КОНТРОЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГИЕЙ ДЛЯ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ, РАБОТАЮЩИХ НА СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
CONTROL OF ENERGY FOR LIGHTING DEVICES OPERATING ON SOLAR ENERGY

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к осветительным устройствам, работающим на солнечной энергии, и их эксплуатации.
Уровень техники изобретения
Осветительные устройства, работающие на солнечной энергии, зависят от энергии, накопленной в аккумуляторе в период доступной солнечной энергии. Обычно аккумулятор заряжается в дневное время и осветительное устройство работает ночью, питаясь от аккумулятора. Желательно, чтобы энергии, накопленной в аккумуляторе, хватило от одного периода заряда до другого. Когда погода плохая в течение длительного периода, солнечной энергии может быть недостаточно для заряда аккумулятора до достаточно высокого уровня.
Эта проблема была рассмотрена в предшествующем уровне техники, например, в JP2008086109, который относится к общей системе, где природная электростанция заряжает аккумулятор, который управляет нагрузкой. Данные прогноза погоды используются для прогнозирования будущего производства электроэнергии электростанцией и на их основе прогнозируется будущий расход накопленной энергии. Нагрузка может управляться в, по меньшей мере, двух различных режимах питания, включая нормальный режим питания и режим экономии энергии, т.е. режим пониженного электропотребления. Если предполагается, что расход разрядит аккумулятор ниже предопределенного нижнего уровня до того, как электростанция будет снова производить заряжающую энергию, то устанавливается режим экономии энергии.
Этот способ управления нагрузкой не точен, и в конкретном случае, в соответствии с этим изобретением, где потребителем является осветительное устройство, общие указания JP2008086109 не предоставляют какого-либо подробного руководства.
Сущность изобретения
Цель данного изобретения - предоставить решение, которое уменьшает вышеупомянутые недостатки предшествующего уровня техники и обеспечивает более точную и гибкую эксплуатацию осветительного устройства.
Эта цель достигается технологией управления световым потоком осветительного устройства, работающего на солнечной энергии, и осветительным устройством, работающим на солнечной энергии, в соответствии с данным изобретением, как определено в прилагаемой формуле изобретения.
Изобретение основывается на понимании того, что при рассмотрении также потребности в освещении, т.е. как предполагается эксплуатировать осветительное устройство, исходя из погодных условий и т.д., достигается более точное управление питанием осветительного устройства.
Таким образом, согласно аспекту данного изобретения, предоставлена технология управления световым потоком осветительного устройства, работающего на солнечной энергии, включающего в себя: источник света, аккумулятор, подключенный к источнику света, генератор, работающий на солнечной энергии, включая зарядное устройство, подключенное к аккумулятору, и блок управления, для осуществления управления световым потоком. Способ включает:
зарядку аккумулятора в процессе выработки солнечной энергии;
получение локальных данных естественного освещения;
многократно:
получение, с предопределенными интервалами времени, локальных данных прогноза погоды, охватывающих предопределенный период времени, и определение профиля выходного освещения для предопределенного периода времени; и
управление осветительным устройством, в соответствии с моделью выходного освещения, где указанное определение профиля выходного освещения содержит:
прогнозирование потребности освещения для предопределенного периода времени на основе первичных данных об освещенности окружающей среды, при этом первичные данные об освещенности окружающей среды включают локальные данные естественного освещения;
прогнозирование емкости аккумулятора на предопределенный период времени на основе текущего уровня накопления энергии и вторичных данных об освещенности окружающей среды, при этом вторичные данные об освещенности окружающей среды включают в себя данные прогноза погоды и локальные данные естественного освещения; и
определение профиля выходного освещения на основе потребности освещения и емкости аккумулятора, с точки зрения сохранения уровня накопления энергии выше предопределенного минимального уровня, в течение предопределенного периода времени.
Таким образом, принимая во внимание данные об освещенности окружающей среды, которые включают, по меньшей мере, данные естественного освещения, потребность в освещении от осветительного устройства может быть спрогнозирована. Прогнозирование потребности совмещено с прогнозированием доступной энергии от аккумулятора с целью определить профиль выходного освещения для предопределенного периода времени. Профиль выходного освещения обеспечивает значительно более точное управление, чем простой дискретный регулятор уровня в предшествующем уровне техники, который, ко всему прочему, совсем не учитывает фактическую потребность потребителя в энергии.
В соответствии с реализацией технологии, первичные данные окружающей среды включают данные прогноза погоды. В данной реализации, при прогнозировании потребности освещения, в дополнение к естественной освещенности, погодные условия также приняты во внимание. Например, плохая погода днем может привести к потребности в освещении.
