Smart Cities

Als Hersteller von effizienten, kompakten Stromversorgungen ist RECOM gut positioniert, um die Technologien zu unterstützen, die für die Entwicklung einer Smart City erforderlich sind.

können z. B. die Innenbeleuchtung und die HLK-Systeme (Heizung, Lüftung und Klimaanlage) adaptiv steuern und regeln, um die Luft frisch, die Raumtemperatur angenehm und die Beleuchtung angemessen zu halten. Wenn ein Büro oder ein Besprechungsraum nicht besetzt ist, kann die Beleuchtung automatisch ausgeschaltet, der Luftstrom reduziert und die Temperatur weniger genau geregelt werden, um die Energiekosten zu senken. Um den Komfort der Mitarbeiter zu erhöhen, kann jeder Arbeitsplatz individuell in Bezug auf das Beleuchtungsniveau oder die Temperatur eingestellt werden (Frauen bevorzugen eine wärmere Umgebung als Männer). Sogar Farbe und Temperatur der Beleuchtung können automatisch angepasst werden, um den Tagesschwankungen zu entsprechen, weniger künstlich zu wirken oder die Produktivität zu steigern. Die Belüftung kann heruntergefahren werden, um Zugluft zu reduzieren. Alternativ kann in einem überfüllten Bereich die Luftzirkulation und -filterung intensiviert werden, um Gerüche oder das Risiko von durch die Luft übertragenen Infektionen zu verringern.

Das Gebäudemanagementsystem (BMS) ist das zentrale Computersystem, das alle Daten der Sensoren für Belegung, Temperatur, Luftströmung, Umgebungslicht und flüchtige organische Verbindungen (VOC) sammelt und sie zur Steuerung der verschiedenen Aktoren, Ventilatoren, Lüftungsanlagen und LED-Beleuchtungsgeräte entsprechend den individuellen Einstellungen verwendet. Das BMS koordiniert auch die anderen Aspekte eines Smart Buildings, wie Zugangskontrolle, Sicherheit, Kommunikation und intelligente Energienutzung.

RECOM bietet eine breite Palette von DC/DC- und AC/DC-Stromversorgungen an, die diese Systeme, Aktoren und Gateways mit Strom von wenigen Watt bis hin zu Kilowatt versorgen können. Die wichtigsten gesetzlichen Anforderungen sind, dass die Stromversorgungen in den BMS-Systemen der Sicherheitsnorm IEC/EN 60335-1 „Haushaltsgeräte und ähnliche Geräte“ entsprechen müssen, die Grenzwerte der EN 55014-1/-2 „Elektromagnetische Verträglichkeit - Emission/Empfindlichkeit“ einhalten und zusätzlich auf die Einhaltung der Grenzwerte der EN 62233 „Verfahren zur Messung … im Hinblick auf die Sicherheit von Personen in elektromagnetischen Feldern“ geprüft werden. Dies bedeutet, dass nicht alle handelsüblichen Netzteile für Smart Buildings geeignet sind und dass die Zertifizierungs- und Konformitätsdokumente sorgfältig geprüft werden müssen.

Große Gebäude haben einen hohen Energiebedarf und werden daher oft mit Dreiphasenstrom versorgt. Bei 230-Volt-Wechselstrom-Wandsteckdosensystemen beträgt die Hauptstromversorgung in der Regel 415 V Wechselstrom, da 230 V Wechselstrom die Spannung von Phase zu Phase ist. In Ländern, in denen 115-VAC-Wandsteckdosen verwendet werden, beträgt die dreiphasige Versorgung in der Regel 480VAC, und es werden zusätzliche Transformatoren verwendet, um die 115-V-Wandsteckdosenspannungen zu erzeugen, wo immer sie benötigt werden. Eine Falle für Unvorsichtige ist jedoch, dass die Beleuchtungssysteme in großen Gebäuden in der Regel von zwei der 480-V-Wechselstromphasen gespeist werden, d. h. die Beleuchtungsanlagen werden mit einer Nennspannung von 277V Wechselstrom betrieben, und die Hilfsstromversorgungen für Beleuchtungsanlagen, Umgebungslicht oder Fernbedienungsempfänger müssen für den Betrieb mit einer Spitzenspannung von bis zu 305 V Wechselstrom (277V + 10%) zertifiziert sein. RECOM bietet eine Reihe von Stromversorgungen des Typs „/277“ an, die für diese Spitzen-Eingangsspannung UL-zertifiziert sind und bis zu einer Eingangsspannung von 85VAC betrieben werden können, so dass 115V, 230V, 240 V oder 277V AC verwendet werden können. RECOM bietet auch AC/DC-Stromversorgungen des Typs „/480“ mit einem besonders weiten Eingangsspannungsbereich von 85-528VAC an, der alle möglichen nominalen Versorgungsspannungen von 100VAC bis zu 480VAC abdeckt.

