KR102345435B1 - 제어 가능한 전력 및 조명 시스템 - Google Patents

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헨리 에이크로이드
데이비드 스캇
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Abstract

제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 본 명세서에 제공된다. 하나 이상의 발광 다이오드(LED)-포함 조명 장치들 및 선택적으로 하나 이상의 비-LED 기반 장치들을 포함하는 하나 이상의 전력 소비 장치들을 배열하고 자동으로 제어하는 방법이 특히 제공되고, 상기 장치들은 상기 시스템 내에 3-상 AC 전력에 의해 전력이 공급되도록 적응된다.

Description

제어 가능한 전력 및 조명 시스템
본 발명은 신규한 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 하나 또는 그 이상의 전력 소비 장치들을 배열하고 자동으로 제어하는 방법으로서, 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 발광 다이오드(light-emitting diode: LED)-포함 조명 장치이고, 본 시스템 내에서, LED-포함 조명 장치는 3-상에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 시스템에 공급되는 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되는, 하나 이상의 전력 소비 장치들을 배열하고 자동으로 제어하는 방법, 및 특히 또한 3-상 AC 전력을 전도성 버스바(busbar)들로 분배하는 배열체에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 종래의 배선을 통해 3-상 스위치 모드 전력 공급 장치(switch mode power supply: SMPS)에 의해 분배되는 3-상 AC 전력에 의해 전력이 공급되도록 적응된, 본 시스템 내 조명 장치, 특히 발광 다이오드(LED) 조명체(light) 및 선택적으로 비-LED 기반 장치를 배열하고 자동으로 제어하는 방법에 관한 것이다. 또한, 신규한 이 전력 및 조명 시스템은 살아 있는 유기체(living organism), 특히 가정용 또는 상업용 재배 시스템에서, 식물과 같은, 재배할 수 있는 유기체에 매우 근접하여 균일하고 안전한 방식으로 사용하는 데 적합하다.
본 발명은 또한 균일하고 안전한 방식으로 전력 및 광을 분배하는, 적어도 하나의 발광 다이오드(LED) 조명 장치, 및 선택적으로 하나 또는 그 이상의 비-조명 전력 소비 장치들을 포함하는 하나 또는 그 이상의 전력 소비 장치들을 위한 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 또한 개별 조명 장치들, 조명 장치 그룹들 또는 조명 장치 어레이들 뿐만 아니라 비-조명 장치들을 특정 필요에 따라 1m2 내지 10,000m2 초과의 넓은 표면적에 걸쳐 개별적으로 제어할 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 상업용 및 가정용 응용을 포함하는 매우 다양한 응용에서 개별 LED 조명체(LEDs)의 파장, 세기 및 광주기(photoperiod)를 제어하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 시스템 내 전력 소비 LED 조명 장치들, 및 존재하는 경우 비-LED 기반 전력 소비 장치들을 자동으로 제어하고, 디지털로 수집 및 보고할 뿐만 아니라, 시스템들 내 미리 설정된 상태에 링크된 피드백 루프들 및 진화 알고리즘(evolutionary algorithm)들을 사용하여 실시간으로 장치별 기능을 모니터링하고 관리하는 것에 관한 것이다.
본 발명은 또한 종래의 시스템에 비해 향상된 안전성 및 효율을 제공하면서 유연한 전압 레벨들로 LED 조명을 제공하는 수단에 관한 것이다. 본 발명은 또한 사용자 안전을 보장하고 건강 및 안전 전기 표준을 준수하지만 IP 등급을 요구함이 없이, 상업용 또는 가정용 응용을 포함하는, 매우 다양한 응용에 사용하기 위해, 특히 상업용 또는 가정용 재배 시스템에 사용하기 위해, 예를 들어, 12v 내지 50v AC와 같은 초 저전압 레벨에서 LED 조명을 제공하는 수단에 관한 것이다.
본 발명은 또한 본 명세서에 설명된 시스템을 사용하는 것을 통해 시스템 역률(power factor: PF) 값을 최적화하고 시스템의 총 고조파 왜곡(total harmonic distortion: THD)을 최소화하는 것에 관한 것이다.
예를 들어 이전에 비효율적인/고비용의 HID 나트륨 램프를 이용하는 가로등 조명과 같은 상업용 응용에서 특히 비용 감소와 함께 전력 효율을 증가시키기 위해 발광 다이오드(LED) 조명 기술이 알려져 있다.
상업적 관점에서, 특히, 예를 들어 산업용 응용에서 또는 대형 판매점 응용과 같은, 대규모 상업용 응용에서 LED 어레이들을 구현할 수 있는 관점에서 볼 때, 이러한 LED 어레이(들)는 파장, 복사 세기(radiant intensity) 및 광주기를 원격 제어할 수 있는 능력을 제공하면서 비용 효과적인 방법으로, 보다 에너지 효율적으로 동작할 수 있는 경우 상당히 유리한 것이 분명하다.
상업용으로 이용 가능한 LED 조명체는 일반적으로 AC/DC 인버터에 매우 근접하여 배치되는 것을 의미하는 DC 전류로, 일반적으로 230v AC - 24v DC의 전력이 공급된다. 저전압 DC에서는 짧은 거리에 걸쳐 상당한 전압 강하가 발생하는데, 이는 시스템 효율을 위해 AC/DC 인버터가 LED 조명체로부터 거리가 5m 미만, 일반적으로 약 2m에 배치되어야 하는 것을 의미한다.
대규모의 상업용 또는 산업용 응용에 또는 수많은 LED 조명체를 필요로 하는 고강도의 조명 시스템에 조명을 제공하기 위해 LED 기반 조명을 사용하는 경우의 특정 단점은, 이러한 배열이 일반적으로 DC 전압이 강하할 위험이 증가한다는 것을 의미하기 때문에 개별 LED 조명체들 사이에 또는 LED 조명체 그룹들 사이에 필요한 간격은 AC/DC 인버터들 간의 거리가 증가해야 하는 것을 의미한다는 것이다. 본 출원인은 이러한 DC 전압이 강하할 위험이 임의의 DC 전력 조명 장치에 적용될 수 있다는 것을 인식하였다.
지금까지 상업용 응용에서 이러한 전압이 강하하는 문제를 해결하기 위한 노력의 일환으로, 크기가 더 작은 AC/DC 인버터를 더 많은 개수로 사용하는, LED 조명체, 특히 스트립 조명으로도 알려져 있는 LED 조명체의 스트립을 이용하는 변형된 조명 시스템을 제공하여 왔다. 앞서 언급된 LED 비용 및 추가적인 인버터 비용에 더하여, 이러한 변형된 시스템은 하나의 대형 AC/DC 인버터를 사용하는 경우 요구될 수 있는 것보다 훨씬 더 많은 양의 고전압 AC 배선을, 다수의 인버터를 연결하는 데, 요구한다. 이것은 모든 배선 및 인버터가 IP 등급이어야 하는 대규모 산업용 응용에서 또는 복잡한 상업용 응용에서 사용하기 위한 시스템과 같은 대규모 상업용 시스템에서 특히 비싸다. 또한, 이러한 시스템의 복잡성은 이러한 변형된 시스템 내에 LED 조명을 제어하는 데 요구되는 조치를 수행하는 것 뿐만 아니라 발생된 파장, 세기 및 광주기를 측정하는 것이 임의의 결함이 발생할 경우 잠재적으로 위험하고 또한 비실용적이라는 것을 의미한다.
현재, LED 조명체와 함께 사용하기 위한 산업 표준 AC/DC 인버터는 일반적으로 0.7 내지 0.9 범위의 역률(PF)을 갖는다. 그러나 이 역률을 1.0에 근접하게 증가시키는 것이 상당한 재정적 이익이 있을 것이다.
20% 이하의 총 고조파 왜곡(THD)이 LED 조명을 제공하는 데 허용 가능한 것으로 고려된다. 임의의 THD는 잠재적으로 사람과 동물의 건강을 해칠 수 있을 뿐만 아니라 다른 전자 시스템과 간섭할 수 있기 때문에 THD를 줄이거나 없앨 수 있는 시스템을 제공하는 것이 상당히 유리할 수 있다.
따라서, DC 전력에 의해 전력이 공급되도록 적응된 조명 장치들, 특히, 현재 시스템들의 전압 강하 제한을 극복하고, 현재 이용 가능한 종래의 콤팩트하거나 또는 스트립 스타일의 LED 조명 어레이들에 비해 개선된 전력 변환을 갖고, PF가 개선(증가)되거나 및/또는 THD가 감소되거나 없으며, 균일한 방식으로 복사 전력 분배를 전달할 수 있는 LED 어레이들과 같은, 하나 이상의 LED-조명 장치들을 포함하는 LED 기반 조명 시스템들에 전력 및 조명을 제공하는 시스템을 제공하는 것이 요구된다.
LED 고정구(fixture)들의 바람직한 특징들 중 하나는 각 파장을 독립적으로 제어하고 맞춤형의 상업용 또는 가정용 시스템의 특정 요구에 따라 세기들 및 광주기들을 변화시키는 능력이다.
LED를 사용하여 광주기를 밀리 초에서 수 시간으로 조절하는 것이 기술적으로 가능하다. LED 조명 제조업체는 종종 고전력 LED들을 수 백 개 통합하는 종래의 인쇄 회로 기판(printed circuit board: PCB)을 사용하여 콤팩트한 LED 조명 어레이들을 설계하였다. 이들 콤팩트한 LED 조명 어레이는 IP 등급이며, 고전압, 일반적으로 240v AC에 의해 공급된다.
이러한 LED 어레이들에 공급되는 전력 중 50%를 초과하는 전력이 일반적으로 복사 전력이 아니라 열로 변환되기 때문에, 이러한 콤팩트한 LED 조명 어레이들은 종종 팬(fan)에 의해 공기로 냉각된다. 낭비되는 에너지 소비와 관련된 환경 비용을 갖는 가정용 및 상업용 소비 장치에 대한 인식이 지속적으로 높아짐에 따라, 상업용으로 이용 가능한 LED 어레이들에 의해 제공되는 전력 변환이 상대적으로 비효율적이어서 일부 상황에서는 사용하는 것을 단념할 수 있다.
따라서, 공급되는 전력 중 50%를 초과하는 전력을 열 에너지가 아니라 복사 전력으로 변환하는 이러한 LED 조명 어레이들을 위한 전력 시스템을 제공하는 것이 요구된다.
본 발명은 하나 이상의 DC 전력 LED-포함 조명 장치를 갖는 응용에 사용하기에 적합한 신규한 개선된 전력 및 조명 시스템을 포함한다. 본 발명은 특히, 응용을 위해 전력 및 조명을 제공하는 제어 가능한 시스템으로서, 상기 시스템은 하나 또는 이상의 전력 소비 장치들을 포함하고, 상기 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 LED-포함 조명 장치이고, 상기 LED-포함 조명 장치는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 상기 시스템에 공급되는 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되는, 상기 제어 가능한 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 응용을 위해 전력 및 조명을 제공하는 제어 가능한 시스템으로서, 상기 시스템은 하나 이상의 전력 소비 장치들을 포함하고, 상기 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 LED-포함 조명 장치이고, 상기 LED-포함 조명 장치는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되며, 상기 시스템에 공급되는 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되고, 각각의 LED-포함 조명 장치에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 스텝다운(step-down) 장치에 의해 감소되는, 상기 제어 가능한 시스템을 제공한다.
본 발명은, 응용을 위해 전력 및 조명을 제공하는 제어 가능한 시스템으로서, 상기 시스템은 하나 이상의 전력 소비 장치들을 포함하고, 상기 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 LED-포함 조명 장치이고, 상기 LED-포함 조명 장치는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되며, 상기 시스템에 공급되는 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되고, 각각의 LED-포함 조명 장치에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 주 AC 스텝다운 변압기에 의해 감소되는, 상기 제어 가능한 시스템을 제공한다.
본 발명은, 추가적으로, 응용을 위해 전력 및 조명을 제공하는 제어 가능한 시스템으로서, 상기 시스템은 하나 이상의 전력 소비 장치들을 포함하고, 상기 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 LED-포함 조명 장치이며, 상기 LED-포함 조명 장치는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되며, 상기 시스템에 공급되는 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되고, 상기 시스템에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 50V AC RMS 이하인, 상기 제어 가능한 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 또한 응용을 위해 전력 및 조명을 제공하는 제어 가능한 시스템으로서, 상기 시스템은 하나 이상의 전력 소비 장치들을 포함하고, 상기 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 LED-포함 조명 장치이고, 상기 LED-포함 조명 장치는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되며, 상기 시스템에 공급되는 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되고, 상기 시스템에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 전도성 버스바에 의해 분배되는, 상기 제어 가능한 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 또한 응용을 위해 전력 및 조명을 제공하는 제어 가능한 시스템으로서, 상기 시스템은 하나 이상의 전력 소비 장치들을 포함하고, 상기 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 LED-포함 조명 장치이고, 상기 LED-포함 조명 장치는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 상기 시스템에 공급되는 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되고, 상기 시스템은 각 장치를 자동으로 제어하는 수단을 포함하는, 상기 제어 가능한 시스템에 관한 것이다.
의문의 여지를 피하기 위해, 전력 스텝다운, 50V AC RMS 이하(<= 50V AC RMS), 버스바들 및/또는 자동 제어와 관련된 상기 양태들 각각은 본 시스템 내에서 조합될 수 있다. 이들 양태들 및 추가적인 양태들은 이후에 상세히 설명된다.
특정 양태에 따르면, 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 3-상 AC 전압 전력은 저전압 3-상 AC 전력이고, 특히 50V AC RMS 이하의 3-상 AC 초 저전압 전력은 버스바들로 분배되는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 개시된다.
본 발명은 추가적으로 앞서 한정된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 적어도 하나의 LED-포함 조명 장치는 LED, 적어도 하나의 LED를 포함하는 조명 부품(light fitting), 적어도 하나의 LED를 포함하는 조명 기구(luminaire), LED 그룹, 적어도 하나의 LED를 각각 포함하는 조명 부품 그룹, 적어도 하나의 LED를 각각 포함하는 조명 기구 그룹, 또는 하나 이상의 LED 어레이들을 포함하는, 임의의 적합한 LED-포함 조명 장치인, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
본 발명은 추가적으로 앞서 상세히 설명된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들 또는 하나 또는 이상의 LED-포함 조명 장치들의 그룹 또는 하나 이상의 LED들의 어레이들은 AC 주 변압기에 링크되는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
본 발명은 앞서 상세히 설명된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 3-상 AC 전력은 전도성 버스바들에 의해 분배되는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 제공한다. 또한, 본 발명은 추가적으로, 앞서 상세히 설명된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 3-상 AC 전력은 전도성 버스바들에 의해 분배되고, 특히 상기 버스바들은 전도성 중공 버스바들이거나 또는 전도성 관형 또는 실질적으로 관형 버스바들인, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
또한, 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들을 포함하는 응용에 사용하기 위한 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 하나 이상의 조명 장치들은 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹에 공급되는 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되고, 통신 수단은 AC 측에 위치되고, 즉, 통신은 각각의 조명 장치에서 또는 조명 장치 그룹에서 AC 파형으로부터 추출되는데, 즉 상기 장치들 내 통신 및 등록 수단과 함께 전력선 기술을 통해 상기 시스템에 연결된 각각의 부하에서 AC 파형으로부터 추출되고, 상기 시스템은 원격으로 모니터링되고 제어될 수 있는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공된다.
일 양태에 따르면, 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 LED 조명은 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들 또는 하나 이상의 LED-조명 장치 그룹, 또는 LED 조명체를 포함하는 LED 어레이를 포함하고, 상기 장치들 또는 조명체는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고,
(i) 상기 LED 조명으로 분배되는 3-상 AC 전력은 외부 또는 내부에 위치될 수 있는 AC 주 변압기에 링크되고;
(ii) 상기 3-상 AC 전력은 전도성 버스바들에 의해 분배되고;
(iii) 각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 각 연결된 부하에 공급되는 전력을 3-상 AC/DC 정류하는 것을 통해, 특히 각각의 조명 LED-포함 조명 장치 또는 LED-포함 조명 장치 그룹과 관련된 AC/DC 정류기를 통해 저전압 또는 초 저전압 DC로 변환되고; 및
(iv) 상기 시스템은 상기 시스템 내 상기 조명 전체 또는 개별 LED-포함 조명 장치들 또는 LED-포함 조명 장치 그룹들의 출력을 자동으로 제어하는 수단을 포함하는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공된다.
추가적인 양태에 따르면, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에서 각각의 LED-포함 조명 장치, 또는 LED-포함 조명 장치 그룹에 공급되는 3-상 AC 전력은 각 연결된 부하에 공급되는 전력을 3-상 AC/DC 정류하는 것을 통해 저전압 또는 초 저전압 DC로 변환되는 경우, 상기 정류는 각각의 LED-포함 조명 장치 또는 LED-포함 조명 장치 그룹과 관련된 AC/DC 정류기를 통해 이루어진다.
또 다른 양태에 따르면, 상기 시스템들 중 어느 시스템에서, 상기 버스바들은 관형이거나 또는 실질적으로 관형이고, 상기 버스바들은 상기 시스템 내에 존재하는 경우 하나 이상의 선택적인 비-조명 기반 장치에 전력을 공급하도록 적응되고, 상기 시스템은 추가적으로 통신과 함께 전력선 기술 및 상기 어레이 내 등록 수단 및 비-LED 기반 장치를 포함하며, 상기 시스템은 원격으로 모니터링되고 제어될 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은, 본 명세서에 한정된 신규한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 버스바들을 통해 제공되는 전력선 기술은 상기 조명 시스템을 위한 제어 시스템을 제공하고, 상기 제어 시스템은 원격 제어되고 모니터링되는 시스템을 제공하기 위해 하나 이상의 조명 장치별 등록 칩들을 사용하여 각각의 개별 조명 장치 또는 하나 이상의 조명 장치 그룹들 또는 하나 이상의 조명 장치 어레이들과 통신하며, 상기 시스템 내 전압 강하를 자동으로 보정하는 것은 각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹, 또는 개별 조명 장치들, 또는 각각의 어레이 내의 조명 장치들의 스트립을 포함하는 조명 장치 그룹들과 관련된 로컬 인버터(local inverter)에 의해 관리되고, 특히 상기 조명 장치는 LED들인, 상기 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
또 다른 양태는, 웹 기반 원격 제어 특징을 갖고, 피크 주 전력 공급원과 피크 아닌 주 전력 공급원 사이에 및 주 전력 공급원과 대안적인 재생 가능한 전력 공급원, 예를 들어, 태양광 전력 사이에 전력 소스를 블렌딩하는 수단을 갖는 앞서 한정된 신규한 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은, 앞서 한정된 신규한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 시스템은 이하의 독립적인 특징들, 즉 상기 조명 장치들은 LED 스트립들을 포함한다; 상기 조명 장치들은 LED 스포트 조명체(spot light)들을 포함한다; 상기 조명 장치들은 LED 투광 조명체(floodlight)들을 포함한다; 상기 조명 장치들은 LED 스포트 조명체들, LED 투광 조명체들 및/또는 LED 스트립들의 조합을 포함한다; 조합된 전력선 및 어레이 등록에 의해 시스템은 무선으로 원격으로 제어하고 모니터링할 수 있다; 상기 시스템은 건물 내 LED를 실시간으로 조절할 수 있기 위해 상기 제어 시스템에 피드백 루프를 포함한다는 특징들 중 하나 이상의 특징들 및 이들의 임의의 특징들의 조합을 추가적으로 포함하는, 상기 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은, 앞서 한정된 신규한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 전력 및 조명 시스템 내 개별 조명 장치들 및/또는 비-조명 장치ㄷ들또는 조명 장치 그룹 및/또는 비-조명 장치 그룹, 또는 조명 장치 어레이를 포함하는, 상기 시스템 내 각각의 개별 전력 소비 장치는 궁극적으로 인터넷을 통해 제어하기 위해 개별적으로 등록될 수 있고, 여기서 모든 데이터는 클라우드(cloud) 인터넷을 통해 수집되고, 이 제어는 전력선 통신 칩에 의해 수행되는, 상기 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은, 재배 시스템에 사용하기 위해 본 전력 및 조명 시스템을 갖는 조명 장치로서 사용하기 위한 개선된 LED 어레이로서, 상기 LED 어레이는 병렬로 배열된 일련의 알루미늄 스트립들을 포함하고, 개별 LED 조명체는 각각의 개별 스트립의 길이를 따라 임의의 거리로 이격될 수 있으며, 각각의 개별 스트립은 각각의 개별 인접한 스트립으로부터 유사한 거리로 이격되고, 상기 LED 어레이에 의해 제공되는 전체 LED 패턴은 균일한 그리드(grid)에 접근하고, 상기 LED 스트립들은 AC 저전압 3-상 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응된, 상기 LED 어레이를 제공한다.
또한 하나 이상의 조명 장치들을 포함하는 상업용 및/또는 가정용으로 사용하기 위한 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 하나 이상의 조명 장치들은 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되고, 각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹에 공급되는 3 상 AC 전력은 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되고, 특히 시스템에서,
(i) 상기 어레이에 분배되는 상기 3 상 AC 전력은 외부 또는 내부에 위치될 수 있는 주 변압기에 링크되고;
(ⅱ) 상기 3 상 AC 전력은 전도성 버스바들에 의해 분배되고;
(iii) 각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹에 공급되는 상기 3 상 AC 전력은 각 연결된 부하에 공급되는 전력을 AC/DC 정류하는 것을 통해 DC 전력으로 변환되고;
(iv) 상기 시스템은 상기 조명 전체 또는 개별 조명 장치들 또는 조명 장치 그룹들의 출력을 자동으로 제어하는 수단을 포함하고; 및 선택적으로
(v) 상기 버스바들은 상기 시스템 내의 하나 이상의 비-조명 장치들에 전력을 공급하도록 선택적으로 적응되는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 개시된다.
본 발명은 추가적으로, 본 명세서에서 앞서 상세히 설명된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이라고도 칭하는 전력 및 조명을 제공하는 제어 가능한 시스템으로서, 각각의 전력 소비 장치는 연결된 부하이고, 본 명세서에 한정된 각각의 LED-포함 조명 장치 또는 LED-포함 조명 장치 그룹 또는 LED 어레이에 공급되는 3-상 AC 전력은 각 연결된 부하에 공급되는 전력을 3-상 AC/DC 정류하는 것을 통해 DC 전력으로 변환되는, 상기 제어 가능한 시스템을 제공한다.
본 발명은 추가적으로, 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 시스템은 상기 LED 조명 전체 또는 개별 LED-포함 조명 장치들 또는 LED-포함 조명 장치 그룹들의 출력을 자동으로 제어하는 수단을 포함하는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
추가적으로, 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들을 포함하는 응용에 사용하기 위한 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 하나 이상의 조명 장치들은 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹에 공급되는 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되며, 상기 3-상 AC 전력은 관형 버스바들에 의해 분배되는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공된다.
