用于太阳能供电照明的增强安全性的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于提供太阳能供电照明的增强的照明安全性的方法和系统，且更具 体地，涉及控制何时调光超驰功能被允许以便限制和/或防止能量储备在夜晚期间被耗尽 的改进的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 常规街道照明系统可合并调光系统以节省能量。这样的常规调光系统的一个例子 是飞利浦Lumistep调光，其可被获得作为用于照明系统的操作员的选项。可使用固定调光 曲线对这样的调光系统进行编程。例如，调光一般在午夜时间当没有很多交通时或当操作 员仅想节省电时被应用。
[0003] 在夏季和冬季之间使用的调光曲线中可能也有一些差异。但调光曲线最经常地作 为在预定持续时间期间照明水平的固定减小，基于固定编程或当主要电力被接通/切断时 的时间或经由另一机制，而被执行。
[0004] 图1示出常规调光曲线。
[0005] 通过应用调光曲线，当然存在较少的光，但在没有参考的情况下，人眼将不容易检 测到从全亮度水平的30%_40%的减小。一些常规照明系统也可在夜晚的部分期间完全切断 光。这也被定义为调光（即100%)。调光也可动态地出现，经由例如运动检测被触发。
[0006] 太阳能供电的照明系统在本领域中也是已知的。在这样的常规太阳能供电的照明 系统中，这样的常规调光系统可减小光水平以(很大程度地）进一步节约能量。应理解，太 阳能供电的照明系统未连接到电力网。太阳能供电的照明系统的能量预算取决于来自经由 光伏（PV)面板收集的太阳辐射的电。所收集的能量存储在电池中。为了便于长操作寿命， 电池可实质上是超尺寸的以避免深放电。这是因为深放电强烈地限制电池寿命。例如，图 2示出电池能量存储的退化曲线的图。
[0007] 在这样的太阳能供电的照明系统中，能量收集然而是与天气相关的。这意味着每 日能量收集可能不足以覆盖一夜的(照明）负载。
[0008] 超尺寸的电池也可构成能量缓冲以当没有足够的阳光来收集用于正常操作的能 量时渡过一天或多天的坏天气。在一个或多个坏天气期间，太阳能照明系统可能在夜间耗 尽部分或全部能量缓冲。然而当存在几天的坏天气时，存储在电池中的能量可能不足以覆 盖整个夜晚。
[0009] 上面讨论的常规照明系统也可包括调光超驰特征。在某些情形例如交通事故或紧 急状况中，外部信号被发送到照明单元以超驰所设置的调光水平。外部信号可用于将变暗 的光水平设置到全亮度并在该情形被认为已结束时恢复到原始调光光水平。自动重置也可 用于恢复原始调光光水平。在自动重置情况中，通常使用预定的时间间隔(例如几小时）来 重置原始调光水平。注意，每种情形可能需要它自己的特殊亮度水平用于调光超驰。
[0010] 然而，这样的调光超驰特征引起太阳能供电的照明系统的问题。调光超驰特征可 能耗尽能量存储，因为没有方式来考虑到在随后几天中的天气可能足以恢复另一夜晚所需 的能量。此外，当调光超驰被激活时，在电池中的可用能量可能不足以支持直到将导致完全 黑暗的情形结束为止的全亮度光水平。
[0011] 相应地，在本领域中存在对处理上面描述的常规系统的缺点的系统和方法的需 要。
【发明内容】
[0012] 本发明的一个方面涉及确定在太阳能照明单元的电池中的现有和可用的能量是 否可覆盖（1)所请求的实际调光超驰时期以及（2)在电池能量由于调光超驰而被使用之后 的随后的夜晚的方法。项目（2)是重要的，因为即使调光超驰时期可被覆盖，坏天气也可能 在调光超驰之后的随后几天中限制能量收集，使得在电池中的可用能量不能完全用于覆盖 调光超驰时期。否则，太阳能照明单元将不能够在随后的（多个）夜晚中的某个时间提供照 明。
[0013] 本发明的一个实施方式针对控制太阳能供电的设备的功率超驰功能的方法。该方 法包括下列步骤：接收超驰功能信号，其中超驰功能信号请求与太阳能供电的设备的负载 的能量消耗有关的变化；确定在太阳能供电的设备中的当前可用存储能量的量是否可为负 载的能量消耗中的变化提供足够的能量；以及估计由于能量消耗中的变化而耗尽的能量的 量是否可由在该量被耗尽之后的至少一个或多个随后的天中的太阳能发电恢复。如果当前 可用存储能量可提供足够的能量且所耗尽的能量的量可被恢复，则改变负载的能量消耗。
