Avancerad styrning av nätansluten respektive solcellsdriven

utomhusbelysning (Projektnummer 37619-1)

Författare: Jan Kristoffersson, Sustainable Innovation

Utgiven i november 2015 av Sustainable Innovation i Sverige AB www.sust.se

2

Innehåll

1 Sammanfattning ................................................................................................................. 3

2 Summary ............................................................................................................................ 4

3 Bakgrund ............................................................................................................................ 5

4 Projektets syfte och mål ..................................................................................................... 6

5 Genomförande ................................................................................................................... 7

6 Resultat, slutsatser och rekommendationer .................................................................... 13

3

1 SAMMANFATTNING

Projektet har installerat och jämfört både nätansluten och soldriven utomhusbelysning, i

kombination med avancerade styrsystem längs två olika gång- och cykelvägar i Stockholm.

Båda vägarna är tillgängliga för allmänheten, den i Bromma/Åkeslund som en del av

Stockholms stads gatunät och den andra som en fritids- och rekreations väg på Djurgården.

Efter en inledande utvecklingsfas, var anläggningar färdigställda i oktober/november 2014.

Installationen i Bromma/Åkeslund ersätter en standardinstallation med en som kan känna av

närvaro och justera ljusnivån för att spara energi. Denna del av projektet är relaterat till ett

tidigare projekt med en liknande installation (samma grundläggande teknik) på Kungsholmen

i Stockholm under 2011-2013. Tekniken från det tidigare projektet har förbättrats,

framförallt genom att styrutrustningen har integrerats med armaturen, vilket förenklar

installationen. Ett webbgränssnitt har också utvecklats, vilket gör systemet mycket lättare att

konfigurera. Den andra installationen på Djurgården är en soldriven installation från Leading

Lights, som använder ett avancerat styrsystem och sensorer för att spara den batterilagrade

elen. Teknikutvecklingen har utförts på ActiveLights styrsystem, inklusive styrfunktioner som

tar hänsyn till omgivande ljus.

Fördelarna med ett avancerat styrsystem är tydliga. Resultaten från Bromma/Åkeslund visar

att systemet kan spara mer än 50 % av energianvändningen, utan någon minskad visuell

upplevelse. Installationen på Djurgården visar att ett avancerat styrsystem kan användas för

att förbättra möjligheterna att använda soldriven belysning genom att spara eluttag från

batterierna. Trots från början låga ljusnivåer och att armaturerna är helt avstängd när ingen

närvaro indikeras, verkar det som om användarna i allmänhet är positiva, vilket också

återspeglas i en ökad trafik på vägen efter installationen.

Utveckling av en standardiserad och leverantörsoberoende kommunikationsgränssnitt anses

vara en betydande faktor för en bred tillämpning av denna typ av avancerade styrsystem. En

första teknisk specifikation för detta ändamål har utvecklats som en del av projektet. Det

rekommenderas att ytterligare arbete bör inriktas på att driva utvecklingen vidare mot en

allmänt accepterad övergripande standard.

Projektet har bedrivits i samarbete mellan Stockholms stad (Trafikkontoret), Kungliga

Djurgårdens Förvaltning, Fagerhult, Leading Lights, Tritech och Sustainable Innovation. KTH

har varit ansvarigt för utvärderingen, vilken formellt har utförts i ett separat finansierat

projekt.

4

2 SUMMARY

The project has installed and compared both grid connected and solar powered outdoor

lighting, combined with advanced control systems along two different pedestrian/cycling

paths in Stockholm. Both paths are accessible by the public, one in Bromma/Åkeslund as a

part of the street-grid in Stockholm and the other as a recreational path in the Royal-Park of

Djurgården.

After an initial development phase, the installations were completed in October/November

2014. The installation in Bromma/Åkeslund replaces a standard – static installation with one

that can sense presence and adjust the light level in order to save energy. This part of the

project is related to a previous project with a similar installation (same basic technology) at

Kungsholmen in Stockholm during 2011-2013. The technology from the previous project has

been improved, primarily regarding that the control equipment has been integrated with the

luminaire, which simplifies the installation. A web interface has also been developed, which

makes the system much easier to configure. The other installation at Djurgården is a solar-

powered installation from Leading Light, which uses an advanced control system and sensors

to extend the duration of its battery-powered light. Technology development has been

conducted on the ActiveLights control system, including functions that adjust for ambient

light.

The benefits of having an advanced control system managing installations are clear. The

results from Bromma/Åkeslund show that the system can save more than 50% of energy

usage, without any loss in visual experience. The installation at Djurgården shows that

advanced lighting control system can also be used to improve the possibilities of using solar

powered lighting by saving power outlet from the batteries. Despite basic low light levels

and that the luminaries are completely turned off when no presence is indicated, it seems

that the users in general are positive, which is also reflected in increased traffic on the path

after the installation.

Development of a standardized and vendor-independent interface /API is considered to be a

significant factor for a broad application of this type of advanced control systems. A first

technical specification for this purpose has been developed as part of the project. It is

recommended that further work should focus on pushing development towards a generally

accepted overall standard.

The project has been conducted in collaboration between City of Stockholm/Traffic Office,

Kungliga Djurgårdens Förvaltning, Fagerhult, Leading lights, Tritech and Sustainable

Innovation. KTH has been responsible for the evaluation, which formally has been carried

out in a separately financed project.

5

3 BAKGRUND

Under sena kvällar och nätter är ofta behovet av fullt upplysta gator och andra

utomhusmiljöer mindre. Att släcka ner belysning helt och hållet kan dock göra att människor

känner sig otrygga. Genom att installera armaturer med behovsstyrning är det möjligt att

både tillgodose trafikanternas behov och spara energi.

Det finns också många platser som skulle kunna bli mer tillgängliga om belysning installeras

men där det är dyrt och opraktiskt att dra fram elledningar. Här är solcelldrivna armaturer

ett intressant alternativ. Med sol som energikälla blir det extra viktigt att hushålla med

energin och därför ha en avancerad styrning.

