EP2434207B1 - Beleuchtungsanlage mit einer Energieversorgungsvorrichtung, Steuervorrichtung für eine Beleuchtungsanlage und Verfahren zur Steuerung einer Beleuchtungsanlage - Google Patents

Beleuchtungsanlage mit einer Energieversorgungsvorrichtung, Steuervorrichtung für eine Beleuchtungsanlage und Verfahren zur Steuerung einer Beleuchtungsanlage Download PDF

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EP2434207B1
EP2434207B1 EP11181662.5A EP11181662A EP2434207B1 EP 2434207 B1 EP2434207 B1 EP 2434207B1 EP 11181662 A EP11181662 A EP 11181662A EP 2434207 B1 EP2434207 B1 EP 2434207B1
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EP
European Patent Office
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unit
lighting
lighting means
energy
direct current
Prior art date
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EP11181662.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2434207A1 (de
EP2434207B8 (de
Inventor
Dirk Beiner
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Osram GmbH
Original Assignee
Traxon Technologies Europe GmbH
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Filing date
Publication date
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Application granted granted Critical
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Publication of EP2434207B8 publication Critical patent/EP2434207B8/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S9/00—Lighting devices with a built-in power supply; Systems employing lighting devices with a built-in power supply
    • F21S9/02—Lighting devices with a built-in power supply; Systems employing lighting devices with a built-in power supply the power supply being a battery or accumulator
    • F21S9/03—Lighting devices with a built-in power supply; Systems employing lighting devices with a built-in power supply the power supply being a battery or accumulator rechargeable by exposure to light
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2113/00—Combination of light sources
    • F21Y2113/10—Combination of light sources of different colours
    • F21Y2113/13—Combination of light sources of different colours comprising an assembly of point-like light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a lighting system with a power supply device, a control device for a lighting system and a method for controlling a lighting system.
  • Renewable energies such as in particular solar energy are increasingly being used to supply energy.
  • photovoltaic systems which are used in particular in private households, a direct current is generated in solar cells, which is fed into an energy storage such as an accumulator.
  • the stored energy in the accumulator is usually converted by means of an inverter in a standard for domestic power AC voltage, such as a 230 volts AC voltage to connect to it commercially available bulbs and other electrical consumers can.
  • the control of the photovoltaic system and the lighting system takes place independently of each other.
  • the publication WO 2010/057138 A2 describes a solar powered LED outdoor light, in which no Conversion of the generated direct current into alternating current takes place.
  • the described outdoor LED light is a luminaire with a flexible solar panel.
  • the invention relates to a method for operating a lighting installation, in which a control device is suitable for receiving data from the Internet, for example weather data.
  • the invention has for its object to provide a lighting system with a power supply device, which is characterized by improved efficiency, a resulting lower energy consumption and predictive energy management. Furthermore, a suitable control of the lighting system control device and an advantageous method for controlling the lighting system should be specified.
  • the lighting system does not include any device for converting an alternating current into a direct current, which would be required, for example, if you wanted to operate with a direct current operable light source with the usual AC voltage of a domestic power supply.
  • the lighting system does not use any devices to convert a direct current into an alternating current or an alternating current into a direct current avoids the losses otherwise occurring during the transformations. In this way, the efficiency of the lighting system is increased and the energy consumption is reduced.
  • the lighting means of the lighting unit may in particular comprise one or more LED light sources.
  • the LED light sources may be individual LEDs or LED arrays such as LED arrays.
  • the LED light sources may also contain flat LED bulbs, which are in particular organic LEDs (OLEDs).
  • the power generation unit of the power supply device may in particular be a photovoltaic system.
  • the photovoltaic system may include a plurality of solar cells that generate a direct current that is fed into an energy storage unit.
  • the energy storage unit of the energy supply device may in particular be an accumulator.
  • the accumulator serves as a buffer for the energy preferably generated by means of a photovoltaic system.
  • the power supply device and the lighting unit have a common control device.
  • the control of the power supply device, in particular a photovoltaic system, and the control of the lighting unit are thus advantageously integrated into a single device and / or done correlated with each other.
  • the control device is preferably connected to the energy supply device by means of a data line suitable for bidirectional data transmission.
  • the controller may receive data from the power supply device about the incoming and / or stored energy.
  • the control device is particularly suitable for controlling the lighting means in dependence on the data of the incoming and / or stored energy. For example, the control device can reduce the intensity and / or the number of operated bulbs at low values of the stored energy and / or the incoming energy in order to maintain a predetermined minimum illuminance for a planned lighting purpose in as long a period as possible.
  • the energy generated in the energy generating unit depends on the intensity of the incident sunlight
  • the data of the incoming energy determined by the control unit can be used for the incoming energy Control of the lighting unit depending on the daylight brightness can be used.
  • the power generation unit advantageously simultaneously functions as a brightness sensor for controlling the lighting unit.
  • the control device can take into account a prognosis for the energy arriving in a foreseeable period of time.
  • the forecast can be based in particular on a weather forecast.
  • the control device is connected to a weather station and / or set up to receive weather data via the Internet.
  • the control device is further preferably configured to control the power generation unit, in particular a photovoltaic system.
  • the control device can be set up to align a photovoltaic system in accordance with the position of the sun in order to use the incident sunlight particularly efficiently for energy generation.
  • the control device is advantageously connected to a further data line suitable for data transmission with the lighting unit.
  • the data line is suitable for bidirectional data transmission.
