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Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem, insbesondere ein DALI-Beleuchtungssystem.
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Herkömmlich werden Beleuchtungssysteme von einem Netzanschluss mit Energie versorgt. Für den Fall eines Netzausfalles können netzunabhängige Energiespeicher bereitgestellt werden. Solche Energiespeicher können netzbasiert geladen werden.
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Beispielsweise zeigt das Dokument
WO 2013/024090 eine netzbasierte Ladung eines Energiespeichers in einem Beleuchtungssystem.
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Nachteilig an derartigen Systemen ist jedoch, dass die Energie zum Laden der Energiespeicher zentral und netzbasiert bereitgestellt werden muss. Dies sorgt für einen hohen Energiebedarf und gleichzeitig für eine hohe Abhängigkeit von der Verfügbarkeit des Stromnetzes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beleuchtungssystem zu schaffen, welches hinsichtlich des Energiebedarfs und hinsichtlich der Abhängigkeit vom Funktionieren des Stromnetzes verbessert ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für die Vorrichtung des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem beinhaltet zumindest einen Sensor/Aktor und zumindest ein Betriebsgerät für ein Leuchtmittel. Das zumindest eine Betriebsgerät und/oder der zumindest eine Sensor/Aktor weist dabei Photovoltaikzellen auf. Das Beleuchtungssystem weist darüber hinaus eine Energiespeichereinrichtung mit zumindest einem Energiespeicher auf. Die Photovoltaikzellen sind ausgebildet, um den zumindest einen Energiespeicher aufzuladen. Das zumindest eine Betriebsgerät ist dabei ausgebildet, um wahlweise von einer Netzversorgung oder der Energiespeichereinrichtung versorgt zu werden. Dies reduziert den Energieverbrauch und reduziert gleichzeitig die Abhängigkeit von der Verfügbarkeit der Netzversorgung.
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Vorzugsweise ist das zumindest eine Betriebsgerät weiterhin ausgebildet, um lediglich dann von der Energiespeichereinrichtung versorgt zu werden, wenn die Energiespeichereinrichtung über eine ausreichend gespeicherte Energiemenge über einem Betriebsgerät-Energieversorgungs-Schwellwert verfügt. So wird erreicht, dass die in dem Energiespeicher gespeicherte Energiemenge nicht unter den Schwellwert sinkt.
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Vorzugsweise weist die Energiespeichereinrichtung dabei mehrere Energiespeicher auf. Dadurch wird die Abhängigkeit von der Funktionsfähigkeit jedes einzelnen Energiespeichers reduziert.
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Vorzugsweise ist dabei der zumindest eine Energiespeicher der Energiespeichereinrichtung ein Akkumulator, insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator, oder ein Kondensator, insbesondere ein Supercap. Dadurch wird eine hohe Leistungsdichte und Energiedichte erreicht.
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Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem verfügt dabei bevorzugt über eine Überwachungseinrichtung, welche ausgebildet ist, um einen Ladezustand sämtlicher Energiespeicher der Energiespeichereinrichtung zu überwachen, und um basierend auf dem Ladezustand des zumindest einen Energiespeichers der Energiespeichereinrichtung, zwischen einer Versorgung des zumindest einen Betriebsgeräts durch die Netzversorgung oder durch die Energiespeichereinrichtung umzuschalten. So wird eine optimale Steuerung erreicht.
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Die Überwachungseinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, um einen Gesamtverbrauch sämtlicher Betriebsgeräte und/oder sämtlicher Sensoren/Aktoren zu erfassen und/oder Einzelverbräuche sämtlicher Betriebsgeräte und/oder sämtlicher Sensoren/Aktoren zu erfassen. Darüber hinaus ist sie in diesem Fall ausgebildet, um in Abhängigkeit des Gesamtverbrauchs und/oder der Einzelverbräuche und in Abhängigkeit des Ladezustands sämtlicher Energiespeicher der Energiespeichereinrichtung zwischen einer Versorgung des zumindest einen Betriebsgeräts durch die Netzversorgung oder die Energiespeichereinrichtung umzuschalten. So kann eine noch genauere Steuerung erfolgen.
