用於太陽能照明器件的能量管理控制的製作方法
2023-04-26 20:29:51 4
專利名稱：用於太陽能照明器件的能量管理控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能照明器件及其操作。
背景技術：
太陽能照明器件取決於在可用太陽能的時段期間存儲在電池中的能量。典型地，在日間對電池進行充電，照明器件在夜間開啟，被電池供電。所期望的是，電池中存儲的能量將從一個充電時間段持續至另一個。當天氣在較長時段內較差時，太陽能可能不足以將電池充電至足夠高的電平。該問題在現有技術中已得到解決，例如在JP2008086109中，其涉及一般的系統，在該系統中，自然發電廠對驅動負載的電池進行充電。使用天氣預報數據來預測發電廠的未來發電，並且基於此，預測所存儲的電力的未來放電。可以在至少兩個不同電力模式中驅 動負載，這兩個不同電力模式包括正常電力模式和電力節約模式(即，低電力模式)。如果預期在發電廠再次生成充電電力之前，放電使電池騰空至低於預定底部電平，則設置電力節約模式。這種操作負載的方式是不精確的，並且在根據其中負載是照明器件的本發明的具體情況下，JP 2008086109的一般教導不提供任何詳細指導。
發明內容
本發明的目的是提供一種解決方案，減輕現有技術的上述缺陷並提供照明器件的更精確的定製操作。該目的是由根據如所附權利要求中限定的本發明的一種控制太陽能照明器件的光輸出的方法和一種太陽能照明器件實現的。本發明基於以下見解通過還考慮照明需求(B卩，由於天氣狀況等等，期望照明器件如何操作)，獲得對照明器件的通電的更精確控制。因此，根據本發明的一方面，提供了一種控制太陽能照明器件的光輸出的方法，所述太陽能照明器件包括光源；與所述光源相連接的電池；太陽能發電機，包括與所述電池相連接的充電器；以及控制單元，用於執行光輸出控制。所述方法包括
-在生成太陽能的同時對所述電池進行充電；
-獲取本地日光數據；
-重複進行以下操作
-以預定時間間隔獲取覆蓋預定時間段的本地天氣預報數據，並確定所述預定時間段的照明輸出簡檔；以及
-根據所述照明輸出簡檔來驅動所述照明器件，其中，所述確定照明輸出簡檔
包括
-基於第一環境光數據來預測所述預定時間段的照明需求，該第一環境光數據包括所述本地日光數據；-基於目前能量存儲電平和第二環境光數據來預測所述預定時間段的電池容量，該第二環境光數據包括所述天氣預報數據和所述本地日光數據；以及
-在所述預定時間段期間將能量存儲電平保持為高於預定最小電平的考慮下，基於所述照明需求和所述電池容量來確定所述照明輸出簡檔。因此，通過考慮至少包括本地日光數據的環境光數據，可以預測來自照明器件的光的需求。將需求預測與來自電池的可用電力的預測進行組合，以確定預定時間段的照明輸出簡檔。照明輸出簡檔提供了與現有技術的簡單離散電平控制相比明顯更精確的控制，此外，現有技術的簡單離散電平控制根本不考慮負載的實際電力需求。根據所述方法的實施例，所述第一環境數據包括所述天氣預報數據。在該實施例中，除日光外，在預測照明需求時還考慮了天氣狀況。例如，一天中的壞天氣可以引起對照明的需求。
根據所述方法的實施例，所述預定時間段是所述預定時間間隔的若干倍長。從而，在預定時間段結束之前，良好地更新照明輸出簡檔，這就提高了照明控制的精度。根據所述方法的實施例，確定照明輸出簡檔包括在所預測的照明需求期間確定恆定的光輸出。從而，使用照明的人們將照明狀況感知為穩定且可靠。根據所述方法的實施例，所述光源包括從室外光源的組中選擇的至少一個室外光源，所述組包括街道照明、公路照明、公路信號照明和一般室外照明。根據本發明的一方面，提供了一種太陽能照明器件，包括光源；與所述光源相連接的電池；太陽能發電機，包括與所述電池相連接的充電器；以及控制單元，用於執行光輸出控制。所述太陽能發電機被布置為在生成太陽能的同時對所述電池進行充電。所述控制單元被布置為
