminatului stradal ca serviciu public cheie pentru siguranța cetățenilor. Totuși, acesta reprezintă un cost major pentru administrația locală, care poate fi dificil de acomodat și susținut. Mai mult decât atât, este încă un lucru comun ca municipalitățile să folosească instalații de iluminat stradal învechite și ineficiente, ceea ce duce la un consum mai mare de energie și costuri de întreținere crescute. Un sistem de iluminat învechit poate reprezenta până la 50% din întreaga factură de energie a unui oraș tipic.

Total street lighting costs in municipality's expenses

Preocupări privitoare la mediu

Problema consumului mare de energie este o preocupare nu numai la nivel local, ci și la nivel global. Iluminatul public a fost numit „sistemul nervos al unui oraș”, conectând sute de milioane de lămpi stradale racordate la rețea pe întreg globul. Acest număr în continuă creștere a făcut ca iluminatul să fie responsabil pentru 19% din consumul global de energie electrică și contribuie la nivelurile deja crescute ale emisiilor de CO2. Având în vedere că, conform ONU, 68% din populația totală a lumii va trăi în zone urbane până în 2050, pare mai imperativ ca niciodată să protejăm resursele limitate ale orașelor. Municipalitățile se confruntă cu provocarea de a crea un mediu sigur pentru locuitorii săi actuali și viitori, fiind în același timp eficient din punct de vedere energetic și al costurilor.

World electricity consumption including street lighting

Niveluri de interacțiune pentru soluțiile de iluminat stradal

  1. Informațiile sunt esențiale pentru orice oraș în zilele noastre, chiar mai importante decât economiile directe de energie. Fie că este vorba despre informații despre iluminatul stradal (funcționalitate, parametri electrici) sau despre orașul în sine (senzori de poluare, de exemplu), toți administratorii orașului preferă să se bazeze pe date consistente pentru a optimiza procesul și operațiunile orașului.
  2. Operarea se leagă de funcționalitatea și întreținerea iluminatului stradal. Funcții precum pornire/oprire/dimare sunt elementele de bază ale oricărui sistem de iluminat conectat. Funcționarea autonomă, iluminarea adaptivă și optimizarea întreținerii pot sprijini și mai mult cauza iluminatului stradal inteligent.
  3. Optimizarea se bazează pe informații, dar nu trebuie confundată cu aceasta. Este un proces complet diferit, iar ignorarea beneficiilor acestuia poate face inutilă orice cantitate de informații valoroase. Este o căutare continuă care poate fi bazată pe o infrastructură la nivelul întregului oraș, cum ar fi iluminatul inteligent.
  4. Integrarea duce la sinergie. Iluminat inteligent, trafic inteligent, eliminare inteligentă a deșeurilor, utilități inteligente sunt toate bune. Împreună, sunt și mai bune. Multe companii se concentrează pe aria lor de expertiză, dar orașele își propun să îmbunătățească întregul sistem, în mod sinergic. Studii recente oferă credit sistemelor inteligente care sunt deschise integrărilor pentru a conduce revoluția Smart City.
Levels of interaction for smart street lighting solutions

Tehnologia și sistemele de iluminat stradal avansează mai repede decât oricând și trebuie să ofere întotdeauna mai mult pentru ca oamenii, municipalitățile și planeta să beneficieze de pe urma lor. În procesul de modernizare a sistemului de iluminat public, municipalitățile pot opta pentru diverse sisteme inteligente de control al iluminatului public, soluții software de control de la distanță al iluminatului stradal sau tehnologii de comunicare pentru a construi infrastructuri de iluminat stradal conectate. Toate acestea aduc beneficii în interiorul și în afara domeniului de aplicare al iluminatului public.

Street lighting infrastructure overview

Street lighting infrastructure overview

Elementele principale ale unui sistem de iluminat stradal

  • Lămpi

    • Corp de iluminat
    • Becuri
    • Driver de lampă (balast)
  • Stâlpi de iluminat stradal (cu 1, 2, 3 sau mai multe lămpi)

  • Punct de alimentare (stâlp de alimentare)

    • Senzori
    • Contactoare

Lampa

O lampă stradală este realizată dintr-un soclu de lampă care susține mecanic conexiunile electrice și permite înlocuirea ușoară a lămpii. Starterul furnizează tensiunea mare de aprindere necesară pentru a aprinde o lampă stradală. Balastul (sau transformatorul) reduce tensiunea și reglează curentul electric pentru a produce o ieșire constantă de lumină. Condensatorul este folosit pentru a stabiliza tensiunea și fluxul de putere.