[0014] 在本发明的另一实施方式中，用于太阳能供电的设备的能量消耗控制的方法。该 方法包括下列步骤：创建太阳能供电的设备的太阳能电力供应模型，创建太阳能供电的设 备的电力需求模型，使用增补的数据细化太阳能电力供应模型和电力需求模型，使用太阳 能电力供应模型和电力需求模型计算能量平衡模型，以及基于能量平衡模型来确定将增加 太阳能供电的设备的负载的能量消耗的超驰能力是否是可能的。
[0015] 在上面描述的方法的一个方面中，细化电力需求模型的步骤包括下面的技术和算 法中的一个或多个：增加的能量消耗的持续时间的统计平均、本地天气现象的统计平均、考 虑与太阳能供电的设备有关的其它部件的寄生负载、与太阳能供电的设备有关的防冻操作 和后备容量限制。
[0016] 在上面描述的方法的另一方面中，细化电力供应模型的步骤包括使用与下列项有 关的额外数据的一个或多个下面的技术和算法：（1)用于恢复后备容量的天循环中的所需 时期、（2)太阳视线障碍、（3)所记录的本地坏天气现象、（4)林克浑浊度数据、（5)本地平 均每日和白天温度以及（6)过去的和所记录的太阳能收集器性能。
[0017] 本发明的另一实施方式针对太阳能供电的照明单元。照明单元包括光伏单元、太 阳能充电器、电池、光控制引擎、光产生装置和通信接口。通信接口可与远程控制/维护设 施(例如后勤办公室)通信。照明单元还包括控制器。控制器布置成经由通信接口接收调光 超驰信号。调光超驰信号请求与光产生装置的光输出有关的变化。控制器还布置成确定在 电池中的当前可用存储能量的量是否可针对在光输出中的变化提供足够的能量并估计由 于该变化而耗尽的能量是否可由在该量被耗尽之后的一个或多个随后的天中的太阳能发 电恢复。如果当前可用存储能量可提供足够的能量且耗尽的能量的量可被恢复，则控制器 改变光输出。
[0018] 通常，本发明的各种方面和实施方式可以用在本发明的范围内的可能的任何方式 组合并耦合。特别指出并在说明书的结尾的权利要求中清楚地主张被视为本发明的主题。
【附图说明】
[0019] 根据结合附图做出的下面的详细描述，本发明的前述和其它特征和优点将变得清 楚。
[0020] 图1示出常规调光曲线。
[0021] 图2示出电池能量存储的退化曲线的图。
[0022] 图3示出根据本发明的实施方式的室外照明系统。
[0023] 图4示出根据本发明的一个实施方式的离网照明（OSL)单元。
[0024] 图5示出地区的（PV)电力供应图的例子。
[0025] 图6示出在图5中使用的同一地区的电力需求图的例子。
[0026] 图7是示出根据本发明的实施方式的各种方法和算法的流程图。
[0027] 图8示出在图5中使用的同一地区的黑暗概要图的例子。
[0028] 图9是示出根据本发明的实施方式的设备和系统的动态控制的概要的流程图。
[0029] 图10是用于调光超驰决策过程的流程图。
【具体实施方式】
[0030] 如图3所示，室外照明系统100包括控制单元20 (例如服务中心、后勤办公室、 维护中心等）和一个或多个照明单元（LU10 - LU80)。控制单元20可位于LU (LU10 - LU80)附近或在LU (LU10 - LU80)的远程位置处。中央控制单元20包括通信单元21，并 且还可包括数据库22。通信单元21用于与LU (LU10 - LU80)通信。控制单元20通信地 直接或间接地耦合到LU (LU10 - LU80)。例如，控制单元20可经由有线和/或无线/无 线-网状连接进行直接通信，或经由网络例如互联网、内联网、广域网（WAN)、城域网（MAN)、 局域网（LAN)、陆地广播系统、电缆网络、卫星网络、无线网络、电力线或电话网络（POTS)以 及这些和其它类型的网络的部分或组合进行间接通信。
[0031] 控制单元20包括用于操作、调用接通/断开时间和排序、调光时间和百分比和其 它控制功能的算法。控制单元20还可执行参数(例如运行小时或能量使用)的数据记录、警 告和调度功能。
[0032] 图4示出LU 10的一个实施方式，其针对在有阳光的时期期间的白天内产生电的 电池供电的光伏系统，电被存储到电池内以在夜晚期间和/或在没有足够的阳光的时期期 间给负载(例如光引擎)供电。为了清楚起见没有示出在电池供电的离网照明（OSL