Modernisierung der Straßenbeleuchtung mit LoRaWAN

Das Thema Straßenbeleuchtung lässt sich aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten. Primär geht es um den Aspekt der Sicherheit. Einerseits soll der motorisierte und sonstige Verkehr auf den Straßen möglichst störungsfrei fließen. Andererseits ist Licht ein Faktor, der den Menschen Sicherheit vermittelt, wenn sie sich abends und nachts zu Fuß oder per Rad in Städten und Siedlungen bewegen. Da die Straßenbeleuchtung mit Energieverbrauch einhergeht und zudem einen erheblichen Kostenblock im kommunalen Budget darstellt, spielen bei der Entscheidung über ihre Ausgestaltung und den Betrieb aber zunehmend auch wirtschaftliche und Umweltgesichtspunkte eine Rolle.

Sinnvolle Modernisierung ­erfordert Technologiewechsel

Bislang werden Straßenleuchten überwiegend mittels Tonfrequenzrundsteuerempfänger (TRE) geregelt. Das Verfahren ist seit Jahrzehnten bewährt, ermöglicht aber nur großflächiges Schalten im Ein-­oder-aus-Modus. Eine individuelle und bedarfsgerechte Steuerung, die Energieverbrauch und Kosten senken sowie den Komfort steigern könnte, ist damit nicht möglich. Dass in den Kommunen über neue Wege bei der Straßenbeleuchtung nachgedacht wird, hat aber auch einen ganz trivialen weiteren Grund: Die aufwendige Anlagentechnik ist vielerorts erneuerungsbedürftig. Eine Modernisierung auf TRE-Basis würde hohe Reinvestitionskosten verursachen, ohne aber einen nennenswerten funktionalen Mehrwert zu bieten. Handlungsdruck erzeugt zudem § 14a des Energiewirtschaftsgesetzes, der die Nutzung von Flexibilitäten im Niederspannungsnetz verlangt. Dadurch fallen Nachtspeicherheizungen, Wärmepumpen und die Tarifumstellung von Stromzählern aus dem bisherigen TRE-Anwendungsportfolio. Was wiederum steigende spezifische Betriebskosten der verbleibenden per TRE gesteuerten Geräte für die Straßenbeleuchtung zur Folge hat.

Einen Ausweg aus diesem Dilemma eröffnet die Digitalisierung. »Internet of Things«-(IoT-)Technologien bringen nicht nur die notwendige kommunale Aufgabenerfüllung (öffentliche Straßen, Plätze und Flächen müssen beleuchtet sein) und das Effizienz­gebot (Energieverbrauch, Kosten und CO₂-Emissionen drosseln) auf einen gemeinsamen Nenner, sondern bieten aufgrund höchster Flexibilität bei der Beleuchtungssteuerung auch einen erheblichen Komfort- und Qualitätsgewinn.

LoRaWAN-Funktechnologie ­ersetzt TRE-Technik

Game Changer ist der IoT-Funkstandard LoRaWAN. Das Kürzel steht für Long Range Wide Area Network und bezeichnet eine Technologie, die für viele Smart-City-Anwendungen prädestiniert ist. Dazu zählt auch die Modernisierung der Beleuchtungssteuerung. Dies wird möglich, indem einfach die in die Jahre gekommenen Tonfrequenz-­Rundsteuer-Empfänger in Kabelverteilerkästen, Beleuchtungsschränken und Beleuchtungsmasten durch LoRaWAN-Rundsteuerempfänger ersetzt werden. Diese ­modernen Module lassen sich funkbasiert über ein zugehöriges Backendsystem vom PC aus intelligent steuern. Die Zenner International GmbH & Co. KG, IoT-Spezialist aus Saarbrücken, hat bereits einige Pilotprojekte realisiert.

Zu den Kernkomponenten zählt dabei die Greenbox von CleverCity aus der Schweiz. Damit lassen sich sowohl strang- und mastbasiert Gruppen von Straßenleuchten individuell ansteuern als auch einzelne Lichtquellen separat regeln. So können z. B. bei Veranstaltungen straßenweise oder sogar punktuell einzelne Straßenlaternen bedarfsorientiert an- oder abgeschaltet werden.