또한 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들을 포함하는 응용에 사용하기 위한 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 하나 이상의 조명 장치들은 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고,
(i) 상기 조명 전체에 분배되는 3-상 AC 전력은 주 변압기에 링크되고;
(ii) 상기 3-상 AC 전력은 버스바들에 의해 분배되고;
(iii) 각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 각 연결된 부하에 공급되는 전력을 3-상 AC/DC 정류하는 것을 통해 DC 전력으로 변환되고; 및
(iv) 상기 시스템은 상기 조명 전체 또는 개별 조명 장치들 또는 조명 장치 그룹들의 출력을 자동으로 제어하는 수단을 포함하며; 및 선택적으로
(v) 상기 버스바들은 선택적으로 상기 시스템 내 하나 이상의 비-조명 장치들에 전력을 공급하도록 적응된, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은, 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 조명은 하나 이상의 LED 어레이들을 포함하고, 각각의 LED 어레이는 하나 이상의 스트립들을 포함하며, 하나 이상의 개별 LED 조명체는 각각의 개별 스트립의 길이를 따라 임의의 거리로 이격되어 있고, 상기 LED-포함 스트립들은 3-상 AC 저전압 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고,
(i) 상기 어레이에 분배되는 저전압 3-상 AC 전력은 주 변압기에 링크되고;
(ii) 상기 저전압 3-상 AC 전력은 관형 버스바들에 의해 분배되고;
(iii) 각각의 LED 조명체 또는 LED 조명체 그룹에 공급되는 상기 저전압 3-상 AC 전력은 각각의 연결된 LED 조명체 또는 LED 조명체 그룹에 공급되는 전력을 3-상 AC/DC 정류하는 것을 통해 저전압 DC로 변환되고;
(iv) 상기 시스템은 상기 LED 어레이 전체 또는 상기 어레이 내 개별 LED 조명체 또는 LED 조명체 그룹들의 출력을 자동으로 제어하는 수단을 포함하고; 및 선택적으로
(v) 상기 버스바들은 상기 시스템 내 하나 이상의 비-LED 장치들에 전력을 공급하도록 적응된, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은, 재배 시스템에 사용하기 위한 신규한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 조명은 하나 이상의 LED 어레이들을 포함하고, 각각의 LED 어레이는 하나 이상의 스트립들을 포함하고, 하나 이상의 개별 LED 조명체는 각각의 개별 스트립의 길이를 따라 임의의 거리로 이격되어 있고, 상기 LED-포함 스트립들은 3 상 AC 저전압 전력 공급원에 의해 전력이 공급되고,
(i) 상기 어레이에 분배되는 저전압 3 상 AC 전력은 외부 변압기에 링크되고;
(ii) 상기 저전압 3-상 AC 전력은 관형 버스바들에 의해 분배되고;
(iii) 각각의 스트립에 공급되는 상기 저전압 또는 3 상 AC 전력은 각 연결된 부하에 공급되는 전력을 AC/DC 정류하는 것을 통해 저전압 DC로 변환되고; 및
(iv) 상기 시스템은 상기 LED 어레이 전체 또는 상기 어레이 내 개별 LED 조명체들 또는 LED 조명체 그룹들의 출력을 자동으로 제어하는 수단을 포함하는, 상기 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
본 발명의 상기 양태 및 또 다른 양태는 이하에서 설명된다.
발명의 장점
기존의 조명 시스템은 단상(single phase) 전압에 의해 전력이 공급된다. 조명 산업계에서는 저전압 DC 전력 LED 조명체와 같은, 저전력 부하 조명 시스템이 3-상 전력을 통해 전력을 공급하는 것이 적합치 않는 것으로 잘 알려져 있다.
지금까지 3-상 전력 공급원을 사용하여 LED와 같은 DC 전력을 필요로 하는 조명체를 사용하는 조명 시스템을 제공하는 것이 가능하지 않았다. 놀랍게도, 본 출원인은 3-상 DC에 의해 전력이 공급되도록 적응된 LED-포함 조명체와 함께 사용하기에 적합한 3-상 전력 공급 기반 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 처음으로 제공하였으며, 또한 본 출원인은 본 명세서에 설명된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에서 3-상 전압 전력 공급원, 특히 3-상 저전압 AC 전력 공급원을 사용하여 이 3-상 전압을 DC로 정류하면 기존의 단상 정류보다 훨씬 더 효율적이라는 것을 발견하였다.
본 출원인은 추가적으로 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에서 3-상 AC 공급원을 사용하면 기존의 조명 시스템에 비해 바람직한 효율 이익을 제공할 뿐만 아니라 동등한 단상 시스템에 의해 요구되는 것보다 DC 전압을 평활화하는 데 훨씬 더 작은 커패시터들을 사용할 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 효율 및 커패시터와-관련된 이익들은 여러 전압 레벨에 걸쳐, 즉 3-상 AC 전력 공급원의 고레벨 및 저레벨에 걸쳐 입증되었다. 특히, 본 출원인은 본 전력 및 조명 시스템에 저전압 또는 초 저전압 3-상 전력 공급원이 이용되는 경우에 이러한 장점이 특히 유용하다는 것을 발견하였다. 훨씬 더 작은 커패시터를 사용하면 정류 및 관련된 하드웨어 부품의 비용, 크기, 효율 및 신뢰성에 큰 장점을 제공할 수 있다. 본 출원인은 3-상 정류를 갖는 본 전력 및 조명 시스템에 사용하기에 적합한 커패시터들이, 단상 정류 시에 저전압 AC를 사용하는 시스템들에 필요한 대응하는 커패시터들보다 최대 90% 더 작은 것을 발견하였다. 나아가, 본 출원인은, 본 명세서에 상세히 설명된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에서, 변압기로부터 오는 출력 전압이 응용에 맞게 정확히 조정된다면, 커패시터가 완전히 제거될 수도 있다는 것을 입증하였다.
임의의 특정 이론에 구애되기를 원함이 없이, 3-상 전력 공급원을 사용하는 본 시스템이 단상 공급원을 갖는 대응하는 시스템보다 더 효율적인 이유들 중 하나는 3-상 AC 공급원의 전압 리플(ripple) 주파수가 단상 AC 공급원에 대해서보다 3배 더 크다는, 전압 리플 효과에 기인하는 것으로 생각된다. 예를 들어, 3-상 50Hz AC는 300Hz DC 리플로 되고, 3-상 60Hz는 360Hz DC 리플로 된다.
본 출원인은 추가적으로, 본 시스템을 사용하면 0.7 내지 0.9의 현 산업 표준에 비해 증가된 역률(PF) 값을 제공할 수 있다는 것을 입증하였다. 특히 0.95 이상, 보다 특히 0.97 이상, 특히 0.99 이상의 PF 값들이 본 시스템을 사용하는 것에 의해 입증되었다.
본 출원인은 또한 본 시스템을 사용하면 20% 이하의 현재 허용된 레벨에 비해 총 고조파 왜곡(THD) 레벨이 상당히 감소할 수 있다는 것을 입증하였다. 특히, 본 시스템을 사용하는 것을 통해 10% 이하, 보다 특히 5% 이하, 특히 1% 이하, 보다 특히 0.5% 이하의 THD 값들이 입증되었다.
따라서, 본 명세서에 한정된 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들을 포함하는 응용에 사용하기에 적합한 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 사용하는 방법으로서, 상기 하나 이상의 조명 장치들은 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹에 공급되는 3-상 AC 전력은 증가된 PF 및/또는 감소된 THD를 제공하기 위해 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 사용하는 방법이 더 제공된다.
의문의 여지를 피하기 위해 하나 이상의 조명 장치들과 관련하여 본 명세서에 사용된 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응된 이라는 용어는, 상기 하나 이상의 조명 장치들에 공급되는 전력이 상기 장치에 공급되기 전에 DC로 정류되는 본 시스템에 상기 장치들이 사용하기에 적합하다는 것을 의미한다.
본 발명의 시스템은 상업용 및/또는 가정용으로 사용하기에 적합하고, 이러한 사용은 이후 한정된 바와 같다. 그리하여 본 명세서에서 본 시스템에 사용한다는 것은 상업용 및/또는 가정용으로 사용하기에 적합한 것으로 이해된다.
임의의 특정 이론에 구애되기를 원함이 없이, 본 명세서에서 한정된 3-상 공급원을 사용하는 본 시스템을 사용하는 것이 산업계에서 현재 허용된 레벨에 비해 개선된 PF 값 및 상당히 감소된 THD을 제공하는 이유들 중 하나는 본 시스템에 사용하기 위한 커패시터의 수 및 또한 커패시터의 크기를 감소시킬 수 있다는 것으로 생각된다. 또한, 본 시스템을 사용하는 것을 통해 유도성 부품의 수 및 유도성 부품의 크기가 감소될 수 있다.
본 출원인은, 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응된, 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들 또는 조명 장치 그룹을 포함하는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템의 사용을 조합하여, 각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹에 공급되는 3-상 AC 전력을 커패시터 및/또는 유도성 부품을 변경해서 (크기 및/또는 개수를 감소시켜) 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환하면, 산업계에서 현재 허용되는 레벨에 비해 향상된 PF 값들 및 상당히 감소된 THD들을 제공할 수 있다는 것을 입증하였다.
대규모 설치의 경우, 규정 준수 및 직원 및/또는 고객에 대한 관리 의무의 관점으로부터, 전력 및 조명 공급원의 안전이 가장 중요하다.
3-상 AC 공급원을 사용하는 것으로부터, DC 전력공급되는 LED-포함 조명 장치들, 특히 LED 조명체 및 선택적으로 하나 이상의 비-LED/비-조명 장치들로 추가적인 중요한 안전 장점은 '핫 뉴트럴(hot neutral)' 및 입력 공급원의 단일 퓨즈들의 작동 문제들을 다루는 내장형 수단을 갖는 대규모 조명 시스템을 처음으로 제공한다는 것이다.
기존에, LED들이 대규모 운영에 사용되었을 때, 이 LED들은, 설치자에 의해 3-상이 균형을 맞춘 단상 유닛들이다. 대규모 운영에서, 특히 산업용 운영을 포함하는 대규모 상업용 설치에서 불균형 부하와 관련된 위험들 중 하나는 '핫 뉴트럴' 또는 입력 공급원의 단일 퓨즈들의 작동이다. 의문의 여지를 피하기 위해 대규모 설치에서 단일 퓨즈 작동(single fuse tripping)으로부터의 위험은 퓨즈가 기계적으로 (수동으로) 교체되어야 하는 것을 의미하는 카트리지 퓨즈인 경향이 있다는 것이다. 이 시나리오에서, 설치 내 연결된 3-상 장비는 사용자 또는 설치 기술자에게 "죽은(dead)" 것으로 보이지만, 실제로는 2개의 상이 "살아 있는(live)" 것으로 남아 있어서, 그 결과 적절한 예방 조치 없이 장비를 진단하려고 시도하는 사람에게 안전 위험을 야기할 수 있다.
본 출원인은, 본 전력 및 조명 시스템에서, 상기 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들, 특히 LED 조명체, 및 선택적으로 하나 이상의 비-LED/비-조명 장치들 또는 기기들에 3-상 공급원을 사용하면, 상기 전력 공급의 위상들이 항상 균형을 맞추고 있고, '핫 뉴트럴' 또는 단일 퓨즈 작동과 관련된 위험들이 실질적으로 회피되거나 현저히 감소되는 것을 보장할 수 있다는 것을 발견하였다.
임의의 특정 이론에 구애되기를 원함이 없이, 본 전력 및 조명 시스템에서 3-상 공급원을 사용하면, 종래의 단상 전력 공급원을 사용 시에 가능한 것보다 더 많은 균형 잡힌 전력 공급을 제공할 수 있는 것이 제안된다. 또한, 본 시스템에서 3-상 전력 공급원을 사용하면 전력 공급원의 3-상에 걸쳐 각각의 단상 부하들이 상기 위험한 시나리오가 발생할 가능성이 크게 감소된다는 것을 의미하는 균형을 항상 자동으로 맞추는 것이 더 보장되는 것이 더 제안된다. 또한, 본 전력 및 조명 시스템은 3-상 공급원을 자동으로 조정하는 수단을 사용하기 때문에, 균형 맞춘 공급이 보장되고, 이는 3-상 공급원에 걸쳐 개별 단상 부하들이 균형 맞추는 것을 주기적으로 검토할 필요가 없다는 것을 의미한다.
본 시스템은 임의의 AC 전압, 및 본 명세서에 한정된 임의의 적합한 조명 장치와 함께 사용하기에 적합하지만, 본 출원인은 특히, 이하에 상세히 설명된 바와 같이, 버스바들에 의해 LED 기반 조명 시스템, 특히 (본 명세서에 한정된) 하나 이상의 LED 어레이들로 분배되는 저전압 AC 공급을 사용하면, IP 등급을 요구하지 않으면서 사용자 안전을 제공하고 건강 및 안전 전기 표준을 준수할 수 있다는 것을 발견하였다. 본 명세서에서 한정된 IP 등급은 국제 표준 EN 60529(영국 BS EN 60529:1992, 유럽 IEC 60509:1989)에 한정된 IP(또는 "침입 보호") 등급이라는 것을 의미한다. IP 등급은 이물질(도구, 먼지 등) 및 수분이 침입하는 것을 방지하기 위해 전기 인클로저를 밀봉하는 효과의 레벨을 한정하는 데 사용된다.
본 출원인은 또한, 전도성 버스바들 및 3-상 AC 공급원을 사용하고, 특히 여기서 50v AC 이하의 (<= 50v AC) 초 저전압 AC 공급원이 하나 이상의 LED 장치들; 하나 이상의 LED 그룹들; 또는 하나 이상의 LED 어레이들, 및 선택적으로 하나 이상의 비-LED/비-조명 장치들로부터 독립적으로 선택된 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들, 특히 LED 조명체로 전력을 분배하는 것을 포함하는 본 전력 및 조명 시스템을 통해 조명 및/또는 전력 비용 면에서 전례 없는 효율이 추가적으로 제공된다는 것을 발견하였다.
특히, 본 출원인은 본 버스바/3-상 AC 전력 시스템, 특히 3-상 저전압 AC 전력 기반 시스템이 광범위한 응용에서 하나 이상의 조명 어레이들 내 LED-포함 조명 장치들에 개별적으로 또는 그룹으로 전력을 공급하고, 선택적으로는 하나 이상의 비-조명 기반 장치에 전력을 공급하는 데 유리하게 사용될 수 있다는 것을 발견하였다. 본 출원인은 이 3-상 저전압 AC 기반 시스템이 하나 이상의 LED 어레이들 내, LED 조명체에 개별적으로 또는 그룹으로 전력을 공급하고 선택적으로 하나 이상의 비-LED/비-조명 장치들에 전력을 공급하는 데 특히 유용하다는 것을 발견하였다.
또한, 본 출원인은 전압 레벨들의 범위(고, 저, 초 저)에 걸쳐 AC 전력을 분배하기 위해 관형 버스바들을 사용하여 관찰되는 전압 강하가 동일한 전류 및 전압 레벨들에 걸쳐 DC 전력에서 관찰되는 대응하는 전압 강하보다 일관되게 훨씬 덜 공격적이라는 것을 발견하였다. 나아가, 본 출원인은 또한, 전압 레벨들의 범위(고, 저, 초 저)에 걸쳐 AC 전력을 분배하기 위해 관형 버스바들, 특히 알루미늄 관형 버스바들을 사용하여 관찰되는 전압 강하가 동일한 전압 레벨들의 범위에 걸쳐 분배하기 위해 종래 배선을 갖는 시스템을 사용하여 달성될 수 있는 것보다 단위 단면적 당 더 작다는 것을 발견하였다.
외부 소스에 의해 제공되는 AC 전력이 예를 들어 전력 그리드로부터 고전압 AC이고, 본 시스템을 통해 제어되는 임의의 특정 LED 조명 배열에 사용되기를 원하는 AC 전력 레벨이 상기 외부 소스에 의해 제공되는 것보다 더 낮은 경우, 하나 이상의 AC 스텝다운 장치들, 특히 하나 이상의 AC 스텝다운 변압기들은 LED 조명용 본 제어 시스템에 전력을 공급하기 전에 전압 레벨을 감소시키는 데 사용될 수 있다. 이것은 이후 설명된다. 본 명세서에서 한정된 고전압 AC는 1000V AC를 초과하는 전압이고, 본 명세서에서 한정된 저전압은 50V 내지 1000V AC의 전압이고, 본 명세서에 한정된 초 저전압은 50v AC 이하(<= 50v AC)의 전압이고, 보다 특히 12v 내지 50v AC 범위의 전압, 특히 12v 내지 24v AC 범위의 전압이다. 의문의 여지를 피하기 위해 본 명세서에서 설명된 저전압 AC 전력을 갖는 본 버스바/3-상 AC 전력 시스템을 사용하는 장점들 및 이익들에 대한 언급은 시스템이 초 저전압 AC 전력을 이용하는 경우에 특히 적용 가능하다. 본 시스템에서 저전압 AC를 사용하는 것과 관련된 다른 또는 추가적인 양태들 또는 특정 실시예들 또는 이익들 또는 장점들과 관련된 모든 언급들은 초 저전압이 사용되는 시스템들에도 특히 적용 가능하다.
본 출원인은 또한, 본 명세서에서 전력선 기술이라고도 언급되는, 버스바들을 통해 제공되는 '전력선' 기술이 조명 시스템에 바람직한 제어 시스템을 제공하고, 상기 제어 시스템은 원격 제어되고 모니터링되는 시스템을 제공하기 위해 개별 조명체 또는 조명체 그룹들을 식별하고 제어하기 위해 하나 이상의 조명 장치/LED별 등록 칩들을 사용하는 것을 통해 각각의 개별 조명 장치/LED 조명체 또는 하나 이상의 조명 장치/LED 조명체 그룹들 또는 하나 이상의 조명 장치/LED 조명체의 어레이들과 통신하고, 상기 시스템 내 전압 강하를 자동으로 보정하는 것은 임의의 특정 시스템의 요구조건에 따라 각각의 개별 조명 장치/LED 조명체 또는 하나 이상의 조명 장치/LED 조명체 그룹들 또는 하나 이상의 조명 장치/LED 조명체 어레이들과 관련된 로컬 인버터들에 의해 관리된다.
유리하게는, 본 개선된 전력 및 조명 시스템을 사용하면 본 전력 및 조명 시스템이 사용되는 환경에 근접하여, 즉 상기 시스템이 적용되는 특정 응용에 가까이 임의의 고전압 AC 공급원을 배치할 필요성을 제거하고, 이상적으로는 임의의 고전압 AC를 원격 위치 또는 외부 위치로 제거할 수 있다.
버스바들을 사용하는 것에 의해 전기적 효율 및 강도의 이익을 제공하는 것에 더하여, 본 출원인은 중공 전도성 버스바들(hollow conductive bus bars), 가장 특히 중공 전도성 관형 또는 실질적으로 관형 버스바들을 사용하는 것에 의해 전체 시스템 비용과 관련하여 추가적인 이익을 제공할 수 있다는 것을 발견하였다. 본 출원인은, 구리선을 통한 전력 분배에 비해 버스바들을 통한 전력 분배에서, 유사한 전류 운반 용량에 대해 전력 분배 수단의 시스템당 비용을 비교한 결과, 중공 전도성 버스바들에 의해 분배되는, 특히 관형 또는 실질적으로 관형 알루미늄 버스바에 의해 분배되는 3-상 AC 전력에 기초한 LED용 전력 및 조명 시스템을 제공하는데 드는 시스템 비용이, 3-상 AC 전력이 3중 구리 케이블에 의해 분배되는 대비 시스템의 시스템 비용보다 상당히 저렴하고, 재료비는 구리 케이블을 알루미늄 관들로로 전환함으로써 약 60% 내지 약 93%에 이르는 범위 만큼 절감할 수 있다는 것을 발견하였다. 이 비용의 차이는 원하는 시스템이 사용하는 전력 범위에 따라 달라지고, 15 Kw 내지 20 Kw 범위에서 동작하는 시스템에서 비용 절감 효과가 최대인 것으로 확인된다. 예를 들어 전류 운반 용량이 374A인 120 mm2의 구리선 1m 길이에 비해 전류 운반 용량이 350A인 25 mm(직경) x 1.2 mm(벽 두께)의 알루미늄 관 1m 길이를 사용하면, 현재 영국 공급업체 비용을 기준으로 ￡/A/m 단위의 상대 비용은 ￡0.043 대 ￡0.003이며, 즉, 구리선을 사용하는 비용이 14배 초과하여(> 14) 더 비싸다.
버스바들을 사용하여 제공할 수 있는 조명 및/또는 전력 비용 면에서 전례 없는 효율과 함께 본 발명의 전력 및 조명 시스템에 의해 제공되는 바람직한 조명 유연성과, 전력 분배를 위해, 고, 저 또는 초 저전압(<= 50v AC), AC 전압 공급원을 선택할 수 있는 유연성을 조합하면, 매력적인 제어 시스템은 본 전력 및 조명 시스템이 매우 다양한 응용들에서 및 상업용 및 비-상업용/가정용 응용들에 다양하게 적용될 수 있다는 것을 의미한다. 의문의 여지를 피하기 위해, 본 시스템이 사용될 수 있는 "매우 다양한 응용들"이라는 용어는 본 명세서에 한정된 상업용 및/또는 가정용 응용들이며, 다음 응용 분야들, 즉 산업용 응용들을 포함하는 상업용 응용들; 비-상업용 응용들일 수도 있는 가정용 응용들; 및 예를 들어, 상업용 및 가정용 공간들을 호스팅하는 건물과 같은 하나 이상의 응용들을 조합한 응용들을 포함한다. 본 시스템에서 상업용 또는 산업용 및 가정용 응용들의 적합한 예들은 이후 상세히 설명된다. 본 전력 및 조명 시스템에서 "응용들"이라는 용어가 본 명세서에서 사용되는 경우 이것은 상업용 응용들; 가정용 응용들; 또는 비-상업용 응용들; 및 달리 제시되지 않는 한, 이러한 응용들 중 하나 이상의 응용들을 조합한 응용들을 포함하도록 의도된다.
따라서, 본 개선된 전력 및 조명 시스템들은, 산업용 응용들을 포함하는 상업용 응용들; 가정용 응용들; 또는 비-상업용 응용들; 및 이러한 응용들 중 하나 이상의 응용들을 조합한 응용들로부터 독립적으로 선택된 매우 다양한 응용들에 사용하기에 적합하다.
특히, 본 출원인은 상기 버스바들을 통해 제공되는 '전력선' 기술이 상기 조명 시스템을 위한 제어 시스템을 제공하고, 상기 제어 시스템이 식별을 위해 하나 이상의 등록 칩들을 사용하는 것을 통해 각각의 개별 LED 조명체/그룹 또는 어레이와 통신하는 건물들에서, 전도성 버스바, 특히 전도성 관형 또는 실질적으로 관형 버스바들, 보다 특히 전도성 관형 또는 실질적으로 관형 알루미늄 버스바들 및 저전압, 특히 초 저전압 3-상 AC를 사용하여 하나 이상의 LED 어레이들 내 LED 조명체에 개별적으로 또는 그룹으로 전력을 공급할 수 있다는 것을 발견하였다.
본 출원인은 또한 본 명세서에 상세히 설명된 3-상 AC를 사용하는 버스바들, 특히 관형 버스바들을 사용하면 비-조명 특정 장치들에 전력을 제공하는 데 유리할 뿐만 아니라 안전하고 효율적이며 비용 효과적으로 이 전력을 제공하는 데 유리할 수 있다는 것을 인식하였다.
유리하게는 각각의 어레이 상의 등록 칩들과 조합된 전력선 기술은 본 발명의 조명 시스템 또는 조합된 전력 및 조명 시스템을 완전히 원격으로 제어하고 모니터링할 수 있는 것을 제공한다. 이러한 원격 제어는 전력 사용량을 유지 관리하는 것과 관련하여 장점을 가질 뿐만 아니라 제어 가능한 시스템을 설정할 수 있고, 이에 제어 가능한 시스템은 사용자의 특정 요구에 따라 특정된 시간 주기(분, 시, 일, 주, 월) 동안 변하도록 맞춰지거나/미리 프로그래밍될 수 있다.
본 발명의 전력 및 조명 시스템의 웹 기반 원격 제어 특징의 또 다른 장점은 피크 주 전력 공급원과 피크 아닌 주 전력 공급원 사이에 및 또한 주 전력 공급원과 대안적인 재생 가능한 전력 공급원, 예를 들어, 태양광 전력 사이에 전력 소스를 블렌딩하는 것을 효율적으로 수행할 수 있는 능력이다.
상기 시스템 내 LED-포함 조명 장치들, 특히 LED 조명체의 총 개수 및 그 내부 배열은 특정 응용의 필요성에 의존할 수 있지만, 유리하게는 본 시스템 및 전력선 기술을 조합하면 100,000개 이상의 개별 조명 장치들 또는 LED들을 갖는 시스템들을 관리하고 제어할 수 있는 능력을 제공할 수 있다. 본 시스템은 상기 LED-포함 조명 장치들, 특히 본 명세서에 한정된 LED 조명체들 중 임의의 조명 장치가 다른 조명 장치와 이루는 간격 및 하나 이상의 조명 장치 그룹들의 상대적 위치, 또는 특히 어레이 내 LED들 상호 간의 상대적 위치와 관련하여 자유를 제공한다.
조명 피드백 루프의 장점은 시스템이 예를 들어 광 센서들과 같은 (비-조명/비-LED 어레이와 관련된) 외부 광 레벨들, 및 예를 들어, 움직임 센서들과 같은 조명 요구에 반응하여 진행 중에 최적의 효율을 제공하는 능력이 있다는 것이다.