LED är en teknik som är här för att stanna och marknadsvallen är nu i stort sett helt bruten.

Övergång till LED ger betydande energibesparingar (mellan 40 – 60 %) jämfört med tidigare

konventionella teknik (t.ex. högtrycksnatrium). Genom att installera en styrning som sänker

belysningseffekten nattetid kan man spara ytterligare ca 30% av den kvarstående

belysningsenergin1. Nackdelen med en ren tidsstyrning är dock att trafikanter som färdas

under tid då belysningseffekten är nedreglerad får en sämre visuell kvalitet, vilket kan

påverka acceptansen för en sådan lösning. I föreliggande projekt är styrningen

behovsanpassad med hjälp av närvarodetektorer som dimrar upp när någon trafikant

passerar. Tekniken har testats på en gång- och cykelväg (Bromma/Åkeslund i Stockholm) i

syfte att undersöka hur långt man kan gå i styrning utan att trafikanterna upplever någon

försämring.

Denna del av projektet knyter direkt an till projektet ”Avancerad individuell styrning av

utomhusbelysning med närvarokontroll” som genomfördes 2011 – 2013 i samarbete mellan

samma parter som i förliggande projekt (Stockholms Stad, Fagerhult, Tritech, Sustainable

Innovation och KTH). I det föregående projektet testades teknik för närvarostyrning längs en

750 m lång gång-och cykelväg i Stockholm, Kungsholms Strand, med totalt 34 stolpar. Se

rapporten Avancerad individuell styrning av utomhusbelysning med närvarokontroll utgiven

av Sustainable Innovation i september 2013.

Ett alternativ, vid framförallt nyinvestering i belysning för gång-och cykelvägar, är driva

armaturerna med lokalt producerad solel istället för att ansluta dem till elnätet. Fördelarna

är främst att man kan undvika kabeldragning, vilket kan vara betydelsefullt i känsliga miljöer

eller där kostnaden för schakt av kabelgrav bedöms bli hög. Under vinterhalvåret är både

antalet mörka timmar fler och antalet soltimmar färre vilket innebär utmaningar i driva

armaturerna så snålt det går. LED-tekniken gör det möjligt att komma ner till betydligt lägre

1 Per-Ove Lennartsson, Utsikt Nät AB, 2010-11-18

6

installerat eleffektbehov än tidigare men det är ändå intressant att minska ljusnivåerna så

långt det går och ha en styrning som effektivt hushållar med den energi som finns tillgänglig.

För att undersöka dessa frågor närmare har Kungliga Djurgårdsförvaltningen med hjälp av

Leading Light AB byggt en anläggning bestående av totalt 74 solcellsdrivna

belysningspunkter på Djurgården i Stockholm. Leading Light har inom projektet även

utvecklat en mer avancerad ljusstyrning där armatureffekten justeras efter omgivningens

ljus.

Ett standardiserat och leverantörsoberoende gränssnitt för styrning har bedömts som viktigt

för att möjliggöra en snabbare expansion av styrningstekniken och därmed snabbare nå mer

energieffektivisering. Det är också intressant om en sådan standardisering innebär att

styrningen kan fungera både självständigt och med uppkoppling mot ett centralt system.

Idag är de stora beställarna försiktiga med att låsa in sig mot en specifik lösning som gör att

antalet leverantörer av system begränsas. Projektet har därför studerat hur en sådan

standardisering skulle kunna utformas. Arbetet har lett fram till en specifikation med syfte

att ligga till grund för fortsatt utvecklingsarbete.

4 PROJEKTETS SYFTE OCH MÅL

Projektet syftar till att, genom teknikutveckling och tester i verklig miljö, leda till en snabbare

introduktion av nya energieffektiva belysningslösningar för vägbelysning (i första hand gång-

och cykelvägar).

Projektets utvecklingsmål är att:

vidareutveckla/optimera (närvaro- och ljussensorstyrning, funktion,

energikonsumtion och batterikapacitet) för solcellsdrivna armaturer;

testa och utvärdera strategier för avancerad närvarostyrning för belysning av GC-

vägar som uppfyller balanserat krav på energieffektivitet, ekonomi och trafikanternas

komfort (trygghet, säkerhet, visuell kvalitet);

vidareutveckla/utvärdera avancerad närvarostyrning av nätanslutna armaturer mot

mål att nå lägre kostnader för installation och drift samt standardiserat/öppet API 2

Inriktningsmål är att den avancerade belysningsstyrningen ska ge minst 50 %

energibesparing (jämfört med ordinär drift) utan avkall på trafikanternas upplevda

komfort.

Projektet skall skapa en transparent jämförelse av livscykelkostnad för GC-vägbelysning för

(i) nätanslutna armaturer utan styrning, (ii) nätanslutna armaturer med avancerad

närvarostyrning, (iii) solcellsdrivna armaturer.

2 Application Programming Interface

7

5 GENOMFÖRANDE

5.1 INGÅENDE PARTER, DERAS ROLLER OCH ANSVARSOMRÅDEN

Figur 1, Projektets ingående parter

Projektet har byggt upp kring två separata teststräckor.

Kungliga Djurgårdens förvaltning har i samverkan med Leadning Light AB installerat en ny

slinga (Teststräcka 1) med solcellsdriven belysning på norra Djurgården. I samband med

detta har Leading Light utvecklat styrning för att förlänga den batteribaserade driftstiden.

Stockholms Stad, Trafikkontoret har i samverkan med Fagerhult Belysning AB och Tritech

Technology AB installerat nya närvarostyrda stolparmaturer på en sträcka inom

bostadsområdet Åkeslund i Bromma (Teststräcka 2). Den installerade tekniken är en

vidareutveckling från det projekt som samma parter genomförde 2011-2013 på

Kungsholmen.

