PoE auf dem Vormarsch

Die Ansprüche an unsere Wohn- und Arbeitsumgebung verändern sich. Aspekte wie Wohlbefinden, erhöhte Sicherheit, Komfort und Energieeffizienz nehmen an Bedeutung zu. Intelligente Lösungen können eine Möglichkeit sein, diese Bedürfnisse zu erfüllen und für einen reibungslosen Betrieb zu sorgen. Vor allem in den Bereichen Büro, Gastgewerbe, Gesundheitswesen und Bildung lassen sich PoE-Innovationen schnell integrieren. Sie optimieren Unternehmen und Wohngebäude hinsichtlich Nachhaltigkeit und bilden die Grundlage für ein einfaches, sicheres, energieeffizientes und sogar kostengünstiges Steuern und Vernetzen der Gebäudetechnik.

PoE unterstützt intelligente Gebäudemanagement-Applikationen

Das Potenzial von PoE ist enorm. Der Einsatzbereich umfasst beispielsweise vorausschauende Heizung-Lüftung-Klimatechnik, personalisierte Lichtsteuerung, Indoor-Wegfindung, Asset-Tracking zur Identifizierung von Hardware- und Supportbereichen, zentral verwaltete Sicherheit, dynamische, personalisierte Beschilderung, Verfügbarkeit von Konferenzräumen in Echtzeit und flexible Arbeitsplatzzuweisung. Hohe Zuverlässigkeit, einfache Handhabung und Wartung erfüllt PoE durch das Zentralisieren der Infrastruktur.

Haupttreiber und Möglichkeiten

Die Verbreitung von PoE-Lösungen wird durch verschiedene Faktoren begünstigt. Das Bewusstsein für Ökologie und Klimaschutz steigt, Einsparungen hinsichtlich Energieverbrauch und CO₂-Emissionen rücken in den Fokus. Zudem steigt der Kostendruck und Unternehmen stehen immer mehr vor der Herausforderung, den Stromverbrauch von Kommunikations- und Datennetzen zu senken. Der technologische Fortschritt ermöglicht höhere Leistungsraten über 4-Adern-Paare. Damit verbunden sind steigende Investitionen in Ethernet-Infrastrukturen.

Gemäß der Grandview Research von BSRIA werden die Auslieferungen von PoE-Ports in den kommenden Jahren stark ansteigen. Im Jahr 2023 wird die Zahl verkaufter Ports zwischen 180 und 230 Millionen liegen. 2022 benötigt der Markt aller Voraussicht nach rund zehn Millionen PoE-Switches.

Wie die Bild 1 zeigt, nahm unter den PoE-Anwendungen die VoIP-Technologie im Jahr 2019 mit 36 Millionen (= 32 % Marktanteil) installierter Ports die Spitzenstellung ein. Es folgen die Segmente Wireless Access Points (23 %), CCTV-Kameras (18 &), Sensoren (7 %) sowie Motoren und Antriebe (4 %). Der Bereich „Andere“ umfasste 16 %. Dazu zählen BACS, A/V, Access Control und Lighting. Der Markt für PoE-Beleuchtungssysteme steckt noch in den Kinderschuhen, aber er boomt. Hier ist eine jährliche Verdopplung zu erwarten.

Diese Entwicklung bestätigt auch McKinsey. Wie aus Bild 2 ersichtlich, prognostiziert das Beratungsunternehmen der „intelligenten Vernetzung von Hardware, Software und digitalen Diensten bisher getrennter Gebäudebereiche“ das größte Wachstumspotenzial. Hier stellt die Beleuchtung den größten Treiber dar. Denn der Einfluss der Beleuchtung ist größer als bei anderen Technologien. Sie spielt auch als Wohlfühlfaktor im Wohn- und Arbeitsumfeld eine bedeutende Rolle. Zudem nimmt Beleuchtung viel Raum ein im Bereich Gebäudetechnik. Positiver Nebeneffekt: PoE-gestützte Beleuchtung ist preislich gesehen bereits heute gut umsetzbar.

PoE-Komponenten und Standards

Die Verkabelungsinfrastruktur mit ausfallsicheren, hoch performanten Kupferdatenkabeln und Steckverbindern ist für Smart-Lighting-Lösungen essenziell. Diese verbindet mit nur einer Kabelart, die mit allen PoE-basierten Geräten kompatibel ist, Sensorikgeräte und Beleuchtungselemente mit den PoE-Switches und -Gateways sowie den LED-Treibern.

