JP2016513446A - 太陽光電源型照明用の強化された安全性のためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

太陽光電源型装置ＬＵ１０及び該太陽光電源型装置ＬＵ１０に対する電力優先変更機能を制御するための方法（図８及び９）が開示されている。太陽光電源型装置ＬＵ１０は、光発電ユニット１、該光発電ユニットに結合された太陽光充電器２、エネルギ蓄積ユニット３、負荷７に対するエネルギ供給を制御するように構成された制御エンジン４、通信インターフェース６及びコントローラ５を含む。コントローラ５は通信インターフェース６を介して優先変更機能信号を受信するように構成される。該優先変更機能信号は、負荷７のエネルギ消費に関する変更を要求する。コントローラ５は、更に、エネルギ蓄積ユニット３における現在利用可能な蓄積エネルギ量が負荷７のエネルギ消費の上記変更に対して十分なエネルギを供給することができるかを判定すると共に、該エネルギ消費の変更により消耗されるエネルギの量を該量が消耗された後の少なくとも１日以上の後続の日における太陽光発電により回復され得るかを推定するように構成される。該コントローラは、現在利用可能な蓄積エネルギが十分なエネルギを供給することができ、且つ、消耗されるエネルギの量が回復され得る場合、負荷７のエネルギ消費を変更する。

Description

本発明は、太陽光電源型（solar powered）照明の強化された照明安全性を提供する方法及びシステムに係り、更に詳細には夜間にエネルギの予備が使い果たされることを制限及び／又は防止すべく、いつ調光優先変更機能が許可されるかを制御するための改善された方法及びシステムに関する。

従来の街路照明システムは、エネルギを節約するために調光システムを組み込むことができる。このような従来の調光システムの一例は、照明システムの運用者のためのオプションとして利用可能なPhilips Lumistep調光システムである。このような調光システムは、固定された調光プロファイル（特性）でプログラムすることができる。例えば、調光は、余り多い交通量がない場合、又は運用者が単に電気を節約したいと欲する場合に典型的に真夜中の時間に適用される。

また、夏の季節と冬の季節との間では使用される調光プロファイルには幾らかの違いが存在し得る。しかしながら、調光プロファイルは、殆どの場合、固定されたプログラミング、主電源がオン／オフされた時間又は他のメカニズムに基づいて、所定の期間にわたる照明レベルの一定の低減として実行される。

図１は、従来の調光プロファイルを示す。

該調光プロファイルを適用することにより、勿論、より少ない光しか存在しないことになるが、基準なしでは、人の目は全輝度レベルから３０％〜４０％の低下を容易に検出することはないであろう。幾つかの従来の照明システムは、夜の一部の間に電灯を完全にオフすることもできる。これも、調光（即ち、１００％の）と定義される。調光は、例えば動き検出を介して起動されて、動的にも生じ得る。

従来技術において、太陽光電源型照明システムも知られている。このような従来の太陽光電源型照明システムにおいて、上記のような従来の調光システムはエネルギを節約するために照明レベルを更に（大幅に）低減することができる。該太陽光電源型照明システムは電力網には接続されていないと理解されるべきである。該太陽光電源型照明システムのエネルギ予算は、光発電（ＰＶ）パネルを介して収集される太陽放射からの電気に依存する。収集されたエネルギは、電池に蓄積される。長い動作寿命を助けるために、該電池は深い放電を防止するために相当に過大な寸法のものとされ得る。このことは、深い放電が電池寿命を大きく制限する故である。例えば、図２は電池のエネルギ蓄積の劣化曲線のグラフを示す。

しかしながら、このような太陽光電源型照明システムにおいては、エネルギ収集が天候に依存する。このことは、日中のエネルギ収集が一夜の（照明）負荷をカバーするには十分でないかも知れないことを意味する。

前記過大な寸法の電池は、通常の動作のためのエネルギを収集するために十分な日光が存在しない１日以上の悪い天候を乗り越えるためのエネルギの一時的蓄積（バッファ）に寄与することもできる。１以上の悪天候の日の間において、当該太陽照明装置は夜間にエネルギの一時的蓄積の一部又は全部を使い果たし得る。しかしながら、数日の悪い天気があった場合、電池に蓄えられたエネルギは全夜をカバーするには十分でないであろう。

上述した従来の照明システムは、調光優先変更（override）フィーチャも含んでいる。例えば、交通事故又は緊急状況等の特定の状況においては、設定された調光レベルを優先（強制）変更するために照明ユニットに外部信号が送られる。該外部信号は、調光レベルを全（最大）輝度に設定すると共に、当該状況が終了したと見なされる場合に元の調光レベルに戻すために使用することができる。自動リセットも、元の調光レベルを回復するために使用することができる。自動リセットの場合、元の調光レベルを再設定するために、通常、所定の期間（例えば、２〜３時間）が使用される。各状況は斯かる調光優先変更のために各々自身の特別な輝度を必要とし得ることに注意されたい。

しかしながら、このような調光優先変更フィーチャは太陽光電源型照明システムにとっては問題を生じる。斯かる調光優先変更フィーチャは、後続の日における天候が、もう一晩のために必要とされるエネルギを回復するのに十分であり得ることを考慮に入れる方法が存在しない故に、エネルギ蓄積を使い果たす可能性がある。加えて、調光優先変更が実行された場合、当該電池における利用可能なエネルギが当該状況の終わりまで全輝度をサポートするほど十分ではないかも知れず、このことは完全な暗闇につながるであろう。

