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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Straßenleuchte
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Straßenleuchte
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 16.
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Straßenleuchten
weisen üblicherweise einen Mast mit einer vorzugsweise
in größerer Höhe an diesem Mast befestigten
Lampe auf. Diese Lampe wandelt elektrische Energie in Strahlungsenergie,
insbesondere sichtbares Licht, und Wärme um. Mit diesem Licht
kann dann bspw. ein Platz oder eine Straße beleuchtet werden.
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Die
elektrische Energie zum Betrieb der Lampe bezieht eine derartige
Straßenleuchte üblicherweise über einen
in die Straßenleuchte integrierten Netzanschluss. Über
diesen Netzanschluss ist die Straßenleuchte mit dem elektrischen
Stromnetz, d. h. mit einer Leitung des elektrischen Stromnetzes verbunden.
Die elektrische Energie wird über eine elektrische Leitung
vom Netzanschluss zur Lampe der Leuchte bereitgestellt.
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Der
Begriff "elektrische Leitung" bzw. "elektrische Leitung des elektrischen
Stromnetzes" bezeichnet im vorliegenden Text wenigstens zwei elektrische Leiter.
An einem ersten Leiter liegt eine Phase L1 des Stromnetzes an. Ein
zweiter Leiter ist der Neutralleiter N. Ggf. ist noch ein dritter
Leiter, nämlich ein Schutzleiter PE vorhanden. Eine Wechselspannung liegt
zwischen der Phase L1 und dem Neutralleiter N an. Alternativ kann
eine elektrische Leitung auch drei Phasen eines Drehstromnetzes
führen. Dann sind zwei zusätzliche Leiter mit
den Phasen L2 und L3 vorhanden.
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Aus
DE 92 15 126 U1 ist
eine Straßenleuchte bekannt, welche zusätzlich
einen Photovoltaikgenerator aufweist. Dieser Photovoltaikgenerator
erzeugt aus Strahlungsenergie der Sonne elektrische Energie. Das
heißt, dass der Photovoltaikgenerator Strahlungsenergie
in elektrische Energie umwandelt.
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Die
mittels des Photovoltaikgenerators tagsüber erzeugte elektrische
Energie kann von der Straßenleuchte gemäß
DE 92 15 126 U1 in
das Stromnetz eingespeist werden, aus welchem dann bei Dunkelheit
die Straßenleuchte versorgt wird.
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In
einen Photovoltaikgenerator ist regelmäßig wenigstens
eine Solarzelle integriert, welche die Strahlungsenergie der Sonne
einfängt und die elektrische Energie erzeugt. Diese Solarzelle – und
somit auch der Photovoltaikgenerator – stellen dabei die
erzeugte elektrische Energie als Gleichstrom bereit. Lampen in Straßenleuchten
werden jedoch üblicherweise mit Wechselspannung betrieben.
Auch das Stromnetz stellt dem Netzanschluss der Straßenleuchte
die elektrische Energie üblicherweise als Wechselspannung
bereit.
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Sofern
jedoch eine direkte Einspeisung der mittels des Photovoltaikgenerators
erzeugten elektrischen Energie in das Stromnetz als Gleichstrom
gewünscht ist, muss dieses Stromnetz zumindest dann, wenn
von dem der Straßenleuchte zugeordneten Photovoltaikgenerator
elektrische Energie eingespeist werden soll, elektrische Energie
als Gleichstrom transportieren. Die Solarzellen verschiedener Straßenleuchten
wären dann in Reihe geschaltet. Da jede einzelne Solarzelle
jedoch als Stromquelle wirkt, würde bei einer Reihenschaltung
derartiger Stromquellen der Gesamtstrom von der schwächsten Stromquelle
bestimmt werden.
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Da
die Straßenleuchten dezentral aufgestellt sind, ist damit
zu rechnen, dass einzelne Straßenleuchten weniger intensiv
bestrahlt werden als andere. Bspw. kann eine einzelne Straßenleuchte
von einem Gebäude oder Baum verschattet sein. In diesem Fall
würde die gesamte Reihenschaltung nur eine geringe oder gar
keine elektrische Leistung bereitstellen können. Eine derartige
elektrische Schaltungsanordnung ist daher ineffizient.
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Der
Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, an einer Straßenleuchte
erzeugte elektrische Energie effizienter in das Stromnetz einzuspeisen.
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Die
Erfindung löst dieses Problem durch ein Verfahren zum Betrieb
dieser Straßenleuchte gemäß Anspruch
1 sowie durch eine Straßenleuchte mit den Merkmalen des
Anspruchs 16.
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Die
erfindungsgemäße Straßenleuchte weist einen
Photovoltaikgenerator mit wenigstens einer Solarzelle und einem
integrierten Wechselrichter auf. Die von dieser Solarzelle erzeugte
elektrische Energie wird dem Wechselrichter als Gleichspannung bereitgestellt.
Dieser Wechselrichter wandelt die von der Solarzelle bereitgestellte
Gleichspannung in eine Wechselspannung um. Nach der Umwandlung im Wechselrichter
stellt dieser Wechselrichter die erzeugte elektrische Energie als
Wechselspannung der elektrischen Leitung vom Photovoltaikgenerator
zum Netzanschluss bereit. Als Wechselspannung ist die erzeugte elektrische
Energie problemlos in das Stromnetz einspeisbar.
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Ein
in die Straßenleuchte bzw. den Photovoltaikgenerator einer
Straßenleuchte integrierter Wechselrichter hat den Vorteil,
dass die von der bzw. den Solarzellen erzeuge elektrische Energie
parallel ins Stromnetz eingespeist werden kann. Jeder Wechselrichter
erzeugt eine der Frequenz des Stromnetzes entsprechende Wechselspannung,
die an die Wechselspannung des Stromnetzes angepasst ist. Auf diese
Weise wird eine Parallelschaltung der Photovoltaikgeneratoren mehrerer
Straßenleuchten an das Stromnetz ermöglicht. Diese
Schaltungsanordnung hat den Vorteil, dass selbst wenn eine Solarzelle
weniger intensiv vom Sonnenlicht bestrahlt wird, alle weiteren Solarzellen
der weiteren Straßenleuchte ungehindert die von ihnen erzeugte
elektrische Energie in das Stromnetz einspeisen können.
Die sich aus einer Reihenschaltung von Solarzellen ergebenden, oben
geschilderten Nachteile lassen sich somit verhindern. Durch derartig
integrierte Wechselrichter kann eine dezentrale Anordnung von Solarzellen energieeffizient,
insbesondere ohne unnötige Verluste, ins Stromnetz eingespeist
werden.
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Zudem
hat die Erfindung erkannt, dass Photovoltaikgeneratoren mit integriertem
Wechselrichter zuverlässiger geworden sind. Die Ausfallwahrscheinlichkeit
ist so gering, dass auch eine Vielzahl dezentral verbauter Wechselrichter
keinen unmäßigen Wartungsaufwand darstellen. Aus
diesen Gründen ist ein Photovoltaikgenerator mit integriertem
Wechselrichter heute vorteilhaft, insbesondere zuverlässig
und kostengünstig, in einer Straßenleuchte einsetzbar.
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Die
erfindungsgemäße Straßenleuchte nutzt das
vorhandene Stromnetz zum Einspeisen erzeugter elektrischer Energie.
Hierdurch nutzt sie die Vorteile der dezentralen Energiegewinnung,
vermeidet aber dessen Nachteile. Nachteilig ist nämlich
in vielen Fällen, dass üblicherweise eine kostenintensive Verbindung
zum Stromnetz hergestellt werden muss. Straßenleuchten
weisen diese Verbindung zum Stromnetz jedoch ohnehin auf. Diese
muss daher nicht kostenintensiv geschaffen werden. Vorteilhaft an
der dezentralen Energieerzeugung mittels an Straßenleuchten
befestigten Photovoltaikgeneratoren ist zudem, dass keine separaten
Flächen allein für die Energieerzeugung bereitgestellt
werden müssen. Der Standort ist für die Energieerzeugung
aus Strahlungsenergie der Sonne in vielen Fällen dennoch
vergleichsweise sehr gut geeignet. Straßenleuchten werden
nämlich insbesondere in ihrem oberen Bereich, wo die Photovoltaikgeneratoren
vorzugsweise angebracht sind, direkt von der Sonne beschienen, ohne
einer Beschattung durch Pflanzen oder Häuser kleiner oder
mittlerer Höhe ausgesetzt zu sein. Die Masten von Straßenleuchten
sind folglich aufgrund ihrer exponierten Standorte für
die Erzeugung elektrischer Energie aus Strahlungsenergie der Sonne
ideal geeignet.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist durch eine Vorrichtung
die Möglichkeit der Stromzählung gegeben. Eine
erste Vorrichtung, insbesondere ein erster Stromzähler,
misst die dem Stromnetz entnommene Energie und eine zweite Vorrichtung,
insbesondere ein zweiter Stromzähler, misst die in das
Stromnetz eingespeiste Energie. Dies ist sowohl zu Kontrollzwecken
als auch zu Abrechnungszwecken interessant. Von den Messergebnissen
kann nämlich, insbesondere durch Vergleich mit Messergebnissen
von anderen Straßenleuchten, auf die Funktionsfähigkeit
der Straßenleuchte, insbesondere auf die Funktionsfähigkeit
der Lampe und des Photovoltaikgenerators, geschlossen werden. Zu Abrechnungszwecken
kann die entnommene Energie ermittelt und ggf. auch in Rechnung
gestellt werden. Entsprechend kann die eingespeiste Energie ermittelt
und ggf. eine Einspeisevergütung berechnet werden. Besonders
interessant ist das Messen der entnommenen und eingespeisten Energie
dann, wenn die Vergütung einer eingespeisten Energiemenge
die Kosten einer gleichgroßen dem Stromnetz entnommenen
Energiemenge übersteigt. Die dem Stromnetz entnommene Energie
ist dabei überwiegend die zum Betrieb der Lampe der erfindungsgemäßen
Straßenleuchte entnommene Energie. Jedoch trägt
auch eine sinnvollerweise vorhandene Elektronik in der Straßenleuchte
in einem geringen Umfang zum Energieverbrauch der Straßenleuchte bei.
Die gemessene in das Stromnetz eingespeiste Energie ist im Wesentlichen
die von dem Photovoltaikgenerator als Wechselspannung bereitgestellte
Energie.
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Die
erste Vorrichtung zur Stromzählung und die zweite Vorrichtung
zur Stromzählung stellen jeweils Daten der jeweiligen Stromzählung
bereit. Diese Daten können Daten jeglicher Form sein, aus
denen eine dem Stromnetz entnommene bzw. eine in das Stromnetz eingespeiste
Energiemenge ermittelbar ist. Insbesondere können diese
Daten Zählerstände beinhalten. Alternativ oder
zusätzlich können diese Daten die Differenzen
von Zählerständen zwischen zwei unterschiedlichen
Zeitpunkten beinhalten. Aus diesen Daten kann auf eine zwischen
diesen beiden Zeitpunkten verbrauchte Strommenge bzw. eingespeiste
Strommenge geschlossen werden. Die Daten können auch direkt
die in einem Zeitraum eingespeiste bzw. verbrauchte Strommenge beinhalten.
