JP2012054142A - Led lighting system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池を電力源とするLED照明システムに関する。 The present invention relates to an LED lighting system using a solar cell as a power source.
従来、蓄電池を備えており、太陽電池の発電電力が充電電力等の装置の消費電力より大きい場合に余剰の発電電力を商用電源に逆潮流させて電力会社に売電し、昼間の天候不順等の原因で蓄電池への充電が不十分でLED素子へ必要な点灯電力を供給できない場合には、商用電源から電力供給し、照度を確保するLED照明装置が提案されている(特許文献1)。 Conventionally, a storage battery has been provided, and when the generated power of the solar cell is greater than the power consumed by the device, such as charging power, surplus generated power is returned to the commercial power source and sold to the power company. In the case where the storage battery is insufficiently charged due to the above-described causes and the necessary lighting power cannot be supplied to the LED element, an LED lighting device is proposed that secures illuminance by supplying power from a commercial power source (Patent Document 1).
また、蓄電池を持たず、夜間等において太陽電池からの出力が低下する場合は、商用電源から電力を供給する電源装置が提案されている(特許文献2)。 In addition, a power supply device that supplies electric power from a commercial power source has been proposed in the case where the output from the solar battery decreases at night or the like without a storage battery (Patent Document 2).
ところで、太陽電池からの出力は日射量等によって変動することが避けられないが、これらの変動に対して、太陽電池の動作点を変化させ、常に最大出力を取り出す制御(MPPT:Maximum Power Point Tracking)を行い、太陽電池からの電力を有効に取り出す機能がある。 By the way, it is inevitable that the output from the solar cell fluctuates depending on the amount of solar radiation, etc. However, in response to these fluctuations, the operating point of the solar cell is changed to always take out the maximum output (MPPT: Maximum Power Point Tracking). ) To effectively extract the electric power from the solar cell.
しかしながら、蓄電池を持たず且つ電力会社に売電も行わない太陽光発電システムにおいては、余剰電力を処理できないので、太陽電池から最大電力を取り出す制御(MPPT)を行っても、負荷電力がそれより少なければ電力を破棄する必要があり、電力効率が低下する。
また、太陽電池からの電力と、商用電源からの電力を切り替えるシステムの場合、商用電源への切り替えが頻繁に起こると、余計な電気代が発生する。
However, in a solar power generation system that does not have a storage battery and does not sell power to an electric power company, surplus power cannot be processed. Therefore, even if control (MPPT) for extracting maximum power from the solar battery is performed, load power is higher than that. If it is less, it is necessary to discard the power, which reduces power efficiency.
Further, in the case of a system that switches between power from a solar battery and power from a commercial power source, if frequent switching to the commercial power source occurs, extra electricity costs are generated.
そこで、LED照明システムにおいて、太陽電池の最大発電電力を有効利用し、太陽電池の発電量が変わっても商用電源へ切り替えが可及的に少なくなるようにする点で解決すべき課題がある。
この発明の目的は、太陽電池の発電量が変わっても商用電源へ切り替えが可及的に少なくなるようにして、余計な電気代が生じるのを回避できるLED照明システムを提供することである。
Therefore, in the LED lighting system, there is a problem to be solved in that the maximum generated power of the solar cell is effectively used so that switching to the commercial power source is reduced as much as possible even if the power generation amount of the solar cell changes.
An object of the present invention is to provide an LED illumination system capable of avoiding extra electricity bills by switching to a commercial power source as much as possible even when the amount of power generated by a solar cell changes.
上記課題を解決するため、本発明によるLED照明システムは、太陽電池を電力源とし、MPPT回路から出力電力のデータを受け、その最大発電電力を消費するように、照明装置の電力値を制御することを特徴としている。即ち、本LED照明システムは、太陽電池から得られた電力をLED照明装置に供給し、前記電力が不十分な場合には商用電源から電力を補充するLED照明システムにおいて、常に出力最大電力で動作する前記太陽電池の出力電力をすべて消費するように、前記LED照明装置の消費電力を制御することを特徴としている。 In order to solve the above problems, an LED lighting system according to the present invention uses a solar cell as a power source, receives output power data from an MPPT circuit, and controls the power value of the lighting device so as to consume the maximum generated power. It is characterized by that. That is, this LED lighting system always operates at the maximum output power in an LED lighting system that supplies power obtained from a solar cell to an LED lighting device and replenishes power from a commercial power source when the power is insufficient. The power consumption of the LED lighting device is controlled so as to consume all the output power of the solar cell.