-獲取本地日光數據；以及 -重複進行以下操作
-以預定時間間隔獲取覆蓋預定時間段的本地天氣預報數據，並確定所述預定時間段的照明輸出簡檔；以及
-根據所述照明輸出簡檔來驅動所述照明器件。為了確定所述照明輸出簡檔，所述控制單元被布置為
-基於第一環境光數據來預測所述預定時間段的照明需求，該第一環境光數據包括所述本地日光數據；
-基於目前能量存儲電平和第二環境光數據來預測所述預定時間段的電池容量，該第二環境光數據包括所述天氣預報數據和所述本地日光數據；以及
-在所述預定時間段期間將能量存儲電平保持為高於預定最小電平的考慮下，基於所述照明需求和所述電池容量來確定所述照明輸出簡檔。太陽能照明器件具有以上針對所述方法而指示的對應優勢。對於與所述方法的上述實施例相對應的太陽能照明器件的實施例，同樣成立。根據本發明的另一方面，提供了一種包括計算機可讀存儲器的電腦程式產品，所述計算機可讀存儲器中存儲了用於執行控制太陽能照明器件的光輸出的方法的電腦程式部分，所述方法包括
-獲取本地日光數據；-重複進行以下操作
-以預定時間間隔獲取覆蓋預定時間段的本地天氣預報數據，並確定所述預定時間段的照明輸出簡檔；以及
-根據所述照明輸出簡檔來驅動照明器件，其中，所述確定照明輸出簡檔包括-基於第一環境光數據來預測所述預定時間段的照明需求，該第一環境光數據包括所述本地日光數據；
-獲取與電池的目前存儲電平有關的數據；
-基於所述目前能量存儲電平和第二環境光數據來預測 所述預定時間段的電池容量，該第二環境光數據包括所述天氣預報數據和所述本地日光數據；以及
-在所述預定時間段期間將能量存儲電平保持為高於預定最小電平的考慮下，基於所述照明需求和所述電池容量來確定所述照明輸出簡檔。本發明的這些和其他方面、特徵和優勢將從以下描述的實施例中變得明了並參照以下描述的實施例而闡明。
現在將參照附圖更詳細地描述本發明，在附圖中
圖I是根據本發明的照明器件的實施例的示意框圖；以及
圖2示出了示意根據本發明的控制太陽能照明器件的光輸出的方法的實施例的時序圖。
具體實施例方式太陽能照明器件I的一個實施例包括光源3 ;電池5，連接至光源3 ;太陽能發電機7，包括充電器9並連接至電池5 ;以及控制單元11，被布置為執行光輸出控制。控制單元11可以是以本領域技術人員理解的任何合適方式實現的，例如微計算機等。主要地，控制單元11包括處理單元15，例如微處理器；以及通信接口 17，連接至網際網路13和處理單元15。優選地，網際網路連接是無線的，儘管有線連接也可以適用。更具體地，電池5經由功率控制器19連接至光源3，功率控制器19由控制單元11控制。控制單元11與電池5相連接，以獲取與目前存儲電平有關的數據，即，與在電池5中剩餘多少能量有關的數據。此外，控制單元11與光源相連接，該光源容納有傳感器設備21，傳感器設備21至少包括用於感測目前環境光級別的傳感器。典型地，照明器件I包括多個光源3，如圖I中以虛線框指示，例如在街道照明應用中以及在公路信號照明應用中。照明器件I如下操作。每當環境光足夠亮以供太陽能發電機7發電時，其都對電池5進行充電。當然，該充電是在普通過充電保護下進行的。控制單元11從網際網路13獲取本地日光數據，以便知道預期太陽何時照射。此外，控制單元11獲取本地天氣預報數據，以便能夠預測是否可以預期日光足以激活太陽能發電機7。