În comparație cu lămpile tradiționale, lămpile stradale inteligente au capacitatea de a fi pornite, stinse sau reglate de la distanță prin intermediul controlerelor. Acestea pot fi integrate în interiorul lămpii încă din faza de producție sau pot fi montate pe lampă.

HID vs. LED-uri

Scopul principal al iluminatului stradal inteligent este de a ilumina mai bine drumurile, trotuarele și locurile de parcare pentru a garanta securitatea cetățenilor. Pentru a asigura siguranța vizuală șoferilor și pietonilor, iluminatul inteligent trebuie să îndeplinească valori specifice de luminanță, iluminare sau intensitate, uniformitate și strălucire în funcție de tipul de drum. HID-urile și LED-urile sunt în prezent cele mai populare lumini utilizate pentru a oferi o iluminare eficientă și de înaltă calitate.

Lămpile HID sunt încă foarte răspândite în întreaga lume pentru a ilumina numeroase zone. Chiar dacă au un cost de implementare mai mic și sunt mai puțin costisitoare de înlocuit decât luminile LED, HID-urile sunt din ce în ce mai mult înlocuite de LED-uri și din motive întemeiate. Luminile HID au o perioadă de încălzire de 20 de secunde până la atingerea puterii maxime, pot emite cu până la 70% mai puțină lumină vizibilă după doar 10.000 de ore de utilizare, iar aproximativ 30% din energia produsă este infraroșu care este în întregime energie irosită. LED-urile, pe de altă parte, au o durată de viață extrem de lungă (leduri noi durează peste 100.000 de ore), reduc costurile cu energia cu până la 60%, nu au o perioadă de încălzire și se amortizează în 6 până la 18 luni.

Stâlpul de iluminat

De secole, stâlpii de iluminat au fost folosiți pentru amplasarea surselor de iluminat stradal și au evoluat odată cu tehnologiile de iluminat. Ulterior, au fost folosiți pentru a susține semafoare sau infrastructură de comunicații. Dar dezvoltările tehnologice recente promit să-l aducă în prima poziție a inițiativelor Smart City.

Stâlpii de iluminat au două caracteristici care îi fac esențiali pentru dezvoltarea orașului inteligent: sunt omniprezenți și sunt alimentați. În special cu controlul inteligent al nivelului lămpii, rețelele de iluminat stradal sunt continuu sub tensiune (chiar și în timpul zilei – o problemă cu iluminatul stradal vechi). Prin urmare, există un număr mare de senzori și dispozitive IoT care pot fi montate și alimentate de pe stâlpii de iluminat stradal, folosind orice comunicare disponibilă și punând bazele sinergiilor Smart City.

Punctul de aprindere

Metoda tradițională de comutare a unui grup de lumini stradale este prin intermediul unui dispozitiv dintr-un cabinet de comandă, declanșat de un temporizator sau de o fotocelulă. La modernizarea infrastructurii existente de iluminat stradal, cabinetele de control sunt un element esențial. Ele trebuie să fie capabile să susțină tehnologii de economisire a energiei, cum ar fi luminile LED și sistemele inteligente de management al iluminatului. De exemplu, dulapurile moderne de comandă ar trebui să poată transmite impulsurile de comutare a luminii de la un centru modern de control al iluminatului către dispozitivele individuale de iluminat stradal sau să conecteze sistemul de iluminat stradal la senzorii/actuatoarele inteligente, atunci când este necesar.

Sisteme inteligente de control al iluminatului stradal

Smart street lighting control systems

Ideea controlului iluminatului stradal a apărut demult, din efortul de a gestiona un număr mare de lămpi. Era nevoie de o soluție pentru ca lămpile să poată fi grupate în număr mai mic și gestionate mai eficient în ceea ce privește pornirea și oprirea alimentării, întreruperi de curent, întreținere etc. Astfel, au fost inventate unități de control și monitorizare a punctelor de aprindere (cabinete electrice) și au fost utilizate la restructurarea iluminatului public. Acest lucru a permis ca fiecare segment de lumini să fie pornit manual. Ulterior, pe aceste unități de control al iluminatului au fost instalate controlere. Acestea au luat locul intervenției umane, funcționând ca o automatizare pentru aprinderea și stingerea luminii.