För att underlätta konfigurationen av armaturernas styrning (inställning av olika

styrparametrar) har Tritech utvecklat ett webbaserat gränssitt som har använts för att ställa

om Teststräcka 2 mellan de olika testfallen.

8

Tritech har även genomfört ett arbete för att undersöka hur ett leverantörsoberoende och

öppet gränssnitt för behovsstyrning av armaturer kan utformas.

KTH har genomfört utvärderingar av båda teststräckorna, dels genom analys av mätdata dels

genom intervjuer med trafikanter både före och efter installationerna. Detta har formellt

sett skett genom ett separat projekt, som lämnar en egen slutrapport (Energimyndighetens

projektnummer 37666-1). I praktiken har dock båda projektet drivits i ett sammahang och i

nära samverkan mellan alla parter.

Sustainable Innovation har svarat för projektledning och haft en koordinerande roll inom

projektet. Sustainable Innovation har även svarat för koordinering av de insatser som gjorts

för att sprida information om projektet och dess resultat (pressvisning, seminarium, mm)

Parterna har tillfört projektet följande kompetenser:

Stockholm stad respektive Kungliga Djurgårdens förvaltning

Anläggningsägare och kravställande för belysningslösning

Ansvar för installationer för de aktuella provsträckorna

Avsändare vid kontakter med allmänheten (respektive testanläggning)

Fagerhult

Belysningskompetens

Leverans av lösningar/produkter till Teststräcka 2

Tritech

Anpassning av styrsystem Teststräcka 2

Drift/support av styrsystem under projekttiden för Teststräcka 2

Expertis kring tillämpning av öppet API för leverantörsoberoende lösning

Leading Light

Belysningskompetens

Utveckling och leverans av lösningar/produkter till Teststräcka 1

Utveckling/anpassning av styrsystem för Teststräcka 1

Drift/support av styrsystem under projekttiden för Teststräcka 1

Sustainable Innovation

Projektledning och koordinering av projektet

Administration av bidrag från Energimyndigheter

Utvärdering i samverkan med KTH (planering, genomförande och rapport)

Gemensam extern kommunikation om projektet

9

KTH, Ljuslaboratoriet

Ljusdesignkunskap

Vetenskapliga metoder och genomförande av utvärdering av provinstallationerna,

tekniskt och humanistiskt.

Spridning av resultat via undervisningen vid masterprogrammen vid KTH

Ljuslaboratoriet samt konferenser i Sverige och internationellt.

5.2 GENOMFÖRANDET

Projektet har genomförts i tre faser, (1) Utveckling , (2) Installation och (3) Test, utvärdering

och resultatspridning. Arbetet under tre olika faserna beskrivs nedan.

1. Utveckling.

Efter det att Energimyndigheten hade fattat beslut om projektet 2013-11-04 inleddes

arbetet med att bestämma testsräckor och teknisk utformning.

När det gäller Djurgården (Teststräcka 1) var denna huvudsak redan identifierad i samband

med att projektansökan gjordes. När det gäller tekniken hade behov identifierats för att

vidareutveckla teknik framtagen av Leading Ligth. Utvecklingen av den solcelldrivna

anläggningen (baserat på konceptet ActiveLights) inriktades mot avancerad styrning för att

förlänga den batteribaserade driftstiden. Utvecklingen avsåg främst dagsljusstyrning samt

optimering av driftcykler och armaturernas batterilagringskapacitet utifrån trafik,

ljusförhållanden och tillgång till solenergi för laddning av batterier.

Vid projektets inledning var inte teststräckan för styrning av nätansluten belysning bestämd.

Trafikkontoret undersökte olika alternativ och valet föll på en sträcka i bostadsområdet

Åkeslund i närheten av Brommaplan (Teststräcka 2). Sträckan bedömdes vara mer typisk för

gång- och cykelvägar än föregångaren Kungsholmstrand. Val av armatur fastställdes efter

provbelysning. Valet föll på Fagerhult Lunnova som bedömdes vara väl anpassad för

belysning av denna typ av väg och dessutom har tillräcklig inre volym för att möjliggöra

inbyggnad av radio/styrenhet. Ett arbete genomfördes också för att ta fram tekniklösning för

installationen. Lösningen byggde på föregångaren på Kungsholmen men utvecklades på

flera sätt, framförallt i att bygga in tekniken som behövs för styrningen i armaturen och

därmed uppnå både en estetiskt mer tilltalande lösning och en konstruktion som är enklare

att installera. Konstruktionen är också mindre känslig för både väder och vandalism än

föregångaren som installerades på Kungsholmen.

Under utvecklingsfasen påbörjades även arbetet tillsammans med KTH för att planera hur

utvärderingen av de båda sträckorna skulle genomföras, både i form av mätning av

energiåtgången och intervjuundersökningar. Detta innefattade att dokumentera de båda

10

sträckorna och även genomföra en första intervjuundersökning (ett 30-tal genomförda

intervjuer på vardera teststräckan) för att fånga trafikanters uppfattning om förhållandena

före installationerna. KTH var också delaktig i hur anläggningarna utformning, särskilt när

det gäller Djurgården (t.ex. aspekter på placering av stolparmaturer respektive

belysningspollare).

Under denna fas utvecklade även Tritech ett webbaserat gränssnitt som gör det betydligt

enklare att ställa styrparametrarna för Teststräcka 2.

Figur 2 Webbaserat gränssnitt

2. Installation

Utrustning togs fram för de båda teststräckorna och installation inleddes kring september

2014. Teststräcka 2 var färdigställd under september. Leverans av stolpar till Djurgården

(Teststräcka 1) blev fördröjd och den anläggningen blev färdigställd i slutet av oktober.

I samband med att båda installationerna var klara genomfördes en pressträff den 19

november 2014 där även anläggningen på Djurgården visades upp. Pressaktiviteten

resulterade i ett antal tidningsartiklar (Elektroniktidningen, Ljuskultur, Mitt i Bromma, Mitt i

Östermalm) samt ett inslag i SVT:s regionala nyhetsändningar, ABC.