Ein Smart Building ist nur so gut wie seine Daten. Um eine vollständige Abdeckung zu gewährleisten, kann jeder Raum oder Platz mehrere Sensoren, Steuerungen und Informationsanzeigen haben. Es gibt verschiedene Kommunikationsprotokolle wie WLAN, KNX, DALI, Zigbee oder BACnet mit Gateways, die es verschiedenen Systemen ermöglichen, miteinander zu kommunizieren und Daten über das Netzwerk auszutauschen. Jedes Modul-Gateway oder jede Schnittstelle benötigt eine Stromversorgung, die häufig über den Bus erfolgt.

RECOM bietet eine breite Palette an hocheffizienten, kompakten, PCB Schaltreglermodulen mit 5V, 12V, 24V oder 48VDC Nenneingangsspannung. Bei so vielen komplexen, miteinander verbundenen Systemen ist der Einsatz von isolierten DC/DC-Stromversorgungen in einem BMS oft sinnvoll, um gegenseitige Störungen zu verhindern, um sicherzustellen, dass Fehler nicht das gesamte System zerstören, oder um unterschiedliche Massepotentiale zu berücksichtigen. Auch hier bietet RECOM eine breite Palette an isolierten DC/DC-Stromversorgungen, die sich für die Bus- und Signalisolierung eignen, in einer Vielzahl von Formfaktoren (Low-Profile, SMD oder THT, usw.) mit Isolationswiderständen von 3kVDC, 4kVDC, 8kVDC oder 5kVAC. RECOM bietet auch die einzigartige RHV2/RHV3-Reihe mit einer beeindruckenden 20kVDC-Isolation zwischen Eingang und Ausgang an, die sich ideal für die Überwachung der elektrostatischen Hochspannungsschirme in HVAC-Luftfiltern eignet.

Wie bei Smart Buildings wird auch bei Smart Energy versucht, den Energiebedarf einer Stadt auszugleichen, um ihre Ressourcen optimal zu nutzen, indem der Energiefluss in der Stadt umgelenkt wird. Eine Smart City verfügt über mehrere Energiequellen, darunter erneuerbare Energien wie Sonne, Wind, Wasserstoff und Erdwärme sowie konventionelle Stromgeneratoren. Auf lokaler Ebene kann ein Smart Building über Windgeneratoren und Solarpaneele auf dem Dach verfügen, die einen Teil des Bedarfs in Spitzenzeiten decken können, während sie die Energie in das Netz zurückspeisen, wenn ein Überschuss erzeugt wird. Smart Energiy ermöglicht ein effizienteres Netzmanagement, indem die von jeder einzelnen Quelle erzeugte Energie optimiert und dorthin verteilt wird, wo sie am meisten gebraucht wird, während gleichzeitig die Gesamtkosten gesenkt und die Umweltverschmutzung verringert wird.

Der Schlüssel zu einem gut funktionierenden intelligenten Energiesystem ist ein intelligentes Netz, das mit intelligenten Zählern, Ausfallerkennung und Energieverbrauchsüberwachung ausgestattet ist und den Energieversorgern kontinuierlich Bericht erstattet. Echtzeitdaten ermöglichen es den Nutzern auch, ihre Energiekosten zu kontrollieren, indem sie das Einschalten von Geräten oder Maschinen mit hohem Stromverbrauch, wenn die Energiekosten hoch sind, auf einen späteren Zeitpunkt verschieben können, wenn die Nachfrage und damit der Preis niedriger sind (dynamische Energiepreisgestaltung).