De atunci, iluminatul stradal trebuia să devină mai eficient, mai economic și mai puțin poluant. În acest fel, sistemele de control au evoluat pentru a deveni „inteligente”, permițând controlul lămpii și colectarea datelor. Acest lucru a fost posibil prin permiterea controlului la nivel de segment și la nivelul lămpii prin controlerele cabinetului sau, respectiv, a corpurilor de iluminat.

Niveluri de control al iluminatului stradal

  • Un sistem inteligent de iluminat stradal controlat la nivel de segment cuprinde un grup de până la 200 de lămpi de iluminat stradal care comunică cu un punct de alimentare care permite controlul automat de pornire/oprire. Punctul de aprindere primește date de la lămpi, gestionează și transmite datele relevante către un server securizat, care le stochează și le afișează pe un tablou de bord.
  • Controlul individual al lămpii este gestionat prin controlerele corpurilor de iluminat care au funcționalitate și inteligență la nivelul lămpii și permit controlul pornirii/opririi/diminuării sau a iluminatului adaptiv. Controlerele corpurilor de iluminat pot oferi, de asemenea, feedback privind parametrii electrici pentru fiecare lampă, raportare în timp real a defecțiunilor și senzori opționali pentru a măsura lumina, mișcarea, temperatura, umiditatea, zgomotul etc. În plus, controlul nivelului lămpii menține rețeaua de iluminat alimentată în timpul zilei, care permite instalarea altor aplicații smart city: senzori, controlere, camere CCTV sau dispozitive de comunicare.

Standarde de control al lămpii, senzori și iluminare adaptivă

Principalele standarde de control al lămpii sunt 0-10, DALI1, DALI2 (Digital Addressable Lighting Interface). Important este să vă asigurați de compatibilitatea controlerelor inteligente de iluminat cu sistemul de control al lămpilor.

În plus, unele controlere de iluminare permit conectivitate suplimentară. Senzorii pentru funcții speciale pot fi adăugați la sistem, fie pentru implementarea caracteristicilor speciale de control al luminii, fie pentru a monta senzori suplimentari, de alt tip. Iluminatul adaptiv este un astfel de exemplu. Iluminatul adaptiv necesită capacitatea de a reduce intensitatea lămpilor în timp real atunci când prezența (pietonilor sau a mașinilor) nu este detectată. Acest lucru necesită (pe lângă capacitatea tehnică a controlerului) adăugarea unui senzor de mișcare la stâlpul de iluminat, de obicei conectat direct la controlerul de iluminat.

Tipuri de controlere inteligente de iluminat stradal, formă și opțiuni de montare

Smart street lighting controller types, form factors and mounting options

Controlerul de iluminat este baza oricărei instalații de iluminat inteligent. În funcție de tipul de instalare, controlerul poate fi conectat la lampă sau la punctul de alimentare. Când sunt instalate în cabinetul de alimentare, lucrurile sunt destul de simple. Deoarece estetica nu este o problemă, iar spațiul de instalare este rareori o problemă, controlerele arată de obicei ca niște simple cutii de plastic care pot fi conectate prin cablu direct la sursa de alimentare a panoului de iluminat. De obicei, există putere și comunicații disponibile (uneori chiar și internet prin fibră optică), așa că nu mai sunt prea multe de dezbătut.

Cu toate acestea, atunci când vă apropiați de controlerele de iluminat stradal la nivelul lămpii, lucrurile se pot complica puțin. Există trei tipuri de condiții de care ar trebui să țineți cont: design, instalare și comunicare.

De cele mai multe ori, lămpile stradale îndeplinesc mai mult decât un rol funcțional. Au devenit un atu cheie în crearea și menținerea valorii arhitecturale locale. Indiferent dacă sunt moderne, clasice sau retro, corpurile de iluminat stradal trebuie să completeze arhitectura locală, iar controlerele inteligente de iluminat nu trebuie să strice acest efort. Este puțin probabil ca un arhitect de oraș să accepte ca o piesă electronică modernă să fie vizibilă pe corpurile lor retro, scumpe, din fier forjat negru.

În plus, deoarece orice modificare a rețelei de iluminat implică de obicei lucrări civile greoaie, este important ca administratorii orașului să mențină costurile de instalare la minimum. De aceea, inginerii de iluminare au investit în mai multe soluții de montare pentru a asigura o actualizare lină a lămpii și o instalare rapidă a controlerului de iluminat.

