USV-Lösung für die Luftgütemessung in Smart Cities (Quelle: Bicker Elektronik GmbH, Vaisala GmbH, adobestock_Tobias Arhelger_99723923)
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 Stromversorgungsleitungen zu sparen, sollte das Sensorsystem bestehend aus einem Vaisala-AQT530-Luftqualitätstransmitter und einem Gateway zur Datenkommunikation vor Ort an den vorhandenen Straßenlaternen installiert und über deren AC-230-V-Stromanschluss mit DC 24 V 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.
Gepufferte Outdoor-Stromversorgung von Umweltsensorik und Gateway
Die Herausforderung bestand darin, eine USV-Lösung für den rauen Outdoor-Einsatz zu entwickeln, die eine unter brechungsfreie 24-V-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 AC 230 V 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 Wechsel zuständen. 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 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 denk baren Voraussetzungen die Sensoren und das Gateway jederzeit sicher mit DC 24 V versorgt. Insbesondere die Batterietechnologie musste den hohen Anforderungen hinsichtlich der thermischen Eigenschaften sowie Sicherheit und Langlebigkeit gerecht werden.