专利名称：用于控制照明设备的光通量的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制用来照射建筑物的内部的照明设备的光通量的方法，其中，该照明设备包括至少一个人工照明装置，这个人工照明装置通过包括第一电源的电源系统被供应有电功率，所述第一电源是用于产生电功率的光伏装置以及是通向至少一个第二电源的通道。本发明还涉及光伏照明系统和对应的数据存储装置。
背景技术：
建筑物的内部的光照包括以下两者的使用诸如灯具这样的人工照明装置，以及来自外面的对内部的自然日光光照。考虑到日光照明的低成本，其(通过窗户、天窗或其它接口)在建筑物中常常被用作为白天期间的光的主要来源。人工照明表示能量消耗的主要部件，占全世界消耗的所有能量的重要部分。通过用于产生电功率的光伏(PV)装置(包括多个太阳能电池的光伏发生器)的光伏发电逐渐地被用于对具有在建筑物内部的人工照明装置的照明设备供电。然而，照明设备的标称功率和PV装置的峰值功率的恰当平衡仍然是不清楚的。特别不清楚的是在由光伏发生器所产生的电功率远远高于由于人工照明装置的室内照明而导致的消耗时的晴天需要用过剩的电功率做些什么。另一方面，为光伏装置选择低的峰值功率在大多数的外部照明条件下将导致供电不足，并且额外的功率需要取自市电。光度测定法涉及对如由人眼所感知到的可见光的测量。在光度测定法中，光通量是由光源发射的波长加权功率的量度，并且光通量是由光源在特定方向上每单位立体角内发射的波长加权功率的量度，两个测量值都是基于光度函数、人眼的敏感度的标准化模型的。光通量的国际单位制(SI unit)是坎德拉(Cd)，其是SI基本单位。对于从明亮的外面进入人工照射的建筑物的人来说，不遭受相对于人眼的敏感度的巨大亮度改变是方便的。
发明内容
本发明的目标是提供用于控制用来照射建筑物的内部的照明设备的光通量的方法、对程序进行编码以执行所述方法的对应的数据存储装置以及用于动态光通量调节的对应的光伏照明系统，所述动态光通量调节使建筑物内部的亮度适应于在建筑物外面的自然亮度以节约能量。本目标由如权利要求1、12以及14中所定义的本发明来实现。根据本发明的所述方法包括以下步骤(a)预选择光通量特性曲线，其指定了人工照明装置的光通量对在建筑物外面的光强度的单调递增的依赖性；(b)确定在所述建筑物外面的所述光强度；以及(C)给至少一个人工照明装置供应根据所述选择的光通量特性曲线产生所述光通量所需的电功率，其中，所述光伏装置对于所需电功率的所述量具有功率贡献。
通向至少一个第二电源的通道优选地是通向市电电源(例如公共市电电源)的通道。根据本发明的优选实施例，所述光通量特性曲线示出了在光通量的下限与光通量的上限之间的值的至少一个范围内所述建筑物外面的光强度与所述人工照明装置的光通量之间的线性关系。所述光通量的上限是所述人工照明装置的最大光通量。根据本发明的另一优选实施例，所述光通量的下限是保证所述建筑物中的或所述建筑物被对应的人工照明装置照射的至少相应的一部分中的功能照射条件的最小光通量。这些照射条件例如通过人眼的光敏感度限制、通过安全规程或就业权给出。根据本发明的又一优选实施例，对于电功率的所述量的贡献是与所述光伏装置的当前最大性能水平相对应的贡献，所述光伏装置的当前最大性能水平相当于所述人工照明装置的最大光通量所需要的电功率。优选地，所述照明设备包括多个人工照明装置。所述人工照明装置被分布在建筑物中以用于总体光照，例如总体均匀光照。该总体光照的强度取决于外面的光强度。根据本发明的另一优选实施例，所述建筑物被划分成多个光照区，每一个区都具有用于照射相应的光照区的至少一个对应的人工照明装置，其中，至少两个不同光照区的人工照明装置以不同的光通量特性曲线被操作。根据本发明的优选实施例，第一光照区比第二光照区具有更多的来自建筑物外面的直接光照，并且其中，所述第一光照区的人工照明装置的第一光通量特性曲线比所述第二光照区的人工照明装置的第二光通量特性曲线示出了对在所述建筑物外面的外部光强度的更强依赖性。