BR112014013698B1

BR112014013698B1 - dispositivo para carregar uma lâmpada e método para operar uma lâmpada

Info

Publication number: BR112014013698B1
Application number: BR112014013698-0A
Authority: BR
Inventors: Geoffrey Wen-Tai Shuy; Chang-Horang Li; Hsin-Chen Lai
Original assignee: Lt Lighting (Taiwan) Corporation
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2020-11-03
Also published as: RU2642823C2; MY170917A; BR112014013698A2; MX2014006691A; US20120200235A1; PH12014501227B1; AU2012348380A1; CL2014001483A1; CN104114938B; JP2017157574A; PH12014501227A1; AU2012348380B2; CO7081148A2; KR20140124357A; CA2857497C; EP2788678A4; TWI478630B; JP6211528B2; US8525441B2; RU2014127292A

Abstract

TECNOLOGIA PARA CARREGAR LÂMPADA. É projetado um dispositivo para canalizar eletricidade para uma lâmpada, e ajustar para baixo a quantidade de energia canalizada para a lâmpada como função da energia elétrica disponível na fonte. Ao fazer isso, uma redução na energia disponível na fonte causa uma redução proporcionalmente menor na luminosidade da lâmpada. Isso pode ser conseguido passando-se a eletricidade através de uma rede passiva de resistores e diodos em seu caminho para a lâmpada. Em um exemplo, a fonte de energia elétrica pode ser uma bateria que é carregada por um ou mais painéis solares. Nesse caso, o dispositivo também pode realizar a função de proteger a bateria contra uma sobrecarga excessiva. Ele canaliza para baixo um consumo diário de energia de lâmpada maior que o carregamento elétrico diário dos painéis solares, quando a energia disponível da bateria está próxima de sua capacidade máxima.

Description

FUNDAMENTOS

[001] Lâmpadas de rua carregadas com energia solar estão em uso comercial. Lâmpadas de rua carregadas com energia solar recebem energia solar do sol na forma de luz. Os fótons de luz são convertidos em eletricidade por um painel solar. Um sistema de bateria armazena energia elétrica, onde ela possa ser usada em condições de escuridão (por exemplo, à noite, ou em dias nublados) para ligar a lâmpada de rua.

[002] Lâmpadas de rua comerciais convencionais carregadas com energia solar se destinam a ser capazes de proporcionar luz por três dias de chuva contínua. Entretanto, as lâmpadas comerciais de rua existentes carregadas com energia solar não são capazes de sustentar a luz por três dias de chuva contínua sob certas situações muito normais e comuns. Por isso, ruas que recebem conjuntos de lâmpadas de rua carregadas com energia solar como estas são frequentemente deixadas às escuras.

[003] Algumas lâmpadas de rua carregadas com energia solar são ainda controladas automaticamente, tal como a lâmpada de rua carregada com energia solar descrita na publicação de patente norte-americana No. 2010/00970001 A1, que descreve um sistema de lâmpada de rua que tem um controlador principal para gerenciamento de energia e controle de iluminação das lâmpadas de rua. A publicação de patente norte-americana No. 2008/0246416 A1 descreve uma lâmpada LED que é iluminada a partir de baterias recarregáveis e que visa ajustar, controlar e monitorar com precisão cada lâmpada de rua em todo o sistema de lâmpada de rua solar, e verificar as condições de operação de cada parte de lâmpada de rua solar e diag-nosticar rapidamente e reparar problemas escondidos nas lâmpadas de rua.

[004] Lâmpadas LED também são utilizadas fora do campo de sistemas de lâmpada de rua. Por exemplo, a publicação norte-americana No. 2008/00025013 A1 descreve uma lâmpada LED para utilizar em exames dentários, e visa a redução de sombras de modo que os dentistas podem obter uma visão clara do interior da boca de um paciente. Células solares também são utilizadas fora do campo de tecnologia de lâmpada para aplicabilidade mais ampla para cargas elétricas gerais. Por exemplo, a publicação de patente norte-americana No. 2011/0193515 A1 descreve um sistema de gerenciamento de energia solar que visa fornecer gerenciamento de conversão de energia elétrica por um módulo de célula fotovoltaica, fornecendo a energia elétrica convertida a uma carga externa, e armazenando a energia elétrica convertida em uma bateria. De qualquer modo, a eletricidade disponível para uma lâmpada diminui em uma porcentagem, a luminosidade da lâmpada diminui em uma porcentagem maior. Em algum momento, a lâmpada não ilumina, mesmo quando existe apenas uma pequena quantidade de corrente fornecida à lâmpada.

[005] Os inventores executaram um estudo para revelar as questões chave da causa matriz para esse problema de lâmpadas de rua frequentemente deixadas no escuro; e então inventaram os projetos do sistema para superar essa questão; como divulgado nessa divulgação de patente.

BREVE SUMÁRIO

[006] Pelo menos uma modalidade descrita aqui se refere a um dispositivo para canalizar eletricidade a partir de uma fonte de energia elétrica para uma lâmpada quando a lâmpada está consumindo eletricidade, e ao fazer isso ajusta para menos o montante de energia canalizado para a lâmpada como função da energia disponível na fonte de energia elétrica. Ao fazer isso, uma redução na energia disponível na fonte de energia elétrica provoca uma redução proporcionalmente menor na luminosidade da lâmpada. Isso poderia se conseguir passando-se a eletricidade através de uma rede passiva de resistores e diodos no seu caminho da fonte de energia elétrica para a lâmpada, o que reduz o consumo de energia do dispositivo. Em um exemplo, a fonte de energia elétrica pode ser uma bateria que é carregada por um ou mais painéis solares. Neste caso, o dispositivo também pode canalizar eletricidade do(s) painel(éis) solar(es) para a bateria.

[007] Esse Sumário é proporcionado para apresentar de forma simplificada uma seleção de conceitos que são descritos em maior detalhe abaixo na Descrição Detalhada. Esse Sumário não pretende identificar características chave ou características essenciais da matéria reivindicada, nem se destina a ser usado como auxílio na determinação do escopo da matéria reivindicada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] A fim de descrever a maneira pela qual as vantagens e características descritas acima podem ser obtidas, e também outras, uma descrição mais particular de várias modalidades será apresentada com referência aos desenhos anexos. Com o entendimento de que esses desenhos ilustram apenas modalidades de amostra e não devem, portanto, ser considerados limitantes do escopo da invenção, as modalidades serão descritas e explicadas com maior especificidade e detalhe através do uso dos desenhos anexos, nos quais:

[009] A Figura 1 ilustra de maneira abstrata um sistema de lâmpada de painel solar de acordo com os princípios descritos aqui.

[010] A Figura 2 ilustra um exemplo de função degrau de como a energia enviada para a lâmpada pelo controlador pode ser reduzida como função da energia elétrica disponível restante na bateria.

[011] A Figura 3 ilustra um exemplo de função contínua de como a energia enviada para a lâmpada pelo controlador pode ser reduzida como função da energia elétrica disponível restante na bateria.

[012] A Figura 4 ilustra um exemplo de resposta de um Diodo Emissor de Luz (Lâmpada).

