Zonnepanelen op straatlantaarnen in de AI-era: wat ze kunnen opwekken

Het energiebudget van een straatlantaarnpaal

Eerst kijken we naar hoe veel energie een typisch PV-systeem op een straatlantaarnpaal daadwerkelijk opwekt. Een paneel met een vermogen van 300 W, onder optimale zonnestand (3,5–5 uur per dag), produceert ongeveer 1,0–1,5 kWh energie per dag. Na verliezen door het opladen, de batterij en de elektriciteitsleidingen, blijft er ongeveer 0,8–1,2 kWh energie over (typische waarden voor een commerciële installatie op middellandingsbreedte; de precieze hoeveelheid is afhankelijk van de weersomstandigheden op de locatie).

Het licht zelf is al de grootste verbruiker van de beschikbare energie. Een lichtarmatuur met een vermogen van 100 watt dat 11 uur per dag aanstaat, verbruikt ongeveer 1,1 kWh energie – dit is de totale dagelijkse hoeveelheid energie die beschikbaar is. Daarom dimmen alle serieuze zonnepanelen op straat: ze zijn het meest licht in de eerste uren na zonsondergang, leveren minder licht in de nacht en worden voor zonsopkomst opnieuw wat helderder. Dit dimmingsprofiel is geen extra optie ter verbetering van de efficiëntie; het is juist nodig om de energiebalans te bewaren.

Wat overblijft voor alle overige onderdelen – camera’s, sensoren, besturingsapparaten, communicatieapparaten – is de energie die het dimmingsprofiel overlaat. In een goed ontworpen systeem is dit meestal 20–40% van de dagelijkse energiehoeveelheid. Dit is een belangrijke factor om rekening mee te houden wanneer er een offerte wordt gedaan voor een zonnepaal die ook een 4G-camera, een luchtkwaliteitsensor en een Wi-Fi-punt moet ondersteunen.

Wat ‘AI’ in een straatlicht vandaag de dag eigenlijk betekent

Als je alle marketingtermen en technische details weglaat, blijft er een microcontroller over die drie belangrijke taken uitvoert:

1. Schakelingspatronen op basis van tijd of omgevingslicht: Profielen die de lichtstroom beperken wanneer er niemand in de buurt is. Dit is de belangrijkste manier om energie te besparen in het systeem.
2. Detectie van beweging en aanwezigheid: PIR-detectors (passieve infrarooddetectors) of radars reageren op het naderen van personen of voertuigen door de lichtstroom te verhogen. Radars zijn beter uitgerust om langzaam beweging en slecht weer aan te kunnen gaan dan PIR-detectors; daarom worden radars gebruikt op openbare paden en PIR-detectors alleen op korte, overdekte ruimtes.
3. Afstandshandeling en foutmeldingen: De controller rapporteert de ladingssituatie, de ladingstroom en eventuele fouten van de lichtarmatuur via LoRa, 4G of NB-IoT. Zodra een lichtarmatuur uitvalt, wordt de beheerder hiervan op de hoogte gebracht, nog voor er een klacht wordt ingediend.

Niets van dit zijn vormen van kunstmatige intelligentie in de traditionele zin; het gaat om geïntegreerde besturingssystemen met communicatie mogelijkheden die effectief werken. Het is belangrijk om deze technologieen eerlijk te beschrijven, omdat een onrealistische verkoopstrategie verwachtingen opwekt die de hardware niet kan waarmaken.

Wat een lichtarmatuur echt kan doen…

Een lichtarmatuur kan meer dan alleen licht bieden: het kan energie besparen, bewegingen detecteren en de beheerder op de hoogte houden van eventuele problemen.

Het concept van distribueerde energie heeft op bepaalde manieren echt zijn waarde. Een 4G-beveiligingscamera verbruikt 15–30 watt; in 24 uur is dat 360–720 watt-uren, wat een goed uitgerust paal met dimmingsmogelijkheden wel kan opnemen. Milieu-sensoren (deeltjes, geluid, temperatuur) verbruiken slechts enkele watt en vormen dus geen grote belasting. Ook kleine displays en noodoproepsystemen vallen in deze categorie.