本LED照明システムによれば、太陽電池は常に出力最大電力で動作するように制御され、その最大発電電力に合わせるようにLED照明装置の消費電力が制御されているので、太陽電池が出力する最大発電電力をすべてLED照明装置で消費されるようにすることができる。 According to the present LED lighting system, the solar cell is always controlled to operate at the maximum output power, and the power consumption of the LED lighting device is controlled so as to match the maximum generated power. All the generated power can be consumed by the LED lighting device.
また、本LED照明システムにおいて、LED照明装置が複数台ある場合、優先度の低いLED照明装置の電力値を制御するので、優先度の高いLED照明装置では照度の変化を極力無くし、照度変化による影響を抑えることができる。 Also, in this LED lighting system, when there are a plurality of LED lighting devices, the power value of the LED lighting device with low priority is controlled, so the LED lighting device with high priority eliminates the change in illuminance as much as possible, and due to the illuminance change The influence can be suppressed.
また、本LED照明システムにおいて、前記各LED照明装置へ電力を供給するとともに前記各LED照明装置における電力値を制御する電力制御ユニットを備えており、前記電力制御ユニットは、前記太陽電池で得られた電力の入力を受けて最大電力が取り出されるように動作するMPPT部、前記LED照明装置全体の消費電力を測定する電力測定部、前記MPPT部からの電力及び商用電源から補充される電力を加算する電力加算部、並びに前記MPPT部から出力される供給電力量と前記電力測定部で測定される消費電力量とを比較し、前記MPPT部から出力される電力が前記LED照明装置で全て消費されるように前記LED照明装置の前記消費電力を制御する電力制御部を備えているとすることができる。更に、本LED照明システムにおいて、前記各LED照明装置は、前記電力制御ユニットの前記電力加算部からの電力供給を受けて定電力を出力する定電力回路、当該定電力回路からの前記定電力の供給を受けて点灯するLED素子を含むLEDユニット、及び前記電力制御ユニットの前記電力制御部からの前記消費電力を制御するための制御信号を受けて前記定電力回路が出力する電力値を制御する調光制御部を備えているとすることができる。 The LED lighting system further includes a power control unit that supplies power to each LED lighting device and controls a power value in each LED lighting device, and the power control unit is obtained by the solar cell. MPPT unit that operates to receive maximum power and take out the maximum power, power measurement unit that measures the power consumption of the entire LED lighting device, power from the MPPT unit, and power supplemented from commercial power supply The power addition unit, and the supply power amount output from the MPPT unit and the power consumption amount measured by the power measurement unit are compared, and all the power output from the MPPT unit is consumed by the LED lighting device. Thus, it can be assumed that a power control unit that controls the power consumption of the LED lighting device is provided. Furthermore, in the LED lighting system, each LED lighting device receives a power supply from the power adding unit of the power control unit and outputs a constant power, and the constant power from the constant power circuit. An LED unit including an LED element that is turned on when supplied, and a control signal for controlling the power consumption from the power control unit of the power control unit, and controls a power value output from the constant power circuit It can be assumed that a light control unit is provided.
本LED照明システムによれば、太陽電池から照明用に常に最大電力を効率よく取り出しながら、LED照明装置の消費電力を制御することで、商用電源への切替え頻度を少なくでき、商用電源を利用することによる電気代を削減することできる。
また、LED照明装置が複数台ある場合や、ソーラパネルの発電量に変動があっても、その変動に応じて、個々のLED照明装置の電力値を自動で設定するので、手動で調光調整を行う必要がない。
また、例えば、窓際や倉庫などの、照度の変化が気にならないような優先度の低い照明装置の電力値を制御することで、消費電力調整のために照度を変化させても、照明への影響を少なくすることができる。
According to this LED lighting system, the frequency of switching to the commercial power source can be reduced by controlling the power consumption of the LED lighting device while efficiently taking out the maximum power for the illumination from the solar cell, and the commercial power source is used. This can reduce the electricity bill.
In addition, even when there are multiple LED lighting devices or when the power generation amount of the solar panel varies, the power value of each LED lighting device is automatically set according to the variation, so dimming adjustment manually There is no need to do.