従って、当業技術には、上述した従来のシステムの欠点に対処するシステム及び方法に対する要求が存在する。

本発明の一態様は、太陽光電源型照明ユニットの電池における現在の利用可能なエネルギが、（１）要求された実際の調光優先変更期間、及び（２）該調光優先変更により電池エネルギが使用された後の後続の夜間をカバーすることができるかを判定する方法に関するものである。項目（２）は、たとえ調光優先変更期間をカバーすることができたとしても、悪い天候が該調光優先変更に後続する日におけるエネルギ収集を制限し得るので、電池において利用可能なエネルギは当該調光優先変更期間をカバーするために完全に使用することはできない故に重要である。さもなければ、当該太陽光電源型照明ユニットは後続の（複数の）夜間における何時かにおいて照明を供給することができなくなり得る。

本発明の一実施態様は、太陽光電源型装置のための電力優先変更機能を制御する方法に関するものである。該方法は：優先変更機能信号を受信するステップであって、該優先変更機能信号が前記太陽光電源型装置の負荷のエネルギ消費に関する変更を要求するものであるステップと；前記太陽光電源型装置における現在利用可能な蓄積されたエネルギの量が、前記負荷の前記エネルギ消費の変更ための十分なエネルギを供給することができるかを判定するステップと；前記エネルギ消費の変更により消耗されたエネルギの量が、該量が消耗された後の少なくとも１日以上の後続の日における太陽光発電により回復され得るかを推定するステップと；を有する。前記負荷のエネルギ消費は、前記現在利用可能な蓄積されたエネルギが十分なエネルギを供給することができ、且つ、前記消耗されたエネルギの量が回復され得る場合に変更される。

本発明の他の実施態様においては、太陽光電源型装置用のエネルギ消費制御のための方法が提供される。該方法は：前記太陽光電源型装置に関する太陽光電力供給モデルを作成するステップと；前記太陽光電源型装置に関する電力需要モデルを作成するステップと；増補されたデータを用いて、前記太陽光電力供給モデル及び前記電力需要モデルを改良するステップと；前記太陽光電力供給モデル及び前記電力需要モデルを用いてエネルギ収支モデルを計算するステップと；該エネルギ収支モデルに基づいて、前記太陽光電源型装置の負荷のエネルギ消費を増加させる優先変更機能が可能であるかを判定するステップと；を有する。

上述した方法の一態様において、前記電力需要モデルを改良するステップは：増加されたエネルギ消費の期間の統計的平均；ローカルな気象現象の統計的平均；前記太陽光電源型装置に関係する他の要素の寄生的負荷の考慮；前記太陽光電源型装置に関係する凍結防止運転；及び／又はバックアップ容量制限；なる技術並びにアルゴリズムのうちの１以上を含む。

上述した方法の他の態様において、前記電力需要モデルを改良するステップは：（１）バックアップ容量を回復するための日の巡回における所要の期間；（２）太陽光の見通し障害；（３）記録されたローカルな悪天候現象；（４）リンケ濁度（Linke Turbidity）データ；（５）ローカルな平均の日の及び昼間の温度；及び（６）過去の記録された太陽光エネルギ収集器の実績に関する、追加のデータを使用する技術並びにアルゴリズムのうちの１以上を含む。

本発明の他の実施態様は、太陽光電源型照明ユニットに関するものである。該照明ユニットは：光発電ユニットと；太陽光充電器と；電池と；照明制御エンジンと；光生成手段と；通信インターフェースと；を含む。該通信インターフェースは、遠隔制御／保守施設（例えば、管理事務所（back office））と通信することができる。当該照明ユニットは、コントローラも含む。該コントローラは、前記通信インターフェースを介して調光優先変更信号を受信するように構成される。該調光優先変更信号は、前記光生成手段の光出力に関する変更を要求する。前記コントローラは、更に、前記電池における現在利用可能な蓄積されたエネルギの量が前記光出力の変更ための十分なエネルギを供給することができるかを判定すると共に、該変更により消耗されたエネルギの量が、該量が消耗された後の１日以上の後続の日における太陽光発電により回復され得るかを推定するように構成される。該コントローラは、前記現在利用可能な蓄積されたエネルギが十分なエネルギを供給することができ、且つ、前記消耗されたエネルギの量が回復され得る場合に前記光出力を変更する。

通常、本発明の上記種々の態様及び実施態様は、本発明の範囲内において任意の可能な方法においても組み合わせ及び結合することができる。本発明と考えられる主題は、本明細書の巻末における請求項において特別に指摘され、明確に記載されている。

本発明の上記及び他のフィーチャ並びに利点は、添付図面を参照した後述の詳細な説明から明らかになるであろう。

図１は、従来の調光プロファイルを示す。 図２は、電池エネルギ蓄積の劣化曲線のグラフを示す。 図３は、本発明の一実施態様による屋外照明システムを示す。 図４は、本発明の一実施態様による電力網を利用しない（オフグリッド）照明（ＯＳＬ）ユニットを示す。 図５は、或る地域に対する（ＰＶ）電力供給マップの一例を示す。 図６は、図５に使用されたのと同一の区域に関する電力需要マップの一例である。 図７は、本発明の実施態様による種々の方法及びアルゴリズムを示すフローチャートである。 図８は、図５に使用されたのと同一の地域に関する暗闇概要マップの一例を示す。 図９−Ｉは、本発明の実施態様による装置及びシステムの動的制御の概要を示すフローチャートである。 図９−IIは、本発明の実施態様による装置及びシステムの動的制御の概要を示すフローチャートである。 図１０は、調光優先変更判断処理のためのフローチャートである。