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In
einer alternativen und besonders vorteilhaften Weiterbildung der
Erfindung misst eine Vorrichtung, insbesondere ein Stromzähler,
sowohl die aus dem Stromnetz entnommene als auch die in das Stromnetz
eingespeiste Energiemenge und stellt Daten der Stromzählung
bereit. Der Stromzähler kann dann in zwei Stromrichtungen
messen und die Messergebnisse dieser beiden Stromrichtungen getrennt voneinander
festhalten bzw. bereitstellen.
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Ein
gebräuchlicher Stromzähler misst eine Stromrichtung
positiv und die entgegengesetzte Stromrichtung negativ. Dieser gebräuchliche
Stromzähler zieht von den Messergebnissen der einen Stromrichtung
daher die Messergebnisse der entgegengesetzten Stromrichtung ab.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stromzählung
misst dagegen in einer Stromrichtung beispielsweise die verbrauchte
Energie, zieht von diesen Messergebnissen jedoch keine Messergebnisse
ab, wenn sich die Stromrichtung ändert. Die Messergebnisse
in der entgegengesetzten Stromrichtung werden nämlich separat behandelt.
Und auch die Messergebnisse in dieser entgegengesetzten Stromrichtung
werden durch eine erneute Umkehr der Stromrichtung nicht verringert. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stromzählung
erfüllt daher, solange nicht gleichzeitig eine Stromzählung
für zwei Richtungen erfolgen soll, den gleichen Zweck wie
zwei separate Vorrichtungen zur Stromzählung der dem Stromnetz
entnommenen Energie und der in das Stromnetz eingespeisten Energie.
Diese einzige Vorrichtung ist günstiger als zwei separate
Vorrichtungen und spart daher Kosten.
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Die
einzelne Vorrichtung zur Stromzählung, die sowohl die aus
dem Stromnetz entnommene als auch die in das Stromnetz eingespeiste
Energie ermittelt, misst immer eine Differenz zwischen der dem Stromnetz
entnommenen und der in das Stromnetz eingespeisten Energiemenge.
Die Erfindung hat jedoch erkannt, dass dies für den Einsatz
in der erfindungsgemäßen Straßenleuchte
bzw. in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb
dieser Straßenleuchte nicht oder nur unwesentlich von Nachteil ist.
Es wird nämlich in der Regel nicht gleichzeitig von der
Lampe elektrische Energie dem Stromnetz entnommen und vom Photovoltaikgenerator
erzeugte elektrische Energie in das Stromnetz eingespeist. Die Lampe
wird nämlich in der Regel lediglich in der Dunkelheit betrieben,
während sie bei Helligkeit ausgeschaltet ist. Umgekehrt
erzeugt der Photovoltaikgenerator lediglich bei Helligkeit, d. h.
bei einfallender Strahlungsenergie, elektrische Energie, während
in der Dunkelheit, insbesondere in der Nacht, keine elektrische
Energie mittels des Photovoltaikgenerators erzeugt wird. Folglich
sind Differenzen der Messergebnisse der Stromzählung mittels
eines einzigen Zählers im Vergleich zu den Messergebnissen
der Stromzählung mittels zweier Zähler in der
Regel vernachlässigbar.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung befindet sich wenigstens
eine Vorrichtung zur Stromzählung in der Straßenleuchte.
Hierdurch kann festgestellt werden, wieviel elektrische Energie
genau diese eine Straßenleuchte verbraucht und wieviel mittels
des Photovoltaikgenerators erzeugte elektrische Energie diese Straßenleuchte
in das Stromnetz einspeist. Durch Abweichungen von üblichen,
zu erwartenden Messergebnissen, etwa durch ausbleibende oder zu
geringe gemessene Energiemengen lässt sich ein Defekt an
der Lampe oder am Photovoltaikmodul erkennen. Unter Umständen
lässt sich ein Defekt in dieser Weise viel schneller erkennen
als durch in Abständen vorgenommene Routinekontrollen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
befindet sich wenigstens eine Vorrichtung zur Stromzählung
in einem Verteiler. Mehrere Straßenleuchten sind über
eine oder mehrere elektrische Leitungen des Stromnetzes mit diesem Verteiler
verbunden. Zum Betrieb der Straßenleuchte werden lediglich
der Leiter L1 und der Neutralleiter N benötigt. Ggf. ist
der Verteiler noch über einen Schutzleiter PE mit der Straßenleuchte
verbunden. Die Stromzählung erfolgt am Leiter L1, wenn
ein Stromzähler sowohl die aus dem Stromnetz entnommene
als auch die in das Stromnetz eingespeiste Energie misst. Für
eine Messung mit getrennten Stromzählern im Verteiler wird
ein zusätzlicher Leiter benötigt. In der Regel
sind sogar zwei zusätzliche Leiter vorhanden, da die Leitung
bzw. die Leitungen, welche die Straßenleuchte mit einem
Verteiler verbinden, üblicherweise über fünf
Leiter verfügen. Die Lampe der Straßenleuchte
ist dann mit dem Leiter L1 und dem Neutralleiter N verbindbar. Die
von der Lampe dem Stromnetz entnommene Energie wird folglich am
Leiter L1 gemessen. Die vom Photovoltaikgenerator erzeugte elektrische
Energie wird dagegen als Wechselspannung zwischen einem der Leiter
L2 oder L3 und dem Neutralleiter N in das Stromnetz eingespeist.
Folglich wird die eingespeiste elektrische Energie am Leiter L2
bzw. L3 gemessen. Es ist auf diese Weise möglich, mit zwei
getrennten Stromzählern in dem Verteiler die von mehreren
Straßenleuchten dem Stromnetz entnommene Energie und die
von den Photovoltaikgeneratoren mehrerer Straßenleuchten
erzeugte elektrische Energie mittels getrennter Stromzähler
in dem Verteiler zu messen. Diese Ausführungsform der Erfindung
ist insofern kostengünstig, als dass ein oder zwei Stromzähler die
in das Strom netz eingespeiste Energie und die dem Stromnetz entnommene
Energie mehrerer Straßenleuchten messen und nicht jede
Straßenleuchte eigene Stromzähler aufweisen muss.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Straßenleuchte
eine Vorrichtung auf, welche die Funktionsfähigkeit dieser
Straßenleuchte überwacht. Insbesondere überwacht
diese Vorrichtung die Funktionsfähigkeit der Lampe und
die Funktionsfähigkeit des Photovoltaikgenerators. Die
Vorrichtung stellt bspw. fest, wenn die Lampe aufgrund eines Defekts
ausfällt oder wenn der Photovoltaikgenerator aufgrund eines
Defekts keine oder zu wenig elektrische Energie erzeugt. Diese Vorrichtung
stellt Daten der Funktionsfähigkeit der Straßenleuchte
bereit. Diese bereitgestellten Daten können zu einer Fernüberwachung
der Funktionsfähigkeit der Straßenleuchte bspw. über
die elektrischen Leitungen des Stromnetzes übertragen werden.
Somit ist ein schnelles Eingreifen bei einem Defekt möglich.
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Vorteilhafterweise
verfügt die erfindungsgemäße Straßenleuchte über
eine Vorrichtung, welche zum Einschalten der Lampe die elektrische
Leitung zur Lampe herstellt und zum Ausschalten der Lampe die elektrische
Leitung zur Lampe unterbricht. Diese Vorrichtung funktioniert deshalb
wie ein Schalter. Diese Vorrichtung bzw. dieser Schalter ist mittels Steuersignalen
schaltbar. Steuersignale können bspw. über elektrische
Leitungen des Stromnetzes übertragen werden und an die
Vorrichtung zum Einschalten und Ausschalten der Lampe weitergeleitet werden.
Die Lampe der Straßenleuchte ist dann aus der Ferne einschaltbar
und wieder ausschaltbar. Dies ist vorteilhaft, um von einem zentralen
Ort bspw. bei Einbruch der Dunkelheit viele Lampen einzuschalten und
bei Tagesanbruch wieder auszuschalten.
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Diese
Vorrichtung zum Einschalten und Ausschalten der Lampe kann sich
in der Straßenleuchte befinden. Die Lampe dieser Straßenleuchte
ist in diesem Fall mittels dieses Schalters gezielt einschaltbar oder
ausschaltbar.
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Alternativ
kann sich die Vorrichtung zum Einschalten und zum Ausschalten der
Lampe in einem Verteiler des Stromnetzes befinden. Mittels dieser
in einem Ver teiler befindlichen Vorrichtung sind die Lampen mehrerer über
elektrische Leitungen mit diesem Verteiler verbundene Straßenleuchten
einschaltbar oder ausschaltbar. Dies hat den Vorteil, dass nicht
jede Straßenleuchte eine eigene Vorrichtung zum Einschalten
und Ausschalten der jeweils an dieser Straßenleuchte befindlichen
Lampe aufweisen muss. Zudem sollen in der Regel die Lampen mehrerer
Straßenleuchten gemeinsam eingeschaltet oder ausgeschaltet
werden.
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Wenn
die Vorrichtung zum Einschalten und Ausschalten der Lampe bzw. der
Lampen sich in einem Verteiler befindet, wird die vom Photovoltaikgenerator
erzeugte Energie über einen separaten Leiter in der Leitung
des Stromnetzes vom Netzanschluss der Straßenleuchte zum
Verteiler in das Stromnetz eingespeist. Dieser separate Leiter ist
unter Umgehung der Vorrichtung zum Einschalten und Ausschalten der
Lampe mit einem eine Phase aufweisenden Leiter des Stromnetzes verbunden.
Die vom Photovoltaikgenerator erzeugte elektrische Energie soll nämlich
auch und gerade dann in das Stromnetz eingespeist werden, wenn die
Lampe bzw. Lampen der Straßenleuchte bzw. Straßenleuchten
ausgeschaltet sind.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung verfügt die
Straßenleuchte über eine Vorrichtung, welche als
ein weiterer Schalter arbeitet. Mitteils dieser Vorrichtung ist
der Photovoltaikgenerator und/oder Wechselrichter einschaltbar und
ausschaltbar. Diese Vorrichtung schaltet den Photovoltaikgenerator
ein, indem sie die Leitung vom Photovoltaikgenerator zum Netzanschluss
der Straßenleuchte leitend schaltet, so dass vom Photovoltaikgenerator
erzeugte elektrische Energie in das Stromnetz eingespeist werden
kann. Zum Ausschalten des Photovoltaikgenerators unterbricht diese
Vorrichtung die elektrische Leitung vom Photovoltaikgenerator zum
Netzanschluss der Straßenleuchte. Es wird folglich keine elektrische
Energie in das Stromnetz eingespeist. Das Schalten geschieht wie
das Einschalten und Ausschalten der Lampe mittels Steuersignalen.
