Wissenschaft

Vor Ort im Freiluftlabor

Energiekosten senken, CO2-Emissionen reduzieren und dazu noch etwas gegen das Insektensterben tun? Smart Street Lighting macht’s möglich: Mit intelligenten Leuchten und einem Lichtmanagement in der Cloud steuern Städte ihre Beleuchtung. Strategische Nachhaltigkeitspolitik, intelligenter Klimaschutz und regionale Wertschöpfung lassen sich damit verbinden.

Intelligente Leuchten gliedern sich in eine »Musterstraße« ein. Gedimmtes Licht wird heller, wenn ein zusätzlicher Sensor oder eine Kamera Bewegungen erkennen. Lernende Software hilft zukünftig, auf die zuvor definierten Bewegungsmuster von Mensch, Tier oder Fahrzeug zu reagieren. (Foto: Deutsche Telekom)

Ortstermin: Vertreter der Gemeinde, ein LED-Hersteller, ein IT-Dienstleister und die gastgebenden Wissenschaftler stehen auf dem ersten deutschen »Zero Emission Campus«, dem Umwelt-Campus Birkenfeld der Hochschule Trier. Hier kommen ökologisches Baukonzept mit CO2-neutraler Energie- und Wärmeversorgung und modernster Gebäude- und Anlagentechnik zusammen. Auch in der Lehre steht die Umwelt im Fokus. In einer Rekordzeit von drei Wochen von Idee bis Aufbau sind an Parkplätzen und Straßen Leuchten auf LED umgerüstet worden. Eine intelligente Steuerung macht sie smart. »Wir waren einer der Ersten weltweit, die Straßenleuchten mit LED-Technik gebaut haben«, erklärt Wolfgang Thömmes von der Lanz Manufaktur.

Peter Heyda, Ortsbürgermeister Hoppstädten-Weiersbach, Prof. Dr. Peter Heck, Geschäftsführender Direktor IfaS, Wolfgang Thömmes, Lanz Manufaktur, Dustin Tonn, Deutsche Telekom (Foto: Deutsche Telekom)

Als Mittelständler hat die Lanz Manufaktur es geschafft, sich unter den Großen einen Namen zu machen: durch zahlreiche Installationen weltweit, wie am Freiburger Münster, im Kameha Grand Hotel in Bonn, der Shanghai Skyline und auch durch Flutlichtanlagen am Olympiastadion in Berlin und im Deutsche Bank Park in Frankfurt. LEDs können gegenüber herkömmlichen Natriumdampfleuchten bis zu 70 Prozent Energie einsparen. Diese neue Technologie hat Lanz vor zwölf Jahren Professor Dr. Peter Heck vorgestellt, dem Geschäftsführenden Direktor des Instituts für angewandtes Stoffstrommanagement am UmweltCampus (IfaS). Das IfaS hat sich zum Ziel gesetzt, eine nachhaltige Optimierung von Stoffströmen in praxisorientierten Projekten voranzutreiben. Für Unternehmen, Städte und Regionen. Es berät jährlich rund 100 Kommunen in Deutschland und auch weltweit.

Wie Kommunen noch effizienter wirtschaften

Nun ist die Lanz Manufaktur wieder am Institut: »Wir haben erkannt, dass man durch die intelligente Steuerung noch mal bis zu 20 Prozent mehr Ersparnis herausholen kann.« Für Heck ein Gegenstand angewandter praktischer Forschung: »Städte wollen die Vorgänge rund um ihre Infrastrukturen und Ressourcen genauer kennenlernen. Sie wollen effizienter wirtschaften und sparen. Nutzen wir intelligente Straßenleuchten, können wir Daten aus sehr vielen Quellen aufnehmen: diese Leuchten stehen überall. Damit verbessern wir das Umfeld für die Bevölkerung – eine faszinierende Idee.«

Ein zentrales Lichtmanagement und autonome Steuergeräte machen das Straßenlicht intelligent und integrieren schlaue Sensoren. Städte können ihre Leuchten aus der Ferne verwalten und »Fahrpläne« für die Beleuchtung programmieren: Kriterien für Beginn und Ende der Beleuchtung, ebenso wie für die Helligkeit abhängig von Lage oder Zeit. Mit zusätzlichen Bewegungsmeldern oder Kamera-gestützten Sensoren wird die Leuchte dynamisch heller, wenn sich jemand einem Fußgängerüberweg nähert. Eine gezielte Beleuchtung architektonisch interessanter Punkte ist ebenso möglich wie Farbwechsel im RGB-Farbraum. Eine situationsgerechte Ausleuchtung spart Energie, Kosten und CO2-Emissionen. Das System zeigt die Betriebsparameter der Leuchten. Wartungen erfolgen nur noch nach Notwendigkeit statt festgelegtem Intervall.

