Inteligentne sieci oświetlenia drogowego jako metoda poprawy bilansu energetycznego w gminach

Obliczanie oszczędności energii 

Modernizacja instalacji oświetleniowych może uwzględniać wymianę opraw oświetleniowych lub wymianę źródeł światła. Pierwszy przypadek dotyczy oświetlenia drogowego i wnętrzowego, drugi daje najlepsze efekty przy modernizacji oświetlenia wnętrzowego. 

Według Rozporządzenia [2] oszczędność energii przy wymianie opraw oświetleniowych wylicza się ze wzoru (1), a przy wymianie źródeł światła – ze wzoru (2): 

ΔQ₀  = T_U (M₀ – M₁) / 1000 (1)

gdzie: 

ΔQ₀ – ilość zaoszczędzonej energii finalnej [kWh/rok],
T_U – czas użytkowania źródła światła [h/rok],
M₀ – łączna moc znamionowa istniejących (starych) opraw oświetleniowych [W],
M₁ – łączna moc znamionowa nowych opraw oświetleniowych po modernzacji [W].

Podana została uwaga: Oszczędności w zużyciu energii dla źródeł światła obliczane są przy założeniu, że natężenie oświetlenia powierzchni, mierzone w luksach [lm/m2], po modernizacji spełnia wymagania Polskich Norm PN-EN 12464-1 oraz PN-EN 13201-2. 

ΔQ₀  = 1,40 · (M₀ – M₁) / 1000 (2)

gdzie:

ΔQ₀ – ilość zaoszczędzonej energii finalnej [kWh/rok],
M₀ – moc znamionowa istniejącego (dotychczasowego) źródła światła [W],
M1 – moc znamionowa nowego źródła światła [W]. 

Czasy użytkowania instalacji oświetleniowych do obliczeń oszczędności energetycznych należy przyjmować z tabeli 1.

Tabela 1. Czasy użytkowania źródeł światła w godzinach/rok w zależności od rodzaju budynku i przeznaczenia pomieszczenia – wg Rozporządzenia [2]

Przeznaczenie pomieszczenia	Czas użytkowania źródła światła - budynki mieszkalne [h/rok]	Czas użytkowania źródła światła - budynki użuyteczności publicznej i budynki biurowe [h/rok]
Kuchnie	1900	1200
Halle i korytarze	420	1080
Drogi ewakuacyjne	2200	2200
Pomieszczenia mieszkalne	1100	–
Pomieszczenia w budynkach biurowych i użyteczności publicznej	–	1800
Oświetlenie zewnętrzne budynku	700	2200
Pozostałe	360	540
Oświetlenie uliczne	4150

Możliwości systemów oświetlenia inteligentnego 

Systemy inteligentnego oświetlenia drogowego wykorzystują zdobycze postępu technicznego w elektronice i przesyłania danych, zwiększając funkcjonalność instalacji oraz komfort użytkowników. Zawsze jednak kryterium ich wyboru jest możliwość uzyskania znaczących oszczędności energetycznych i poprawy wskaźników ekologicznych, co skompensuje większe koszty takich rozwiązań. 

Każde rozwiązanie, które prowadzi do rozszerzenia funkcjonalności instalacji oświetleniowych można uznać za rozwiązanie z elementami inteligencji. Jako przykład można podać stosowane powszechnie oprawy oświetleniowe do lamp sodowych z redukcją mocy sterowaną wbudowanymi zegarami astronomicznymi. Oszczędności energetyczne w stosunku do podobnych rozwiązań bez redukcji mocy wynoszą co najmniej 20%. 

Jeżeli oświetlenie, poza zapewnieniem właściwych warunków oświetleniowych, daje możliwość dostosowania oświetlenia do bieżących potrzeb oraz zarządzania nim z pozycji komputera i/lub pilota, to możemy mówić o kolejnym etapie rowoju. Instalacja jest wyposażona w system sterowania oparty na komunikacji radiowej i GSM. Stworzenie takiego systemu nie wymaga dodatkowego oprogramowania ani infrastruktury. Elementy sterowania i nadzoru pracą instalacji znajdują się w oprawach oświetleniowych. 