  • the signals transmitted by the control device to the lighting unit comprise, in particular, the information which is to be operated with which intensity of the lighting means.
  • the control device may preferably receive data on the operating state of the lighting means from the lighting unit, for example the operating temperature and / or the instantaneous energy consumption of the lighting means.
  • the lighting unit may further comprise one or more sensors to measure, for example, the intensity of incident in a room to be illuminated daylight.
  • the control device can advantageously control the lighting means as a function of this data such that a desired illumination intensity is achieved in the room to be illuminated.
  • the control device can change the color temperature in the white light emitting lamp unit, in which the generation of white light based on additive color mixing of colored LEDs, to achieve a predetermined luminosity with less energy consumption.
  • the control device can preferably realize as much as possible a lighting situation predefined by the user by utilizing the available energy stores.
  • the control device for a lighting system described herein is configured to control a lighting unit that includes a plurality of lamps that can be operated with direct current, and to control a power supply device that is set up to supply the lighting unit with a direct current.
  • control device preferably has at least one interface for transmitting data to the illuminant unit and advantageously also for receiving data from the illuminant unit. Furthermore, the control device has a further interface for sending data to the power supply device and advantageously also for receiving data from the power supply device on.
  • the control device is advantageously set up to receive weather data from a weather station and / or the Internet.
  • the control device is further adapted to change the color temperature of the white light emitting lamp unit by additive color mixing of individual light sources.
  • the power supply device and the lighting unit of the lighting system are controlled by a common control device.
  • the energy generating unit of the energy supply device may in particular be a photovoltaic system, the photovoltaic system being aligned by means of the control device as a function of the position of the sun.
  • the photovoltaic system has, for example, a motor system for aligning the solar cells according to the angle of incidence of the sunlight. Data on the angle of incidence of the sunlight as a function of date and time are advantageously stored in the control device.
  • an energy stored in the energy storage unit of the energy supply device is furthermore advantageously determined by the control device and the lighting unit controlled in dependence on the stored energy.
  • the control device can switch off individual lighting means of the lighting unit and / or reduce their intensity if the energy stored in the energy storage unit falls below a setpoint value.
  • the lighting unit is controlled by the control device in response to weather data received from the Internet and / or from a weather station.
  • the bulbs can be operated in a power-saving mode, if it is foreseeable on the basis of the weather forecast that the incoming energy in a foreseeable period of time is low.
  • the control device can not only use the current status of the energy store, but also a forecast for the future expected energy input in the power generation unit for controlling the lighting unit.
  • the lighting system is characterized by a forward-looking energy management.
  • the color temperature of the white-light emitting lamp unit in which the generation of white light is based on additive color mixing of colored LEDs, is changed by the control device so that a predetermined luminous intensity is achieved with lower energy consumption.
  • the control device can preferably realize as much as possible a lighting situation predefined by the user by utilizing the available energy stores.
  • FIG. 1 shows a lighting system with a power supply device according to an embodiment of the invention.
  • the lighting unit 3 includes a plurality of lighting means 31 which are operable with a direct current.
  • the lighting means 31 are LED light sources, each having one or more LEDs 32.
  • the lighting means 31 may comprise, for example, white light emitting LEDs 32.
  • the lighting means 31 may have colored or differently colored LEDs 32 which, for example, enable a multiplicity of illumination colors by means of additive color mixing.
  • the lighting means 31 may also be organic LEDs, which may be configured in particular as a flat light source.
  • the lighting unit 3 may in particular also contain different types of lamps 31 which can be operated with a direct current.
  • the lighting unit 3 is connected to a power supply device 2 for power supply.
  • the power supply device 2 includes a power generation unit 21 and an energy storage unit 22.
  • the power generation unit 21 is suitable for generating a direct current, wherein the power generation is advantageously based on the use of a regenerative energy.
  • the power generation unit 21 may be a photovoltaic system.
  • the energy supply device 2 further comprises an energy storage unit 22, which may in particular be an accumulator.
  • the direct current generated by means of the energy generating unit 21 is fed into the energy storage unit 22 and stored there temporarily.
  • the energy storage unit 22 acts as a DC power source for the illuminant unit 3.
  • the illuminant unit 3 is preferably connected directly to the energy storage unit 22 of the energy supply device 2 by means of at least one power line 23 through which a direct current flows.
  • This means that the energy stored in the energy storage unit 22 is not converted into a mains AC voltage of, for example, 230 volts as conventionally, but the lighting unit 3 is connected directly to the energy storage unit 22 functioning as a direct current source. In this way, losses that occur when converting a direct current into an alternating current are avoided.
  • the lighting unit 3 is not necessary to equip the lighting unit 3 with a power supply unit for converting an alternating current into a direct current, as is required in the operation of LED light sources 31 with a mains voltage in the rule. Since in the lighting system 1 conversions of a direct current into an alternating current and vice versa are avoided, the lighting system 1 is characterized by improved efficiency and thus low energy consumption.
  • the lighting system 1 furthermore has a control device 4, which controls both the power supply device 2 and the lighting unit 3.
  • the control of the power supply device 2 and the lighting unit 3 is not independent of each other, but is advantageously coordinated by the common control device 4 by utilizing data which the control device 4 receives from the power supply device 2 and the lighting unit 3.
  • the control device 3 is advantageously connected to the energy supply device 2 by means of a bidirectional data line 42.
