Wie Schwarmtechnologie die Energiewende beflügelt

Auch Geschäftsviertel und Gewerbegebiete sind während der Nacht hell erleuchtet obwohl dann vergleichweise wenige Menschen arbeiten. Mit intelligenten Beleuchtungssystemen könnten künftige "Smart Citys" viel Energie einsparen. ©Uwe Seidenfaden

SmartLight-Systeme in Sachsen-Anhalt sorgen für eine energieeffizientere Leuchttechnik auf Überlandstraßen

In vielen Kommunen leuchten die Straßenlampen auch auf selten benutzten Wegen die ganze Nacht. Das ist Energieverschwendung und führt zu unnötigem Stress für die Tierwelt. Forschende Jungunternehmer der Hochschule Anhalt arbeiten an miteinander kommunizierenden Straßenlampen, die nur bei Anwesenheit von Menschen den Weg erhellen.

Aus der Perspektive der Astronauten an Bord der Internationalen Raumstation ISS gleichen viele irdische Regionen bei Nacht einem erleuchteten Weihnachtsbaum. Unzählige Lichtpunkte markieren Städte und Dörfer. Dazwischen bilden beleuchtete Autobahnen, Straßen, Rad- und Gehwege ein dichtes Netz von Lichterketten. „Allein in Deutschland gibt es rund neun Millionen elektrische Straßenlaternen, weltweit über 350 Millionen“, erläutert Prof. Dr. Eduard Siemens vom Fachbereich Elektrotechnik, Maschinenbau und Wirtschaftsingenieurwesen der Hochschule Anhalt in Köthen. Auch wenn immer häufiger stromsparende  LED-Straßenlampen zum Einsatz kommen, ist es eine Energieverschwendung, wenn sie während der ganzen Nacht kaum genutzte Straßen und Wege erleuchten. Zudem werden zahlreiche nachtaktive Tierarten durch die hellen und ständig strahlenden Lampenlichter gestresst. Biologen konnten aufzeigen, dass die sogenannte „Lichtverschmutzung“ zum aktuellen Insektensterben und zu Verhaltensänderungen bei Singvögeln beiträgt.

Smarte Lösungen für die Straßenbeleuchtung

„Vor etwa einem Jahrzehnt hatte ich erste Ideen, wie man zu intelligenten technischen Lösungen für die Straßenbeleuchtung kommen könnte“, so Prof. Siemens. Sie führten zu mehreren Patentanmeldungen. Die praktische Umsetzung gelang allerdings erst nach dem Wechsel an die Hochschule Anhalt als Leiter des Future Internet Lab Anhalt (FILA). Zusammen mit Doktoranden und in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Ingo Chmielewski, Leiter des Embedded Systems Lab der Hochschule Anhalt sowie mit Unterstützung der Stadt und der Stadtwerke Bernburg, haben die Forscher vor gut einem Jahr, eine rund einen Kilometer lange Teststrecke aufgebaut und das Start-Up-Unternehmen SmartLight gegründet. Dessen Ziel ist es, künftig die Technologie möglichst in Sachsen-Anhalt zu produzieren und sie national wie international zu vermarkten.

19 Straßenlampen kommunizieren miteinander

Auf der Teststrecke – einem Fuß- und Radweg zwischen dem Stadtrand von Bernburg und dem Hochschulcampus Bernburg-Strenzfeld – kommunizieren 19 LED-Straßenlampen miteinander. Wenn niemand unterwegs ist, bleibt der Weg dunkel. Nähert sich jemand werden den Lampen, werden diese nach und nach eingeschaltet.

Das klingt theoretisch einfach. Doch der „Teufel“ steckt bekanntlich in den praktischen Details. Schließlich muss das  Beleuchtungssystem zu jeder Zeit zuverlässig an- und ausschalten. Fehlaktivierungen durch Hunde, streunende Katzen und Wildtriere sind zu vermeiden. Außerdem muss das intelligente Beleuchtungssystem erkennen, mit welcher Geschwindigkeit Verkehrsteilnehmer sich bewegen, damit in der Vorausschau stets der richtige Bereich des Weges erhellt wird.   

97,5 Prozent Energieeinsparung durch SmartLight in Bernburg

Die technischen Hürden bei der praktischen Umsetzung lagen bislang so hoch, dass, im Unterschied zu SmartHome-Lösungen für die Licht- und Heizungssteuerung im Eigenheim, bislang noch kein kommerzieller Anbieter mit einem zuverlässigen SmartLight-System für öffentliche Straßen auf dem Markt ist.

„Auch auf unserer Teststrecke hatten wir Startschwierigkeiten“, so Professor Siemens. Inzwischen wurde die Lichtsteuerung durch moderne Schwarmtechnologien verbessert und die Leuchtstärke der Lampe bei Nichtbenutzung des Weges auf drei Prozent gedimmt. „Über ein Jahr erreichten wir eine Energieeinsparung von 97,5 Prozent“, berichtet der Hochschulforscher und Start-Up-Gründer. Demnächst sollen die bisher als Lichtauslöser eingesetzten Passiv-Infrarot-Sensoren durch eine Bildsensortechnik ersetzt werden. Sie sollen die Zuverlässigkeit und Fehleranfälligkeit des Systems weiter verbessern. Nicht geplant ist es, Videokameras einzusetzen, mit denen Personen oder Autokennzeichen identifiziert werden können. „Wir haben nicht vor, unser System zur Überwachung von Menschen einzusetzen“, fügt der Wissenschaftler hinzu.

SmartLight für Straßen als integraler Bestandteil einer Smart City

Auch im Ausland sind die Arbeiten an einem intelligenten Straßenbeleuchtungssystem aus Sachsen-Anhalt auf großes Interesse gestoßen. Es gab zahlreiche Anfragen, u.a. aus Kasachstan, Katar, Russland und der Ukraine. Aus Indien kam ein Angebot, die intelligente Straßenbeleuchtung in einer „Smart City“ auf dem Subkontinent einzusetzen und dort weiterzuentwickeln.

Die forschenden Jungunternehmer in Sachsen-Anhalt sind ebenso am Aufbau ökologischer Teststrecken interessiert – vordringlich in Deutschland, auf öffentlichen Straßen oder beispielsweise auf großflächigen Industrieanlagen und in Gewerbegebieten. „Ich denke, dass sich die intelligenten Straßenbeleuchtungen schon bald global durchsetzen werden“, prognostiziert Prof. Siemens., so der Forscher aus Sachsen-Anhalt.

Autor: Uwe Seidenfaden

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