図３に示されるように、屋外照明システム１００は制御ユニット２０（例えば、サービスセンタ、管理事務所（back office）、保守センタ等）及び１以上の照明ユニット（ＬＵ）ＬＵ１０〜ＬＵ８０を含んでいる。制御ユニット２０は、ＬＵ１０〜ＬＵ８０から離れた位置の近くに、又は該位置に配置することができる。該中央制御ユニット２０は通信ユニット２１を含むと共に、データベース２２も含むことができる。通信ユニット２１はＬＵ１０〜ＬＵ８０と通信するために使用される。制御ユニット２０は、ＬＵ１０〜ＬＵ８０に直接的に又は間接的に通信可能に結合される。例えば、制御ユニット２０は、有線及び／又は無線／無線メッシュ接続部を介して直接通信することができるか、又はインターネット、イントラネット、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、大都市圏ネットワーク（ＭＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、地上放送システム、ケーブルネットワーク、衛星ネットワーク、無線ネットワーク、電力線若しくは電話ネットワーク（ＰＯＴＳ）並びに上記又は他のタイプのネットワークの一部若しくは組み合わせ等のネットワークを介して間接的に通信することができる。

制御ユニット２０は、稼働させ、オン／オフ時間及びシーケンス、調光時間及びパーセンテージ並びに他の機能を実行させるためのアルゴリズムを含んでいる。制御ユニット２０は、稼働時間又はエネルギ使用等のパラメータのデータ記録、警報及びスケジュール機能を実行することもできる。

図４は、電池給電型光発電システムを指向するＬＵ１０の一実施態様を示すもので、上記電池給電型光発電システムは一日を介して日光のある期間の間に電気を発生し、該電気は電池に蓄積されて、夜間にわたり及び／又は十分な日光のない期間の間に負荷（例えば、照明エンジン）に給電する。電池給電型の電力網を利用しない（オフグリッド）照明（ＯＳＬ）アーキテクチャにおいて典型的な幾つかの構成部品は、明瞭化のために図示されていない。他の実施態様も可能であり、図４に限定されるものではないと理解されたい。

図４に示されるように、ＬＵ１０は、光発電器１、太陽光充電器２、電池３、照明制御エンジン４、コントローラ５、通信インターフェース６及び光生成手段（例えば、負荷）７を含む。

通信インターフェース６は、通信ユニット２１に関連して前述したように、データを制御ユニット２０に及び／又は該制御ユニット２０から伝送する任意の好適な通信装置とすることもできる。この点に関して言うと、該通信インターフェース６を介して、ＬＵ１０〜ＬＵ８０の各ＬＵは、必要に応じて、制御ユニット２０と直接的に又は他のＬＵを介して通信することができる。通信インターフェース６は、ＬＵ１０の遠隔指令、制御及び監視を可能にする。

コントローラ５は、調光優先変更アドバイザモジュール５ｂを含むと共に、データ管理モジュール５ａを含むことができる。

調光優先変更アドバイザモジュール５ｂは、以下のタスク：即ち、（１）電力供給計画管理；（２）電力需要計画管理；及び（３）調光優先変更管理；のうちの１以上を実行するように構成することができる。これらタスクの各々を以下に説明する。

光発電（ＰＶ）パネル１からのエネルギ生成の記録は、当業技術において知られており、より進んだ太陽光インバータにおいて実施化されている。しかしながら、本発明の一実施態様において、記録されたＰＶ実績データ（例えば、Ｉ、Ｖ、Ｔ-環境、Ｔ-パネル）は調光優先変更アドバイザ５ｂにおける計画モジュールに受け渡され、該計画モジュールは１日以上の期間にわたる電力供給マップを作成して、利用可能なエネルギ生成を予測することができるようにする。

上記電力供給マップは、エネルギ供給が全ての意図する照明負荷の運転を行うのに十分である一日における期間及び／又は一年における期間を決定する。図５は、或る地域に関する（ＰＶ）電力供給マップの一例である。

照明及び調光プロファイルは現状技術において既知であることに注意されたい。

本発明の一実施態様において、照明及び調光情報／プロファイルは調光優先変更アドバイザ５ｂにおける電力需要計画モジュールに受け渡され、該モジュールは電力需要マップを作成する。このことは、調光優先変更アドバイザ５ｂが特定の期間の間に蓄積されることを要するエネルギ量を計画することを可能にする。この電力需要マップは、地理学的に計算された明及び暗の時間に関する情報を上記照明及び調光情報と共に含むことができ、これらに限定されるものではないが、エネルギハーベスト及びエネルギ蓄積管理を計画するために平均負荷／日を計算する。該電力需要マップは、該マップの品質を改善するために他のソースからのデータを用いて増補することもできる。該電力需要マップは、何の月又は季節に十分なエネルギ生成が存在するかの予測を改善し、又は他の例としてエネルギ蓄積の管理を助け及び使い果たしを回避するために異なる電力需要プロファイル（例えば、より低い負荷）を実行するために使用される。

図６は、図５で使用されたのと同一の地域に関する電力需要マップの一例を示す。

１日以上にわたるエネルギ蓄積を計画することは、エネルギ蓄積の使い果たしを回避するためのＰＶサイズ及び蓄積サイズに関する計算された判断並びに進んだ計画モジュールを必要とする。調光優先変更アドバイザ５ｂにおける調光優先変更管理モジュールは、調光優先変更通知を作成する。このモジュールは、エネルギ需要及び供給が１日（以上）にわたり合致されると共に、連続的に更新される稼働エネルギ収支を形成することを計画及び保証する。このモジュールは、調光優先変更コマンドを許可するための十分な充電及び蓄積能力が存在するかの通知も推奨（即ち、計算）する。