  • the control device 4 can by In particular, the power supply device 2 receives data about the energy stored in the energy storage unit 22 and the energy currently generated by means of the energy generation unit 21.
  • the control device 4 is furthermore connected to the illuminating unit 3 with a preferably bidirectional data line 43.
  • the control device 4 can in particular send control signals to the illuminant unit 3 via the data line 43 in order to generate a desired lighting situation by means of the luminous means 31.
  • the control device 4 can take into account the state of charge of the energy storage unit 22 when controlling the lighting unit 3. For example, at a low charge state in the energy storage unit 22, the lighting unit 3 can be automatically operated in a power-saving mode. For example, it is possible for individual LEDs 32 of the lighting means 31 to be switched off to save energy, and / or for the lighting means 31 to be operated at a lower power.
  • the control device 4 not only takes into account the current state of charge of the energy storage unit 22, but also a prognosis for the energy which can be generated in the energy generation unit 21 in a foreseeable period of time.
  • the control device 4 is advantageous by means of a data line 45 connected to a weather station 5.
  • the control device 4 may be connected to the Internet 6 by means of a data line 46 in order in particular to receive data on the position of the sun or prognoses for the weather development.
  • the control device 4 can use the data received from the weather station 5 and / or from the Internet 6, for example, to reduce the power consumption of the lighting means 31, if due to an expected low solar radiation with a low power generation in the power generation unit 21 is to be expected.
  • the control device 4 is preferably configured to align the photovoltaic system as a function of the position of the sun.
  • the control device 4 can utilize stored data and / or the data received from the weather station 5 and / or from the Internet 6.
  • the solar cells contained in the photovoltaic system 21 can be aligned, for example, by means of a suitable motor technology such that they absorb the incident sunlight as best as possible. Since photovoltaic systems have an optimum operating point at a certain temperature, it is also conceivable to use the waste heat of the lighting unit 3 on cold days for heating and thus an increase in the efficiency of the photovoltaic system.
  • the control device 4 receives operating data from the light-emitting means 31 via the bidirectional data connection 43 and utilizes it for its control.
  • the control device 4 the data on the energy consumption of the individual lamps 31 received.
  • the illuminant unit 3 it is possible for the illuminant unit 3 to comprise one or more sensors which measure, for example, the operating temperature of the LEDs 32 and / or the ambient brightness. If the illuminant unit 3 contains, for example, an ambient light sensor, the control device 4 can adapt the power of the luminous means 31 to the ambient brightness, in particular to a varying incidence of daylight. In particular, the control device 4 can be set up to realize as much as possible a lighting situation predefined by a user by utilizing the available energy stores. In the case of a white-light emitting luminous unit 3 in which the generation of white light is based on additive color mixing of colored LEDs, it is optionally possible to change the color temperature in order to achieve a given luminous intensity with lower energy consumption.

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsanlage mit einer Energieversorgungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung für eine Beleuchtungsanlage und ein Verfahren zur Steuerung einer Beleuchtungsanlage.
  • Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2010 046 299.3 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
  • Zur Energieversorgung werden zunehmend regenerative Energien wie insbesondere Sonnenenergie eingesetzt. In Photovoltaikanlagen, die insbesondere auch in privaten Haushalten eingesetzt werden, wird in Solarzellen ein Gleichstrom erzeugt, der in einen Energiespeicher wie beispielsweise einen Akkumulator eingespeist wird. Die in dem Akkumulator gespeicherte Energie wird in der Regel mittels eines Wechselrichters in eine für die häusliche Stromversorgung übliche Wechselspannung, beispielsweise eine 230 Volt Wechselspannung, umgewandelt, um daran handelsübliche Leuchtmittel und andere elektrische Verbraucher anschließen zu können. Die Steuerung der Photovoltaikanlage und der Beleuchtungsanlage erfolgt dabei unabhängig voneinander.
  • Die Druckschrift WO 2010/057138 A2 beschreibt eine mit Solarstrom betriebene LED-Außenleuchte, bei der keine Umwandlung des erzeugten Gleichstroms in Wechselstrom erfolgt. Bei der beschriebenen LED-Außenleuchte handelt es sich um eine Leuchte mit einem flexiblen Solarpanel. Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsanlage angegeben, bei dem eine Steuervorrichtung zum Empfang von Daten aus dem Internet, beispielsweise Wetterdaten, geeignet ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungsanlage mit einer Energieversorgungsvorrichtung anzugeben, die sich durch eine verbesserte Effizienz, einen daraus resultierenden geringeren Energieverbrauch und ein vorausschauendes Energiemanagement auszeichnet. Weiterhin sollen eine zur Steuerung der Beleuchtungsanlage geeignete Steuervorrichtung und ein vorteilhaftes Verfahren zur Steuerung der Beleuchtungsanlage angegeben werden.