Diese Steuersignale können über die elektrischen
Leitungen des Stromnetzes an die Straßenleuchte bzw. den
Netzanschluss der Straßenleuchte geleitet und an diese
Vorrichtung weitergeleitet werden. Dann ist das Einspeisen von elektrischer
Energie in das Stromnetz aus der Ferne steuerbar.
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Durch
die Möglichkeit, den Photovoltaikgenerator einschalten
und wieder ausschalten zu können, können insbesondere
dann, wenn diese Möglichkeit bei einer Vielzahl von Straßenleuchten
gegeben ist, kleinere Differenzen zwischen von Stromerzeugern bereitgestellter
Strommengen und von Verbrauchern bezogener Strommengen kurzfristig
ausgeglichen werden. Die in das Stromnetz eingespeiste Energie muss
nämlich immer an die dem Stromnetz entnommene Energie angepasst
werden. Hierbei gibt es mehr oder weniger gut vorhersagbare Schwankungen
bspw. im Tagesverlauf. Aber auch wöchentliche oder jahreszeitliche
Schwankungen sind feststellbar. Aus derzeitigen und zurückliegenden
Messwerten in Verbindung mit empirisch gewonnenen Zusammenhängen
sowie statistischen Methoden kann ein zukünftiger Energieverbrauch
vorhergesagt werden. Dies ist wichtig, da insbesondere die von Großkraftwerken
bereitgestellte elektrische Energie nur in längeren Zeiträumen
erhöht oder erniedrigt werden kann, Großkraftwerke
mithin sehr träge auf veränderte Anforderungen
reagieren. Verglichen mit diesen Großkraftwerken, bspw.
Kohlekraftwerken oder Kernkraftwerken, können kleinere
Gaskraftwerke relativ schnell elektrische Energie bereitstellen oder
auch relativ schnell wieder abgeschaltet werden.
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Durch
ein zeitgleiches Einschalten bzw. Ausschalten zahlreicher Photovoltaikgeneratoren
an den erfindungsgemäßen Straßenleuchten,
können dagegen Anpassungen der erzeugten elektrischen Energie
an die dem Stromnetz entnommene elektrische Energie innerhalb weniger
Sekunden vorgenommen werden. Dies trägt zur Stabilität
des Stromnetzes bei und senkt zudem Kosten bei einem Betreiber des Stromnetzes,
da dieser Betreiber weniger etwaig unerwartet benötigte
zusätzliche elektrische Energie kurzfristig einkaufen muss.
Derartige Zukäufe sind je nach Tageszeit und Wochentag
und Jahreszeit unter Umständen sehr teuer. Daher sind derartige
Zukäufe unerwünscht. Deshalb kann es sich lohnen,
die Photovoltaikgeneratoren zeitweise abzuschalten und auf die von
diesen Photovoltaikgeneratoren erzeugte elektrische Energie nur
bei Bedarfsspitzen zuzugreifen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform ist der Wechselrichter mittels
Steuersignalen aktivierbar und deaktivierbar. Im aktivierten Zustand
des Wechselrichters wird die vom Photovoltaikgenerator bereitgestellte
Energie dem Netzanschluss bereitge stellt, so dass diese Energie
in das Stromnetz eingespeist werden kann. Im deaktivierten Zustand
des Wechselrichters ist hingegen die vom Photovoltaikgenerator erzeugte
Energie vom Netzanschluss abgesperrt. Auf diese Weise kann der Wechselrichter
als Schalter zum Einschalten bzw. Abschalten des Energieflusses
vom Photovoltaikgenerator in das Stromnetz verwendet werden.
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Vorteilhafterweise
verfügt die erfindungsgemäße Straßenleuchte
zudem über eine Vorrichtung zum Dimmen der Lampe. Hierzu
begrenzt diese Vorrichtung den Fluss elektrischer Energie in der
elektrischen Verbindung zur Lampe. Auch dieses Dimmen ist mittels
Steuersignalen steuerbar, wobei die Steuersignale der Straßenlaterne
wieder über die elektrischen Leitungen des Stromnetzes
zugeführt werden können. Die Möglichkeit,
die Lampe zu dimmen, hat den Vorteil, dass die von der Lampe verbrauchte elektrische
Energie reduziert werden kann, während gleichzeitig noch
eine gewisse Ausleuchtung der Umgebung der Lampe erreicht wird.
In den frühen Abendstunden ist bspw. oft eine helle Ausleuchtung von
Straßen und Plätzen gewünscht. Zu diesen
Zeiten sind nämlich oft sehr viele Menschen unterwegs. Mitten
in der Nacht sind dagegen oft nur noch wenige Menschen auf den Straßen
unterwegs. Eine Ausleuchtung dieser Straßen mit der vollen
von den Straßenleuchten bereitstellbaren Helligkeit ist
deshalb zu diesen Zeiten nicht mehr nötig. Straßenleuchten
verbrauchen deshalb unnötig viel Energie, wenn sie zu diesen
Zeiten mit ihrer vollen Helligkeit leuchten.
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Mehrere
Kommunen sind deshalb dazu übergegangen, Straßenleuchten
zu bestimmen Nachtstunden vollständig abzuschalten. Dies
spart zwar Kosten, weil dann im Wesentlichen keine elektrische Energie
mehr von den abgeschalteten Straßenleuchten verbraucht
wird. Jedoch befinden sich ggf. vereinzelt anzutreffenden Verkehrsteilnehmer
zu diesen Zeiten dann in Dunkelheit. Dies ist deshalb in weiten
Teilen der Bevölkerung nicht erwünscht.
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Ein
Dimmen der Lampe der Straßenleuchte spart Kosten und lässt
die Straße bzw. den Platz um die Straßenleuchte
herum dennoch nicht völlig unbeleuchtet. Eine Straßenleuchte
mit einer dimmbaren Lampe ist deshalb ein Kompromiss zwischen dem
Interesse einer Kommune, Stromkosten zu sparen und dem Interesse
der Bürger nach auch nachts ausgeleuchteten Straßen
und Plätzen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist die Straßenleuchte fernsteuerbar und/oder fernüberwachbar.
Hierzu weist die Straßenleuchte eine Vorrichtung auf, welche
ihrerseits die Straßenleuchte überwacht und/oder
steuert. Zur Überwachung der Straßenleuchte sendet diese
Vorrichtung über eine elektrische Leitung des Stromnetzes
Signale. Diese Signale enthalten Daten über die Funktionsfähigkeit
der Straßenleuchte, insbesondere über die Funktionsfähigkeit
des Photovoltaikgenerators und/oder der Lampe. Alternativ oder zusätzlich
enthalten diese Signale Daten der Stromzählung. Alternativ
oder zusätzlich zum Senden der Signale empfängt
diese Vorrichtung Signale zur Steuerung der Straßenleuchte über
die elektrische Leitung des Stromnetzes. Diese empfangenen Signale
sind Steuersignale zum Einschalten, Ausschalten und/oder Dimmen
der Lampe und/oder zum Einschalten oder Ausschalten des Photovoltaikgenerators.
Die weiter oben beschriebenen Vorrichtungen zur Stromzählung,
zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Straßenleuchte,
zum Einschalten und zum Ausschalten der Lampe, zum Einschalten und zum
Ausschalten des Photovoltaikgenerators und zum Dimmen der Lampe
können in diese Vorrichtung, welche die Straßenleuchte überwacht
und/oder steuert, integriert sein. Sie können jedoch auch
von dieser Vorrichtung getrennt sein und lediglich Daten bzw. Signale
mit dieser Vorrichtung austauschen.
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Die
Vorrichtung, welche die Straßenleuchte überwacht
und/oder steuert, empfängt und/oder sendet Signale über
die elektrischen Leitungen des Stromnetzes. Hierzu kann ein Verfahren
verwendet werden, durch das Daten bzw. Signale in der Wechselspannung
des Stromnetzes übermittelbar sind. Ein mögliches
Verfahren ist bspw. das sog. Automated Metering Reading (AMR) bzw.
automatisierte Zählerausleseverfahren.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform der Straßenleuchte,
in welcher die Vorrichtung, welche die Straßenleuchte überwacht
und/oder steuert, eine sog. Power Line Communication(PLC)-Einheit
bzw. Energieleitungskommunikationseinheit ist. Die Signale zur Steuerung
der Straßenleuchte bzw. zur Überwachung der Straßenleuchte
sind dann PLC-Signale. Das entsprechend verwendete Verfahren ist
das sog. PLC-Verfahren. Dieses Verfahren wird üblicherweise zur
Steuerung von Geräten wie z. B. der Straßenbeleuchtung
eingesetzt. Bevorzugt liegen die hierbei verwendeten Frequenzen
zwischen ca. 1 kHz und 95 kHz.
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Die
hier beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Betrieb der erfindungsgemäßen Straßenleuchte
verwendet ein PLC-Verfahren zur Kommunikation mit der Straßenleuchte.
Eine Kommunikation mit der Straßenleuchte, d. h. ein Senden
von Steuersignalen an die Straßenleuchte und/oder ein Übermitteln
von Daten bzw. Signalen von der Straßenleuchte ist damit
leicht über eine oder mehrere vorhandene Leitungen des
Stromnetzes möglich.
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Ein
Straßenleuchtenbetreiber ist mit der Erfindung in dieser
Ausgestaltung in der Lage, zahlreiche Straßenleuchten zentral
zu steuern und zu überwachen. Hierbei können Steuersignale
eine Vielzahl von Straßenleuchten steuern. Es können
jedoch auch Steuersignale individuell an eine Straßenleuchte
adressiert werden. Bspw. können die Lampen einzelner Straßenleuchten
oder einer Untergruppe von Straßenleuchten gezielt eingeschaltet
werden.
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In
einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die von mehreren Straßenleuchten gesendeten PLC-Signale
zur Überwachung dieser Straßenleuchten von einem
Verteiler empfangen und/oder dieser Verteiler sendet die PLC-Signale zur
Steuerung dieser Straßenleuchten. Die Übertragung
der PLC-Signale zwischen den Straßenleuchten und einem
Verteiler erfolgt über die elektrischen Leitungen des Stromnetzes,
welche diese Straßenleuchten mit dem Verteiler verbinden.
Dieser Verteiler verteilt nämlich den elektrischen Strom,
d. h. die elektrische Energie an mehrere Straßenleuchten.
Insbesondere werden die Straßenleuchten mehrerer Straßenzüge über
elektrische Leitungen des Stromnetzes von diesem Verteiler ausgehend
mit elektrischer Energie versorgt. Je nach Größe
einer Kommune befinden sich üblicherweise mehrere Verteiler
in einem Versorgungsgebiet dieser Kommune, in welchem Straßenleuchten
mit elektrischer Energie versorgt werden müssen.