비-조명/비-LED 장치 피드백 루프의 장점들은 시스템이 예를 들어 움직임 센서들과 같은 로컬 환경 인자에 반응하여 요구에 따라 효과적으로 저 활동 지역에서 예를 들어 PC, 스크린 등과 같은 비-조명 장치들에 전력을 제공하는 능력이 있다는 것이다.
본 명세서에 한정된 조명 장치들, 특히 LED 조명체, 및 본 시스템에 사용하기 위한 비-조명 장치들은 제어될 특정 시스템의 요구에 따라 전력선 기술을 사용하여 또는 로컬 PC로의 무선 링크를 사용하여 또는 원격으로 인터넷을 통해 독립적으로 제어되거나 또는 전력선과 무선 기술을 조합으로 사용하는 것에 의해 제어될 수 있다. 이러한 제어에 영향을 미치기 위해 각각의 조명 장치 또는 LED 조명체, 조명 부품 또는 LED 조명 부품, 또는 시스템에 사용하기 위한 비-조명/비-LED 장치는 개별적으로 식별되고 제어될 수 있는 등록 칩을 구비한다.
유리하게는, 본 시스템은 제공되기를 원하는 시스템에 따라 사용자에 의해 설계되고 변경될 수 있는 복잡한 전력 및 조명 시스템을 위한 효과적인 "플러그앤플레이(plug and play)" 시스템을 처음으로 제공하고, 이어서 개별 LED-포함 조명 장치들, 특히 LED들, 또는 조명 장치, 특히 LED 그룹들, 및 하나 이상의 비-조명 장치들은 이후 상세히 설명된 바와 같이 등록되고 루틴하게 교정될 수 있다.
상업용 및 가정용 응용들에서 전력 및 조명을 제공하기 위해 본 시스템을 사용하는 예시적인 조명 배열들은 도면들에 도시되고 이후 논의된다. 의문의 여지를 피하기 위해, 이 도면들은 본 전력 및 조명 시스템이 특정 응용들에서 사용될 수 있는 방식을 도시하지만, 이 도면들은 본 발명을 제한하는 것으로 고려되어서는 안 되고, 대안적인 상업용 또는 가정용 응용들도 가능하고 본 발명의 범위 내에 있다.
정의
본 명세서에서 한정된 하나 이상의 전력 소비 장치라는 용어는, 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들 및 선택적으로 하나 이상의 비-조명/비-LED 장치를 의미한다. 하나 이상의 조명 장치들 및 선택적으로 하나 이상의 비-조명/비-LED 장치라는 용어가 본 명세서에서 사용되는 경우, 이것은 하나 이상의 전력 소비 장치를 의미한다. 의문의 여지를 피하기 위해 본 전력 및 조명 시스템을 통해 제어되는 LED-포함 조명 장치들 및 비-조명 장치들은, DC 전력을 통해 전력이 공급되는 비-LED 기반 조명체; 이하에 한정된 LED 조명체로서, 상기 LED는 독립적으로, 개별적으로, 하나 이상의 그룹들로, 또는 하나 이상의 독립적으로 제어 가능한 어레이로서 제어될 수 있는, 상기 LED 조명체; 및 본 명세서에 한정된 비-조명/비-LED 장치들로서, 상기 비-조명/비-LED 장치들은 독립적으로, 개별적으로 또는 하나 이상의 그룹들로 제어될 수 있는, 상기 비-조명/비-LED 장치를 포함한다. 본 발명에 사용하기에 특히 바람직한 조명 장치는 LED 조명체이다. LED-포함 조명 장치라는 용어는 하나 이상의 LED들을 포함하는 조명 고정구들 뿐만 아니라 상업용으로 이용 가능한 LED들을 포함한다. 본 명세서에서 상세히 설명된 바와 같이, LED들, 적어도 하나의 LED를 포함하는 조명 부품, 적어도 하나의 LED를 포함하는 조명 기구, 하나 이상의 LED 그룹들, 적어도 하나의 LED를 각각 포함하는 하나 이상의 조명 부품 그룹, 적어도 하나의 LED를 각각 포함하는 하나 이상의 조명 기구 그룹들, 또는 하나 이상의 LED 어레이들을 포함하는 임의의 적절한 LED-포함 조명 장치가 본 시스템에 이용될 수 있다.
하나 이상의 LED-포함 전력 소비 장치들로서 본 발명에 사용하기에 적합한 하나 이상의 LED들을 포함하는 예시적인 조명 장치들은 조명 기구들 및 다른 상업용으로 이용 가능한 LED-포함 조명 장치들을 포함한다. 조명 기구는 LED-포함 조명 부품의 또 다른 용어이다. LED-포함 조명 부품은 하나 이상의 LED들 및 이 하나 이상의 LED들을 조명 부품 내에 유지하는 수단을 포함한다. LED 고정구는 LED 자체의 또 다른 용어이기 때문에 그리하여 LED 고정구라는 용어가 본 명세서에 사용되는 경우 이것은 LED를 의미한다. 본 발명에 사용하기에 적합한 LED-포함 조명 부품들의 예들은 LED 스포트 조명체, LED 투광 조명체, LED 스트립 조명체, 또는 LED들을 포함하는 어레이들 또는 스트립들을 포함한다.
일 양태에 따르면, 본 시스템들에 사용하기 위한 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들은 LED 조명체; LED 스포트 조명체, LED 투광 조명체; 하나 이상의 LED 조명체를 포함하는 LED 어레이; LED 조명체, LED 스포트 조명체 또는 LED 투광 조명체 그룹들; 적어도 하나의 LED를 포함하는 조명 부품들; 적어도 하나의 LED를 포함하는 조명 기구들; LED 스트립 조명체; LED 조명체를 포함하는 스트립들; 또는 이들의 임의의 조합으로부터 독립적으로 선택된다.
또 다른 양태에 따르면, 시스템 내의 조명은 하나 이상의 LED 조명체를 포함하는 LED 어레이, 또는 하나 이상의 LED 스포트 조명체; 하나 이상의 LED 투광 조명체; 하나 이상의 LED 스트립 조명체; 또는 LED 조명체를 포함하는 하나 이상의 스트립들을 포함하는 LED 조명체 그룹들, 또는 LED 스포트 조명체, LED 투광 조명체, LED 스트립 조명체, 또는 LED들을 포함하는 어레이들 또는 스트립들의 임의의 조합을 포함한다.
또 다른 양태에 따르면, 본 시스템에 사용하기 위한 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들은, 사용 가능한 3-상 LED 고정구를 조립하기 위해 적절한 커넥터로 함께 연결될 수 있는 LED-포함 조명 요소들을 포함하는 모듈식 3-상 LED 고정구들이다. 그리하여 모듈식 3-상 LED 고정구라는 용어가 본 명세서에서 사용되는 경우, 이것은 사용 가능한 3-상 LED 고정구를 조립하기 위해 적절한 커넥터로 함께 연결될 수 있는 LED-포함 조명 요소들을 포함하는 고정구를 의미한다. 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 임의의 주어진 3-상 LED 고정구 내의 조명 요소들의 총 개수는 원하는 만큼 추가적인 조명 요소들 및 커넥터들을 사용하는 것에 의해 증가될 수 있다. 본 시스템에 사용하기에 적합한 예시적인 모듈식 3-상 LED 고정구가 도 8에 도시되어 있다.
본 명세서에 한정된 LED 스트립은, 서로 동일한 간격으로 배열되고 적절한 배선에 의해 서로 연결된 하나 이상의 LED들을 포함하는 선형 스트립이다. 예를 들어 재배 시스템과 같은, 이후 지정된 응용에 사용하기 위해, 이러한 LED 스트립들은 이러한 시스템들 내에 용이하게 사용하기 위해 적절한 T-형상의 호스트와 함께 위치되고 이에 인접해 있다. 본 명세서에 한정된 LED 스트립들에 기초한 스트립 스타일의 LED 어레이는 공통 제어 수단에 종속되는 하나 이상의 연결된 스트립 스타일의 LED 어레이들을 의미한다. 의문의 여지를 피하기 위해, 본 명세서에 한정된 스트립 스타일의 LED 어레이는 하나 이상의 개별 LED 스트립들, 또는 개별 LED 스트립 그룹들을 포함한다.
본 전력 및 조명 시스템을 통해 제어될 수 있는, 본 명세서에서 비-LED/비-조명 장치들이라고도 하는 비-조명 장치들은 가정용 또는 상업용 응용들에 사용하기에 적합한 임의의 비-조명 특정 장치들이다. 의문의 여지를 피하기 위해, 임의의 저전압 호환 장치는 적절한 플러그를 갖는 장치 리드(device lead)에 통합된 로컬 장치별 인버터/제어기 및 장치별 등록 칩을 통해 시스템에 연결하는 것을 통해 현재 제안된 시스템을 통해 전력이 공급될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 가정용 또는 상업용 시스템들에서, 랩톱, 퍼스널 컴퓨터(PC), 프린터, 스캐너, 받아쓰기 기계(dictation machine), 전화 응답기, 모바일 폰 충전기, 태블릿 충전기, 모바일 게임 장치 충전기, 카메라 및 비디오 충전기를 포함하는 충전기, TV, 모니터, 면도기, 헤어 트리머(hair trimmer), 라디오, 연기 알람/검출기, CO2 알람/검출기, 보안 알람 및 센서 등과 같은 하나 이상의 장치는 본 시스템을 사용하여 전력이 공급될 수 있다. 가정용 서라운드 음향 또는 전체 주택 시스템 뿐만 아니라 대규모 상업용 또는 산업용 음향 시스템을 포함하는 음향 시스템은 또한 본 버스바 배열 및 전력선 또는 로컬/리피터 무선 기술을 통해 전력을 분배하고 원격 제어를 관리하기에 적절한 배열이다. 의문의 여지를 피하기 위해, 비-조명 장치라는 용어는 저전압 3-상 AC를 통해 전력을 공급하기에 적절한 기계를 포함하고, 특히 모터가 저전압 또는 초 저전압 AC 전력으로 사용하기에 적절한 저전력 모터 구동 기계를 포함한다. 사용하기에 적절한 예시적인 기계는 일반적으로 소형 기계로 불리며, 물 펌프, 자동 파종 및 수확 기계, 포장 기계 등을 포함한다.
의문의 여지를 피하기 위해, 본 전력 및 조명 시스템의 특히 유용한 응용은 특히 LED 조명을 포함하는 관련 조명을 제공하는 것과 함께, 넓은 영역에 걸쳐 다수의 소형 장치들에 전력을 공급하기 위한 것이다. 다수의 소형 장치들이 넓은 영역에 걸쳐 이용되는 예시적인 응용들은 하나 이상의 컴퓨터 서버 룸들 내의 서버들을 포함한다.
또 다른 양태에 따르면, 본 전력 및 조명 시스템은, 다수의 조명 장치들 및/또는 비-조명 장치들에 전력을 공급하는 데 사용하기에 적합한 시스템을 처음으로 제공하고, 여기서 상기 조명은 LED, 하나 이상의 LED 조명체, 또는 LED 조명체 그룹들을 포함하는 LED 어레이이며, 상기 어레이는 3-상 AC 저전압 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고,
(i) 상기 어레이에 분배되는 저전압 3-상 AC 전력은 외부 또는 내부에 위치될 수 있는 주 변압기에 링크되고;
(ii) 상기 저전압 3-상 AC 전력은 전도성 중공 버스바들에 의해 분배되고, 바람직하게는 상기 저전압 3-상 AC 전력은 전도성 중공 관형 또는 실질적으로 관형 버스바들에 의해 분배되고;
(iii) 상기 어레이 내의 각 LED 조명체 또는 LED 조명체 그룹에 공급되는 상기 저전압 3-상 AC는 각각의 LED 조명체 또는 LED 조명체 그룹과 관련된 3-상 AC/DC 정류기에서 저전압 DC로 변환되고;
(iv) 상기 시스템은 상기 LED 어레이 전체 또는 상기 어레이 내의 개별 LED 조명체 또는 LED 조명체 그룹들의 출력을 자동으로 제어하는 수단을 포함하고; 및 선택적으로
(v) 상기 버스바들은 상기 시스템 내의 하나 이상의 비-LED/비-조명 장치들에 전력을 공급하도록 적응된다.
또 다른 양태에 따르면, 본 전력 및 조명 시스템은 상기 어레이가 3-상 AC 초 저전압 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응된 바로 앞서 한정된 시스템을 제공한다.
본 명세서에 한정된 가정용 응용들은, 주택 및 주택과 관련된 별채(outbuilding), 예를 들어, 광(shed), 차고, 헛간, 정원 룸 및 가정용 온실 등을 포함하는 가정용 건물들이다.
본 명세서에 한정된 상업용 응용들은, 산업용 건물; 쇼핑몰 또는 쇼핑몰 같은 환경에서 단일 소매점 및 다수의 소매점을 포함하는 상업용 건물; 제조 설비(facility), 공장, 창고(warehouse), 저장 설비 등; 하기에 상세히 설명된 바와 같이 온실 등을 포함하는 살아 있는 유기체를 재배하는 것을 촉진하도록 적응되거나 촉진하는데 적합한 구내(premises); 주로 데스크 기반 작업을 위한 사무실/공간을 포함한 건물; 자재 취급 및/또는 보관에 적합한 건물 및/또는 창고; 제품을 준비하기에 적합한 공장 또는 제조 건물; 연구 설비; 병원; 공항 터미널 건물; 등에 전력 및 조명을 제공하기 위해 시스템을 사용하는 것을 포함한다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 전력 및/또는 조명 효율이 바람직한 임의의 건물은 특정 건물의 요구조건에 따라 전체적으로 또는 부분적으로 본 시스템과 함께 사용되도록 적응될 수 있다. 의문의 여지를 피하기 위해, 상업용이라는 용어가 본 전력 및 조명 시스템을 적용하는 것과 관련하여 본 명세서에 사용된 경우, 이것은 산업용 응용을 포함한다.
본 명세서에 한정된 산업용 응용들은 규모를 갖는 응용들이다. 임의의 특정 전기적 응용과 관련하여 본 명세서에 한정된 규모는 100 암페어(amp)를 초과하는 전기 에너지의 입력 레벨을 요구하는 응용이다.
추가적인 상업용/산업용 응용들은 가로등; 투광 조명; 공원 및 공공 장소에서의 조명; 주차장 조명을 포함한다.
본 명세서에 한정된 원격 위치는, 건물의 내부에 있지만, 예를 들어, 공장 룸 등과 같은 조명 시스템에 대하여 원격 위치에 있는 위치를 의미한다.
본 명세서에 개시된 시스템의 예시적인 응용들은 원예업, 농업 및 양식업(aquaculture)을 포함하는 재배와 관련된 응용들이며, 예를 들어, 가축 사육을 포함하여 동물이 사육되는 환경에서 전력 및 조명을 제공하는 것과 관련된 응용들, 역동적이고 반응성인 LED 조명을 요구하는 대규모 환경에서 전력 및 조명 시스템들을 전개하는 것과 관련된 응용들, 및 LED 조명 및 전력이 사람에 매우 근접해 있는 응용들이다.
따라서, 또 다른 양태에 따르면,
(i) 원예, 농업 및 양식업을 포함하는 재배와 관련된 응용들;
(ii) 가축 사육을 포함하여 동물이 사육되는 환경에서 전력 및 조명을 제공하는 것과 관련된 응용들;
(iii) 역동적이고 반응성인 LED 조명을 요구하는 대규모 환경에서 전력 및 조명 시스템을 전개하는 것과 관련된 응용들; 및
(iv) LED 조명 및 전력이 사람에 매우 근접해 있는 응용들
로부터 독립적으로 선택된 응용들에서, 제어 가능한 전력 및 조명을 제공하는 방법 또는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 사용하는 방법으로서,
상기 제공하는 방법 또는 사용하는 방법은 하나 이상의 전력 소비 장치들을 포함하는 전력 및 조명 시스템을 포함하고, 상기 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 LED-포함 조명 장치이며, 상기 LED-포함 조명 장치는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 상기 시스템에 공급되는 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명을 제공하는 방법 또는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 사용하는 방법이 제공된다.
추가적인 양태들에 따르면, 상기 제공하는 방법 또는 사용하는 방법에서, 제어 가능한 전력 및 조명을 제공하기 위해 각각의 LED-포함 조명 장치에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 스텝다운 장치에 의해 또는 주 AC 스텝다운 변압기에 의해 감소되고, 및/또는 상기 시스템에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 50V AC RMS 이하이고, 및/또는 상기 시스템에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 전도성 버스바들에 의해 분배되거나 및/또는 상기 시스템은 각 장치를 자동으로 제어하는 수단을 포함하고, 및/또는 전력선 통신은 각 장치에 명령을 보내는 데 사용된다.
본 시스템들은 재배 물질, 식물, 배양물(culture), 영양물(nutrient) 등에 매우 근접하여 사용될 뿐만 아니라 사람에 매우 근접하여 사용되고 또한 동물에 매우 근접하여 사용될 수 있기 때문에 본 시스템은 원예, 농업 및 양식장 재배 환경을 포함하는 재배와 관련된 응용에서 및 동물이 사육되는 환경과 관련된 응용에서 사용하기에 특히 유리하다. 상기 시스템들은 재배 물질, 사람 또는 동물에 매우 근접하여 위치될 수 있다는 것을 의미하는 상기 시스템들의 특징은, 상기 시스템이 저전압 3-상 AC 전력, 특히 초 저전압(<= 50V AC RMS) AC 전력을 이용할 수 있지만, 또한 본 시스템들에서는 상기 LED 조명이 재배 물질 또는 동물이 사육되는 환경에 매우 적절히 근접하여 최적의 균일성을 달성하도록 이격될 수 있을 뿐만 아니라, 재배 물질, 동물 또는 사람에 매우 근접하여 매우 낮은 레벨의 왜곡된 광(전기적 고조파 또는 다른 것을 통해 원치 않는 왜곡)을 처음으로 제공할 수 있다는 것이다.
본 시스템들은, 조명을 조절하는 모든 조건 및 조합들 하에서 균형 잡힌 3-상 전력 공급원으로 인해 역동적이고 반응성인 LED 조명을 요구하는 대규모 환경에서 전력 및 조명 시스템을 전개하는 것과 관련된 응용들에, 및 쇼핑 센터, 슈퍼마켓, 병원을 포함하는 대규모 설비 등과 같은 소매 응용들을 포함하는 응용들에 사용하기에 특히 유리하다. 본 시스템들이 이러한 대규모 환경에 유리하게 전개될 수 있다는 것을 의미하는 본 시스템들의 특징은 역률이 1.0에 가깝고 고조파 생성이 최소라는 것이다.
본 시스템들은 사용자의 안전을 보장하고 건강 및 안전 전기 표준을 준수하지만 IP 등급을 요구하지 않기 때문에 LED 조명 및 전력이 사람에 매우 근접해 있는 응용들에 사용하기에 특히 유리하다. 상기 시스템이 사람에 매우 근접하여 유리하게 전개될 수 있다는 것을 의미하는 상기 시스템의 특징은 상기 시스템이 저전압 3-상 AC 전력, 특히 초 저전력(<= 50V AC RMS) AC 전력을 이용할 수 있기 때문이다.
의문의 여지를 피하기 위해 "로컬"이라는 용어가 이후 사용된 경우, 이 용어는 본 명세서에서 달리 제시되지 않는 한, 가까이, ~에 가까이, 근처에, 옆에, 매우 근접하여, 함께 위치된 것을 나타내는 통상적인 의미를 갖는다. 로컬이라는 용어는 로컬 PC, 하나 이상의 로컬 센서들, 로컬/리피터 무선 기술, 로컬 SMPS, 로컬 개별 제어기, 로컬 Wi-Fi(RTM) 생성, 및 로컬 마이크로제어기들의 상대적 위치와 관련하여 본 명세서에 사용된 경우 이러한 통상적인 의미가 적용될 수 있다.
일부 상황들에서, 예를 들어 본 명세서에서 로컬 변환으로도 지칭되는 로컬 정류(local rectification)를 수행하는 수단과 관련하여 "로컬"이라는 용어가 본 명세서에 사용된 경우, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 정류 부품들은 일반적으로는 LED-포함 조명 장치의 인클로저 내에 수용되고, 이에 의해 장치에 로컬하게 된다.
본 명세서에서 로컬 변환 및 최종 전압 보정이라고도 지칭되는 로컬 정류 및 전압 보정을 수행하는 수단, 즉 로컬 정류 및 로컬 전압 제어 수단과 관련하여 로컬이라는 용어가 본 명세서에 사용된 경우, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 정류 및 전압 보정/제어 장치 부품은 일반적으로 LED-포함 조명 장치의 인클로저 내에 수용되고, 이에 의해 장치에 로컬하게 된다.
본 명세서에서 정류 또는 정류 및 보정 수단과 관련하여, 정류 또는 정류 및 보정을 수행하는 부품들이 장치 내에 수용되지 않는 경우, 로컬이라는 용어는 가까이에, 이에 가까이에, 근처에, 옆에, 매우 근접하여, 이와 함께 위치된 것을 나타내는 통상적인 의미를 갖고, 전력 소비 장치로부터 1m 이하로 떨어져 있는 것을 더 의미할 수 있다.
이하에서 설명된 바와 같이, 로컬 LED-등록 칩은 일반적으로 하나 이상의 일반적으로 LED 그룹들과 관련되며, 이에 의해 하나 이상의 LED들과 함께 위치되고, 이에 로컬하게 된다.
다른 경우들에, 예를 들어, 반전(inversion) 수단과 관련하여 "로컬"이라는 용어가 본 명세서에서 사용된 경우, 인버터 부품은 LED-포함 조명 장치의 인클로저에 수용될 수 있거나, 또는 장치와 함께 위치되고 이에 의해 하나 이상의 LED들에 로컬하게 될 수 있다. 일반적으로 로컬 반전 수단은 조명 장치로부터 1m 내에 위치된다.
본 명세서에 한정된 바와 같이, 스텝다운 변압기와 같은 스텝다운 장치로부터, 버스바들을 통해, 예를 들어, LED-포함 조명 어레이 및 선택적으로 하나 이상의 비-LED/비-조명 장치들과 같은 하나 이상의 전력 소비 장치들로 분배되는 전력과 관련하여, 초 저전압이라는 용어는 50 볼트(v) AC 이하의 AC 전압(<=50 AC), 특히 0v 내지 50v, 또는 12v 내지 50v, 또는 24v 내지 50v 범위의 전압을 의미한다. 일부 로컬 규정들은 <50v를 초 저전압으로 분류한다. 예를 들어, 영국에서는 BS 7671:2008 개정 3의 영국 배선 규정(UK Wiring Regulation) 제17판 36 페이지에서 초 저전압은 50v AC를 초과하지 않는 전압, 즉 <= 50v AC이다.
본 명세서에서 사용된 전기 공급원과 관련하여 단상 및 3-상이라는 용어는 다음과 같이 정의된다: 단상 전기 공급원은 정현파 교류(AC) 흐름이고; 및 3-상 전기 공급원은 3개의 사인파, 교류(AC) 흐름이고, 여기서 각 사인파는 다른 두 개의 다른 사인파들과 120 도만큼 위상이 어긋난다.
본 명세서에서 3-상 AC 전기 공급원을 갖는 시스템과 관련하여 별(star)형이라는 용어는 3개의 라인 (양의) 버스바들 및 하나의 중성 버스바를 포함하는 시스템을 의미한다. 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 복잡한 버스바 조립체들에서는 3개의 라인 (양의) 버스바들 및 하나의 중성 버스바를 각각 갖는 일련의 1차 버스바 구획들이 있을 수 있다.
본 명세서에서 3-상 AC 전기 공급원을 갖는 시스템과 관련하여 델타(delta)형이라는 용어는 3개의 라인 (양의) 버스바들을 포함하고 중성 버스바를 포함하지 않는 시스템을 의미한다. 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 복잡한 버스바 조립체들에서는 3개의 라인 (양의) 버스바들을 각각 갖는 일련의 1차 버스바 구획들이 있을 수 있다.