  • Diese Aufgaben werden durch eine Beleuchtungsanlage mit einer Energieversorgungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung für eine Beleuchtungsanlage und ein Verfahren zur Steuerung der Beleuchtungsanlage gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Beleuchtungsanlage eine Energieversorgungsvorrichtung, die eine zur Erzeugung eines Gleichstroms geeignete Energieerzeugungseinheit und eine Energiespeichereinheit zur Speicherung von Energie der Energieerzeugungseinheit aufweist. Weiterhin umfasst die Beleuchtungsanlage eine Leuchtmitteleinheit, die Weißlicht emittiert und mehrere mit einem Gleichstrom betreibbare Leuchtmittel umfasst und zur Versorgung mit einem Gleichstrom an die Energiespeichereinheit angeschlossen ist. Zwischen der Energieerzeugungseinheit und den Leuchtmitteln ist keine Vorrichtung zur Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom oder eines Wechselstroms in einen Gleichstrom angeordnet, wobei die Energieversorgungsvorrichtung und die Leuchtmitteleinheit eine gemeinsame Steuervorrichtung aufweisen, die an eine Wetterstation angeschlossen ist und/oder zum Empfang von Wetterdaten über das Internet eingerichtet ist, und die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die Leuchtmitteleinheit in Abhängigkeit von einer Prognose für den zukünftig zu erwartenden Energieeingang in der Energieerzeugungseinheit zu steuern,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    • die Leuchtmittel farbige LEDs sind,
    • die Erzeugung von Weißlicht durch additive Farbmischung der farbigen LEDs erzielt wird,
    • die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Farbtemperatur der Weißlicht emittierenden Leuchtmitteleinheit so zu verändern, dass eine vorgegebene Leuchtstärke bei geringerem Energieverbrauch erreicht wird.
    Dadurch, dass in der Leuchtmitteleinheit der Beleuchtungsanlage mit einem Gleichstrom betreibbare Leuchtmittel eingesetzt werden, können diese direkt an die Energiespeichereinheit der zur Erzeugung eines Gleichstroms geeigneten Energieversorgungsvorrichtung angeschlossen werden, wobei insbesondere keine Vorrichtung zur Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom zwischen der Energieerzeugungseinheit und den Leuchtmitteln angeordnet ist.
  • Weiterhin umfasst die Beleuchtungsanlage auch keine Vorrichtung zur Umwandlung eines Wechselstroms in einen Gleichstrom, die beispielsweise erforderlich wäre, wenn man mit einem Gleichstrom betreibbare Leuchtmittel mit der üblichen Wechselspannung einer häuslichen Stromversorgung betreiben wollte. Insbesondere kann auf Netzteile zwischen der Energieerzeugungseinheit und den Leuchtmitteln verzichtet werden.
  • Dadurch, dass bei der Beleuchtungsanlage keine Vorrichtungen zur Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom oder eines Wechselstroms in einen Gleichstrom verwendet werden, werden die ansonsten bei den Umwandlungen auftretenden Verluste vermieden. Auf diese Weise wird die Effizienz der Beleuchtungsanlage erhöht und der Energieverbrauch vermindert.
  • Die Leuchtmittel der Beleuchtungseinheit können insbesondere eine oder mehrere LED-Lichtquellen umfassen. Bei den LED-Lichtquellen kann es sich um einzelne LEDs oder LED-Anordnungen wie beispielsweise LED-Arrays handeln. Die LED-Lichtquellen können auch flächige LED-Leuchtmittel enthalten, bei denen es sich insbesondere um organische LEDs (OLEDs) handelt.
  • Die Energieerzeugungseinheit der Energieversorgungsvorrichtung kann insbesondere eine Photovoltaikanlage sein. Die Photovoltaikanlage kann eine Vielzahl von Solarzellen aufweisen, die einen Gleichstrom erzeugen, der in eine Energiespeichereinheit eingespeist wird.
  • Bei der Energiespeichereinheit der Energieversorgungsvorrichtung kann es sich insbesondere um einen Akkumulator handeln. Der Akkumulator dient als Zwischenspeicher für die vorzugsweise mittels einer Photovoltaikanlage erzeugte Energie.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung und die Leuchtmitteleinheit weisen eine gemeinsame Steuervorrichtung auf. Die Steuerung der Energieversorgungsvorrichtung, insbesondere einer Photovoltaikanlage, und die Steuerung der Leuchtmitteleinheit sind also vorteilhaft in ein einziges Gerät integriert und/oder erfolgen korreliert miteinander.
  • Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise mit einer zur bidirektionalen Datenübertragung geeigneten Datenleitung mit der Energieversorgungsvorrichtung verbunden. Insbesondere kann die Steuervorrichtung von der Energieversorgungsvorrichtung Daten über die eingehende und/oder gespeicherte Energie empfangen. Die Steuervorrichtung ist insbesondere dazu geeignet, die Leuchtmittel in Abhängigkeit von den Daten der eingehenden und/oder gespeicherten Energie zu steuern. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung die Intensität und/oder die Anzahl der betriebenen Leuchtmittel bei geringen Werten der gespeicherten Energie und/oder der eingehenden Energie vermindern, um eine für einen vorgesehenen Beleuchtungszweck vorgegebene Mindestbeleuchtungsstärke in einem möglichst langen Zeitraum aufrecht erhalten zu können.
  • Da im Fall einer Photovoltaikanlage die in der Energieerzeugungseinheit erzeugte Energie von der Intensität des einfallenden Sonnenlichts abhängt, können die von der Steuereinheit ermittelten Daten der eingehenden Energie zur Steuerung der Leuchtmitteleinheit in Abhängigkeit von der Tageshelligkeit verwendet werden. Die Energieerzeugungseinheit fungiert in diesem Fall vorteilhaft gleichzeitig als Helligkeitssensor für die Steuerung der Leuchtmitteleinheit.