控制單元11被布置為作出一方面關於照明需求(即，是否需要來自光源3的人造光)且另一方面關於電池容量的預測。這些預測是針對可調整的預定時間段而作出的。典型地，儘管不必須，時間段約為48小時。基於對電池容量和照明需求的預測，控制單元11確定預定時間段的照明輸出簡檔(lightingoutput profile),如圖2所示。更具體地,在基本實施例中，基於第一環境光數據來預測預定時間段的照明需求，該第一環境光數據至少包括本地日光數據，並且，基於目前能量存儲電平和第二環境光數據來預測預定時間段的電池容量，目前能量存儲電平由控制單元11從電池5獲得，第二環境光數據至少包括天氣預報數據和本地日光數據。因此，為了預測電池容量，天氣是極為重要的，以便知道可以預期電池由太陽能發電機7充電到什麼程度。在對最關鍵的時間點處在電池中將剩餘多少能量的考慮下確定照明輸出簡檔，典型地，在光源已被點亮且剛剛被關斷時的夜晚結束時。控制單元11被布置為始終將電池5的能量存儲電平保持為高於預定最小電平。當已經確定照明輸出簡檔時，控制單元11相應地開始控制光源3。當接通光源3時，控制單元11操作功率控制器19，從而根據照明輸出簡檔來適當設置功率電平。這可以得到光源3的滿強度電平或降低強度電平。然而，由於天氣通常不與先前通告的天氣預報完全對應，因此在預定時間段結束之前重複且良好地更新照明輸出簡檔。公共更新間隔是每小時一次或多次。更新意味著控制單元11再次獲取本地天氣預報數據，相信本地天氣預報數據已自上次起更新，但是可能難以找到提供對預報的這種頻繁更新的天氣服務。為了 獲取該位置的適當天氣預報，太陽能照明器件I是利用地理數據輸入而用戶可編程的，或者被提供有定位單元，例如GPS (全球定位系統)接收機。因此，太陽能照明器件的操作是作為預測性控制能量管理而執行的，在該預測性控制能量管理中，大致使用第一和第二環境數據來對未來可用的太陽能進行預測。基於該預測並且基於目前電池存儲電平，對光輸出簡檔進行即將到來的預定時間段內的預報，使得可以在對於能量存儲不會觸底的情況下在夜間生成最佳的可能光輸出。在使用最新天氣預報和實際電池存儲電平來更新預報之前，從該預報中，實際僅實現了第一部分。然後，典型地，更新的預報覆蓋了與第一預報相同長度的新時間段，從而稍微進一步向前擴展。這是在圖2中示意的。在圖2的左部，示出了時間「現在」處的情形，在被標註有「現在」的垂直線的右側的是未來的預定時間段的預測可用太陽能、預測電池存儲容量和預測照明輸出簡檔。控制單元11操作功率控制器19以根據如圖所示的「決策」來驅動光源3。例如，該「決策」可以設置該時段的恆定光輸出，直到對預測光輸出簡檔的下一次更新可用為止，儘管可以基於所有可用數據來作出其他「決策」。在圖2的右部，當「現在」時刻已向前移位時，示出了下一次更新處的情形。點線示出了更新的預測，而實線示出了對應的先前預測。在圖2中清楚地示出，預定時間段有可能比用於接續更新這些預測的預定時間間隔顯著更大，優選地，若干倍長。根據另一實施例，所述第一環境數據還包括天氣預報數據，以便能夠精細調整照明輸出簡檔。例如，如果預報了將有較差的天氣狀況，則將期望更高的光輸出，或者由於一些特別差的天氣狀況，甚至可能期望在日間接通光源。總的來說，與本地日光數據或可包括月光數據的年數據的時間進行組合的本地天氣預報數據有益於預測在具有晴朗天空和明亮月光的夜間的降低光輸出，並預測在天氣狀況預期變壞時的降低光輸出，以便使能量持續，直到期望發電再次增加為止。優選地，在接通光源3的每個相應時段內確定基本上恆定的光輸出。為了進一步改進預測的質量，利用傳感器設備21處的用於感測目前環境光級別的傳感器來測量環境光。