JP2013535770A - 照明装置の光束を制御するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、建物５の内部を照らすための照明装置３の光束を制御するための方法であって、照明装置３は、少なくとも１つの人工照明装置１７を有し、人工照明装置１７は、電力を生成するための光起電力装置１３である第１の電源１１と少なくとも１つの第２の電源１５へのアクセスとを有する電源システム９によって電力を供給され、方法は、建物５の外部の光強度に依存する人工照明装置１７の光束の単調増加を定義する光束特性曲線４７（４９）を事前に選択するステップと、建物５の外部の光強度を決定するステップと、上記選択された光束特性曲線４７（４９）に従って光束を生成するために要求される電力を少なくとも１つの人工照明装置１７に供給するステップとを有し、光起電力装置１３が、上記要求される電力量への電力寄与を持つ、方法に関する。
本発明は、更に、対応する光起電力照明システム１及び上記方法を実行するためのプログラムを符号化するデータストレージ装置に関する。

Description

本発明は、建物の内部を照らすための照明装置の光束を制御するための方法に関し、当該照明装置は、少なくとも１つの人工照明装置を有し、当該人工照明装置は、電力を生成するための光起電力装置である第１の電源と、少なくとも１つの第２の電源へのアクセスとを有する電源システムによって電力を供給される。

本発明は、更に、光起電力照明システム及び対応するデータストレージ装置に関する。

建物の内部の照明は、ランプなどの人工照明装置と、屋外からの自然照明による内部照明との両方の使用を含む。（窓，天窓又は他のインタフェースを通じた）採光は、低コストであり、建物における日中の主な光源としてしばしば使用される。人工照明は、世界中で消費される全エネルギーのかなりの部分を占めている、エネルギー消費の主要素の代表である。

電力を生成するための光起電力（ＰＶ）装置（複数の太陽電池を有する光電発電機）による太陽光発電が、建物の内部の人工照明装置を具備する照明装置の電源のためにますます使用されている。しかしながら、照明装置の定格電力とＰＶ装置のピークパワーとの正しいバランスは、いまだ不明確である。特に、光電発電機によって生成された電力が人工照明装置の社内照明による消費よりもかなり高い場合、晴れた日の余剰電力をどのように処置すべきかは明確でない。一方、光起電力装置のために低いピークパワーを選択することは、大抵の外部照明の下で十分でない電力供給につながり、追加的な電力が電源から引き出される必要がある。

光度測定法は、人間の目によって感知されるような可視光の測定を扱う。光度測定法において、光束は、光源によって放射された、波長で重み付けされたパワーの量であり、また、光源によって特定の方向に放射された単位立体角当たりの、波長で重み付けされたパワーの量である。いずれの測定値も、人間の目の感度についての標準化モデルである光度関数に基づいている。光束のＳＩ単位系は、ＳＩ基本単位であるカンデラ（ｃｄ）である。

明るい外から、人工的に照らされた建物に入ってくる人のために、人間の目の感度に対して極めて大きな輝度変化がないことが好適である。

本発明の目的は、建物の内部を照らすための照明装置の光束を制御するための方法，当該方法を実行するためのプログラムを符号化する対応のデータストレージ装置，及び，エネルギーを節約するために建物内部の輝度を建物外部の自然な輝度に合わせる動的な光束調整のための対応する光起電力照明システムを提供することである。

この目的は、請求項１，１２及び１４に記載の本発明によって達成される。

本発明に従った方法は、（ａ）建物外部の光強度に依存する人工照明装置の光束の単調増加を定義する光束特性曲線を事前に選択するステップと、（ｂ）建物外部の光強度を決定するステップと、（ｃ）上記選択された光束特性曲線に従って光束を生成するために要求される電力を少なくとも１つの人工照明装置に供給するステップとを有し、光起電力装置が上記要求される電力量への電力寄与を持つ。

少なくとも１つの第２の電源へのアクセスは、好ましくは、公共の電源のような電源へのアクセスである。

本発明の好ましい実施形態によれば、光束特性曲線は、光束の下限と光束の上限との間の少なくとも１つの値域において、建物外部の光強度と人工照明装置の光束との線形な関係を示す。光束の上限は、人工照明装置の最大光束である。