11

Figur 3, Pressvisning på Djurgården 19 november 2014 (trafikborgarråd

Daniel Helldén och parkchef Gunnar Björkman)

3. Test, utvärdering och resultatspridning

Tester och utvärdering av dessa påbörjades direkt efter anläggningarnas färdigställande i

oktober respektive november 2014. KTH samlade in data via dels elmätningar (sträcka 2)

dels via intervjuer med trafikanter (båda sträckorna). För elmätning användes Tritechs

fjärravläsningssystem. Båda sträckorna dokumenterades även med luminansfoton.

För sträcka 1 (Djurgården) genomfördes intervjuer i två omgångar först med inställning 4 W

och därefter med inställning 2W.

För Bromma undersöktes fem olika fall (scenario #0 – scenarion #4) ca en vecka vardera. För

de fyra första (#0-#3) genomfördes både intervjuer och energimätningar. För scenario #4

(nattsänkningsfunktion) genomfördes endast energimätningar. Efter genomfört scenario #2

upptäcktes att några armaturer inte svarade på styrning (dimrade inte ner från 100%). På

grund av detta repeterades scenario #1 och #2 med genomförande av energimätningar

(dock inga intervjuer).

Utvärdering av insamlad data genomfördes löpande av KTH som presenterade sina första

resultat i december 2014. Kompletterande datainsamling och utvärdering fortsatte sedan

under 2015 och presenterades i november 2015 i slutrapporten Evaluation of advanced

lighting control systems for outdoor lighting- Results from installatons at Bromma and

12

Djurgården . En publicering gjordes även som ett konferensbidrag 3 till CIE i Manchester i

slutet av juni 2015 .

Under 2015 genomfördes även ett arbete kring utformning av teknisk plattform för

kommunikation med öppet protokoll för styrning av utomhusbelysning. I första steg

undersöktes eventuella redan existerande lösningar. Därefter vidtog ett arbete för att

beskriva hur en standard skulle kunna utformas. Tritech genomförde båda dessa arbeten och

har dokumenterat behovs och -marknadsundersökningen i rapporten Behovs- och

marknadsanalys ASNU API, 2015-06-30 och förslag till specifikation i rapporten Technical

specification of the ASNU API Specification, 2015-09-28.

Projektet genomförde slutligen ett seminarium den 25 november 2015. Inbjudan var

kommuner , konsulter, leverantörer av utrustning m.fl. Totalt deltog ett 30-tal personer på

seminariet, som förutom presentation av projektresultat och diskussioner även gav

möjlighet för deltagarna att besöka och studera anläggningen i Bromma/Åkeslund.

3 HUMAN RELATED URBAN-LIGHTING BY ADVANCED CONTROL SYSTEM (Ejhed J, Branzell P-H, Theocharoudis D)

13

6 RESULTAT, SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER

Här nedan beskrivs resultaten från de båda testträckona relativt översiktligt. Metod för

utvärdering och resultatredovisning finns djupare beskrivet i KTH:s slutrapport Evaluation of

advanced lighting control systems for outdoor lighting- Results from installatons at Bromma

and Djurgården .

6.1 RESULTAT DJURGÅRDEN (TESTSTRÄCKA 1)

Teststräckan

På Djurgården har 74 solcellsdrivna närvaro- och dagsljusstyrda LED-armaturer installerats.

Dessa fungerar helt fristående från elnätet. Längs med de Besches väg som tidigare saknat

belysning har Kungliga Djurgårdens Förvaltning installerat 42 stycken Active Lights

Gatubelysning samt 32 stycken pollare. Belysningen drivs av solenergi och är närvarostyrd.

Systemet har en avancerad ljusstyrning och radiokommunikation mellan stolparna, vilket

innebär att ljuset tänds upp längre fram på vägen för att skapa en trygghet för gående.

Figur 4, Installationen på Norra Djurgården längs de Besches väg

Tekniken

Belysningssystemet ActiveLights som installerats, innehåller en solpanel (vertikalt

monterad), batteri 10Ah, närvarosensorer, radiokommunikation, styrsystem samt en

reglerbar 1-10 W LED-armatur (400-1500 lumen).

14

ActiveLights drivs med enbart solljus och kräver därför ingen kabeldragning. Systemet

känner av trafikantens riktning och tänder upp tre stycken armaturer framöver (ca 60-70m).

Armatureffekten kan ställas in, för installationen på Djurgården har 4 respektive 2 W

använts. När det inte längre finns indikering återgår systemet till låg nivå, för den aktuella

installationen på Djurgården innebär det att armaturerna släcks helt för att spara energi.

I projektet har Leading Light utvecklat en avancerad ljusstyrning, vilket innebär att

armatureffekten justeras efter omgivningens ljus. För installationen på Djurgården har 4 W

respektive 2 W använts som nivåer.

Figur 5, Solcellsdrivna pollare dagtid Figur 6, Stolparmaturerna kvällstid

Figur 7, Indikering för upptändning av ActiveLights systemet på Djurgården

15

Resultat

Intervjuundersökningen före installationen (27 deltagare) visade att 83% ansåg att de skulle

använda vägen mer om det var upplyst efter mörkrets inbrott. 60% använde inte vägen alls

när det var mörkt.

Två separata intervjuundersökningar genomfördes efter installationen (med 21 respektive

22 deltagare).

Den första undersökningen var inriktad på att fråga om de allmänna visuella

förutsättningarna på vägen. En tredjedel tyckte nu att belysningsförhållandena var

tillfredställande jämfört med bara 7 % före installationen. Andelen som tyckte att det var

svårt att se längs med hela vägen hade sjunkit från 29 % till 5 %. Antalet personer som tror

att de kommer att använda vägen mer, med installationen på plats, har gått upp från 83 %

till 95 %. Det mest intressanta resultatet är dock det faktum att 43 % av de svarande inte

använde vägen kvällstid, före installationen.