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Vorzugsweise verfügt das Beleuchtungssystem weiterhin über eine DALI-Bus-Energieversorgung. Die Überwachungseinrichtung ist in diesem Fall dazu ausgebildet, um in Abhängigkeit des Ladezustands sämtlicher Energiespeicher der Energiespeichereinrichtung zwischen einer Versorgung der DALI-Bus-Energieversorgung durch die Netzversorgung oder durch die Energiespeichereinrichtung umzuschalten. Eine besonders zuverlässige Versorgung der DALI-Bus-Energieversorgung wird so erreicht.
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Bevorzugterweise ist die Überwachungseinrichtung weiterhin ausgebildet, um einen Netzbetrieb zu detektieren. Bei detektiertem Netzbetrieb ist die Überwachungseinrichtung dann ausgebildet, um sämtliche Energiespeicher aus Netzenergie zu laden, deren Ladestand unter einem Netzladeschwellwert liegt. Zusätzlich oder alternativ ist sie in diesem Fall ausgebildet, um die DALI-Bus-Energieversorgung mit Energie aus dem zumindest einen Energiespeicher zu versorgen, solange der Ladestand des zumindest einen Energiespeichers oberhalb eines DALI-Bus-Energieversorgungs-Schwellwerts liegt. Zusätzlich oder alternativ ist sie in diesem Fall ausgebildet, um das zumindest eine Betriebsgerät mit Energie aus dem zumindest einen Energiespeicher zu versorgen, solange ein eingestellter Dimmgrad des zumindest einen Betriebsgeräts unterhalb eines Dimmschwellwerts liegt und solange der Ladestand des zumindest einen Energiespeichers oberhalb eines Betriebsgerät-Energieversorgungs-Schwellwerts liegt. Zusätzlich oder alternativ ist sie in diesem Fall ausgebildet, um den zumindest einen Sensor/Aktor mit Energie aus dem zumindest einen Energiespeicher zu versorgen, solange der Ladestand des zumindest einen Energiespeichers oberhalb eines Sensor/Aktor-Energieversorgungs-Schwellwerts liegt. So wird erreicht, dass die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie auch bei Verfügbarkeit der Netzversorgung zur Deckung des Energieverbrauchs genutzt wird. So kann eine besonders große Energieeinsparung erreicht werden.
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Vorzugsweise ist die Überwachungseinrichtung ausgebildet, um einen Netzausfall zu detektieren. Bei Detektion eines Netzausfalls ist die Überwachungseinrichtung weiterhin ausgebildet, um einen Notbetrieb des zumindest einen Sensors/Aktors oder des zumindest einen Betriebsgeräts oder einer DALI-Bus-Energieversorgung aus der Energiespeichereinrichtung zu schalten. So wird erreicht, dass auch bei Netzausfall ein weiterer Betrieb des Beleuchtungssystems gewährleistet ist.
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Vorzugsweise ist die Überwachungseinrichtung zusätzlich ausgebildet, um bei Detektion eines Netzausfalls einen Notbetrieb der DALI-Bus-Energieversorgung mit erster Priorität, des zumindest einen Betriebsgeräts mit zweiter Priorität, und des zumindest einen Sensors/Aktors mit dritter Priorität zu schalten. So wird gewährleistet, dass in jedem Fall die Kommunikation über den DALI-Bus auch bei Netzausfall funktionsfähig bleibt, während weniger wichtige Komponenten nicht länger mit Strom versorgt werden.
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Bevorzugt ist die Überwachungseinrichtung ausgebildet, um bei detektiertem Netzausfall, die DALI-BUS Energieversorgung mit Energie aus dem zumindest einen Energiespeicher zu versorgen, solange der Ladestand des zumindest einen Energiespeichers oberhalb eines Netzausfall-DALI-BUS-Energieversorgungs-Schwellwerts liegt, und/oder das zumindest eine Betriebsgerät mit Energie aus dem zumindest einen Energiespeicher zu versorgen, solange ein eingestellter Dimmgrad des zumindest einen Betriebsgeräts unterhalb eines Netzausfall-Dimmschwellwerts liegt und solange der Ladestand des zumindest einen Energiespeichers oberhalb eines Netzausfall-Betriebsgerät-Energieversorgungs-Schwellwerts liegt, und/oder den zumindest einen Sensor/Aktor mit Energie aus dem zumindest einen Energiespeicher zu versorgen, solange der Ladestand des zumindest einen Energiespeichers oberhalb eines Netzausfall-Sensor/Aktor-Energieversorgungs-Schwellwerts liegt. Dadurch wird eine besonders effektive Priorisierung der verfügbaren gespeicherten Energie erreicht.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
- 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems in einem Blockdiagramm.
