01.10.2014

Kleinsteuerungsbasiertes Energiemanagement

Weniger Verschleiß im Stadion

Im Stadion spielt Effizienz eine große Rolle - nicht nur auf dem Rasen, sondern auch bei dessen Beleuchtung. Deshalb wurde für Sportstätten ein Energiemanagement-System auf Basis einer Kleinsteuerung entwickelt, mit dem sich der Verbrauch reduzieren sowie der Materialverschleiß gleichmäßig gestalten lässt.

Autor: Dipl.-Ing. Michael Gulsch, PHOENIX CONTACT Electronics GmbH.


Bild 1: Ein ILC 150 ETH steuert die Scheinwerfergruppen gemäß der Vorgaben aus der Datenbank.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Bewegung ist wichtig, alleine aber oft langweilig. Wer Lust hat, gemeinsam Sport zu treiben, schließt sich einer Mannschaft an und spielt beispielsweise Fußball, Handball oder Hockey. Während die jeweiligen In- und Outdoor-Anlagen im Sommer durch das Tageslicht erhellt werden, sind in den übrigen Jahreszeiten häufig elektrische Lichtquellen erforderlich. Hier setzt das Leistungsspektrum des niederländischen Unternehmens Oostendorp an. Es beschäftigt sich seit über 50 Jahren mit der Beleuchtung von Sportstätten und zählt in diesem Umfeld zu den großen nationalen Anbietern.

Anbindung an das Mobilfunknetz

Während die Betreiber früher großen Wert auf die gute Ausleuchtung der Sportflächen gelegt haben, stehen heute immer stärker der möglichst effiziente Energieverbrauch sowie ein geringer Materialverschleiß im Vordergrund. Deshalb kommt oftmals der Wunsch nach einer modernen LED-basierten Beleuchtung auf. Die Mitarbeiter von Oostendorp machen ihren Kunden dann schnell klar, dass die Investitionen in LED-Leuchten derzeit für ihren Zweck sehr hoch sind. Vor diesem Hintergrund hat das Unternehmen ein Energiemanagement-System entwickelt, welches die Sportstättenbeleuchtung den entsprechenden Anforderungen anpasst. Die Lösung, die sich aus der Ferne bedienen lässt, erlaubt neben der genauen Abrechnung der Benutzung durch verschiedene Vereine einen gleichmäßigen Verschleiß der Leuchtmittel, sofern nicht die gesamte Beleuchtung für eine Veranstaltung notwendig ist. Das Energiemanagement-System wird mit Steuerungen von Phoenix Contact umgesetzt. Die Inline Controller der 100er-Leistungsklasse bieten eine hohe Modularität und können somit flexibel an die jeweilige Größe der Sportstätte adaptiert werden. Außerdem lassen sich die Applikationen mit den SPS sehr gut aus der Ferne bedienen sowie Daten via Internet weiterleiten. Das Management von Oostendorp hat ferner überzeugt, dass das Portfolio der 100er-Leistungsklasse eine Steuerung mit integriertem GSM/GPRS-Modem umfasst, die eine einfache Anbindung an das Mobilfunknetz ermöglicht. So können selbst kleine Sportplätze, die über keinen Breitbandanschluss verfügen, von den Vorteilen des Energiemanagement-Systems profitieren.

Individuelle Fernüberwachung der Beleuchtung

Die Lösung eignet sich also für Sportstätten jeder Größenordnung sowie unterschiedliche Sportarten. Als einfachste Anwendung kann der Sportfeld-Manager die Beleuchtung aus der Ferne steuern. Denn es kommt gar nicht so selten vor, dass die Sportler nach dem Training vergessen, das Licht auf dem Spielfeld zu löschen. Da der Sportfeld-Manager nicht zu jeder Trainingszeit vor Ort sein kann, um dann die Beleuchtung abzuschalten, gehen meist Beschwerden der Anwohner ein, die sich durch das helle Licht gestört fühlen. Mit einer einfachen Remote-Überwachung lässt sich der Zustand der Leuchten jetzt aus der Ferne kontrollieren und die Beleuchtung bei Bedarf ein- oder ausschalten. Auf größeren Sportplätzen, die aus mehreren Feldern bestehen, müssen die Flutlichtanlagen intelligent gesteuert werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn dort verschiedene Vereine trainieren und spielen. In der Vergangenheit wurden Sportstätten wie das Stadion des niederländischen Zweitligisten Helmond Sport auf Vertrauensbasis genutzt. So war nicht immer sichergestellt, dass die Mannschaften die vereinbarten Trainingszeiten einhalten. Darüber hinaus entwickelten die einzelnen Teams Präferenzen hinsichtlich bestimmter Spielfelder. Das führte dazu, dass die Leuchtmittel, die diese Plätze ausleuchten, einem höheren Verschleiß unterlagen. Was sich zunächst unproblematisch anhört, kann weitreichende Folgen haben. Während im Training nur mit halber Beleuchtung gespielt wird, schalten die Verantwortlichen bei Pflichtspielen - besonders wenn diese live im Fernsehen übertragen werden - sämtliche Lampen ein. Strahlen nun einige Leuchtmittel nicht mehr ausreichend hell, kann dies durchaus Proteste der Spieler und TV-Anstalten nach sich ziehen.