Den tredje undersökningen utökade frågorna för att ta reda mer om vilka av aspekterna:

"Känslan av säkerhet", "Att se hinder på vägen" och "Se vart vägen leder" som hade

förändrats mest och hur viktiga de svarande tyckte att de olika aspekterna är. Det

konstaterades att alla områden hade förbättrats, men "Att se var vägen leder" hade

förbättrat mest, följt av "Att se hinder på vägen" och den minsta förbättringen var för

"Känslan av säkerhet". När de svarande fick rangorda vilka aspekter som är viktigast

rankades "Känslan av säkerhet" högst, följt av "Att se hinder på vägen". På frågan "Vill du se

den här typen av belysning på fler sträckor i området?” svarade hela 80 % ja.

Sammanfattningsvis visar de genomförda intervjuerna att trafikanterna överlag är positiva

till installationen. Nästan alla (95 %) tror att de kommer att använda vägen oftare nu när den

är belyst och 43 % av de intervjuade använde inte vägen kvällstid före installationen. Även

mätningar av antalet passager på vägen visar tydligt på den ökade populariteten. Antalet

passager ökade från ca 40-50 st/dag innan det fanns belysning till 150-180 st/dag.4

Vintern 2014/2015 var exceptionellt solfattig och det var tydligt att det fanns för lite solljus

mellan november och februari för att installationen skulle fungera hela natten med den

trafik som förekom. På grund av detta beslutades det att batterierna skulle bytas ut mot

fulladdade batterier en gång i månaden. Det tar ungefär 2-4 minuter att byta ut batterierna

på varje stolpe, vilket bedömdes som acceptabelt av driftpersonalen. Inom Leading Light

pågår utveckling av lösningar med större batterikapacitet.

4 Uppgift från Leading Lights räkning av passager

16

KTH har sammanfattat följande slutsatser från studien av Teststräcka 1:5

Energi - Att distribuera ut energin genom användning av avancerad styrning är en

nödvändighet för installationen. Den aktiva tiden är lite över en timma så utan den

anpassningen hade vi endast kunna erbjuda ljus mellan tex. 18.00 – 19.20

Trygghet – 2W ger mycket låga nivåer av ljus (2 lx under stolpar) vilket närmast kan liknas vid

fullmåne. Den mängden ljus verkar, trots sin låga nivå, ha en positiv påverkan på

trygghetsupplevelsen på sträckan. Släckta stolpar uppfattades mer negativt än den låga

ljusnivån om man ser till de spontana kommentarerna.

Miljö – Det naturliga mörker som finns på Djurgården spelar en avgörande roll för

uppfattningen av installationen. Vägens sträckning ger goda förutsättningar för

mörkeranpassning vilket betyder att även låga nivåer av ljus ger oss möjlighet att se. Ljuset

från omgivande ljuskällor, månen en klar natt eller himlen över Stockholm en molnig,

påverkar fortfarande upplevelsen av sträckan.

6.2 RESULTAT BROMMA/ÅKESLUND (TESTSTRÄCKA 2)

Teststräckan

I Bromma har 32 nya LED-armaturer installerats. Projektet bygger vidare på erfarenheter

från en tidigare testinstallation av 34 närvarostyrda armaturer längs Kungsholmstrand som

genomfördes under 2012-2013. Längs gångvägen mellan Tunnlandsvägen och Gustav III:s

väg i Bromma har Trafikkontoret bytt ut de gamla stolparmaturerna mot moderna LED-

baserade armaturer från Fagerhult. Armaturerna har försetts med ett radiobaserat

styrsystem från Tritech. Systemet möjliggör avancerad och behovsanpassad ljusstyrning,

genom ökat ljus där trafikanter befinner sig och dit de är på väg.

Figur 8, Installationen i Bromma/Åkeslund mellan Tunnlandsvägen och Gustav III:s väg

5 Presentation vid seminarium 2015-11-25, Per-Henrik Branzell

17

Tekniken

Armaturen (Fagerhult Lunova) är bestyckad med LED – 45W. Styrningen sker via radio

(Meshnet) 869 MHz. Styrutrustningen och närvarosensorn har byggts in i och monterats på

Fagerhults armatur.

Figur 9, Armaturen Lunnova med monterad sensor

Vid indikering av närvaro dimras armaturen upp till en hög nivå (t.ex.100 %). Ytterligare ett

antal armaturer före och efter den som har fått indikeringen dimras samtidigt upp (t.ex. tre

före och tre efter). Efter en viss tid utan indikering (t.ex. 60 sekunder) sker återgång till låg

nivå (t.ex. 40 %). Samtliga exemplifierade parametrar går att ändra så att konfigurationen

kan anpassas till olika behov. Konfigureringen kan enkelt ändras via ett webbaserat verktyg.

Figur 10, Stolparmaturerna kvällstid, vid olika effektnivåer 10-100%

18

Figur 11, Indikering för upptändning av systemet i Bromma/Åkeslund

Resultat

Ett antal olika inställningar (scenarios) har prövats under cirka en vecka vardera. Låg nivå

(50%, 30%, 20%) och tidsinställning samt återgång till låg nivå (60 och 30 sekunder) har

varierats och jämförts med ett scenario utan närvarostyrning. För varje scenario har mätning

av elförbrukningen gjorts och intervjuer genomförts med trafikanter.

De testade scenariorna framgår av tabellen nedan.

# Hög nivå Låg nivå Avvikande (3 stolpar vid resp. ingång)

Antal armaturer före och efter

Tid vid hög nivå

#0 100% 100% - - -

#1 100% 50% Ja

(min 70%) 3 60 s

#2 100% 30% Nej 3 30 s

#3 100% 20% Nej 3 60 s

Scenario #0 innebär att styrsystemet inte påverkar belysningen utan den är fullt påslagen

hela den mörka tiden på dygnet.