  • Die Steuervorrichtung kann bei der Steuerung der Leuchtmittel eine Prognose für die in einem vorhersehbaren Zeitraum eingehende Energie berücksichtigen. Die Prognose kann insbesondere auf einer Wettervorhersage beruhen. Dazu ist die Steuervorrichtung an eine Wetterstation angeschlossen und/oder zum Empfang von Wetterdaten über das Internet eingerichtet.
  • Die Steuervorrichtung ist weiterhin vorzugsweise dazu eingerichtet, die Energieerzeugungseinheit, insbesondere eine Photovoltaikanlage, zu steuern. Insbesondere kann die Steuervorrichtung dazu eingerichtet sein, eine Photovoltaikanlage gemäß dem Sonnenstand auszurichten, um das einfallende Sonnenlicht besonders effizient zur Energieerzeugung zu nutzen.
  • Die Steuervorrichtung ist vorteilhaft mit einer weiteren zur Datenübertragung geeigneten Datenleitung mit der Leuchtmitteleinheit verbunden. Vorzugsweise ist die Datenleitung zur bidirektionalen Datenübertragung geeignet. Die von der Steuervorrichtung an die Leuchtmitteleinheit übertragenen Signale umfassen insbesondere die Informationen, welche der Leuchtmittel mit welcher Intensität betrieben werden sollen. Vorzugsweise kann die Steuervorrichtung von der Leuchtmitteleinheit Daten über den Betriebszustand der Leuchtmittel empfangen, beispielsweise die Betriebstemperatur und/oder den momentanen Energieverbrauch der Leuchtmittel. Die Leuchtmitteleinheit kann ferner einen oder mehrere Sensoren aufweisen, um beispielsweise die Intensität des in einen zu beleuchtenden Raums einfallenden Tageslichts zu messen. Die Steuervorrichtung kann die Leuchtmittel in Abhängigkeit dieser Daten vorteilhaft derart steuern, dass in dem zu beleuchtenden Raum eine gewünschte Beleuchtungsintensität erreicht wird.
  • Die Steuervorrichtung kann bei der Weißlicht emittierenden Leuchtmitteleinheit, bei der die Erzeugung von Weißlicht auf additiver Farbmischung farbiger LEDs basiert, die Farbtemperatur verändern um eine vorgegebene Leuchtstärke bei geringerem Energieverbrauch zu erreichen. Somit kann die Steuervorrichtung vorzugsweise eine vom Nutzer vorgegebene Beleuchtungssituation unter Ausnutzung der vorhandenen Energievorräte so gut wie möglich realisieren.
  • Die hierin beschriebene Steuervorrichtung für eine Beleuchtungsanlage ist dazu eingerichtet, eine Leuchtmitteleinheit zu steuern, die mehrere mit einem Gleichstrom betreibbare Leuchtmittel umfasst, und eine Energieversorgungsvorrichtung zu steuern, die zur Versorgung der Leuchtmitteleinheit mit einem Gleichstrom eingerichtet ist.
  • Die Steuervorrichtung weist dazu vorzugsweise mindestens eine Schnittstelle zum Senden von Daten an die Leuchtmitteleinheit und vorteilhaft auch zum Empfang von Daten von der Leuchtmitteleinheit auf. Weiterhin weist die Steuervorrichtung eine weitere Schnittstelle zum Senden von Daten an die Energieversorgungsvorrichtung und vorteilhaft auch zum Empfang von Daten von der Energieversorgungsvorrichtung auf. Die Steuervorrichtung ist vorteilhaft zum Empfang von Wetterdaten von einer Wetterstation und/oder dem Internet eingerichtet.
  • Die Steuervorrichtung ist weiterhin zur Veränderung der Farbtemperatur der Weißlicht emittierenden Leuchtmitteleinheit durch additive Farbmischung einzelner Leuchtmittel eingerichtet.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Steuervorrichtung ergeben sich aus den im Zusammenhang mit der Beleuchtungsanlage beschriebenen Ausgestaltungen der Steuervorrichtung und umgekehrt.
  • Bei einem Verfahren zur Steuerung der zuvor beschriebenen Beleuchtungsanlage werden die Energieversorgungseinrichtung und die Leuchtmitteleinheit der Beleuchtungsanlage von einer gemeinsamen Steuervorrichtung gesteuert.
  • Die Energieerzeugungseinheit der Energieversorgungsvorrichtung kann insbesondere eine Photovoltaikanlage sein, wobei die Photovoltaikanlage mittels der Steuervorrichtung in Abhängigkeit vom Sonnenstand ausgerichtet wird. Hierzu weist die Photovoltaikanlage beispielsweise eine Motorik zur Ausrichtung der Solarzellen gemäß dem Einfallswinkel des Sonnenlichts auf. Daten zum Einfallswinkel des Sonnenlichts in Abhängigkeit von Datum und Uhrzeit sind vorteilhaft in der Steuervorrichtung gespeichert.
  • Bei dem Verfahren wird vorteilhaft weiterhin eine in der Energiespeichereinheit der Energieversorgungsvorrichtung gespeicherte Energie von der Steuervorrichtung ermittelt und die Leuchtmitteleinheit in Abhängigkeit von der gespeicherten Energie gesteuert. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung einzelne Leuchtmittel der Leuchtmitteleinheit abschalten und/oder deren Intensität vermindern, wenn die in der Energiespeichereinheit gespeicherte Energie einen Sollwert unterschreitet.
