Oświetlenie LED oparte na PoE

| Technika

Rozwój standardu Power over Ethernet (PoE) stworzył nowe możliwości dla projektowania systemów zasilania, umożliwiając ich znaczne uproszczenie poprzez jednoczesną transmisję danych oraz energii elektrycznej za pomocą jednego łącza fizycznego – klasycznej skrętki ethernetowej. Rozwiązanie to pozwala nie tylko na budowę sieci urządzeń IoT lub Smart Home, ale również konstrukcję systemów oświetlenia opartych na lampach LED. Tekst przedstawia podstawowe aspekty, zalety oraz wady tego zagadnienia.

Oświetlenie LED oparte na PoE

Perspektywy zastosowania technologii PoE przy konstrukcji systemów oświetlenia zaczęły pojawiać się na szerszą skalę wraz z publikacją w 2018 roku dokumentu IEEE 802.3bt, nowej wersji standardu PoE wprowadzającej znaczące zmiany w definicji tego protokołu. Zmiany te umożliwiły między innymi wykorzystanie wszystkich czterech par skrętki ethernetowej do transmisji energii elektrycznej (zamiast jedynie dwóch wykorzystywanych we wcześniejszej wersji), co przełożyło się na wzrost dostępnej mocy zasilania.

Nowy standard pozwala na dystrybucję poprzez jeden port Ethernet do 90 W mocy zasilania na dystansie nieprzekraczającym 100 metrów. Jest to wartość wystarczająca do zasilenia kilku lamp- -żarówek LED o mocy od kilku do kilkunastu watów lub taśmy LED o długości nawet do kilkunastu metrów.

Historia rozwoju standardu

Pierwsza wersja standardu PoE opublikowana została w 2003 roku (IEEE 802.3af) i umożliwiała dostarczenie do obciążenia do 15 W. Po kilku latach, w 2009 roku wydano kolejną edycję standardu, określaną niekiedy jako PoE+ (IEEE 802.3at), zwiększającą moc do 50 W. Nowy standard, czyli wspomniany już IEEE 802.3bt (określany czasami jako PoE++), zapewnia do 90 W mocy. Do obsługi PoE+ oraz PoE++ wymagana jest skrętka kategorii 5, do starszej wersji PoE możliwe jest zastosowanie przewodu kategorii 3 lub 5.

 
Rys. 1. Rozwój standardu PoE zaczął się w 2003 roku, zaś najnowsza wersja ukazała się w 2018 roku

Wady oraz zalety

Technologia PoE pozwala na eliminację dodatkowego okablowania dostarczającego zasilanie do elementów oświetlenia. Umożliwia to ograniczenie kosztów instalacji oraz jej późniejszego utrzymania. Zarówno konstrukcja, jak i ewentualna modyfikacja oraz rozbudowa systemu nie wymaga ponadto konieczności wynajmowania specjalisty elektryka z odpowiednimi uprawnieniami, ponieważ zgodnie z regulacjami obowiązującymi w większości krajów do instalacji przewodów niskonapięciowych (takich jak okablowanie Ethernet) nie jest wymagane posiadanie żadnych specjalnych licencji ani dopuszczeń.

Ponadto, jeśli oświetlenie już zostało połączone z wykorzystaniem przewodów i portów Ethernet, kolejnym naturalnym i logicznym krokiem jest skorzystanie z możliwości implementacji funkcjonalności "smart", pozwalającej m.in. na zdalne zarządzanie jego pracą. Umożliwia to osiągnięcie wielu dodatkowych zdolności w zakresie sterowania światłem w pomieszczeniu, znacznie wykraczających poza prostą regulację poziomu jasności. Synteza oraz odpowiednie przetworzenie danych pozyskanych z dodatkowo zamontowanych czujników przełoży się w efekcie na większą energooszczędność systemu oraz znacząco wyższy komfort przebywających w pomieszczeniu osób, pozwalając na optymalne dopasowanie parametrów oświetlenia do chwilowych warunków otoczenia.