Sensoren ermöglichen ­bedarfsgerechte Steuerung

Die Technik bietet darüber hinaus weitere Variations- und Flexibilisierungsmöglichkeiten, die sich Schritt für Schritt nutzen lassen. Mit LoRaWAN-Sensorik können beispielsweise punktuell Helligkeits- und Bewegungsdaten erfasst und zu Schaltimpulsen verarbeitet werden. Dafür kommen die GreenBox Mini Zhaga und/oder die GreenBox Mini von CleverCity zum Einsatz. In einer Quartiersstraße beispielsweise kann man so die ­LED-Beleuchtung nachts automatisiert auf voreingestellte Werte herunterdimmen. Erkennt der Bewegungsmelder einen Fußgänger, schaltet die Beleuchtung in der Straße automatisiert für eine definierte Zeitdauer auf 100 % hoch und dimmt sie anschließend wieder herunter – bedarfsorientiert und ressourcenschonend. Bei der Lichtsteuerung mit Helligkeitssensoren wird die Leuchtstärke automatisch den herrschenden Tageslichtverhältnissen angepasst.

Ein weiterer Vorteil der ­LoRaWAN-basierten Straßenbeleuchtungssteuerung gegenüber TRE ist die Transparenz über den tatsächlichen Betriebszustand der Geräte. Bei der TRE-Steuerung erhält der Betreiber keine Rückmeldung, ob die Leuchten nach Auslösen des Schaltvorgangs tatsächlich aktiviert bzw. deaktiviert wurden. Defekte Leuchten werden nur durch Sichtprüfung durch den Betreiber oder Hinweise aus der Bevölkerung entdeckt. Anders bei der GreenBox mit der LoRaWAN-­basierten Steuerung: Hier ist der Betreiber via Funkverbindung über den tatsächlichen Betriebszustand stets im Bilde und kann defekte Leuchten sofort und gezielt reparieren.

Modernisierung kann ­schrittweise stattfinden

»Durch den Einbau der Lösungen von Zenner und CleverCity lässt sich die bestehende TRE-Technologie schnell, einfach und wirtschaftlich ablösen«, fasst René Claussen, Leiter Geschäftsbereich IoT & Digitale Lösungen bei Zenner zusammen. »Dies kann schrittweise bzw. genau in einem Tempo geschehen, das den individuellen Bedürfnissen des Betreibers entspricht. Die IoT-basierte Modernisierung der Straßenbeleuchtung erfordert somit weder einen finanziellen noch personellen Kraftakt. Sie bildet die Basis für eine neue, nachhaltige Beleuchtungsstrategie.« Zukunftsfähig und besonders wirtschaftlich sei die LoRaWAN-basierte Beleuchtungssteuerung auch deshalb, weil sie Teil einer umfassenden, integrierten Smart-City Strategie werden kann. Die LoRaWAN-Infrastruktur lasse sich auch für weitere funkbasierte Anwendungen in der Stadt nutzen, beispielsweise die Füllstandüberwachung von Abfallbehältern, das Überwachen der Luftqualität oder das Parkraum-Management.

Spezielles Lösungspaket ­erleichtert den Einstieg

Für einen unkomplizierten Einstieg in die Welt der smarten Straßenbeleuchtungssteuerung bietet Zenner ein spezielles Lösungspaket an. Dieses gliedert sich in drei Bereiche: Die Lichtpunkte bzw. die Strang- oder Maststeuerung beim Kunden werden mit LoRaWAN-­Rundsteuerempfängern in verschiedener Ausführung verbunden. Zweiter Bestandteil des Lösungssets sind Outdoor-Gateways, die funkbasiert mit den LoRaWAN-­Rundsteuerempfängern kommunizieren und per GSM oder Ethernet mit dem Backendsystem verbunden sind. Darüber kann die Straßenbeleuchtung flexibel und automatisiert gesteuert werden. Ein mobiles Netztestgerät gehört ebenfalls dazu, um vor der Installation die Erreichbarkeit des nächsten Gateways prüfen zu können. »Zusammen mit CleverCity bietet Zenner somit ein innovatives End-to-End-Lösungspaket an, das heutigen Anforderungen gerecht wird«, so Claussen.