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Der
Verteiler weist einen PLC-Konzentrator auf. Dieser PLC-Konzentrator
generiert die PLC-Signale, welche an die mit diesem Verteiler verbundenen Straßen leuchten
gesendet werden. Zusätzlich oder alternativ empfängt
der PLC-Konzentrator die von Straßenleuchten gesendeten
PLC-Signale. Der PLC-Konzentrator ist in der Lage, Signale zu verarbeiten
und/oder zu bündeln. Bspw. können Daten der Stromzählung
mehrerer Straßenleuchten zusammengefasst und gemeinsam
vom Verteiler an eine Zentrale eines Straßenleuchtenbetreibers
gesendet werden. Auch kann der PLC-Konzentrator von dieser Zentrale
ein Signal zum Einschalten oder Ausschalten mehrerer Straßenleuchten
erhalten. Der PLC-Konzentrator generiert in Erwiderung auf dieses Signal
für jede Straßenleuchte ein PLC-Signal, welches
ein Einschalten bzw. Ausschalten der jeweiligen Straßenleuchte
veranlasst.
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Das
Senden von PLC-Signalen an einen Verteiler bzw. das Empfangen von
PLC-Signalen von diesem Verteiler hat den Vorteil, dass die Gefahr
von Fehlern bei der Signalübertragung gering gehalten werden
kann. Wenn die Straßenleuchten Signale nämlich
nicht mit einem Verteiler sondern alle mit einer zentralen Einheit
austauschen, sind Signalwege vergleichsweise lang. Die Entfernung
der einzelnen Straßenleuchten zu dieser Zentrale ist für
eine Vielzahl von Straßenleuchten dann nämlich
größer als die Entfernung dieser Straßenleuchten
zu einem Verteiler. D. h. die elektrischen Leitungen des Stromnetzes,
welche diese Straßenleuchten mit elektrischer Energie versorgen
und welche eben auch die Signale zur Steuerung bzw. Überwachung
der Straßenleuchten übertragen, sind sehr lang.
Lange Signalwege führen zu hohen Dämpfungen von
Signalen und senken den Abstand dieser Signale zu einem immer vorhandenen
Rauschen. Es ergibt sich folglich ein geringer Signalrauschabstand.
Dieser geringe Signalrauschabstand kann zu Fehlern führen,
weil Signale dann möglicherweise nicht erkannt oder fehlinterpretiert
werden können. Mit einem Verteiler können die Straßenleuchten
Signale über vergleichsweise kurze Wege, d. h. vergleichsweise
kurze elektrische Leitungen, des Stromnetzes mit einem relativ hohen
Signalrauschabstand, d. h. mit vergleichsweise guter Signalqualität,
austauschen.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Verfahrens tauschen mehrere
Verteiler Signale mit einer Zentrale, insbesondere einer Zentrale
des Straßenleuchtenbetreibers, aus. Hierdurch sind die
Straßenleuchten zentral steuerbar oder überwachbar, auch
wenn sie mit unterschiedlichen Verteilern Signale austauschen.
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Hierdurch
ergibt sich der Vorteil der kurzen Signalwege zwischen den Straßenleuchten
und einem Verteiler in Verbindung mit der zentralen Überwachung
bzw. Steuerung dieser Straßenleuchten.
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Vorteilhafterweise
werden die an einem Verteiler eingehenden Signale zur Überwachung
von Straßenleuchten, insbesondere auch die Daten der Stromzählung,
von diesem Verteiler ausgehend über Funk an die Zentrale übermittelt.
In umgekehrter Richtung übermittelt diese Zentrale vorteilhafterweise
die Steuersignale zur Steuerung dieser Straßenleuchten über
Funk an den jeweiligen Verteiler.
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Alternativ
kann die Signalübermittlung zwischen den Verteilern und
der Zentrale auch über andere Signalwege, bspw. über
eine Telefonleitung oder über die elektrischen Leitungen
des Stromnetzes erfolgen.
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Die
Signale zur Steuerung bzw. Überwachung von Straßenleuchten
werden von den Verteilern in einer Variante dieses Ausführungsbeispiels
direkt weitergeleitet. In diesem Fall sendet die Zentrale Steuersignale
an einen Verteiler. Dieser Verteiler empfängt diese Steuersignale
und sendet seinerseits die Steuersignale über eine oder
mehrere elektrische Leitungen des Stromnetzes an die zu steuernde
Straßenleuchte. Umgekehrt sendet eine Straßenleuchte Signale
zur Überwachung dieser Straßenleuchte, insbesondere
Daten der Stromzählung, an den mit dieser Straßenleuchte über
wenigstens eine elektrische Leitung des Stromnetzes verbundenen
Verteiler, dieser Verteiler empfängt diese Signale und
sendet diese Signale seinerseits an die Zentrale. Die von einem
Verteiler gesendeten Signale sind in dieser Variante folglich im
Wesentlichen die von diesem Verteiler empfangenen Signale. Diese
Signale können verstärkt sein oder in anderer
Form vorliegen. Entscheidend ist, dass alle Signale Informationen übermitteln sollen
und diese Informationen sowohl in den von einem Verteiler empfangenen
Signalen als auch in den von diesem Verteiler gesendeten Signalen
enthalten sind.
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In
einer hiervon abweichenden Variante dieses Ausführungsbeispiels
werden die an einem Verteiler eingehenden Signale nicht lediglich
weitergeleitet. Signale werden in diesem Verteiler dann auch verarbeitet
und/oder gebündelt. Bspw. empfängt der Verteiler
von der Zentrale ein Signal zur Steuerung einer Vielzahl von Straßenleuchten.
Dies kann bspw. ein Signal zum Einschalten der Lampen aller über elektrische
Leitungen des Stromnetzes mit diesem Verteiler verbundenen Straßenleuchten
sein. Der Verteiler generiert in dieser Variante des Ausführungsbeispiels
aus diesem Signal eine Vielzahl von Signalen zur individuellen Steuerung
dieser Straßenleuchten. Umgekehrt können an einem
Verteiler eine Vielzahl von Daten der Stromzählung oder
die Funktionsfähigkeit der Straßenleuchte charakterisierende Daten
eingehen. Im Verteiler können diese Daten zusammengefasst
werden. Bspw. kann die in einem Zeitraum eingespeiste Energie aller
Straßenleuchten, welche über elektrische Leitungen
des Stromnetzes mit diesem Verteiler verbunden sind, ermittelt werden.
Der Wert dieser Energiemenge wird dann von diesem Verteiler an die
Zentrale übermittelt.
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In
der Ausführungsform dieser Erfindung, in welcher sich wenigstens
ein Stromzähler in einem Verteiler befindet, stellt dieser
wenigstens eine Stromzähler diesem Verteiler Daten der
Strommessung bereit, wobei dieser Verteiler diese Daten der Strommessung
an die Zentrale übermittelt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet
die Vorrichtung, von der Signale zur Überwachung der Straßenleuchte
sendbar bzw. Signale zur Steuerung der Straßenleuchte empfangbar sind,
bzw. die PLC-Einheit zusammen mit dem Wechselrichter eine integrierte
Einheit. Diese Vorrichtung bzw. diese PLC-Einheit ist hierbei mit
dem Wechselrichter in den Photovoltaikgenerator integriert. Die
Vorrichtung, von der Signale zur Überwachung der Straßenleuchte
sendbar sind, ist hierbei gleichzeitig die eine bzw. die eine erste
und die eine zweite Vorrichtung zur Stromzählung und/oder
die eine Vorrichtung durch welche die Funktionsfähigkeit der
Straßenleuchte überwachbar ist, und/oder die Vorrichtung
zum Einschalten und Ausschalten der Lampe, die Vorrichtung zum Einschalten
und Ausschalten des Photovoltaikgenerators und/oder die Vorrichtung
zum Dimmen der Lampe. Diese integrierte Einheit ist vergleichsweise
kostengünstig herstellbar. Es entfallen nämlich
lange Signalwege, Gehäusevorrichtungen, elektrische Anschlüsse
für Signalleitungen und diese elektrischen Anschlüsse
verbindende Leitungen. Hierdurch verringert sich zudem der Installati onsaufwand
bei der Herstellung bzw. beim Aufbau der erfindungsgemäßen
Straßenleuchte. Hierdurch werden weitere Kosten eingespart.
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Wenn
die Vorrichtung zum Einschalten und Ausschalten der Lampe zusammen
mit dem Wechselrichter eine integrierte Einheit bildet, ist diese
Lampe vorzugsweise über eine elektrische Leitung mit dem
Photovoltaikgenerator und über eine elektrische Leitung
vom Photovoltaikgenerator zum Netzanschluss der Straßenleuchte
mit einer elektrischen Leitung des Stromnetzes verbunden. Wenn die
Vorrichtung zum Einschalten und Ausschalten der Lampe jedoch nicht
in den Photovoltaikgenerator integriert ist, empfängt diese
Vorrichtung Steuersignale von der in den Wechselrichter integrierten
Einheit. Diese Signale werden über eine elektrische Leitung vom
Photovoltaikgenerator an diese Einheit übermittelt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der
Photovoltaikgenerator der Sonne nachgeführt. Die Strahlungsenergie
der Sonne, welche von der wenigstens einen Solarzelle des Photovoltaikgenerators
in elektrische Energie umgewandelt wird, ist nämlich gerade
dann maximal, wenn das Licht der Sonne genau senkrecht auf die Oberfläche der
der Sonne zugewandten Seite des Photovoltaikmoduls bzw. der wenigstens
einen Solarzelle fällt. Im Tagesverlauf ändert
sich die Einfallsrichtung des Sonnenlichts relativ zur Straßenleuchte.
Diese Änderung der Sonneneinfallsrichtung lässt
sich aufteilen in ein Verschwenken um eine vertikale und ein Verschwenken
um eine horizontale Achse. Innerhalb von 24 Stunden erfolgt ein
Verschwenken um die vertikale Achse um 360° im positiven
oder negativen Drehsinn, je nach geografischer Position, insbesondere
in Abhängigkeit des Breitengrades. Gleichzeitig erfolgt
ein Verschwenken um eine um die vertikale Achse mit verschwenkte
horizontale Drehachse. Die Einfallsrichtung der Sonnenstrahlen ist
beim Sonneaufgang wie beim Sonnenuntergang im Wesentlichen eine
horizontale Einfallsrichtung. Im Tagesverlauf vergrößert
sich zunächst der Einfallswinkel relativ zur Horizontalen,
erreicht am Mittag einen Maximalwert und sinkt danach wieder ab.
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Der
Photovoltaikgenerator der erfindungsgemäßen Straßenleuchte
ist in dieser Ausführungsform um eine vertikale Achse verschwenkbar.
Diese vertikale Achse kann insbesondere eine Mastachse der Straßenleuchte
sein, an welcher das Photovoltaikmodul und die Lampe montiert sind.