Posiadanie gotowej infrastruktury komunikacyjnej znacząco ułatwia tworzenie systemów inteligentnego zarządzania budynkiem. PoE świetnie współgra zatem z koncepcją smart home, opierającą się o pozyskiwanie i przetwarzanie danych z różnego rodzaju połączonych ze sobą czujników umieszczonych w obrębie całego budynku. Do najpopularniejszych zadań realizowanych przez tego typu układy zaliczyć można pomiar temperatury, wilgotności, poziomu oświetlenia, stężenia różnego typu substancji (np. dwutlenku węgla) lub obecności osób w pomieszczeniu. Odpowiednie wykorzystanie zebranych danych pozwala na bardziej efektywne sterowanie pracą zamontowanych w budynku systemów, daje również możliwości prowadzenia długoterminowej analizy zużycia poszczególnych zasobów, a następnie optymalizacji ich wykorzystania.

Należy mieć jednak na uwadze ograniczenia związane z wykorzystaniem technologii PoE przy projektowaniu systemów oświetlenia. Obecny limit mocy zasilania może okazać się wysoce niewystarczający w przypadku dużych pomieszczeń, szczególnie w sytuacji niskiej dostępności portów Ethernet. Nawet stosując najbardziej energooszczędne układy LED, trudno byłoby z wykorzystaniem jednego lub nawet kilku portów zapewnić wystarczający poziom oświetlenia całego biura lub magazynu. Warunkiem koniecznym jest zatem posiadanie lub utworzenie odpowiedniej infrastruktury ethernetowej.

Rozwój rynku

Od kilku lat zauważyć można stale rosnące zainteresowanie wykorzystaniem układów LED w połączeniu z technologią PoE. Rynek tego typu produktów rozwija się bardzo dynamicznie i według wszystkich dostępnych prognoz trend ten nie powinien w najbliższym czasie ulec spowolnieniu. Zarówno oczekiwania użytkowników, jak i rosnąca cyfryzacja i usieciowienie wszelkiego typu działalności zawodowej (w tym biurowej) wymuszają konieczność coraz powszechniejszego wprowadzania rozwiązań z zakresu inteligentnego zarządzania budynkiem, zaś elementem tego trendu jest właśnie inteligentne oświetlenie zasilane poprzez PoE. Przewiduje się, że rynek układów PoE w ciągu następnej dekady rozwijać się będzie ze skumulowanym rocznym wskaźnikiem wzrostu CAGR na poziomie ok. 14%. Całkowity dochód ze sprzedaży tego typu produktów w 2019 roku szacowany był na ok. 100 milionów dolarów, zaś przed końcem następnej dekady przekroczyć powinien wartość 300 mln dol.

Podsumowanie

System oświetlenia jest jednym z najważniejszych i najbardziej krytycznych elementów każdego budynku. Wydaje się, że obecnie nie istnieje żadna sensowna alternatywa dla oświetlenia LED, wygrywającego ze wszystkimi konkurencyjnymi rozwiązaniami na polu energooszczędności oraz niezawodności. Trudno ponadto wyobrazić sobie nowoczesne wnętrze bez systemu sterowania oświetleniem implementującego choćby podstawowe elementy koncepcji "smart", takie jak możliwość automatycznego sterowania jasnością w oparciu o porę dnia czy obecność osób w pomieszczeniu. Technologia PoE świetnie wpisuje się w te trendy, pozwalając na konstrukcję sieci zasilania oraz wymiany danych z wykorzystaniem pojedynczego fizycznego łącza, co prowadzi do ograniczenia kosztów instalacji oraz późniejszego jej serwisu. Powstała w ten sposób sieć stanowić może podstawę do dalszej rozbudowy o kolejne moduły oraz czujniki, w naturalny i prosty sposób prowadząc do konstrukcji zaawansowanego systemu zarządzania i sterowania budynkiem. System taki umożliwia zaś efektywną administrację posiadanymi zasobami, ograniczenie kosztów eksploatacji oraz znaczące zwiększenie komfortu użytkowników pomieszczeń.

 

Damian Tomaszewski

Zobacz również

Dostępne nowe wydanie
Pobierz bezpłatnie