industry insights | CONNECTED LIGHTING

屋外照明における0 〜 10V 制御のエネルギー影響の評価
アナイ・ワエール、シャット・プラトゥームラタナ、マイケル・ポプラウスキ、ジェイソン・タンジー
PNNL の研究者らは、LED 照明器具のネットワークに接続された 0 〜 10Vりに機能していないとユーザーが制御の性能に予想外のばらつきがあり、それによって一貫性した調光が得ら感じる可能性がある。

れず、提案されたエネルギーとコストの削減効果を達成できない可能性があることを発見した。

屋外照明器具に関する初期調査
米パシフィックノースウェスト国立研

アナログ 0 〜 10V 制御が登場したの答が予測不能でばらつきがあり、標準究 所（ Pacific Northwest National La­

は、蛍光灯安定器（バラスト）を調光す的な方法ではそれを補償するどころかbo­ratory：PNNL ）は、この問題を調査るために開発された 1980 年代のこと認識もできないことの最終的な結果としており、2020 年 5 月 号 の記 事「 To

だが、今でも北米の LED 照明器具やして、エンドユーザーは、予想外の望

dim or not to dim: Why is that still a

照明制御装置のメーカーによって提供

ましくない性能を日常的に目にするこ（調光するか否か：difficult question? 」

される、最も一般的な制御方法である。とになる。その例としては、以下のよ

それが未だに難しい質問である理由）

より高い機能を備える他の制御方法もうなものがある。

で、その予備調査結果を報告している。

存在するが、独占的であったり、設定・明るさを落とした場合に推定されるが複雑であったり、実装にコストがかエネルギーとコストの削減効果が、いる街灯の0〜10V制御信号かったりする場合がある。

実際には得られない可能性がある。

に対する応答のばらつ

この初期調査では、商用提供されてLED とその現代的なネットワークイ・隣接する照明器具に異なる LED ドンタフェースや照明器具レベルのセンライバが搭載されている場合は、者らは、23 種サが実現するインテリジェントな機能同じ制御信号を与えても異なる光類 の LEDに対して、0 〜 10V 技術を使用するこレベルに調光されて、可視性が損屋外コとには、重大なトレードオフが伴う可なわれたり、見栄えが			ブラ能性がある。特定の制御電圧における悪くなったりする			照明器具の相対光出力と入力電力は、可能性がある。

LED ドライバ設計や負荷に依存するた・調光曲線のデッドゾーン（制御信号めに予測が難しく、実際には照明器具が変化しても光レベルが変化しなの間で性能の一貫性が得られない可能い部分）により、照明制御システム性がある。の 1 つ以上の部分が意図したとお入力制御信号に対する照明器具の応122024.3 LEDs Magazine Japanきを調べた。研究エネルギー性能に対する影響をさらに詳しく調査

ヘッド照明器具（ ANSI C136.41 準拠の合を求める仕様が、この問題に影響をレセプタクルを装備し、0 〜 10V イン与えているに違いないことを示唆してタフェースを介して調光可能と記載さいる。しかし、平均相対消費電力は、0 〜 10V 制御信号に対する街灯の応れ た も の ）を 対 象 に、NEMA ANSI

全製品で約 53% だったのが、この規格

答のばらつきは、メーカーやモデルがC137.1-2019 規格に基づいて、それらに適合する製品に絞っても約 47% にし個々に異なる製品に対するキャリブレの調光に使われる一連の制御に対してか減少しないことが、試験によって明ーションを行わなければ、照明器具の生じ得る性能のばらつきを調査した。

ら か に な っ た。 つ まり総 合 す ると、エネルギー性能とコストに深刻な影響

われわれの評価により、特定の 0 〜

ANSI C137.1-2019 は、市販製品にプを与える可能性がある。

10V 制御信号電圧における、照明器ラスの影響を与えるかもしれないが、研究チームは、2 万基の街灯が設置具の（定格値を基準とした）相対消費必ずしも均一で予測可能な性能の実現された中規模都市を例に、エネルギー電力に、かなりのばらつきが生じ得るには至っていないということになる。

分析を行うことにより、この影響を定ことが明らかになった。ANSI C137.1-予測が不可能であることは、深刻な量化した。光出力と電力を調整する 32019 規格は、市場に提供される製品結果につながりかねない。住民の苦情種類の照明制御戦略について、定格出の間に見られるばらつきをいくらか軽に対応したり、制御戦略を実行したり力の 100% で照明を一晩中点灯した場減することを目的としたものだが、そするために、屋外照明の調光を行って合を基準として、この基準条件に対すの要件を評価対象の街灯に照らし合わも、所望の照明レベルが得られず、住るエネルギーとコストの削減効果を比せたところ、半数強の街灯しかそれに民の不満を解消できないばかりか、安較した。照明器具の調光曲線は、0 〜適合していなかった。これは、全性が損なわる可能性もある。照明の10V 制御信号応答のキャリブレーショ

