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(Quelle: leungchopan/Shutterstock.com)

Smart Cities werden schon seit vielen Jahren diskutiert, sind aber noch immer nicht umfassend realisiert worden. Auch die Straßenbeleuchtung wird häufig als Teil der Smart-City-Diskussion betrachtet. Der marktübliche Anteil des Energieverbrauchs für die Straßenbeleuchtung liegt bei 30 Prozent des städtischen Energiebudgets. Viele Städte und Kommunen haben sich darauf konzentriert, herkömmliche Glühlampen als Lichtquelle durch LED-Beleuchtung zu ersetzen. Dieser Wechsel von Glühlampen zu LED-Beleuchtung führte zu erheblichen Energie- und damit Kosteneinsparungen und hatte zur Folge, dass das städtische Budget für die Straßenbeleuchtung oft eine schwarze Null erreichte. TE Connectivity ist überzeugt, dass die Zukunft der Straßenbeleuchtung in der Steuerung liegt. In Anbetracht der Tatsache, dass Steuerungen weitere Energieeinsparungen versprechen, und der anhaltenden Diskussionen über ihren Einsatz in intelligenten Städten, richten Städte und Regierungen jetzt Abteilungen hierfür ein und stellen Budgets zur Verfügung. Aber auch das bringt die Smart City nicht wirklich voran.

Seit einigen Jahren ist die Zwei-Knoten-Architektur eine der interessantesten Entwicklungen in der Branche. Die Zwei-Knoten-Architektur hat das Potenzial, das Rückgrat einer Smart City zu sein und ein Ökosystem zu schaffen, das die Entwicklung innovativer Kommunikations- und Sensorknoten ermöglicht, die alle miteinander vernetzt sind.

Standards für die Interoperabilität

Interoperabilität ist das zentrale Leistungsversprechen von Zhaga. Es begann 2017, als die erste Version des Steckverbindersystems Zhaga Book 18 auf den Markt gebracht wurde (Abbildung 1). TE Connectivity präsentierte das Endurance S Steckverbindersystem für Straßenlaternen und Signify den Xitanium SR Driver. Damit wurde erstmals eine Lösung speziell für LED-Straßenleuchten entwickelt. Aber erst 2019 und mit der Veröffentlichung der zweiten Version von Book 18 wurde die Zwei-Knoten-Architektur vollständig realisiert.

Der Schlüssel zum Ökosystem ist das leuchteninterne Kommunikationsprotokoll. DALI ist seit vielen Jahren ein sehr beliebtes Beleuchtungsprotokoll. Obwohl DALI-2 eine Multi-Master-Lösung ist, besitzt es keine feste hierarchische Struktur. Wenn also mehr als ein Steuergerät am Bus angeschlossen ist, reagiert der Treiber auf dasjenige, dessen Signal zuletzt empfangen wird. Das ist jedoch eine Situation, die es bei Straßenbeleuchtungen nicht geben darf.

Zhaga und die DALI Alliance

Im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen Zhaga und der DALI Alliance wurde das digitale Kommunikationsprotokoll D4i entwickelt. Dieses Protokoll beinhaltet eine integrierte Arbitrierung, die eine Hierarchie zwischen zwei Steuergeräten auf demselben Bus schafft. Die Abbildung zeigt, dass der Treiber in der Zhaga-Architektur nun permanent mit Strom versorgt wird (Abbildung 1). In der Regel ist ein AUX-24-VDC-Netzteil in den Treiber integriert, wobei auch ein separates Netzteil möglich ist. Dies bedeutet, dass immer eine 24-Volt-Schiene zur Verfügung steht. Dies wiederum eröffnet Möglichkeiten für Kommunikations- und Sensorknoten-Designs, die nicht nur während der Dunkelheit genutzt werden können. Die Verdrahtung wird erheblich vereinfacht, da die beiden Steuergeräte und der Treiber mit dem gleichen Kommunikationsbus verbunden sind.

Abbildung 1: Die Abbildung zeigt, dass der Treiber in der Zhaga-Architektur permanent mit Strom versorgt wird. (Quelle: TE Connectivity)

In dieser Version wurde auch das Leistungsbudget festgelegt, das der Treiber sowohl von der AUX-Stromversorgung als auch von der Stromversorgung des DALI-Busses liefern muss, sowie die Leistung, die die verschiedenen Arten von Steuergeräten aus dem System beziehen dürfen. Dies alles wird durch ein Zertifizierungsprogramm kontrolliert. Treiber werden von der DALI Alliance als D4i zertifiziert, wohingegen Leuchten und Steuergeräte vom Zhaga-Konsortium als Zhaga-D4i zertifiziert werden.