In addition, for example, by controlling the power value of low-priority lighting devices such as windows and warehouses where changes in illuminance are not anxious, even if the illuminance is changed to adjust power consumption, The influence can be reduced.
図1には、本発明によるLED照明システムの一実施形態であるブロック構成が示されている。太陽電池1からの電力は、電力制御ユニット3のMPPT部31により、最大電力が取り出されるように制御される。この電力は、DC/DC変換器32で電圧変換され、電力測定部33において、当該電力測定部33を通じてLED照明全体に供給される消費電流が測定され、電力加算部36を通って例えば6台のLED照明装置4〜9に供給される。電力加算部36は、図示のようにダイオード接続によって構成されており、太陽電池1からの入力電圧を商用電源からの入力電圧よりも高めに設定することで、太陽電池1からの電力が優先的にLED照明装置4〜9に供給される。ここでは、LED照明装置は6台としたが、台数はこれに限定されない。電力制御部34は、MPPT部31から出力される電力量と電力測定部33で測定される消費電力量とを比較し、MPPT部31から出力される電力が、LED照明装置4〜9で全て消費されるように、LED照明装置4〜9の消費電力を制御する。
FIG. 1 shows a block configuration which is an embodiment of an LED lighting system according to the present invention. The power from the solar cell 1 is controlled by the
電力制御ユニット3には商用電源2も接続されている。日照不足等で太陽電池の発電量が少ない場合や夜間時には、太陽電池1からの電力が減少し、電力加算部36の太陽電池側の入力電圧が低下するが、このとき商用電源側のダイオードもONになり商用電源からも電力供給が行われる。商用電源から電力補充が行われても、MPPT制御によって、太陽電池1の発電電力はすべてLED照明装置(負荷)に供給されて、電力加算部36でバランスするので、太陽電池1の発電電力の不足分が商用電源から供給される。即ち、太陽電池1からの電力が不足するときには、商用電源2からの電力が、AC/DC変換部35でDC電圧に変換され、電力加算部36で太陽電池1からの電力不足を補い、LED照明装置4〜9に供給される。
A commercial power supply 2 is also connected to the power control unit 3. When the amount of power generated by the solar cell is small due to lack of sunlight or at night, the power from the solar cell 1 decreases and the input voltage on the solar cell side of the
LED照明装置4〜9の構成は同じであるので、LED照明装置4について説明する。電力加算部36からの電力を受け、定電力回路として電流を定められた値に制御する定電流回路41が設けられており、定電流回路41はLED素子が実装されたLEDユニット42を定電流で駆動する。LEDユニット42は、入力される定電流値が変わることによって、LED素子の発光光度を変えることができる。定電流回路41が出力する定電流値は、電力制御ユニット3の電力制御部34から信号を受けた調光制御部43によって制御される。ここで、調光は、LEDユニット42の電流値を変化させているが、PWM(Pulse Width Modulation)により、供給電力のON/OFFデューティーを変化させて行ってもよい。
Since the LED lighting devices 4 to 9 have the same configuration, the LED lighting device 4 will be described. A constant
LED照明装置4〜9のための電力制御ユニット3の電流制御部34の動作の一例が図2においてフローチャートで示されている。図2に基づいて、電力制御部34の動作について説明する。電力制御部34は、ステップ11(「S11」と略す。以下同じ)で、MPPT31から、現在の太陽電池の発電電力Pinを読み込む。Pinは、MPPT31により、最大電力を出力するように制御されている。S12では、LED照明装置4〜9全体の消費電力Poutを電力測定部33から読み込む。
An example of the operation of the
S13では、供給電力(Pin×η)と消費電力Poutを比較する。ここで、η(イータ)は、DC/DC変換部32の変換効率で、例えば0.95(=95%)程度に設定される。供給電力(Pin×η)が、実際にLED照明装置4〜9の全体に供給できる電力となる。ここで、消費電力Poutが供給電力(Pin×η)より大きい場合、S15で、LED照明の電流ILEDi(i=4〜9)を下げる方向に調光制御部43,53…93を制御する。ただ、電流ILEDiを下げ過ぎると必要な照度が得られなくなるので、S14で下限値IMINと比較し、これより、下回る場合は電流値を下げない。この場合、不足する電力は、商用電源2から補充される。ここで、全てのLED照明装置4〜9の電流ILEDiを下げなくても、例えば窓際や倉庫に設置されるなどして、照度の変化が気にならない特定のLED照明装置の電流ILEDiを下げるようにしてもよい。
In S13, the supplied power (Pin × η) is compared with the power consumption Pout. Here, η (eta) is the conversion efficiency of the DC /