通过这个，对客户需求进行分级可以被解决，即在没有自然日光的房间中的照明通量水平在具有高的外部光水平的白天被调高(例如，当离开具有窗户的办公室进入没有任何窗户的走廊时，光的水平改变应该是不太剧烈的)。在进一步的方面，所述建筑物被划分成区，其根据它们到自然日光的入口或其它接口(例如，窗户)的距离来定义区域。如果当前的区更接近于到外面接口的话，人工光的光照水平然后被更严格地适应于外面的光照。反过来，到外面更遥远的区将接收到对亮度水平的较少调制。根据本发明的另一优选实施例，所述至少一个人工照明装置是紧凑型荧光灯具(CFL)和/或发光二极管(LED)。还被称为紧凑型荧光灯或节能灯的紧凑型荧光灯具是一种类型的荧光灯具。许多的紧凑型荧光灯具被设计为替换白炽灯具并且能够刚好放入以前用于白炽灯具的大多数的现有灯架中。优选地，LED是产生白光的LED或具有通过使红、绿以及蓝(RGB)有色光发射进行混合所产生的白光的RGB系统。根据本发明的优选实施例，在所述建筑物外面的(日)光强度通过使用附加的光传感器而被确定。该光传感器优选地包括光感应器(photo sensor)。根据本发明的另一优选实施例，在所述建筑物外面的光强度通过使用所述光伏装置的运行参数而被确定。在本实施例中，所述光伏装置具有两个不同的任务对所需电功率的量做出它自己的贡献并且确定所需电功率的水平。特别地，所述运行参数是所述光伏装置的当前输出电功率。如果对用于根据所述选择的光通量特性曲线产生光通量所需的电功率的量的贡献是与所述光伏装置的当前最大性能水平(相当于所述人工照明装置的最大光通量所需要的电功率)相对应的贡献，则针对所述照明设备的控制方案的方法细节实现了
(i)一方面来自第二电源的低消耗以及(ii)另一方面遵循室外照明条件的动态光亮度调节。本发明的另一方面是光伏照明系统，特别是用于执行前述方法的光伏照明系统，包括照明设备，用于建筑物的内部光照；控制器(控制器装置)；以及电源系统，用于对所述照明设备进行供电。所述照明设备包括至少一个人工照明装置。所述电源系统包括第一电源，所述第一电源是用于产生电功率的光伏装置以及是通向至少一个第二电源的通道，其中，所述电源系统通过所述控制器给人工照明装置供应根据可预选择的光通量特性曲线产生光通量所需的足够量的电功率。所述光伏装置对于所需电功率的所述量的功率贡献通过所述控制器是可选择的。通向至少一个第二电源的所述通道优选地是通向市电电源(例如，公共市电电源)的通道。优选地，所述控制器是在单个集成电路上的可编程微控制器(μ C)，所述可编程微控制器包括处理器核、存储器以及可编程的输入/输出外设。一般而言，所述照明设备包括至少一个人工照明装置，特别地，所述照明设备包括多个人工照明装置。所述至少一个人工照明装置是至少一个紧凑型荧光灯具和/或至少一个发光二极管。优选地，所述建筑物被划分成不同的光照区，每一个都具有所述设备的用于照射相应的光照区的至少一个对应的人工照明装置，其中，至少两个光照区的人工照明装置具有不同的光通量特性曲线。光照区中的第一光照区比第二光照区具有更多的来自建筑物外面的直接光照，其中，所述第一光照区的人工照明装置的第一光通量特性曲线比所述第二光照区的人工照明装置的第二光通量特性曲线示出了对在所述建筑物外面的外部光强度的更强依赖性。根据按照本发明的所述光伏照明系统的优选实施例，所述照明系统还包括可调光驱动装置，其中，所述控制器通过所述可调光驱动装置来控制给所述人工照明装置的电功
率供应。在所述建筑物外面的光通量通过使用光传感器或者通过使用所述光伏装置的运行参数而被确定。该运行参数优选地是所述光伏装置的输出电功率。一般而言，所述控制器或包括所述控制器的控制系统可以是模拟控制系统或数字控制系统。优选地，所述系统被实现为数字控制系统。本发明的又一方面是以机器可读和机器可执行的形式对程序进行编码来执行前述方法的数据存储装置。在前述的光伏照明系统中，该机器是所述控制器，特别是微控制器、或是所述控制器的计算装置。
本发明的这些和其它方面将从下文所描述的实施例中变得明显，并且将参考下文所描述的实施例而被阐明。在图中