Principalele tipuri de instalare disponibile ale controlerului

  • Instalare pe lampă cu soclu: este de departe cel mai rapid mod de a obține iluminat stradal inteligent. Majoritatea lămpilor de astăzi vin cu o opțiune de conector NEMA sau Zhaga, care permite instalarea aproape plug-and-play. Priza NEMA (ANSI C136.41) este un conector de iluminat stradal derivat din standardul american de priză care s-a extins la nivel mondial. Zhaga este un conector mai nou, mai compact, care își propune să acapareze străzile, dezvoltat special pentru corpurile LED compacte de astăzi.
  • Controlere încorporate: controlere compacte pentru instalare în interiorul lămpii, uneori chiar de pe linia de producție. Este cea mai bună modalitate de a păstra intactă valoarea arhitecturală a lămpii, oferind în același timp valoare adăugată producătorilor de lămpi.
  • Controlere montate pe stâlp: montate în interiorul sau pe stâlpul de iluminat, este cea mai flexibilă opțiune pentru proiectele de iluminat stradal inteligent. Chiar dacă este mai complicat de instalat (de obicei are nevoie de montaj personalizat și conexiune directă prin cablu) și mai scump (designul lor trebuie să fie rezistent la intemperii – de obicei IP66), este cea mai flexibilă opțiune disponibilă, deoarece nu necesită niciun fel de conexiuni speciale sau anumite tipuri de lămpi. Se conectează direct, astfel încât poate fi folosit pentru modernizarea instalațiilor de iluminat stradal existente cu impact vizual minim și practic fără lucrări civile.

Tehnologia de comunicație

Rețelele de comunicații pot acoperi zone variate, în funcție de distanța la care pot comunica nodurile cu alte noduri și gateway-uri.

Comunicație Powerline

Comunicația prin cablu sau prin linie electrică (PLC) funcționează pe distanțe lungi prin trimiterea unui semnal de comunicare direct pe liniile electrice. Conductoarele neîntrerupte stabilesc o comunicare continuă, iar semnalul PLC nu traversează de obicei transformatoare sau dispozitive de condiționare a puterii. LonWorks® (de la Echelon), de exemplu, este o tehnologie puternică de comunicație prin linie electrică pentru sisteme avansate de iluminat stradal.

Când vine vorba de iluminatul stradal, în general, grupurile de lumini stradale au o linie electrică comună. Aceste lumini stradale pot comunica fie între ele, fie cu gateway-uri care conduc la sisteme de control de supraveghere.

Gateway-urile sunt instrumente care sincronizează comunicarea între până la 200 de controlere de iluminat și software-ul de control al iluminatului. Prin conexiune wireless, un gateway IoT primește, filtrează și trece mesajele primite de la controlere în continuare către platforma de management, unde pot fi analizate.

Comunicații radio (RF)

În domeniul iluminatului stradal, controlul radio (RF) reușește să depășească majoritatea limitărilor comunicației prin cablu. Deși majoritatea sistemelor de iluminat stradal inteligent funcționează într-un mod similar, există numeroase metode diferite de schimb de date între instalațiile de iluminat stradal inteligent conectat și CMS. Acestea includ tehnologia celulară (2G, 3G, LTE, 5G și NB-IoT), rețea RF tip mesh, LoRa, Wi-Fi și alte soluții pe rază medie și lungă. Citiți aici o comparație între principalele rețele celulare.

O rețea cu rază scurtă de acțiune, cum ar fi rețeaua RF tip plasă, are o distanță maximă de la nod la nod de 200-300 de metri și poate cuprinde aproximativ 200 de dispozitive, iar luminile stradale sunt la aproximativ 50 de metri unul de celălalt. Rețelele cu rază scurtă de acțiune sunt potrivite pentru zonele urbane în care lămpile sunt instalate mai aproape una de cealaltă și mesajul nu trebuie să parcurgă distanțe lungi. Acest tip de rețea necesită o planificare preliminară atentă a rețelei, ținând cont de densitatea nodurilor și de plasarea gateway-urilor, ceea ce crește costurile inițiale de implementare. Cu toate acestea, costurile de operare pentru o rețea RF tip plasă sunt mult mai mici decât pentru o rețea celulară, deoarece nu există taxare de date.

Software  de control de la distanță pentru iluminare stradală

Smart streetlight remote control software

Sistemele moderne de control al iluminatului inteligent combină componente software și hardware, permițând administrațiilor locale să gestioneze rețelele de iluminat public la scară largă. Comunicarea este bidirecțională, astfel încât lămpile pot fi controlate de la distanță, în timp ce se trimit date pentru a fi colectate, stocate, afișate și analizate în aplicația software. Mai mult, alertele pentru orice defecțiuni ale sistemului ajută municipalitățile să acționeze în timp util și mai eficient.