一方、S13で供給電力(Pin×η)が消費電力Poutより大きい場合、太陽電池1の発電電力に余裕があるので、S17で、電流ILEDiを増加させる。ただ、電流ILEDiを上げ過ぎると、LED素子の劣化や破損を招くので、S16で上限値IMAXと比較し、これより大きい場合は電流ILEDiを増加させない。この場合、LED照明装置で消費できない太陽電池1からの余剰電力は破棄される。よって太陽電池1の最大発電量がIMAXと等しくなるように太陽電池1を設置すれば、コストパフォーマンスがよくなる。S13で、消費電力Poutが供給電力(Pin×η)と等しい場合は、この状態を保つ。 On the other hand, if the supplied power (Pin × η) is larger than the consumed power Pout in S13, the generated power of the solar cell 1 has a margin, and the current ILEDi is increased in S17. However, if the current ILEDi is excessively increased, the LED element is deteriorated or broken. In S16, the current ILEDi is not increased when compared with the upper limit value IMAX. In this case, surplus power from the solar cell 1 that cannot be consumed by the LED lighting device is discarded. Therefore, if the solar cell 1 is installed so that the maximum power generation amount of the solar cell 1 is equal to IMAX, cost performance is improved. If the power consumption Pout is equal to the supplied power (Pin × η) in S13, this state is maintained.
このように制御することで、太陽電池からの発電電力とLED照明装置の消費電力とが等しくなるように動作するので、MPPTにより得られた最大電力を効率よく使用できる。即ち、商業施設等、照明が常時点灯されているような場合、LED照明装置全灯時の消費電力と太陽電池の最大出力とを合わせるようにすることで、太陽電池の余剰電力破棄は余り起こらず、また、太陽電池パネルの設置枚数を最小限にすることができる。更に、太陽電池の出力が低下したときには、直ちに商用電源に頼って不足電力を補充するのではなく、LED照明の調光制御を行うことで、LED照明の消費電力を太陽電池の発電電力内に抑えるように調整することになり、その結果、なるべく太陽電池の発電電力内で照明を行い、商用電源を利用することによる電力消費を抑えることができる。 By controlling in this way, it operates so that the generated power from the solar cell and the power consumption of the LED lighting device become equal, so the maximum power obtained by MPPT can be used efficiently. In other words, when lighting is constantly turned on, such as in a commercial facility, excessive power consumption of the solar cell does not occur much by matching the power consumption of all LED lighting devices with the maximum output of the solar cell. In addition, the number of installed solar cell panels can be minimized. Furthermore, when the output of the solar cell is reduced, the power consumption of the LED lighting is reduced within the generated power of the solar cell by performing dimming control of the LED lighting instead of immediately replenishing the insufficient power by relying on the commercial power supply. As a result, it is possible to reduce power consumption by performing illumination within the generated power of the solar cell and using a commercial power source as much as possible.
1 太陽電池 2 商用電源
3 電力制御ユニット
4,5,…9 LED照明装置
31 MPPT部(MPPT:Maximum Power Point Tracking)
32 DC/DC変換部 33 電力測定部
34 電力制御部 35 AC/DC変換部
36 電力加算部
41,51,…91 定電流回路 42,52,…92 LEDユニット
43,53,…93 調光制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar cell 2 Commercial power supply 3 Electric power control unit 4,5, ... 9
32 DC /
Claims (8)
常に出力最大電力で動作する前記太陽電池の出力電力をすべて消費するように、前記LED照明装置の消費電力を制御することを特徴とするLED照明システム。 In an LED lighting system that supplies power obtained from a solar cell to an LED lighting device and replenishes power from a commercial power source when the power is insufficient,
The LED lighting system, wherein the power consumption of the LED lighting device is controlled so as to consume all the output power of the solar cell that always operates at the maximum output power.
前記LED照明装置が複数台からなり、優先度の低い前記LED照明装置から前記消費電力制御を行うことを特徴とするLED照明システム。 The LED lighting system according to claim 1.
The LED illumination system comprising a plurality of the LED illumination devices, wherein the power consumption control is performed from the LED illumination device having a low priority.