图I示出了根据本发明的优选实施例的光伏照明系统的示意图2示出了根据本发明的另一优选实施例的光伏照明系统的示意图3示出了光通量特性曲线，其指定了人工照明装置的光通量对光伏装置的输出功率的单调递增的依赖性；以及
图4示出了被划分成两个光照区的建筑物的平面图第一光照区围绕在建筑物的中心的第二光照区周围，第一光照区比第二光照区具有更多的来自建筑物外面的直接光照。
具体实施例方式图I图示了光伏照明系统1，其包括照明设备3，用于建筑物5的内部光照；控制器7 ;以及电源系统9，用于给照明设备3供应电功率。电源系统9包括第一电源11，所述第一电源11是用于产生电功率的光伏装置13以及是通向至少一个第二电源15的通道。光伏装置13是包括多个太阳能电池(未示出)的光伏发生器。照明设备3包括一个人工照明装置17或多个人工照明装置17，所述(一个或多个)人工照明装置17是至少一个紧凑型荧光灯具(CFL)和/或至少一个发光二极管(LED)。光伏照明系统I还包括可调光驱动装置19。控制器7通过可调光驱动装置19来控制给(一个或多个)人工照明装置17的电功率供应(箭头21)。电源系统9通过控制器7给该人工照明装置/多个人工照明装置17供应用于根据可预选择的光通量特性曲线(图4中所示)来产生光通量所需的足够量的电功率，其中，光伏装置13对于电功率的所述量的功率贡献通过控制器7是可选择的(箭头23)。 在建筑物5外面的光强度通过使用光伏装置15的输出电功率而被确定(箭头25)。因此，一般的想法是根据光伏装置13 (光伏发生器)的可用能量来控制人工照明装置17的暗淡水平。光伏装置13对于电功率的所述所需量的贡献是与光伏装置13的当前最大性能水平相对应的贡献，所述光伏装置13的当前最大性能水平相当于人工照明装置17的最大光通量所需要的电功率。图2图示了基本上依照图I中所示出的光伏照明系统I的光伏照明系统I。和图I的系统不同，在建筑物5外面的光通量通过使用光传感器27而被确定。该光传感器27包括光电池。人工照明装置17的暗淡水平取决于光传感器27的运行参数而被控制。优选地，该运行参数与光伏装置13的可用能量成比例。图3示出了表示光通量特性曲线29的图，所述光通量特性曲线29指定了人工照明装置的光通量对由光伏装置13所产生的相对的光电功率的单调递增的依赖性。在本图中，光控制水平在由光伏装置13所产生的功率上被标绘。该产生的功率与在对应建筑物5外面的可利用的光强度成比例。该比例关系在图3中被示意性地示出。在对角线33下面的面积31表示来自光伏装置13 (光伏发生器)的可用能量。如果峰值功率是可得到的，则光通量的某上限(在调光水平DM=100% -没有调光时的最大内部通量水平)被设置。如果光伏装置13已经被选择来产生比用于供应最大内部通量水平所必需的更多的能量，则多余能量(阴影面积35)可以被使用于其它装置或者被馈送到供电电源系统中。当由光伏装置13所产生的电功率由于在建筑物5外面降低的(日)光而正在减少时，室内亮度通量控制将被降低到某个值，其中针对建筑物5的内部或至少在建筑物5内部的对应区域的最小通量需求被达到(光通量的下限，其是在控制水平DMx下的最小内部通量水平)，从而由于人眼的光敏感度限制或安全规则，人工照明装置17的通量不能够被进一步降低。在那时，由光伏装置13所提供的功率不再足以供应人工照明设备3。将从如本地存储装置和/或市电这样的至少一个第二电源15添加电功率(其它阴影面积37)。如图3所描绘的那样，接管(takeover) 39能够有利地以柔性接管的方式被实现，所述柔性接管降低了接管区域39中的光刺激。此外，针对电力电子驱动器的应力和声学问题可以被省略。在这样的情况下，根据PVx相对的可用PV功率，将使用额外电能。对于从明亮的外面进入人工照射的建筑物的人来说，当进入建筑物5时不遭受巨大的亮度改变是方便的。因此，根据外面的光照水平来设置受到自然(日)光影响的入口或其它区域附近的光照水平是合理的。没有来自建筑物5外面的任何光的、该建筑物的内部区域然后可以按对于安全操作所需的最小水平被充分地照射。