Smart Lighting nell’illuminazione stradale

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L’attenzione al consumo di energia elettrica risulta essere un aspetto sempre più cruciale per quanto riguarda la sostenibilità di qualsiasi progetto. Tale aspetto coinvolge pienamente anche lo sviluppo innovativo delle Smart City poiché la sostenibilità può essere vista e raggiunta da diverse prospettive. Forte del processo tecnologico (soprattutto con il passaggio alla tecnologia LED) e della rivoluzione industriale IoT (ossia l’interconnessione in internet di qualsiasi tipologia di oggetto) nasce il concetto dello Smart Lighting (illuminazione intelligente) associato in particolar modo all’illuminazione stradale e non solo quella civile all’interno delle proprie case o uffici. In questo articolo andremo ad approfondire cos’è e come funziona l’illuminazione cosiddetta “intelligente” per le nostre città.

Introduzione

Siamo abituati a pensare all’illuminazione pubblica stradale come un insieme di lampioni e luci, ma in realtà un sistema di illuminazione pubblica è molto di più dei semplici oggetti di cui è formata. In particolare, dal punto di vista sociale è un elemento fondamentale per una città in quanto un sistema efficiente e ben concepito consente di mantenere elevato il livello di sicurezza delle strade cittadine, ridurre la criminalità e il rischio di incidenti. Dunque gli impianti di illuminazione urbana sono oggetto di un continuo miglioramento e rinnovamento per garantire livelli sempre più elevati di efficienza energetica e di sicurezza della collettività.

L’avvento della tecnologia LED nel settore dell’illuminazione ha consentito un salto generazionale nella qualità dell’illuminazione in tutti i settori: dall’interno all’esterno, dal civile all’industriale. La tecnologia LED (detta anche illuminazione a stato solido SSL) è una soluzione molto efficiente già in ambito civile ed industriale. Infatti, il processo evolutivo ha consentito di ottenere elevati standard di qualità e una drastica riduzione dei costi dettata dall'elevato volume di oggetti prodotti. Inoltre, elevati sforzi sono stati condotti per ottenere una tecnologia sostenibile, ossia a basso impatto ambientale dal punto di vista dei materiali di cui è costituita, che in genere non sono inquinanti.

Purtroppo all’interno delle città in molti casi è stato un passaggio “forzato”, ossia una sostituzione delle vecchie lampade rotte con delle nuove a tecnologia LED senza un vero e proprio progetto di rinnovamento del sistema di illuminazione. Soltanto con la recente rivoluzione “Smart” ed “ecosostenibile” le città si stanno rifacendo il look impegnandosi a costruire un ambiente più verde e pulito con particolare attenzione al cambiamento climatico e altre questioni ambientali. In questo continuo impegno si è arrivati a ridiscutere e improntare nuovi concetti e progetti di impianti di illuminazione come piattaforme per offrire servizi all'avanguardia.

La funzione light-on-demand

Tra i sistemi di illuminazione intelligente troviamo principalmente due categorie: i sistemi altamente integrati, ossia dotati di sensoristica evoluta per la gestione dei flussi, e sistemi senza sensori che rientrano sempre tra i sistemi intelligenti in quanto sono programmabili.

All'interno dei sistemi di illuminazione più evoluti spesso ritroviamo la funzionalità di light-on-demand, ossia sistemi in grado di incrementare e regolare il flusso luminoso emesso in funzione della presenza dei veicoli o dei pedoni. Il motto principale è:

La luce è necessaria solo se è presente qualcuno

Sembra una banalità ma la corretta gestione dei livelli di luce è un aspetto cruciale in quanto la luce può influenzare la visibilità e può causare effetti di abbagliamento. In linea generale, la funzionalità di light-on-demand la ritroviamo come parte integrante di lampioni "intelligenti" che integrano una sensoristica ad hoc per l'individuazione e l'identificazione di oggetti in movimento quali veicoli, velocipedi o pedoni. In genere viene utilizzato un sensore PIR (Passive InfraRed) che è in grado di individuare oggetti nel suo campo di osservazione attraverso la radiazione infrarossa. Con la possibilità di interazione tra lampioni adiacenti è possibile dunque realizzare un flusso luminoso che "insegue" letteralmente l'utente (sia esso il veicolo, una bici o un pedone) in modo da evitare abbagliamenti improvvisi e rendendo la funzionalità gradevole.