[013] A Figura 5 ilustra um exemplo de rede passiva de resistores e diodos que podem ser usados para enviar uma quantidade reduzida de energia elétrica para a lâmpada quando a energia elétrica disponível restante na bateria é reduzida.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[014] Os princípios descritos aqui se referiram a uma tecnologia para carregar uma lâmpada que inclui potencialmente uma rede passiva de diodos e resisto- res. O projeto da lâmpada inclui uma unidade de controle de sistema (tal como uma caixa de controle) que permite maior resistência da iluminação em uma série contínua maior de dias chuvosos em comparação a lâmpadas comerciais mesmo com os mesmos painel solar e bateria específicos.

[015] A lâmpada pode ser operada por toda a capacidade da energia armazenada disponível na bateria. À medida que a energia armazenada da bateria diminui, o consumo de energia do sistema é reduzido e a eficácia do sistema é aumentada, mantendo-se ao mesmo tempo a iluminação acima do brilho requerido. Em outras palavras, o novo sistema pode continuamente (ou etapa a etapa) aumentar a eficácia à medida que a energia armazenada na bateria se esgota.

[016] Lâmpadas carregadas com energia solar usam painéis solares para carregar as baterias durante condições de sol (doravante chamadas “dias de sol”) quando números significativos de fótons originados pelo sol incidem no painel solar. Entretanto, existem também condições de escuridão nas quais uma quantidade menor de fótons ou nenhum fóton originado pelo sol incide no painel solar. Por exemplo, condições de escuridão certamente existem durante a noite, mas podem existir também ao amanhecer, no crepúsculo, ou em dias muito nublados (doravante chamados de “noites ou dias escuros”, ou “dias de chuva”) quando uma nuvem pesada, neblina, uma combinação de neblina e fumaça, chuva, fog ou qualquer outro impedimento não deixa que grande parte da energia do sol chegue ao painel solar.

[017] Dias escuros efetivamente acontecem com alguma intensidade na frequência dependendo dos padrões climáticos, da época do ano, e da região da Terra. Para lidar com isso, supõe-se então que lâmpadas carregadas com energia solar sustentem várias noites com iluminação para um determinado período prometido na ausência de luz do sol (por exemplo, durante dias escuros consecutivos). Atualmente, o período prometido por muitos fornecedores de lâmpadas solares é de três dias escuros consecutivos. Entretanto, de acordo com um estudo realizado pelos inventores (descrito em maior detalhe abaixo), lâmpadas comerciais existentes carregadas com energia solar não conseguem sustentar sua iluminação por três dias escuros consecutivos em situações muito normais e comumente encontradas.

[018] Sistemas de lâmpada solar incluem quatro subsistemas incluindo 1) o painel solar que recebe fótons originados pelo sol, e converte uma porção da correspondente energia luminosa em eletricidade, 2) uma bateria que recebe e armazena a eletricidade gerada pelo painel solar, 3) uma lâmpada que consome a eletricidade da bateria quando a lâmpada está para emitir luz, e 4) um controlador que controla quando a lâmpada está ligada e desligada; e protege a bateria das condições de sobrecarga ou muito pouca carga. De acordo com os princípios descritos aqui, quando se combina a lâmpada construída com a rede passiva inventada, o controlador executa mais que apenas as funções indicadas acima, mas também controla quanta energia elétrica é fornecida para a lâmpada quando a lâmpada está ligada.

[019] Ao se substituir a lâmpada e o controlador associado por modalidades de acordo com os princípios inventivos descritos aqui, o sistema de lâmpada carregada com energia solar pode proporcionar um brilho maior na iluminação (melhor que a comercial especificada) nas três primeiras noites quando acontecem três dias escuros consecutivos, começando com capacidade de armazenamento de carga total da bateria. Depois disso, o sistema de lâmpada ainda pode manter a iluminação acima do brilho requerido (comercial especificado) por três noites adicionais sem qualquer entrada de energia solar por seis dias consecutivos (isto é, no caso de ha- ver seis dias escuros consecutivos). Além disso, isso pode ser feito com custo reduzido se comparado ao sistema comercial em algumas modalidades.

[020] Quando otimizado, com o custo do sistema restrito a ficar abaixo daquele das lâmpadas de rua carregadas com energia solar, certas modalidades de um sistema de lâmpada carregada com energia solar descrito aqui pode sustentar a luz durante condições de escuridão na ocorrência de mais de nove dias escuros consecutivos continuando ao mesmo tempo a proporcionar luz acima dos níveis exigidos. Essas modalidades podem proporcionar um brilho melhor que os sistemas comerciais pelos primeiros três dias. O sistema então continua a proporcionar mais de 90 por cento de brilho (se comparado ao dia anterior) por seis dias escuros extras consecutivos sem que haja falta de luz durante as condições de escuridão. Além disso, esse sistema efetua uma transição de volta para proporcionar luz por mais de três noites adicionais caso aconteçam três outros dias escuros consecutivos, com apenas 4 horas efetivas de luz do sol no décimo dia.

[021] As resultantes lâmpadas de rua carregadas com energia solar de acordo com pelo menos algumas modalidades descritas aqui são facilmente encontráveis; e também proporcionam um excelente desempenho. Assim, modalidades descritas aqui podem proporcionar lâmpadas de rua carregadas com energia solar eficazes a um custo acessível com excelente desempenho; entre muitas outras aplicações.

O ESTUDO

[022] Os inventores conduziram um estudo que mostra que as lâmpadas de rua existentes carregadas com energia solar não conseguem sustentar a iluminação por três dias escuros consecutivos sob algumas condições muito reais, comuns e facilmente encontradas. Esse estudo levou em conta a natureza, e os parâmetros de projeto de lâmpadas solares comerciais; e então examinou essas lâmpadas dólares em algumas situações facilmente encontradas de operações normais com lâmpadas de rua carregadas com energia solar. O estudo revela as principais razões que estão por trás das razões pelas quais lâmpadas de rua carregadas com energia solar comerciais não conseguem sustentar três dias escuros consecutivos em situações concretas.

[023] Lâmpadas carregadas com energia solar utilizam painéis solares para carregar baterias durante o dia de sol. A seguir, descarregam as baterias acionando as lâmpadas para iluminar as noites escuras. Portanto, os dados naturais a seguir relativos à luz do sol, horas escuras que requerem iluminação, e similares, foram avaliados juntamente com as características de painéis solares, baterias, e caixas de controle comumente usadas.

[024] Dependendo das estações, a quantidade diária efetiva de luz solar varia de 3 a 4,5 horas na maioria dos lugares adequados para instalar as lâmpadas carregadas com energia solar. O tempo de iluminação requerido (devido à escuridão) variava de 8 a 14 horas por dia nesses locais. Além disso, a estação onde se requeria iluminação por mais tempo estava frequentemente associada ao número mais curto de horas com luz do sol efetiva. Portanto, o projeto do sistema independente iria requerer tipicamente aproximadamente 4 horas de exposição do painel solar à luz do sol para carregar a bateria com energia adequada para consumo de lâmpada de aproximadamente 12 horas de iluminação (e 24 horas de operação da caixa de controle uma vez que a caixa de controle opera continuamente).