В соответствии с реализацией технологии, предопределенный период времени повторяется несколько раз дольше указанного, предопределенного интервала времени. Таким образом, профиль выходного освещения обновляется задолго до окончания предопределенного периода времени, что повышает точность управления освещением.
В соответствии с реализацией технологии, определение профиля выходного освещения включает определение постоянного светового потока в течение прогнозируемой потребности в освещении. Таким образом, условия освещенности воспринимаются людьми, использующими освещение, как стабильные и надежные.
В соответствии с реализацией технологии, источник света включает, по меньшей мере, один наружный источник света, выбранный из группы наружных источников света, включающей уличное освещение, дорожное освещение, освещение дорожных знаков и общее наружное освещение.
В соответствии с аспектом изобретения, предоставляется осветительное устройство, работающее на солнечной энергии, включающее: источник света, аккумулятор, подключенный к источнику света, генератор, работающий на солнечной энергии, включая зарядное устройство, подключенное к аккумулятору, и блок управления для осуществления управления световым потоком. Генератор, работающий на солнечной энергии, предназначен для заряда аккумулятора во время выработки солнечной энергии. Блок управления предназначен для:
получения локальных данных естественного освещения;
многократного:
получения, с предопределенными интервалами времени, локальных данных прогноза погоды, охватывающих предопределенный период времени, и определение профиля выходного освещения для предопределенного периода времени; и
управления осветительным устройством, в соответствии с профилем выходного освещения.
С целью определения профиля выходного освещения блок управления предназначен для:
прогнозирования потребности освещения для предопределенного периода времени на основе первичных данных об освещенности окружающей среды, при этом первичные данные об освещенности окружающей среды включают локальные данные естественной освещенности;
прогнозирования емкости аккумулятора на предопределенный период времени на основе текущего уровня накопления энергии и вторичных данных об освещенности окружающей среды, при этом вторичные данные об освещенности окружающей среды включают данные прогноза погоды и локальные данные естественной освещенности; и
определения профиля выходного освещения на основе потребности освещения и емкости аккумулятора, с точки зрения сохранения уровня накопления энергии выше предопределенного минимального уровня в течение предопределенного периода времени.
Осветительное устройство, работающее на солнечной энергии, имеет соответствующие преимущества, как указано выше в технологии. То же верно и для реализации осветительных устройств, работающих на солнечной энергии, в соответствии с вышеупомянутыми реализациями технологии.
В соответствии с другим аспектом изобретения, предоставляется компьютерный программный продукт, включающий машиночитаемый носитель, с содержащимися на нем частями компьютерной программы, для осуществления управления световым потоком осветительного устройства, работающего на солнечной энергии, включающего:
получение локальных данных естественного освещения;
многократно:
получение, с предопределенными интервалами времени, локальных данных прогноза погоды, охватывающих предопределенный период времени, и определение профиля выходного освещения для предопределенного периода времени; и
управление осветительным устройством, в соответствии с профилем выходного освещения, где указанное определение профиля выходного освещения включает:
прогнозирование потребности освещения для предопределенного периода времени на основе первичных данных об освещенности окружающей среды, при этом первичные данные об освещенности окружающей среды включают локальные данные естественного освещения;
получение данных о текущем уровне заряда аккумулятора;
прогнозирование емкости аккумулятора на предопределенный период времени на основе текущего уровня накопления энергии и вторичных данных об освещенности окружающей среды, при этом вторичные данные об освещенности окружающей среды включают данные прогноза погоды и локальные данные естественного освещения; и
определение профиля выходного освещения на основе потребности освещения и емкости аккумулятора, с точки зрения сохранения уровня накопления энергии выше предопределенного минимального уровня, в течение предопределенного периода времени.
Эти и другие аспекты, особенности и преимущества изобретения станут очевидными и понятными со ссылкой на реализации, описанные в дальнейшем.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет описано более детально со ссылкой на прилагающиеся чертежи, на которых:
Фиг.1 - блок-схема реализации осветительного устройства в соответствии с данным изобретением; и
Фиг.2 отображает временную диаграмму, иллюстрирующую реализацию технологии управления световым потоком осветительного устройства, работающего на солнечной энергии, в соответствии с данным изобретением.
Описание предпочтительных вариантов реализации
Одна реализация осветительного устройства, работающего на солнечной энергии 1, включает: источник света 3, аккумулятор 5, подключенный к источнику света 3, генератор, работающий на солнечной энергии 7, который включает зарядное устройство 9, подключенное к аккумулятору 5, и блок управления 11, который предназначен для осуществления управления световым потоком. Блок управления 11 может быть выполнен любым подходящим образом, таким как микрокомпьютер и т.п., как его представляет человек, специализирующийся в данной области. Блок управления 11 главным образом включает: блок обработки 15, такой как микропроцессор и интерфейс связи 17, который подключен к Интернет 13 и к блоку обработки 15. Предпочтительно, чтобы Интернет-соединение было беспроводным, однако проводное соединение также может использоваться.