Adottando questa soluzione è possibile ridurre drasticamente il consumo energetico (fornendo elevati flussi luminosi soltanto quando necessari e mantenendo un'illuminazione media minima) garantendo al tempo stesso un elevato grado di sicurezza per le differenti tipologie di utenti della strada. Inoltre, sicuramente non risulta trascurabile la riduzione dell'inquinamento luminoso.

Connettività ad Internet

L’evoluzione del lampione dell’illuminazione può fare in modo che l’impianto non sia più semplicemente una fonte di luce, ma diventi un sistema intelligente di diagnostica ambientale della città, capillare e preciso per l’acquisizione di grandezze fondamentali quali: qualità dell’aria, inquinamento acustico, luminosità, temperatura. Da un progetto concepito come riduzione del costo si sta creando dunque un sistema in grado di migliorare la vita e la sicurezza dei cittadini nei contesti urbani.

L’interconnessione alla rete dei dispositivi di illuminazione consente di gestire l’impianto in maniera efficace, controllando la quantità di luce emessa (che può di fatto dipendere dalle condizioni ambientali e non più semplicemente con un interruttore crepuscolare) nonché l’accensione o lo spegnimento in determinate situazioni. Dunque l’impianto di illuminazione stradale, per essere smart deve essere necessariamente connesso. L’evoluzione tecnologica dell’IoT, in particolar modo con la rivoluzione industriale 4.0, ha dato un forte slancio al settore delle comunicazioni tanto che negli ultimi anni sono nati innumerevoli protocolli di comunicazione, sia wireless che wired. La rete di interconnessione è una scelta fondamentale anche in termini di servizi “extra” che si vogliono offrire al cittadino attraverso l’impianto di illuminazione stradale. A conferma di ciò troviamo dei trend di mercato che mostrano una richiesta sempre maggiore di oggetti wireless che possano essere interconnessi a piattaforme software di gestione della città.

Funzionalità EXTRA

Il trend di mercato dell’illuminazione intelligente è in continua crescita e sempre di più vengono sviluppati dei progetti innovativi che includono non solo lo smart lighting ma anche servizi supplementari per il cittadino. Un effetto che trova le radici nel mega trend delle SMART CITY. L'impianto di illuminazione pubblica è praticamente una rete capillare per tutta la città e questo ha sostenuto il concetto di fondo delle Smart City per poter fornire servizi all'avanguardia.

Figura 1: Servizi intelligenti fornibili con l'illuminazione pubblica

Infatti, adottando soluzioni di piattaforma per i servizi di smart city, è possibile utilizzare la rete dell'illuminazione pubblica anche per fornire e distribuire servizi intelligenti (riportati in Figura 1) quali:

  • gestione semaforica e del traffico
  • punti di ricarica per veicoli elettrici o veicoli per micro-mobilità
  • sistema informativo intelligente per il parcheggio
  • sistema informativo della città
  • sistemi di accesso alla rete per il cittadino
  • videosorveglianza

Inoltre, dotando l'impianto di illuminazione pubblica di sensori ad hoc è possibile realizzare una Sensor Network di monitoraggio dei parametri ambientali della città come l'inquinamento ambientale e acustico.

Vantaggi economici

L’utilizzo di nuove tecnologie richiede sempre un investimento iniziale maggiore, che si traduce in seguito in importanti benefici dal punto di vista della “bolletta elettrica” con un consumo energetico inferiore, e dal punto di vista della manutenzione, che si riduce incrementando al tempo stesso la qualità del servizio offerto. Un progetto di illuminazione intelligente, per fornire un reale vantaggio in termini economici, deve consentire un ritorno dell'investimento sia per quanto riguarda i costi di acquisto che quelli di mantenimento dell'intero sistema.

Per farlo è fondamentale stimare i guadagni in termini di riduzione del consumo energetico che può essere un semplice esercizio quando si parla semplicemente di passare da un'illuminazione tradizionale ad una a LED. Purtroppo, quando il sistema di impianto inizia a diventare più articolato, soprattutto quando si hanno funzionalità di illuminazione adattativa all'ambiente circostante (traffico, pedoni, gestione semaforica) e ulteriori funzionalità, allora diventa difficile poter determinare a priori l'effettiva riduzione di consumi energetici. Inoltre, il vantaggio economico non è riferito alla sola riduzione della spesa energetica ma anche all'incremento di funzionalità e servizi non quantificabili come la gestione del traffico, il sistema informativo e via dicendo. [...]

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