Die Straßenleuchte weist eine Stelleinrichtung, insbesondere
einen Motor, auf, welcher den Photovoltaikgenerator um diese vertikale
Achse verschwenkt. Das Photovoltaikmodul ist dabei in einer Ausführungsform
oberhalb der Lampe montiert, um ein leichtes Verschwenken um die
vertikalen Achse zu ermöglichen, eine Beschattung des Photovoltaikmoduls
durch die Lampe zu vermeiden, eine Abschattung des von der Lampe
emittierten Lichts durch das Photovoltaikmodul im Bodenbereich um
die Straßenleuchte zu vermeiden und eine Beschattung des
Photovoltaikmoduls, etwa durch die Straßenleuchte umgebende
Bäume, zu minimieren. In einer hiervon abweichenden Ausführungsform
kann das Photovoltaikmodul jedoch auch unterhalb der Lampe montiert
sein.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Lampe der Straßenleuchte
eine Leuchtdiode (LED) oder eine Gruppe von LEDs. Der Wechselrichter weist
zur Ansteuerung der LEDs eine erweiterte Elektronik mit Konstantstromregelung
auf.
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Üblicherweise
werden Leuchtstoffröhren oder Natriumdampf-Hochdrucklampen
in Straßenleuchten verwendet. LEDs haben im Vergleich zu Leuchtstoffröhren
oder Natriumdampf-Hochdrucklampen den Vorteil, dass sie weniger
elektrische Energie benötigen, um eine gleiche Menge Strahlungsenergie
bereitzustellen. Bei geringem Energieverbrauch kann die gleiche
Helligkeit erreicht werden. Die Verwendung von LEDs anstelle von
Leuchtstoffröhren oder Natriumdampf-Hochdrucklampen spart deshalb
elektrische Energie und infolge dessen auch Kosten.
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Die
Lebensdauer einer Leuchtstoffröhre oder Natriumdampf-Hochdrucklampe
ist deutlich kürzer als die Lebensdauer eine LED bzw. einer
LED-Gruppe. Während eine LED bzw. LED-Gruppe während der
Nutzungszeit einer Straßenleuchte normalerweise nicht erneuert
werden muss, müssen Leuchtstoffröhren oder Natriumdampf-Hochdrucklampen
in unregelmäßigen Abständen immer wieder
ausgetauscht werden. Folglich müssen während des
Nutzungszeitraums einer Straßenleuchte viele Leuchtstoffröhren
oder Natriumdampf-Hochdrucklampen eingekauft und defekte Lampen
entsorgt werden. Neben Materialkosten führt dies auch zu
hohen Wartungskosten. Das Auswechseln der Lampe einer Straßen leuchte
erfordert nämlich in der Regel einen Kranwagen, ist zeitaufwendig
und teuer. Die Verwendung einer LED bzw. einer LED-Gruppe als Leuchte in
der erfindungsgemäßen Straßenleuchte
verringert diese hohen Folgekosten.
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Eine
LED bzw. LED-Gruppe ist zudem einfach dimmbar. Darüber
hinaus ist die Verwendung von LEDs bzw. LED-Gruppen auch aus Umweltgründen
der Verwendung von Leuchtstoffröhren oder Natriumdampf-Hochdrucklampen
vorzuziehen. Leuchtstoffröhren oder Natriumdampf-Hochdrucklampen haben
nämlich nicht nur eine relativ kurze Lebensdauer, was dazu
führt, dass relativ oft defekte Leuchtstoffröhren
oder Natriumdampf-Hochdrucklampen entsorgt werden müssen.
Diese zu entsorgenden Leuchtstoffröhren oder Natriumdampf-Hochdrucklampen
enthalten überdies Gase, welche aus Umweltgründen
nicht in die Umgebungsluft entweichen sollten.
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Weitere
Ausführungsformen ergeben sich aus den Ansprüchen
sowie aus den anhand der Zeichnung näher erläuterten
Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Straßenleuchte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit einem um die vertikale Mastachse verschwenkbaren
Photovoltaikgenerator;
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2 eine
Straßenleuchte gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit von einem Verteiler schaltbarer Lampe und einem
separaten Leiter von der Straßenleuchte zum Verteiler zum
Einspeisen elektrischer Energie in das Stromnetz;
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3 eine
Straßenleuchte gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit einer in der Straßenleuchte befindlichen
Vorrichtung zum Einschalten und Ausschalten der Lampe;
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4 eine
Straßenleuchte gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit einer Power Line Communication(PLC)-Einheit, welche gleichzeitig
eine Vorrichtung zum Einschalten und Ausschalten der Lampe ist und
zusammen mit einem Wechselrichter eine integrierte Einheit bildet,
sowie mit einem PLC-Konzentrator im Verteiler;
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5 eine
Straßenleuchte gemäß einem fünften
Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Gruppe von
LEDs als Lampe, einer PLC-Einheit, welche als elektronisches Vorschaltgerät
ausgebildet ist und mit dem Wechselrichter eine integrierte Einheit bildet,
sowie einem PLC-Konzentrator im Verteiler und
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6 eine
Straßenleuchte gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel
mit einem schwenkbaren Reflektor und im Brennpunkt des Reflektors
angeordneten schwenkbaren Solarzellen und Leuchtdioden.
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1 zeigt
die Straßenleuchte gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Straßenleuchte weist eine Lampe 1 auf,
welche über einen Ausleger 2 an einem Mast 3 befestigt
ist. An der Spitze dieses vertikal stehenden Mastes 3 befindet sich
ein Photovoltaikgenerator 4. Dieser Photovoltaikgenerator 4 weist
wenigstens eine Solarzelle an seiner Oberseite auf. Zudem ist in
den Photovoltaikgenerator 4 ein Wechselrichter integriert,
welcher zusammen mit einer Vorrichtung zum Steuern und zum Überwachen
dieser Straßenleuchte eine integrierte Einheit 5 bildet.
Bei diesem Wechselrichter handelt es sich um einen sog. modulintegrierten
Wechselrichter.
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Der
Photovoltaikgenerator 4 ist drehbar auf dem Mast 3 der
Straßenleuchte gelagert. Hierdurch lässt sich
der Photovoltaikgenerator 4 um eine vertikale Drehachse
verschwenken. Diese vertikale Drehachse verläuft mittig
entlang einer Vertikalen durch den Mast 3 der Straßenleuchte.
Das Verschwenken des Photovoltaikgenerators 4 erfolgt mittels
eines Antriebs. Dieser Antrieb ist bspw. ein Motor.
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Die
Straßenleuchte verfügt zudem über einen
Netzanschluss, welcher die Straßenleuchte mit einer elektrischen
Leitung des Stromnetzes verbindet. Dieser Netzanschluss der Straßenleuchte
befindet sich im unteren Bereich des Mastes 3 hinter einer Abdeckung 6 der
Straßenleuchte. Diese Abdeckung 6 deckt eine Öffnung
im Mast 3 der Straßenleuchte ab und ist bspw.
als Abdeckplatte oder als Abdeckklappe ausgeführt. Zu Installations-,
Reparatur- oder Wartungszwecken kann die Öffnung freigelegt
werden. Hierzu wird die Abdeckung 6 bspw. entfernt, verschoben
oder verschwenkt.
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Eine
elektrische Leitung des Stromnetzes ist üblicherweise unterhalb
der Erdoberfläche verlegt. Überall dort, wo eine
Straßenleuchte an diese elektrische Leitung angeschlossen
ist, ist diese elektrische Leitung jedoch nach oben geführt.
Dabei ist diese elektrische Leitung inmitten eines Hohlraums des Mastes 3 der
Straßenleuchte nach oben geführt. Hinter der Abdeckung 6 ist
die elektrische Leitung des Stromnetzes in diesem Hohlraum mit dem
Netzanschluss der Straßenleuchte verbunden.
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Bspw.
bei Einbruch der Dunkelheit soll die Lampe 1 eingeschaltet
werden. Hierzu wird über die elektrische Leitung des Stromnetzes
ein Signal zum Einschalten der Lampe 1 gesendet. Dieses
Signal gelangt folglich an den Netzanschluss der Straßenleuchte.
Von dort wird dieses Signal über eine elektrische Leitung
vom Netzanschluss zur integrierten Einheit 5 an diese integrierte
Einheit 5 weitergeleitet. Diese integrierte Einheit 5 beinhaltet
eine Vorrichtung zum Einschalten und Ausschalten der Lampe 1.
Diese Vorrichtung erhält nun das Signal zum Einschalten der
Lampe 1. In Erwiderung auf dieses Signal schaltet diese
Vorrichtung eine elektrische Leitung von dieser Vorrichtung zur
Lampe 1 frei. Im Ergebnis ist nun eine elektrische Leitung
vom Netzanschluss der Straßenleuchte zur Lampe 1 freigeschaltet.
Die Lampe 1 entnimmt dem Stromnetz elektrische Energie
und wandelt diese in Strahlungsenergie um. Die Lampe 1 leuchtet.
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Beispielsweise
bei Tagesanbruch wird über die elektrische Leitung des
Stromnetzes ein Signal zum Ausschalten der Lampe 1 gesendet.
Auch dieses Signal gelangt über den Netzanschluss, die
elektrische Leitung vom Netzanschluss zur integrierten Einheit 5 und
damit an die Vorrichtung zum Einschalten und Ausschalten der Lampe 1.
Diese Vorrichtung trennt in Erwiderung auf dieses eingehende Signal die
elektrische Leitung vom Netzanschluss der Straßenleuchte
zur Lampe 1.
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Ab
dem Tagesanbruch fallen Sonnenstrahlen auf den Photovoltaikgenerator 4,
sofern dieser nicht vollständig der Sonne abgewandt ist.
Die Sonnenstrahlen treffen auf wenigstens eine Solarzelle des Photovoltaikgenerators 4.
Diese Sonnenstrahlen bzw. das Licht weisen eine Energie, nämlich
eine Strahlungsenergie auf. Die wenigstens eine Solarzelle wandelt
diese Strahlungsenergie in elektrische Energie um. Der Photovoltaikgenerator
bzw. die darin integrierte wenigstens eine Solarzelle erzeugt elektrische
Energie. Diese elektrische Energie liegt als Gleichspannung vor
und wird als Gleichspannung dem Wechselrichter bereitgestellt. Der
Wechselrichter wandelt die Gleichspannung in eine Wechselspannung
um. Er stellt die erzeugte elektrische Energie als Wechselspannung
bereit. Diese Wechselspannung weist die gleiche Frequenz wie die
Wechselspannung des Stromnetzes auf. Die mittels des Photovoltaikgenerators
erzeugte elektrische Energie kann deshalb über eine elektrische
Verbindung vom Photovoltaikgenerator 4 bzw. von dem in
den Photovoltaikgenerator 4 integrierten Wechselrichter über eine
elektrische Leitung zum Netzanschluss in das Stromnetz eingespeist
werden.