[025] A energia elétrica convertida do painel solar é usualmente armazenada em baterias de “12 volts” no sistema comercial. A chamada bateria de “12 volts” vai ser operada em uma faixa normal dentro de sua tensão terminal máxima (Vx), que pode se situar em cerca de 13,6 volts, e sua tensão mínima (Vn), que pode se situar em cerca de 10,5 volts. Operações não-usuais (ou sobrecarregar uma bateria para além de Vx ou descarregar uma bateria para menos que Vn) podem danificar a bateria encurtando sua vida útil, o que envolve despesa desnecessária. Assim, as operações não-usuais de sobrecarga excessiva ou descarregamento excessivo da bateria não são desejáveis, nem são recomendadas. Assim, o sistema comercial projeta uma unidade de controle para monitorar constantemente a tensão terminal da bateria para desligar o carregamento solar quando ela chega a Vx, e desligar a lâmpada quando ela chega a Vn.

[026] A capacidade armazenamento de energia da bateria, Bx, é medida em ampères-horas (por exemplo, Bx = 150 ampères-horas). A capacidade de armazenamento de energia Bx é definida como o tempo integral (em horas) da corrente de saída através da bateria (em ampères) enquanto a tensão terminal da bateria é descarregada da tensão terminal máxima Vx até a tensão terminal mínima Vn. Observe- se que cada ampère-hora representa uma quantidade diferente de energia na bateria; porque a energia depende de qual era a tensão terminal quando o ampère-hora foi reduzido. Além disso, uma bateria diferente poderia armazenar quantidades ligeiramente diferentes de energia na mesma tensão terminal para cada ampère-hora; porque as resistências internas de conversão de conversão de energia quími- ca/elétrica em cada uma das baterias e em todas elas podem ser diferentes. Portanto, o mesmo consumo de energia (watt-hora) teria um valor diferente de ampères- horas em uma tensão terminal diferente da mesma bateria. Dito de outra forma, o consumo de energia não seria o mesmo valor exato de ampères-hora na mesma tensão terminal de diferentes baterias.

[027] Diversos parâmetros de projeto serão definidos agora. O consumo de energia diário do sistema (incluindo iluminação, controle de operações, e ineficiência) é “D”. O consumo de energia diário mínimo do sistema é “Dn”. O consumo de energia diário máximo do sistema é “Dx”. A energia elétrica convertida diariamente proveniente da saída do painel solar e armazenada na bateria é “S”. Seu valor médio em 4 horas diárias efetivas de luz do sol é “Sa” e seu valor máximo é “Sx”; seu mínimo é 0. A energia elétrica armazenada na bateria é “B”. A energia mínima na bate- ria “Bn” é a energia mínima armazenada na bateria (isto é, Bn = 0) o que ocorre quando a tensão terminal de bateria V está em seu valor mínimo Vn. A energia má-xima na bateria “Bx” é a energia armazenada na bateria quando a tensão terminal de bateria V está em seu valor máximo Vx. Bx também é chamado a capacidade da bateria. Comercialmente, Bx está representado em ampères-horas. Portanto, todas as unidades de energia (B, S ou D) apresentadas aqui são convertidas em ampères- horas da bateria usada, a não ser que seja indicado o contrário.

[028] Hoje, o painel solar é um dos principais responsável pelo custo e o mais caro dos quatro subsistemas de painel solar (que incluem o painel solar, a bateria, a lâmpada, e o controlador). Sistemas de lâmpada solar comerciais são, desta forma, projetados para um uso mínimo do painel solar para maximizar um custo acessível para o sistema. Os sistemas comerciais existentes de lâmpada carregada com energia solar todos usam 1,15Dx> Sa >1,1 Dx. Em outras palavras, o tamanho do painel é grande o bastante para que um dia efetivo de luz do sol seja suficiente para carregar as baterias o bastante para fornecer a energia elétrica (“Sa”) além de 110 por cento do consumo máximo de energia referente a um dia (“Dx”); mas definitivamente menos que 115 por cento do consumo máximo de energia referente a um dia (“Dx”).

[029] Atualmente, a bateria é o segundo responsável pelo custo dos quatro subsistemas de lâmpada solar. A maioria dos fornecedores de lâmpada solar comercial projeta sua capacidade máxima de armazenamento de bateria Bx para que seja 4Dx> Bx> 3,3Dx. Em outras palavras, uma bateria totalmente carregada será suficiente para fornecer luz repetidamente por 3,3 a 4 dias de consumo máximo de energia. Alguns projetistas de lâmpada comercial carregada com energia solar aumentaram a capacidade de armazenamento total de bateria Bx para até 7Dx.

[030] Eles também projetam seu subsistema de controle e de iluminação (por exemplo, a lâmpada) para manter o consumo de energia de iluminação “P” (isto é, a quantidade de energia tirada da bateria para operar a lâmpada) constante, ou pelo menos independente da tensão terminal. Deve ser lembrado que a tensão terminal V é uma função da energia B armazenada na bateria. Assim, o consumo diário de energia do sistema (em watt-hora) D é expresso como D = (P x T) + O, onde T representa as horas com iluminação do dia (média ~ 12 horas), e O é o consumo de energia de operação por 24 horas não referente à iluminação (usada pela caixa de controle).

[031] A seguir encontra-se um sumário das características principais dos projetos de painel solar comerciais existentes:

[032] (I) O consumo de energia pela operação diária do sistema (incluindo iluminação por toda a noite e operação da caixa de controle por 24 horas) é projetado para ser: Dx > D = (P x T) + O watt-hora, onde P, T, e O são definidos acima; enquanto P é projetado para ter um consumo em watts quase constante.

[033] (II) O tamanho do painel solar (para proporcionar energia elétrica “S” em watt-hora para o carregamento em um dia efetivo de sol) é projetado para ser 1,15Dx> Sa> 1,1 Dx em watt-hora, com Sa definido acima.

[034] (III) A bateria (usada para armazenar a energia elétrica do painel solar e para fornecer energia elétrica para a operação do sistema) é projetada para ser: 7Dx> Bx> 3,3Dx, enquanto Bx está em sua capacidade máxima.

[035] Como o consumo diário de energia D é menor que o consumo de energia diário máximo do sistema Dx, e dado que a bateria foi projetada para que: 7Dx > Bx > 3,3 Dx, foi considerado em geral que o projeto convencional pode garantir operação adequadamente por três dias consecutivos de chuva. Entretanto, este não é o caso, como será explicado agora.

[036] O fato é que com a alimentação diária de energia solar subtraída do consumo diário de energia requerido, só há uma quantidade muito pequena da energia que pode ser ganha pela bateria para aumentar a energia armazenada em qualquer dia determinado. Sob operação normal, o mínimo de dias consecutivos de sol requerido para carregar a bateria de B = 0 para B = Bx utilizando-se essa energia residual seria: ((Bx) mínimo) / (resíduo máximo de (S - D)). Dado que o Bx mínimo é igual a 3,3Dx, e dado que o resíduo máximo de (S-D) seria igual ao 1,15Dx - Dn, a expressão para o mínimo de dias de sol pode ser expressa como 3,3Dx / (1,15Dx - Dn). Entretanto, esse valor é aproximadamente igual a 3,3Dx / (1,15Dx - Dx). Nor-malmente, se levaria 20 a 50 dias consecutivos com sol normal para carregar a capacidade da bateria para recuperar o armazenamento completo de energia depois que a bateria tivesse sido descarregada pelos produtos comerciais existentes. Qualquer dia escuro a mais durante esses dias de carga iria adicionar pelo menos seis dias a mais ao seu tempo requerido de recuperação para atingir seu estado de armazenamento de energia total. Quando aplicado um código estatístico (utilizando-se o método aleatório) para simular a energia restante no armazenamento da bateria em um amanhecer qualquer, sob as condições de projeto mais otimistas permitidas, os resultados da simulação mostraram que seria uma situação rara B > (3D - Sx). Portanto, seria muito seguro assumir que B < (3D -Sx) no amanhecer da maioria dos dias de operação. Em outras palavras, a análise de situação a seguir é adequada para a maior parte do tempo em que o sistema está operando (situações muito comuns e frequentemente encontradas).