RECOM stellt mehrere Arten von AC/DC- und DC/DC-Stromversorgungen her, die in Smart Meter- und Smart Grid-Anwendungen eingesetzt werden. Die relevante Sicherheitsnorm ist UL/IEC/EN 61010-1 „Sicherheitsanforderungen an elektrische Geräte für Mess-, Steuer-, Regel- und Laboranwendungen“. „Solche DC/DC-Stromversorgungen isolieren die Niederspannungsversorgung für die Strom-, Spannungs- und Phasensensoren, die für das Funktionieren der Überwachungsgeräte oder der Photovoltaik-Wechselrichter, die den von den Solarzellen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, entscheidend sind.

Für AC/DC-Stromversorgungen, die direkt aus dem Netz gespeist werden, ist außerdem die Überspannungskategorie (OVC) wichtig, die in der Norm IEC 60204-1 definiert ist. Für alle Stromversorgungen, die im Schaltschrank fest mit dem Netz verdrahtet sind, gilt OVC III, was bedeutet, dass die Stromversorgung 4kVAC-Transienten, die durch Blitzeinschläge verursacht werden, standhalten muss, sowie erhöhte Kriech- und Luftabstände für zusätzliche Sicherheit. RECOM bietet fünf verschiedene kompakte OVC III-konforme AC/DC-Produkte im Bereich von 3W bis 40W an.

Dieser Bereich ist die sich am schnellsten entwickelnde Smart-City-Technologie, angetrieben durch die drängenden Probleme der Verkehrsüberlastung, des Parkens und der Warenlieferungen in vielen Städten und städtischen Gebieten. Viele Großstädte (London, Singapur, San Diego und Mailand - um nur einige zu nennen) haben bereits Staugebühren eingeführt, um Autofahrer davon abzuhalten, während der Stoßzeiten in die Stadtzentren zu fahren. Eine Smart City wäre jedoch in der Lage, den Individualverkehr in den Stadtzentren vollständig zu eliminieren und stattdessen kostengünstige, flexible und leicht verfügbare öffentliche Verkehrsmittel oder Fahrradwege anzubieten. Da sich die meisten Menschen ein ruhiges, sauberes, sicheres und schadstofffreies Stadtzentrum wünschen, hätte eine intelligente Mobilität die größten Auswirkungen auf das Leben der Bürger.

Selbst wenn umweltfreundliche Elektrofahrzeuge in den Innenstädten zugelassen sind, würden intelligente Park-Apps die Zeit für die Suche nach einem Parkplatz oder einer Ladestation reduzieren. Parkplätze könnten dynamisch zugewiesen werden und tagsüber an stark befahrenen Straßen verschwinden, um den Verkehrsfluss zu verbessern, und abends wieder auftauchen, um die Fahrt zu Theatern, Restaurants und Nachtlokalen zu erleichtern.

Außerhalb der Stadtzentren würden intelligente Ampeln und intelligente Geschwindigkeitsbegrenzungen eingesetzt, um den Verkehrsfluss dynamisch zu steuern und Prioritäten für optimale Fahrzeiten zu setzen oder das Unfallrisiko zu verringern. Die Hauptziele der Smart Mobility bestehen darin, den freien Verkehr von Personen und Gütern in der Stadt zu ermöglichen und gleichzeitig die Luftverschmutzung und die Zahl der durch Fahrzeuge verursachten Verletzungen und Todesfälle zu verringern.

Wie bei Smart Builidings sind auch bei der Smart Mobility stark vernetzte Sensoren, Kameras und Informationsdisplays erforderlich, die alle kompakte, niedrige und effiziente Stromversorgungen benötigen, um die Sensoren, Sender und Datenverbindungen, aus denen das System besteht, zu versorgen. Die RAC15-Serie von RECOM wurde beispielsweise mit abgeschrägten Ecken entwickelt, eine geringfügige Modifikation, die es ermöglicht, dass sie besser in runde oder zylindrische Mastköpfe passt, die häufig in Straßenbeleuchtungs- oder Straßenkamerainstallationen verwendet werden. Die Leistung wurde so gewählt, dass sie für die Versorgung der Sensor- und Videoüberwachungsgeräte ausreicht und genügend Reserven für eine Langstreckenfunkverbindung bietet.