Scenario #1 motsvarar det scenario som bedömdes vara det bästa vid testerna på

Kungsholmsstrand. Detta var det enda scenariot som använde funktionen att lägga

armaturerna vid respektive parkvägsentré på en högre lägsta nivå. Detta i syfte att göra

entréerna mer attraktiva.

19

Figur 12 Energigrafer för Scenario 1-3 mellan kl 18:00 och 06:00

Energibesparingen jämfört med scenario #0 har legat mellan 29 % (#1) och 51 % (#2 och #3).

Intervjuerna med trafikanter indikerar att scenariot #2 med endast 30 sekunder till

neddimring är för kort. Enkätundersökningen visar här lägre betyg för ”trygghet” och ”om

man har nog med ljus för att se”. En del negativa kommentarer förekom från personer som

bröt rörelsemönstret t.ex. hundägare.

För scenarierna #1 och # 3 förefaller inte trafikanterna ha påverkas negativt av styrningen.

Ytterligare ett scenario #4 genomfördes, dock enbart med energiutvärdering (inga

intervjuer). Vid detta scenario gjordes en särskild nattsänkning mellan kl 23.00 och 06.00.

(hög nivå 70 % istället för 100 % och låg nivå 30 % istället för 50 %). Besparingen blev då ca

39 %.

Visuell utvärdering av en referensgrupp från KTH gav resultatet att 40 % ljusnivå vid frånvaro

gav en tillräcklig ljusnivå för att parkvägen skulle upplevas som attraktiv. Lägre ljusnivå skulle

kunna upplevas som ett hinder för att välja parkvägen, speciellt vid entréer där det är hög

belysningsnivå på intilliggande gata.

20

Ett långtidstest (6 månader) har därför genomförts med inställningarna:

• Hög nivå 100%

• Låg nivå 40%

• Tid för återgång 60 sekunder

• Antal armaturer som dimras upp före och efter har varit 3 stycken

Denna inställning resulterade i en besparing av ca 43%.

KTH har sammanfattat följande slutsatser från studien av Teststräcka 2:6

Energi - Att spara upp till 50 % energi i en välfungerande installation ger inga negativa

upplevelser för användare – det märks knappt. Den lägre nivån ”LOW” är den mest

avgörande och effektiva faktorn för att spara energi på sträckan (bör ej sättas till 0 %).

Trygghet - Till skillnad mot ”nattsänkning” så sänker man inte nivån för de som behöver

ljuset bäst – när man går ensam mitt i natten. Inga negativa effekter på

trygghetsupplevelsen på sträckan om man väljer tillräckligt högt antal stolpar och

tidsfördröjning innan återgång till låg nivå.

Miljö – Bromma installationen var i den lägre nivån 70 % av tiden och även vid hög intensitet

är det inte säkert att hela installationen är i den högre nivån. Viktigt att man anpassar den

lägre nivån till omgivningen och angränsande ljusinstallationer. Styrning av ljuset ger mindre

spilljus i omgivningen (light-pollution).

6.3 RESULTAT STANDARDISERAT OCH LEVERANTÖRSOBEROENDE GRÄNSSNITT

Ett standardiserat och leverantörsoberoende gränssnitt för styrning har bedömts som viktigt

för att möjliggöra en snabbare expansion av avancerad närvarostyrning och därmed

snabbare nå mer energieffektivisering. Det är också intressant om en sådan standardisering

innebär att styrning kan fungera både självständigt och med uppkoppling mot ett centralt

system. Idag är de stora beställarna försiktiga med att låsa in sig mot en specifik lösning som

innebär att antalet leverantörer av armaturer och styrsystem begränsas. Projektet har därför

studerat hur en sådan standardisering skulle kunna utformas.

Arbetet inleddes med en behovs- och marknadsanalys (se rapporten Behovs- och

marknadsanalys ASNU API, 2015-06-30). Marknadsunderökningen gav inte särskilt mycket

information som bedömdes relevant att bygga vidare på utifrån de behov som hade

identifierats. Ett flertal system för belysningsstyrning existerar på marknaden. De flesta har

6 Presentation vid seminarium 2015-11-25, Per-Henrik Branzell

21

enbart med av/på-styrning av armaturer från en central plats och ger därmed inte så mycket

ledning till hur ett allmänt API bör byggas upp. Det system som Leading Light använder i

pilotanläggningen på Djurgården stämmer dock ganska väl överens med de funktioner som

även önskas i det generella gränssnittet.

Efter behovs- och marknadsanalysen fortsatte arbetet med att ta fram en specifikation med

syfte att kunna ligga till grund för fortsatt utvecklingsarbete. Se rapporten Technical

specification of the ASNU API, Tritech, 2015-09-28.

Grundtanken är att komma bort från leverantörsunika lösningar vilket innebär stora fördelar

för anläggningsägaren. T.ex. kan man byta ut armaturer med styrning mot andra fabrikat och

ändå ha kvar funktionen i hur de interagerar med sina äldre grannarmaturer.

Tanken är även att armaturerna ska kunna fungera självständigt. De flesta lösningarna på

marknaden bygger på att det finns ett övergripande system. Detta utesluts inte, men i

grunden ska de olika enheterna kunna fungera och interagera med sina grannar utan

inblandning av ett centralt system. I många fall kan det finnas önskemål om att kunna

övervaka anläggningen och ställa styrfunktioner via ett centralt system. Funktion för detta

ska finnas men behöver nödvändigtvis inte aktiveras.

Armaturerna bör kunna fungera ”plug-and-play” utan någon särskild konfiguration. Det

innebär att de är fabriksinställda avseende styrparmetrarna. Det behöver dock finnas ett

gränssnitt som möjliggör att ändra parametrarna lokalt (t.ex. via en smartphone med wifi).