データ管理モジュール５ａは、データ通信に関係する種々のタスクを含むことができる。例えば、データ管理モジュール５ａは実績を（通信インターフェース６を介して）制御ユニット２０及び／又は他のオフサイトデータ収集器に通知することができる。これは、電力管理に関して管理事務所への統合のために実行することができる。管理事務所は、照明指向の施設管理ツール又は保守計画ツール等を含むことができる。天候プロファイル、調光プロファイル等の追加のデータを、データ管理モジュール５ａへ及び該モジュールから通知することもできる。

更に、新たな電力供給マップ、電力需要マップ、エネルギ収支マップ及び／又は調光優先変更通知等の調光優先変更アドバイザ５ｂのシステム稼働加工情報（artifacts）を、経験的学習、最適化及び更新された結果をＬＵ１０に戻す再送信のために制御ユニット２０（例えば、管理事務所）への通知の後にオフラインで改善することができる。更に、信号を介して制御ユニット２０に調光優先変更を供給する能力に関係するフィードバックを設けることもできる。例えば、該フィードバックは制御ユニット２０におけるユーザインターフェース上で視覚化することができる。

管理事務所アプリケーションは他の領域及び他の場合（同様の又はそうでないものであり得る）からの知識及び情報を用いて、当該情報を制御ユニット２０に通知したＬＵ１０に関する予測電力を改善することができる。図７に示されるように、このような調光優先変更アルゴリズムは、実施化すると共に、ＬＵ１０上でローカルに（ケースＩ）、代わりに（照明）管理プラットフォーム（ＯＳＬシステム）上に分散されて（ケースII）又は両者の組み合わせで実行することができる。

図４を参照すると、照明制御エンジン４は、例えば、調光可能なバラストであり得る。電子又はデジタルバラストは固体電子回路を用いて、蛍光ランプ、ＨＩＤランプ又はＬＥＤランプに給電するための適切な始動及び動作の電気的条件を提供する。上記動作の電気的条件を制御することにより、ＬＵ１０を異なる調光レベルに設定することができる。

ＬＵ１０〜ＬＵ８０の調光レベル（又は照明レベル出力）は、照明制御エンジン４により、コントローラ５からの電力レベル信号に基づいて設定される。調光レベルをＬＵ１０に割り当てる場合、コントローラ５は１００％（全公称電力）より高い調光レベルを割り当てることができる。これは、１００％を越える調光レベルへ拡張するための手動優先変更能力を可能にする。図３に示されるように、例えば、ＬＵ２０、ＬＵ３０及びＬＵ４０の調光レベルは状況９０が発生した場合に増加され得る。状況９０は、例えば自動車の機械的故障、事故、火事、犯罪現場又は救助現場等の上昇された照明の利益を受け得る何らかの一時的出来事である。

照明制御エンジン４は、オン／オフプロファイル又は事前設定された固定された期間の間に照明負荷を調光する一層進んだ調光プロファイルを実行する照明管理を実施化することもできる。更に一層進んだ調光プロファイルは、例えば事故等のローカルな事象に自動的に適応することができる。

照明制御エンジン４は、調光優先変更を実行して当該電灯を全輝度で動作させることが適切なら調光優先変更アドバイザ５ｂからの信号を容認し、又は（近い）将来におけるエネルギ蓄積の使い果たしを回避するために、恐らくは、当該調光で継続する。他の例として、調光優先変更アドバイザ５ｂは、可能な限り照明を最大にするがエネルギ蓄積の使い果たしを回避するために、調光されたレベルと全輝度レベルとの間の任意の照明輝度レベルを推奨することもできる。

当該調光優先変更を実行することができること又はできないことは、エンドユーザに対して、例えば特定のパターン（例えば、限定されるものではないが、点滅、オン／オフ及び／又は輝度レベル又はカラーを変化させる、又は全く別の手段）で光レベルを変化させる等の可視的手段で通知することができる。

加えて又は代わりに、当該システムは通信インターフェース６を介して制御ユニット２０にデータ信号を供給することができる。他の実施態様はエンドユーザ及び／又は管理事務所システムに所望の調光優先変更が現在は可能でない又は可能であることを通知するために全く異なる手段（例えば、限定されるものではないが、可視、可聴、データ等）を使用することもできると理解されたい。

電池３は太陽光充電器２からの電気を後の使用のために蓄積する。任意のエネルギ蓄積技術も使用することができ、（電気化学的）電池技術に限定されるものではない。

太陽光充電器２は最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）技術を含むこともできる。ＭＰＰＴは、１以上の光発電装置（典型的には、太陽電池パネル）から可能な最大電力を得るために電力網接続インバータ、太陽電池充電器及び同様の装置が使用する従来の技術である。太陽光充電器２は太陽光充電を制御し、ＭＰＰＴはＰＶパネルからの電力ハーベストを最大にする。該ＭＰＰＴ太陽光充電器情報は、電力供給マップの品質を向上させるために調光優先変更アドバイザ５ｂの電力需要計画モジュールに受け渡すことができる。

図９は、ＬＵ１０及び屋外照明システム１００の動的制御の概要を示すフローチャートである。このフローチャートは、電力供給マップ、電力需要マップ及びエネルギ収支マップを計算する処理並びに調光優先変更推奨／判断の相互作用を説明するために使用される。

電力供給マップは、複数の加工情報を含むと共に、１年（以上）を通しての１日当たりの予測される将来のエネルギ供給を掲載する。電力供給マップ（図５）を作成するために使用されたデータの一例が下記の表１に示されている。

簡単な電力供給マップは、例えば、http://sunbird.jrc.it/pvgis/apps/pvest.pnp等の容易に利用可能な“日射量”情報から作成することができる。