[037] Mesmo quando se presume a capacidade máxima total comercial para a bateria projetada (Bx = 7Dx), existem sempre muitas situações operacionais reais que podem em conjunto levar o sistema a atingir um estado no qual a energia restante armazenada na bateria, B, é menor que aquela de (3D -M*Sx) no amanhecer de qualquer dia determinado; com M=1, ou M+2. O sistema pode encontrar uma situação em que o próximo horário diurno é um bom dia de sol médio seguido por 3 ou mais dias escuros seguidos. Um sistema assim não pode fornecer três noites adicionais de iluminação.

[038] Para M = 1, isso significa B = (3D - Sx) < (3D - 1,15Dx) < (3-1,15)*D. Em outras palavras, a energia restante na bateria quando amanhece é menor que 1,85 dias de energia operacional. Então, o painel solar só pode carregar a bateria para B = (3D - Sx + Sa) (no dia com sol que se seguiu). Uma vez que Sx > Sa, o valor de B é definitivamente menor que 3D imediatamente antes de chegarem os três dias chuvosos consecutivos. O sistema definitivamente não pode proporcionar iluminação noturna total na terceira noite.

[039] Para M=2, a energia restante na bateria pode ser menor que a de 0,7 do dia no amanhecer. Nesse caso, não haveria iluminação alguma na terceira note durante os três dias chuvosos consecutivos.

[040] Quando a bateria está descarregada ao amanhecer, ou antes do amanhecer de um determinado dia, então a lâmpada pode proporcionar luz durante a primeira noite e parte da segunda noite, mas não haveria luz nenhuma na terceira noite.

[041] A pior situação seria a bateria estar descarregada ao amanhecer ou antes do amanhecer do dia determinado e haver uma sequência de mais de três dias de chuva consecutivos sem sol nenhum após o amanhecer do dia determinado. Neste caso, não haverá luz nenhuma durante as noites.

[042] As situações acima são situações de operação muito comuns, normais e normalmente encontradas. Portanto, a análise da situação acima mostra claramente que, sob projetos de consumo de energia para iluminação constante, mesmo usando-se as capacidades máximas comerciais de bateria projetadas, as lâmpadas comerciais carregadas com energia solar com a capacidade de recarga do painel solar projetadas atualmente não vão cumprir sua promessa de “sustentar a iluminação sempre que houver 3 dias escuros consecutivos”. Isto se dá porque no momento do esgotamento da bateria, e depois, esses sistemas podem voltar a proporcionar apenas cerca de mais um dia (não mais três dias) de iluminação com luz do sol na média diária.

[043] Para ilustrar mais o estudo acima e revelar a causa de origem dessa questão, vamos tomar um produto comercial como o pior exemplo: foi adquirida uma lâmpada de rua comercial (com um painel solar de 130W, duas baterias de 110 Ahrs). Essa lâmpada proporciona cerca de 1600 lumens de emissão de luz com aproximadamente 28W de energia para iluminação constante e uma caixa de controle consumindo aproximadamente 6W de potência em média. A média de energia carregada na bateria (Sa) através do painel solar de 130W convertendo 4 horas efetivas diárias de luz solar é de aproximadamente 43,3 Ahr. O consumo diário de energia dessa lâmpada de rua (com 12 horas de iluminação e 24 horas de operação da caixa de controle) é de aproximadamente 40 Ahr. O ganho de energia líquido da energia solar (subtrair consumo diário) é de apenas cerca de 3,3 Ahr. Isso significa que levaria mais do que 12 dias de sol consecutivos (12 x 3,3 Ahr = 39,6 Ahr) para equilibrar o déficit de energia causado por 1 dia de escuridão de déficit de energia (aproximadamente 40 Ahr) para essa lâmpada de rua. O período de recuperação do seu estado descarregado para armazenamento completo tomaria 220 / 3,3 = 66,7 dias de sol consecutivos. Essa lâmpada de rua foi instalada em um local próximo do centro da China com mais de 4 horas de média anual de luz do sol efetiva, e um espaço livre para receber adequadamente luz do sol normal. Ela começou com uma bateria com capacidade completa e operou apenas por menos de 20 dias (mais de dois anos atrás) para que acontecesse sua primeira condição de “bateria esgotada”. Após isso, essa lâmpada de rua começou a proporcionar luz por cerca de uma noite seguida de cada dia de sol; e nunca cumpriu sua promessa de “sustentar a iluminação por 3 dias escuros consecutivos” desde então. Certamente, essa lâmpada também encontrou muitas outras condições de “bateria esgotada” adicionais desde sua instalação mais que dois anos antes.

[044] Uma maneira de cumprir com a promessa de iluminação contínua por mais de três dias escuros consecutivos é aumentar o tamanho do painel solar para proporcionar um fator de três ao se fazer a recarga. Neste caso, toda alimentação de energia solar diária pode definitivamente sustentar o consumo de energia do sistema por 3 dias; mesmo quando a bateria estava descarregada no amanhecer de um dia de sol. Entretanto, isso também pode levar a um custo proibitivo; e diminui a o poder de compra.

A CONCLUSÃO DO ESTUDO

[045] A partir do estudo, os inventores descobriram que existem três ingredientes-chave para que lâmpadas carregadas com luz solar cumpram sua promessa de sustentar a iluminação por mais de três dias escuros consecutivos: (1) o sistema deve ter uma capacidade de bateria grande o bastante (Bx > 3Dx), (2) o sistema deve ter um painel solar grande o bastante para que Sa>3Dx, e (3) a caixa de controle deve reduzir seu consumo diário de energia a um nível insignificante de modo que Dx possa ser substancialmente reduzido. Entretanto, com o custo dos subsistemas (especialmente o painel solar e a bateria), ao impor os dois ingredientes nos projetos de “energia de iluminação constante” como nos produtos comerciais, mesmo com a ajuda gratuita do terceiro ingrediente, os sistemas resultantes podem acabar encontrando a iluminação requerida - mas a um custo proibitivo, ou atendendo ao poder de compra - mas sem proporcionar brilho suficiente.