この任 意 規 格

消費エネルギーの予想減少量に応じてンを目的に測定されたものではないとへの適電気料金が調整される場合は、過大請いうのは、実世界では一般的なことで求や過小請求が生じる可能性がある。

あるため、われわれもそのように想定数万基もの街灯が設置された都市でした。このような場合は、制御信号とは、調光性能のばらつきが、エネルギ

入力電力の関係は、0V 〜 10V の間でー消費量とコストの予想値に多大完璧に線形であるとみなすのが最も一な影響を与える可能性がある。

般的である。つまり、例えば、制御信号が 10V と 5V の場合は、相対電力レベルはそれぞれ 100% と 50% になる。
実際の調光レベルは、上述の 23 種類の街灯から測定された調光曲線の値を使用した。
2 つの基準条件について考察した。1
つ目は、照明器具は「無制御」で動作し、「最大定格電力」を消費すると想LEDs Magazine Japan 2024.3

13

industry insights | CONNECTED LIGHTING

間終了時の累積エネルギー消費量は、平均で 2% 増加するか、または 1% 減少することになる（基準条件によって異なる）。
L80 で 16 年間の CLO 戦略では、エネルギーとコストの戦略期間終了時の累積削減効果は 10% になるはずである。
しかし、予想値と実際値を比較する同様の分析結果では、0 〜 10V の LED
ドライバを搭載する照明器具の戦略期間終了時の累積削減効果は、平均で0% または 3% となる（基準条件によっPNNL の研究者らは、屋外 LED 照明器具に接続された 0 〜 10V 制御を評価した。さまざまな調光戦略を調査し、照明器具が無制御で最大定格電力で動作する場合と、0 〜 10V 制御信号による調光が行われる場合を基準として、それらの基準に照らし合わせて性能を分析した（画像提供：
PNNL ）て異なる）。
15 ページの図は、この調査で特性評価したすべての調光曲線について、これら 3 つの戦略によって得られるエネ定するもので、2 つ目は、照明器具はを提供するものである。

ルギーとコストの累積削減効果を示し「 10V 制御信号」を受けて、その制御例えば、L90 で 20 年間の照明器具のたものである。この分析と結果の詳細

電圧において特性評価時に観測される光出力は、20 年の間に 100% から 90%については、米エネルギー省（ DOE ）電力を消費すると想定するものであに徐々に低下していくと予想される。のウェブサイトに 2023 年秋に掲載さる。これら 2 つの基準は、等価である

CLO 戦略では、最初は目標光出力にれる新しい報告書を参照してほしい。

ように思われるかもしれないが、われ合わせて照明器具の出力を落とすが、われの特性評価では、10V 制御信号に経時に伴って予想される出力の低下に対する照明器具の応答にばらつきがあ対抗する形で、徐々に出力を増加させわれわれの調査結果が照明業界と規るため、両者は等価ではないことが判ていく。実際にはこのような CLO 戦

格策定団体にとって、0 〜 10V 製品の明している。

略が、屋外照明の制御に最も一般的に欠点をより深く理解しておそらくは解採用されている。

消し、業界にとって何が最善かを検討研究チームが考察した 1 つ目の照明

0 〜 10V に関する推奨事項

制御戦略は、シンプルな部分夜間調光

PND 戦略では、エネルギーとコストするための一助となることを願ってい（ Part-Night Dimming：PND ）戦略で、の年間削減効果は 18% になるはずである。つまり、照明システム内のすべて11 時間の稼働時間のうちの 4 時間は、る。しかし、「予想される」削減効果を、の照明器具に対して、予測可能で一貫最大定格電力の 50% に照明器具を調実測定の各調光曲線によって実現され性のある調光性能を提供し、それによ光すると想定するものである。これにる実際の削減効果と比較した分析結果って、予想どおりの光レベルとエネル加えて、2 種類の一定光出力（Constantによると、0 〜 10V の LED ドライバをギー消費量を保証するための何らかのLight-Output：CLO ）戦略（ L90 で 20 年搭載する照明器具の削減効果は、平均手段が必要である。例えば、ドライバ間と L80 で 16 年間）も調査した。寿命で 12% または 13% となる（基準条件にメーカーが ANSI C137.1-2019 に準拠終了時に最小必要光レベルを提供するよって異なる）。