의문의 여지를 피하기 위해, 버스바들과 관련하여 본 명세서에서 사용되는 라인 전도체라는 용어는 양의 버스바를 의미한다. "양(positive)"이라는 용어는 전세계적으로 일반적으로 사용되지만, 영국에서는 영국 배선 규정에서 라인 전도체라는 용어를 사용할 것을 권장하고 있다. 영국 배선 규정 제17판 BS 7671:2008 개정 3의 30 페이지에서 확인된 라인 전도체와 동일한 의미를 갖는 다른 용어들은 보호 전도체 및/또는 PEN 전도체이다. 그리하여, 본 명세서에서 사용된 라인 전도체 및/또는 라인 버스바라는 용어는 양의 전도체 또는 양의 버스바, 보호 전도체 또는 보호 버스바, 또는 라인 버스바와 중성 버스바 둘 다를 포함하는 본 발명에 따른 시스템에서는, 보호 접지-중성(protective earth-neutral: PEN) 전도체 또는 PEN 버스바를 의미한다.
이하에서는, 특히 하나 이상의 전도성 버스바들의 버스바 조립체를 사용하는 것을 포함하고, 보다 특히, 전력 분배를 위해 하나 이상의 전도성 관형 또는 실질적으로 관형 버스바들의 버스바 조립체를 사용하는 것을 포함하는 가정용 및/또는 상업용/산업용으로 이용하기 위한 본 시스템, 특히 제어 가능한 전력 및 조명 시스템의 특징들이 설명되고, 여기서 상기 조명 시스템에 공급되는 전력은 하나 이상의 전압 스텝다운 장치들을 통해, 특히 하나 이상의 스텝다운 변압기들을 통해 제공되는, 3-상 AC 전력, 특히 저전압 3-상 AC 전력, 보다 특히 초 저전압 3-상 AC 전력이고, 상기 전력 및 조명 시스템은 통신 게이트웨이를 통해 전달하기 위해 전력선 기술을 이용하는 하나 이상의 DC 전력 조명 장치들, 특히 하나 이상의 LED 조명체, 및 선택적으로 하나 이상의 비-LED/비-조명 장치들을 포함한다.
3-상 AC/DC 정류를 수행하는 임의의 적절한 수단은 본 발명의 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 이용될 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 예시적인 AC/DC 정류 수단은 다이오드 브리지 정류기 및 능동 동기 정류기이다. 선택된 AC 입력 및 원하는 DC 출력에 적합한 정류기를 선택하는 것은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자의 지식 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 따라서, 다이오드 브리지 정류 또는 능동 동기 정류를 통해 AC/DC 정류가 제공되는, 본 명세서에 한정된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공된다.
본 명세서에 한정된 각 연결된 부하는, 상기 3-상 AC 전력을 3-상 AC/DC 정류하는 것을 통해 제공되는 정류된 DC 전력에 의해 전력이 제공되고 특히 이후에 상세히 설명된 버스바(들)를 통해 분배되도록 적응된, 각 전력 소비 LED-포함 조명 장치, LED-포함 조명 장치 그룹, 또는 LED-포함 장치 또는 비-조명 장치를 포함하는 어레이를 의미한다. 의문의 여지를 피하기 위해, 상기 조명이 하나 이상의 LED 어레이들을 포함하는 시스템에서는 로컬 정류 수단을 갖는 각각의 LED 스트립은 개별 연결된 부하를 포함할 것이다.
본 발명에 따른 제어 가능한 전력 및 조명 시스템의 특정 양태에 따라 이후에 상세히 설명된 바와 같이, 상기 3-상 AC 전력은 버스바들을 통해 조명 시스템에 공급된다. 의문의 여지를 피하기 위해 그리고 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 적절한 경우, 예를 들어, 특정 시스템의 요구조건에 따라 예를 들어 배선, 특히 구리선과 같이 AC 측에서 전력을 분배하기 위한 대안적인 수단이 선택적으로 이용될 수 있다.
따라서 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 LED 조명은 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들 또는 하나 이상의 LED-조명 장치 그룹, 또는 LED 조명체를 포함하는 LED 어레이를 포함하고, 상기 장치들 또는 조명체는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 제공되도록 적응되고,
(i) 상기 LED-조명 전체에 분배되는 3-상 AC 전력은 AC 주 변압기에 링크된 저전압 또는 초 저전압 3-상 AC 전력이고;
(ii) 상기 3-상 AC 전력은 전도성 버스바들에 의해 분배되고;
(ⅲ) 각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 각 연결된 부하에 공급되는 전력은 3-상 AC/DC 정류하는 것을 통해, 특히 각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹과 관련된 AC/DC 정류기를 통해 저전압 또는 초 저전압 DC로 변환되고; 및
(iv) 상기 시스템은 상기 조명 전체 또는 상기 시스템 내 개별 조명 장치들 또는 조명 장치 그룹들의 출력을 자동으로 제어하는 수단을 포함하고; 및 선택적으로
(v) 상기 버스바들은 상기 시스템 내 하나 이상의 선택적인 비-조명/비-LED-포함 장치들에 전력을 공급하도록 적응된, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 본 명세서에 추가적으로 제공된다.
본 명세서에 상세히 설명된 바와 같이 3-상 전력은 앞서 설명된 예를 들어, LED들, 조명 기구들, LED 기구들, 모듈식 기구들 등과 같은 상기 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들에 제공되기 전에 본 시스템에 의해 변화된다. 3-상 전기는 적절한 버스바 시스템을 통해 상기 하나 이상의 LED-포함 조명 장치로 분배된다. 각각의 LED-포함 조명 장치는 상기 LED 고정구에 전력을 공급하기 전에 LED별 등록 칩 및 AC를 DC로 로컬 정류하는 수단을 포함한다. 본 시스템에서, 초기 전력 신호, 즉 스텝다운된 3-상 AC 전기 공급원은 3개의 사인파를 갖고, 각 사인파는 다른 2개의 다른 사인파와 120 도 만큼 위상이 어긋난다. 이 초기 3-상 스텝다운된 AC 전력 신호는 적절한 로컬 정류 수단에 의해 정류되어 정류된 출력 DC 전압이 제공되고, 이 정류된 출력 DC 전압은 본 시스템들 내 상기 LED-포함 조명 장치들에 걸쳐 일관된 전력 레벨들을 제공하는 데 사용된다. 상기 로컬 정류 수단의 위치는 상기 조명 부품들 또는 고정구들 내 LED들에 매우 가깝고, 상기 조명 시스템에 걸쳐 전력 공급원은 DC 전력이다. 이러한 로컬 정류를 제공하는 적절한 수단은 하나 이상의 LED 드라이버들이다. 데이터를 송신하는 수단(전력선)은 AC에서만 작동하기 때문에 조명에 명령 신호들을 보내는 추가적인 배선 또는 대안적인 수단의 필요성을 없애기 위해서는 AC는 상기 시스템 내 조명에 가까이 위치되어야 한다. 로컬 정류를 구현하는 예시적인 시스템은 도 7에 도시되어 있다.
앞서 상세히 설명된 바와 같이, 본 출원인은 3-상 AC/DC 정류를 위한 로컬 정류 수단을 사용하는 것이 유리하다는 것을 발견하였다. 따라서, 하나 이상의 전력 소비 장치들을 포함하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 본 명세서에 개시되고, 여기서 상기 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 LED-포함 조명 장치이며, 상기 LED-포함 조명 장치는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 상기 시스템에 공급되는 3-상 AC 전력은 로컬 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환된다. 이러한 시스템들에서, 상기 로컬 정류 수단/정류 부품들은 상기 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들의 인클로저 내에 수용되어 상기 장치에 로컬하게 되거나 또는 상기 하나 이상의 LED-포함 조명 장치와 함께 위치되고, 특정 양태에서 상기 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들의 인클로저 내에 수용되거나, 또는 상기 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들로부터 1m 이내의 거리에 있다.
따라서, 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 LED 조명은 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들 또는 하나 이상의 LED 조명 장치 그룹, 또는 LED 조명체를 포함하는 LED 어레이를 포함하고, 상기 장치들 또는 조명체는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고,
(i) 상기 LED 조명 전체에 분배되는 상기 3-상 AC 전력은 AC 주 변압기에 링크된 저전압 또는 초 저전압 3-상 AC 전력이고;
(ii) 상기 3-상 AC 전력은 전도성 버스바들에 의해 분배되고;
(iii) 각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 각 연결된 부하에 공급되는 전력을 로컬 3-상 AC/DC 정류하는 것을 통해, 특히 각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹과 관련된 로컬 AC/DC 정류기를 통해 저전압 또는 초 저전압 DC로 변환되고; 및
(iv) 상기 시스템은 상기 조명 전체 또는 상기 시스템 내 개별 조명 장치들 또는 조명 장치 그룹들의 출력을 자동으로 제어하는 수단을 포함하고; 선택적으로 상기 버스바들은 상기 시스템 내의 하나 이상의 선택적인 비-조명/비-LED-포함 장치들에 전력을 공급하도록 적응되고,
상기 로컬 3-상 AC/DC 정류 수단은 상기 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들 또는 LED 조명체의 인클로저 내에 수용되거나, 또는 상기 로컬 3-상 AC/DC 정류 수단은 상기 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들 또는 하나 이상의 LED-조명 장치 그룹, 또는 LED 조명체를 포함하는 LED 어레이에 가까이 위치되고, 바람직하게는 장치, 장치 그룹 또는 어레이로부터 1m 이내에 있는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 추가적으로 제공된다. 본 명세서에서는 추가적으로, 로컬 3-상 AC/DC 정류 수단이 상기 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들의 인클로저 내에 수용되어 있는, 개선된 안전성을 갖는 전력 및 조명 시스템이 개시된다.
일반적인 용어로, 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용하기에 적합한 3-상 LED 드라이버가 작동하는 방식은 다음과 같다: 특정 시스템의 요구조건에 따라 일반적으로 220v 내지 415v의 입력 3-상 AC 전력 공급은 스텝다운 전압 장치 또는 변압기에 공급되고; 더 낮은 출력 AC 전압은 상기 변압기 또는 스텝다운 전압 장치를 빠져 나와 적합한 3-상 AC/DC 정류기로 공급되고, 상기 3-상 AC/DC 정류기는 정류된 DC 전압을 출력하고; 이 단계에서 정류기를 빠져 나가는 DC 전류 내의 전압 리플이 여전히 관찰될 수 있고; 이제-정류된 DC 전압은 하나 이상의 LED 드라이버 칩들, 마이크로제어기, 및 통신 기능을 제공하는 수단을 포함하는 적절한 LED 드라이버 스택에 공급되고; 상기 LED 드라이버 스택으로부터의 출력은, 선형이거나 또는 펄스 폭 변조될 수 있는 안정된 DC 전류이다. 예를 들어 LED 고정구들의 어레이와 같이 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들을 구동하는 것은 이 안정된 DC 전류이다.
예를 들어, 3-상 + 중성 공급원을 갖는 대형 설치에서 앞서 논의된 바와 같이, 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용되는 3-상 LED 드라이버 시스템을 완벽히 균형 잡힌 상태로 스케일업하기 위해, 조명 시스템 내의 모든 전력 부하들, 즉 LED 조명 고정구들과 같은 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들은 별형 배열이 이용되고 있는지 또는 델타형 배열이 이용되고 있는지에 따라 3-상 전력선 및 선택적으로 중성선과 공통으로 전기적으로 통신한다. 3-상 LED 드라이버 시스템을 이용하는 것은 도 13에 도시되어 있고, 도 13은, 본 3-상 LED 드라이버 시스템을 사용하는 것에 의해, 조명이 어두워질(dimmed) 때 모든 3 상 전력이 모든 어두워짐의 조합에 걸쳐 100% 균형 맞춘 상태로 유지하는 것을 추가적으로 도시한다. 이것은 대형 설치에 요구된다.
본 출원인은 본 명세서에서 상세히 설명된 중공 버스바들을 사용하면, 특히 관형 또는 실질적으로 관형 중공 알루미늄 버스바들을 사용하면, 고전류를 이용하는 시스템에서 동일한 전류 레벨에서 종래의 시스템에 필요할 수 있었던 것보다 더 적은 수의 변압기들이 요구된다는 추가적인 장점을 제공한다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 본 출원인은, 1차 버스바들, 2차 버스바들, 및/또는 3차 버스바들로서 관형 알루미늄 버스바들의 총 버스바 길이가 50m인 경우 본 시스템은, 600m2당 하나의 변압기 내지 1250m2당 하나의 변압기에 해당하는 경우 50m x 50m의 건물에서는 2개, 3개 또는 4개의 변압기들로 기능할 수 있다는 것을 발견하였다.
룩스(lx)는 조도(illuminance) 또는 휘도(illumination)라고도 알려진 광 레벨 세기의 SI 측정 단위이며, 룩스 계량기(lux meter)를 사용하여 측정 가능하다. 단일 룩스는 하나의 촛불로부터 1 미터 떨어진 표면에서의 휘도와 같다. 1 룩스(Lx)는 1 평방미터의 면적에 걸쳐 분포된 1 루멘(lumen)에 해당한다. 광속(luminous flux)이라고도 하는 루멘은 LED와 같은 광원에 의해 생성된 총 광량(패킷 또는 양자)의 표준화된 측정 단위이다. 예를 들어, 1 평방미터의 면적에 집중된 1000 루멘은 이 평방미터를 1000 룩스의 조도로 조명하는 반면, 10 평방미터에 걸쳐 동일한 1000 루멘을 분포하면 단지 100 룩스의 조도만을 생성한다.
점포의 조명은 200 루멘/m2 내지 1,000 루멘/m2의 범위이고, 일반적으로 창고에 대해서는 약 200 루멘/m2 및 슈퍼마켓에 대해서는 1,000 루멘/m2이다. 창고 및 슈퍼마켓은 상대적으로 넓은 면적이어서, 슈퍼마켓에서 원하는 조도 레벨을 제공하려면 일반적으로 많은 수의 조명 부품들을 필요로 하고, 이와 함께 변압기 수가 증가하고 시스템의 초기 구현 비용과 진행 중의 전력 소비 비용이 모두 증가된다.
1,000 루멘/m2의 룩스를 생성하기 위해 본 시스템들에서 200 루멘/와트를 제공할 수 있는 LED들을 이용하면 5 와트/m2 내지 6 와트/m2와 같을 것이고, 6 Kw 내지 8 Kw의 변압기들을 사용할 것을 요구할 것이다. 본 출원인은 50v AC 이하의 3-상 전압을 사용하는 본 시스템은 6 Kw 내지 8 Kw 및 위상 당 50 암페어 내지 100 암페어의 전류 레벨의 변압기들을 사용하여 1,000 루멘/m2의 룩스를 전달할 수 있다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 추가적으로, 하나 이상의 전력 소비 장치들을 포함하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 LED-포함 조명 장치이며, 상기 LED-포함 조명 장치는 50v AC 이하의 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 상기 시스템에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되고, 상기 전력은 관형 또는 실질적으로 관형인 버스바들에 의해 분배되고, 전압은 스텝다운 장치, 특히 6 Kw 내지 8 Kw의 변압기를 사용하여 감소되는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
이것은 본 시스템이 높은 룩스(루멘/m2)를 요구하는, 예를 들어 슈퍼마켓 등과 같은 대형 설치에 사용하기에 이상적으로 적합하다는 것을 의미한다.
버스바들
본 시스템에 사용하기 위한 버스바 배열은 서로 함께 이어지는 3개의 양의/라인 버스바들 및 선택적인 중성 버스바(별형 또는 델타형 형태)를 사용한다. 본 시스템은, 서로 병렬로 이어지고, 서로 병렬이지 않고, 또는 버스바들이 동심으로 배열된 라인 및 중성 버스바들의 배열을 사용할 수 있다. 예시적인 병렬 양의 및 중성 버스바 배열의 일부는 도면들에 도시되고 이하에서 논의된다. 하나의 배열에서 LED 조명 어레이들을 포함하는 특정 조명 장치들과 관련하여 이후에 상세히 설명된 바와 같이, 버스바들로부터 각각의 LED-포함 T-형상의 스트립과 관련된 로컬 정류기들로 +/- 전기 연결들은 임의의 적절한 수단에 의해, 특히 클립에 의해 버스바(들)로부터 각 스트립으로 수행된다. 의문의 여지를 피하기 위해, 특정 T-형상의 LED-포함 스트립 배열은 본 명세서에 설명되지만, 본 명세서에 또한 상세히 설명된 종래의 상업용으로 이용 가능한 LED-포함 스트립들을 포함하는, 임의의 적합한 스트립 형상이 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용될 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 앞서 상세히 설명된 전력 및 조명 시스템으로서, 내부 또는 외부에 위치될 수 있는 전압 스텝다운 장치, 보다 특히 변압기로부터 버스바 조립체로 공급되는 3-상 AC 전기 공급원, 특히 저전압 3-상 AC 전기 공급원, 보다 특히 초 저전압 3-상 AC 전기 공급원은 별형 또는 델타형 형태로 제공되는, 상기 전력 및 조명 시스템이 본 명세서에 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 앞서 상세히 설명된 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 3-상 AC 전기 공급원, 특히 저전압 3-상 AC 전기 공급원, 보다 특히 초 저전압 3-상 AC 전기 공급원은 상기 전압 스텝다운 장치로부터, 보다 특히 상기 변압기로부터, 별형 형태를 통해 3개의 라인 버스바들 및 하나의 중성 버스바를 포함하는 1차 버스바 조립체로 제공되거나, 또는 델타형 형태를 통해 3개의 라인 버스바들을 포함하는 1차 버스바 조립체로 제공되는, 상기 전력 및 조명 시스템이 본 명세서에 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 산업용 응용과 같은 대규모 상업용 응용에, 특히 대규모 실내 농업에, 본 명세서에 상세히 설명된 전력 및 조명 시스템을 사용하는 방법으로서, 상기 3-상 AC 전기 공급원, 특히 저전압 3-상 AC 전기 공급원, 보다 특히 초 저전압 3-상 AC 전기 공급원은 상기 전압 스텝다운 장치, 보다 특히 변압기로부터, 델타형 형태를 통해 3개의 라인 버스바들을 포함하는 1차 버스바 조립체에 제공되고, 상기 시스템으로 입력되는 전기 에너지의 레벨은 100 암페어를 초과하는, 상기 전력 및 조명 시스템을 사용하는 방법이 제공된다.
본 상업용으로 이용 가능한 조명 시스템들에 비해 버스바 배열의 장점들은, 변압기들과 같은 전압 스텝다운 장치들을 사용하면, 로컬 정류/로컬 전압 보정과 AC 전압 감소를 조합할 수 있어서 사용 가능한 전력 및 조명 시스템, 특히 사용 가능한 저전압 전력 및 조명 시스템, 보다 특히 사용 가능한 초 저전압 전력 및 조명 시스템을 제공할 수 있고; 90% 내지 94%의 효율; 자기 조절 시스템을 제어하는 수단; 자동 전압 보정을 제공하고; 전력선 기술을 사용하여 100,000개를 초과하는 조명 장치, 특히 100,000개를 초과하는 LED들을 포함하는 어레이들을 제어하는 능력; 일반적으로 DC 측의 LED-포함 장치들로 최종 배선만이 요구되거나 구리선을 통해 제공되는 보다 효율적인 배선 시스템; "플러그앤플레이" LED 어레이를 제공하고; 어레이(들) 내의 기능들을 관리하고 원격 제어하는 것의 일부로서 시스템 내의 로컬 센서들에 무선 링크(들)를 사용하고; 및 장거리에 걸쳐 저전압 또는 초 저전압 AC로 큰 전류들을 운반하는 능력을 제공하는 것을 포함한다. 앞서 상세히 설명된 바와 같이, 3-상 정류와 관련하여 3-상 AC 전력 공급원, 특히 저전압 3-상 AC 전력 공급원, 보다 특히 초 저전압 3-상 AC 전력 공급원을 사용하면 단상 기반 시스템에 비해 시스템의 전체 운영 비용 및 효율 면과 관련된 장점들과 함께 더 작은 커패시터들을 사용할 수 있다.
본 시스템을 사용하는 응용들에서, 전력은 초기에 전압 스텝다운 장치, 보다 구체적으로 변압기로부터 하나 이상의 주 버스바들을 포함하는 주 버스바 시스템으로 제공되고, 이후에 하나 이상의 2차 버스바들로 제공되고, 선택적으로 하나 이상의 3차 버스바들로 제공된다. 의문의 여지를 피하기 위해, 그리고 앞서 설명된 바와 같이, 본 명세서에서 이용된 버스바들은, 서로 병렬로 이어지고, 서로 병렬이지 않고, 또는 버스바들이 동심원으로 배열되는 라인 버스바들과 중성 버스바의 배열을 사용할 수 있다. 본 출원인은, 효율적인 시스템 설계를 위해, 서로 병렬로 이어지는 라인 버스바들 및 선택적인 중성 버스바를 사용하는 버스바 조립체들이 특히 유용하다는 것을 발견하였다. 이러한 특징은 도면들에 도시되고 이하에서 논의된다.
이러한 시스템에서, 하나 이상의 주 버스바들을 포함하는 주 버스바 시스템은, 서로 병렬로 이어지는 하나 이상의 양의/라인 버스바들 및 선택적인 중성 버스바를 의미하고, 여기서 상기 버스바들이 서로 연결되거나 또는 예를 들어 2차 버스바들에 결합되거나, 또는 하나의 버스바 또는 다른 버스바가 상업용/산업용 또는 가정용 위치에 적절히 위치되도록 형성되거나 굴곡된 경우, 상기 버스바들은 이러한 결합, 굴곡 또는 다른 형상으로 형성된 구획들에서 서로 비-병렬일 수 있다.
따라서, 본 발명은, 앞서 한정된 상업용/산업용 및/또는 가정용 응용들을 위한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 전력은 하나 이상의 주 버스바들을 포함하는 주 버스바 시스템을 포함하는 전도성 버스바 조립체를 통해 이후 하나 이상의 2차 버스바들로 연결되고 선택적으로 하나 이상의 3차 버스바들로 연결되는, 상기 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
임의의 적합한 전도성 재료, 특히 알루미늄, 구리 또는 황동과 같은 특정 금속들 또는 이들의 혼합물로 제조된 버스바들, 부스 바들(buss bar) 또는 부스바들(buussbar)이라고도 알려진 임의의 적합한 전도성 버스바들이 본 버스바 조립체에 사용될 수 있다. 본 명세서에서 상업용/산업용 및/또는 가정용 시스템들에 사용하기 위한 버스바들은, 중공 버스바들; 관형 또는 실질적으로 관형인 버스바들; 중공 금속 버스바들; 관형 또는 실질적으로 관형인 금속 버스바들; 알루미늄 관형 또는 실질적으로 관형인 버스바들; 알루미늄 중공 버스바들; 구리 관형 또는 실질적으로 관형인 버스바들; 구리 중공 버스바들; 금속으로 코팅된 중공 버스바들, 및 이들의 조합을 포함한다. 본 시스템들은 주 버스바, 2차 버스바, 및 3차 버스바 배열 각각에 상이한 버스바들을 사용하거나 또는 이들 배열 각각에 동일한 재료를 사용하거나 또는 특정 전력 및 조명 시스템의 요구조건에 따라 적절한 버스바 재료들의 임의의 다른 조합을 사용할 수 있다.
이하에서 논의되는 바와 같이, 본 출원인은 중공 전도성 버스바들을 사용하면 설계 유연성과 함께 바람직한 기계적 강도를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 표피 효과(skin effect) 이익들을 추가적으로 제공하는 데 유리하다는 것을 발견하였다. 따라서, 추가적인 양태에 따르면, 본 발명은 추가적으로 전도성 버스바들, 특히 중공 전도성 버스바들, 특히 관형 또는 실질적으로 관형 중공 버스바들, 보다 구체적으로 Al 또는 Cu 또는 이들의 혼합물로 만들어진 관형 또는 실질적으로 관형 중공 버스바들을 갖는, 본 명세서에 한정된 시스템을 포함한다. 의문의 여지를 피하기 위해, 이것은 주 버스바, 2차 버스바, 및 선택적으로 3차 버스바를 갖는 시스템들을 포함하며, 여기서 상기 주 버스바, 2차 버스바, 및 선택적으로 3차 버스바 조립체들 각각은 Al 또는 Cu 버스바들, 특히 관형 또는 실질적으로 관형 중공 Al 또는 Cu 버스바들을 독립적으로 포함한다.
