Unsere Erfolgsgeschichte mit VAISALA GmbH

In vielen Kommunen gewinnt das Thema "Smart City" zunehmend an Bedeutung. Durch die Digitalisierung der Infrastruktur sollen neue Erkenntnisse gewonnen und die Lebensqualität der Bürger kontinuierlich verbessert werden. In diesem Kontext spielt die Luftgütemessung und -überwachung eine bedeutende Rolle, denn sie ist integraler Bestandteil des "Smart City"-Konzepts. Das vorrangige Ziel besteht darin, Luftqualitätsdaten präzise zu erfassen und langfristig zu speichern. Dadurch ermöglicht die fortlaufende Auswertung dieser Daten zukünftige Maßnahmen zur weiteren Optimierung des städtischen Umfelds.

Hierbei kommt u.a. der AQT530 Luftqualitätstransmitter von Vaisala zum Einsatz, ein moderner und kosteneffizienter Sensor, der speziell für die Messung der wichtigsten Partikel und Schadstoffe optimiert ist. Er bietet hohe Genauigkeit, außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit selbst unter extremen Bedingungen sowie eine außerordentlich hohe Datenverfügbarkeit über seine gesamte Lebensdauer hinweg.



In der Regel wird der AQT530 zusammen mit dem passenden Gateway für die Datenkommunikation an Masten montiert und lokal mit Strom versorgt. Doch in einem speziellen Anwendungsfall stellte sich eine besondere Herausforderung: Das System sollte an Straßenlaternenmasten montiert werden, die nur nachts Strom führen. Das bedeutet, dass eine zuverlässige Lösung gefunden werden musste, um das System tagsüber mit Strom zu versorgen, wenn die Straßenbeleuchtung ausgeschaltet ist.

Erfahren Sie in dieser Success-Story, wie Vaisala und Bicker Elektronik in enger Zusammenarbeit eine zuverlässige Lösung entwickelt haben, um rund um die Uhr und an 365 Tagen im Jahr Messungen durchzuführen und Messdaten sicher zu übermitteln. Dank der unterbrechungsfreien Stromversorgung von Bicker Elektronik können mit der modernen Umweltsensorik von Vaisala kontinuierlich wertvolle Luftqualitätsdaten erfasst werden, was eine nachhaltige Verbesserung der Lebensqualität in den Städten und den Schritt Richtung „Smart City“ vorantreibt.

Projektbeschreibung

Die Luftgütemessung und -überwachung ist Teil des „Smart City“-Konzepts zur Digitalisierung der Infrastruktur – hier am Beispiel von Darmstadt. Um eine möglichst flächendeckende Überwachung der Luftqualität zu erreichen, wurden rund 40 Messstandorte definiert. Um Kosten für das Verlegen neuer Leitungen zu sparen, sollte das Sensorsystem VAISALA AQT530 mitsamt Gateway zur Datenkommunikation vor Ort an den Straßenlaternen installiert und über deren 230 VAC-Stromanschluss mit 24 VDC versorgt werden. Da die Beleuchtung nur bei Dunkelheit Strom führt, war keine durchgängige Stromversorgung gewährleistet. Deshalb entstand in enger Zusammenarbeit mit Bicker Elektronik eine gepufferte 24/7-Stromversorgung mit Nachtaufladung für den sicheren Betrieb rund um die Uhr.

Die Herausforderung

Die Herausforderung bestand darin, eine USV-Lösung für den rauen Outdoor-Einsatz zu entwickeln, die eine unterbrechungsfreie 24V-Stromversorgung für Sensorik und Gateway gewährleistet, da vor Ort keine dauerhafte Stromversorgung verfügbar ist. An diesen Standorten sind nur Straßenlaternen vorhanden, die während der Beleuchtungszeiten mit 230VAC versorgt werden. Der Pufferspeicher muss in der Nacht optimal geladen werden, um über den Tag hinweg ausreichend Energie für die Versorgung von Sensorik und Gateway zur Verfügung zu haben.

Weitere Herausforderungen ergaben sich zusätzlich aus den klimatischen und jahreszeitbedingten Wechselzuständen.

Im Sommer muss die USV- und Batterietechnik hohen Temperaturen standhalten und eine längere Versorgungszeit für Sensoren und Gateway ermöglichen, da die Laternen später eingeschaltet und früher abgeschaltet werden. Es war entscheidend, dass der Energiespeicher auch bei der kürzeren Beleuchtungszeit ausreichend nachgeladen werden konnte und die Kapazität entsprechend dimensioniert wird.

Im Winter tritt dann die umgekehrte Situation auf. Die USV muss mit extrem niedrigen Temperaturen zurechtkommen. Während die Laternen zwar länger leuchten und dadurch die benötigte Überbrückungszeit zur Versorgung der Sensoren und des Gateways verkürzt wird, können Batteriespeicher bei tiefen Temperaturen in der Regel nicht so effizient und schnell geladen werden.

Es galt eine Lösung zu finden die unter allen denkbaren Voraussetzungen die Sensoren und das Gateway jederzeit sicher mit 24VDC versorgt. Insbesondere die Batterietechnologie musste den hohen Anforderungen hinsichtlich der thermischen Eigenschaften sowie Sicherheit und Langlebigkeit gerecht werden.