Den föreslagna specifikationen baseras på HTML-likande protokoll (coAP eller liknande) samt

IPV6. Kommunikation föreslås ske via radio, öppet band 2,4 GHz7. Säkerhetsaspekten är

viktig. Det måste finnas en säkerhetsnivå som väsentligt försvårar intrång och

omprogrammering.

Svårigheter som behöver hanteras är hur en nod kan hitta sina grannar t.ex. vid utbyte.

Detta löses genom att varje stolpe tilldelas koordinater som sedan kommuniceras till dess

grannar. En annan svårighet är stolpar som ingår i olika slingor vid korsningar/förgreningar

ska kunna samverka (eller att inte påverkas av varandra). Detta löses genom att införa

begreppet grupper av stolpar.

Ett antal styrande parametrar föreslås

Var är armaturen placerad (Longitud, Latitud)

Hög ljusstyrka (t.ex. 100%)

Låg ljusstyrka (t.ex. 40%)

Avstånd till grannar att tända upp (t.ex. 80m, åt alla håll)

Tid med hög ljusstyrka innan återgång till låg (t.ex. 60 sekunder)

7 Utrustningen som använts på teststräckorna baseras på 869 MHz

22

Dessa standardparmetrar är tillräckliga för att åstadkomma styrning på det sätt som har

demonstrerats på Kungsholmsstrand och Bromma/Åkeslund. En tillverkare kan sedan välja

att lägga till ytterligare parametrar/funktioner men med dessa som minsta gemensamma

nämnare kan armaturer från olika fabrikat vara utbytbara i samma belysningsanläggning.

Målet är att gränssnittet utvecklas som ”open source”. Då kan API:er användas i liknande

projekt och redigeras utan begränsning.

Ett fortsatt utvecklingsarbete föreslås ske i ett antal steg

1. Ett ”proof of concept” av protokollet (körs enbart i datorer) 2. En kontors-demo (testa/utveckla funktionerna i labb-miljö)) 3. En teststräcka utomhus i verklig miljö 4. Teknikupphandling eller likande baserat på utvecklingen

6.4 RESULTAT JÄMFÖRANDE LCC-KALKYLER OCH UTSLÄPP AV KOLDIOXID

Solcellsdriven anläggning jämfört med en nätansluten

En livscykelkostnadskalkyl (LCC) har gjorts för att jämföra en solcellsdriven anläggning med

en nätansluten. Kalkylen jämför nuvärdeskostnaden för drift och underhåll under

kalkyltiden för de båda typerna av anläggning. Kalkylen är gjord för en ljuspunkt/armatur.

Kalkylen har gjorts med följande förutsättningar:

Kalkyltid: 30 år

Ränta (real): 2 %

Elkostnad: kr/kWh (exkl. moms)

o El: 0,30

o Nät (fast o rörligt): 0,50

o Elskatt: 0,29

o Summa: 1,09

Prisutveckling el (real): 0 % respektive 2 %

Batteribyte (solcellsdriven anläggning): 2000 kr vart 7 år

Armaturbyte/LED (nätansluten): 3000 kr efter 15 år8

Armaturens effektbehov nätansluten anläggning (21 W inkl. driftdon)

Drifttid per år: 4000 timmar

8 Den solcellsdrivna armaturen bedöms hålla hela kalkylperioden

23

Nuvärdekostnad drift och underhåll blir då:

0 % real elprisutveckling 2 % real elprisutveckling

Solcelldriven 5 613 kr 5 613 kr

Nätansluten 4 286 kr 4 968 kr

Skillnad 1 327 kr 645 kr

Som framgår av tabellen får den solcelldrivna anläggningen en lägre livscykelkostnad om den

initiala investeringen blir runt 1 000 kr billigare än den nätanslutna.

Produktkostnaden för en solcelldriven stolpe inkl. armatur, styrning och batteri (Active

Lights) är ca 20 000 kr (exkl. fundament). Kostnaden för en vanlig LED-armatur (18W) och

stolpe är ca 7 000 kr. Kostnad för fundament är i båda fallen ca 1 500 kr. 9

Man kan då konstatera att om schakt, kabeldragning, elanslutning för en nätansluten

anläggning överstiger ca 14 000 kr per ljuspunkt (20 000 -7 000 + 1000) blir

livcykelkostnaden totalt sett högre än för en solcellsdriven.

En beräkning har även gjorts vad gäller utsläpp av koldioxid (ekvivalenter) under driftfasen.

Den nätanslutna anläggningen släpper ut 8,4 kg per och ljuspunkt räknat vid

100 g/kWh (motsvarar ungefär den nordiska elproduktionen10). När det gäller den

solcellsdrivna anläggningen bör man dock beakta batteribytena och de utsläpp som dessa

leder till vid produktion och återvinning. Någon beräkning av detta har dock inte gjorts inom

ramen för projektet.

Nätansluten anläggning med och utan styrning

En livscykelkostnadskalkyl (LCC) har gjorts för att jämföra en nätansluten anläggning med

och utan styrning av den typ som har testats i Bromma/Åkeslund. Kalkylen jämför

nuvärdeskostnaden för drift och underhåll under kalkyltiden för de båda typerna av

anläggning. Kalkylen är gjord för en ljuspunkt/armatur.

Kalkylen har gjorts med följande förutsättningar:

Kalkyltid: 30 år

Ränta (real): 2 %

9 Uppgifter från Leading Light

10 Sverige tillhör den gemensamma nordiska elmarknaden. Ett angreppssätt är därför att utgå från den nordiska

elproduktionen, där 1 kWh i genomsnitt ger ca 100 gram utsläppt koldioxid. (Svensk Energi 2015)

24

Elkostnad: kr/kWh (exkl. moms)

o El: 0,30

o Nät (rörligt): 0,20

o Elskatt: 0,29

o Summa: 0,79

Prisutveckling el (real): 0 % respektive 2 %

Armaturens effektbehov nätansluten anläggning (50 W inkl. driftdon)

Styrningen leder till lägre elbehov med: 50%

Drifttid per år: 4000 timmar

Nuvärdekostnad för driftel blir då:

0 % real elprisutveckling 2 % real elprisutveckling

Anläggning utan styrning 3 624 kr 4 802 kr

Anläggning med styrning 1 812 kr 2 401 kr

Skillnad 1 812 kr 2 401 kr

Som framgår sparar en ljuspunkt i den styrda anläggningen ca 2 000 kr över kalkyltiden 30 år.