在其他實施例中，傳感器設備21包括用於感測氣候數據和天氣數據的其他傳感器(例如，溫度傳感器和降水量傳感器)，其用於改進預測的優化，從而改進對照明簡檔的確定。在另一實施例中，控制單元11還被布置為執行學習過程，在該學習過程中，在決策作出時檢測並採用天氣狀況中的重複行為，以便進一步優化光源3的使用。該重複行為可以是短期以及長期行為，例如時間段至時間段、天至天以及年至年。可以將該方法實 現為電腦程式指令，電腦程式指令是可利用包括計算機可讀存儲器的電腦程式產品來提供的，在該計算機可讀存儲器中，存儲了電腦程式指令。在方法和設備I的其他實施例中，照明器件I在網際網路13上接收遠程請求，並將對應的響應發送至遠程控制器。從而，在網際網路13上遠程監控照明器件I的性能。可監控的參數的示例是電池壽命和太陽能電池板效率。根據另一實施例，在網際網路13上遠程調度預防性維護。與現有技術相比，利用根據本發明的照明器件和方法，可以提高能量效率。換言之，可以將更小容量從而更小尺寸的電池用於特定應用。以上描述了根據如所附權利要求中限定的本發明的控制太陽能光源和太陽能照明器件的光輸出的方法的實施例。這些應當僅視為非限制性示例。如本領域技術人員所理解，在本發明的範圍內，許多修改和替換實施例是可能的。應當注意，為了本申請的目的，並且特別關於所附權利要求，詞語「包括」並不排除其他元件或步驟，詞語「一」並不排除多個，這本身對於本領域技術人員來說顯而易見。
權利要求
1.一種控制太陽能照明器件的光輸出的方法，所述太陽能照明器件包括光源；與所述光源相連接的電池；太陽能發電機，包括與所述電池相連接的充電器；以及控制單元，用於執行光輸出控制，所述方法包括 -在生成太陽能的同時對所述電池進行充電； -獲取本地日光數據； -重複進行以下操作 -以預定時間間隔獲取覆蓋預定時間段的本地天氣預報數據，並確定所述預定時間段的照明輸出簡檔；以及-根據所述照明輸出簡檔來驅動所述照明器件，其中，所述確定照明輸出簡檔包括 -基於第一環境光數據來預測所述預定時間段的照明需求，該第一環境光數據包括所述本地日光數據； -基於目前能量存儲電平和第二環境光數據來預測所述預定時間段的電池容量，該第二環境光數據包括所述天氣預報數據和所述本地日光數據；以及 -在所述預定時間段期間將能量存儲電平保持為高於預定最小電平的考慮下，基於所述照明需求和所述電池容量來確定所述照明輸出簡檔。
2.根據權利要求I所述的方法，其中，所述第一環境數據包括所述天氣預報數據。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其中，所述預定時間段是所述預定時間間隔的若干倍長。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述確定照明輸出簡檔包括在所預測的照明需求期間確定恆定的光輸出。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述光源包括從室外光源的組中選擇的至少一個室外光源，所述組包括街道照明、公路照明、公路信號照明和一般室外照明。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述本地日光數據和所述本地天氣預報數據是在網際網路上獲取的。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，還包括以下至少一項在網際網路上遠程監控所述太陽能照明器件的性能；以及調度預防性維護。