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Nun
kann es vorkommen, dass sich im Stromnetz das Angebot elektrischer
Energie plötzlich nicht mehr im Gleichgewicht mit der Nachfrage
nach elektrischer Energie befindet. Zu einem Überangebot elektrischer
Energie kann es bspw. kommen, wenn die Nachfrage nach elektrischer
Energie unerwartet plötzlich zurückgeht. Auch
die Produktion elektrischer Energie kann schwanken. Insbesondere
beim Erzeugen elektrischer Energie aus sog. erneuerbaren Energien
kann es zu teilweise unvorhersehbaren Schwankungen bei der erzeugten
Energiemenge kommen. Solarzellen können nach einem Durchziehen
eines Wolkenfeldes plötzlich wieder von direkter Sonne
beschienen werden und folglich mehr elektrische Energie bereitstellen.
Windkraftanlagen reagieren auf eine Zunahme oder Abnahme des Windes
mit einer erhöhten oder erniedrigten Erzeugung elektrischer
Energie. Bei sehr starken Winden kann es zudem zu einer Sicherheitsabschaltung
von Windkraftanlagen kommen. Dann speisen Windkraftanlagen, welche
zuvor noch eine maximal mögliche Menge elektrischer Energie
in das Stromnetz eingespeist haben, plötzlich keine elektrisch
Energie mehr in das Stromnetz ein. Umgekehrt können Windkraftanlagen nach
einer Sicherheitsab schaltung auch wieder ihren Betrieb aufnehmen,
was zu einem Anstieg der Menge erzeugter elektrischer Energie führt.
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Um
ein plötzlich auftretendes Überangebot elektrischer
Energie zu kompensieren ist der Photovoltaikgenerator 4 der
erfindungsgemäßen Straßenleuchte abschaltbar.
Das Anschalten bzw. Abschalten des Photovoltaikgenerators geschieht
dabei analog zum Anschalten bzw. Abschalten der Lampe 1. Steuersignale
gelangen über die elektrische Leitung des Stromnetzes zum
Netzanschluss der Straßenleuchte und über die
elektrische Leitung vom Netzanschluss der Straßenleuchte
zum Photovoltaikgenerator 4 an die integrierte Einheit 5.
Dort schaltet eine Vorrichtung den Photovoltaikgenerator ein bzw.
aus. Diese Vorrichtung verbindet in Erwiderung auf ein Signal zum
Einschalten die wenigstens eine Solarzelle elektrisch über
den Wechselrichter und die elektrische Leitung zum Netzanschluss
der Straßenleuchte mit der elektrischen Leitung des Stromnetzes.
In Erwiderung auf ein Signal zum Ausschalten des Photovoltaikmoduls
unterbricht diese Vorrichtung die Verbindung zum Stromnetz.
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Ein
Antrieb, insbesondere ein Motor, führt den Photovoltaikgenerator 4 der
Sonne nach. Der Photovoltaikgenerator 4 kann somit immer
zu der Himmelsrichtung ausgerichtet werden, in welcher die Sonne
sich gerade befindet. Ggf. kann der Photovoltaikgenerator 4 auch
gegenüber der Horizontalen verschwenkt werden, so dass
die Sonnenstrahlen immer unter einem optimalen Winkel, d. h. im
Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Photovoltaikgenerators 4,
auf die wenigstens eine Solarzelle des Photovoltaikgenerators 4 treffen.
Auch für das Verschwenken gegenüber der Horizontalen
ist ein Antrieb vorgesehen. Dieser Antrieb kann derselbe Antrieb
sein, der auch den Photovoltaikgenerator 4 um die vertikale
Achse verschwenkt. Es kann hierfür aber auch ein weiterer
Antrieb, insbesondere ein weiterer Motor, vorgesehen sein.
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Der
Motor bzw. die Motoren zum Verschwenken des Photovoltaikgenerators 4 können
entweder von einer Vorrichtung der Straßenleuchte oder
alternativ zentral gesteuert werden. Eine Steuerung von einer Vorrichtung
der Straßenleuchte kann bspw. in Abhängigkeit
von der Tageszeit und ggf. auch der Jahreszeit erfolgen. Dann sind
für jeden Tag Steuerkurven vorgegeben, welche den Photovol taikgenerator 4 bestmöglich
zur Sonne ausrichten. Ein Zeitabgleich kann über Steuersignale
erfolgen, welche über den Netzanschluss der Straßenleuchte
von dieser empfangbar sind.
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Alternativ
können Steuersignale zur Ausrichtung des Photovoltaikgenerators 4 zur
Sonne über das Stromnetz an die Straßenleuchte
gesendet werden.
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In
die Straßenleuchte ist zudem eine Vorrichtung zum Stromzählen
integriert. Insbesondere ist diese Vorrichtung in die integrierte
Einheit 5 integriert. Diese Vorrichtung misst den Fluss
elektrischer Energie in der elektrischen Leitung zwischen dem Netzanschluss
der Straßenleuchte und der integrierten Einheit 5.
Diese Vorrichtung ist ein sog. Stromzähler.
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Üblicherweise
messen Stromzähler lediglich den Fluss elektrischer Energie
in einer Richtung. Dreht sich die Flussrichtung der elektrischen
Energie um, dann zählt ein gebräuchlicher Stromzähler
rückwärts.
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Der
Stromzähler der erfindungsgemäßen Straßenleuchte
unterscheidet sich von diesen gebräuchlichen Stromzählern.
Dieser Stromzähler summiert nämlich gemessene
bzw. gezählte Strommengen für den Fluss elektrischer
Energie vom Netzanschluss zur integrierten Einheit 5 und
der integrierten Einheit 5 zum Netzanschluss getrennt voneinander auf.
Dieser Stromzähler zählt Strommengen bzw. Einheiten
elektrischer Energie für keine Flussrichtung rückwärts.
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In
der Nacht, wenn die Lampe 1 eingeschaltet ist, zählt
der Stromzähler Einheiten der dem Stromnetz entnommenen
elektrischen Energie. Bspw. am Morgen beim Sonnenaufgang sind der Photovoltaikgenerator 4 und
die Lampe 1 gleichzeitig eingeschaltet. Zu dieser Zeit
erzeugt der Photovoltaikgenerator 4 eine vergleichsweise
geringe Menge elektrischer Energie. Diese erzeuge elektrische Energie
wird in das Stromnetz eingespeist. Gleichzeitig verbraucht aber
die Lampe 1 eine größere Menge elektrischer
Energie. Diese Menge wird dem Stromnetz entnommen. Die entnommene
Menge elektrischer Energie übersteigt somit die Menge eingespeister
elektrischer Energie. Effektiv wird somit keine elektrische Energie über
den Netzanschluss der Straßenleuchte in das Strom netz eingespeist.
Die Menge erzeugter elektrischer Energie reduziert lediglich die
Menge der dem Stromnetz von der Lampe 1 entnommenen Energie.
Die von der Lampe 1 verbrauchte elektrische Energie ist
zum Teil die von dem Photovoltaikgenerator 4 erzeugte elektrische
Energie und zu einem anderen Teil die dem Stromnetz entnommene Energie.
Der Stromzähler misst in diesem Fall lediglich die dem
Stromnetz entnommene Energie, also im Wesentlichen die von der Lampe 1 verbrauchte
Energie abzüglich der von dem Photovoltaikgenerator 4 erzeugten
elektrischen Energie.
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Wird
nun die Lampe 1 abgeschaltet, dann wechselt die Flussrichtung
elektrischer Energie in der elektrischen Leitung von der integrierten
Einheit 5 zum Netzanschluss der Straßenleuchte.
Der Stromzähler zählt nun die in das Stromnetz
eingespeiste elektrische Energie. Im Detail kann dies auf unterschiedliche
Weise gelöst werden. Bspw. kann der Stromzähler
einen Wechsel der Flussrichtung elektrischer Energie erkennen und
bei jedem erkannten Wechsel einen Zählerstand ermitteln.
Durch Differenzbildung zwischen diesen derart ermittelten Zählerständen
kann somit eine Zählung getrennt für beide Flussrichtungen,
d. h. getrennt für dem Stromnetz entnommene und in das
Stromnetz eingespeiste elektrische Energie, erfolgen.
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In
regelmäßigen oder unregelmäßigen
Abständen werden die Daten der Stromzählung über den
Netzanschluss der Straßenleuchte und die daran angeschlossene
Leitung des Stromnetzes gesendet. Bspw. können die Daten
in vorgegebenen Zeitabständen gesendet werden. Alternativ
werden die Daten immer dann gesendet, wenn sich der Fluss elektrischer
Energie in der elektrischen Leitung zwischen der integrierten Einheit 5 und
dem Netzanschluss der Straßenleuchte umkehrt. Das Übermitteln
von Daten der Stromzählung kann alternativ auch über
eingehende Steuersignale angefordert werden. Diese Steuersignale
können extra zu diesem Zweck bereitgestellte Signale sein,
es können jedoch auch die Steuersignale bspw. zum Einschalten
oder Ausschalten der Lampe und/oder zum Einschalten oder Ausschalten
des Photovoltaikgenerators sein.
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In
Abweichung von diesem Ausführungsbeispiel kann der Photovoltaikgenerator 4 auch
an anderer Stelle des Mastes 3 angeordnet sein. Insbesondere
kann er sich auch unterhalb der Lampe 1 am Mast 3 befinden.
Der Photovoltaikgenerator 4 ist dann vorzugsweise seitlich
neben dem Mast 3 angeordnet und kann um diesen Mast 3 herum
verschwenkt werden.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild der Straßenleuchte in einer Schaltungsvariante
gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Straßenleuchte 10 weist die Lampe 1,
Solarzellen 11 und den schon in der Beschreibung zu 1 genannten Wechselrichter 12 auf.
Die Straßenleuchte 10 ist über den in
der Figurenbeschreibung zu 1 genannten Netzanschluss,
welcher hier nicht dargestellt ist, mit der dort genannten elektrischen
Leitung des Stromnetzes verbunden. Diese elektrische Leitung des Stromnetzes
weist einen Neutralleiter 13, einen Schutzleiter 14 und
zwei Leiter 15 und 16 für eine Phase
auf. Mittels des Schutzleiters sind verschiedene elektrisch leitende
Teile der Straßenleuchte 10, welche zum Betrieb
der Straßenleuchte 10 nicht elektrisch mit einem
der Leiter 15 oder 16 verbunden sein sollen, geerdet.
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Die
Straßenleuchte 10 ist über diese elektrische
Leitung des Stromnetzes, d. h. über den Neutralleiter 13,
den Schutzleiter 14 sowie die Leiter 15 und 16 mit
einem Verteiler 17 elektrisch verbunden. Dieser Verteiler 17 weist
die schon in der Figurenbeschreibung zu 1 genannte
Vorrichtung 18 zum Einschalten und Ausschalten der Lampe 1 auf.