针对这样的安装的控制方案一方面实现了来自市电电源的低消耗，并且另一方面实现了遵循室外照明条件的动态光亮度调节。在此也可以解决客户心理需求，即没有自然日光的房间/区域中的亮度通量水平在具有高的外部光水平的日子中被调高(例如，当离开具有窗户的办公处进入没有窗户的走廊时光水平改变应该是不太剧烈的)。在进一步的方面，建筑物5被划分成光照区41、43，其根据它们到对于自然日光的接口 45 (如，入口或窗户)的距离来定义区域。如果当前的区更接近于到外面的接口 45，则人工照明装置17的光照水平然后被更严格地适应于外面的光照。反过来，到建筑物5的外面更遥远的区43将接收到对亮度水平的较少调制。图4描绘了被划分成两个光照区的建筑物5的平面图非中心第一光照区41围绕在建筑物5的中心的第二光照区43周围。第一光照区41比第二光照区43具有更多的来自建筑物5外面的直接光照。位于第一光照区41中的人工照明装置17的光照水平然后被更严格地适应于外面的光照，因为它更接近于到外面的接口 45。反过来，到外面更遥远的区将接收到对亮度水平的较少调制。图4更进一步示出了与第一光照区41和第二光照区43相对应的光通量特性曲线47、79。在光伏世界中，术语最大功率点跟踪(MPPT)以用于使太阳能转换器的输入阻抗保持在最大功率点MPP上的一种迭代方法而著称，所述最大功率点MPP取决于太阳通量(solar flux)和其它参数并且随着时间的推移波动。MPP控制机制为能量可用提供了良好的措施，并且能够有利地被直接使用来掌控人工光控制值。额外的效果能够通过本控制方案被利用。如果LED的驱动电流被降低，则其以Im/W (流明/瓦)为单位变得更有效率。因此，如果调光正在降低驱动电流，则光水平将比输入功率降低较小的比例，使得系统在中间外部通量水平处更有效率。根据对附图、公开内容以及所附权利要求的研究，本领域的技术人员在实践所要求保护的发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其它变例。在权利要求中，词“包括”不排除其它单元或步骤，并且不定冠词‘一’或‘一个’不排除多个。特定措施在相互不同的从属权利要求中被陈述的仅有事实不指示这些措施的组合不能够被使用来获利。权利要求中的任何附图标记不应该被解释为限制本范围。
权利要求
1.用于控制照明设备的光通量的方法，所述照明设备用来照射建筑物(5)的内部，其中，所述照明设备(3)包括至少一个人工照明装置(17)，这个人工照明装置(17)通过包括第一电源(11)的电源系统(9)被供应有电功率,所述第一电源(11)是用于产生电功率的光伏装置(13)以及是通向至少一个第二电源(15)的通道，所述方法包括以下步骤 -预选择光通量特性曲线(47，49)，其指定了所述人工照明装置(17)的光通量对在所述建筑物(5)外面的光强度的单调递增的依赖性； -确定在所述建筑物(5)外面的所述光强度；以及 -给所述至少一个人工照明装置(17)供应用于根据所述选择的光通量特性曲线(47，49)产生所述光通量所需的电功率，其中，所述光伏装置(13)对于所需电功率的所述量具有功率贡献。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述光通量特性曲线(47，49)示出了在光通量的下限与所述光通量的上限之间的值的至少一个范围内所述建筑物(5)外面的光强度与所述人工照明装置(17)的光通量之间的线性关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述光通量的下限是保证所述建筑物(5)中的或所述建筑物(5)被所对应的人工照明装置(17)照射的至少相应的一部分中的功能照射条件的最小光通量。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，对于电功率的所述量的贡献是与所述光伏装置(13)的当前最大性能水平相对应的贡献，所述光伏装置(13)的当前最大性能水平相当于所述人工照明装置(13)的最大光通量所需要的电功率。