する製品を設計すれば、この目的はあように照明器具の仕様を定義するのがL90 で 20 年間の CLO 戦略では、エネる程度達成される可能性がある。照明

一般的な設計方法だが、CLO 戦略は、ルギーとコストの戦略期間終了時の累業界がこの規格をさらに改良して、そ経時に伴って予測可能な形で初期値か積削減効果は 5% になるはずである。の要件を厳しくすれば、さらに高い成ら低下していく出力に対して、それをしかし、予想値と実際値を比較する同果が得られる可能性がある。ドライバ補うように作用することにより、正常様 の 分 析 結 果 で は、0 〜 10V の LEDメーカーと照明器具メーカーはどちら

動作中はこの最小レベルを上回る出力ドライバを搭載する照明器具の戦略期

も、0 〜 10V 製品の調光曲線を基本的142024.3 LEDs Magazine Japanな製品説明書に掲載することによって予測可能性を高めるか、0 〜 10V 制御のように性能やばらつきが予測不可能ではない、標準化されたデジタル制御方法（ DALI D4i や ANSI C137.4-2021など）に移行することができる。
コネクテッド照明システムの開発者
は、中央管理および照明制御ソフトウ
エアによって、システムに採用されている、メーカーやモデルの異なる各照明器具に、特性評価済みの 0 〜 10V の調光曲線を割り当てて、照明器具に送信される 0 〜 10V 制御信号の「キャリブレーション」を可能にすることで、照明器具が確実に所望の相対電力を消費し、それに対応する相対光レベルを提供するようにすることができる。また、照明器具または照明器具制御装置に入力電圧を監視する機能が備わっているならば、開発者は、制御信号入力を掃引して、それに伴う照明器具の入力電力を測定することによって、照明器具の調光曲線を体系的に取得するメカニズムを、ソフトウエアに実装することができる。
規格策定団体は、ANSI C137.1 をこの調査で特性評価したすべての照明器具の調光曲線に対して、1 つの PND 戦略（赤色）と 2 つの CLO 戦略（ L90 で 20 年間 [ 緑色 ] と L80 で 16 年間 [ 紫色 ] ）を適用した場合に得られる、エネルギーとコストの累積削減効果。上のグラフは、最大定格電力を基準とするもので、下のグラ
フは、10V 制御信号を基準とするものである。灰色の影が付いた部分は、ANSI C137.12019 非準拠の製品を表す（画像提供：PNNL ）変 更 して、0 〜 10V の高 制 御 電 圧 を8V または 9V のいずれか 1 つに定めて、て正確で一貫した調光性能を達成し、さらに詳しい試験方法とデータ分析

その単一の 0 〜 10V 高制御電圧と、規予想されるエネルギーとコストの削減を含む、本稿の取り組みに関するより定された0〜10V低制御電圧における、効果を保証するために、DALI D4i や包括的な報告書が、DOE のコネクテドライバの相対出力要件または範囲をANSI C137.4?2021 に準拠するドライッド照明システムに関するウェブサイ定義することができる。
（例えば、前バを選択することを検討することもでトに掲載されている。

者は最大出力の 100%、後者は最大出きる。

力の 8% 〜 12% など）。

すべての関係者が協力することで、照明の設計者と仕様定義者にできる

照明システム内のすべての照明器具にことは、採用するすべての照明器具にわたって、より正確で一貫した調光性ついて調光曲線を取り寄せることと、能を達成することができる。ここで、同一の制御信号に接続された照明器具

われわれの調査は LED 街灯を対象との動作が一貫しているか、あるいは、したものだが、根本的な現象は照明用予想の範囲内にあることを確認するこ途に依存するものではないため、他のとである。設計者と仕様定義者は、シ照明器具でも同様の結果が予想されるステム内のすべての照明器具にわたっことを注記しておく。

著者紹介
アナイ・ワエール（ ANAY WAGHALE ）、シャ ッ ト・ プ ラ ト ゥ ー ム ラ タ ナ（ SHATPRATOOMRATANA ）、マイケル・ポプラウ
スキ（ MICHAEL POPLAWSKI ）、ジェイソン・タンジー（ JASON TUENGE ）は、米パシフィックノースウェスト国立研究所（ PacificNorthwest National Laboratory：PNNL ）に所 属 し、 米 エ ネ ル ギー 省（ Department OfEnergy：DOE ）の 建 築 技 術 局（ BuildingTechnologies Office：BTO ）を主にサポートする研究に取り組んでいる。

LEDJ
LEDs Magazine Japan 2024.3

15