Neben der Infrastruktur zur Überwachung und Steuerung des Stadtverkehrs würde eine Smart City auch über ausreichend Ladestationen für Elektroautos, E-Bikes, Lastenfahrräder und elektrische Lieferwagen verfügen. Die Ladestationen für Elektroautos wären bidirektional, so dass das intelligente Energienetz bei Nachfragespitzen auf die gespeicherte elektrische Energie der angeschlossenen Elektroauto-Batterien zurückgreifen kann, während gleichzeitig sichergestellt wird, dass die Elektroauto-Fahrer immer noch genug Energie haben, um zu ihren Häusern zu fahren. RECOM verfügt über zahlreiche Produkte, die sich ideal für unidirektionale oder bidirektionale EV-Ladegeräte eignen - insbesondere für die isolierten DC/DC-Stromversorgungen, die für die High-Side-Schalttransistor-Gate-Treiber benötigt werden. Darüber hinaus bietet RECOM AC/DC-Stromversorgungen für Hilfsversorgungen und isolierte DC/DC-Stromversorgungen für die CAN-Bus-Schnittstellen und die Überwachung der Batterieleistung im Hochspannungs-Batterieüberwachungssystem des Fahrzeugs sowie für On-Board-Batterieladegeräte.

Smart Cities werden auch verstärkt Stadtbahnsysteme einsetzen, um die Menschen effizienter und leiser zu befördern. Elektrische Straßenbahnen und Busse, die an jeder Haltestelle aufgeladen werden und dann ohne störende Oberleitungen zur nächsten Station fahren können, wurden bereits in Städten wie Sevilla, Bergen, Oklahoma City und Florenz eingeführt, und London hat sich für wasserstoffbetriebene Busse entschieden. RECOM stellt Umrichter für die Batteriemanagementsysteme und Brennstoffzellen in diesen Fahrzeugen her, sodass wir unseren Teil zur Smart Mobility beitragen können.

So wie die Smart Mobility die sichtbarste Auswirkung aller Smart-City-Technologien haben wird, wird Smart Data am wenigsten offensichtlich sein, aber sie ist dennoch ein wesentlicher Teil des Gesamtbildes. Die riesigen Datenmengen, die von einer intelligenten Stadt gesammelt werden, müssen in Echtzeit sortiert, gefiltert und analysiert werden, wenn sie nützlich sein sollen, wobei sie gleichzeitig durch angemessene Sicherheits- und Datenschutzkontrollen vor Missbrauch geschützt werden. Eine tiefer gehende Analyse aktueller Trends, Muster und der Interaktionen der Menschen mit der Stadt wird neue Erkenntnisse zutage fördern und eine immer bessere Umsetzung der städtischen Infrastruktur mit schnelleren Reaktionszeiten auf Probleme ermöglichen. Durch die prädiktive Analyse wird die langfristige Zukunftsplanung ökologisch sinnvoller, produktiver und zweckmäßiger.

Die Schlüsseltechnologien für Smart Data sind IPv6 und 5G. IPv6 ist ein Internetprotokoll, das bis zu 2¹²⁸ individuelle Adressen zulässt, so dass viel mehr als Milliarden von Milliarden von Milliarden von Sensoren eindeutig adressiert werden können (theoretisch könnte jedes Atom auf der Erdoberfläche eindeutig adressiert werden, und es gäbe immer noch freie Adressenkapazität für weitere 100 Erden). Bei der Mobilfunkkommunikation der fünften Generation (5G) werden GHz-Frequenzen verwendet, die Download-Geschwindigkeiten von bis zu 4 Gbit/s ermöglichen - die Art von Informationsübertragungsraten, die für die Verarbeitung der von einer Smart City erzeugten riesigen Datensätze erforderlich sind.

Trotz ihrer fortschrittlichen Leistung benötigt eine 5G-Modem-Mikrozelle nur 10 W elektrische Leistung, um einen Radius von bis zu 2 km oder 2000 gleichzeitige Nutzer abzudecken, und die Antennen können unauffällig z. B. an der Spitze von Straßenbeleuchtungsmasten angebracht werden.

RECOM bietet eine breite Palette von AC/DC- und DC/DC-Modulen mit hoher Leistungsdichte an, die sich für die Stromversorgung kompakter 5G-Modems eignen.