본 출원인은 최적의 결과를 위해 중공 전도성 버스바들이 바람직하다는 것을 발견하였다. 원하는 바에 따라 관형, 정사각형 또는 대안적인 형상을 포함하는 중공 전도성 버스바들의 임의의 적합한 형상이 사용될 수 있지만, 본 출원인은 최적의 결과를 위해 관형 또는 실질적으로 관형 중공 버스바들이 바람직하다는 것을 발견하였다. 또한, 본 출원인은 관형 버스바들, 특히 알루미늄 관형 버스바들을 사용하는 것이 시스템 설계 유연성을 제공하는데, 예를 들어 대규모 재배 시스템에 사용하는데 특히 유익하다는 것을 발견하였다. 관형 버스바들은 내부가 중공이다. 일반적으로 관형 버스바들은 본질적으로 단면이 원형이며 내부가 중공이다. 본 출원인은 최적의 결과를 위해 원형 또는 본질적으로 원형 관형 또는 실질적으로 관형 버스바들이 바람직하다는 것을 발견하였지만, 타원형 또는 난형(oval) 단면들을 갖는 대안적인 관형 곡면 버스바들도 또한 본 시스템들에 이용될 수 있다. 임의의 벽 두께 및/또는 직경을 갖는 관형 또는 실질적으로 관형 버스바들이 본 발명에 사용하기에 적합하다. 관형이라는 용어가 이후 사용되는 경우, 이것은, 달리 제시되지 않는 한, 본 명세서에서 한정된 관형 및/또는 실질적으로 관형을 의미한다. 본 명세서에 한정된 관형 또는 실질적으로 관형 버스바의 외부 표면, 즉 벽은 중실(solid)일 수 있고, 또는 구멍들 또는 피트들(pit) 또는 만입부들(indent)을 포함할 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 하나 이상의 전력 소비 장치들을 포함하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 LED-포함 조명 장치이고, 상기 LED-포함 조명 장치는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 상기 시스템에 공급되는 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되고, 상기 전력은 중공 전도성 버스바들에 의해 분배되고, 상기 버스바들은 관형 또는 실질적으로 관형 버스바들이고, 상기 버스바들은 단면이 본질적으로 원형이고 내부가 중공인 관형 버스바들; 본질적으로 단면이 타원형이고 내부가 중공인 관형 버스바들; 본질적으로 단면이 난형이고 내부가 중공인 관형 버스바들; 및 전도성 금속으로 코팅된 비-전도성 재료로 제조된 중공 관형 또는 실질적으로 관형인 버스바들로부터 독립적으로 선택되는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 추가적으로 포함한다.
본 발명에 사용하기 위한 버스바들은 추가적으로 Al, Cu 또는 황동과 같은 전도성 금속으로 코팅된 비-전도성 재료로 제조된 중공 관형 또는 실질적으로 관형 버스바들을 포함하며, 특히 Al 또는 Cu는 전도성 중공 버스바들로서 본 발명에 사용하기에 또한 적합하다. 본 발명에서 금속으로 코팅된 버스바들에 사용하기에 적합한 절연체들로도 알려진 비-전도성 재료는 유리, 자기, 고무 또는 복합 중합체 절연체들을 포함한다. 시스템 유연성의 관점에서, 외부 금속층이 코팅된 내부 중공 코어로서 고무 또는 복합 중합체 절연체들을 사용하는 것은 금속으로 코팅된 버스바들을 사용하는 시스템들에서 바람직하다.
의문의 여지를 피하기 위해 그리고 이후에 상세히 설명된 바와 같이, 상기 시스템은 추가적으로 구리 배선을 포함할 수 있다. 예를 들어, 버스바 조립체는, 상기 시스템 내에서 3-상 AC 전력을, 처음에는 전압 스텝다운 수단으로 운반하고 이후 상기 정류 수단의 AC 측에 있는 버스바 조립체에 걸쳐 스텝다운된 3-상 AC 전력을 분배하기 위해 일련의 연결된 관형 또는 실질적으로 관형 전도성 알루미늄 버스바들을 포함할 수 있다. 앞서 상세히 설명된 바와 같이, 주 버스바들 또는 1차 버스바들은 가장 넓은 직경을 갖고, 2차 버스바들은 더 좁은 직경을 갖고, 시스템 규모 또는 파라미터들이 3차 관형 또는 실질적으로 관형인 전도성 알루미늄 버스바들을 요구하는 경우, 이 3차 관형 또는 실질적으로 관형인 버스바들은 여전히 더 좁은 직경을 가질 것이다. 상기 정류 수단의 DC 측에서, 상기 3-상 DC 전력이 임의의 적절한 수단을 통해 전력 소비 장치에 제공된다. 특히, 여기서 상기 LED-포함 조명 장치가 AC/DC 정류 수단에 직접 연결되고, 즉 이 조명 장치가 이 정류 수단에 볼트로 고정될 수 있고, 또는 상기 LED-포함 조명 장치가 AC/DC 정류 수단에 연결되고, 적절한 라인에 매달려 있다. 조명 장치가 매달려 있는 경우, 적절한 장치 배선을 통해, 특히 짧은 관형 라인을 통해, 보다 구체적으로 짧은 구리선을 통해 연결이 수행된다. 구리선의 길이가 짧은 것은 전압 강하와 관련된다. 본 출원인은 상기 구리선이 너무 길면 전압 강하가 너무 커서 상기 시스템 내의 상기 LED-포함 조명 장치가 적절히 기능하지 못할 수 있다는 것을 발견하였다. 상기 구리선의 길이는 임의의 특정 시스템 내 특정 조명 요구조건에 의존할 수 있다.
다양한 상이한 버스바 형상들이 본 명세서에서 논의된다.
의문의 여지를 피하기 위해, 적절한 버스바를 선택하는 것, 특히 (관형 또는 실질적으로 관형인 버스바의) 벽두께 및/또는 버스바의 직경을 선택하는 것은, 요구되는 경우, 조명 장치들, 특히 LED 어레이(들)에 필요한 지지 레벨을 제공하는 관점으로부터, 또는 버스바 시스템에 제공되고 버스바 시스템에 의해 분배되는 특정 전력 부하의 미터당 최적의 비용을 제공하기 위해, 사용되는 상업용/산업용 및/또는 가정용 전력 및 조명 시스템의 특정 부분의 요구조건에 의존할 것이다.
그리하여 본 발명에 사용하기 위한 Al 및/또는 Cu 버스바들을 포함하는 금속 버스바들은 각각의 전력 부하(전류)에 대해 미터당 최적의 비용을 달성하기 위해 큰 직경 및 작은 벽 두께를 갖거나 또는 작은 직경 및 더 큰 벽 두께를 갖도록 설계될 수 있다. 버스바 조립체에 사용하거나 또는 버스바 조립체의 임의의 부분에 사용하기 위한 Al 및/또는 Cu 버스바들을 선택하는 것은 특정 시스템의 요구조건에 의존할 수 있지만, Cu는 특히 효율적인 전도체이고, Al은 더 가볍고, 보다 비용 효과적일 수 있어서, 더 많은 설계 유연성을 제공할 수 있다.
임의의 특정 이론에 구애되기를 원함이 없이, 큰 직경들 및 작은 벽 두께들을 갖는 본 발명의 버스바 조립체들에 사용하기 위한 금속 버스바들, 특히 Al 및/또는 Cu 버스바들, 특히 관형 또는 실질적으로 관형의 Al 및/또는 Cu 버스바들을 교류 전류(AC)에 사용하는 것이 작은 직경들 및 더 큰 벽 두께들의 버스바들에서 발견되는 것에 비해 바람직한 표피 효과 특성을 제공할 수 있기 때문에 이러한 버스바들을 본 발명에 사용하는 것이 바람직한 것으로 본 명세서에서 제안된다. 3-상 AC 전력, 특히 저전압 3-상 AC 전력, 보다 특히 초 저전압 3-상 AC 전력을 분배하는데 바람직한 버스바들을 사용하면, 더 큰 벽 두께들 및 더 작은 직경들을 갖는 버스바들에 의해 제공될 수 있는 것보다 버스바의 외부 표면과 버스바의 표피 깊이 사이에 더 높은 전류 밀도가 달성될 수 있는 것이 제안된다. 임의의 적합한 직경 및 폭을 갖는 상업용으로 이용 가능한 관형 버스바들이 사용될 수 있다. 본 발명의 전력 및 조명 시스템에서 주 버스바 또는 1차 버스바들로서 사용하기 위한 예시적인 버스바들은 관형 알루미늄 버스바들이다. 본 발명에 사용하기에 적합한 알루미늄 버스바들은 10 mm 내지 최대 250 mm, 보다 특히 10 mm 내지 최대 200 mm, 특히 10 mm 내지 100 mm, 또는 10 mm 내지 50 mm, 또는 10 mm 내지 25 mm, 또는 10 mm 내지 15 mm의 외부 직경 범위에서 알코멧(Alcomet)사로부터 이용 가능한 관형 알루미늄 버스바들을 포함하는 상업용으로 이용 가능한 중공 관형 알루미늄 버스바들이다. 본 발명에 사용하기에 특히 적합한 예시적인 버스바들은 1.6 mm의 벽 두께에 15 mm의 직경을 갖는 알루미늄 버스바들이다. 본 출원인은 1.6 mm의 두께에 15 mm를 갖는 Al 버스바들을 사용하면 (버스바의) 미터당 약 0.03v의 전압 강하로 100 암페어에서 약 50v AC의 전력을 분배할 수 있다는 것을 발견하였다. 또한, 관형 버스바들을 사용하는 경우, 본 출원인은 버스바들의 직경이 증가함에 따라 시스템에 의해 전력을 공급받을 수 있는 LED-포함 조명의 수가 증가한다는 것을 발견하였다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은, 버스바들의 직경과 벽 두께의 상대적 비율이 15:1 내지 약 7:1, 약 12:1 내지 약 8:1, 및 특히 약 10:1 내지 약 9:1의 범위에 있는 전도성 버스바들을 갖는 본 명세서에 한정된 시스템을 추가로 포함한다. 의문의 여지를 피하기 위해 상기 버스바들이 중공 관형 원형 버스바들인 경우, 직경은 통상적인 의미를 갖고, 상기 버스바들이 본질적으로 원형, 타원형 또는 난형인 경우, 직경은 단면의 가장 넓은 지점에서의 직경이다.
따라서, 추가적인 양태에 따르면, 본 발명은 Al 또는 Cu 또는 이들의 혼합물로 제조된 전도성 버스바들, 특히 전도성 관형 버스바들을 갖는 본 명세서에 한정된 시스템을 추가적으로 포함하며, 여기서 약 50v 및 100 암페어의 AC 전력 레벨에서 버스바의 미터당 전압 강하는, 0.01v 내지 0.1v의 범위이고, 바람직하게는 상기 전압 강하는 0.02v 내지 0.1v의 범위이고, 보다 바람직하게는 상기 전압 강하는 0.02v 내지 0.05v, 특히 약 0.03v 내지 0.05v의 범위이다. 본 출원인은 중실 전도체의 중심을 제거하여, 즉 관형 (버스바 같은) 구조를 제공하여 얻어지는 구조적 강도에 의해, 조명 및 선택적으로 다른 장치들이 종래의 중실 전도성 배선 및 관련 고정구들을 사용하는 시스템을 통해 가능한 것보다 더 적은 지지로 관형 전도체에 연결될 수 있다는 것을 발견하였다. 본 출원인은, 현재 사용되는 관형 버스바들이 종래의 조명 시스템보다 구조적으로 더 강하고, 더 많은 LED들 및 선택적으로 다른 장치들을 지지할 수 있다는 것을 발견하였다. 나아가, 본 출원인은, 중실 전도체의 중심으로부터 전도성 재료를 제거하여 관형 (버스바 같은) 구조체를 제공하면 또한 관형 구조체의 전도성 요소 내의 와전류를 감소시킬 수 있고, 이러한 와전류는 관형 전도체의 바깥쪽으로 전류 흐름을 밀어 낸다는, 즉, 전류의 100%가 관형 전도체의 "벽들" 내에 위치된다는 것을 더 발견하였다. 본 출원인은 또한 본 시스템들에서 관형 버스바들을 사용하는 것을 통해 전류 흐름이 실질적으로 버스바들의 외부 표면들/외부 말단들에 위치된다는 것을 더 발견하였다. 전도체의 중심을 제거하면 전도성 재료의 주어진 단면적에 대해 더 많은 벽 두께를 사용할 수 있어서, 표피 효과의 부정적인 영향을 감소시킬 수 있다는 것이 본 명세서에서 제안된다.
본 시스템에 의해 제공되고 본 명세서에 설명된 많은 기술적 장점들에 더하여, 본 출원인은 본 시스템을 사용하면 상당한 비용 절감을 더 제공할 수 있다는 것을 고려한다. 특히 감소된 수와 크기의 커패시터들 및/또는 유도성 부품들을 사용하는 것을 통해 중실 전도체의 중심을 제거하여 관형 구조체를 만드는 것을 통해 비용 절감을 유도할 수 있다. 버스바들, 특히 관형 버스바들을 사용하는 것으로 제한됨이 없이, 3-상 로컬 정류의 많은 장점들이 이 버스바들이 본 시스템의 3-상 AC 공급, LED 조명, 3-상 AC/DC 정류, 및 제어 특징과 조합될 때 기존의 중실 또는 연선 배선(stranded wiring) 방법을 사용하여 달성될 수 있다.
상업용으로 이용 가능한 구리 재료의 관형 또는 실질적으로 관형 중공 버스바들이 중공 관형 또는 실질적으로 관형 중공 구리 버스바들로서 본 시스템들에 사용되는 전력 분배 조립체들의 AC 측에 이용될 수 있다. 본 버스바 조립체들에, 관들 및/또는 배선들로서 구리 버스바들을 사용하면 유리하게는 조명 장치, 특히 선택된 지점들에서 LED 조명체의 위치를 선정하는 것이 용이해진다.
이후에 논의되는 바와 같이 본 시스템들에 추가적인 전력 분배 수단을 제공하기 위해 DC-측에 있는 LED-포함 장치들에 전력을 제공하는 것과 관련하여 구리선들이 본 버스바 조립체들과 전기적으로 더 연결될 수 있다. 이러한 배선 기반 DC 전력 분배는 버스바 조립체 상의 AC 기반 전력 분배를 따르기 때문에, 이것은 본 명세서에서 보조 또는 추가 전력 분배 수단이라고도 지칭된다. 의문의 여지를 피하기 위해 그리고 이하에서 논의되는 바와 같이, 거리가 매우 작고 전류가 매우 낮은 시스템 내의 지점들에서 구리선들이 이용되는 경우, 이 구리선은 보조 레벨로, 즉 조명 장치, 특히 LED 조명체 또는 이와 유사한 것에 직접 전력을 단순 분배한다.
의문의 여지를 피하기 위해, LED 어레이에서 이후 상세히 설명되는 바와 같이 예를 들어 T-형상의 스트립들을 이용하는 것을 통해 PCB가 버스바에 직접 연결되는 경우에, 개별 조명 장치들 또는 LED들에 연결을 수립하기 위해 구리선을 사용하는 것이 필요치 않다.
많은 상업용/산업용 및/또는 가정용 건물들에서 주 버스바들은 일반적으로 수직 또는 실질적으로 수직 배열을 갖고, 외부, 내부 또는 중심에 위치될 수 있다. 이 특징은 이하 도면들에 도시되어 있다. 이러한 주 버스바들로부터 전력은, 수평 또는 실질적으로 수평 배열을 갖는 건물의 각 층 또는 레벨에서 보조 또는 추가 전력 분배 수단으로서 일련의 2차 버스바들을 포함하거나 또는 선택적으로 및 대안적으로 구리 배선을 포함하는 2차 버스바 시스템을 통해 시스템에 걸쳐 조명 어레이로 분배될 수 있다. 전력 분배 시스템의 AC 측 상의 3차 전력 공급원은 일반적으로 일련의 3차 버스바들을 포함하고, 또는 선택적으로 및 대안적으로, 수평 또는 실질적으로 수평 배열을 갖는 건물의 각 층 또는 레벨에서 저전압 또는 초 저전압 3-상 AC의 보조 또는 추가 전력 분배 수단으로서 구리 배선들을 포함할 수 있다.
쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 본 시스템은 가정용 및/또는 상업용/산업용 응용들을 위한 버스바 조립체들의 설계에 바람직한 유연성을 제공하며, 여기서 주 버스바, 2차 버스바, 및 3차 버스바 시스템의 상대적인 배열은 비용 효과적이고 효율적이며 제어 가능한 맞춤형 전력 및 조명 시스템을 구축하는 능력을 제공한다. 일반적으로, 버스바들의 크기(직경)는 주 시스템과 보조 시스템 간에 그리고 다시 2차 시스템과 3차 시스템 간에 감소된다. 이러한 특징은 도면들에 도시되고 이후 더 논의된다.
일반적으로, 조명 장치들을 위한 전력은 2차 버스바 배열에 의해 분배되고, 그리하여 대부분의 경우 이 배열은 가정용 및/또는 상업용/산업용 건물의 룸 또는 사무실 또는 창고 또는 다른 구획의 천장 또는 지붕 쪽에 위치되지만, 이 시스템은 벽들 또는 다른 구조물들에 연결된 버스바들로부터 조명을 제공하여 단순 하향 배열보다 대안적인 관점에서 조명을 제공할 수 있는 능력을 포함한다. 시스템이 이러한 능력을 요구하는 경우, 2차 버스바 배열은 3차 버스바 배열에 링크되어 조명에 전력을 더 분배할 수 있다.
보조 또는 추가 전력 분배 수단으로서 3차 버스바들 또는 선택적으로 및 대안적으로 구리선들은 앞서 상세히 설명된 바와 같이 저전압 또는 초 저전압에서 2차 버스바들로부터 조명 장치들로 전력을 분배할 뿐만 아니라 또한 앞서 한정된 비-조명 장치들(존재하는 경우)로도 전력을 분배하는 것을 의미한다. 다시, 비-조명 장치들의 경우, 본 시스템에 의해 제공되는 설계 자유에 의해 이러한 버스바들은 건물 사용자들의 맞춤식 요구에 따라 위치될 수 있지만, 가장 일반적으로 비-조명 장치들에 전력을 분배하기 위해 제공되는 3차 버스바들은 시스템이 사용되는 상업용/산업용 및/또는 가정용 건물의 각 레벨의 층에 또는 그 근방에 위치될 수 있다. 주방과 같은 특정 룸의 경우, 3차 시스템은 작업대/주방 유닛의 높이 위에 유리하게 위치될 수 있다.
추가적인 양태에 따르면, 앞서 상세히 설명된 전력 및 조명 시스템은 코팅된 버스바 조립체를 추가적으로 포함할 수 있으며, 여기서 주 버스바들 및 2차 버스바들 각각의 코팅된 양의/라인 및 중성 버스바들 부품들은 서로 병렬로 이어지거나 또는 서로 병렬이지 않고, 또는 서로 동심으로 배열되며, 상기 주 버스바들은 실질적으로 수직 배열로 제공되고, 상기 2차 버스바들은 실질적으로 수평 배열로 제공된다.
본 시스템에 사용하기에 적합한 버스바들은 코팅된 버스바들, 보다 특히 플라스틱으로 코팅된 버스바들을 포함한다. 버스바들에 사용하기에 적합한 임의의 적합한 상업용으로 이용 가능한 플라스틱 코팅 물질, 특히 Al 또는 Cu 버스바들에 사용하기에 적합한 코팅들이 이용될 수 있다. 전기적 및 열적 절연을 위해, 본 시스템에 사용하기 위한 버스바들은 예를 들어 열 수축 코팅과 같은 상업용으로 이용 가능한 임의의 절연 재료로 보호될 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 열 수축 버스바 관은 레이켐(Raychem)사의 BBIT 열 수축 가능한 버스바 관을 포함한다. 코팅된 버스바의 단면은 도면들에 도시되어 있다.
주 전압 스텝다운 장치, 보다 특히 주 변압기가 외부에 위치되고, 주 버스바 시스템이 완전히 또는 부분적으로 외부에 위치된 시스템에서 주 버스바는 선택적으로 적절한 단열/환경 보호 층으로 추가로 코팅된다. 버스바들에 사용하기에 적합한 임의의 상업용으로 이용 가능한 열적 및/또는 환경적 보호 재료, 특히 Al 또는 Cu 버스바들에 사용하기에 적합한 열적 및/또는 환경적 보호 재료들이 이용될 수 있다.
본 전력 및 조명 시스템에 사용하기 위해, 예를 들어, 2차 버스바들로부터 주 버스바들로 연결하기 위해 버스바 조립체 내 하나의 버스바 시스템이 다른 버스바 시스템에 연결되는 경우, 주 버스바의 원하는 연결 지점에서 플라스틱을 제거하여 금속을 노출시키고 2차 버스바의 대응하여 노출된 금속 측면을 이 노출된 금속에 연결함으로써 연결이 수행될 수 있다. 특정 시스템 및 응용에서 요구되는 바에 따라 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들, LED 조명체(들), LED 스트립(들), 또는 하나 이상의 LED 조명체를 포함하는 스트립들에, 2차 또는 3차 버스바들에 전기적 연결을 수행하는 경우, 예를 들어, 최종 배선을 구현하는 경우, 이러한 전기적 연결을 수행하기 위해 연결 지점이 2차 또는 3차 버스바에 천공될 수 있다.
의문의 여지를 피하기 위해, 주 버스바 시스템이 완전히 또는 부분적으로 외부에 위치되는 경우에, 2차 시스템에 연결하는 것은 앞서 설계된 바와 같이 이루어질 수 있다.
전력선 통신 기능
앞서 상세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 앞서 한정된 하나 이상의 조명 장치들을 포함하는 조명 시스템, 및 특히 통신 기능을 갖는 LED 어레이를 포함하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
전력선 기술은 기존의 AC 공급 파형의 상부에 통신 기능을 포함하는 능력을 제공한다. 따라서, 본 명세서에 상세히 설명된 바와 같이, 조명 장치들, 특히 LED들 및 또한 존재하는 경우 비-조명 장치들에 대한 전력 및 조명 시스템의 장점들 및 이익들에 더하여, 본 발명은 추가적인 양태로서, 통신 기능을 갖는 본 명세서에 상세히 설명된 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
전력선 기술은 전력선 통신(power-line communication: PLC), 전력선 캐리어, 전력선 디지털 가입자 회선(power-line digital subscriber line: PDSL), 전력망(mains) 통신, 전력선 원격 통신 또는 전력선 네트워킹(power-line networking: PLN)으로도 알려져 있다. 의문의 여지를 피하기 위해 그리고 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따라, 본 시스템들은 3-상 AC 버스바 조립체를 통해, 특히 저전압 3-상 AC 버스바 조립체를 통해, 특히 초 저전압 3 상 AC 버스바 조립체를 통해 PLC에 의해 통신 기술을 제공한다. 본 전력 및 조명 시스템들에서, 전력선 기술과 버스바들의 조합은 버스바 조립체 상에 데이터를 동시에 운반하는 수단 뿐만 아니라 3-상 AC 전력을 분배하는 수단, 특히 저전압 3-상 AC 전력, 특히 초 저전압 AC 전력을 분배하는 수단을 제공한다.
본 전력 및 조명 시스템들에 의해 제공되는 바람직한 제어 가능하고, 저비용이며, 고효율의 이익에 더하여, 전력선 기술을 이용하면 이러한 시스템들에 고유한 식별 정보를 구축하는 능력 및 설치 및 운영 효율 비용을 더 감소시키는 능력을 제공할 수 있다.