季節又は月毎の日射量マップ等の他のソースも入手可能であり、使用することができる。他の例として、これらに限定されるものではないが：
− 平均の１日の温度及び昼間温度（ＰＶモジュールにおけるＶ性能に影響する）；
− 日照平均（Ｗｈ／ｍ^２／日での）又はＳＴＣ日照時間；及び
− 一層長い期間にわたる統計的平均；
等の記録されたデータのデータベースを用いることもできる。

電力供給マップ（図５）は、追加のデータにより増補される。コントローラ５は年単位の（ＰＶ）電力供給マップを改善するために上記追加のデータを用いて改良アルゴリズムを実施する。このことは、２つの結果、即ち（１）年間にわたって変化し得るローカルな現場の適応的全太陽資源係数（即ち、ＴＳＲＦ）及び（２）年全体にわたって如何にして最大エネルギを収穫することができるかについての戦略、を有する。上記追加のデータは、これらに限定されるものではないが、下記の１以上を含むことができる：
・バックアップ容量を回復するための日の巡回における所要の期間。（設置されるバックアップ容量は適応可能であるが、複数日の悪天候の間に使い果たされた場合は回復されねばならない。該回復は追加のＰＶ能力を必要とするであろう）；
・森林地等のローカルな植物によるローカルな見通し線（ＬＯＳ）妨害。このデータはＬＵ１０に組み込み又はＬＵ１０にアップロードすることができる（例えば、特定の植物タイプの成長テーブル）。更に、センサ（図示略）が森林地の成長を記録することができ（例えば、ＬＯＳ妨害の写真又は検出を介して）、ＴＳＲＦの減少（即ち、太陽妨害の将来の増大）を予測することができる。この情報は、計画されたエネルギ生成を１年の何の期間が十分なエネルギを生成するかを考慮に入れることにより精緻化するためにエネルギ収支マップに使用することができる。この情報は、植物維持管理又は補給作業若しくは何らかの別の作業等の他の維持管理作業を計画するためにオフボードシステムに通知することができる；
・少ないＰＶ電力に繋がる雪又は雲等のローカルに記録された悪い気象現象の統計的平均。この情報は、最初の年より後の予測を改善させる。他の例として、この情報は通信インターフェース６を介してダウンロードされるデータを介して増補され得る；
・例えば、建物、山、丘等によるローカルな見通し障害物；
・リンケ濁度（linke Turbidity）データ；
・ローカルな平均の毎日の及び昼間の温度、潜在的に増加又は減少するＰＶ性能；
・過去及び記録されたＰＶ実績（Ｉ、Ｖ、Ｔ-周囲、Ｔ-パネル）。

電力需要マップ（図６）は、複数の加工情報を含むと共に、１年（以上）を通しての１日当たりの予測される将来のエネルギ需要を掲載する。簡単な電力需要マップは、例えば、http://www.timeanddate.com等の容易に入手可能な地理的情報を使用して、ローカルな現場の昼間及び夜間データを用いて作成することができる。

海洋／航空航法又は天体航法による地理的テーブル及び方程式等の他の情報源も利用可能である。

このデータは、ＴＳＲＦ＜１００％に繋がり得る山岳地帯、建物、森林地等のローカルな事象により増補されることを要する。多くの従来のデータベースは、既に、そのようにしている。簡略化のために月に圧縮された斯様なデータの一例が、以下の表２（電力需要マップのために使用されるデータ）に掲載される。

表２のデータは、図６に示した電力需要マップに関係するのと同一の地域に関する全年を通しての暗闇の概要を作成するために使用される。

結果としての暗闇の時間は、照明プロファイルに組み込まれる。照明プロファイルは、例えば、悪い天候による一層暗い状況、法規制、エネルギ節約又は他の理由等に対応すべく日没又は日の出の時間をオフセットするための多くの理由に対処することができる。更に、暗闇の間における調光も含めることができる（例えば、Philips Lumistep調光）。

簡略化のために月に圧縮された簡略化された例が、以下の表３（電力需要マップのためのデータ）に示される。

表３に対応するグラフは、図６に示された電力需要マップである。

コントローラ５は、年単位の電力需要マップ（図６）を改善するために改良アルゴリズムを実施する。該改良アルゴリズムは、これらに限定されるものではないが、以下の１以上を含む：

・一層長い期間照明がオンとなることに繋がる、適応型調光（例えば、Lumistep調光）の持続時間の統計的平均。これは、ローカルな適応型調光（設置された電柱の近傍におけるローカルな交通量の影響を受ける）に依存するので、最初の日／週／月の使用の後に予測を改善する。他の例として、この情報は、通信インターフェース６を介してのデータにより増補することができる。