Diese Vorrichtung 18 ist als PLC-Schalter ausgebildet.
Der Verteiler 17 weist drei elektrische Anschlüsse 19, 20 und 21 auf. Über
diese elektrischen Anschlüsse 19, 20 und 21 ist
der Verteiler 17 mit elektrischen Leitungen des Stromnetzes
verbindbar, welche unter anderem elektrische Energie bereitstellen.
Der Neutralleiter 13, der Schutzleiter 14 und
der Leiter 16 sind hierbei direkt mit den elektrischen
Anschlüssen 19, 20 bzw. 21 verbunden.
Der Leiter 15 ist dagegen über die Vorrichtung 18 zum
Einschalten und Ausschalten der Lampe 1 mit dem elektrischen
Anschluss 21 verbunden bzw. verbindbar. Aus dem Stromnetz
wird elektrische Energie als Wechselspannung zwischen den elektrischen
Anschlüssen 19 und 21 bereitgestellt.
Ferner empfängt der Verteiler 17 über
die elektrischen Anschlüsse 19 und 21 Signale,
insbesondere PLC-Signale zum Einschalten bzw. Ausschalten der Lampe 1.
Diese Signale werden der Vorrichtung 18 bereitgestellt,
welche in Erwiderung auf ein Signal zum Ein schalten der Lampe 1 dem
Leiter 15 elektrisch mit dem elektrischen Anschluss 21 verbindet.
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Bei
eingeschalteter Lampe 1 liegt zwischen dem Neutralleiter 13 und
dem Leiter 15 die Wechselspannung an, welche auch zwischen
den elektrischen Anschlüssen 19 und 21 des
Verteilers 17 anliegt. Über den nicht dargestellten
Netzanschluss der Straßenleuchte 10 und eine elektrische
Leitung zwischen diesem Netzanschluss und der Lampe 1 wird dieser
Lampe 1 folglich elektrische Energie aus dem Stromnetz
als Wechselspannung bereitgestellt. Diese elektrische Leitung zwischen
dem Netzanschluss der Straßenleuchte 10 und der
Lampe 1 weist einen Neutralleiter 22 und einen
Leiter 23 auf. Der Neutralleiter 22 ist dabei über
den nicht dargestellten Netzanschluss mit dem Neutralleiter 13 und
der Leiter 23 ist über diesen Netzanschluss mit
dem Leiter 15 elektrisch verbunden.
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Die
Solarzellen 11 stellen dem Wechselrichter 12 über
elektrische Leitungen 24 und 25 durch Umwandlung
von Strahlungsenergie in elektrische Energie diese elektrische Energie
als Gleichspannung bereit. Der Wechselrichter 12 ist über
eine elektrische Leitung mit dem nicht dargestellten Netzanschluss
der Straßenleuchte 10 verbunden. Diese elektrische
Leitung weist einen Neutralleiter 26 und einen Leiter 27 für
die Phase einer Wechselspannung auf. Der Wechselrichter 12 ist über
die Neutralleiter 26 und 13 sowie über
die Leiter 27 und 16 permanent mit den elektrischen
Anschlüssen 19 und 21 verbunden. In diesem
Ausführungsbeispiel ist keine Vorrichtung zum Einschalten
bzw. Ausschalten des Photovoltaikgenerators 4 vorgesehen.
Immer dann, wenn die Solarzellen 11 elektrische Energie
erzeugen, stellt der Photovoltaikgenerator 4 über
den Wechselrichter 12 elektrische Energie als Wechselspannung
zur Einspeisung in das Stromnetz bereit. Die Solarzellen 11 sind
hierbei zusammen mit den Leitern 24 und 25 sowie
dem Wechselrichter 12 in den Photovoltaikgenerator 4 integriert.
Bei dem Wechselrichter 12 handelt es sich um einen sog.
modulintegrierten Wechselrichter.
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Dieses
Ausführungsbeispiel gemäß 2 kann
um die Möglichkeit der Stromzählung erweitert werden.
Hierfür kann die Straßenleuchte 10 zwei
Vorrichtungen zum Stromzählung aufweisen. Eine dieser Vorrichtungen
misst die von der Lampe 1 über den Leiter 23 dem
Stromnetz entnommene Energie. Die zweite Vorrichtung zur Stromzählung
misst die vom Photovoltaikgenerator 4 bzw. dem Wechselrichter 12 bereitgestellte
und über den Leiter 27 in das Stromnetz eingespeiste
elektrische Energie.
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Alternativ
können diese beiden Vorrichtungen zur Stromzählung
auch die über die Leiter 15 und 16 dem
Stromnetz entnommene bzw. in das Stromnetz eingespeiste Energie
im Verteiler 17 messen. Im Verteiler 17 ist zudem
die Möglichkeit der Stromzählung sowohl der dem
Stromnetz entnommene Energie als auch der in das Stromnetz eingespeisten
Energie mittels eines einzigen Stromzählers am elektrischen
Anschluss 21 möglich.
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In
diesem Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels gemäß 2 ist
lediglich eine Straßenleuchte 10 dargestellt.
Es können jedoch eine Vielzahl von Straßenleuchten 10 über
den Neutralleiter 13, den Schutzleiter 14 und
die Leiter 15 und 16 mit dem Verteiler 17 verbunden
sein. Hierzu sind Verzweigungen in dem Neutralleiter 13,
dem Schutzleiter 14 sowie den Leitern 15 und 16 vorzusehen.
Diese Verzweigungen können sich außerhalb der
Straßenleuchte 10 befinden. Sie können
sich jedoch auch innerhalb der Straßenleuchte 10 befinden.
Insbesondere können der Neutralleiter 13, der
Schutzleiter 14 sowie die Leiter 15 und 16 am
Netzanschluss der Straßenleuchte 10 mit entsprechenden
Leitern einer Leitung des Stromnetzes verbunden sein, welche mittelbar
oder unmittelbar zu einer weiteren Straßenleuchte 10 führen.
Auf diesem Wege sind bspw. eine Vielzahl von Straßenleuchten 10 innerhalb
eine Straßenzuges mit dem Verteiler 17 verbindbar
und von diesem Verteiler 17 mit elektrischer Energie des Stromnetzes
versorgbar.
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Der
Verteiler 17 ist seinerseits über die elektrischen
Anschlüsse 19, 20 und 21 mit
elektrischen Leitungen des Stromnetzes und hierüber mit
weiteren Verteilern, mit Umspannwerken und/oder einer Zentrale eines
Straßenleuchtenbetreibers verbindbar. Diese Zentrale kann über
die elektrischen Leitungen des Stromnetzes Signale zum Schalten
der Vorrichtung 18, d. h. zum Einschalten oder Ausschalten der
Lampe 1 der Straßenleuchte 10 bzw. zum
Einschalten oder Ausschalten der Lampen 1 aller über den
Neutralleiter 13 und dem Leiter 15 mit dem Verteiler 17 verbundenen
Straßenleuchten 10 senden.
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3 zeigt
ein Blockschaltbild der Straßenleuchte 10 in einer
von 2 abweichenden Schaltungsvariante gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Folgenden
werden lediglich die Unterschiede dieser Schaltungsvariante im Vergleich
zur Schaltungsvariante gemäß des Ausführungsbeispiels
nach 2 beschrieben. Gleiche Bezugsziffern kennzeichnen
dabei gleiche Bauteile.
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Wesentliche
Unterschiede dieses Ausführungsbeispiels zum Ausführungsbeispiel
gemäß 2 sind die Anordnung der Vorrichtung 18 zum Einschalten
und Ausschalten der Lampe 1 sowie die Anzahl der benötigten
Leiter 15 bzw. 16 in der Leitung des elektrischen
Stromnetzes, welche die Straßenleuchte 10 mit
dem Verteiler 17 verbindet. Die vom Photovoltaikgenerator 4 erzeugte
elektrische Energie wird wie im Ausführungsbeispiel gemäß 2 über
die Leiter 27 und 16 und den permanent mit diesem
Leiter 16 verbundenen elektrischen Anschluss 21 in
das Stromnetz eingespeist. Der Leiter 16 übernimmt
in diesem Ausführungsbeispiel jedoch zusätzlich
die Funktion des Leiters 15. Der Leiter 16 stellt
nämlich nun zusätzlich der Lampe 1 elektrische Energie
aus dem Stromnetz bereit. Es wird lediglich einer der Leiter 15 oder 16,
in diesem Fall der Leiter 16, in diesem Ausführungsbeispiel
benötigt. Der Leiter 16 ist über den
nicht dargestellten Netzanschluss der Straßenleuchte 10 sowie
die Vorrichtung 18 zum Einschalten und Ausschalten der
Lampe 1 mit dem Leiter 23 verbunden bzw. verbindbar.
Das Einschalten bzw. Ausschalten der Lampe 1 mittels der
Vorrichtung 18 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel
in der Straßenleuchte 10.
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Signale
zum Einschalten bzw. zum Ausschalten der Lampe 1, welche
am elektrischen Anschluss 21 eingehen, werden über
den Leiter 16 und den Netzanschluss der Straßenleuchte 10 an
die Vorrichtung 18 zum Einschalten und Ausschalten der Lampe 1 weitergeleitet.
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Eine
Stromzählung ist in diesem Ausführungsbeispiel
mittels zweier Vorrichtungen in der Straßenleuchte 10 analog
zum Ausführungsbeispiel gemäß 2 möglich.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Stromzählung
mittels eines einzigen Zählers sowohl für die
dem Stromnetz entnommene Energie als auch für die in das
Stromnetz eingespeiste Energie erfolgen. Dieser Stromzähler
kann analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 2 im
Verteiler 17 angeordnet sein. Alternativ kann er sich in
diesem Ausführungsbeispiel jedoch auch in der Straßenleuchte 10 befinden.
Dann wird die Messung am Leiter 16 innerhalb der Straßenleuchte 10 durchgeführt.
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4 zeigt
ein Blockschaltbild mit einer Schaltungsvariante gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches weitgehend dem
Ausführungsbeispiel gemäß 3 entspricht.
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Im
Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 3 bilden
der Wechselrichter 12 und die Vorrichtung 18 zum
Einschalten und Ausschalten der Lampe 1 zusammen die integrierte
Einheit 5. Die Vorrichtung 18 zum Einschalten
und Ausschalten der Lampe 1 ist dabei als Power Line Communication(PLC)-Schalter
ausgebildet. Dieser PLC-Schalter 18 empfängt PLC-Signale,
welche über die elektrischen Leitungen 16 und 27 die
integrierte Einheit 5 erreichen. Diese PLC-Signale werden
in diesem Ausführungsbeispiel von einem im Verteiler 17 befindlichen
PLC-Konzentrator 28 erzeugt. Dieser PLC-Konzentrator 28 empfängt
seinerseits Signale, aus welchen er die PLC-Signale generiert. Diese
Signale, welche der PLC-Konzentrator 28 empfängt,
erreichen den PLC-Konzentrator 28 bzw. den Verteiler 17 vorzugsweise über
Funk. Über Funk meint dabei, eine beliebige Art der drahtlosen
Kommunikation. Insbesondere schließt dies eine Datenübertragung mittels
GPRS, GSM bzw. UMTS ein. Die Signale bzw. Daten werden vorzugsweise
von einer Zentrale des Straßenleuchtenbetreibers ausgehend
gesendet.