本発明の他の好ましい実施形態によれば、光束の下限は、対応する人工照明装置によって照らされた建物の少なくとも各部分、又は、建物内での実用的な照明条件を保証する最小光束である。これらの照明条件は、例えば、人間の目の光感度限界によって、あるいは、安全規定又は雇用権によって与えられる。

本発明の更に他の好ましい実施形態によれば、上記電力量への寄与は、最大で人工照明装置の最大光束のために必要とされる電力までの、光起電力装置の現最大性能レベルに対応する寄与である。

好ましくは、照明装置は、複数の人工照明装置を有する。複数の人工照明装置は、全体の均一な照明などの全体の照明のために、建物内に分散される。この全体の照明の強度は、外部の光強度に依存する。

本発明の他の好ましい実施形態によれば、建物は、各照明区域を照らすための少なくとも１つの対応する人工照明装置をそれぞれ具備する複数の照明区域に分けられ、少なくとも２つの異なる照明区域の人工照明装置は、異なる光束特性曲線で動作される。

本発明の好ましい実施形態によれば、第１の照明区域は、第２の照明区域よりも多くの建物外部からの直接照明を持ち、第１の照明区域の人工照明装置の第１の光束特性曲線は、第２の照明区域の人工照明装置の第２の光束特性曲線よりも、建物外部の外部光強度に対する強い依存度を示す。この格付けによって、顧客ニーズは、高い外部光レベルを有する日には、自然光が無い部屋の光束レベルがより高く調整されることで対処される（例えば、窓のある仕事部屋から窓が全く無い廊下へ向かう場合、光レベル変化は極端過ぎるべきでない）。他の態様において、建物は、入り口、又は、窓などの自然光へのインタフェースまでの距離に依存して領域を規定する複数の区域に分けられる。人工照明の照明レベルは、現区域が外部へのインタフェースにより近い場合、外部照明に対してより厳密に順応される。また、外部からより離れている区域は、輝度レベルのより少ない調整を受けるであろう。

本発明の他の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの人工照明装置は、小型蛍光ランプ（ＣＦＬ）及び／又は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。小型蛍光灯又は省エネルギー照明としても知られる小型蛍光ランプは、一種の蛍光ランプである。多くの小型蛍光ランプは、白熱ランプを交換するために設計されており、白熱ランプのために以前使用されていた大抵の既存ランプ器具に適合可能である。好ましくは、ＬＥＤは、白色光生成ＬＥＤ、又は、赤，緑及び青（ＲＧＢ）色の発光を混合することによって作り出された白色光を有するＲＧＢシステムである。

本発明の好ましい実施形態によれば、建物外部の光（日光）強度は、追加的な光センサの使用によって決定される。この光センサは、好ましくは、フォトセンサを有する。

本発明の他の好ましい実施形態によれば、建物外部の光強度は、光起電力装置の動作パラメータの使用によって決定される。この実施形態において、光起電力装置は、要求電力の量に自身が寄与し、要求電力のレベルを決定するという、２つの異なるタスクを持つ。特に、動作パラメータは、光起電力装置の現出力電力である。上記選択された光束特性曲線に従って光束を生成するために要求される電力量への寄与が、（最大で人工照明装置の最大光束のために必要な電力までの）光起電力装置の現最大性能レベルに対応する寄与である場合、上記方法は、（i）一方では、第２の電源における電力消費を低く抑え、及び、（ii）他方では、外部の照明状況に追随する動的な光輝度調整を達成する照明装置のための制御方式を詳述する。

本発明の他の態様は、光起電力照明システム、特に、建物の内部照明のための照明装置と、コントローラ（制御装置）と、照明装置に給電するための電源システムとを有する、上記方法を実行するための光起電力照明システムである。照明装置は、少なくとも１つの人工照明装置を有する。電源システムは、電力を生成するための光起電力装置である第１の電源と、少なくとも１つの第２の電源へのアクセスとを有し、電源システムは、コントローラによって事前選択された光束特性曲線に従って光束を生成するために要求される適正な電力量を人工照明装置に供給する。上記要求された電力量への光起電力装置の電力寄与は、コントローラによって選択可能である。少なくとも１つの第２の電源へのアクセスは、好ましくは、公共の電源のような電源へのアクセスである。好ましくは、コントローラは、プロセッサコア，メモリ及びプログラマブル入出力周辺機器を有する単一の集積回路上のプログラマブルマイクロコントローラ（μＣ）である。