För att det ska vara lönsamt får merkostaden för styrning inklusive merkostnad i samband

med armaturbyte (antas ske efter 15 år) inte överstiga elbesparingen. Nuvärdesberäknat och

med antagandet att merkostnaden är lika vid utbytet efter 15 år får merkostnaden maximalt

uppgå till 1050 kr vid 0 % real elprisutveckling och 1400 kr vid 2% real elprisutveckling.

En aspekt som inte har värderats är hur styrningen kan påverka livslängden på LED-

armaturen. Om man driver LED-modulen med lägre effekt under stora delar av den totala

tiden kan man anta att livslängden förlängs. Samtidigt införs ytterligare

elektronikkomponenter vilket skulle kunna leda till kortare livslängd. Det krävs mer studier

för att kunna bedöma den samlade effekten.

En beräkning har även gjorts vad gäller utsläpp av koldioxid (ekvivalenter) under driftfasen.

Anläggningen utan styrning släpper ut 20 kg per år och ljuspunkt räknat vid

100 g/kWh (motsvarar ungefär den nordiska elproduktionen11). Detta utsläpp halveras med

hjälp av styrningen. Besparingen blir därmed 10 kg per år och ljuspunkt.

11

Sverige tillhör den gemensamma nordiska elmarknaden. Ett angreppssätt är därför att utgå från den nordiska elproduktionen, där 1 kWh i genomsnitt ger ca 100 gram utsläppt koldioxid. (Svensk Energi 2015)

25

6.5 MÅLUPPFYLLELSE

I tabellen nedan jämförs projektmålen i kapitel 4 med uppnådda resultat.

Projektmål Uppnådda resultat

Vidareutveckla/optimera (närvaro- och

ljussensorstyrning, funktion,

energikonsumtion och batterikapacitet) för

solcellsdrivna armaturer

Uppnått genom den utveckling som Leading Light

har gjort inom ramen för projektet. Bland annat

gäller detta styrning mot omgivningsljus.

Testa och utvärdera strategier för avancerad

närvarostyrning för belysning av GC-vägar

som uppfyller balanserat krav på

energieffektivitet, ekonomi och

trafikanternas komfort (trygghet, säkerhet,

visuell kvalitet);

Uppnått genom uppbyggnad av de båda

teststräckorna och det därpå följande

utvärderingsarbetet.

Vidareutveckla/utvärdera avancerad

närvarostyrning av nätanslutna armaturer

mot mål att nå lägre kostnader för

installation och drift samt

standardiserat/öppet API

Uppnått genom den utveckling som Fagerhult och

Tritech har gjort inom projektet. Framförallt har

styrutrustningen integrerats med armaturen

vilket leder till betydligt enklare installation.

När det gäller standardiserat/öppet API har ett

förslag utarbetas som grund för fortsatt

utveckling

Inriktningsmål är att den avancerade

belysningsstyrningen ska ge minst 50 %

energibesparing (jämfört med ordinär drift)

utan avkall på trafikanternas upplevda

komfort.

Genomförda energimätningar och intervjuer med

trafikanter visar att en besparing på över 50 % är

möjlig. I det s.k. scenario #3 blev besparingen

51% utan att trafikanterna verkade ha påverkas

negativt.

Projektet skall skapa en transparent

jämförelse av livscykelkostnad för GC-

vägbelysning för (i) nätanslutna armaturer

utan styrning, (ii) nätanslutna armaturer med

avancerad närvarostyrning, (iii) solcellsdrivna

armaturer.

Beräkningar har genomförts som jämför dels

nätansluten och solcelldriven anläggning dels

nätanslutna anläggningar med och utan styrning.

Se kapitel 6.4.

26

6.6 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER

Projektet har visat att avancerad belysningsstyrning kan spara energi utan att påverka

trafikanternas visuella upplevelse negativt. Med hjälp av närvarodetektorer på varje armatur

och radiokommunikation mellan armaturerna kan man styra belysningsanläggningen så att

högre ljusnivåer görs tillgängliga endast när och där de behövs. Besparingar på mer än 50%

har visat sig möjlig i installationen Bromma/Åkeslund utan att man kan urskilja någon större

skillnad i hur trafikanterna upplever anläggningen jämfört med när den inte styrs.

Installationen på Djurgården visar att avancerade ljusstyrningssystem också kan användas

för att förbättra möjligheterna att använda solcellsdriven belysning genom minska eluttaget

från batterierna. Trots från början låga ljusnivåer och en styrning som innebär att

armturerna släcks helt när närvaro inte indikeras, verkar trafikanterna vara positiva till

anläggningen, vilket även visar sig i en ökad trafik på sträckan efter installationen.

Parterna i projektet har bedömt resultaten som mycket uppmuntrande och denna typ av

avancerad styrning verkar ha en stor potential framöver. Den ekonomiska utvärderingen

visar att merkostnaden för avancerad styrning maximalt får uppgå till drygt 1 000 kr per

belysningspunkt. Med fortsatt utveckling och kommersialisering är det högst rimligt att

merkostnaden i större produktionsvolymer kan bli lägre än så. För att dessa större volymer

ska bli verklighet kommer dock utvecklingen av standardiserat och leverantörsoberoende

gränssnitt för kommunikation med och mellan armaturerna vara en väsentlig faktor. Inom

projektet har en första teknisk specifikation för ett sådant gränssnitt beskrivits. Ett fortsatt

arbete förslås fokusera på att driva utvecklingen vidare mot en allmänt accepterad generell

standard.

************************