일 양태에 따르면, 하나 이상의 전력 소비 장치들을 포함하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 LED-포함 조명 장치이고, 상기 LED-포함 조명 장치는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 상기 시스템에 공급되는 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되며, 본 명세서에 설명된 양태들 중 임의의 양태 또는 양태들의 조합에 따라, 상기 시스템은 각각의 장치를 자동으로 제어하는 수단을 포함하고, 상기 시스템 전체 또는 상기 시스템 내 개별 장치들 또는 장치 그룹들의 출력을 자동으로 제어하는 수단은 상기 장치들을 자동으로 독립적으로 제어하는 수단이며, 상기 시스템에 사용하기 위한 각각의 장치는 개별적으로 식별되고 제어될 수 있는 등록 칩을 구비하는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 하나 이상의 전력 소비 장치들을 포함하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 LED-포함 조명 장치이고, 상기 LED-포함 조명 장치는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 상기 시스템에 공급되는 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되고, 본 명세서에 설명된 양태들 중 임의의 양태 또는 양태들의 조합에 따라, 상기 시스템은 각 장치를 자동으로 제어하는 수단을 포함하고, 통신은 통신과 함께 전력선 기술을 통해 상기 시스템에 연결된 각각의 부하에서 AC 파형을, 그리고 상기 장치들 내의 등록 칩들로부터 추출되며, 상기 시스템은 전력선과 무선 기술을 조합함으로써 원격으로 모니터링 및 제어될 수 있는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 본 명세서에 설명된 양태들 중 임의의 양태 또는 양태들의 조합에 따른 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 시스템은 각 장치를 자동으로 제어하는 수단을 포함하며, 상기 시스템은 각각의 장치를 자동으로 제어하는 수단을 포함하고, 상기 시스템에 공급되는 3-상 AC 전력은 전도성 버스바들에 의해 분배되고, 상기 제어 시스템은 상기 버스바들에 의해 제공되는 전력선 기술에 의해 제공되는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 본 명세서에 설명된 양태들 중 임의의 양태 또는 양태들의 조합에 따른 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 시스템은 각각의 장치를 자동으로 제어하는 수단을 포함하며, 상기 시스템은 하나 이상의 전력 소비 장치들을 포함하고, 상기 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 LED-포함 조명 장치이고, 각각의 개별 LED 조명체 및/또는 존재하는 경우 비-LED 장치, 또는 조명체 그룹 및/또는 존재하는 경우 비-LED 장치 그룹, 또는 조명체 어레이 및/또는 존재하는 경우 비-LED 장치의 어레이가 개별적으로 또는 선택적으로 등록되고, 상기 시스템은 무선으로 그리고 원격으로 모니터링되고 제어될 수 있으며, 상기 개별 LED(들) 또는 LED 조명 부품의 스트립들은 등록 칩 및 로컬 정류기 및 전력선 통신 칩을 구비하고, 또는 상기 등록 칩은 로컬/리피터 무선 기술과 통신하는 수단을 제공하며, 이에 의해 상기 LED들 및/또는 존재하는 경우 비-LED 장치들은 인터넷을 통해 제어하기에 적합한, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공된다. 의문의 여지를 피하기 위해, LED들을 위한 등록 칩들은 이후에 상세히 설명된다.
따라서, 또 다른 양태에 따르면, 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 LED-조명은 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들 또는 하나 이상의 LED-조명 장치 그룹, 또는 LED 조명체를 포함하는 LED 어레이를 포함하고, 상기 장치들 또는 조명체는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고,
상기 LED 조명에 분배되는 3-상 AC 전력은 외부 또는 내부에 위치될 수 있는 AC 주 변압기에 링크되고;
상기 3-상 AC 전력은 전도성 버스바들에 의해 분배되고 또는 상기 버스바들은 전도성 관형 또는 실질적으로 관형 버스바들이고;
각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 각 연결된 부하에 공급되는 전력을 3-상 AC/DC 정류하는 것을 통해 저전압 또는 초 저전압 DC로 변환되고, 또는 상기 3-상 AC 전력은 각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹과 관련된 AC/DC 정류기를 통해 변환되고;
상기 시스템은 상기 조명 전체 또는 상기 시스템 내 개별 조명 장치들 또는 조명 장치 그룹들의 출력을 자동으로 제어하는 수단을 포함하는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에서, 상기 버스바들은 상기 시스템 내의 하나 이상의 비-조명 기반 장치들에 전력을 공급하도록 적응되고, 상기 시스템은 통신과 함께 전력선 기술, 및 상기 어레이 내의 등록 수단 및 상기 비-LED 기반 장치들을 추가로 포함하고, 상기 시스템은 원격으로 모니터링되고 제어될 수 있는 것을 추가로 포함한다.
의문의 여지를 피하기 위해, 하나 이상의 비-조명 장치들에 전력 공급을 조절하기 위해 상기 버스바들을 적응시킨다는 것은, 조명 시스템이 설치될 수 있고 차후에 요구될 때 비-조명 장치들이 일시적인 조치로서 또는 코어 시스템의 일부로서 상기 시스템에 추가될 수 있고, 또는 시스템 디자인이 요구하는 경우 상기 비-조명 장치들이 설치 단계에서 상기 시스템에 통합될 수 있다는 것을 의미한다.
특히 바람직한 양태에 따르면, 앞서 상세히 설명된 LED 어레이를 포함하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 시스템은 통신과 함께 전력선 기술, 및 상기 어레이 내의 등록 수단을 추가적으로 포함하며, 어레이는 AC 저전압, 특히 초 저전압 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응된, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공된다.
이해될 수 있는 바와 같이, 통신과 함께 전력선 기술 및 등록 수단을 포함하는 상기 시스템은 또한 대안적인 비-LED 조명 장치들 또는 LED 및 비-LED 조명 장치들의 혼합체를 사용하는 조명 시스템을 제어하고 이에 전력 공급하는 데 제공될 수 있다.
현재 상업용으로 이용 가능한 시스템에 비해 전력선 기술을 추가로 포함하는 본 제어 가능한 전력 및/또는 조명 시스템의 장점들은, 전압 스텝다운 장치, 보다 구체적으로 변압기를 사용하면, 로컬 정류/로컬 전압 보정과 AC 전압 감소를 조합할 수 있어서 사용 가능한 저전압 또는 초 저전압 전력 및 조명 시스템을 제공할 수 있고; 90% 내지 94%의 효율; 자가 조정 시스템을 제어하는 수단; 자동 전압 보정 제공을 제공하고; 전력선 기술을 사용하여 100,000개를 초과하는 조명 장치, 특히 100,000개를 초과하는 LED를 포함하는 어레이를 제어하는 능력; LED-포함 장치로 최종 배선만이 요구되거나 구리선을 통해 제공되는 보다 효율적인 배선 시스템; "플러그앤플레이" LED 어레이를 제공하고; 및 어레이(들) 내의 기능들을 관리하고 원격 제어하는 것의 일부로서 시스템 내의 로컬 센서에 무선 링크(들)를 사용할 수 있는 것을 포함한다. 전력선 기술과 무선 기술(Wi-Fi(RTM))의 조합을 사용할 수 있는 것은 이후에 논의된다.
또한, 그리하여 버스바들, 스텝다운 AC 장치 또는 스텝다운 변압기, 및 본 명세서에 상세히 설명된 3-상 AC, 특히 저전압 또는 초 저전압 AC 전력 분배 및 전력선 기술을 포함하는 이러한 제어 가능한 시스템들은, 현재 24/7 모니터링 시스템에 비해 운영 비용 면에서 전례 없는 효율을 제공할 뿐만 아니라 설치하는 데 자본이 더 적게 들고, 일반적으로 30% 더 저렴하고, 본 전력 및/또는 조명 시스템은 신뢰할 수 있고, 효율적이고, 민감하고 또한 원격 제어가 가능한 시스템을 통해 상업용/산업용 및/또는 가정용 응용들에 맞춤형 LED 조명을 제공하고 및/또는 (존재하는 경우) 비-LED 장치에 전력을 공급하는 수단을 처음으로 제공한다.
또 다른 양태에 따르면, 상기 조명 장치들이 하나 이상의 LED 조명체를 포함하는 경우, 본 발명의 전력 및 조명 시스템은 1m2 내지 10,000m2의 넓은 영역에 걸쳐 본 시스템에서 사용되는 하나 이상의 LED 어레이들 내에, 각각의 LED 조명체 또는 LED 그룹들의 파장, 세기 및 광주기를 독립적으로 제어하는 수단을 제공한다. 설치 시 또는 이후 주기적으로 LED들 또는 LED 그룹들을 등록하는 것에 의해, 입력 전류의 범위에 걸쳐 시스템 전체, 시스템 내 개별 LED 조명체, LED 조명체 그룹들, LED 스트립들 또는 LED 스트립 그룹들 또는 하나 이상의 LED 어레이들의 복사 전력이 알려져 있다.
각각의 등록된 LED는 필요에 따라 분광 복사계(spectroradiometer)를 사용하여 재교정될 수 있다. 이 공정은 측정될 본 시스템의 조명 측면에 의해 제공되는 복사 전력의 반복 가능성 및 데이터 로깅을 허용하며, 시스템에 걸쳐, 시스템 내 개별 구획들, 일부분들, 사무실들, 층들, 공장 라인들, 또는 다른 이러한 미리 결정 가능한 부문들에서 사용자로 전달되는 복사 전력에 대한 정보를 실시간으로 처음으로 제공하고, 상기 시스템 내 이러한 개별 영역들은 앞서 한정되고 본 전력 및 조명 시스템에서 이용되는 하나 이상의 LED 어레이 내 대응하는 LED들 또는 LED 그룹들과 정렬된다.
따라서, 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 본 명세서에서 한정된 상기 시스템 내 LED 조명 장치들 및 비-조명/비-LED 기반 장치들의 제어 시스템을 제공하며, 여기서 상기 제어 시스템은 복사 전력을 측정하기 위해 데이터를 로깅하는 수단을 포함하고, 상기 비-조명/비-LED 기반 장치 제어 시스템은 전력 소비를 측정하기 위해 데이터를 로깅하는 수단을 포함한다.
일 양태에 따르면, 본 발명의 양태들 중 임의의 양태 또는 양태들의 조합에 따른 하나 이상의 전력 소비 장치들을 포함하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 LED-포함 조명 장치이고, 상기 LED-포함 조명 장치는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 상기 시스템에 공급되는 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되고, 상기 시스템은, 상기 적어도 하나의 LED-포함 조명 장치들 또는 상기 시스템 내 개별 LED-조명 장치들 또는 LED-조명 장치 그룹들의 복사 전력을 측정하기 위해 데이터를 로깅하는 수단을 추가적으로 통합하는 하나 이상의 비-LED 장치들을 포함할 수 있고, 하나 이상의 비-LED 장치들이 존재하는 경우, 상기 시스템은 전력 소비 또는 복사 전력을 측정하기 위해 데이터를 로깅하는 수단을 추가적으로 포함하는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 전력 소비 또는 복사 전력을 측정하기 위해 데이터를 로깅하는 수단은 상기 어레이 내 각각의 LED를 등록하고 분광 복사계에 의해 상기 LED들을 미리 교정하는 것에 의해 제공된다.
본 명세서에 한정된, LED-포함 조명 장치들 및 존재하는 경우 비-LED 기반 장치들을 위한 상기 전력 및 조명 시스템을 위한 본 제어 시스템은, 스마트 소프트웨어를 사용하여, 조명 등록 칩들; 정류기 제어 수단; 전력선 통신 칩; 무선 기술; 로컬 PC들; 다른 데이터 캡처 수단; 또는 이들의 혼합체 및 조합을 포함하는 다양한 소스들로부터 캡처되어 제어 시스템으로 중계되는 데이터를 관리하여, 시스템 전체에 맞춤형 모니터링 및 제어를 제공할 수 있다.
본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용하기 위해 각각의 조명 장치, 바람직하게는 각각의 LED-포함 조명 장치, LED-포함 조명 장치 또는 LED 조명체 그룹, LED 스트립, LED 스트립 그룹, 하나 이상의 LED 조명체를 포함하는 스트립, 또는 조명 어레이 내의 하나 이상의 LED 조명체 또는 비-LED 기반 장치를 포함하는 스트립 그룹, 또는 비-LED 기반 장치 그룹, 또는 LED-포함 조명 장치, 바람직하게는 LED 조명체 및 비-LED 기반 장치의 조합은 본 명세서에 상세히 설명된 전력선 기술을 사용하여 독립적으로 제어되거나, 또는 시스템이 이러한 기능을 요구하는 경우 제어는 전력선 기술과 무선 기술의 조합에 의해, 또는 로컬 PC로의 무선 링크를 사용하는 독립형 무선 기술을 통해 또는 원격으로 인터넷을 통해 수행될 수 있다. LED 조명체 또는 존재하는 경우 비-LED 기반 장치들에 이러한 제어를 수행하기 위해, 어레이 내의 각각의 LED 조명체 또는 LED 조명체 그룹, 또는 각각의 비-LED 기반 장치, 또는 이들 비-LED 장치 그룹은 개별적으로 식별되고 제어될 수 있는 등록 칩을 구비한다.
본 명세서에 이후 상세히 설명되는 바와 같이, 본 출원인은 또한, 전력선 기술에 더하여, 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 버스바들을 통해 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들, 특히 하나 이상의 LED 어레이들 및 하나 이상의 비-LED 기반 장치들(존재하는 경우)로 분배되는 3-상 AC, 바람직하게는 저전압 및 특히 초 저전압 AC를 포함하고, 상기 어레이(들) 및/또는 장치들은 로컬/리피터 무선 기술과 매우 호환 가능한 로컬 등록 칩을 갖는다는 것을 발견하였다. 예를 들어 인터넷 연결을 요구하거나 또는 상기 시스템 내에 사용하기 위해 스마트 장치의 휴대성을 요구하는 응용들에서와 같이 상당한/강한 무선 신호 강도를 전달하는 능력을 요구하는 본 발명의 전력 및 조명 시스템에서 로컬/리피터 무선 기술이 유리하게 사용될 수 있다.
전압 스텝다운 장치
앞서 상세히 설명된 바와 같이, 주 전력 공급원으로부터의 AC 전력은 외부 또는 내부에 위치될 수 있는 전압 스텝다운 장치, 특히 변압기에 제공된다. 이러한 장치에 제공되는 AC 전력은 입력 전압으로도 알려져 있으며, 장치의 용량 내에 있는 한, 임의의 레벨에 있을 수 있다. 입력 전압 범위는 본 전력 및 조명 시스템이 사용될 지리적 위치에 따라 변할 수 있고, 여기서 입력 전압을 조절하는 데 필요한 용량과 원하는 출력 전압을 제공하는 능력을 갖는 적절한 장치를 선택하는 것, 특히 입력 전압을 조절하기 위해 장치의 출력 측과 전기적으로 연결된 장비에 의해 사용될 전압인 저전압 AC 또는 특히 50v AC 미만의 초 저전압 AC의 출력을 제공하는 능력을 갖는 장치를 선택하는 것은 적절한 자격을 갖춘 전기 기술자(electrical contractor)의 기술 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 변압기는 본 발명에 사용하기에 적합한 전압 스텝다운 장치이다.
본 발명에 사용하기에 적합한 변압기는 415v AC 이하의 입력 전압 용량을 갖는다. 본 출원인은, 본 시스템에서 사용하기 위해 임의의 특정 전력 및 조명 배열에 사용하기에 적합한 임의의 출력 전압을 갖는 변압기가 사용될 수 있지만, 50v AC 미만의 출력 전압 레벨을 갖는 변압기를 사용하면 특히 효율 향상을 제공할 뿐만 아니라 향상된 안전성을 제공하는 데 유리할 수 있다는 것을 발견하였다. 본 시스템에 사용하기 위한 예시적인 변압기는 415v - 50v; 240v - 50v; 또는 230v - 50v AC RMS 별형 또는 델타형 변압기로부터 독립적으로 선택된다. 이해될 수 있는 바와 같이 이러한 변압기는 수 천 평방미터의 용량을 제공하기 위해 단일 건물 또는 일련의 건물들 또는 단일 건물 내의 일련의 구획들에 전력을 공급할 수 있는 크기를 가질 수 있다. 안전 상의 이유로 이러한 변압기는 일반적으로 외부에 위치된다. 시스템 효율을 최적화하기 위해서는 더 큰 변압기가 선호되며, 그리하여 상업용/산업용 또는 가정용 응용을 위한 새로운 전력 및 조명 시스템이 설계될 때 현재 및 미래의 용량을 고려하여 시스템이 초기 효율 및 진행중의 효율을 제공하도록 설계되는 것을 보장하여야 한다. 일반적으로 더 큰 변압기는 더 큰 효율을 제공하고, 일반적으로 95% 내지 99% 이상의 효율을 제공한다. 본 출원인은 고효율을 달성하기 위해서는 5 kw 레벨들 이상, 즉 => 5 kw가 필요하다는 것을 발견하였다.
임의의 상업용으로 이용 가능한 AC 전압 스텝다운 장치, 특히 임의의 상업용으로 이용 가능한 AC 스텝다운 변압기, 또는 이러한 장치들 및/또는 변압기들의 조합이 본 발명에 따른 제어 시스템들에 사용하기 위해 감소된 레벨들의 AC 전력을 공급하는데 사용될 수 있다. 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 적절한 변압기를 선택하는 것은 세상에서 시스템이 전개되어야 하는 장소에 의존하는데, 예를 들어, 영국에서는 약 10:1의 감소비가 저전압 또는 초 저전압 AC 레벨이 요구되는 곳에 사용하기에 특히 적합하다. 일반적으로 약 24v AC 내지 약 50v AC 범위의 바람직한 저전압 또는 초 저전압 AC 레벨을 제공하기 위해 적절한 감소비를 제공하도록/갖도록 적응된 스텝다운 변압기가 특히 유용하다. 저전압 또는 초 저전압 AC, 일반적으로 약 24v 내지 50v AC를 달성하기 위해 5:1; 10:1의 감소비; 또는 약 5:1 내지 약 10:1의 감소비를 갖는 AC 스텝다운 변압기가 상업용 또는 가정용 응용들을 위한 본 LED 제어 시스템들에 전력을 공급하는데 특히 유용하고, 식물 및/또는 동물 재배 시스템에서 LED 조명을 제어하는 응용에 특히 유용하다.
본 전력 및 조명 시스템은 상업용/산업용 및/또는 가정용 응용들을 위한 조명, 특히 LED 조명을 제공하고, 여기서 특히 LED 조명 배열을 위해, 존재하는 경우, 비-LED 기반 장치들에 전력을 제공하는 것에 더하여 종래의 시스템에 비해 전기적 효율 및 복사 효율에 이익들이 제공된다.
LED 조명 배열의 경우, 본 시스템은, LED의 복사 효율이 50%인 예에서, 시스템과 전기적으로 연결된 LED 기반 및 비-LED 기반 장치들에 대해 그 약 30% 초과; 약 35% 초과; 약 40% 초과; 약 43%인 복사 효율(벽 플러그 효율)과 함께, 약 80% 초과; 약 85% 초과; 약 87%에서의 전기적 효율을 제공할 수 있다.
본 시스템은, 시스템 내 각각의 조명 장치, 특히 각각의 LED-포함 조명체 또는 LED-포함 조명체 그룹, 또는 각각의 비-LED 기반 장치(존재하는 경우)와 관련된 로컬 정류기/로컬 전압 보정 장치(2 단계)와 함께, 대규모로 최대 99% 효율일 수 있는 240v/415v AC - 24v/50v AC 변압기를 이용한다. 이러한 정류기는 최적의 효율 레벨들, 이상적으로는 약 95% 효율로 선택될 수 있다. 95% 효율을 갖는 본 제어 시스템을 사용하는 것에 의해, 본 시스템은 LED의 복사 효율이 50%인 예에서 약 43% (50% x 87%)의 벽 플러그 효율에 대응하는 87%(99% x 95% x 95%)의 전기 효율을 제공할 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은, LED 조명을 포함하는 본 명세서에서 한정된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 각각의 LED 조명체 또는 LED 조명체 그룹 또는 각각의 비-LED 기반 장치(존재하는 경우)와 관련된 로컬 정류기/로컬 전압 보정 장치와 함께 240v/415v AC - 24v/50v AC 변압기를 이용하는 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
이 효율적인 전력 및 조명 시스템을 이용하는 가정용 및 상업용/산업용 시스템의 표현들은 본 도면들에 도시되어 있다.
수 천 평방미터의 매우 큰 풋프린트(footprint)를 갖는 예를 들어 창고와 같은 상업용/산업용 시스템을 조절하기 위해, 본 출원인은 주 대형 전압 스텝다운 장치, 보다 특히 주 대형 변압기가 창고 내 원격 지점에 설치될 수 있고, 여기서 전력은 버스바 조립체를 통해 본 명세서에 한정된 원격 제어 기능을 갖는 조명 어레이 및 임의의 비-LED 장치로 원하는 대로 분배되는 변형된 시스템을 설계하였다. 상기 전압 스텝다운 장치, 즉 변압기로 가는 내부 케이블만이 IP 등급이면 되고, 시스템의 나머지 부분은 앞에서 한정된 바와 같다.
의문의 여지를 피하기 위해, 상업용/산업용 및/또는 가정용 응용을 위한 본 전력 및 조명 시스템에서 주 AC 전압 스텝다운 장치, 즉 변압기는 내부에 또는 외부에 위치될 수 있다. 본 시스템이 하나 이상의 AC 전압 스텝다운 장치들(변압기들)을 갖는 상업용/산업용 및/또는 가정용 건물에 통합되는 경우, 상기 주 AC 전압 스텝다운 장치(변압기)는 특정 건물 요구조건에 따라 외부에, 시스템의 중심 위치에, 또는 내부에 또는 중심에, 또는 건물의 상부 또는 하부에 위치될 수 있다. 본 명세서에서 한정된 중심 위치는 본 전력 및 조명 시스템에 의해 전력이 공급되는 시스템의 중심 위치; 식물 룸; 중심 식물 룸; 룸, 층, 사무실 또는 건물의 그룹의 중심 위치 등을 포함한다.
따라서, 본 발명은 외부 또는 내부 주 AC 변압기를 포함하는 본 명세서에 상세히 설명된 양태들 중 임의의 양태에 따른 상업용/산업용 및/또는 가정용 응용들에 사용하기에 적합한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 주 AC 변압기가 건물 내부에 있을 때, 상기 주 AC 변압기는 상기 건물의 중심에 또는 상부에 또는 하부에 위치될 수 있으며, 상기 주 AC 변압기가 건물 외부에 있을 때 상기 주 AC 변압기는 중심 위치에 위치된, 상기 전력 및 조명 시스템을 추가적으로 제공한다.
본 출원인은, 특히 LED 조명 배열들을 사용하는 시스템들에서 3-상 스텝다운 장치들, 특히 3-상 변압기들과 관형 버스바들의 조합에 의해 제공되는 레벨들에 비해 효율, 안전 및 비용과 관련된 장점들의 수 및 레벨들이 모두 감소될 수 있을 것 같지만, 고전압 3-상 전력은 LED 조명체에 전력을 공급하기 위해 로컬 3-상 스위치 모드 전력 공급원(SMPS)에 직접 분배될 수도 있다는 것을 인식하였다.
이러한 LED 조명 배열들에서, LED들에 전력을 공급하기 위한 고전압 3-상 AC 및 SMPS는 감소된 리플 효과로 인해 고전압 단상 AC보다 더 효율적이고, 또한 더 작은 커패시터들을 필요로 하며, 대응하는 단상 시스템들에 비해 역률을 개선하고 고조파를 감소시킨다. 이러한 배열들은 개조 상황에 또는 새로운 건물들, 거리 또는 투광 조명을 위한 고전력 LED 클러스터들에 또는 무한 가변 전류 및 PWM이 요구되지 않은 임의의 다른 응용에 매력적일 수 있다.
전압 스텝다운 장치들, 특히 변압기들, 특히 저전압 스텝다운 변압기들을 사용하는 것으로 제한됨이 없이, 상기 전압 스텝다운 장치가 본 시스템의 고전압 3-상 AC 공급원, SMPS, LED 조명, 정류 및 제어 기능과 결합되면 기존의 중실 또는 연선 배선 방법들을 사용해도 3-상 로컬 정류의 많은 장점들이 달성될 수 있다.
3-상 SMPS는 설계된 명판(nameplate) 용량에서 동작하지 않을 때 효율 레벨을 상실한다(50% 미만의 명판 용량은 급격한 합성 효율 저하를 초래한다). 본 출원인은 대형 3-상 변압기들이 큰 부하 범위에 걸쳐 훨씬 더 높은 효율을 제공한다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 명판 용량을 15%에서부터 100% 부하로 증가시키면 95%를 초과하는(>95%) 효율 개선이 이루어지는 것이 입증되었다. 본 출원인은 명판 용량이 LED 조명체를 어두워지게 하거나 또는 변조하는 것이 요구되는 응용에서 특히 유리하게 개선된다는 것을 발견하였다. 본 출원인은 또한 최적의 시스템 효율을 위해 고전압 AC 전력을 대형 변압기로부터 관형 버스바들을 통해 LED들로 분배하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다.