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Das Beleuchtungssystem 1 beinhaltet einen Sensor 10, ein Betriebsgerät 11 und eine Leuchte 12. Weiterhin beinhaltet es eine DALI-Energieversorgung 13. Eine Energiespeichereinrichtung 14, eine Energieversorgungseinrichtung 15 und eine Überwachungseinrichtung 16.
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In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist lediglich ein Sensor 10 gezeigt. Anstelle eines Sensors 10 kann jedoch ebenso ein Aktor Teil des Beleuchtungssystems sein. Auch eine Nutzung mehrerer Sensoren, Aktoren, Betriebsgeräte und Leuchten ist möglich.
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Der Sensor 10 und die Leuchte 12 sind dabei mit dem Betriebsgerät 11 verbunden. Das Betriebsgerät 11, die Energiespeichereinrichtung 14, die DALI-Versorgungseinrichtung 13 und die Überwachungseinrichtung 16 sind dabei mit der Energieversorgungseinrichtung 15 verbunden.
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Die Energiespeichereinrichtung 14 beinhaltet einen ersten Energiespeicher 14a und einen zweiten Energiespeicher 14b.
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Die Energiespeichereinrichtung 14 kann jedoch eine beliebige Zahl Energiespeicher beinhalten. Bei den Energiespeichern 14a, 14b der Energiespeichereinrichtung 14 kann es sich um Akkumulatoren, insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren, oder Kondensatoren, insbesondere Supercaps, handeln. Jeder dieser Energiespeicher 14a, 14b ist mit der Überwachungseinrichtung 14 verbunden.
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Der Sensor 10 verfügt dabei über eine Photovoltaikzelle 10a. Das Betriebsgerät 11 verfügt dabei über eine Photovoltaikzelle 11a. Die Leuchte 12 verfügt dabei über eine Photovoltaikzelle 12a. Die Photovoltaikzellen 10a, 11a und 12a sind dabei jeweils mit der Energiespeichereinrichtung 14 verbunden. Dabei können die Photovoltaikzellen 10a, 12a jeweils mit einem eigenen Energiespeicher 14a, 14b der Energiespeichereinrichtung 14 verbunden sein. Alternativ können sämtliche Photovoltaikzellen 10a, 12a mit sämtlichen Energiespeichern 14a - 14b verbunden sein.
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Hier nicht dargestellt ist der DALI-Bus, über welchen die Steuerung des Sensors 10, des Betriebsgeräts 11 und der Leuchte 12 erfolgt, und welcher von der DALI-Energieversorgungseinrichtung 13 mit Energie versorgt wird.
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Die Energieversorgungseinrichtung 15 verfügt darüber hinaus über eine Netzversorgung, was hier durch die Anschlüsse Phase L und Neutralleiter N dargestellt ist.
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Die Photovoltaikzellen 10a - 12a erzeugen elektrische Energie, solange sie beleuchtet sind. Dies kann durch Tageslicht oder auch durch künstliche Beleuchtung erfolgen. Die erzeugte elektrische Energie wird in den Energiespeichern 14a - 14b der Energiespeichereinrichtung 14 gespeichert.
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Durch Speichern der Energie in den Energiespeichern 14a - 14b füllen sich die Energiespeicher 14a, 14b. Der Füllstand der Energiespeicher 14a, 14b wird von der Überwachungseinrichtung 16 überwacht. Weiterhin überwacht die Überwachungseinrichtung 16, ob die Energieversorgungseinrichtung 15 über einen funktionierenden Netzanschluss verfügt, oder nicht. Die Überwachungseinrichtung 16 ermittelt somit, ob ein Netzbetrieb oder ein Netzausfall vorliegt.
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Über den hier nicht dargestellten DALI-Bus oder eine anderweitige Schnittstelle überwacht die Überwachungseinrichtung 16 vorzugsweise weiterhin den Energieverbrauch der einzelnen Geräte 10 - 12 des Beleuchtungssystems 1.