  • Die Leuchtmitteleinheit wird mittels der Steuervorrichtung in Abhängigkeit von aus dem Internet und/oder von einer Wetterstation empfangenen Wetterdaten gesteuert. Beispielsweise können die Leuchtmittel in einem Energiesparmodus betrieben werden, wenn aufgrund der Wettervorhersage absehbar ist, dass die in einem vorhersehbaren Zeitraum eingehende Energie gering ist. Die Steuervorrichtung kann also nicht nur den aktuellen Status des Energiespeichers, sondern auch eine Prognose für den zukünftig zu erwartenden Energieeingang in der Energieerzeugungseinheit zur Steuerung der Leuchtmitteleinheit verwenden. Die Beleuchtungsanlage zeichnet sich also durch ein vorausschauendes Energiemanagement aus.
  • Bei dem Verfahren wird weiterhin die Farbtemperatur der Weißlicht emittierenden Leuchtmitteleinheit, bei der die Erzeugung von Weißlicht auf additiver Farbmischung farbiger LEDs basiert, so durch die Steuervorrichtung verändert, dass eine vorgegebene Leuchtstärke bei geringerem Energieverbrauch erreicht wird. Somit kann die Steuervorrichtung vorzugsweise eine vom Nutzer vorgegebene Beleuchtungssituation unter Ausnutzung der vorhandenen Energievorräte so gut wie möglich realisieren.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den zuvor im Zusammenhang mit der Beleuchtungsanlage und der Steuervorrichtung beschriebenen Ausgestaltungen und umgekehrt.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.
  • Figur 1 zeigt eine Beleuchtungsanlage mit einer Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die in der Figur dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
  • Die in Figur 1 dargestellte Beleuchtungsanlage 1 enthält eine Leuchtmitteleinheit 3. Die Leuchtmitteleinheit 3 umfasst mehrere Leuchtmittel 31, die mit einem Gleichstrom betreibbar sind. Insbesondere handelt es sich bei den Leuchtmitteln 31 um LED-Lichtquellen, die jeweils eine oder mehrere LEDs 32 aufweisen. Beispielsweise können die Leuchtmittel 31, wie in Figur 1 dargestellt, LED-Arrays sein. Alternativ ist es aber auch möglich, dass ein oder mehrere Leuchtmittel 31 nur eine einzelne LED aufweisen.
  • Die Leuchtmittel 31 können beispielsweise Weißlicht emittierende LEDs 32 aufweisen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Leuchtmittel 31 farbige oder verschiedenfarbige LEDs 32 aufweisen, die zum Beispiel mittels additiver Farbmischung eine Vielzahl von Beleuchtungsfarben ermöglichen.
  • Bei den Leuchtmitteln 31 kann es sich auch um organische LEDs handeln, die insbesondere als flächige Lichtquelle ausgestaltet sein können. Die Leuchtmitteleinheit 3 kann insbesondere auch verschiedene Typen von mit einem Gleichstrom betreibbaren Leuchtmitteln 31 enthalten.
  • Die Leuchtmitteleinheit 3 ist zur Stromversorgung an eine Energieversorgungsvorrichtung 2 angeschlossen. Die Energieversorgungsvorrichtung 2 enthält eine Energieerzeugungseinheit 21 und eine Energiespeichereinheit 22. Die Energieerzeugungseinheit 21 ist zur Erzeugung eines Gleichstroms geeignet, wobei die Energieerzeugung vorteilhaft auf der Nutzung einer regenerativen Energie basiert. Insbesondere kann die Energieerzeugungseinheit 21 eine Photovoltaikanlage sein.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung 2 umfasst weiterhin eine Energiespeichereinheit 22, bei der es sich insbesondere um einen Akkumulator handeln kann. Der mittels der Energieerzeugungseinheit 21 erzeugte Gleichstrom wird in die Energiespeichereinheit 22 eingespeist und dort zwischengespeichert.
  • Die Energiespeichereinheit 22 fungiert als Gleichstromquelle für die Leuchtmitteleinheit 3. Die Leuchtmitteleinheit 3 ist vorzugsweise direkt mittels mindestens einer Stromleitung 23, durch die ein Gleichstrom fließt, an die Energiespeichereinheit 22 der Energieversorgungsvorrichtung 2 angeschlossen. Insbesondere befinden sich zwischen der Energiespeichereinheit 22 und den Leuchtmitteln 31 keine Vorrichtungen zur Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom oder eines Wechselstroms in einen Gleichstrom. Das heißt, dass die in der Energiespeichereinheit 22 gespeicherte Energie nicht wie herkömmlicherweise in eine Netz-Wechselspannung von zum Beispiel 230 Volt umgewandelt wird, sondern die Leuchtmitteleinheit 3 direkt an die als Gleichstromquelle fungierende Energiespeichereinheit 22 angeschlossen ist. Auf diese Weise werden Verluste, die beim Konvertieren eines Gleichstroms in einen Wechselstrom auftreten, vermieden.
  • Weiterhin ist es auch nicht erforderlich, die Leuchtmitteleinheit 3 mit einem Netzteil zur Umwandlung eines Wechselstroms in einen Gleichstrom auszurüsten, wie es beim Betrieb von LED-Lichtquellen 31 mit einer Netzspannung in der Regel erforderlich ist. Da bei der Beleuchtungsanlage 1 Konvertierungen eines Gleichstroms in einen Wechselstrom und umgekehrt vermieden werden, zeichnet sich die Beleuchtungsanlage 1 durch eine verbesserte Effizienz und somit einen geringen Energieverbrauch aus.