Stromführende, nach oben gerichtete Schnittstellen sind bereits seit mehreren Jahrzehnten über die ANSI C136.10-Schnittstelle verfügbar. Diese Norm wurde vor acht Jahren auf C136.41 aktualisiert, wodurch Signalkontakte und Dimmsteuerungen möglich sind. Diese Zwei-Knoten-Architektur ermöglicht nun auch Sensorgeräte, die ein nach unten gerichtetes Sichtfeld benötigen. Zudem kommen inzwischen erste Bewegungssensoren auf den Markt, aber auch andere Innovationen sind im Kommen. So organisierte beispielsweise die Stadtverwaltung von Lake Macquarie in Australien einen Hackathon, um Sensoren für Smart-City-Anwendungen für die in der Stadt installierten Leuchten mit zwei Schnittstellen zu entwickeln.

In vielen Regionen ist die Norm ANSI C136.41 weit verbreitet. Daher wurde in der dritten Zhaga Book 18-Version eine hybride Zwei-Knoten-Architektur mit einer nach oben gerichteten ANSI-Schnittstelle und einer nach unten gerichteten Zhaga-Schnittstelle beschrieben. In dieser Version wird die Verdrahtung einer Leuchte ebenso definiert wie die Anforderungen an ein Steuergerät.

Zhaga arbeitet nun an der nächsten Book-Version und prüft, wie diese Architektur für andere Formfaktoren als Cobra-Heads übernommen werden kann. Klassische Beleuchtungen werden als wichtige Untergruppe der Straßenbeleuchtung anerkannt und erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, stellen jedoch eine Herausforderung für die Zwei-Knoten-Architektur dar.

TE Connectivity unterstützt die Zhaga- und ANSI-Verbindungsplattformen für Straßenbeleuchtung

TE Connectivity unterstützt die Zhaga- und ANSI-Plattformen für Straßenbeleuchtungsverbindungen. Für die Zhaga-Schnittstelle bietet TE Connectivity die Produktreihe LUMAWISE Endurance S an. Sie besteht aus der Buchse, die an der Straßenlaterne montiert wird, wie links in der Abbildung unten gezeigt (Abbildung 2).

Abbildung 2: Merkmale der LUMAWISE Endurance S (Quelle: TE Connectivity)

TE hat die zweite Generation dieses Produkts auf den Markt gebracht. Sie zeichnet sich durch zwei Drähte pro Kontakt (Dual Wire Poke-In), eine aktualisierte Dichtung für bestimmte Montagekonfigurationen und eine einzigartige Sicherungsscheibe für eine einfache einhändige Montage aus. Der Dual Wire Poke-In wurde speziell für die Zwei-Knoten-Architektur entwickelt und ermöglicht die Verkettung des D4i-Busses und der 24 V_DC-Schiene. Diese Buchse ist für Zhaga-Anwendungen gedacht, die das D4i-Protokoll verwenden. Für andere Anwendungen oder ein proprietäres Kommunikationsprotokoll bietet TE Connectivity eine verschlüsselte Version an. Dadurch bleibt die Zhaga-Architektur übersichtlich und die versprochene Interoperabilität wird gewährleistet. TE Connectivity bietet auch Verschlusskappen, Sockel und Kuppeln in verschiedenen Größen an.

Für die ANSI-Schnittstelle eignen sich LUMAWISE Endurance N oder dimmbare Buchsen (Abbildung 3).

Abbildung 3: Merkmale der LUMAWISE Endurance N (Quelle: TE Connectivity)

TE Connectivity bietet sowohl fünf- oder siebenpolige Dimmbuchsen als auch drehbare Versionen für nach Norden gerichtete Fotozellen an. Zudem hat TE Connectivity eine werkzeuglose Version im Angebot, die auf dem nordamerikanischen Markt weit verbreitet ist. Vor kurzem hat TE Connectivity die ursprüngliche dreipolige C136.10-Schnittstelle herausgebracht, um die Produktlinie zu vervollständigen. Auch hier bietet TE Connectivity Sockel und Abdeckungen in verschiedenen Größen und Farben sowie eine Reihe von Kurzschlusskappe – mit und ohne Überspannungsschutz – sowie offene Kappen an.

Fazit

Wir stehen am Beginn einer spannenden Entwicklung im Bereich der Straßenbeleuchtung, denn die Technologie hat sich in den letzten zehn Jahren stärker weiterentwickelt als in den sechs Jahrzehnten davor. Vielleicht ist dies die Plattform und der Anstoß, den die Smart City braucht.