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Die Überwachungseinrichtung 16 steuert nun in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit der Netzversorgung, in Abhängigkeit des Energieverbrauchs der einzelnen Geräte 10 - 12 beziehungsweise eines ermittelten Gesamtenergieverbrauchs der Geräte 10 - 12 und in Abhängigkeit der Füllstände der Energiespeicher 14a, 14b, wie die verfügbare Energie genutzt wird. Dies wird erreicht, indem die Überwachungseinrichtung 16 die Energieversorgungseinrichtung 15 steuert, um die verfügbare Energie zu lenken.
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Während eines Netzbetriebs erhält die Energieversorgungseinrichtung 15 über den Netzanschluss elektrische Energie. Die Energieversorgungseinrichtung 15 führt eine Gleichrichtung und eine Spannungswandlung durch. Die Energieversorgungseinrichtung 15 versorgt nun wahlweise mit in der Energiespeichereinrichtung 14 gespeicherte Energie oder der gleichgerichteten umgeformten Netzspannung die Geräte 10 bis 12 und die DALI-Bus-Energieversorgung 13.
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Das Betriebsgerät 11 wird dabei von der Energieversorgungseinrichtung 15, gesteuert durch die Überwachungseinrichtung 16, lediglich dann mit Energie aus der Energiespeichereinrichtung 14 versorgt, wenn die Energiespeichereinrichtung 14 über eine ausreichende gespeicherte Energiemenge über einem Betriebsgerät-Energieversorgungs-Schwellwert verfügt.
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Wird von der Überwachungseinrichtung 16 ein Netzbetrieb detektiert, d.h., es wird detektiert, dass die Energieversorgungseinrichtung 15 Energie vom Stromnetz erhält, so steuert sie ein Laden sämtlicher Energiespeicher 14a, 14b aus Netzenergie, deren Ladestand unter einem Netzladeschwellwert liegt. Weiterhin steuert die Überwachungseinrichtung 16 eine Versorgung der DALI-Bus-Energieversorgung mit Energie aus den Energiespeichern 14a, 14b, solange der Ladestand oberhalb eines DALI-Bus-Energieversorgungs-Schwellwerts liegt.
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Darüber hinaus steuert die Überwachungseinrichtung 16 eine Versorgung des Betriebsgeräts mit Energie aus der Energiespeichereinrichtung 14, solange ein eingestellter Dimmgrad des Betriebsgeräts unterhalb eines Dimmschwellwerts, z.B. 10% liegt, und solange der Ladestand des oder der Energiespeicher 14a, 14b oberhalb des Betriebsgerät-Energieversorgungs-Schwellwert liegt. Darüber hinaus steuert die Überwachungseinrichtung 16 einen Betrieb des Sensors 10 mit Energie aus der Energiespeichereinrichtung 14, solange der Ladestand der Energiespeicher 14a, 14b oberhalb eines Sensor/Aktor-Energieversorgungs-Schwellwerts liegt.
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Es lässt sich somit feststellen, dass im Netzbetrieb die Energiespeicher 14a, 14b zunächst geladen werden, bis sie einen Netzladeschwellwert erreichen. Bis dahin werden sämtliche Geräte 10-13 direkt aus Netzspannung durch die Energieversorgungseinrichtung 15 versorgt. Sobald der Ladestand der Energiespeicher 14a, 14b einen DALI-Bus-Energieversorgungs-Schwellwert überschreitet, welcher höher liegt als der Netzladeschwellwert, wird die DALI-Bus-Energieversorgung 13 aus der Energiespeichereinrichtung 14 mit Energie versorgt. Sobald die in den Energiespeichern 14a, 14b gespeicherte Energie einen Betriebsgerät-Energieversorgungs-Schwellwert übersteigt, welcher oberhalb des DALI-Bus-Energieversorgungs-Schwellwerts liegt, wird zusätzlich das Betriebsgerät 11 mit Energie aus der Energiespeichereinrichtung versorgt. Liegt der Speicherstand der Energiespeicher 14a, 14b oberhalb eines Sensor/Aktor-Energieversorgungs-Schwellwerts, welcher oberhalb des Betriebsgerät-Energieversorgungs-Schwellwerts liegt, so werden darüber hinaus Sensoren und Aktoren, insbesondere der Sensor 10 des Beleuchtungssystems 1 mit Energie aus der Energiespeichereinrichtung 14 versorgt.