Oświetlenie o tym stopniu inteligencji wykorzystują oprawy LED. Matryce LED budowane są jako modułowe z niezależnymi elementami zasilająco-sterującymi. Uszkodzenie jednego modulu LED nie przerywa pracy pozostałych, oprawa więc świeci z nieco mniejszą mocą do czasu wymiany uszkodzonego elementu. Prosty montaż i demontaż modułów nie wymaga zdejmowania oprawy, co skraca czas i koszt eksploatacji. 

Technika LED pozwala na ciekawe wzornictwo konstrukcji opraw, dostosowane do architektury krajobrazu i specyfiki historyczno-wzorniczej danego obszaru.

Jednym z podstawowych zadań systemu inteligentnego oświetlenia jest rejestrowanie danych o występujących awariach oraz przygotowanie raportów ułatwiających konserwację i eksploatację całego systemu. Można zmieniać według bieżących potrzeb czas świecenia oraz rejestrować bieżące zużycie energii. Każda oprawa oświetleniowa jest zidentyfikowana w systemie, można zmieniać jej moc i świecenie niezależnie od pracy pozostałych opraw w określonej grupie. 

Możliwy jest zdalny podgląd bieżących parametrów pracy systemu oświetlenia drogowego oraz najbliższego otoczenia: m.in. odczyty temperatur modułów LED i innych elementów wyposażenia, odczyty prądów pobieranych przez zasilacze, zanieczyszczenia środowiska, poziom natężenia oświetlenia wybranego fragmentu pasa drogowego, itp.

Zastosowanie systemów oświetlenia „inteligentnego” jest sposobem na zoszczędzenie energii elektrycznej do 80% w stosunku do instalacji standardowego oświetlenia (rtęciowego lub sodowego). 

Podsumowanie 

Modernizacja oświetlenia drogowego/ulicznego jest najprostszym i najefektywniejszym sposobem na uzyskanie oszczędności energetycznych i zmniejszenie kosztów eksploatacji. Przy występujących obecnie różnych instrumentach wsparcia finansowego dla jednostek samorządowych, jest to jednocześnie przedsięwzięcie z najkrótszym okresem zwrotu nakładów inwestycyjnych (nawet do 3 - 5 lat). Modernizacja oświetlenia powinna być poprzedzona audytem efektywności energetycznej, w którym w kilku wariantach należy zaproponować rozwiązania energooszczędne. Audyty powinny być prowadzone rzetelnie, na sprawdzonym sprzęcie oświetleniowym, z uwzględnieniem w obliczeniach rzeczywistych parametrów opraw i lamp. 

Wskaźniki ekologiczne oraz zmniejszenie kosztów eksploatacji oświetlenia jest podstawą dla inwestorów do wyboru wariantu modernizacji. Zastosowanie opraw „inteligentnych” do zarządzania energią z pozycji komputera użytkownika – to kolejna rewolucja w oświetleniu i kolejne poziomy oszczędzania energii i kosztów.

Artykuł powstał na podstawie referatu wygłoszonego na IV Konferencji Naukowo-Technicznej z cyklu: „Energooszczędność w oświetleniu” zatytułowanej „Energooszczędność w oświetleniu drogowym”. 
Poznań, 14 maja 2013 r. 

LITERATURA:

[1] Ustawa z dnia 15 kwietnia 2011 r. O efektywności energetycznej. Dz.U. nr 94 poz. 551.

[2] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 27 sierpnia 2012 r. w sprawie szczegółowego zakresu i sposobu sporządzania audytu efektywności energetycznej, wzoru karty audytu efektywności energetycznej oraz metody obliczania oszczędności energii. Dz.U. 2012, poz. 962.