변압기의 고전압 측에서 전기 전력 서지 방지
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 앞서 한정된 상업용/산업용 또는 가정용으로 사용하기에 적합한 신규한 조명 시스템으로서, 상기 시스템은 상기 변압기의 고전압 측에 변압기 관련 서지 방지 장비를 사용하는 것을 통해 전기 전력 서지들로부터 시스템 내 조명 배열들을 보호하는 수단을 추가적으로 포함하는, 상기 조명 시스템을 제공한다. 상기 변압기로부터 상기 시스템으로 공급되는, 3-상 AC, 바람직하게는 저전압 AC, 보다 바람직하게는 초 저전압 AC에서 서지들 또는 스파이크들이 일어나는 것을 방지할 수 있는 서지 방지 장치들, 서지 억제 장치들 또는 과도 전압 서지 억제 장비로도 알려진 임의의 적절한 서지 방지 장비가 사용될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이 임의의 특정 서지 방지 장비를 선택하는 것은 본 발명에 따라 임의의 특정 시스템에 공급되는 특정 3-상 AC 전력 레벨에 의존할 것이다.
따라서, 본 발명은 본 명세서에 한정된 양태들 중 임의의 양태에 따른 상업용/산업용 또는 가정용으로 사용하기에 적합한 신규한 조명 시스템으로서, 상기 시스템은 전기 전력 서지들로부터 상기 시스템 내의 조명 배열들을 보호하는 수단을 추가적으로 포함하는, 상기 조명 시스템을 제공한다.
변압기의 저전압 측에서 워치독 (watchdog) 서지 방지
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 전기 서지들로부터 버스바들을 갖는 시스템들 내 제어 가능한 전력 및 조명 배열을 보호하는 추가적인 수단을 제공한다. 전술된 바와 같이 변압기의 고전압 측, 즉 입력 측에 변압기 관련 서지 방지 장비에 더하여, 상기 시스템은 본 명세서에 한정된 바와 같이 변압기의 저전압 측에, 즉 출력 측에 각 버스바에서 사용되는 실제 전력과 소프트웨어에 의해 예측된 전력을 비교하는 워치독 유형 기술을 추가로 포함한다. 미리 설정된 레벨들로부터 벗어나는 편차(variance)들은 알람으로 보이도록 제어 시스템에 통합될 수 있고, 미리 설정된 임의의 큰 편차들은 전체 시스템을 보호하기 위해 미리 설정된 전력 분배 레벨들에 맞지 않는 특정 버스바 또는 버스바 그룹에 전력을 작동시키도록 구성될 수 있다.
본 명세서에 한정된 워치독 유형 기술은, 본 발명의 임의의 특정 시스템에서 동작되는 제어 시스템과 호환될 수 있고, 실시간으로 본 시스템들의 전력 분배 장치(버스바들/배선) 내의 하나 이상의 지점에서 전력 소비 및 분배 레벨들을 모니터링할 수 있는 장비를 의미한다. 전력 계량기와 같은 임의의 적절한 모니터링 장비가 사용될 수 있다.
또 다른 특징으로서, 시스템 내의 임의의 특정 버스바 또는 버스바 그룹으로 분배되는 전력 레벨들이 미리 결정된 레벨을 초과하는 경우, 추가적인 안전 조치를 제공하기 위해 적절한 종래의 퓨즈들이 더 설치될 수 있다. 의문의 여지를 피하기 위해 이러한 미리 결정된 레벨은 특정 시스템의 특성, 및 사용을 위해 선택된 특정 퓨즈의 관련 차단 용량/차단 등급에 따라 변할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 본 명세서에 한정된 양태들 중 임의의 양태에 따른 상업용/산업용 또는 가정용으로 적합한 신규한 조명 시스템으로서, 상기 시스템은 전기 전력 서지들로부터 시스템 내의 조명 배열들을 보호하는 수단을 추가로 포함하며, 상기 수단은 서지 방지 장비, 워치독 타이머 장비, 및 선택적으로 하나 이상의 퓨즈들을 결합하여 사용하는 것을 포함하는, 상기 조명 시스템을 제공한다.
LED 및 비-LED에의 전력 공급 및 제어 기능
앞서 상세히 설명된 바와 같이, 본 출원인은, 상기 버스바들을 통해 제공되는 '전력선(power line)' 기술이 상기 시스템 내 상기 조명 장치들 및 선택적인 비-조명 장치들을 위한 제어 시스템을 제공하고, 상기 제어 시스템이 식별을 위해 하나 이상의 등록 칩들을 사용하여 각각의 개별 조명 장치 또는 비-조명/비-LED 기반 장치(존재하는 경우) 또는 이들의 그룹들 또는 조명체의 어레이(들)와 통신하는 상업용/산업용 및/또는 가정용 응용들에서, 전도성 관형 또는 실질적으로 관형 버스바들, 특히 관형 또는 실질적으로 관형 알루미늄 버스바들, 및 3-상 AC, 특히 저전압 3-상 AC, 및 특히 초 저전압 3-상 AC를 사용하여 개별적으로 또는 그룹으로 하나 이상의 조명 어레이들 내 하나 이상의 조명 장치들, 특히 LED 조명체 및 선택적으로 하나 이상의 비-조명/비-LED 기반 장치들을 포함하는 복잡한 전력 및 조명 시스템에 전력을 유리하게 공급할 수 있다는 것을 발견하였다.
버스바들을 통해 제공되는 '전력선' 기술이 상기 시스템 내의 LED 조명체 및 선택적인 비-LED 장치들을 위한 제어 시스템을 제공하고, 상기 제어 시스템이 식별을 위해 하나 이상의 등록 칩들을 사용하여 각각의 개별 LED 조명체 또는 비-LED 기반 장치(존재하는 경우) 또는 이들의 그룹들, 또는 조명체의 어레이(들)와 통신하는 상업용/산업용 응용들에서, 하나 이상의 LED 조명체 및 선택적으로 하나 이상의 비-LED 기반 장치들을 포함하는 시스템들에 전력을 공급하기 위해 특히 실질적으로 관형 알루미늄 버스바들 및 저전압 또는 초 저전압 3-상 AC가 사용된다.
등록 칩을 통해 3-상 AC에 링크되도록 만들어진 임의의 LED 어레이는 상업용/산업용 및/또는 가정용 응용들을 위해 본 발명의 전력 및 조명 시스템에 이용될 수 있다. 이러한 LED 어레이(들)를 등록할 수 있는 수단은 본 명세서에서 상세히 설명된다.
예를 들어 모바일 폰 충전기와 같은 비-조명 장치들의 경우, 충전기 플러그는 3-상 AC 공급원에 연결되며, 이 3-상 AC 공급원은 장치 리드 또는 충전기 플러그에 통합될 수 있는 적절한 인버터에 의해 DC로 변환된다. 각각의 비-조명 장치는 장치 리드 또는 충전기 플러그에 통합되는 적절한 미리 등록된 칩을 포함하는 로컬 개별 제어기의 조합을 통해 로컬 PC로의 무선 링크를 사용하여 또는 원격으로 인터넷을 통해 독립적으로 모니터링 및/또는 제어될 수 있다.
의문의 여지를 피하기 위해, 예를 들어, 컴퓨터, 태블릿 또는 스마트 폰 등과 같은 비-LED 기반 장치를 인터넷에 연결할 수 있거나, 또는 한정된 영역 내, 즉 시스템 내 다른 비-LED 기반 장치에 무선으로 연결할 수 있는 Wi-Fi(RTM) 설비를 제공하는 임의의 상업용으로 이용 가능한 무선 기술이 이용될 수 있다.
이하에서 상세히 설명된 바와 같이, 조명 장치들, 바람직하게는 LED-포함 조명체는, 본 명세서에 논의된 버스바 조립체에 의해 분배되고 공급되는 바와 같이 3-상 AC에 의해 전력이 공급된다. 상기 3-상 AC는 각 조명체에서 또는 각 조명 부품에서 또는 3-상 AC/DC 정류를 통해 LED 조명체의 각 스트립의 단부에서, 특히 적절한 정류기를 사용하는 것에 의해, DC로 변환된다. 이에 의해, 예를 들어, LED 어레이(들) 내 각각의 LED 조명체 또는 LED 조명체 그룹들을 독립적으로 모니터링 및/또는 제어할 수 있다.
전력선
본 명세서에서 상세히 설명된 바와 같이, 버스바 조립체와 관련된 전력선 기술은 시스템을 제어하는 데 유리하게 사용된다. 전력선 기술을 병합하는 전력 및 조명 시스템들의 표현들이 도면들에 도시되고 논의된다.
모든 디지털 통신은 타이밍에 의존하지만, 상이한 통신 기술들에서 타이밍을 구현하는 데에는 다수의 방법이 존재한다. 본 출원인은, 최하층에서, 소위 2진 층에서 모든 현 디지털 통신 기술에 걸쳐 공통 문제가 존재한다는 것을 인식하였다. 본질적으로 이것은, 2진 시스템에서 이 시스템에 제공되는 (보이는) 데이터가 0 또는 1의 상수 스트링일 때, 통신 네트워크에 있는 노드들이 어떻게 메시지의 시작점에 있는 것과 종료점에 있는 것 사이의 차이를 구별할 수 있는가이다.
전력선을 이용하는 단상 전력 공급원에 기초하여 현재 이용 가능한 통신 시스템들에서, 기존의 전력선 모뎀들은 라인/라이브 전도체를 통해 (시스템으로 및 시스템으로부터) 데이터를 송신한다. 라인 또는 라이브 전도체는 중성 전도체를 기준으로 한다. 이것은 기존의 시스템들에서 네트워크에 있는 모든 전력선 노드들이 동일한 위상 및 중성 선들에 의해 전력이 공급된다는 것을 의미한다. 이 종래의 배열에 의해 전력선 모뎀들은 예를 들어 영국의 경우 50Hz, 미국의 경우 60Hz의 공급 주파수를 이용할 수 있다. 이때 모든 노드는 독립적인 동기 선들 없이 시간을 동기화하는 간단한 방법을 갖는다. 이러한 종래의 배열에 의해, 전력 공급 파(wave)는 네트워크에 있는 각 노드에 대해 정확히 동시에 영점을 교차하고, 이에 타이밍 메커니즘이 실행된다.
3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템들에서, 전력선 기술이 통신 기능을 제공하기 위해 사용되고, 전력선 모뎀으로부터 시스템으로 또는 시스템으로부터 전력선 모뎀으로 데이터는 하나 이상의 상기 라인/라이브 전도체를 통해 송신된다. 본 명세서에서 상세히 설명된 바와 같이, 소위 별형 및 델타형 배열들 또는 연결들이 사용되는 3-상 전력 공급원들의 다른 변형예들이 존재한다. 별형 연결이 사용되는 경우, 라이브 및 중성 선들이 모두 존재하며, 이러한 시스템에서는 네트워크에 있는 모든 전력선 노드들이 동일한 위상 및 중성 선들에 의해 전력이 공급된다. 이 별형 연결은 독립적인 동기 선들 없이 시간을 동기화할 수 있게 한다.
본 출원인은, 델타형 연결이 사용되는 경우, 3-상 공급원이 중성 선을 갖지 않기 때문에 전력선이 효과적으로 작동할 수 있도록 원하는 타이밍 기능을 제공하는 것이 불가능하다는 것을 인식하였다. 이것은, 요구되는 "영점 교차"를 제공하여 시간을 동기화할 수 있는 메커니즘이 없다는 것을 의미한다. 이 문제를 해결하기 위해, 본 출원인은, 델타형 연결을 사용하는 전력선 기술을 사용하여 통신 기능을 제공하여, "가상 제로점(virtual zero-point)"을 생성하는 수단, 또는 제로점 교차를 수학적으로 계산하는 수단, 또는 기본 타이밍 기준점을 파의 다른 부분으로 변경하는 수단을 포함하는, 전력선을 위한 관련 전자 장치들을 사용하여 타이밍 기능을 제공하는 것에 의해, 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되는 본 시스템에서 메시지(데이터)의 시작점과 종료점을 구별할 수 있는 타이밍 메커니즘을 개발하였다. 전력선 기술 및 델타형 연결을 갖는 시스템에 유효 통신 기능을 제공하도록 이러한 배열을 사용하는 시스템의 일례는 도면들에 도시되어 있다.
통신 기능을 제공하는 수단이 전력선 게이트웨이로 구현된 통신 방법인 본 발명의 시스템들에서, 상기 전력선 게이트웨이는 LED-포함 조명 장치들 중 하나 이상과 통신하며, 또한 상기 시스템 내에 하나 이상의 비-조명/비-LED-포함 장치들(존재하는 경우)과 통신할 수 있다. 전력선 네트워크에 있는 장치가 시스템을 원격 제어할 수 있게 인터넷으로 액세스 가능하게 하는 수단은 Wi-Fi(RTM), 직렬 또는 이더넷(RTM) 통신 또는 본 명세서에 논의된 다른 통신 수단을 이용하는 것을 통해 이루어질 수 있다. 본 시스템들에서, 전력선 게이트웨이로부터, 시스템 내의 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들 및 하나 이상의 비-조명/비-LED 장치들, 예를 들어, 하나 이상의 LED 고정구들을 포함하는 하나 이상의 전력 소비 장치들로 전력선 통신을 전송하는 수단은 버스바 배열을 통해 이루어진다. 본 출원인은 3개의 병렬 1차 관형 전도성 버스바들을 사용하는 것이 본 시스템들에 특정 유리하다는 것을 발견하였다. 전력선 통신 기능을 갖는 예시적인 시스템의 일부가 도 3에 도시되어 있다.
WI- FI /LI- FI
예를 들어, 로컬 PC로의 무선 링크를 사용하거나 또는 원격으로 인터넷을 통해 추가적인 및/또는 대안적인 제어 시스템의 기능이 이후에 상세히 설명된다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명에서 개별 LED 스트립들, 어레이 내의 LED 그룹들, 하나 이상의 LED 어레이들, 개별 비-조명 장치, 또는 비-조명 장치 그룹을 포함하여, 각각의 조명 장치, 바람직하게는 각각의 LED-포함 조명체, 또는 존재하는 경우 비-LED 장치는 궁극적으로 인터넷을 통해 개별적으로 제어될 수 있고 모든 데이터는 클라우드를 통해 수집된다.
이러한 제어는 무선 가능한 중앙 마이크로제어기에 링크된 로컬 PC에 의해 제공된다. 예를 들어, LED 기반 조명 시스템의 경우, 각 LED 스트립 또는 보다 일반적으로 LED 스트립의 각 그룹 또는 링크된 LED 그룹 내의 하나의 LED는 무선 신호를 수신하고, 특정 시스템의 필요에 따라 스트립들을 함께 링크하는 일련의 저전압 또는 초 저전압 제어선들을 통해, LED 스트립 또는 LED 스트립 그룹 내의 각 개별 LED 또는 링크된 LED 그룹 내의 각 LED에 명령을 분배한다. 이 동일한 제어선들 및 무선 신호들은 양방향이며, 로컬 센서들 및 다른 모니터링 장비로부터 명령을 송신하고 데이터를 수집할 수 있다.
조명 장치들 및 비-조명 장치들, 특히 LED 조명체 및 비-LED 장치들을 포함하는 본 발명의 제어 가능한, 저비용, 고효율, 전력 및 조명 시스템의 다른 장점들은 이러한 시스템을 고유하게 식별하는 정보를 구축할 수 있는 능력, 및 Wi-Fi(RTM)와 전력선 기술의 조합을 이용하는 것을 통해 설치 및 운영 효율 비용을 더 절감하는 능력이다.
특히 LED들의 경우, 이러한 로컬 제어기들은 LED 설계 사양의 0 내지 일반적으로 200%만큼 전압 및 전류를 변화시킬 수 있는데, 여기서 100%는 복사 전력 대 전기 전력의 비율이 최대인, 최적 또는 '스위트 스포트(sweet spot)'이다. '스위트 스포트(sweet spot)'를 넘어 전류가 상승하는 것은 '피크 아닌(off peak)' 전력 비용이 이용 가능한 경우에 유용할 수 있다. 또한 마이크로제어기들은 펄스파 변조(PWM)에 의해 광의 세기와 광주기를 제어하기 위해 펄스를 발생시킬 수 있다. 또한 마이크로제어기들은 전압, 전류 및 펄스를 동시에 변화시킬 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, LED와 관련하여, 유리한 조명 시스템 제어를 가능하게 하기 위해 각 LED, LED 그룹 또는 스트립은 개별적으로 식별되고 제어될 수 있는 등록 칩을 구비한다. 설치 시 각 LED, LED 그룹 또는 스트립은 목적으로 설계된 분광계 또는 분광 복사계를 사용하여 입력 전류들 및 '온(on)-오프(off)' 펄스 폭들의 범위에 걸쳐 교정되어서, 이에 의해 제어 시스템이 각 스트립에 의해 제공되는 파장들, 세기들 및 광주기들을 전달하고 기록할 수 있다. 이를 통해 LED 빈(bin)을 선택하는 제조업체가 LED 생산 편차들을 보상하도록 보정하게 할 수 있다. 이에 의해 또한 더 많은 LED 빈들을 구매하여 비용을 절감할 수 있다. 시간이 지남에 따라 LED들은 열화되고 동일한 복사 출력 전력에 대해 더 많은 전기 전력을 필요로 한다. 주기적으로 재교정함으로써 이러한 편차들은 알려지고 조절될 수 있다. 또한 시간(년수)에 걸쳐 입력 전력 데이터를 수집함으로써 열화를 예측하고 스트립 교체를 최적화할 수 있다. 또한 교정을 통해 결함을 식별하고 조기에 교체할 수도 있다. 또한 교정 공정을 통해 자동화된 LED 클리닝이 시스템 효율과 관련된 이익 및 물리적 클리닝에 부수적인 비용 절감을 제공할 수 있다.
LED 교정은, 제조 시, 시스템에 설치 시, 또는 LED의 라이프 사이클 동안 필요에 따라, 예를 들어, LED 조명체 또는 LED 조명 부품을 어레이에 고정할 때 수행될 수 있다. 최적의 제어 효율을 위해, 본 시스템에 사용하기 위한 LED는 등록되기 전에 교정되어야 한다. 임의의 적절한 교정 공정이 등록 및 이용 이전에 본 시스템에 사용되는 LED들을 교정하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 예시적인 LED 교정 공정에서, 다음 단계들이 수행된다:
1. 각 LED, 또는 어레이 내 LED 그룹 내 모든 LED가 동일한 경우 빈 단위로 각 그룹 내 하나의 LED는 적절한 버스바 또는 와이어를 통해 AC 저전압 또는 초 저전압 공급원에 수동으로 연결되고 '어둠 상자(dark box)'에 삽입된다;
2. 전류 및 PWM 시퀀스의 미리 설정된 조합이 실행되고 그 결과 데이터가 이 빈으로부터 시스템에 사용된 모든 LED들과 관련하여 로깅된다. 서로 다른 LED 그룹들 및/또는 서로 다른 빈들에 있는 LED들을 포함하는 보다 복잡한 시스템이 있는 경우 단계 1 및 단계 2는 서로 다른 소스의 각 LED에 대하여 반복된다;
3. 관련 결과 데이터 세트는 로깅된 빈 번호에 있는 LED들을 포함하는 어레이 내의 각 LED 그룹을 위한 등록 칩에 할당된다; 및
4. 시스템이 가동되고 교정된 등록된 LED들과 함께 실행되면, 미래에 이러한 조합들 중 임의의 조합이 사용될 때 데이터가 알려지고, 각 LED 또는 LED 그룹 하에 건물/어레이 내의 영역에 대해 매핑될 수 있다.
앞서 상세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 사용하기 위한 LED 조명체는 어레이가 동작되기 전에 이상적으로 교정되고 등록된다. 각 LED는 직렬 등록을 제공하기 위해 '직렬 식별자 칩'을 갖는데, 이는 LED 교정 정보가 이 고유 번호에 대응하여 저장된다는 것을 의미한다.
본 전력 및 조명 시스템, 예를 들어, LED, 조명 기구 또는 LED 고정구 내 임의의 LED-포함 조명 장치는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템 내의 특정 조명 이벤트를 수행하도록 명령받을 수 있다. 조명 명령은 LED 등록 칩을 통해 물리적 LED-포함 장치로 들어간다. LED 등록 칩은 앞서 상세히 설명된 바와 같다. 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 예를 들어, 조명 기구들 또는 LED 고정구들과 같은 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들을 포함하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에서, 조명 명령은 개별 LED-포함 조명 장치들, 조명 기구들 또는 LED 고정구들을 위한 등록 칩들로 분배될 수 있고, 또는 이 조명 명령은, 조명 시스템 뿐만 아니라 존재하는 경우 임의의 비-LED/비-조명 장치들에 전력을 분배하고 또한 시스템 내 장치들을 위한 데이터 신호들을 더 포함하는 적합한 버스바 배열, 특히 전도성 관형 또는 실질적으로 관형 버스바 배열, 보다 특히 3개의 병렬 라인 또는 라이브 전도성 관형 또는 실질적으로 관형인 버스바의 배열을 통해, 필요한 경우, 상호 연결된 LED-포함 조명 장치들, 조명 기구들 또는 LED 고정구들의 그룹들을 위한 등록 칩들로 분배될 수 있다.
데이터 관리/보안
앞서 논의된 바와 같이, 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은, 본 명세서에 한정된 시스템 내, 조명 장치들 및 비-조명 장치들, 특히 LED-포함 조명 장치들 및 존재하는 경우 비-LED/비-조명 장치들을 위한 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 조명 제어 시스템은 복사 전력을 측정하기 위해 데이터를 로깅하는 수단을 포함하고, 상기 비-조명 제어 시스템은 전력 소비량을 측정하기 위해 데이터를 로깅하는 수단을 포함하는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
또한 앞서 논의된 바와 같이, 특히 시스템 내의 LED-포함 조명 장치들 및 그 내부 배열을 위한 조명체의 전체 수는 특정 상업용/산업용 및/또는 가정용 응용의 필요에 의존하며, 유리하게는 본 시스템과 전력선 기술의 조합은 100,000개 이상의 개별 조명체 또는 LED들을 갖는 시스템들에서 조명체, 특히 LED들을 관리하고 개별적으로 제어하는 능력을 처음으로 제공한다.
최대 100,000개 이상의 개별 LED들을 갖고, 본 명세서에 설명된 양태들 중 임의의 양태에 따른 전력선 기술을 통해 상기 장치를 자동으로 제어하는 것과 함께 버스바들을 통해 분배되는 3-상 AC, 특히 저전압 AC 전력, 특히 초 저전압 AC 전력을 포함하는 상업용/산업용 및/또는 가정용 응용들에서 LED-포함 조명 장치들 및 비-LED 기반 장치들을 위한 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템의 특정 장점은 전례 없는 보안 레벨들을 제공한다는 점이다.
본 발명의 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용하기 위한 LED 조명 시스템에 있어서, 유리하게는 조명 제어 시스템은 연속 분광 복사계 없이 LED 어레이 전체 또는 이 어레이 내 개별 LED들 또는 LED 그룹들의 복사 전력을 측정하기 위해 데이터를 로깅하는 수단을 포함한다.
따라서, LED 어레이 제어 시스템을 움직임 센서들 및 광 센서들에 링크함으로써, 시스템 내 미리 한정된 출력 레벨들을 진행 동안/진행 중에 최적화하거나 및/또는 유지할 수 있게 하는 데이터 세트를 실시간으로 또는 주기적으로 제공하는 전체 제어 시스템을 달성할 수 있다.
따라서, 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 앞서 한정된 LED 어레이를 통해 상업용/산업용 또는 가정용 시스템에 효과적인 광 레벨을 제공하기 위한 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 제공하며, 상기 제어 시스템의 특징은 LED 파장들, 세기들 또는 광주기들을 진행 중에 측정할 필요가 없다는 점이다.
또 다른 양태에 따르면, 상기 제어 시스템은 상업용/산업용 또는 가정용 환경에서 광 레벨이 변할 때 LED들을 제어하여 조절할 수 있도록 자연광 계량기에 링크될 수 있다.