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Auch
dieses Ausführungsbeispiel ist um die Möglichkeit
der Stromzählung erweiterbar. Daten der Stromzählung
können dann von einer Vorrichtung in der Straßenleuchte 10 bereitgestellt
und ebenfalls als PLC-Signal an den Verteiler 17 gesendet
werden. Der PLC-Konzentrator 28 im Verteiler 17 empfängt dann
die Daten der Stromzählung mittels des PLC-Signals. Vom
Verteiler 17 ausgehend können die Daten der Stromzählung
infolge dessen bspw. über Funk an die Zentrale des Straßenleuchtenbetreibers
gesendet werden. Wenn die Daten der Stromzählung im Verteiler 17 erhoben
werden, d. h. wenn sich eine Vorrichtung zur Stromzählung
im Verteiler 17 befindet, können die von dieser
Vorrichtung bereitgestellten Daten der Stromzählung ohne
den Umweg über PLC-Signale über Funk an die Zentrale des
Straßenleuchtenbetreibers übermittelt werden.
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5 zeigt
ein Blockschaltbild in einer Schaltungsvariante gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung welches als
Lampe 4 eine Gruppe von Leuchtdioden (LEDs) 29 verwendet.
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LEDs 29 erfordern
eine besondere elektronische Ansteuerung. Sie werden deshalb nicht
von der gleichen Vorrichtung 18 zum Einschalten und Ausschalten
der Lampe 4 geschaltet wie bspw. eine üblicherweise
als Lampe 1 in einer Straßenleuchte 10 verwendete
Leuchtstoffröhre. Anstelle der integrierten Einheit 5 ist
deshalb eine integrierte Einheit 5' verbaut, welche anstelle
der Vorrichtung 18 eine Vorrichtung 18' zum Einschalten
und Ausschalten der als Gruppe von LEDs 29 ausgebildeten
Lampe 1 und zur Versorgung der LEDs mit einem konstanten Strom
aufweist. Die integrierte Einheit 5' ist somit auch als
elektronisches Vorschaltgerät mit Konstantstromregelung
ausgebildet.
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Die
Vorrichtung 18' zum Einschalten und Ausschalten der Lampe 1 bzw.
der LED-Gruppe ist dabei gleichzeitig eine Vorrichtung zum Dimmen
dieser LED-Gruppe. Steuersignale zum Dimmen der LED-Gruppe erreichen
die Vorrichtung 18' analog wie die Signale zum Einschalten
und Ausschalten der Lampe 1 bzw. LED-Gruppe.
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Ferner
umfasst die integrierte Einheit 5' einen Zähler 30,
der die eingespeisten sowie die bezogenen Energiemengen misst. Der
Wechselrichter 12, die Vorrichtung 18' und der
Zähler 30 stehen mit einer PLC-Einheit 31 in
Verbindung. Mittels dieser PLC-Einheit 31 kann der Wechselrichter
aktiviert bzw. deaktiviert werden, um die von den Solarzellen 11 erzeugte
elektrische Energie in das Stromnetz einzuspeisen bzw. vom Stromnetz
abzusperren. Ferner steuert die PLC-Einheit das Auslesen des Zählers 30. Schließlich
steuert die PLC-Einheit 31 auch die Stromregelung zur Ansteuerung
der LEDs 29. Auf diese Weise können die LEDs ein-
bzw. ausgeschaltet und in ihrer Helligkeit geregelt bzw. gesteuert
werden.
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6 zeigt
ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Straßenleuchte.
Der Mast 3' ist zweiteilig ausgebildet, wobei ein oberer
Abschnitt des Mastes 3' gegenüber einem unteren
Abschnitt des Mastes verschwenkt, insbesondere auch verschwenkbar,
ist. Der obere Abschnitt des Mastes 3' ist um eine vertikale
Achse des unteren Abschnitts des Mastes 3' drehbar. Auf
diese Weise kann der obere Abschnitt des Mastes 3' dem
Sonnenstand nachgeführt werden.
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Am
Ende des oberen Abschnitts des Mastes 3' befindet sich
ein parabolartig ausgebildeter Reflektor 32, der um eine
im Wesentlichen horizontal angeordnete Achse 33 schwenkbar
ist. Die Öffnung des Reflektors 32 kann somit
zur Sonne hin oder zur Straße bzw. zum Fußweg
hin ausgerichtet werden. Im Bereich eines Brennpunktes B des Reflektors 32 befindet
sich ein Träger 34, der schwenkbar um eine ebenfalls
im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Achse 35 an einer
Halterung 36 befestigt ist. An dem Träger 34 ist
einerseits eine Solarzelle 37 und auf der gegenüberliegenden
Seite des Trägers 34 eine Lampe 38 angeordnet.
Je nach Stellung des Trägers 34 kann somit entweder
die Solarzelle 37 oder die Lampe 38 wirksam in
den Brennpunkt des Reflektors 32 gebracht werden. Befindet
sich bspw. die Solarzelle 37 im Brennpunkt, so wie in 6 links
dargestellt, ist der Reflektor 32 zur Sonne hin ausgerichtet
und die Straßenleuchte kann als Photovoltaikgenerator betrieben
werden. In einer anderen Ausrichtung des Trägers 34,
so wie in 6 rechts dargestellt, befindet
sich die Lampe 38 im Brennpunkt B des Reflektors 32,
so dass der Reflektor 32 als Lampenreflektor wirkt und
das von der Lampe 38 abgestrahlte Licht mittels des nach
unten weisenden Reflektors 32 in Richtung der Straße
bzw. eines Fußweges gelenkt werden kann.
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In
dieser Ausführungsform ist die Lampe 38 vorzugsweise
als Gruppe von Hochleistungs-LEDs ausgebildet, die ein besonders
helles Licht abstrahlen können.
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Die
integrierte Einheit 5' dient wiederum als Wechselrichter,
als Zähler, als PLC-Steuereinheit sowie zur Ansteuerung
der LED-Gruppe und als Steuereinheit zur Ausrichtung des oberen
Abschnitts des Mastes 3' sowie zur Ausrichtung des Reflektors 32 sowie
zum Verschwenken des Trägers 34.
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Dank
des Reflektors 32 kann der Wirkungsgrad der Solarzelle 37 signifikant
erhöht werden. Es wird nämlich Licht von im Wesentlichen
der gesamten Fläche des Reflektors 32 auf die
Solarzelle gebündelt. Dieser Effekt kann auch mit anderen
optischen Systemen zur Konzentration von Licht auf die Solarzelle
erreicht werden. Bspw. kann dies auch durch eine Sammellinse, insbesondere
Fresnellinse, einen Spiegel und/oder einen Polarisationsfilter oder aus
einer Kombination mehrerer dieser Bauteile zu komplexeren Systemen
erreicht werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf Photovoltaikgeneratoren 4 mit einem
bestimmten Typ von Solarzellen 11 beschränkt.
Die Solarzellen 11 können gebräuchliche
Siliziumsolarzellen sein, wie sie vielfach in gebräuchlichen
Flachmodulen verwendet werden. Die Solarzellen 11 können
sich aber auch einer beliebigen anderen Technologie bedienen, mittels
derer Strahlungsenergie in elektrische Energie umwandelbar ist.
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Darüber
hinaus kann der Photovoltaikgenerator 4 zusätzliche
Bauteile zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie
mittels der wenigstens einen Solarzelle 11 des Photovoltaikgenerators 4 aufweisen.
Insbesondere weist der Photovoltaikgenerator 4 bzw. die
wenigstens eine Solarzelle 11 in einem von den beschriebenen
Ausführungsbeispielen abweichenden Ausführungsbeispiel
der Erfindung wenigstens eine optische Vorrichtung, insbesondere
wenigstens eine Fresnel-Linse, auf, welche auf diese Vorrichtung
einfallendes Sonnenlicht bündelt und derart gebündelt
auf die Solarzelle 11 wirft. Die wenigstens eine Solarzelle 11 ist
hierbei als Hochleistungszelle ausgebildet. Der Vorteil derartiger Hochleistungszellen 11 liegt
in einem vergleichsweise hohen Wirkungsgrad verglichen mit dem Wirkungsgrad
gebräuchlicher Solarzellen. Aufgrund des höheren
Wirkungsgrades einer derartigen Hochleistungszelle 11 verglichen
mit einer gebräuchlichen Solarzelle kann eine bestimmte
Energiemenge aus einer kleineren, von der Sonne beschienenen Fläche erzeugt
werden. Folglich können die Abmessungen der wenigstens
einen Solarzelle 11 und damit die Abmessungen des Photovoltaikgenerators 4 kleiner
gewählt sein. Kleinere Abmessungen des Photovoltaikgenerators 4 sind
vorteilhaft, da sie dem Wind eine geringere Angriffsfläche
bieten. Auf eine Straßenleuchte 10 mit einer großen
Angriffsfläche können nämlich große
Kräfte wirken. Insbesondere deshalb, weil der Photovoltaikgene rator 4 üblicherweise
in größerer Höhe, d. h. in weiter Entfernung
zum Boden, wo die Straßenleuchte 10 verankert
ist, angebracht ist, können große Hebelkräfte
auf die Verankerung der Straßenleuchte 10 wirken.
Ein kleinerer Photovoltaikgenerator 4 reduziert dese Hebelkräfte.
Hierdurch verringert sich der Aufwand, eine Straßenleuchte 10 fest
zu verankern. Auch eine Befestigung des Photovoltaikgenerators 4 an
der Straßenleuchte 10 muss geringeren Kräften
standhalten können. Diese Befestigungen können
folglich auch weniger stabil ausgeführt und deshalb kostengünstiger
sein.
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Insgesamt
stellt die Erfindung eine Straßenleuchte 10 und
ein Verfahren zum Betrieb dieser Straßenleuchte 10 bereit,
welche bzw. welches einem Straßenleuchtenbetreiber auf
vielfältige Weise Kosten spart und mit seinen vielfältigen
Ausgestaltungsmöglichkeiten individuell an die Bedürfnisse des
Straßenleuchtenbetreibers anpassbar ist.
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Alle
in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen
genannten Merkmale sind erfindungsgemäß sowohl
einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar.
Die Erfindung ist daher nicht auf die beschrieben bzw. beanspruchten
Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Kombinationen
von einzelnen Merkmalen als offenbart zu betrachten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 9215126
U1 [0005, 0006]