Chytré veřejné osvětlení v konceptu Smart City

V této nejčastěji používané definici je kladen důraz především na průnik oblastí dopravy, energetiky a ICT, viz také metodika Smart City Ministerstva pro místní rozvoj.
Veřejné osvětlení jako přirozená součást konceptu VO umožňuje propojení a naplnění konceptu SC v následujících oblastech:

• Bezpečnost – dynamické řízení VO s ohledem na potřeby dané lokality; renovace veřejného osvětlení se zabudováním kamerového systému pro městskou policii či instalace jiného senzorového a detekčního systému.
• Mobilita - např. kombinace sloupů VO s dobíjecí stanicí pro elektromobily; tento rozvoj je však závislý na úpravě tarifního systému.
• Efektivní veřejná správa a plánování – inteligentní města mají k dispozici velké množství dat, které je možné využívat při efektivním plánování, např. data o spotřebě energie jednotlivých budov (typický výstup energetického managementu) tak společně s daty o technickém stavu budov mohou být využity při efektivním plánování renovace majetku města.
• Parkování – renovace veřejného osvětlení se zabudováním systému monitoringu využití a skutečného placení za parkovací místa.
• Globální odpovědnost – obecně opatření energetického managementu vedou ke snižování emisí skleníkových plynů.
• Životní prostředí – úspory energie a využití obnovitelných zdrojů snižuje lokální i globální znečištění. Zároveň se snižováním instalovaného příkonu svítidel se snižuje světelné znečištění.
• Sociální oblast – renovace bytových domů, či domů pro seniory v pasivním, či nejlepším možném energetickém standardu snižuje palivovou chudobu jejich nájemníků (podíl výdajů za energie na celkových výdajích).

Často je koncept inteligentních měst prezentován s důrazem na inovativnost a využívání nových technologií, které v konceptu mají své podstatné místo, nicméně tyto technologie (inteligentní měřidla, řízení, dálková správa apod.) jsou nástroji, nikoli cíli inteligentních měst. Cílem inteligentního města je provádět činnosti chytře a koordinovaně.
Vývoj v oblasti světelných zdrojů LED vede k novým možnostem a řešením nejen z hlediska energetické efektivnosti, ale zejména bezpečnosti, jak dopravní, tak osobní. Inteligentní řízení VO umožní reagovat na okamžité povětrnostní podmínky, např. měnit povahu světla v případě mokré vozovky, intenzitu světla podle aktuálního pohybu osob a vozidel, což umožní koncept tzv. dynamického veřejného osvětlení. Podstatným způsobem je také možné omezovat faktor světelného znečištění.
Některé pokročilejší funkce a opatření budou pro širší uplatnění do budoucna vyžadovat nejen změnu tarifů, ale také technických norem.
Základem každého systému je vždy co největší jednoduchost ovládání a údržby, nejen ve vazbě na provozní náklady, ale s ohledem na nároky na obsluhu. I v tom nejjednodušším pojetí rozvoje LED a chytrých technologií bude nezbytné i několikrát ročně provádět, resp. absolvovat školení osob odpovědných za provoz soustavy VO. Zatímco náklady na energii a na výměnu zdrojů mohou nadále klesat, náklady spojené s řízením, nároky na obsluhu a vazby na ostatní systémy v rámci Smart city budou zřejmě narůstat.
Klíčové bude nadále předprogramování „scénářů“ v rámci soustavy VO tak, aby obsluha byla co nejjednodušší. Systémy sice budou umožňovat ovládat parametry soustavy, resp. každého svítidla, a to i pomocí mobilního telefonu, ale v praxi toto bude málo využitelné. Každá změna světelně technických parametrů by měla mít oporu v nějakém předpisu, v plánu řízení soustavy VO nebo metodickém pokynu.
Chytré, nebo také inteligentní veřejné osvětlení je termín, který zobecněl i ve vztahu k jiným „chytrým“ věcem, zejména například mobilním telefonům. Každá technologie je však natolik chytrá, jak chytře je navržena, vyprojektována, realizována a zejména užívána a spravována. Chytrý tak musí být jak projekt, tak servis, údržba a provoz. Prvním a v podstatě nezbytným krokem k chytrému VO je cílevědomá a promyšlená výměna stávajících zdrojů světla za LED zdroje. To sebou nese nezbytnou úvahu o vazbách na následující prvky infrastruktury:

• Technickou infrastrukturu – zda jsou na tento přechod připraveny elektrické rozvody, sloupy, rozvaděče.
• Dodržení světelně-technických parametrů – zda jsou k dispozici svítidla s odpovídajícími křivkami svítivosti za přiměřenou cenu; zda není nutné doplňovat sloupy z důvodu velkých roztečí, měnit výšku sloupů či délku výložníků apod.
• Řídící infrastrukturu – umožňují jednotlivé prvky (svítidla, rozvaděče) vzdálené řízení a komunikaci; bude využita komunikace prostřednictvím IoT nebo jiný radiový systém, případně optický kabel.