Die Lösung

Mit der maßgeschneiderten USV-Lösung UPSI-2406IP-38AC konnten die Ingenieure von Bicker Elektronik das Anforderungsprofil optimal erfüllen. Das robuste und wetterfeste IP65-Aluminiumgehäuse schützt den hocheffizienten AC/DC-Wandler mit Weitbereichseingang, die Steuerungs- und Ladetechnik der USV sowie die neu entwickelte LiFePO4-Hochleistungsbatterie. Diese Batterietechnologie und das integrierte Batteriemanagementsystem (BMS) mit Cell-Balancing garantieren höchste Sicherheit, eine besonders lange Lebensdauer und hervorragende Leistung bei Temperaturen von -20 bis +50°C. Somit ist selbst unter anspruchsvollen Einsatzbedingungen eine besonders zuverlässige und unterbrechungsfreie Stromversorgung jederzeit gewährleistet.

Die UPSI-2406IP-38AC wandelt während der Nacht die eingangsseitige AC-Versorgungsspannung (90-264VAC) in 24VDC um und leitet diese über den USV-Ausgang direkt an die angeschlossene Umweltsensorik weiter, lädt parallel den angeschlossenen Energiespeicher und überwacht alle relevanten Parameter, Ströme und Spannungen. Bei Spannungseinbruch oder Stromausfall – hier durch die morgendliche Abschaltung der Straßenbeleuchtung – trennt ein MOSFET innerhalb weniger Mikrosekunden den Eingang ab und der Sensor mit Gateway wird unterbrechungsfrei aus dem LiFePO4-Energiespeicher heraus über den gesamten Tag hinweg versorgt. Die UPSI-2406IP-38AC stellt hierbei eine konstant geregelte 24VDC-Ausgangsspannung zur Verfügung.

Der integrierte LiFePO4-Energiespeicher der UPSI-2406IP-38AC überzeugt mit einer besonders stabilen Batteriechemie, einer langen Lebensdauer von mindestens 10 Jahren und mehr als 6000 vollen Lade- und Entladezyklen. Bicker Elektronik setzt bei allen Hochleistungs-Batteriepacks bewusst auf die besonders sichere Lithium-Eisenphosphat-Chemie, welche ein thermisches Durchgehen (Thermal Runaway) nahezu unmöglich macht.

Im Gegensatz zu vermeintlich günstigen Blei-Gel-Akkus weisen hochwertige Lithium-Eisenphosphat-Zellen eine ca. 15-20x längere Lebensdauer und Zyklenfestigkeit auf. Bei Berechnung der TCO (Total Cost of Ownership) über den gesamten Einsatzzeitraum von mindestens 10 Jahren ergibt sich ein deutlicher Kostenvorteil gegenüber Blei-Säure-Batterien, zumal auch der Aufwand für Wartung und Batterietausch bei LiFePO4 in diesem Zeitraum entfällt.

Die abgedichteten Gehäuseelemente und Anschlüsse des hochwertigen Aluminiumgehäuses sind resistent gegen Wasser, Eis, Öl und Staub gemäß der Schutzart IP65. Ein integriertes Druckausgleichselement mit Membran verhindert Kondensation im Inneren des Gerätes. Die Montagebohrungen am Gehäuse ermöglichen die flexible Wand- oder Mastmontage. Für die Laternenmast-Montage kommt das optional erhältliche Mastmontage-Set PSZ-1100 zum Einsatz.

Vorteile & Kundennutzen

Durch den Einsatz der UPSI-2406IP-38-AC konnte das aufwendige und kostspielige Verlegen neuer Stromleitungen für die permanente Stromversorgung der Umweltsensorik vermieden werden. Dank der intelligenten und leistungsstarken Outdoor-USV-Lösung mit LiFePO4-Pufferung kann die Zeit zwischen den Beleuchtungsintervallen der Straßenlaternen sicher überbrückt werden – selbst in den Sommermonaten mit kurzen Ladezeiten in der Nacht. Das USV-System bietet zudem als Notstromversorgung zuverlässigen Schutz bei Stromausfall, Flicker oder Spannungseinbrüchen.

Wir arbeiten an Innovationen, um Wetter- und Umweltphänomene besser nachvollziehen und vorhersagen zu können. Dank der Kooperation mit Bicker Elektronik haben sich ganz neue Möglichkeiten eröffnet, unsere Messsysteme autark im 24/7-Dauerbetrieb einzusetzen. Jens Dickau, Vertriebsleiter Straßenwettersysteme Vaisala GmbH

Vaisala ist ein weltweit führendes Unternehmen für Mess- und Überwachungslösungen, das es Kunden in über 150 Ländern ermöglicht, das Unsichtbare zu messen, sei es zu Land oder zu Wasser. Mit Niederlassungen in 17 Ländern bietet Vaisala innovative Technologien und Dienstleistungen für verschiedene Branchen wie Wetter, Umwelt, Energie und Industrie. Durch kontinuierliche Forschung und Entwicklung trägt Vaisala dazu bei, die Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Effizienz von Messungen weltweit zu verbessern.

Anwendungsfelder sind u.a. Straßenzustandsüberwachung, Verkehrs-Umweltsteuerungen, intelligente Lichtsignalanlagen, Luftgüteüberwachung, Winterdienst-Systeme, Wasserpegelüberwachung, Streckenbeeinflussung, Sichtweitensysteme, Niederschlagsmessung, Hitzeüberwachung und Wetterüberwachung.

Detaillierte Informationen zum Unternehmen und den Produkten von Vaisala finden Sie hier:

Vaisala GmbH
https://www.vaisala.com