В частности, аккумулятор 5 подключен к источнику света 3 через контроллер питания 19, управляемый блоком управления 11. Блок управления 11 соединен с аккумулятором 5 для получения данных о текущем уровне заряда, т.е. данных о том, как много энергии осталось в аккумуляторе. Далее, блок управления соединен с источником света, в котором расположено сенсорное устройство 21, которое включает, по меньшей мере, датчик для определения текущего уровня освещения окружающей среды.
Обычно осветительное устройство 1 включает несколько источников света 3, как указано на фиг.1 пунктирными прямоугольниками, в таких применениях, как уличное освещение и дорожные знаки.
Осветительное устройство 1 работает следующим образом.
Всякий раз, когда свет окружающей среды достаточно ярок для выработки энергии, генератор 7, работающий на солнечной энергии, заряжает аккумулятор. Конечно же, заряд осуществляется с обычной защитой от перезаряда. Блок управления 11 получает через Интернет 13 локальные данные естественного освещения, чтобы знать, когда может ожидаться солнечное освещение. Кроме того, блок управления 11 получает локальные данные прогноза погоды, чтобы иметь возможность спрогнозировать, что ожидающееся естественное освещение будет достаточно или нет для активации генератора 7, работающего на солнечной энергии. Блок управления 11 предназначен для прогнозирования касательно, с одной стороны, потребности освещения, т.е. есть ли потребность в искусственном свете от источника света 3 или нет, и, с другой стороны, емкости аккумулятора. Прогноз делается на предопределенный период времени, который может корректироваться. Обычно, но необязательно, период времени составляет 48 часов. Основываясь на прогнозах емкости аккумулятора и потребности в освещении, блок управления 11 определяет профиль выходного освещения для предопределенного периода времени, как отображено на фиг.2. В частности, в основной реализации, потребность освещения на предопределенный период времени прогнозируется на основе первичных данных об освещенности окружающей среды, которые, по меньшей мере, включают локальные данные естественной освещенности, и емкость аккумулятора на предопределенный период времени, прогнозируемая на основе текущего уровня заряда, получаемого блоком управления 11 от аккумулятора 5, и вторичных данных освещенности окружающей среды, которые, по меньшей мере, включают данные прогноза погоды и локальные данные естественной освещенности. Таким образом, погода очень важна для прогнозирования емкости аккумулятора для того, чтобы знать, до какой степени ожидается заряд аккумулятора генератором 7, работающим на солнечной энергии.
Профиль выходного освещения определяется с учетом того, как много энергии остается в аккумуляторе в наиболее критический момент времени, обычно в конце ночи, когда источник света использовался и только что был выключен. Блок управления 11 предназначен для постоянного поддержания уровня заряда аккумулятора 5 выше предопределенного минимального уровня.
Когда профиль выходного освещения определен, блок управления 11 начинает соответствующим образом управлять источником света 3. Когда источник света должен быть включен, блок управления 11 управляет контроллером питания таким образом, что уровень мощности устанавливается правильно, в соответствии с профилем выходного освещения. В результате, может быть установлен максимальный уровень яркости или пониженный уровень яркости источника света. Тем не менее, поскольку погода часто не в полной мере соответствует заявленному ранее прогнозу, профиль освещения обновляется постоянно и задолго до окончания предопределенного периода времени. Обычные интервалы обновления - один или более раз каждый час. Обновление означает, что блок управления 11 снова получает данные локального прогноза погоды, которые считаются обновленными с предыдущего раза, но найти погодный сервис, предоставляющий такие частые обновления прогноза, может быть затруднительно. Для получения правильного прогноза погоды для данного местоположения в осветительное устройство 1, работающее на солнечной энергии, вводятся географические данные, или оно снабжается блоком позиционирования, таким как приемник GPS (Система Глобального Позиционирования).