一般的には、照明装置は、少なくとも１つの人工照明装置、特に、複数の人工照明装置を有する照明装置を有する。当該少なくとも１つの人工照明装置は、少なくとも１つの小型蛍光ランプ及び／又は少なくとも１つの発光ダイオードである。

好ましくは、建物は、各照明区域を照らすための配置の少なくとも１つの対応する人工照明装置をそれぞれ具備する異なる照明区域に分けられ、少なくとも２つの照明区域の人工照明装置は、異なる光束特性曲線を持つ。照明区域のうち第１の照明区域は、第２の照明区域よりも多くの建物外部からの直接照明を持ち、第１の照明区域の人工照明装置の第１の光束特性曲線は、第２の照明区域の人工照明装置の第２の光束特性曲線よりも、建物外部の外部光強度に対する強い依存度を示す。

本発明に従った光起電力照明システムの好ましい実施形態によれば、照明システムは、調光ドライバ装置を更に有し、コントローラは、当該調光ドライバ装置により、人工照明装置への電力供給を制御する。

建物外部の光束は、光センサの使用によって、又は、光起電力装置の動作パラメータの使用によって決定される。この動作パラメータは、好ましくは、光起電力装置の出力電力である。

一般的には、コントローラを有する制御システム又はコントローラは、アナログ制御システム又はディジタル制御システムであってもよい。好ましくは、当該システムは、ディジタル制御システムとして実現される。

本発明の更に他の態様は、上記方法を実行するために、プログラムを機械可読且つ機械実行可能な形式に符号化するデータストレージ装置である。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に述べられる実施形態を参照して、明確且つ明瞭となるであろう。
図１は、本発明の好ましい実施形態に従った光起電力照明システムの略図を示している。 図２は、本発明の他の好ましい実施形態に従った光起電力照明システムの略図を示している。 図３は、光起電力装置の出力電力への人工照明装置の光束の単調増加依存度を定義する光束特性曲線を示している。 図４は、２つの照明区域に分けられた建物の平面図を示しており、第１の照明区域は建物中央における第２の照明区域を囲み、第１の照明区域は第２の照明区域よりも建物外部からのより多くの直接照明を持っている。

図１は、建物５の内部照明のための照明装置３と、コントローラ７と、照明装置３に電力を供給するための電源システム９とを有する光起電力照明システム１を示している。電源システム９は、電力を生成するための光起電力装置１３である第１の電源１１と、少なくとも１つの第２の電源１５へのアクセスとを有する。光起電力装置１３は、複数の太陽電池（図示省略）を有する光電発電機である。照明装置３は、１つの人工照明装置１７又は複数の人工照明装置１７を有し、人工照明装置１７は、少なくとも１つの小型蛍光ランプ（ＣＦＬ）及び／又は少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。

光起電力照明システム１は、調光ドライバ装置１９を更に有する。コントローラ７は、この調光ドライバ装置１９によって（矢印２１参照）、人工照明装置１７への電力供給を制御する。電源システム９は、コントローラ７によって事前に選択された光束特性曲線（図４参照）に従って光束を生成するために要求される適正な電力量を人工照明装置１７に供給し、前記電力量への光起電力装置１３の電力寄与は、コントローラ７によって選択可能である（矢印２３参照）。

建物５の外部の光強度は、光起電力装置１５の出力電力の使用によって（矢印２５参照）決定される。従って、基本的なアイデアは、光起電力装置１３（光電発電機）の利用可能なエネルギーに依存して、人工照明装置１７の調光レベルを制御することである。前記要求される電力量への光起電力装置１３の寄与は、最大で人工照明装置１７の最大光束のために必要される電力までの、光起電力装置１３の現最大性能レベルに対応する寄与である。

図２は、図１に示された光起電力照明システム１に実質的に従った光起電力照明システム１を示している。図１のシステムとは違って、建物５の外部の光束は、光センサ２７の使用によって決定される。この光センサ２７は、光電セルを有する。人工照明装置１７の調光レベルは、光センサ２７の動作パラメータに依存して制御される。好ましくは、この動作パラメータは、光起電力装置１３の利用可能エネルギーに比例する。