・一層長い期間照明がオンとなることに繋がる、雪又は雲等のローカルに記録された悪い気象現象の統計的平均。この情報は、特に最初の１年より後に、予測を累進的に改善させる。他の例として、この情報は通信インターフェース６を介してダウンロードされるデータを介して増補され得る；
・電気エネルギを消費することを要する他のシステム構成部品の寄生的負荷。該データは、ローカルに記録することができる、例えば入れ替わる負荷を測定することに由来する動的なものであり得る。このデータは、静的な予算により又は両者の組み合わせにより定義することもできる；
・凍結防止運転。即ち、電解液（鉛酸電池の場合）の凍結を防止する、電池の電気化学反応速度（アレニウス）を改善する、又はリチウムメッキを防止する等のための２４時間ぶっ通しの熱発生のために必要とされる付加的エネルギ。この必要とされる付加的エネルギは、例えば、熱的設計のモデル化からのデータと組み合わされた零度より低い温度の度日の数として定義することができる。他の例として、該データは、温度及び追加のエネルギ使用のローカルな記録により増補することができる。更に、ヒータはＰＶモジュール上の雪を溶かするように構成することもできる。必要とされるエネルギは考慮に入れられる。同様のアイデアは、電灯上の氷の堆積を防止／低減するためにも適用することができる；
・（設定可能な）バックアップ容量制限に対する適用可能な値。ＬＵ１０がバックアップ容量を設けている場合、照明プロファイルの電力需要は、該バックアップ回復のための追加のエネルギ需要により拡張されねばならない。このことは、従来の方法を用いて以下に記載するような幾つかのステップで実行することができる：
１．電力需要マップの全エネルギ値を集める；
２．システムエネルギ効率（EnEffエネルギ蓄積部＊EnEffＰＶである）を定義する；
３．全太陽資源係数（ローカルな現場のEnEffである）を定義する；
４．日常の必要エネルギ（電力需要＊EnEffシステム＊ＴＲＳＬ）を計算する；
５．標準試験条件下でピーク太陽時間（peak sun hours）を集める；
６．Ｗｐでの日常負荷のためのＰＶアレイの寸法を計算する；
７．バックアップ容量を日で定義し（追加の夜のサイクル）、当日プラス追加のバックアップ日に関する全所要エネルギを計算する；及び
８．バックアップ回復期間を日で定義し、補正された日常所要エネルギ（バックアップ容量を回復するための現在の夜プラス追加の部分に関するエネルギ）。
この方法に関係するデータの一例が、下記の表４（バックアップ容量制限のためのデータ）に掲載されている：

エネルギ収支マップは、複数の加工情報を含むと共に、一層長い期間（１年までとすることができる）にわたり１日当たりの予測される将来のエネルギ収支を掲載する。該エネルギ収支マップに使用されるデータの一例が、簡略化のために月に圧縮された下記の表５（エネルギ収支マップのためのデータ）に掲載されている：

図９のステップ８（エネルギ収支を計算する）は、エネルギ入力（即ち、電力供給マップ）とエネルギ出力（エネルギ需要マップ）とを比較する。これに対応して、表５における番号１１の項目（エネルギ収支をシミュレーションする）において、負の値はエネルギ不足値で、エネルギ蓄積が使い果たされるであろうことを示す一方、正の値は日常必要とされる負荷を越えるエネルギ余剰を示し、該余剰は十分な蓄積容量がある場合に（部分的に）蓄積することができる。

上記例は簡略化のためにエネルギ収支を月に圧縮していることが分かる。本発明の該実施態様の実際の構成は、１日から設定される日数までに関して一層細かいステップでエネルギ収支を比較することができる。図９に示された方法は、１年の如何なる期間もカバーすることができると共に、地球上の各地理的場所に対して季節にわたり異なって現れるエネルギ供給及び需要をバランスさせる利点を提供する。１年に関する完全なエネルギ収支マップは、ＬＵ１０に記憶すると共に、更新された電力供給マップ及び電力需要マップにより連続的に改良することができる。このことは、ＬＵ１０及び／又は屋外照明システム１００の予測能力を改善する。他の例として、この加工情報は、図７におけるケースIIに示されるように、ＬＵ１０外で管理事務所内又は移動装置上に存在することもできる。

エネルギ収支が全体のシステムエネルギ効率を使用しないことが重要である。EnEffは、充電機能と放電機能とに分割される。

・エネルギ入力の計算は、日光から蓄積までのEnEff連鎖（例えば、EnEffＴＳＲＦ＊ＰＶ_アレイ＊太陽光充電器＊電池充電容量）を使用する。

・エネルギ出力の計算は、蓄積から負荷までのEnEff連鎖（例えば、EnEff電池放電容量＊照明コントローラ＊照明ドライバ）を使用する。

次に、調光優先変更処理及び方法を説明する。上記エネルギ需要及びエネルギ供給が、先述したように、データ管理モジュール５ａにより比較され、エネルギ収支マップが得られる。該エネルギ収支マップは、どの程度長くＬ１０が設定された高及び低照明レベルで稼働することができるかの指示情報を与えることができる。このことは、例えば最大レベルにおける合計時間であるか又は夜の巡回数であり得ると共に、ＬＵ１０に初期動作容量を提示する。

要求された調光優先変更が可能であるか又は可能でないかの判断は、（これらに限られるものではないが）：
・調光優先変更の日／時間での設定可能な期間；及び
・例えば記録された天気事象に関連する、固定された又は動的に更新されるリスク選好度；
等を更に考慮することにより拡張することができる。

典型的な判断処理が図１０に示されている。

本発明の種々の実施態様において、該調光優先変更判断は、イエス／ノーの通知、又は当該調光優先変更を許可することができる時間数の通知及び／又は調光される照明レベルと全輝度レベルとの間の輝度レベルに関する通知として実施される。他の例として、ＬＵ１０は例えば下記の表６に示されるような更に詳細な判断レポートを通知することもできる。前記調光優先変更アドバイザは優先変更通知を継続的に再計算することができるので、表６は調光優先変更が開始された後に更新することができることが分かる。

結果は同一であろう。即ち、調光優先変更アドバイザは照明制御エンジン４に調光優先変更を開始する情報を供給する。該調光優先変更は自動的に終了し得る（例えば、夜のサイクルが完了した後）。他の例として、調光優先変更アドバイザ５ｂは、何時該調光優先変更が終了すべきかを通知する（も通知する）。