  • Die Beleuchtungsanlage 1 weist weiterhin eine Steuervorrichtung 4 auf, die sowohl die Energieversorgungsvorrichtung 2 als auch die Leuchtmitteleinheit 3 steuert. Insbesondere erfolgt die Steuerung der Energieversorgungsvorrichtung 2 und der Leuchtmitteleinheit 3 nicht unabhängig voneinander, sondern wird vorteilhaft von der gemeinsamen Steuervorrichtung 4 unter Ausnutzung von Daten, welche die Steuervorrichtung 4 von der Energieversorgungsvorrichtung 2 und der Leuchtmitteleinheit 3 empfängt, koordiniert.
  • Die Steuervorrichtung 3 ist vorteilhaft mittels einer bidirektionalen Datenleitung 42 an die Energieversorgungsvorrichtung 2 angeschlossen. Die Steuervorrichtung 4 kann von der Energieversorgungsvorrichtung 2 insbesondere Daten über die in der Energiespeichereinheit 22 gespeicherte Energie und die momentan mittels der Energieerzeugungseinheit 21 erzeugte Energie empfangen.
  • Die Steuervorrichtung 4 ist weiterhin mit einer vorzugsweise bidirektionalen Datenleitung 43 mit der Leuchtmitteleinheit 3 verbunden. Die Steuervorrichtung 4 kann über die Datenleitung 43 insbesondere Steuersignale an die Leuchtmitteleinheit 3 senden, um mittels der Leuchtmittel 31 eine gewünschte Beleuchtungssituation zu erzeugen. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 4 bei der Steuerung der Leuchtmitteleinheit 3 den Ladezustand der Energiespeichereinheit 22 berücksichtigen. Beispielsweise kann die Leuchtmitteleinheit 3 bei einem niedrigen Ladezustand in der Energiespeichereinheit 22 automatisch in einem Energiesparmodus betrieben werden. Es ist beispielsweise möglich, dass zur Energieeinsparung einzelne LEDs 32 der Leuchtmittel 31 abgeschaltet werden und/oder die Leuchtmittel 31 mit einer geringeren Leistung betrieben werden.
  • Die Steuervorrichtung 4 berücksichtigt beim Betrieb der Leuchtmitteleinheit 3 nicht nur den aktuellen Ladezustand der Energiespeichereinheit 22, sondern auch eine Prognose für die in der Energieerzeugungseinheit 21 in einem vorhersehbaren Zeitraum erzeugbare Energie.
  • Wenn die Energieerzeugungseinheit 21 eine Photovoltaikanlage ist, ist die erzeugte Energie insbesondere vom Sonnenstand und der Witterung abhängig. Um aktuelle Daten für den Sonnenstand und/oder die Witterung zu empfangen, ist die Steuervorrichtung 4 vorteilhaft mittels einer Datenleitung 45 mit einer Wetterstation 5 verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung 4 mittels einer Datenleitung 46 mit dem Internet 6 verbunden sein, um insbesondere Daten zum Sonnenstand oder Prognosen für die Wetterentwicklung zu empfangen. Die Steuervorrichtung 4 kann die von der Wetterstation 5 und/oder aus dem Internet 6 empfangenen Daten beispielsweise dazu nutzen, den Stromverbrauch der Leuchtmittel 31 zu vermindern, wenn aufgrund einer zu erwartenden geringen Sonneneinstrahlung mit einer geringen Energieerzeugung in der Energieerzeugungseinheit 21 zu rechnen ist.
  • Wenn die Energieerzeugungseinheit 21 eine Photovoltaikanlage ist, ist die Steuervorrichtung 4 vorzugsweise dazu eingerichtet, die Photovoltaikanlage in Abhängigkeit vom Sonnenstand auszurichten. Hierzu kann die Steuervorrichtung 4 gespeicherte Daten und/oder die von der Wetterstation 5 und/oder aus dem Internet 6 empfangenen Daten verwerten. Die in der Photovoltaikanlage 21 enthaltenen Solarzellen können beispielsweise mittels einer geeigneten Motorik derart ausgerichtet werden, dass sie das einfallende Sonnenlicht bestmöglich absorbieren. Da Photovoltaikanlagen einen optimalen Arbeitspunkt bei einer bestimmten Temperatur aufweisen, ist es auch denkbar, die Abwärme der Leuchtmitteleinheit 3 an kalten Tagen für eine Erwärmung und somit eine Steigerung der Effizienz der Photovoltaikanlage zu nutzen.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Steuervorrichtung 4 Betriebsdaten von den Leuchtmitteln 31 über die bidirektionale Datenverbindung 43 empfängt und zu deren Steuerung verwertet. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 4 die Daten über den Energieverbrauch der einzelnen Leuchtmittel 31 empfangen. Weiterhin ist es möglich, dass die Leuchtmitteleinheit 3 einen oder mehrere Sensoren umfasst, welche beispielsweise die Betriebstemperatur der LEDs 32 und/oder die Umgebungshelligkeit messen. Wenn die Leuchtmitteleinheit 3 beispielsweise einen Umgebungslichtsensor enthält, kann die Steuervorrichtung 4 die Leistung der Leuchtmittel 31 an die Umgebungshelligkeit, insbesondere an einen variierenden Einfall von Tageslicht, anpassen. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 4 dazu eingerichtet sein, eine von einem Nutzer vorgegebene Beleuchtungssituation unter Ausnutzung der vorhandenen Energievorräte so gut wie möglich zu realisieren. Bei einer Weißlicht emittierenden Leuchtmitteleinheit 3, bei der die Erzeugung von Weißlicht auf additiver Farbmischung farbiger LEDs basiert, kann gegebenenfalls die Farbtemperatur verändert werden, um eine vorgegebene Leuchtstärke bei geringerem Energieverbrauch zu erreichen.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims (10)