Výrobci svítidel udávají obvykle rozmezí dosažené úspory energie výměnou za LED zdroje 50 – 80 %. Vzhledem k pořizovacím nákladům je toto rozmezí příliš široké a je nezbytné zpracovat podrobnou studii, resp. projekt a energetický posudek, které prokáží, jak smysluplné, resp. za jakých podmínek je použití v daném případě použitelné. Kritické faktory jsou zejména:

• Zda je již na stávající soustavě uplatněna úspora řízením světelného toku a v jakém režimu.
• V jakém stavu jsou stávající světelné zdroje (stáří a stav předřadníků, světelných zdrojů).
• Zda je možná prostá výměna svítidel při zachování nebo vylepšení světelně technických parametrů bez nutnosti dodatečných investic a úprav infrastruktury (doplnění či úprava sloupů, výložníků apod.).
• Volba vhodného systému řízení založeného na zvoleném způsobu komunikace.

Omezení technologií spočívá zejména ve způsobu jejich provozování. Totéž platí v případě velmi sofistikovaných systémů, pokud nejsou správně implementovány. Například by mělo být průběžně proškolováno více osob, které budou se systémem pracovat a nejsou využívány možnosti, které řídicí systém nabízí.
Výhodou LED osvětlení je, že na jednotku snížení světelného toku je dosaženo vyššího poklesu spotřeby. U klasických zdrojů je tento poměr opačný, pokles světelného toku nevyvolá stejný pokles spotřeby.
Inteligentní systém řízení veřejného osvětlení může být s výhodou propojen s telematickými systémy městské infrastruktury pro zjištění aktuální hustoty provozu.
Nové systémy současně umožňují reagovat intenzitou světla na aktuální povětrnostní podmínky, zejména déšť, vlhkou vozovku nebo mlhu. Umožňují také pomocí individuálního programu nastavit intenzitu osvětlení přiměřenou aktuální situaci na vozovce, např. opravy vozovky.
Při případném přerušení komunikace jsou tyto systémy nastaveny tak, že se například automaticky přepnou do programu nejintenzivnější dopravy. Pomocí učících se algoritmů je postupně možné systém doladit.

Veřejné osvětlení vzhledem k svojí struktuře a síťové povaze může v současnosti a do budoucna s rozvojem technologií plnit více funkcí:

• bezpečnostní – možnost přivolání integrovaného záchranného systému
• infrastrukturní – umisťování dalších technologií, kamerových systémů, prvků meteostanic, monitoringu kvality prostředí, komunikačních prvků (gateway) apod.

Při využívání sloupů VO je potřeba dbát na estetickou stránku a veškerá zařízení, která jsou případně na sloupy VO umisťována, musí splňovat předem stanovené estetické parametry.
Model chytrého (dynamického) řízení osvětlovací soustavy lze shrnout do skladby jednotlivých zařízení v následující hierarchii:

• Virtuální datové úložiště – cloud (systém vzdáleného dohledu může data odesílat přímo na dispečink technických služeb města nebo na cloudové úložiště, ke kterému má přístup správce VO).
• Dohledové pracoviště.
• Rozvaděče VO s řídicím systémem.
• Komunikační prvky rozvaděče pro datový přenos.
• Senzory okolního prostředí.
• Komunikační prvek a řídící systém svítidla nebo skupiny svítidel.

Pro řízení osvětlovacích soustav se využívají různé druhy komunikace mezi řídicím systémem, dispečinkem a světelnými body. Lze je dělit na technologie bezdrátové a tzv. metalické. Z hlediska náročnosti zřízení chytrého (dynamického) veřejného osvětlení mají uplatnění bezdrátové typy přenosu dat. Pro bezdrátový přenos se využívají různé protokoly komunikačních standardů, které souvisejí se zaváděním technologie internetu věcí (IoT).

Zdroj:

• The European Innovation Partnership on Smart Cities and Communities (EIP-SCC)
• Ministerstvo životního prostředí
• Ministerstvo průmyslu a obchodu