Solární pouliční osvětlení v éře umělé inteligence: Co vše mohou napájet

Elektrický rozpočet pouličního sloupku

Začněme tím, kolik elektřiny skutečně typický pouliční sloupek dokáže vyrobit. Panel o výkonu 300 W, vystavený 3,5 až 5 hodinám maximálního slunečního záření, produkuje přibližně 1,0 až 1,5 kWh elektřiny denně před ztrátami. Po ztrátách v důsledku regulace napájení, provozu baterie a vedení zůstává přibližně 0,8 až 1,2 kWh elektřiny k dispozici (typické hodnoty pro komerční instalace ve středních zeměpisných šířkách; konkrétní výsledek závisí na podmínkách na vašem místě).

Světlo samo o sobě představuje první výdaj z tohoto rozpočtu. Osvětlovací zařízení o výkonu 100 W, které pracuje po dobu 11 hodin, spotřebuje přibližně 1,1 kWh energie – což je celková denní spotřeba energie. Proto se všechna seriózní solární pouliční světla stmívají: po setmění jsou plně jasná, v noci mají snížený výkon a před úsvitem je jejich světlo znovu zesíleno. Tento režim stmívání není zaveden pouze z důvodu úspory energie; právě díky němu se celkové výdaje energie povedou do rozpočtu.

Zbývající část rozpočtu – na kamery, senzory, ovladače a komunikaci – tvoří „příspěvek“ způsobený právě tímto režimem stmívání; v dobře navrženém systému to obvykle představuje 20–40 % denní spotřeby energie. Na tuto část rozpočtu je třeba myslet při zadávání zakázek, kdy se požaduje, aby jedno solární světlo zároveň obsahovalo i kameru s připojením typu 4G, senzor kvality vzduchu a bod přístupu k síti Wi-Fi.

Co „umělá inteligence“ (AI) v dnešních solárních pouličních světlech skutečně znamená

Když odstraníme marketingové nápady, zjistíme, že „umělá inteligence“ v solárním pouličním světle spočívá v činnosti mikrokontroléru, který plní tři hlavní funkce:

1. Řád řízení osvětlení: Profily řízení založené na čase nebo na senzorech okolního světla, které snižují intenzitu osvětlení, když v blízkosti není nikdo. Toto je nejvýznamnější nástroj pro úsporu energie v tomto systému.
2. Detekce pohybu a přítomnosti: Detektory typu PIR (pasivní infračervené záření) nebo radar zvyšují intenzitu osvětlení při přiblížení chodce nebo vozidla. Radar zvládá pomalý pohyb a špatné počasí mnohem lépe než detektory PIR; proto jej používáme na otevřených místech a detektory PIR pouze na krátkých, zakrytých úsecích cest.
3. Dálkové monitorování a upozornění na poruchy: Řadič posílá informace o stavu nabití baterie, proudu nabíjení a poruchách osvětlovacích zařízení prostřednictvím technologií LoRa, 4G nebo NB-IoT. Když světlo zhasne, správce zařízení to zjistí ještě předtím, než dojde k prvnímu stížnostnímu hovoru.

Žádný z těchto prvků nepatří mezi formy umělé inteligence ve výzkumném smyslu. Jedná se o vestavěné řídicí systémy s možností komunikace, které skutečně fungují. Správné pojmenování těchto funkcí je důležité – neboť přehnané proklamace o využití umělé inteligence mohou vytvářet očekávání, která hardware není schopen splnit.

Co všechno může toto osvětlovací zařízení skutečně udělat, kromě poskytování světla…

Myšlenka distribuované energie má své reálné výhody, a to do určitých mezí. Bezpečnostní kamera podporující standard 4G spotřebovává 15–30 wattů energie; během 24 hodin to činí celkem 360–720 watt·hodin, což dokáže zvládnout vhodně dimenzovaný sloup s možností regulace světelné intenzity. Senzory prostředí – detekující částice, hluk, teplotu – spotřebovávají pouze několik wattů a představují tedy zanedbatelné zatížení. Stejnou kategorii tvoří také malé displeje a zařízení určená k volání nouzových služeb.