AS INVENÇÕES:

[046] Os inventores inventaram ainda novos projetos de lâmpada LED com LED de rede passiva (chips) e resistores bem como a caixa de controle associada para (superar essa questão) proporcionar resistência extra quando houver muitos dias escuros consecutivos; mesmo quando usa o mesmo painel solar e bateria do sistema comercial. As etapas da invenção são descritas a seguir:

I. Rede Passiva para dar Forma à característica l-V da lâmpada LED:

[047] Por tentativa e erro, os inventores descobriram que eles podem dar forma à característica l-V de lâmpadas LED utilizando uma rede passiva de LED e resistores. Eles também constataram que eles podem se igualar à rede com algumas das características l-V teoricamente selecionadas (“desejáveis”). Em outras palavras, sua primeira etapa é inventar a forma da característica l-V da lâmpada LED através de rede de LED e resistor. II. Identificar as características desejadas l-V via análise teórica: 11 .A. Identificar o l-V para operar em toda a faixa de armazenamento de bateria:

[048] Através de análise teórica, os inventores identificaram as características l-V adequadas para a lâmpada LED que permitiram à lâmpada operar em toda a faixa de armazenamento de energia na bateria; que se caracterizava por sua faixa de tensão terminal (por exemplo, 10,5 a 13,5 volts para uma “bateria de 12 volts”). Isso significa que essas lâmpadas LED variariam seu consumo de energia em função da tensão terminal de bateria; P(v). 12 .B. Identificar o l-V para aumentar a eficácia quando a bateria tem sua carga reduzida:

[049] Houve uma análise e seleção posterior a partir das identificadas acima, para se obter um grupo de características l-V que podem melhorar uniformemente sua eficácia quando sua tensão terminal diminui ao longo da faixa de tensão de bateria.

11 .C. Identificar o l-V para evitar sobrecarga ou descarga em excesso:

[050] Como essas lâmpadas LED iriam variar seu consumo de energia, P(v) como função da tensão terminal de bateria; os inventores identificaram ainda o l-V dessas lâmpadas consumindo toda a energia diária carregada (D(Vx)>Sx) quando a bateria se encontra em um estado de armazenamento total de energia (B = Bx). Assim, se evita que a bateria sobrecarregue.

[051] Os inventores identificaram ainda o l-V dessas lâmpadas consumindo menos que 1/5 da energia diária carregada pelo painel solar quando o armazenamento de energia da bateria está perto da estar descarregada; mais próxima de descarregada, menos ela consome. O valor de D(v) é muito baixo quando v se aproxima de v = Vn; de modo que o D (v ~Vn) < 0,1 Sa. E se aproxima do consumo de energia zero no estado de bateria descarregada (P(Vn) < 1 watt); evitando que a bateria fique excessivamente descarregada.

III. Integrar todas as invenções acima em projetos de lâmpada LED:

[052] Os inventores deram forma à característica l-V de uma lâmpada utilizando rede passiva de LED e resistores para corresponder à curva l-V “adequada”. Além disso, protótipos foram construídos para se verificar que essa lâmpada pode realmente ser operada em toda a faixa de armazenamento total de energia da bateria. Os sistemas também podem aumentar sua eficácia quando o armazenamento de energia de bateria está diminuindo para proporcionar o brilho requerido. Em outras palavras, o novo sistema pode continuamente (ou de etapa em etapa) aumentar a eficácia quando o armazenamento de energia da bateria está diminuindo; e também utiliza toda sua capacidade de armazenamento de energia. Além disso, esses protótipos também se mostraram capazes de evitar que a bateria sobrecarregue ou descarregue em excesso.

IV. Projeto de uma caixa de controle para consumir energia com quantidade insignificante:

[053] Como as lâmpadas de LED acima projetadas também podem proporcionar as funções de evitar que a bateria fique sobrecarregada ou descarregada em excesso, a caixa de controle pode ser aliviada de sua função de “proteção de bateria” (que consome quantidade significativa de energia). Assim, isso permitiria projetar uma caixa de controle para realizar apenas as funções de ligação de carregamento da bateria a partir do painel solar (ou não), descarregar a eletricidade da bateria para as lâmpadas de LED para a iluminação (ou não). Portanto, essa caixa de controle foi projetada utilizando-se dois relés de bloqueio para desempenhar essas duas funções. A caixa de controle projetada consome então uma quantidade insignificante de energia (< 0,001 ampère-hora diariamente) que pode aumentar a resistência da ilu-minação ainda mais.

V. Otimizar o sistema de projeto

[054] Os resistores na rede não são elementos de emissão de luz; eles consomem energia sem proporcionar contribuição para a iluminação. Os inventores, portanto, verificaram a rede para eliminar todas as resistências desnecessárias. Assim, a resistência da iluminação do sistema projetado é mais reforçada. Além disso, os inventores realizaram as simulações de código estatístico para mapear o espaço permitido para os parâmetros do projeto. Os resultados efetivamente nos levam a otimizar a correspondência de subsistemas; e proporcionar a trajetória para minimizar o custo do sistema e maximizar os desempenhos do sistema.

OS RESULTADOS DA IMPLEMENTAÇÃO DAS INVENÇÕES

[055] Os princípios descritos aqui, por outro lado, mudam o projeto do controlador e das lâmpadas. O resultado é que os sistemas podem aumentar sua eficiência durante o descarregamento de seu armazenamento de energia. As lâmpadas também podem ser operadas na capacidade total do armazenamento de energia da bateria para proporcionar o brilho acima requerido. Assim, esse sistema pode proporcionar uma resistência extra da iluminação quando acontecem muitos dias escuros seguidos; mesmo quando se usa o mesmo painel solar e bateria. Em outras palavras, as modalidades descritas aqui podem efetuar a redução no consumo de energia muito mais rápido que a redução do brilho devido à eficácia aumentada experimentada ao se reduzir o consumo de energia. Assim, a energia recarregada em um dia do painel solar existente pode garantir operação com energia reduzida por mais que três dias, mesmo com o mesmo painel solar e bateria.

[056] Portanto, o subsistema de iluminação de acordo com modalidades descritas aqui varia seu consumo de energia de acordo com a quantidade de energia elétrica armazenada nas baterias que suportam as lâmpadas. Uma vez que a energia restante armazenada em uma bateria pode ser caracterizada por seu valor de tensão terminal V, essa invenção projeta a energia da iluminação para ser P = P(V), como função de V (a tensão terminal da bateria). Assim, as lâmpadas são projetadas para consumir menos energia quando a tensão terminal das baterias for menor. O Dx requerido está baixo o bastante quando a energia da bateria está em seu estágio de armazenamento baixo, de modo que o tamanho de painel solar corrente usado no sistema comercial pode proporcionar Sa suficiente para atender a Sa> 3Dx para esse Dx reduzido.

[057] A fim de preservar a capacidade de proporcionar o brilho requerido, o subsistema de iluminação é projetado de modo que ele pode aumentar a sua eficiência quando a energia no armazenamento da bateria está se esgotando. Em outras palavras, quanto menos energia armazenada na bateria, menos ela é consumida pelas lâmpadas; e mesmo assim a lâmpada ainda proporciona o brilho requerido para a iluminação aumentando a eficácia do sistema quando a energia da bateria está descarregando. Isto porque a redução no consumo de energia de iluminação é proporcionalmente muito mais rápida que a redução resultante no brilho.