図３は、光起電力装置１３によって生成された相対光起電力に依存する人工照明装置の光束の単調増加を定義する光束特性曲線２９を表す略図である。この略図において、光制御レベルが、光起電力装置１３によって生成された電力と比較して描画されている。この生成された電力は、対応する建物５の外部の利用可能な光強度に比例する。この比例関係は、図３に概略的に示されている。対角線３３の下の領域３１は、光起電力装置１３（光電発電機）から利用可能なエネルギーを表している。

ピークパワーが利用可能であれば、ある光束の上限（調光レベルＤＩＭ＝１００％（つまり調光無し）における最大内部光束レベル）が設定される。光起電力装置１３が最大内部光束レベルを供給するために必要なエネルギーよりも多くのエネルギーを作り出すように選択されていれば、余分なエネルギー（網掛け領域３５）は、他の装置のために使用されてもよいし、又は、電源供給システムへ与えられる。

光起電力装置１３によって生成された電力が建物５の外部の光（日光）の減少のせいで下がっている場合、屋内光束制御は、建物５の内部又は建物５の内部の少なくとも対応する領域のための最小光束要求が達成される、人工照明装置１７の光束が人間の目の光感度限界又は安全規定のせいで更には下がり得ない値まで減少され（光束の下限が制御レベルＤＩＭｘの最小内部光束レベルである）。この時点で、光起電力装置１３によって供給される電力は、人工照明装置３に給電するのにもはや十分ではない。電力が、ローカルストレージ装置及び／又は電源のような少なくとも１つの第２の電源１５から追加される（他の網掛け領域３７参照）。図３に描かれたように、引継ぎ部分（takeover）３９は、好適には、光過敏を減少させる滑らかな引継ぎで実現できる。加えて、パワーエレクトロニクスドライバためのストレス及び音響の問題が取り除かれ得る。このような場合、ＰＶｘ関連から利用可能なＰＶ電力が追加的な電気的エネルギーとして使用されるであろう。

明るい外から人工的に照らされた建物に入ってくる人々のために、建物５に入る際に、極めて大きな輝度変化がないことが好適である。従って、照明レベルを、外側の照明レベルに依存している入り口又は自然光（日光）の影響を受けた他の領域の近傍に設定するのが妥当である。建物外部から全く光が入ってこない建物５の内部領域は、安全な動作のために要求される最小レベルで十分に照らされることが可能である。

上記設備のための制御方式は、一方では、電源からの低消費を達成し、他方では、外部の照明条件に追随する動的な光輝度調整を達成する。この場合、心理的な顧客ニーズも、高い外部光レベルを有する日には、自然光が無い部屋／領域の光束レベルがより高く調整されることで対処される（例えば、窓のある事務所から窓が無い廊下へ向かう場合、光レベル変化は極端過ぎるべきでない）。

他の態様において、建物５は、入り口又は窓のような自然光に対するインタフェース４５までの距離に依存して領域を定義する照明区域４１，４３に分けられる。現区域が外部へのインタフェース４５により近ければ、人工照明装置１７の照明レベルは、外部照明により厳密に適応される。また、建物５の外部からより離れた区域４３は、輝度レベルのより少ない調整を受けるであろう。

図４は、２つの照明区域に分けられた建物５の平面図を示しており、非中央の第１の照明区域は、建物５の中央における第２の照明区域４３を囲っている。第１の照明区域４１は、第２の照明区域４３よりも建物５の外部からのより多くの直接照明を持っている。第１の照明区域４１に配置された人工照明装置１７の照明レベルは、外部へのインタフェース４５により近いため、外部照明により厳密に適応される。また、外部からより離れた区域は、輝度レベルのより少ない調整を受けるであろう。図４は、更に、第１の照明区域４１及び第２の照明区域４３に対応する光束特性曲線４７，４９を示している。

光起電の世界では、用語、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）が、太陽光線及び他のパラメータに依存し、且つ、時間とともに変動する最大電力点（ＭＰＰ）におけるソーラーコンバータの入力インピーダンスを保つ反復アプローチとしてよく知られている。ＭＰＰ制御メカニズムは、利用可能なエネルギーのためのよい手段を供給し、好適には、人工照明の制御値を操作するために直接的に使用され得る。