8.一種太陽能照明器件，包括光源；與所述光源相連接的電池；太陽能發電機，包括與所述電池相連接的充電器；以及控制單元，用於執行光輸出控制，其中，所述太陽能發電機被布置為在生成太陽能的同時對所述電池進行充電，並且，其中所述控制單元被布置為 -獲取本地日光數據；以及 -重複進行以下操作 -以預定時間間隔獲取覆蓋預定時間段的本地天氣預報數據，並確定所述預定時間段的照明輸出簡檔；以及 -根據所述照明輸出簡檔來驅動所述照明器件， 其中，為了確定所述照明輸出簡檔，所述控制單元被布置為 -基於第一環境光數據來預測所述預定時間段的照明需求，該第一環境光數據包括所述本地日光數據；-基於目前能量存儲電平和第二環境光數據來預測所述預定時間段的電池容量，該第二環境光數據包括所述天氣預報數據和所述本地日光數據；以及 -在所述預定時間段期間將能量存儲電平保持為高於預定最小電平的考慮下，基於所述照明需求和所述電池容量來確定所述照明輸出簡檔。
9.根據權利要求8所述的太陽能照明器件，其中，所述第一環境數據包括所述天氣預報數據。
10.根據權利要求8或9所述的太陽能照明器件，其中，所述預定時間段是所述預定時間間隔的若干倍長。
11.根據權利要求8至10中任一項所述的太陽能照明器件，其中，所述光源包括從光源的組中選擇的至少一個室外光源，所述組包括街道照明、公路照明、公路信號照明和一般室外照明。
12.根據權利要求8至11中任一項所述的太陽能照明器件，其中，所述光源包括傳感器設備，所述傳感器設備包括環境光級別傳感器。
13.—種包括計算機可讀存儲器的電腦程式產品，所述計算機可讀存儲器中存儲了用於執行控制太陽能照明器件的光輸出的方法的電腦程式部分，所述方法包括 -獲取本地日光數據； -重複進行以下操作 -以預定時間間隔獲取覆蓋預定時間段的本地天氣預報數據，並確定所述預定時間段的照明輸出簡檔；以及 -根據所述照明輸出簡檔來驅動照明器件，其中，所述確定照明輸出簡檔包括 -基於第一環境光數據來預測所述預定時間段的照明需求，該第一環境光數據包括所述本地日光數據； -獲取與電池的目前存儲電平有關的數據； -基於所述目前能量存儲電平和第二環境光數據來預測所述預定時間段的電池容量，該第二環境光數據包括所述天氣預報數據和所述本地日光數據；以及 -在所述預定時間段期間將能量存儲電平保持為高於預定最小電平的考慮下，基於所述照明需求和所述電池容量來確定所述照明輸出簡檔。
全文摘要
本發明涉及一種控制太陽能照明器件的光輸出的方法。所述照明器件包括光源；與所述光源相連接的電池；太陽能發電機，包括與所述電池相連接的充電器；以及控制單元，用於執行光輸出控制。所述方法包括-在生成太陽能的同時對所述電池進行充電；-獲取本地日光數據；-重複進行以下操作-以預定時間間隔獲取覆蓋預定時間段的本地天氣預報數據，並確定所述預定時間段的照明輸出簡檔；以及-根據所述照明輸出簡檔來驅動所述照明器件，其中，所述確定照明輸出簡檔包括-基於第一環境光數據來預測所述預定時間段的照明需求，該第一環境光數據包括所述本地日光數據；-基於目前能量存儲電平和第二環境光數據來預測所述預定時間段的電池容量，該第二環境光數據包括所述天氣預報數據和所述本地日光數據；以及-在所述預定時間段期間將能量存儲電平保持為高於預定最小電平的考慮下，基於所述照明需求和所述電池容量來確定所述照明輸出簡檔。
文檔編號H02J7/00GK102725937SQ201180008142
公開日2012年10月10日 申請日期2011年1月31日 優先權日2010年2月2日
發明者B.J.E.霍特勒, J-I.布蘭科斯蒂恩, R.L.圖薩恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司