[058] Além disso, como o subsistema de iluminação pode variar seu consumo de energia, esse projeto também foi executado em suas lâmpadas para consumir toda a energia diária carregada (D(Vx) > Sx) quando a bateria está em seu estado de armazenamento máximo de energia (B = Bx); evitando, assim a situação de sobrecarga da bateria (mostrada como modalidades). Essa invenção ainda projetou suas lâmpadas para consumir menos que um quarto da energia diária carregada pelo painel solar quando o armazenamento de energia de bateria estiver próximo da condição descarregada. Quanto mais próximo da condição totalmente descarregada, menos a lâmpada consome, aproximando-se do consumo de energia zero no estado de bateria descarregada (D(Vπ) < 1 watt); evitando a situação de excesso de descarga.

[059] Assim, as modalidades do subsistema de iluminação, descritas acima, podem obter dois benefícios: (1) uma carga solar em um dia de sol pode armazenar energia o bastante na bateria por mais de três dias com iluminação noturna sem outra alimentação de energia; como mostrado nas modalidades; e (2) sobrecarga ou descarga em excesso são evitadas sem intervenção ativa da caixa de controle. As modalidades só permitem a um controlador que desempenhe as funções de trocar de ligar/desligar o carregamento e descarregamento da bateria. Essa função de troca consome uma quantidade insignificante de energia por dia.

[060] Como mostrado nas modalidades; ao substituir as unidades de iluminação de LED e a unidade de controle associada incorporando esta invenção, o sistema comercial pode então proporcionar um brilho de iluminação menor nas primeiras três noites; começando com capacidade de armazenamento máximo da bateria. Depois disso, ele ainda pode manter a iluminação acima do brilho requerido para três noites a mais sem qualquer entrada de energia nesses 6 dias consecutivos. Além disso, esse sistema tem menor que o sistema original.

[061] Quando otimizados na execução do sistema, e também com o custo do sistema restrito a ficar abaixo daquele das lâmpadas de rua comerciais carregadas com energia solar, os novos sistemas projetados podem resistir a mais de nove dias consecutivos de chuva. Além disso, proporciona-se um brilho melhor que os painéis solares comerciais pelas três primeiras noites. O sistema então continua a proporcionar mais de 0,9 de brilho em relação ao dia anterior por seis dias escuros consecutivos a mais sem que a luz seja desligada. Além disso, esse sistema volta a proporcionar luz por mais de três noites adicionais, com apenas 4 horas de luz do sol efeti-va no décimo dia.

[062] Tendo descrito os princípios gerais das modalidades descritas aqui, as modalidades propriamente ditas serão descritas agora com relação às Figuras 1 a 5.

[063] A Figura 1 ilustra um sistema de lâmpada carregada com energia solar 100 que inclui quatro subsistemas tais como uma bateria 110, um painel solar 120, uma lâmpada 130, e um controlador 140. Luz originada do sol incide no painel solar 120. O painel solar 120 pode ser um único painel solar ou uma rede de painéis solares. Além disso, o painel solar pode ser um painel solar que já existe, ou pode ser um painel solar a ser desenvolvido no futuro. Entretanto, como mencionado acima, um melhor desempenho pode ser obtido mesmo utilizando-se os painéis solares existentes. O painel solar 120 converte pelo menos uma parte da luz incidente em eletricidade com uma eficiência determinada que pode variar dependendo do tipo de painel solar.

[064] Um circuito de encaminhamento de coleta de energia 121 está configurado para encaminhar a energia elétrica do painel solar 120 para uma bateria 110 quando o painel solar 120 e a bateria 110 estão acoplados como ilustrado. Dessa maneira, o circuito de encaminhamento de coleta de energia 121 canaliza a eletricidade do painel solar 120 para a bateria 110 para carregar a bateria e dessa forma aumentar seu armazenamento de energia durante condições de sol. Embora a bateria 120 possa ser qualquer tipo de bateria, os princípios descritos aqui permitem um desempenho melhorado mesmo usando-se a mesma bateria que os sistemas de lâmpada convencionais. Na verdade, os princípios descritos aqui podem ser esten-didos até um caso na qual o elemento 110 é qualquer fonte de energia elétrica tal como, por exemplo, um suporte para dispositivo de fornecimento de energia por meio de uma grade de força. Neste caso, não haveria necessidade do sistema de lâmpada 100 incluir o painel solar 120 ou o circuito de encaminhamento de coleta de energia 121. Assim, o sistema de lâmpada pode não ter qualquer “bateria” física. Na verdade, a bateria 110 pode ser substituída por uma “fonte de energia elétrica”. A bateria 110 será descrita a seguir e é apenas um exemplo de tal fonte de energia elétrica.

[065] Um circuito de encaminhamento de consumo de energia 122 é configurado para encaminhar seletivamente energia elétrica da bateria 110 (ou, de maneira mais geral, a “fonte de energia elétrica”) a uma lâmpada 130 quando a bateria 110 e a lâmpada 130 estão acopladas como ilustrado. Dessa maneira, o circuito de encaminhamento de consumo de energia 122 canaliza eletricidade da bateria 110 (ou, de maneira mais geral, a “fonte de energia elétrica”) à lâmpada 130 quando a lâmpada está consumindo eletricidade durante condições de pouca luz. Em algumas modalidades, a lâmpada 130 pode emitir luz de um ou mais diodos de emissão de luz (LED) e/ou pode ser uma lâmpada de rua que está colocada sobre uma rua, estrada, calçada ou área.

[066] Um controlador 140 está configurado para canalizar seletivamente eletricidade do painel solar 120 para a bateria 110 pelo circuito de encaminhamento de coleta de energia 121 durante condições de luz, e seletivamente configurado para canalizar eletricidade da bateria 110 para a lâmpada 130 durante condições de pouca luz. O controlador 140 pode ser muito simples uma vez que ele desempenha uma simples função de ligar-desligar. Consequentemente, a energia diária consumida pelo controlador pode ser muito baixa como mencionado acima. Dependendo da fonte de energia elétrica, em alguns casos (tal como o caso de uma grade de força elétrica) essa canalização seletiva não será necessária.

[067] O sistema de lâmpada solar 100 está configurado de modo que quando o circuito de encaminhamento de consumo de energia 122 encaminhar energia elétrica da bateria 110 (ou, de maneira mais geral, a “fonte de energia elétrica”) para a lâmpada 130, o sistema 100 ajusta a quantidade de energia distribuída ao longo do circuito de encaminhamento de consumo de energia 122 para menos como função de uma quantidade restante de energia elétrica na bateria. Como mencionado acima, como a tensão terminal V é uma função da energia elétrica restante na bate- ria, isso poderia ser conseguido utilizando-se a tensão terminal. No caso mais geral de uma fonte de energia elétrica, isso pode ser feito com base em qualquer parâmetro que se relacione à energia disponível na fonte de energia elétrica. Além disso, como mencionado acima, essa redução no consumo de energia pode ser proporcionalmente maior que a redução nas emissões de luz devido à maior eficácia a um consumo de energia mais baixo.