Datenbank-gestützte Zuteilung der Felder und Leuchtmittel

Für das geschilderte Problem bietet das Energiemanagement-System von Oostendorp ebenfalls eine Lösung. Alle Vereine, die das Stadion von Helmond Sport nutzen, haben Zugang zu einem Web-Portal, über das sie ihre Trainingszeiten buchen können. Das Portal weist den Mannschaften dann für die reservierte Zeit einen Platz zu, der entsprechend beleuchtet wird, und umgeht damit einen ungleichmäßigen Verschleiß der Leuchtmittel. Das gleiche Procedere wird während des Trainings für die Scheinwerfergruppen der verschiedenen Flutlichtmasten angewandt. Weil lediglich die Hälfte der Scheinwerfer in Betrieb ist, kommen die einzelnen Leuchtmittel in regelmäßigen Abständen zum Einsatz, sodass die Scheinwerfergruppen möglichst lange die volle Leuchtkraft aufweisen. Das Energiemanagement-System sorgt ferner dafür, dass die Spieler die gebuchte Trainingszeit nicht überschreiten. So werden sämtliche Vereine und Mannschaften gleich behandelt und die Platzmiete wird gemäß tatsächlicher Nutzung erhoben. Technisch basiert die Lösung auf einer SQL-Datenbank, welche die Trainingszeiten enthält und anhand der Betriebsstunden der Leuchtmittel das aus wirtschaftlicher Sicht zu bespielende Feld errechnet. Die Daten werden von Oostendorp auch herangezogen, um dem Sportplatzbetreiber einen umfassenden Service zu bieten. Als weitere Ausbaustufe des Energiemanagement-Systems lassen sich Leistungsmessgeräte der Produktfamilie EMpro von Phoenix Contact integrieren. Die Module werden einfach via Modbus TCP oder Modbus RTU an die Steuerung angebunden. Auf diese Weise stehen der Lösung die Werte der aktuell erfassten Wirk-, Blind- und Scheinleistung sowie der Leistungsfaktor zur Verfügung. Durch eine Langzeitauswertung dieser Daten können Parameter extrahiert werden, die einen Verschleiß der Leuchtmittel prognostizieren. Somit sind die Mitarbeiter von Oostendorp in der Lage, die Leuchten präventiv auszutauschen und einen Ausfall der Beleuchtung zu vermeiden.

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Nachträgliche Umsetzung einer selektivschaltenden Lösung

Das Energiemanagement-System zielt zudem auf die Reduzierung des Energieverbrauchs ab. Dies vor dem Hintergrund, dass eine Flutlichtanlage aus vier Masten mit je 20 bis 30 Lampen pro Träger besteht. Jede Lampe nimmt eine Leistung von rund 2kW auf, was sich bei voller Beleuchtung eines Spielfelds durch vier Masten auf eine elektrische Leistung von bis zu 240kW summiert. Bei der Installation eines selektivschaltenden Systems erweist es sich oft als problematisch, dass alle Masten der Flutlichtanlage meist über nur eine Leitung versorgt werden, die normalerweise kein Schalten einzelner Lampengruppen zulässt. Funkmodule der Produktfamilie Radioline von Phoenix Contact, die vor der Lampengruppe montiert sind und sich direkt durch die Steuerung ansprechen lassen, ermöglichen daher die Nachrüstung einer selektivschaltenden Lösung. Sie bildet die Grundlage für ein intelligentes Energiemanagement-System. Da für das Training zehn Scheinwerfer pro Mast ausreichen, verringert sich die Leistungsaufnahme von 240 auf 80kW. Die gesamte Installation des Systems amortisiert sich so bereits nach zwei Jahren.

Fazit

Oostendorp hat bislang 40 der beschriebenen Applikationen in den Niederlanden umgesetzt. Dabei sind sowohl kleine Sportplätze automatisiert worden, als auch die Stadien von Fußballmannschaften, die in der niederländischen Liga spielen. Neben den Kleinsteuerungen der 100er-Leistungsklasse, den EMpro-Energiemessgeräten und den Radioline-Funkmodulen liefert Phoenix Contact das Know-how, wie sich entsprechende Anwendungen realisieren lassen. Individuelle Schulungen sowie die Unterstützung bei der Erstellung des Applikationsprogramms haben dazu beigetragen, dass die Oostendorp-Mitarbeiter die Lösung nun selbständig modifizieren und um eigene Funktionsbausteine ergänzen können.

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