この制御方式によって追加的な効果が引き出され得る。ＬＥＤは、駆動電流が減少されれば、ｌｍ／Ｗの観点からより高効率となる。このため、調光が駆動電流を減少させれば、光レベルは、中間の外部光束レベルにおいてシステムをより高効率にする入力電力より小さい比で減少される。

開示された実施形態に対する他の変形が、当該技術の当業者によって、本発明を実施する際、図面，開示及び添付の請求項の研究から、理解され、もたらされる。請求項において、「有する」なる語句は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属項で言及されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが好適に使用されないということを示すものではない。請求項中の任意の参照符号は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (14)

1. 電力を生成するための光起電力装置である第１の電源と少なくとも１つの第２の電源へのアクセスとを有する電源システムによって電力を供給される少なくとも１つの人工照明装置を有する、建物内部を照らすための照明装置の光束を制御するための方法であって、前記方法は、
   建物外部の光強度に依存する前記人工照明装置の光束の単調増加を定義する光束特性曲線を事前に選択するステップと、
   前記建物外部の光強度を決定するステップと、
   前記選択された光束特性曲線に従って光束を生成するために要求される電力を前記少なくとも１つの人工照明装置に供給するステップとを有し、
   前記光起電力装置が、前記要求される電力量への電力寄与を持つ、方法。
2. 前記光束特性曲線は、光束の下限と光束の上限との間の少なくとも１つの値域において、前記建物外部の光強度と前記人工照明装置の光束との線形な関係を示す、請求項１記載の方法。
3. 光束の下限は、対応する人工照明装置によって照らされた前記建物の少なくとも各部分、又は、前記建物内での実用的な照明条件を保証する最小光束である、請求項２記載の方法。
4. 前記電力量への寄与は、最大で前記人工照明装置の最大光束のために必要とされる電力までの、前記光起電力装置の現最大性能レベルに対応する寄与である、請求項１記載の方法。
5. 前記照明装置は、複数の人工照明装置を有する、請求項１記載の方法。
6. 前記建物は、各照明区域を照らすための少なくとも１つの対応する人工照明装置をそれぞれ具備する異なる照明区域に分けられ、少なくとも２つの照明区域の前記人工照明装置は、異なる光束特性曲線を持つ、請求項５記載の方法。
7. 第１の照明区域は、第２の照明区域よりも多くの前記建物外部からの直接照明を持ち、前記第１の照明区域の前記人工照明装置の第１の光束特性曲線は、前記第２の照明区域の前記人工照明装置の第２の光束特性曲線よりも、前記建物外部の外部光強度に対する強い依存度を示す、請求項６記載の方法。
8. 前記少なくとも１つの人工照明装置は、少なくとも１つの小型蛍光ランプ及び／又は少なくとも１つの発光ダイオードである、請求項１記載の方法。
9. 前記建物外部の光強度は、光センサの使用によって決定される、請求項１記載の方法。
10. 前記建物外部の光強度は、前記光起電力装置の動作パラメータの使用によって決定される、請求項１記載の方法。
11. 前記動作パラメータは、前記光起電力装置の出力電力である、請求項１０記載の方法。
12. 請求項１記載の方法を実行するための光起電力照明システムであって、
    建物の内部照明のための照明装置と、コントローラと、前記照明装置に給電するための電源システムとを有し、
    前記照明装置は、少なくとも１つの人工照明装置を有し、
    前記電源システムは、電力を生成するための光起電力装置である第１の電源と、少なくとも１つの第２の電源へのアクセスとを有し、
    前記電源システムは、前記コントローラによって選択可能な光束特性曲線に従って光束を生成するために要求される適正な電力量を前記人工照明装置に供給し、
    前記電力量への光起電力装置の電力寄与は、前記コントローラによって選択可能である、光起電力照明システム。
13. 調光ドライバ装置を更に有し、
    前記コントローラは、前記調光ドライバ装置により、前記人工照明装置への電力供給を制御する、請求項１２記載の光起電力照明システム。
14. 請求項１記載の方法を実行するために、プログラムを機械可読且つ機械実行可能な形式で符号化する、データストレージ装置。

Images