[068] Em algumas modalidades, a redução no consumo de energia quando a tensão terminal (ou mais genericamente a energia ou força disponível na fonte de energia elétrica) diminui pode ser conseguida utilizando-se uma rede passiva. Por exemplo, a rede passiva 131 pode ser incluída no interior da lâmpada, e pode incluir diodos LED, e também potencialmente resistores. Um projeto específico será descrito com relação à Figura 5. Entretanto, os princípios da presente invenção não estão limitados a tal projeto. Por exemplo, uma rede passiva pode encaminhar a corrente através de quedas na tensão de modo que quando a tensão na entrada da re-de passiva for mais alta (refletindo uma tensão de terminal de bateria mais alta), mais diodos de LED na rede passiva estão emitindo ativamente do que quando a tensão na entrada da rede passiva for mais baixa. Assim, à medida que a tensão terminal diminui, também diminui o número e a intensidade dos diodos de LED que estão emitindo na rede passiva.

[069] Os princípios descritos aqui não estão limitados à relação funcional específica entre a energia consumida pela lâmpada 130 e a tensão terminal da bateria 110. Entretanto, é mais vantajoso quando a relação é definida de modo que uma redução no consumo de energia provoque uma redução proporcionalmente menor nas emissões de luz.

[070] A Figura 2 ilustra uma representação gráfica aproximada 200 de uma relação entre consumo de energia e luminosidade para uma lâmpada construída com uma rede de diodos emissores de luz e resistores. A luminosidade está no eixo geométrico vertical 201, e a energia elétrica está no eixo geométrico horizontal 202. A relação é aproximada com a curva 210 apenas para mostrar os princípios abstratos. A forma precisa da curva pode diferir de acordo com o tipo de LEDs dos quais a lâmpada é compreendida, e o projeto da lâmpada também; especialmente sua dissipação térmica que determina a temperatura nas junções emissoras de luz. A temperatura da junção pode afetar criticamente o montante de saída de luz; assim a capa-cidade de dissipação térmica determina criticamente a função de luminosidade como função da alimentação de energia para o LED.

[071] Não obstante, cada lâmpada de LED tem uma região inativa 211 na qual a energia elétrica está próxima ou abaixo do limite do diodo de LED sendo assim muito baixa para provocar emissões de luz significativas do diodo; mesmo parte da região 211 pode proporcionar eficiência muito alta, mas não uma grande quantidade de luminosidade.

[072] Cada lâmpada de LED tem também uma região linear 212 que está acima do limite do diodo de LED, provocando uma relação linear aproximada entre mudança na energia elétrica, e mudança na luminosidade. Essa região mantém uma eficácia quase constante com uma quantidade significativa de luminosidade.

[073] Cada lâmpada de LED tem também uma região de saturação 213 na qual aumentos na energia elétrica causam um aumento proporcionalmente inferior na luminosidade. Dito de outra maneira, na região de saturação 213, reduções na energia elétrica causam uma redução proporcionalmente menor na luminosidade. É na região de saturação que a maioria das lâmpadas LED opera. Consequentemente, reduções na energia elétrica proporcionada para a lâmpada (talvez da quantidade 221 para 222), causam uma redução proporcionalmente menor na luminosidade (da quantidade 231 para 232) como ilustrado. Existe outro parâmetro importante indicado na Figura 2. A quantidade mínima requerida de luminosidade é indicada como linha 233; e a potência correspondente é indicada como linha 223. Essa linha 223 pode cair dentro da região definida como 212. Assim, as lâmpadas serão projetadas para operar na região acima de 212a para proporcionar mais que o nível de luminosidade especificado. Na verdade, a tensão correspondente da região de energia 213 (por exemplo, 12,3 a 13,5 volts) vai coincidir com a maior parte da região de energia operacional projetada (acima da região 212b). Para este projeto, a faixa de tensão de bateria correspondente para a região operacional projetada é de 11,5 a 13,5 volts. Em outras palavras, a característica l-V das lâmpadas projetadas é formada para atender a essa requisição.

[074] Não há relação funcional limitada entre a energia enviada para a lâmpada e a tensão terminal. Entretanto, a Figura 3 ilustra uma relação gráfica 300 na qual a relação 301 é uma função degrau. A Figura 4 ilustra uma relação gráfica 400 em que a relação 401 é uma função contínua. A função efetiva pode ser uma combinação de função degrau e função contínua.

[075] A Figura 5 ilustra uma rede passiva 500 que pode ser usada como a rede passiva 131 da Figura 1. A rede passiva 500 inclui múltiplos componentes passivos incluindo uma combinação de diodos LED e resistores. Como mostrado na Figura 5, um conjunto para iluminação consiste em 24 LEDs (rotulados como LD1 a LD24) que são colocados em rede em dois grupos, cada grupo acoplado em paralelo entre os terminais de bateria V+ e V-.

[076] Um dos grupos de LED consiste em uma conexão em série de quatro subgrupos de LED. Cada subgrupo de LED consiste em diferentes números de LEDs em conexões paralelas. Por exemplo, um grupo de LED consiste de uma série de quatro subgrupos, em que o primeiro subgrupo de LED consiste de quatro LEDs paralelos LD3 a LD6, o segundo subgrupo de LED consiste de três LEDs paralelos LD10 a LD12, o terceiro subgrupo de LED consiste de três LEDs paralelos LD16 a LD18, e o quarto subgrupo de LED consiste de quatro LEDs paralelos LD21 a LD24. O outro dos grupos de LED também consiste de uma conexão em série de quatro subgrupos de LEDs consistindo de diferentes números de LEDs em paralelo. Por exemplo, esse outro grupo de LED consiste de uma série de quatro subgrupos, em que o primeiro subgrupo de LED consiste de dois LEDs paralelos LD1 a LD2, o segundo subgrupo de LED consiste de três LEDs paralelos LD7 a LD9, o terceiro subgrupo de LED consiste de três LEDs paralelos LD13 a LD15, e o quarto subgrupo de LED consiste de dois LEDs paralelos LD19 a LD20. Observe-se que o primeiro subgrupo de LEDs LD3 a LD6 no primeiro grupo de LED também tem acoplados em paralelo 16 resistores R1 a R16, e que o quarto subgrupo de LEDs LD21 a LD24 também tem acoplados 16 resistores R17 a R32.

[077] Essa rede de LED pode ser vista como uma rede de resistências variáveis determinadas pela tensão; e dessa forma a rede portaria correntes diferentes quando a tensão terminal fosse diferente. Quanto menor a tensão terminal, menor a corrente nessa rede. Assim, quanto menor a tensão terminal, menor a quantidade de energia consumida pela rede.

[078] A Tabela 1 lista os consumos de energia medidos deste conjunto (rede) com as tensões terminais variando de 13,5 volts até 10,5 volts conforme a seguir:

[079] Como mostrado, o consumo de energia diminuiu uniformemente de 40,2 watts a 13,5 volts para 6,67 watts a 11,5 volts (por um fator de cerca de 6).

[080] Certamente, a saída de luz desse conjunto (rede LED) também varia com a corrente transportadora. Quanto menor a corrente transportada, menor a saída de luz que pode ser produzida. Em outras palavras, quanto menor a energia consumida por essa rede de LED, menor a saída de luz que a rede de LED vai proporcionar. Caso tenha sido imposto o requisito especificado comercialmente de saída de luz mínima, Lm > 15001m; e pretende-se usar 3 conjuntos paralelos para proporcionar a iluminação. O requisito de saída de luz para cada conjunto precisa ser de acima de 500 lm.

