Smarte Lichttechnik

Licht macht die City smart

Das Schlagwort »Smart City« umfasst ein weites, teilweise diffuses Feld der digitalen Transformation von Städten und Kommunen, auf der technischen und wirtschaftlichen Ebene ebenso wie unter politischen und gesellschaftlichen Aspekten. Beleuchtung spielt dabei eine zentrale Rolle: Licht gehört zu den wenigen unmittelbar sinnlich wahrnehmbaren Dimensionen der Smart City, es kann sie buchstäblich »sichtbar« machen.

~Martin Krautter

Das Präfix »smart« wird inzwischen fast inflationär gebraucht. Technisch definieren sich »smarte« Systeme als vernetzte Elemente, Sensoren und Aktoren mit einer gewissen Autonomie, ein Feld der Technik, das als »Internet of Things« (IoT) in jüngerer Zeit einen gewaltigen Schub erfährt. Zugleich impliziert das Attribut Mehrwert für Anwender: Smarte Lösungen sollen benutzerfreundlich, ressourcenschonend, umweltfreundlich und nachhaltig sein – das gilt selbstverständlich auch für smartes Licht und smarte Städte. Den Boden für smartes Licht bereitete der breite Einsatz von LEDs. Die leuchtenden Halbleiter sind schaltfest sowie dimmbar und eignen sich damit ideal für dynamische Steuerungsszenarien. Erweitert man die obligatorische Betriebselektronik der LEDs um Kommunikationsschnittstellen, ist die »smarte Leuchte« nicht mehr weit. Die LED-Umstellung brachte Bewegung in die Köpfe kommunaler Anwender. Moderne Denkansätze wie die Betrachtung der Lebenszykluskosten von Beleuchtung schaffen Offenheit für weitere Innovationen. Und auch die Gestaltung urbaner Räume profitiert von der weitaus größeren und differenzierteren Bandbreite der LED-Leuchten an Lichtverteilungen, Lichtströmen und Lichtfarben.

Szenarien für smartes Licht

Typische Ziele von Smart Lighting im öffentlichen Raum sind die Einsparung von Energie und Kosten, die Reduktion von Lichtverschmutzung sowie die Verbesserung der Sicherheit und der Aufenthaltsqualität. Kurz, Licht soll zur richtigen Zeit in der passenden Menge und Qualität am richtigen Ort sein. Qualitäten wie Ausrichtung, Blendfreiheit oder maximale Beleuchtungsstärken bleiben weiterhin durch Leuchtenauswahl, Planung und Installation weitgehend determiniert. Menge und Zeit der Beleuchtung hingegen lassen sich bei smarten Leuchten dynamisch steuern und jederzeit der Situation anpassen: zentral durch eine Leitstelle, dezentral durch lokale Steuerungen oder in unterschiedlichen hybriden Szenarien. Ein Beispiel: Während die Beleuchtung für ein ganzes Stadtviertel zentral nach Kalender und Uhrzeit geschaltet und in den späten Nachtstunden zur Energieeinsparung reduziert wird, kann ein lokales System aus vernetzten Bewegungsmeldern nutzungsabhängig die Beleuchtung einzelner Straßenzüge bei Bedarf vorübergehend anheben. Bei Notfällen können Einsatzfahrzeuge mittels Beacon-Technologie die volle Beleuchtungsstärke lokal aktivieren. Umgekehrt liefern die smarten Leuchten auch Daten wie Betriebsstunden, Energieverbrauch oder Ausfallwarnungen.

Smarte Leuchten können sowohl leitungsgebunden als auch drahtlos vernetzt werden. Vorteilhaft sind Funkstandards, die wie ZigBee oder Bluetooth LE sogenannte Mesh-Netze bilden, die Reichweitenprobleme verringern. Eine weitere Alternative ist das für IoT-Anwendungen entwickelte LoRaWAN (Long Range Wide Area Network)-Protokoll. Die Funknetze lassen sich über Gateways an IP-Netzwerke (Internet) anbinden. Wo die Straßenbeleuchtung an separaten Versorgungsnetzen hängt, können zur Datenübertragung auch Protokolle wie LON via Powerline (ISO 14908) verwendet werden. Leuchtenseitig sind die Kommunikationsschnittstellen entweder in die Betriebsgeräte integriert oder über etablierte Schnittstellen zur Leuchtensteuerung wie DALI oder 1-10 V angebunden. Die IP-Anbindung kann wiederum über Leitung (Kupfer, Glasfaser) oder über die vorhandenen Mobilfunknetze (3G, LTE, 5G) erfolgen.

Die vernetzte Beleuchtung ist prädestiniert, die Basis der Smart City zu bilden, denn sie bringt i. d. R. eine Stromversorgung mit, ist eine vertraute Technologie und genießt hohe Akzeptanz. Ist der erste Schritt zum Smart Lighting mit seinen Vorteilen hinsichtlich Energieverbrauch, Komfort und Sicherheit erst gemacht, lassen sich weitere smarte Funktionen und Anwendungen andocken. Sie reichen von der Integration von WLAN-Hotspots, Kameras oder Ladestationen für E-Mobile in die Leuchten bis zur Ausstattung mit Sensoren, die Daten zum Verkehr, zum Wetter oder zur Luftqualität sammeln.

Der ganzheitliche Blick auf die Smart City

Solche Funktionen erschließen sich nicht unmittelbar sinnlich. Die Beleuchtung hat also die wichtige Aufgabe, der Smart City ein wahrnehmbares, attraktives »Gesicht« zu geben – sie prägt die »User Experience«. Entsprechend sorgfältig sollte sie geplant werden und sich durch Gestaltungsmittel wie Dynamik, Farbe oder Projektion zumindest punktuell spürbar von konventioneller Beleuchtung abheben. Davon unberührt gelten weiterhin die Grundregeln einer qualitativ gedachten, wahrnehmungsgerechten Beleuchtung, die über die quantitative Erfüllung der einschlägigen Normen und Vorschriften für Licht im Stadtraum hinaus gehen – z. B. das Vermeiden von Blendung, die Abstimmung von Lichtfarben wie Warmweiß, Neutralweiß, Tageslichtweiß etc. auf Charakter und Nutzung der Umgebung, die Hierarchisierung des Raums durch Helligkeitskontraste und Lichtakzente sowie die Betonung von vertikalen Raumgrenzen wie Fassaden, da sie die Helligkeitswahrnehmung dominieren.

Um CO2-Fußabdruck und Lichtverschmutzung zu reduzieren, benötigen Städte und ihre Bewohner also nicht mehr, sondern intelligenteres Licht. Smart Lighting kann diese Entwicklung als Rückgrat und Gesicht der Smart City vorantreiben. Von Stadtplanern und Architekten werden dabei interdisziplinäre Kompetenz in Ästhetik und Design, Projektmanagement und Kommunikation ebenso erwartet wie Kenntnisse über den Stand der Elektro-, Licht- und Informationstechnik. Dabei darf die ganzheitliche Sicht auf die Smart City als technisches wie als soziales, ökonomisches und politisches Projekt nicht verloren gehen, wenn entsprechende Vorhaben mehr Lebensqualität für die Betroffenen und damit auch deren Akzeptanz erzielen sollen.