前記各LED照明装置へ電力を供給するとともに前記各LED照明装置における電力値を制御する電力制御ユニットを備えており、
前記電力制御ユニットは、前記太陽電池で得られた電力の入力を受けて最大電力が取り出されるように動作するMPPT部、前記LED照明装置全体の消費電力を測定する電力測定部、前記MPPT部からの電力及び商用電源から補充される電力を加算する電力加算部、並びに前記MPPT部から出力される供給電力量と前記電力測定部で測定される消費電力量とを比較し、前記MPPT部から出力される電力が前記LED照明装置で全て消費されるように前記LED照明装置の前記消費電力を制御する電力制御部を備えていることを特徴とするLED照明システム。 The LED lighting system according to claim 1 or 2,
A power control unit for supplying power to each LED lighting device and controlling a power value in each LED lighting device;
The power control unit includes an MPPT unit that operates to receive maximum power from the input of power obtained by the solar cell, a power measurement unit that measures power consumption of the entire LED lighting device, and the MPPT unit. A power adding unit that adds power supplemented from the commercial power source and power supplied from the commercial power supply, and compares the amount of power supplied from the MPPT unit with the amount of power consumed measured by the power measuring unit, and outputs from the MPPT unit An LED lighting system comprising: a power control unit that controls the power consumption of the LED lighting device so that all the electric power to be consumed is consumed by the LED lighting device.
前記各LED照明装置は、前記電力制御ユニットの前記電力加算部からの電力供給を受けて定電力を出力する定電力回路、当該定電力回路からの前記定電力の供給を受けて点灯するLED素子を含むLEDユニット、及び前記電力制御ユニットの前記電力制御部からの前記消費電力を制御するための制御信号を受けて前記定電力回路が出力する電力値を制御する調光制御部を備えていることを特徴とするLED照明システム。 The LED lighting system according to claim 3.
Each of the LED lighting devices includes a constant power circuit that receives power supplied from the power adding unit of the power control unit and outputs constant power, and an LED element that lights up when supplied with the constant power from the constant power circuit And a dimming control unit that receives a control signal for controlling the power consumption from the power control unit of the power control unit and controls a power value output from the constant power circuit. LED lighting system characterized by the above.
前記定電力回路は、電流値制御又はパルス幅制御で前記電力値を変更することを特徴とするLED照明システム。 The LED lighting system according to claim 4.
The LED power system, wherein the constant power circuit changes the power value by current value control or pulse width control.
前記電力制御部は、前記消費電力量が前記供給電力量より大きい場合に、前記各LEDユニットに供給される電力量を下げる方向に前記調光制御部を制御し、
前記電力制御部は、前記各LEDユニットに供給される前記電力量を下限値と比較し、前記電力量が前記下限値を下回る場合は前記電力量を下げることなく、不足する電力を前記商用電源から補充することを特徴とするLED照明システム。 The LED lighting system according to claim 3 or 4,
The power control unit controls the dimming control unit in a direction to decrease the amount of power supplied to each LED unit when the power consumption is larger than the supply power amount.
The power control unit compares the amount of power supplied to each LED unit with a lower limit value, and if the power amount falls below the lower limit value, the power control unit reduces the power amount without reducing the power amount. LED lighting system characterized by being replenished from
前記電力制御部は、前記供給電力量が前記消費電力量より大きい場合に、前記各LEDユニットに供給される電力量を上げる方向に前記調光制御部を制御し、
前記電力制御部は、前記各LEDユニットに供給される前記電力量を上限値と比較し、前記電力量が前記上限値を上回る場合は前記電力量を上げることなく、余剰電力を破棄することを特徴とするLED照明システム。 The LED lighting system according to claim 3 or 4,
The power control unit controls the dimming control unit in a direction to increase the amount of power supplied to each LED unit when the supplied power amount is larger than the consumed power amount,
The power control unit compares the power amount supplied to the LED units with an upper limit value, and discards surplus power without increasing the power amount when the power amount exceeds the upper limit value. LED lighting system characterized.
前記電力制御部は、前記供給電力量が前記消費電力量と等しい場合に、前記各LEDユニットに供給される電力量を維持するように前記調光制御部を制御することを特徴とするLED照明システム。 The LED lighting system according to claim 3 or 4,
The power control unit controls the dimming control unit to maintain the amount of power supplied to each LED unit when the supplied power amount is equal to the consumed power amount. system.
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