  1. Beleuchtungsanlage (1), umfassend:
    - eine Energieversorgungsvorrichtung (2), die eine zur Erzeugung eines Gleichstroms geeignete Energieerzeugungseinheit (21) und eine Energiespeichereinheit (22) zur Speicherung von Energie der Energieerzeugungseinheit (21) aufweist, und
    - eine Leuchtmitteleinheit (3), die Weißlicht emittiert und mehrere mit einem Gleichstrom betreibbare Leuchtmittel (31) umfasst und zur Versorgung mit einem Gleichstrom an die Energiespeichereinheit (22) angeschlossen ist,
    wobei zwischen der Energieerzeugungseinheit (21) und den Leuchtmitteln (31) keine Vorrichtung zur Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom oder eines Wechselstroms in einen Gleichstrom angeordnet ist, wobei die Energieversorgungsvorrichtung (2) und die Leuchtmitteleinheit (3) eine gemeinsame Steuervorrichtung (4) aufweisen, die an eine Wetterstation (5) angeschlossen ist und/oder zum Empfang von Wetterdaten über das Internet (6) eingerichtet ist, und die Steuervorrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die Leuchtmitteleinheit (3) in Abhängigkeit von einer Prognose für den zukünftig zu erwartenden Energieeingang in der Energieerzeugungseinheit (21) zu steuern,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Leuchtmittel (31) farbige LEDs sind,
    - die Erzeugung von Weißlicht durch additive Farbmischung der farbigen LEDs erzielt wird,
    - die Steuervorrichtung (4) dazu eingerichtet ist, eine Farbtemperatur der Weißlicht emittierenden Leuchtmitteleinheit (3) so zu verändern, dass eine vorgegebene Leuchtstärke bei geringerem Energieverbrauch erreicht wird.
  2. Beleuchtungsanlage nach Anspruch 1,
    wobei die Leuchtmittel (31) eine oder mehrere LED-Lichtquellen umfassen.
  3. Beleuchtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Energieerzeugungseinheit (21) eine Photovoltaikanlage ist.
  4. Beleuchtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Energiespeichereinheit (22) ein Akkumulator ist.
  5. Beleuchtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Steuervorrichtung (4) mit einer zur bidirektionalen Datenübertragung geeigneten Datenleitung (42) mit der Energieversorgungsvorrichtung (2) verbunden ist.
  6. Beleuchtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Steuervorrichtung (4) mit einer weiteren zur bidirektionalen Datenübertragung geeigneten Datenleitung (43) mit der Leuchtmitteleinheit (3) verbunden ist.
  7. Steuervorrichtung (4) für eine Beleuchtungsanlage,
    die dazu eingerichtet ist,
    - eine Leuchtmitteleinheit (3) zu steuern, die Weißlicht emittiert und mehrere mit einem Gleichstrom betreibbare Leuchtmittel (31) umfasst, und
    - eine Energieversorgungsvorrichtung (2) zu steuern, die zur Versorgung der Leuchtmitteleinheit (3) mit einem Gleichstrom eingerichtet ist, und
    - die Leuchtmitteleinheit (3) in Abhängigkeit von einer Prognose für den zukünftig zu erwartenden Energieeingang in der Energieerzeugungseinheit (21) zu steuern, wobei die Steuervorrichtung (4) an eine Wetterstation (5) angeschlossen ist und/oder zum Empfang von Wetterdaten über das Internet (6) eingerichtet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Leuchtmittel (31) farbige LEDs sind,
    - die Erzeugung von Weißlicht durch additive Farbmischung der farbigen LEDs erzielt wird,
    - die Steuervorrichtung (4) dazu eingerichtet ist, eine Farbtemperatur der Weißlicht emittierenden Leuchtmitteleinheit (3) so zu verändern, dass eine vorgegebene Leuchtstärke bei geringerem Energieverbrauch erreicht wird.
  8. Verfahren zur Steuerung einer Beleuchtungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
    wobei die Leuchtmitteleinheit (3) mittels der Steuervorrichtung in Abhängigkeit von einer Prognose für den zukünftig zu erwartenden Energieeingang in der Energieerzeugungseinheit (21) gesteuert wird, und die Steuerung in Abhängigkeit von aus dem Internet (6) und/oder von einer Wetterstation (5) empfangenen Wetterdaten erfolgt, wobei die Farbtemperatur der Weißlicht emittierenden Leuchtmitteleinheit (3) so verändert wird, dass eine vorgegebene Leuchtstärke bei geringerem Energieverbrauch erreicht wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    wobei die Energieerzeugungseinheit (21) eine Photovoltaikanlage ist und die Photovoltaikanlage mittels der Steuervorrichtung (4) in Abhängigkeit vom Sonnenstand ausgerichtet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
    wobei eine in der Energiespeichereinheit (22) gespeicherte Energie von der Steuervorrichtung (4) ermittelt wird und die Leuchtmitteleinheit (3) in Abhängigkeit von der gespeicherten Energie gesteuert wird.
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