5.根据权利要求I所述的方法，其中，所述照明设备(3)包括多个人工照明装置(17)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述建筑物(5)被划分成不同的光照区(41，43)，每一个都具有用于照射相应的光照区(41，43)的至少一个对应的人工照明装置(17)，其中，至少两个光照区(41，43)的人工照明装置(17)具有不同的光通量特性曲线(47，49)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，第一光照区(41)比第二光照区(43)具有更多的来自所述建筑物(5)外面的直接光照，并且其中，所述第一光照区(41)的人工照明装置(17)的第一光通量特性曲线(47)比所述第二光照区(43)的人工照明装置(17)的第二光通量特性曲线(49)示出了对在所述建筑物(5)外面的外部光强度的更强依赖性。
8.根据权利要求I所述的方法，其中，所述至少一个人工照明装置(17)是至少一个紧凑型荧光灯具和/或至少一个发光二极管。
9.根据权利要求I所述的方法，其中，在所述建筑物(5)外面的所述光强度通过使用光传感器(27)而被确定。
10.根据权利要求I所述的方法，其中，在所述建筑物(5)外面的所述光强度通过使用所述光伏装置(13)的运行参数而被确定。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述运行参数是所述光伏装置(13)的输出电功率。
12.一种光伏照明系统(1)，特别是一种用于执行根据权利要求I的方法的光伏照明系统(1)，其包括照明设备(3)，用于建筑物(5)的内部光照；控制器(7);以及电源系统(9)，用于对所述照明设备(3)进行供电，其中，所述照明设备(3)包括至少一个人工照明装置(17)，并且其中，所述电源系统(9)包括第一电源(11)，所述第一电源(11)是用于产生电功率的光伏装置(13)以及是通向至少一个第二电源(15)的通道，其中，所述电源系统(9)通过所述控制器(7)给所述人工照明装置(17)供应用于根据可预选择的光通量特性曲线(47，49)产生光通量所需的足够量的电功率，其中，所述光伏装置(13)对于电功率的所述量的功率贡献通过所述控制器(7)是可选择的。
13.根据权利要求13所述的光伏照明系统，还包括可调光驱动装置(19)，其中，所述控制器(7)通过所述可调光驱动装置(19)来控制给所述人工照明装置(17)的所述电功率供应。
14.一种数据存储装置，其以机器可读和机器可执行的形式对程序进行编码来执行根据权利要求I所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制用来照射建筑物(5)的内部的照明设备(3)的光通量的方法，其中，所述照明设备(3)包括至少一个人工照明装置(17)，这个人工照明装置(17)通过包括第一电源(11)的电源系统(9)被供应有电功率，所述第一电源(11)是用于产生电功率的光伏装置(13)以及是通向至少一个第二电源(15)的通道，所述方法包括以下步骤-预选择光通量特性曲线(47,49)，其指定了所述人工照明装置(17)的光通量对在所述建筑物(5)外面的光强度的单调递增的依赖性；-确定在所述建筑物(5)外面的所述光强度；以及给所述至少一个人工照明装置(17)供应用于根据所述选择的光通量特性曲线(47,49)产生所述光通量所需的电功率，其中，所述光伏装置(13)对于所需电功率的所述量具有功率贡献。本发明还涉及一种对应的光伏照明系统(1)和一种对程序进行编码以执行所述方法的数据存储装置。
文档编号H05B37/02GK102986300SQ201180035674
公开日2013年3月20日 申请日期2011年7月19日 优先权日2010年7月21日
发明者M.温特, P.卢尔肯斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司