太陽光発電街路照明：図３の実施態様に示された様な太陽光電源型街路照明の場合、本発明は充電管理を考慮に入れる。日没前の時間に依存して、ＬＵ１０又はシステム１００は、緊急状況に対処するために、自身のエネルギ蓄積部から利用可能な充電の一部のみ又は全てを使い果たすかを判断することができる。太陽が直ぐに昇るなら、ＬＵ１０又はシステム１００は、完全な調光優先変更時間切れまでの間に自身の充電の全てを全輝度のために使用するよう選択することができる。完全な調光優先変更時間切れまでをカバーするのに十分な充電が存在しない場合、ＬＵ１０又はシステム１００は、殆ど全輝度での稼働を開始し、及び／又は全くの暗闇よりは明らかに良い少なくとも幾らかの照明を供給するように照明を徐々に調光するよう選択することができる。コントローラ５は代わりのエネルギ保存プロファイルを実行することもできるが、主たる目標は合理的に可能な限り長い間、照明レベルを増加させることである。エネルギ蓄積部の充電によるバッファ（緩衝）を賢く利用する１つの方法は、後続の悪い条件の日において光発電が該後続の夜間の完全な照明サイクルのための十分な充電を得ることができないほど緊急放電が完全になってしまうことを回避するために、どの程度深く放電を実行することができるかの判断を改善するために“日照時間”及び“悪い条件の日”の統計的記帳を実行することである。このアルゴリズムは、街路照明が次の夜にも依然として利用可能であることを保証しなければならない。前述したように、ＬＵ１０又はシステム１００の判断は、通信ネットワークを介しての増補データの受信による、照明地点におけるインターフェースを介してのアップロードによる、又は追加のローカルセンサによる天候及び気候データの付加的な更新により改善することもできる。候補は、例えばフィリップス社のシティータッチ照明管理フレームワークであろう。

充電及び照明の利用可能性を保存しながら、期待されるべきエネルギ収穫の情報を、ローカルな調光を優先変更するためのアルゴリズム的判断に結び付けることは、新たな見識である。このフィーチャは、市販されているフィリップス社のシティータッチ照明管理フレームワークに組み込むこともできる。

本発明の種々の実施態様は、送水ポンプに対する電力の管理、災害後用途及びリクリエーション用途（臨界、キャンプ等）等の他のタイプの負荷（即ち、照明だけではない）にも適用可能である。

上述した詳細な説明は、本発明がとることができる多数の形態のうちの幾つかを記載した。上述した例は、本発明の種々の態様の幾つかの可能性のある実施態様を解説したものであり、当業者であれば、本発明及び添付図面を精読及び理解すれば等価な代替例及び／又は変形例を思い付くであろう。特に、上述した構成要素（装置、システム等）により実行される種々の機能に関して言うと、斯様な構成要素を説明するために使用された用語（“手段”の参照を含む）は、別途示さない限り、当該開示の図示された実施化例において当該機能を実行する開示構成に構成的に等価でなくても、記載された構成要素の特定の機能を実行する（即ち、機能的に等価である）ハードウェア又はハードウェアの組み合わせ等の任意の構成要素にも対応することを意図するものである。

本発明の原理は、ハードウェア、ファームウエア及びソフトウェアの任意の組み合わせとしても構成することができる。更に、ソフトウェアは、好ましくは、部品からなる又は特定の装置及び／又は装置の組み合わせからなるプログラム記憶ユニット又はコンピュータ読取可能な記憶媒体上に実体的に具現化されたアプリケーションプログラムとして実施化される。斯かるアプリケーションプログラムは、任意の好適なアーキテクチャを有するマシンにもアップロードし、斯かるマシンにより実行することができる。当該コンピュータプラットフォームは、オペレーティングシステム及びマイクロ命令コードを含むこともできる。本明細書に記載される種々の処理は、ＣＰＵにより実行することができる（斯様なコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されるか否かによらず）マイクロ命令コードの一部、アプリケーションプログラムの一部、又はこれらの組み合わせの何れかとすることができる。更に、追加のデータ記憶ユニット及び印刷ユニット等の種々の他の周辺機器装置を上記コンピュータプラットフォームに接続することができる。

以上、本発明の特定のフィーチャを幾つかの構成例のうちの１つのみに関して図示及び／又は説明したが、このようなフィーチャは、所望且つ何らかの所与又は特定の用途に対して有利となるように、他の構成例の１以上の他のフィーチャと組み合わせることもできる。更に、単数の構成要素又は項目に対する言及は、そうでないと指定されない限り、２以上の斯様な構成要素又は項目を含むことが意図される。また、“含んでいる”、“含む”、“持っている”、“持つ”、“備える”なる用語又はこれらの変形例が詳細な説明において及び／又は請求項において使用される限りにおいて、斯様な用語は“有する”なる用語と同様の態様で内包的であることを意図する。

以上、本発明を好まし実施態様を参照して説明した。しかしながら、当業者であれば、上述した詳細な説明を精読及び理解すれば修正例及び代替例を思い付くであろう。本発明は全ての斯様な修正例及び代替例を含むものと見なされることを意図するものである。本発明の範囲を定義することを意図する全ての等価物を含むものは請求項のみである。

Claims (20)