Co však nepatří do této kategorie, je výpočetní výkon umělé inteligence (AI). Server vybavený grafickou kartou (GPU), umístěný na sloupu, spotřebovává stále stovky wattů energie. Při denním rozpočtu ve výši 1 kWh je to naprosto nerealistické pouze z hlediska využití solární energie; takové instalace vyžadují připojení k elektrické síti nebo speciální solární systém o velikosti několikanásobně větší než solární svítidlo na ulici. Když v tendru narazíme na požadavek na využití umělé inteligence, první otázkou, kterou si klademe, je, na čem vlastně ta inteligence bude fungovat – odpověď obvykle zní, že bude využívat energii z elektrické sítě.

Kde inteligence skutečně pomáhá solárním systémům Zajímavější je však situace, kdy senzory a algoritmy umělé inteligence zlepšují samotná solární svítidla.

Předvídání poruch: Kurvy nabíjecího proudu a stavu nabití baterie vykazují před jejím selháním určité vzorce chování. Kontroler, který upozorní na to, že kapacita baterie klesla o 15 % během šesti měsíců, umožňuje plánovanou výměnu baterie v pravý čas (např. v půlnoci).

Adaptivní stmívání na základě meteorologických předpovědí: Data zítrašní předpovědi jsou využita k plánování procesu stmívání; systém tak před obdobím pochmurného počasí předem nahromadí energii, místo aby problém zjistil až v 2 hodiny ráno.

Sledování výkonnosti solárních panelů: Porovnávání skutečného výkonu panelů s očekávanými hodnotami umožňuje včas zaznamenat nečistoty na panelích, stínění vlivem rostoucích stromů nebo zhoršování jejich výkonnosti – měsíce předtím, než to baterie sama zaznamená.

Jedná se o postupné zlepšení (zvýšení dostupnosti o 5–15 %), nikoli o drastické změny. Avšak právě dostupnost je to, co městské kupující skutečně oceňují; světlo, které funguje 350 nocí za rok, je výhodnější než světlo fungující pouze 300 nocí.

Upřímné výzvy:

Tři problémy brání tomu, aby tento systém rostl tak rychle, jak by to software naznačoval:

Náklady na integraci: Každé přidané zařízení znamená další „obal“ (elektrického systému), další nároky na spotřebu energie a další možné místo selhání – což zvyšuje náklady na údržbu. Technické řešení je sice jednoduché, avšak seznam potřebných materiálů není. Uložiště energie stále představuje omezení: Výroba elektřiny ze solárních panelů závisí na počasí a je rozprostřena v čase. Baterie se sice zlepšily, avšak jejich energetická hustota, životnost a výkonnost v chladných podmínkách stále omezují, kolik energie může jeden solární systém produkovat během oblačného týdne. Kontrola nákladů: Využití inteligentních technologií vyžaduje přidání dalších komponent, a městské úřady nakupují zařízení s ohledem na celý životní cyklus. Nejúspěšnější systémy jsou ty, u kterých se náklady na monitorování vyplatí díky snížení počtu potřebných dopravních zásahů (např. přepravy náhradních dílů), nikoli ty s největším počtem senzorů.

Co tato stránka nezahrnuje:

Tato stránka se věnuje solárním panely umístěným na sloupech jako zdroji energie pro osvětlení a malá zařízení chytrých měst. Nezabývá se architekturami solárních systémů propojených s elektrickou sítí, integrací funkcí nabíjení elektromobilů ani solárními systémy v rozsahu využití energetických společností – jedná se o různé technické řešení s odlišnými ekonomickými aspekty. Chcete-li zjistit, jaký výkon konkrétní sloup dokáže podpořit, použijte náš nástroj pro návrh osvětlení, nebo se podívejte, jak do ovladačů solárních světel integrujeme inteligentní funkce (viz návod k inteligentním ovladačům světel). Pro kompletní systémy dodáváme integrovaná solární pouliční světla, která standardně obsahují funkce stmívání a monitorování.