Der größte Teil der Elektronik befindet sich im zentralen Rack. Nur kleine Teile des LED-Treibers sind in der Decke installiert, wo sich übrigens rund 70 % der PoE-Installationen befinden. Bei der PoE-Topologie können Anwender zwischen Mid-span- und End-Span-Netzwerken wählen. Die dominierende End-Span-Architektur verwendet einen kompatiblen Netzwerk-Switch. Wohingegen Mid-Span auf einen externen PoE-Injektor setzt.

Der zuletzt verabschiedete PoE-Standard IEEE802.3bt, nutzt alle Adern des 4-paarigen Netzwerkkabels für die Energieübertragung und kann maximale Leistungen zwischen 72 W und 90 W erzielen. So lassen sich auch größere Endgeräte wie IP-TV-Geräte in Full-HD über das Datenkabel mit Energie versorgen.

Einflussfaktoren auf die PoE-Leistungsfähigkeit

Bei der Installation gibt es auch einiges zu beachten. PoE erzeugt durch den Leitwiderstand des Kabels Wärme. Auch die Bündelgröße und Installationsumgebung des Kabels haben direkten Einfluss auf die Erwärmung und können zu einer signifikanten Temperaturerhöhung führen.

Dabei ist die Art der eingesetzten Kabelkanäle maßgeblich: Gitterkabelkanal, perforiertes Lochkabelsystem oder komplett geschlossener Kanal aus Kunststoff. Die Kabel im offenen Gitter erfahren mehr Kühleffekt durch die Luft als die Kabel im geschlossenen Kanal. Hier ist die Erwärmung höher. Die Norm EN-50174-2 besagt unter 4.5.4.2, dass der Füllgrad 40 % nicht überschreiten sollte. Je mehr Kabel im geschlossenen Kabelkanal desto größer die Erwärmung. Sind die Kabelkanäle über einer Heizung platziert, wirkt sich die abstrahlende Wärme ebenfalls auf die Performance aus. Entsprechend haben Planung und Ausführung der Installation direkten Einfluss auf die PoE-Fähigkeit eines Kabels.

Höhere Kabeltemperaturen erhöhen Widerstand und Transmissionsdämpfung. Die Folge ist eine Linklängenreduzierung des Kabels. Durch die zusätzliche Dämpfung bricht die Signalübertragung ein und der Datenstrom reißt ab. Entsprechend haben auch Symmetrie und Kabelaufbau Einfluss auf die PoE-Leistungsfähigkeit eines Kabels.

Wärmeableitung steigern und Verlustleistung reduzieren

Bei einer Betriebstemperatur von bis zu 60 °C bleiben Kabel PoE-funktionsfähig und erreichen ihre höchste übertragungstechnische Effizienz. Übersteigt die Temperatur diesen Grenzwert, sinken die übertragungstechnischen Eigenschaften und die Kabel performen nicht wunschgemäß. Das Isolationsmaterial weicht auf und das damit verbundene Kabeldesign verliert an Symmetrie.

Fazit: AWG 22-Kupferdatenkabel für höchste PoE-Effizienz

Ziel ist letztlich, die Wärmeableitung zu steigern und die Verlustleistung zu reduzieren. Die Verlustleistung ist insgesamt am geringsten, wenn der Leiterdurchmesser am größten ist. Hinsichtlich Wärmeableitung wirken sich ein großer Leiterdurchmesser und geschirmte Kabel positiv aus. Das Metall der Schirmung hilft, die im Inneren entstehende Wärme nach außen abzutransportieren. Nicht allzu große Bündel sowie Luftströme fördern ebenfalls die Wärmeableitung.

Von Cat.5e bis Cat.8.2 unterstützen Kupferdatenkabel aller Kategorien die PoE-Standards 802.3af, at und bt. Jedoch nicht mit gleicher Effizienz. Maximale PoE-Effizienzsteigerung bieten Cat.7A, Cat.8.2. und Cat.7-Long-Reach-Kabel in AWG 22. Ihre übertragungstechnischen Eigenschaften führen zur geringsten Verlustleistung und Kabelerwärmung und erreichen bei maximaler Kabelbetriebstemperatur die höchste Energieleistung. Im Hinblick auf die Anbindung weiterer Geräte und Systeme vor allem bei Smart-Lighting-Lösungen sind sie das Mittel der Wahl.