Таким образом, функционирование осветительного устройства, работающего на солнечной энергии, осуществляется как интеллектуальное управление контролем энергии, где приблизительный прогноз доступной в будущем солнечной энергии делается с использованием первичных и вторичных данных окружающей среды. Основываясь на этом прогнозе и основываясь на текущем уровне заряда аккумулятора, составляется прогноз профиля светового потока на последующий предопределенный период времени таким образом, что в ночное время генерируется наилучший возможный световой поток, не приводящий к полному расходу накопленной энергии. На самом деле, только первая часть из этого прогноза выполняется до обновления прогноза с использованием наиболее актуального прогноза погоды и фактического заряда аккумулятора. Затем, обновленный прогноз обычно охватывает новый период времени такой же продолжительности, как и первый прогноз, продлеваясь, таким образом, немного вперед. Это отображено на фиг.2. В левой части фиг.2 отображена ситуация в “данный” момент времени, с отметкой “настоящее” на правой стороне вертикальной линии, прогнозируемая доступная солнечная энергия и прогнозируемая емкость аккумулятора и прогнозируемый профиль выходного освещения на предопределенный период времени в будущем. Блок управления 11 управляет контроллером питания 19 для управления источником света, в соответствии с “решением”, как отображено на чертеже. “Решение”, например, может установить постоянный световой поток на период до тех пор, пока следующее обновление прогнозируемого профиля светового потока будет доступно, хотя другое “решение” может быть принято, основываясь на доступных данных. В правой части фиг.2 показана ситуация при следующем обновлении, когда момент “настоящее” сдвигается вперед. Пунктирная линия отображает обновленный прогноз, тогда как сплошная линия отображает предыдущий прогноз соответственно. На фиг.2 ясно видно, что предопределенный период может быть значительно дольше, желательно в несколько раз, чем предопределенный интервал времени, используемый для успешного обновления прогнозов.
В соответствии с другой реализацией, указанные первичные данные окружающей среды, кроме того, включают данные прогноза погоды для обеспечения возможности точной настройки профиля выходного освещения. Например, если спрогнозировано, что будут плохие погодные условия, то будет необходим более мощный световой поток, или, возможно, даже будет необходимо включить источник света в дневное время из-за особенно плохих погодных условий.
В целом, локальные данные прогноза погоды, совместно с локальными данными естественной освещенности или данными времени года, которые могут содержать данные лунного света, могут использоваться для прогнозирования уменьшенного светового потока в течение ясной ночи, и для прогнозирования уменьшенного светового потока, когда ухудшающиеся погодные условия игнорируются для того, чтобы сохранить энергию до тех пор, когда снова ожидается увеличение производства энергии.
Желательно устанавливать практически равномерный световой поток в каждый соответствующий период, когда источник света 3 включен.
В целях дальнейшего улучшения качества прогнозов освещение окружающей среды измеряется с помощью датчика в сенсорном устройстве 21 для измерения текущего уровня освещения окружающей среды. В дальнейших реализациях сенсорное устройство 21 включает датчики для измерения климатических данных и погодных данных, такие как датчик температуры, датчик осадков, которые используются для улучшения оптимизации прогнозов и, таким образом, определения профиля освещения.
В дальнейшей реализации блок управления 11 дополнительно предназначен для осуществления обучающего процесса, где определяется повторяющееся поведение погодных условий и применяется при принятии решения с целью дальнейшей оптимизации использования источника света 3. Повторяющееся поведение может быть краткосрочным или долгосрочным, таким как: от одного периода времени до другого периода времени, ежедневным и ежегодным.
Возможно реализовать технологию как инструкции компьютерной программы, которые выполняются средствами компьютерного программного продукта, включающего машиночитаемый носитель, на котором содержатся инструкции компьютерной программы.
В дальнейших реализациях технологии и устройства 1 осветительное устройство 1 получает удаленные запросы через Интернет 13 и передает соответствующие ответы удаленному контроллеру. Таким образом, осуществляется удаленный мониторинг осветительного устройства через Интернет 13. Примерами параметров, которые можно отслеживать через Интернет 13, являются: состояние аккумулятора и работоспособность солнечной панели.
В соответствии с другой реализацией, профилактическое обслуживание планируется удаленно, через Интернет 13.
Средствами осветительного устройства и технологией, в соответствии с данным изобретением, возможно повысить энергетическую эффективность в сравнении с предшествующим уровнем техники. Другими словами, возможно использовать аккумулятор меньшей емкости и, соответственно, меньшего размера для конкретной цели.
Выше, в соответствии с данным изобретением, как указано в прилагаемой формуле изобретения, были описаны реализации технологии управления световым потоком источника света, работающего на солнечной энергии. Их следует рассматривать как не просто узкие примеры. В понимании специалиста, в области изобретения, возможно множество модификаций и альтернативных реализаций.
Следует отметить, что для целей данного приложения и, в особенности, в отношении прилагаемой формулы изобретения слово “состоящий” не исключает других элементов или шагов, также использование единственного числа не исключает множественного, что само по себе очевидно для специалиста в данной области.