[081] Como mostrado na Tabela 1, a saída de luz medida diminuiu de 2331,6 lumens com consumo de energia de 40,2 watts (a 13,5 volts) uniformemente até 580,7 lumens com consumo de energia de 6,67 watts (a 11,5 volts). Pode se esperar a partir disso que a saída de luz dessa lâmpada com 3 conjuntos combinados vá emitir mais que 6994,8 lm a 13,5 volts; e vá emitir mais que 1740 lm quando a tensão terminal de bateria estiver acima de 11,5 volts (o que cumpre com o requisito de uma iluminação com mais de 1500 lm).

[082] Medições efetuadas determinaram que o armazenamento de energia utilizando-se duas baterias adquiridas de 110 Ahr proporciona uma combinação de capacidades de armazenamento de energia de 220 Ahr. Foi determinado que com V = 10,5 a 11,5 volts são de cerca de 50 Ahr; e também de 10,5 a 13,5 volts sendo de cerca de 225 Ahr. Assim, a produção de energia proveniente do descarregamento de uma bateria de 220 Ahr de 13,5 volts para 11,5 volts deve ser uma energia maior que 170 Ahr; mais que (220 - 50) / 220 = 77,27% das capacidades de energia da bateria.

[083] O tempo descarregado também foi medido. A medição executada usa uma lâmpada que consiste em 3 unidades dos elementos de iluminação acima projetados. Essa lâmpada descarrega uma bateria de 220 Ahr de V = 13,5 volts até V = 11,5 volts, e então desce até 10,5 volts. O resultado medido mostra que são necessárias mais de 75 horas de tempo de descarga para se realizar o experimento de 13,5 a 11,5 volts. Portanto, espera-se que a lâmpada possa proporcionar a saída de luz acima requerida por mais de 6 noites (com 12 horas de iluminação por noite). A energia restante abaixo de 11,5 volts até 10,5 volts pode proporcionar ainda uma saída de luz reduzida por mais que as 38 horas adicionais.

[084] Assim, sem alimentação de energia, o tempo de iluminação medida combinado poderia exceder 9 noites (12 horas / noite). O sistema pode proporcionar mais de 6 noites de iluminação acima do nível requerido, e mais 3 noites adicionais a um nível de iluminação reduzido ao final. Além disso, um dia de sol normal (com 4 horas efetivas de luz do sol no décimo dia) pode fazer o sistema voltar no armazenamento de energia para proporcionar pelo menos 3 noites de iluminação.

[085] Quando calculada, a eficácia desse conjunto (rede de LED) é aumentada uniformemente de 58 lumens por watt a 13,5 volts até mais de 87 lumens por watt a 11,5 volts. O valor eficaz calculado aumentou até 99,2 lm por watt a 10,5 volts; conforme os dados da tabela.

[086] A presente invenção pode ser incorporada em outras formas específicas sem que haja um afastamento de seu espírito ou características essenciais. As modalidades descritas devem ser consideradas sob todos os aspectos como ilustrativas e não restritivas. O escopo da invenção é, portanto, indicado pelas reivindicações anexas e não pela descrição proporcionada. Todas as mudanças que se encontrem dentro do significado e alcance de equivalência das reivindicações devem ser incluídas dentro de seu escopo.

Claims

1. Dispositivo (100) compreendendo: um circuito de encaminhamento de consumo de energia (122) configurado para encaminhar seletivamente energia elétrica a partir de uma fonte de energia elétrica (110) para uma lâmpada (130) quando o circuito de encaminhamento de consumo de energia (122) está acoplado à fonte de energia elétrica (110) e a lâmpada (130); CARACTERIZADO pelo fato de que quando o circuito de encaminhamento de consumo de energia (122) encaminha energia elétrica a partir da fonte de energia elétrica (110) para a lâmpada (130), o dispositivo (100) está configurado para ajustar para baixo a quantidade de energia enviada ao longo do circuito de encaminhamento de consumo de energia (122) como função (301, 401) de energia disponível na fonte de energia elétrica (110) baseada em características l-V determinadas da lâmpada (130), de modo que a redução na energia disponível na fonte de energia elétrica (110) provoque uma redução proporcionalmente menor na luminosidade da lâmpada (130), em que o dispositivo (100) está configurado para ajustar a quantidade de energia distribuída ao longo do circuito de encaminhamento do consumo de energia (122) utilizando uma rede passiva (500) de uma pluralidade de componentes passivos (LD1-LD24, R1-R32) na lâmpada (130).

2. Dispositivo (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de componentes passivos (LD1-LD24, R1-R32) inclui uma pluralidade de diodos emissores de luz (LD1-LD24).

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de componentes passivos (LD1-LD24, R1-R32) inclui uma pluralidade de resistores (R1-R32).

4. Dispositivo (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a função (301,401) inclui uma função degrau (301).

5. Dispositivo (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a função (301,401) inclui uma função contínua (401).

6. Dispositivo (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de energia elétrica (110) é uma bateria (110).

7. Dispositivo (100), de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a função (301, 401) é uma função de uma tensão terminal (volts terminais) da bateria (110).

8. Dispositivo (100), de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de compreender adicionalmente: um circuito de encaminhamento de coleta de energia (121) configurado para encaminhar energia elétrica a partir de uma fonte de energia elétrica (120) para a bateria (110), quando o circuito de encaminhamento de coleta de energia (121) estiver acoplado à fonte de energia elétrica (120) e à bateria (110).

9. Dispositivo (100), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de energia elétrica (120) acoplada ao circuito de encaminhamento de coleta de energia (121) é um painel solar (120).

10. Dispositivo (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender adicionalmente a lâmpada (130) acoplada ao circuito de encaminhamento de consumo de energia (122).

11. Dispositivo (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a lâmpada (130) é uma lâmpada de diodo emissor de luz (LED).

12. Dispositivo (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a lâmpada (130) é uma lâmpada de rua em posição elevada.

13. Método para operar uma lâmpada (130), CARACTERIZADO pelo fato de compreender: um ato de canalizar eletricidade de uma fonte de energia elétrica (110) para uma lâmpada (130) quando a lâmpada (130) estiver consumindo eletricidade; e um ato de ajustar para baixo a quantidade de energia canalizada para a lâmpada (130) como uma função (301, 401) de energia disponível na fonte de energia elétrica (110) com base em características l-V determinadas da lâmpada (130), de modo que a redução na energia disponível na fonte de energia elétrica (110) pro-voque uma redução proporcionalmente menor na luminosidade da lâmpada (130), em que a quantidade de energia canalizada para a lâmpada (130) é ajustada utilizando uma rede passiva (500) de uma pluralidade de componentes passivos (LD1-LD24, R1-R32) na lâmpada (130).

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a função (301, 401) é uma função de tensão terminal (volts terminais) da fonte de energia elétrica (110).

15. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a lâmpada (130) é uma lâmpada de diodo emissor de luz (LED).

16. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a lâmpada (130) é uma lâmpada de rua em posição elevada

17. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de energia elétrica (110) é uma bateria (110).

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de compreender adicionalmente: um ato de canalizar eletricidade de um painel solar (120) para a bateria (110), quando o painel solar (120) estiver gerando eletricidade.