Wat hier echter niet past, is de toepassing van edge-artificial intelligence (AI). Een op een paal geplaatste server met een GPU verbruikt continu honderden watt. Met een dagelijkse energiebudget van 1 kWh is dit onhaalbaar als er alleen gebruik wordt gemaakt van zonnepanelen; dergelijke systemen hebben een verbinding met het elektriciteitsnet nodig of een speciaal ontworpen zonnepaneleninstallatie die veel groter is dan de panelen van een straatlicht. Wanneer we in een offertebod het begrip ‘AI-gevoede systemen’ zien, vragen we ons eerst af op wat voor technologie de AI wordt gebruikt – en meestal blijkt dat er een verbinding met het elektriciteitsnet nodig is.

Waar intelligentie echt kan bijdragen aan de werking van zonnepanelen

De interessantere ontwikkeling vindt zich in de andere richting: sensoren en voorspellingstechnologieën die de werking van de straatlichten zelf verbeteren.

Foutvoorspelling: De curven van de ladingstroom en de batterijstatus vertonen voorafgaand aan een fout in de batterij of zonnepanelen herkenbare patronen. Een controller die aangeeft dat ‘de capaciteit van deze batterij in zes maanden met 15% is afgenomen’, zorgt ervoor dat een storing op middernacht al wordt gemeld en dat de batterij tijdig kan worden vervangen.

Adaptief dimmen op basis van weersvoorspellingen: De weersvoorspellingen van morgen worden gebruikt om het dimmen van de lichtarmaturen te regelen; het systeem slaat energie op wanneer het bewolkt gaat worden, in plaats van pas om 2 uur ’s nachts te ontdekken dat er een tekort aan energie is.

Monitoren van de prestaties van zonnepanelen: Door de werkelijke opbrengst te vergelijken met de verwachte opbrengst op basis van de lichtintensiteit op de locatie, kunnen problemen als vervuiling, schaduw van een groeiend boom of een verslechterende werking van de zonnepanelen al maanden van tevoren worden opgemerkt.

Dit zijn allemaal kleine verbeteringen – geen grote doorbraken. Volgens onze ervaring is de beschikbaarheid van de lichtarmaturen nu 5 tot 15% beter, maar niet verdubbeld. Toch is juist de beschikbaarheid wat de overheden en gebruikers echt belangrijk vinden; een lichtarmatuur dat 350 nachten per jaar werkt, is beter dan een armatuur dat maar 300 nachten werkt.

De echte uitdagingen

Er zijn drie problemen die ervoor zorgen dat de ontwikkelingen niet zo snel gaan als de software zou suggereren:

Integratiekosten: Elke extra toegevoegde apparatuur betekent een extra behuizing, een extra energiebehoef en een extra punt van foutgevoeligheid op de paal – en dit onderhoud is prijzig. De technische uitvoering is eenvoudig; de kosten van de benodigde materialen zijn dat echter niet. Opslag blijft het beperkende element: De opwekking van energie met zonnepanelen is afhankelijk van het weer en vindt op verschillende tijdstippen plaats. Batterijen zijn verbeterd, maar de energiedichtheid, het aantal cyclussen en de prestaties in koudere weersomstandigheden bepalen nog steeds wat een paal op een bewolkte dag kan opwekken. Kostenbeheer: Het gebruik van intelligente systemen leidt tot meer onderdelen; de overheden kopen apparaten op basis van de totale levenscycluskosten. De systemen die het beste presteren, zijn die waar het monitoren van de processen de kosten terugverdient (door bijvoorbeeld minder transportbeurtenissen), en niet die met de meeste sensoren.

Wat deze pagina niet behandelt:

Deze pagina gaat over zonnepanelen die op masten zijn gemonteerd als bron van energie voor verlichting en kleine apparaten in slimme steden. Hier wordt geen aandacht besteed aan architecturen waarbij de zonnepanelen zijn verbonden aan het elektriciteitsnetwerk, de integratie van laadstations voor elektrische auto’s, of grootschalige systemen voor opslag van energie uit zonnenergie – dit zijn allemaal andere technische concepten met andere economische aspecten. Om te bepalen wat een specifieke mast kan ondersteunen, kunt u de cijfers gebruiken in ons verlichtingsontwerpstool, of lezen hoe we intelligentie inbesteden in de besturingen van onze intelligente lichtcontrollers. Voor complete systemen leveren we onze al-in-one-zonnelichtarmaturen standaard met dimmingsmogelijkheden en monitoringssystemen.