Atunci când alegeți un software de control al iluminatului, este important să vă asigurați că soluția vă îndeplinește cele mai stringente nevoi. Cu toate acestea, rețineți că eficiența unui software de management inteligent al iluminatului nu este determinată doar de funcționalitățile software-ului. Acesta va fi influențat și de tehnologia de comunicare și tipul de hardware implementat.

Aspecte de evaluat atunci când alegeți un software de control inteligent al luminii

  • Are software-ul opțiuni de control de bază (pornit/oprit) sau acceptă funcționalități de iluminare adaptivă și de control al luminozității?
  • Oferă sistemul o percepție aprofundată a rețelei (informații detaliate și funcționalități de inventar)? Câți parametri poate gestiona sistemul și este o listă fixă ​​sau este flexibilă (crearea a noi parametri)?
  • Este software-ul sigur? Folosește cea mai recentă tehnologie de criptare a datelor și VPN?
  • Este funcționalitatea de raportare organizată pentru a vă ajuta să vă optimizați sistemul de iluminat stradal/smart city?
  • Cum funcționează tichetele și notificarea? Există un control al accesului la nivel de utilizator și un sistem implicit de notificare zilnică, astfel încât să puteți trimite automat echipe de mentenanță?
  • Poate compania să personalizeze software-ul pentru a se adapta pe deplin nevoilor dumneavoastră locale? De exemplu: integrări specifice, traducere și localizare.
  • Este software-ul conceput pentru a fi integrat cu alte dispozitive și senzori inteligenți? Permite integrările API-uri northbound și southbound și este compatibil cu standarde majore, cum ar fi TALQ?
  • Dacă a avea un sistem închis este important pentru dvs., sistemul poate fi implementat pe un computer local (instalare de sine stătătoare) și gestionat într-un circuit închis? Sau este disponibil doar ca SAAS (serviciu cloud, permițând de obicei mai multă flexibilitate și actualizări automate)?

Folosind o arhitectură deschisă, un software de control al iluminatului stradal poate fi integrat fără efort cu sisteme terțe, aplicații și dispozitive IoT. Mai mult decât atât, standardele certificate precum TALQ conduc la un ecosistem neutru față de furnizor și promovează interoperabilitatea soluției. Acesta reprezintă un prim pas hotărât către dezvoltarea unei platforme sofisticate, cu adevărat deschise pentru orașe inteligente.

Integrarea IoT și orașele inteligente ale viitorului

Smart street lighting IoT integration and Smart Cities of the future

Ce urmează?

Este încă oarecum incert ce rezervă viitorul pentru iluminatul stradal inteligent. Direcția generală indică spre reutilizarea infrastructurii existente de iluminat stradal și interconectivitate completă pe platforma IoT. Există soluții care pot fi deja implementate împreună cu sistemele moderne de iluminat stradal inteligent, cum ar fi stații de încărcare pentru vehicule electrice, parcare inteligentă, monitorizare video pentru siguranța publică, managementul traficului, conectivitate în bandă largă etc.

Iluminatul stradal inteligent este coloana vertebrală pentru orașele inteligente ale viitorului. Conectând peste 360 ​​de milioane de lumini stradale din întreaga lume, sistemele inteligente de iluminat stradal transformă rețeaua de iluminat a orașelor într-o singură rețea controlată centralizat. Cu acces non-stop la curent, stâlpii stradali sunt ideali pentru montarea sistemelor smart city, cum ar fi camere de securitate, senzori de mediu, contoare de trafic sau încărcătoare pentru vehicule electrice. Prin conectarea fiecărui stâlp de iluminat la o conexiune de rețea mai largă, fiecare lampă devine o platformă de instalare pregătită pentru IoT, care va acționa ca un liant pentru investiții mai mari în orașele inteligente.

Concluzie

Urbanizarea este o problemă cu care toate orașele de pe glob se confruntă. Industria orașelor inteligente este o piață de 600 de miliarde de dolari, cu 600 de orașe de pe tot globul estimate să genereze 60% din PIB-ul mondial până în 2025. Cu peste 60% din populația lumii estimată să locuiască în orașe până în 2050, este crucial ca aceste orașe să fie sigure, un mediu potrivit pentru cetățenii lor. Este obiectivul final pentru orașele inteligente să îmbunătățească calitatea vieții cetățenilor. Viitorul este inteligent.