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Im Netzbetrieb wird jedoch gewährleistet, dass der Ladestand der Energiespeicher 14a, 14b nie unter den Netzladeschwellwert fällt, um in einem Notbetrieb bei Netzausfall zumindest genügend Energie zur Verfügung stellen zu können, um die entsprechenden Normen einhalten zu können.
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Die Überwachungseinrichtung 16 detektiert darüber hinaus einen Ausfall der Netzversorgung. In diesem Fall wird die Energiesteuerung innerhalb des Beleuchtungssystems 1 gegenüber dem Netzbetrieb geändert. Die Überwachungseinrichtung 16 steuert die Energieversorgungseinrichtung 15 dann derart, dass die Geräte 10 - 13 je nach Verfügbarkeit von Energie in den Energiespeichern 14a, 14b der Energiespeichereinrichtung 14 mit dort gespeicherter Energie versorgt werden.
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Sind die Energiespeicher 14a, 14b der Energiespeichereinrichtung 14 maximal gefüllt, so können sämtliche Geräte 10 - 13 aus der Energiespeichereinrichtung 14 mit Energie versorgt werden. In der Praxis ist dies jedoch häufig nicht der Fall und im Lichte der Energieeinsparung auch nicht wünschenswert.
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Die Überwachungseinrichtung 16 ist im Falle der Detektion eines Netzausfalls ausgebildet, um einen Notbetrieb des zumindest einen Sensors/Aktors und/oder des zumindest einen Betriebsgeräts und/oder der DALI-Bus-Energieversorgung aus der Energiespeichereinrichtung 14 zu schalten. Die Überwachungseinrichtung 16 weist die Energie dabei gemäß voreingestellter Prioritäten zu. Insbesondere weist die Überwachungseinrichtung 16 dabei der DALI-Bus-Energieversorgung Energie mit erster Priorität zu. Das Betriebsgerät 11 erhält mit zweiter Priorität Energie aus der Energiespeichereinrichtung 14. Die Sensoren beziehungsweise Aktoren 10 erhalten Energie lediglich mit dritter Priorität.
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Insbesondere ist die Überwachungseinrichtung 16 ausgebildet, um die DALI-Bus-Energieversorgung 13 mit Energie aus der Energiespeichereinrichtung 14 zu versorgen, solange der Ladestand der Energiespeicher 14a, 14b oberhalb eines Netzausfall-DALI-Bus-Energieversorgungs-Schwellwerts liegt. Dieser Schwellwert kann auch bei 0 Volt liegen. Die Überwachungseinrichtung 16 ist weiterhin ausgebildet, um das Betriebsgerät 11 mit Energie aus der Energiespeichereinrichtung 14 zu versorgen, solange ein eingestellter Dimmgrad des Betriebsgeräts 11 unterhalb eines Netzausfall-Dimmschwellwerts liegt, und solange der Ladestand der Energiespeicher 14a, 14b oberhalb eines Netzausfall-Betriebsgerät-Energieversorgungs-Schwellwerts liegt. Letztlich ist die Überwachungseinrichtung 16 ausgebildet, um den Sensor 10 mit Energie aus der Energiespeichereinrichtung 14 zu versorgen, solange der Ladestand der Energiespeicher 14a, 14b oberhalb eines Netzausfall-Sensor/Aktor-Energieversorgungs-Schwellwerts liegt.
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Die Energiesteuerung wurde zuvor für den Fall beschrieben, dass sämtliche Energiespeicher 14a, 14b mit sämtlichen Geräten 10-13 des Beleuchtungssystems 1 verbunden sind und zur Versorgung der Geräte 10-13 mit Energie eingesetzt werden können. Sofern einzelne Energiespeicher für die einzelnen Geräte vorgesehen sind, weist jedes Gerät eigene Schwellwerte mit Bezug auf den Ladestand des jeweiligen Energiespeichers auf.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es können unterschiedliche Formen der Energiespeicher und Photovoltaikzellen eingesetzt werden. Auch unterschiedliche Kombinationen von Energiespeichern zu einzelnen Geräten des Beleuchtungssystems sind möglich. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander kombinierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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