1. 太陽光電源型装置のための電力優先変更機能を制御する方法であって、当該方法は、
   優先変更機能信号を受信するステップであって、該優先変更機能信号が前記太陽光電源型装置の負荷のエネルギ消費に関する変更を要求するステップと、
   前記太陽光電源型装置における現在利用可能な蓄積されたエネルギの量が、前記負荷の前記エネルギ消費の変更ための十分なエネルギを供給することができるかを判定するステップと、
   前記エネルギ消費の変更により消耗されるエネルギの量が、該量が消耗された後の少なくとも１日以上の後続の日における太陽光発電により回復され得るかを推定するステップと、
   前記現在利用可能な蓄積されたエネルギが十分なエネルギを供給することができ、且つ、前記消耗されるエネルギの量が回復され得る場合に、前記負荷のエネルギ消費を変更するステップと、
   を有する、方法。
2. 前記負荷の前記エネルギ消費の変更が、前記負荷のエネルギ消費を増加させる、請求項１に記載の方法。
3. 前記負荷の前記エネルギ消費の変更が、エネルギ使用保存プロファイルに従うものである、請求項２に記載の方法。
4. 前記優先変更機能信号が可能であること、即ち前記現在利用可能な蓄積されたエネルギが十分なエネルギ量を供給することができ、且つ、前記消耗されるエネルギの量が回復され得ることをユーザに通知するステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
5. 前記負荷のエネルギ消費を通常の又は前のレベルに戻す優先変更終了信号を受信するステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
6. 前記優先変更信号の受信後、所定量の時間が経過した後に前記負荷のエネルギ消費を通常の又は前のレベルに戻すステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
7. 前記太陽光電源型装置がオフグリッド照明ユニットであり、前記負荷が光生成手段である、請求項１に記載の方法。
8. 前記推定するステップが、前記１日以上の後続の日において期待することができる太陽光依存エネルギ予算を推定すると共に、前記優先変更機能信号に関して前記現在利用可能な蓄積されたエネルギの量のうちのどの程度を消耗させることができるかを決定する、請求項１に記載の方法。
9. 太陽光電源型装置用のエネルギ消費制御のための方法であって、
   前記太陽光電源型装置に関する太陽光電力供給モデルを作成するステップと、
   前記太陽光電源型装置に関する電力需要モデルを作成するステップと、
   増補されたデータを用いて、前記太陽光電力供給モデル及び前記電力需要モデルを改良するステップと、
   前記太陽光電力供給モデル及び前記電力需要モデルを用いてエネルギ収支モデルを計算するステップと、
   該エネルギ収支モデルに基づいて、前記太陽光電源型装置の負荷のエネルギ消費を増加させる優先変更機能が可能であるかを判定するステップと、
   を有する、方法。
10. 前記電力需要モデルを改良するステップが：増加されたエネルギ消費の期間の統計的平均；ローカルな気象現象の統計的平均；前記太陽光電源型装置に関係する他の要素の寄生的負荷の考慮；前記太陽光電源型装置に関係する凍結防止運転；及び／又はバックアップ容量制限；なる技術並びにアルゴリズムのうちの１以上を含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記電力需要モデルを改良するステップが、（１）バックアップ容量を回復するための日の巡回における所要の期間、（２）太陽光の見通し障害、（３）記録されたローカルな悪天候現象、（４）リンケ濁度データ、（５）ローカルな平均の日の及び昼間の温度、及び（６）過去の記録された太陽光エネルギ収集器の実績に関する、追加のデータを使用する技術並びにアルゴリズムのうちの１以上を含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記優先変更機能が可能であるかを判定するステップが、イエス／ノー通知として実施される、請求項９に記載の方法。
13. 前記優先変更機能が可能であるかを判定するステップが、種々の優先変更期間、エネルギ強度レベル又は危険性要因を含む判断レポートとして実施される、請求項９に記載の方法。
14. 光発電ユニットと、
    前記光発電ユニットに結合された太陽光充電器と、
    前記太陽光充電器に結合されて、前記光発電ユニットからのエネルギを蓄積するエネルギ蓄積ユニットと、
    負荷に対するエネルギ供給を制御する制御エンジンと、
    通信インターフェースと、
    前記制御エンジン及び前記通信インターフェースに結合されたコントローラと、
    を有する太陽光電源型装置であって、
    前記コントローラは前記通信インターフェースを介して優先変更機能信号を受信し、該優先変更機能信号は前記負荷のエネルギ消費に関する変更を要求し、前記コントローラは、更に、前記エネルギ蓄積ユニットにおける現在利用可能な蓄積されたエネルギの量が前記負荷の前記エネルギ消費の変更ための十分なエネルギを供給することができるかを判定し、前記エネルギ消費の変更により消耗されたエネルギの量が、該量が消耗された後の少なくとも１日以上の後続の日における太陽光発電により回復され得るかを推定すると共に、前記現在利用可能な蓄積されたエネルギが十分なエネルギを供給することができ、且つ、前記消耗されたエネルギの量が回復され得る場合に前記負荷のエネルギ消費を変更する、太陽光電源型装置。
15. 前記負荷の前記エネルギ消費の変更が、前記負荷のエネルギ消費を増加させる、請求項１４に記載の太陽光電源型装置。
16. 前記負荷の前記エネルギ消費の変更が、エネルギ使用保存プロファイルに従うものである、請求項１５に記載の太陽光電源型装置。
17. 前記優先変更機能信号が可能であること、即ち前記現在利用可能な蓄積されたエネルギが十分なエネルギ量を供給することができ、且つ、前記消耗されたエネルギの量が回復され得ることを示すユーザ指示器を更に有する、請求項１４に記載の太陽光電源型装置。
18. 前記コントローラが、更に、前記通信インターフェースを介して前記負荷のエネルギ消費を通常の又は前のレベルに戻すべきことを示す優先変更終了信号を受信する、請求項１４に記載の太陽光電源型装置。
19. 前記コントローラが、更に、前記優先変更信号の受信後、所定量の時間が経過した後に前記負荷のエネルギ消費を通常の又は前のレベルに戻す、請求項１４に記載の太陽光電源型装置。
20. 当該太陽光電源型装置がオフグリッド照明ユニットであり、前記負荷が光生成手段である、請求項１４に記載の太陽光電源型装置。