Eine Lichtberechnung macht für die künftige Beleuchtung unterschiedliche Technologien vergleichbar. Zudem werden in Abhängigkeit der Mastpositionen die Neigungswinkel einzelner Leuchten für die Montage definiert. (Foto: Lanz Manufaktur)

Die Leuchte wird zum Kommunikationspunkt

Jede Leuchte kommuniziert wie ein Handy mit dem Mobilfunknetz. Dafür steckt eine SIM-Karte entweder in einem internen Steuerungsgerät im Leuchtenkopf oder in einem externen Gerät, das via Zhaga-Schnittstelle an der Leuchte befestigt wird. Es gibt Umbausets für Leuchten jedes Herstellers. Für Konnektivität und Steuerungssoftware kam die Smart City Unit der Deutschen Telekom ins Spiel. »Die SIM-Karte«, erklärt Dustin Tonn, (Produktmanager Smart Street Lighting, Deutsche Telekom IoT GmbH, »ist über das Maschinen- und Sensorennetz NarrowBand IoT mit der Plattform für das Lichtmanagement verbunden.« Dieses System wird von der Telekom in der Cloud bereitgestellt. Es muss keine lokale Software installiert werden.

LEDs der Lanz Manufaktur sorgen mit einer gewölbten Echtglasscheibe für eine homogene Ausleuchtung: Das Glas am Rand ist daher dünner. (Foto: IfaS)

»Mit der Plattform steuere ich die vernetzten Leuchten, sehe die Betriebsparameter, die realen Energiewerte«, sagt Tonn. Als zusätzlicher Mehrwert lassen sich diese Daten nicht nur sofort nutzen, sondern auch kontinuierlich sammeln, auswerten und über offene Schnittstellen mit anderen Systemen verbinden. »Über einen sicheren Datenmarktplatz kann ich sie beispielsweise mit zusätzlichen Wetterdaten verknüpfen, um so Rückschlüsse zum Dimming-Level in Abhängigkeit zur Wolkendecke ableiten zu können. Ich kann die Daten aber auch dem Hersteller für die Weiterentwicklung seiner Leuchten zur Verfügung stellen. Oder der Forschung.«

Kommunen und Institutionen saßen hier von Anfang an gemeinsam am Tisch. »Um solche komplexen Projekte zukunftssicher zu realisieren, bedarf es kompetenter Beratung«, weiß Thömmes. »Der einzelne Partner kann das nicht leisten. Da ist Teamarbeit gefordert.« Der Umstieg auf eine intelligente Straßenbeleuchtung ebnet einer Kommune den Weg zur »Smart City«. Der Lichtmast wird vom Basisdienst zum »smarten Mobiliar«, an dem weitere Sensorik und Lösungen angebracht und mit einer steuernden Plattform verknüpft werden können. Sensoren zur Erfassung von Geräuschen, der Luftgüte und des Verkehrs gehören ebenso zum erweiterbaren Repertoire wie WLANHotspots, Kameras oder Funkbasisstationen.

Das externe Steuergerät mit eingebauter SIM-Karte sorgt für die Anbindung an die Lichtmanagement-Plattform und damit für die Intelligenz. Es lässt sich über die Zhaga-Schnittstelle anbringen – per einfachem Dreh des Bajonettverschlusses. (Foto: Deutsche Telekom)

Der Markt für zusätzliche Sensorik entwickelt sich weiter, da sind sich die Experten sicher. Der Umwelt-Campus liegt inmitten des Nationalparks Hunsrück-Hochwald. Die heutige Lichtverschmutzung schadet besonders Insekten und damit der gesamten Nahrungskette. Sie wird hervorgerufen durch alte ineffiziente, ungeregelte und mit einer falschen Lichtfarbe ausgestattete Straßenleuchten. Nur durch bessere wissenschaftliche Erkenntnisse lassen sich auch natürliche Schädlingsbekämpfer wie Fledermäuse besser schützen. Hier hilft innovative Sensorik und auch das richtige Lichtspektrum der Leuchten, wie bei der LED. Heck: »Wir können Forschungsprojekte andocken, mit denen die smarte Stadt ökologisch umweltverträglicher wird. Durch Lichtsteuerung. Die Tür dazu ist offen.«

Weitere Informationen:

LED-Technik: Lanz Manufaktur, Simmertal, lanzmanufaktur.net
Institut für angewandtes Stoffstrommanagment (IfaS), www.stoffstrom.org
Smart Street Lighting: Deutsche Telekom
Quelle: Deutsche Telekom, Bonn, www.telekom.de


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