바람직한 양태에 따르면, 상기 전력 및 조명 시스템은 직공/유지 보수 요원에게 안전한 전압 레벨들의 전력을 LED들에 공급할 수 있는 능력을 갖는다. 이것은 조명 시스템을 AC 초 저전압 전력 공급원에 연결함으로써 달성된다. 본 명세서에 한정된 초 저전압은 버스바들을 통해 시스템에 제공되는 50v AC 이하의 AC 전압(<= 50v AC), 보다 특히 12v 내지 50v AC, 일반적으로 24v 내지 36v AC이다. 현재 이용 가능한 전압 레벨들에 비해 낮은 AC 전압 레벨에서 사용될 때 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공하는 또 다른 안전 상의 장점은 이 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 초 저전압 3-상 AC에서 동작하기 때문에 일단 설치되면 건물의 일일 유지 보수를 담당하는 직공이 모든 조명 장치들, 특히 LED들을 안전하게 설치 및 유지할 수 있다는 것이다. 이로 인해 상업용/산업용 운영 비용이 절감된다. 정류를 최적화하는 동작 전압들을 유지하도록 예를 들어 LED 어레이와 같은 조명 시스템의 전체 효율을 제어할 수 있다.
따라서, 또 다른 양태에 따르면, 본 명세서에 한정된 하나 이상의 LED 어레이들 및 하나 이상의 비-LED 장치들을 포함하는 전력 및 조명 시스템에 사용하기 위한 제어 시스템으로서, 상기 제어 시스템은, LED 어레이 전체 또는 상기 어레이 내 개별 LED들 또는 LED 그룹들의 복사 전력을 측정하기 위해; 광 센서들을 통해 상기 전력 및 조명 시스템이 사용되는 건물 또는 건물 구획 또는 건물 층 내의 광 레벨들을 측정하기 위해; 상기 전력 및 조명 시스템 내 어레이 내의 하나 이상의 LED들, LED 그룹들 및/또는 개별 또는 그룹의 비-LED 장치들에 공급되는 전력 레벨을 측정하기 위해 데이터를 로깅하는 수단을 포함하고, 상기 제어 시스템은 90% 이상의 효율을 유지하도록 동작 전압들을 제어하는 수단을 제공하는, 상기 제어 시스템이 본 명세서에 제공된다.
예를 들어, 임의의 주어진 응용에서 본 발명에 따른 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 구현하기 위해, 입력 3-상 AC 전력 공급원, 전압 스텝다운 수단, 및 하나 이상의 소비 장치에 전력을 분배하는 수단, 및 특히 3-상 AC/DC 정류가 발생하는 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들이 요구된다. 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 전력 변환 및 정류 수단은 본 명세서에서 논의된 것들 중 임의의 것일 수 있고, 이들 수단은 매우 다양한 여러 LED-포함 조명 장치들에 뿐만 아니라 앞서 한정된 비-조명 장치들에 전력을 공급하도록 쉽게 적용될 수 있다. 상기 설명으로부터도 이해될 수 있는 바와 같이, 전력은 전도성 버스바들을 통해 하나 이상의 전력 소비 장치들, 특히 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들에 분배될 수 있으며, 대안적인 전도성 수단이 또한 본 발명에 따른 시스템에서 전력을 분배하는 데 사용될 수 있다. 이러한 시스템들에서, 3-상 전력 공급원은 전압 스텝다운 장치에 입력 전력을 제공하고 이 전압 스텝다운 장치는 입력 전압을 더 낮은 저전압 전력 공급원으로 변환하고, 이 저전압 전력을 특히 전도성 버스바 배열을 통해 하나 이상의 전력 소비 장치들에 분배하고, 이 하나 이상의 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는, 예를 들어 LED 고정구와 같은 LED-포함 조명 장치이다. 전력선 게이트웨이 또는 모뎀과 같은 통신 기능을 제공하는 수단에 이 저전압 전력을 분배하는 것은 특히 3개의 병렬 라인 및 선택적으로 하나의 중성 관형 버스바들을 갖는 주 버스바 배열에 의해 제공된다. 이후, 전력은 3개의 병렬 관형 버스바들 및 선택적으로 하나의 중성 버스바를 포함하는 버스바 배열의 2차 분배 분기를 통해 하나 이상의 LED 고정구들과 같은 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들에 제공될 수 있다. 이러한 시스템들에서, 상기 버스바 배열은 상기 전력선 모뎀으로부터 상기 시스템으로 또는 상기 시스템으로부터 상기 전력선 모뎀으로 데이터를 송신할 수 있기 위해 하나 이상의 라인/라이브 전도체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예인 예시적인 시스템의 일부는 도 1에 도시되어 있다.
하나의 게이트웨이
앞서 논의된 바와 같이, 본 발명은 추가적으로 상기 전력 또는 조명 시스템 내의 각각의 개별 장치를 독립적으로 제어하는 수단으로서, 상기 개별 장치는 조명 장치, LED 장치 또는 비-LED 기반 장치인, 상기 개별 장치를 독립적으로 제어하는 수단뿐만 아니라, 상기 전력 및 조명 시스템 내의 조명 장치, LED 그룹 또는 비-LED 기반 장치 그룹들, 또는 LED 어레이를 선택적으로 제어하는 수단을 제공한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 하나 이상의 LED들을 포함하는 이러한 조명 시스템들은 상이한 파장들의 LED들을 포함할 수 있다. 이것은 저전압 또는 초 저전압 제어 라인, 전력선 기술 또는 무선 기술, 또는 중앙 마이크로제어기에 의해 명령받는 전력선 기술과 무선 기술의 조합을 통해 달성된다.
이 마이크로제어기는 또한 기존의 퍼스널 컴퓨터(PC) 통신을 위한 공통 게이트웨이로서 동작한다. 이 데이터는 전류를 변화시키거나 펄스 폭 변조(PWM)를 통합함으로써 제어 가능한 전력 및 조명 시스템 내의 LED들 중 임의의 LED 또는 임의의 LED들의 조합의 각각의 파장 및 광주기로 세기 또는 복사 전력을 변화시키도록 배열될 수 있다.
이 공통 게이트웨이(마이크로제어기)와 PC 간의 통신 방법은 하드 와이어 방식의 직렬 또는 이더넷 등을 통해 또는 Wi-Fi(RTM), 스냅, 지그비(Zigbee)(RTM), 엑스비(Xbee)(RTM) 또는 다른 무선 프로토콜을 통해 무선으로 이루어질 수 있다.
특히, 본 발명의 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 위한 제어 시스템에서 중앙 게이트웨이를 제공하기 위해 전력선 기술과 중앙 마이크로제어기의 조합을 사용하는 것은 특히 현재 이용 가능한 무선 기반 시스템들에 비할 때 데이터 보안의 관점에서 특히 유리하다.
본 전력선 및 중앙 마이크로컴퓨터 기반 시스템을 사용하면, 현재 이용 가능한 무선 기반 기술을 사용하여 요구될 수 있는 일련의 수 천 개 또는 수 만 개의 개별 무선 링크들을 사용하는 것보다 훨씬 더 안전한 하나의 공통 게이트웨이를 통해 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에서 수 천 개의 또는 수 만 개의 LED 및/또는 비-LED 기반 장치들로부터 모든 데이터를 채널링할 수 있다.
이러한 유익한 데이터 보안 측면에 더하여, 공통 게이트웨이로서의 단일 마이크로프로세서와 버스바 조립체의 전력선 기술을 결합하는 이중 시스템을 사용하면 잠재적으로 수 천 개의 다른 Wi-Fi(RTM) 채널들을 갖는 것보다 유지 및 업데이트하기가 더 쉬운 시스템을 제공할 수 있다. 게이트웨이 기술의 도시 및 이 게이트웨이 기술을 이용하는 것과 관련된 상세는 도면들에 제공된다.
예를 들어, 스마트 기술, 모바일 폰, 랩탑, 태블릿 등을 갖는 휴대용 장치들과 같이, 시스템 전반에 걸쳐 모바일 연결을 위한 설비를 필요로 하는 일부 비-LED 기반 장치들이 있다. 모바일 연결 설비를 요구하는 비-LED 기반 장치들에 맞춤형 제어 기능을 제공하는 것은, 전력선 기술에 의해 전력이 공급되는 로컬 Wi-Fi(RTM) 생성기를 사용하여 무선 주파수 무선 신호를 사용하여 장치에 연결된 모바일 장치(들)로/로부터 데이터를 전송하는 무선 연결을 수행하는 것을 통해 가능하거나, 또는 대안적으로 전력선 기술에 의해 전력이 공급되는 지정된 LED들로부터 Li-Fi를 사용하여 가시광 통신(visible light communication: VLC) 수단을 사용하여 무선 광 네트워킹 기술을 사용하여 모바일 장치(들)로/로부터 데이터를 전송하는 무선 연결을 수행하는 것을 통해 가능할 수 있다.
따라서, 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 전력 또는 조명 시스템 내의 각 개별 전력 소비 장치를 독립적으로 제어하는 수단으로서, 상기 개별 장치는 LED 장치 또는 비-LED 기반 장치인, 상기 각 개별 전력 소비 장치를 독립적으로 제어하는 수단뿐만 아니라, 앞서 설명된 양태들 중 임의의 양태에 따라 한정된 버스바들을 통해 분배되는 저전압, 특히 초 저전압 3-상 AC를 사용하는 것을 통해 전력 및 조명 시스템 내 LED 그룹, 또는 비-LED 기반 장치 그룹 또는 LED 어레이들을 선택적으로 제어하는 수단, 및 중앙 마이크로제어기에 의해 명령받는 전력선 기술 및 무선 기술을 포함하는 자동화된 제어 시스템을 포함하는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 본 명세서에 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 전력 또는 조명 시스템 내의 각 개별 전력 소비 장치를 독립적으로 제어하는 수단으로서, 상기 개별 장치는 LED 장치 또는 비-LED 기반 장치인, 상기 각 개별 전력 소비 장치를 독립적으로 제어하는 수단 뿐만 아니라, 앞서 설명된 양태들 중 임의의 양태에 따라 한정된 버스바들을 통해 분배되는 저전압, 특히 초 저전압 3-상 AC를 사용하는 것을 통해 상기 전력 및 조명 시스템 내 LED 그룹, 또는 비-LED 기반 장치 그룹들 또는 LED 어레이들을 선택적으로 제어하는 수단, 및 중앙 마이크로제어기에 의해 명령받는 전력선 기술 및 무선 기술을 포함하는 자동화된 제어 시스템을 포함하고, 상기 무선 기술은 Wi-Fi(RTM); Li-Fi; Wi-Fi(RTM)와 Li-Fi의 조합으로부터 독립적으로 선택되는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공된다.
모바일 네트워킹 기능을 요구하는 비-LED 기반 장치들에 무선 연결을 요구하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템들에서 데이터 보안을 향상시키기 위해, 상기 전력 또는 조명 시스템 내의 각 개별 장치를 독립적으로 제어하는 수단으로서, 상기 개별 장치는 LED 장치 또는 비-LED 기반 장치인, 상기 각 개별 장치를 독립적으로 제어하는 수단 뿐만 아니라, 특히 앞서 설명된 양태들 중 임의의 양태에 따라 한정된 버스바들을 통해 분배되는 저전압, 특히 저전압 3-상 AC를 사용하여 상기 전력 및 조명 시스템 내의 LED 그룹, 또는 비-LED 기반 장치 그룹들, 또는 LED 어레이들을 선택적으로 제어하는 수단, 및 중앙 마이크로제어기에 의해 명령받는 전력선 기술 및 무선 기술을 포함하는 자동화된 제어 시스템을 포함하는 상기 시스템에 한정된 시스템이 제공되고, 여기서 상기 무선 기술은, 상기 시스템으로부터 하나 이상의 비-LED 기반 장치들로 Li-Fi 무선 연결을 제공하고 상기 하나 이상의 비-LED 기반 장치들로부터 상기 시스템으로 Wi-Fi(RTM) 무선 연결을 제공하는 수단을 포함한다.
전력선을 통해 제어되는 LED 조명 뿐만 아니라 제어 시스템이 Wi-Fi(RTM) 및 Li-Fi 연결을 포함하는 비-LED 기반 모바일 장치들용 제어 시스템이 도면들에 도시되고 논의된다.
의문의 여지를 피하기 위해, 이것은 데이터 및 제어 기능을 전송하기 위한 것이다. 장치와 시스템 간에 통신이 있는 경우, 이것은 제어 기능 및/또는 데이터를 전송하기 위한 것이며, 시스템과 장치 간에 통신이 있는 경우 이것은 제어 기능 및/또는 데이터를 전송하기 위한 것이다. 일 실시예에서, Wi-Fi(RTM)/Li-Fi 시스템이 사용되고 이 경우 전송은 장치에 대해서는 일 방식이고, 시스템에 대해서는 다른 방식이다.
각각의 개별 LED, LED 그룹들, 각 LED 스트립 또는 스트립 그룹, 또는 전체 어레이 내의 하나 이상의 특정 LED 어레이들에 공급되는 각 파장의 세기 및 광주기를 제어하는 능력에 의해, 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 사용되는 상업용/산업용 또는 가정용 시스템의 미리 결정된 영역에서 주위 광 상태에 따라 LED들을 피드백 루프를 통해 변화시킬 수 있다. 이러한 미리 결정된 영역은 전체 건물, 건물 내 하나 이상의 룸 또는 층, 또는 구획, 또는 영역 또는 공간, 예를 들어, 건물 내의 복도 및 계단, 룸 또는 공간 그룹, 또는 하나 이상의 층, 또는 원하는 바에 따라 LED들의 임의의 다른 배열일 수 있다. 이를 통해 LED 광자 생산을 최적화하여 조명 관련 전력을 최적으로 사용할 수 있다.
최적화 공정은 시스템이 설치되면 사용될 수 있고, 건물이 사용 중일 때, 이러한 진화 최적화 공정은 광 센서들 및/또는 움직임 센서들을 사용하여 특정 기간(분, 시, 일, 주, 월)에 걸쳐 조명 요구량을 평가할 수 있고, 그 결과 데이터는 제어 시스템을 통해 수집된다. 이 데이터를 처리하면 지정된 기간에 걸쳐 베이스 라인의 미리 설정된 조명 레벨들을 제공할 수 있고, 이 조명 레벨을 모니터링하고 제어하면 상기 제어 시스템을 이미징 및 광 센싱 장비에 링크시켜 진행 중에 광 레벨을 효율적으로 전달함으로써, 피드백 루프를 통해 실시간으로 광을 제어할 수 있다.
LED
LED는 발광 다이오드이고, 임의의 적절한 LED가 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템들에 사용하기 위해 조명 어레이들에 이용될 수 있다. 일반적으로, 본 명세서에 한정된 상업용, 산업용, 가정용 시스템 또는 혼합된 시스템들을 포함하는 임의의 특정 응용에 사용하기 위한 LED는 시스템의 특정 구획에 원하는 파장 범위에 걸친 광을 제공하거나 또는 특정 파장의 광을 제공하는 능력을 위해 선택된다.
본 발명의 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에서, LED 조명체는 사용자의 선호도 및 임의의 특정 환경에서 요구되는 광의 레벨에 따라 이격될 수 있다.
본 명세서에 한정된 로컬 등록 칩을 통합하도록 적응될 수 있는 임의의 상업용으로 이용 가능한 LED 조명은 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용될 수 있다. 의문의 여지를 피하기 위해, 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템들은 주로 백색/광역 스펙트럼 LED 조명을 제공하는 것에 관한 것이지만, 예를 들어, IR 또는 UV와 같은 맞춤형 LED 컬러 광을 시스템에 걸쳐 또는 시스템의 특정 일부분 또는 구획에 제공하는 LED 조명 또한 특정 LED들은 사용하는 것을 통해 본 시스템들을 통해 전달될 수 있다.
본 시스템들에 사용하기 위한 특정 LED들을 선정하고 선택하는 것은 특정 응용 요구에 의존할 것이다. 이해될 수 있는 바와 같이, 보다 복잡한 응용들에서, 상이한 LED 조명 배열들은 상이한 구획들, 룸들, 층들에 사용되거나 또는 상기 구획들, 룸들, 층들 등의 특정 요구조건에 따라 조명될 건물 또는 영역의 다른 한정된 부분에 사용될 수 있다. 본 전력 및 조명 시스템을 사용하여 제어하기 위해 예를 들어 LED 어레이(들)와 같은 조명 배열들에 통합될 수 있는 LED들의 수는 상기 시스템이 적용되는 특정 응용의 상대적인 스케일에 의해서만 제한된다.
유리하게는, 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템은 전력을 공급받고 조명될 특정 환경의 요구에 따라, 특히 영역별, 룸별, 구획별 또는 층별로 설계될 수 있는 LED 조명 및 특히 LED 어레이들을 제공한다.
본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 사용하면 하나 이상의 LED 어레이들 내의 전례 없는 수의 LED들이 수 백만 개의 LED들을 포함하는 대규모 상업용/산업용 시스템에 이용될 수 있는 가능성을 처음으로 가능하게 할 수 있다. 유리하게는, 본 시스템은 LED 조명체, 특히 LED 어레이들을 개별적으로, 그룹으로 또는 실제적인 방식으로 모두 함께 제어할 수 있는 수단을 제공한다. 본 명세서에서 상세히 설명된 바와 같이, 본 시스템을 사용하는 것에 의해 제공되는 제어의 정도는 전례 없는 유연성 레벨들을 제공한다.
의문의 여지를 피하기 위해 그리고 특정 양태에 따르면, 본 전력 및 조명 시스템들 내에 사용하기 위한 각각의 LED 조명체 또는 스트립, 또는 각각의 LED 조명 부품은 전압을 로컬 변환 및 최종 보정하는 수단을 포함한다. 일반적으로 이 로컬 변환 및 보정 수단은 LED에 로컬인 위치에서 저전압 또는 초 저전압 3-상 AC를 DC로 변환하는 적절한 정류 수단과 같은 앞서 한정된 로컬 수단을 포함한다.
본 발명에 사용하기에 특히 유용한 LED 배열에 따르면, 각 LED 스트립 또는 LED 조명 부품은 LED(들), LED 등록 스트립 또는 칩, 로컬 정류기, 및 선택적으로 전력선 통신 칩을 포함하는 완비된 유닛이다.
의문의 여지를 피하기 위해, 전술된 특히 유용한 LED 배열에서 이용되거나 또는 본 발명의 임의의 다른 LED-포함 조명 장치들을 위한 제어 시스템에 이용되는 전력선 칩들은 조명 시스템 내의 LED 칩들을 위한, 본 명세서에서 데이터 또는 정보로도 알려진, 지시들을 해석하도록 적응된다. 전력선 칩들은 조명 시스템에 대한 실제 지시들, 즉 '턴온', '어두워지게', '지정된 시간 기간(X) 동안 점멸' 지시들을 취해, 이 지시들을 LED 칩들로 보내지는 간단한 명령으로 변환한다. LED 칩들과 전력선 칩들은 서로 연동되어 조명 시스템에 맞춤형 제어를 제공한다.
앞서 상세히 설명된 바와 같이, 본 시스템은 전력 및 제어를 하나 이상의 전력 소비 장치들에 제공하고, 여기서 적어도 하나의 장치는 LED-포함 조명 장치이고, 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 추가적인 비-조명/비-LED-포함 장치들이 존재하는 경우, 이들 장치들도 또한 이들 장치들을 위한 지시들을 용이하게 제어하기 위해 장치별 등록 칩들을 더 구비할 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에서 상세히 설명된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템의 임의의 특정 양태에서 사용하기 위한 LED들은 상기 LED들이 사용되는 특정 상업용/산업용 및/또는 가정용 응용에 원하는 파장 범위에 걸친 광을 제공하거나 또는 그 구획 내에 특정 컬러를 제공하는 특정 파장의 광을 제공하는 능력을 위해 선택된다.
본 발명에 사용하기 위한 예시적인 컬러 및 광역 스펙트럼 LED들은 약 400 nm 내지 약 700 nm; 약 460 nm 내지 약 640 nm 범위; 약 460 nm; 약 560 nm; 약 640 nm의 파장들을 제공할 수 있는 LED들로부터 독립적으로 선택되며, 이러한 파장들은 개별 LED들에 의해, 그룹 또는 스트립으로 배열된 하나 이상의 LED들에 의해, 또는 어레이 내의 모든 LED들에 의해 제공된다.
또한, 본 시스템은 응용에 따라, 개별 조명으로서 또는 그룹으로서 또는 전체 조명 시스템으로서, 하나 이상의 UV 또는 IR LED들을 포함할 수 있으며, 이러한 IR 또는 UV LED들은 약 400 nm 미만의 파장 또는 약 760 nm 초과 파장을 각각 가져서, 상업용/산업용 및/또는 가정용 응용을 위해 전력 및 조명 시스템에 걸쳐 또는 특정 부분들에서 맞춤형 조명 요구조건을 제공한다.
그리하여, 백색/광역 스펙트럼 LED 조명을 제공하기에 적합한 LED들에 더하여, LED 어레이는 백색 및/또는 광역 스펙트럼 LED들과 함께 하나 이상의 적외선 발광 다이오드(IR-LED)들을 포함할 수 있고, 또는 전체적으로 IR-LED들을 포함할 수 있다. IR LED들은 일반적으로 원격 제어 유닛들에서 사용되는 것과 유사한 파장들의 가시광보다 더 긴 파장들의 광을 송신한다. 그리하여 육안으로는 볼 수 없지만 많은 디지털 장치가 IR LED를 검출할 수 있으며 그리하여 IR LED들은 광 센서들의 활성화 또는 원격 트리거링이 필요한 시스템에 응용된다. IR LED들은 일반적으로 770 nm 내지 950 nm의 영역의 파장을 갖고 센싱 시스템들에 사용되는 것으로 알려져 있다. 770 nm, 870 nm, 880 nm, 940 nm 및/또는 950 nm 파장을 갖는 IR LED들이 연기 검출 및 "광 스위칭(opto-switching)"을 포함한 다양한 응용을 위해 비-조명 센싱 장치들과 함께 사용되는 것이 알려져 있다.
의문의 여지를 피하기 위해, 본 전력 및 조명 시스템들은 본 명세서에서 LED 고정구들 또는 LED-포함 조명 장치들로도 알려진, 상이한 LED 조명 부품들의 혼합체, 및/또는 상이한 파장들을 갖는 컬러, 광역 스펙트럼, UV 또는 IR LED들의 혼합체를 포함할 수 있다.
'약'이라는 용어는 실질적으로 본 명세서에서 한정된 파장들을 제공하는 임의의 LED 또는 LED 그룹들이 본 발명에 사용하기에 적합한 LED들인 것을 의미한다.
따라서, 본 발명은 LED 조명 부품들, LED 스트립 조명/LED 스트립 조명체; LED 조명체를 포함하는 스트립들; LED 스포트 조명체, LED 투광 조명체들, 및 이들의 혼합체를 포함하는 신규한 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
조명 시스템 제어
본 명세서에서 상세히 설명된 바와 같이, 상기 시스템은 칩의 형태일 수 있는 적절한 등록 칩들 및 로컬 인버터들을 사용하는 것을 통해 전력 및 조명 시스템 내의 LED-포함 조명 장치들, 특히 LED들 및 비-LED 장치들(존재하는 경우)을 관리하는 로컬 수단을 포함한다. 의문의 여지를 피하기 위해 상기 시스템 내의 LED 또는 등록된 LED 그룹 또는 스트립에서 전압 강하를 자동으로 보정하는 것은 각 LED 또는 LED 그룹 또는 스트립 상의 로컬 인버터들에 의해 관리되며, 상기 등록 칩(들)에 의해 적절한 제어 시스템을 통해 상기 시스템 내의 LED 조명체 또는 비-LED 장치들을 식별하고 개별적으로 및/또는 그룹으로 제어할 수 있다.
임의의 특정 LED 조명을 선택하는 것은 조명될 특정 상업용/산업용 및/또는 가정용 응용의 요구조건에 의존하지만, 이 특정 LED 조명을 본 시스템 내에서 동작하도록 적응시킬 수 있는 수단은 다음과 같다:
1. 유리한 시스템 제어를 가능하게 하기 위하여, 각 LED 조명체, 또는 LED 조명체 그룹, 또는 LED 조명체의 스트립, 또는 LED 조명체를 포함하는 스트립은 개별적으로 식별되고 제어될 수 있는 등록 칩을 구비한다. 이러한 칩들을 임의의 특정 스트립에 고정할 수 있는 수단은 앞서 상세히 설명된 바와 같고, 개별 LED 조명체 또는 LED 조명체 그룹들에 칩을 부착하는 데 적용될 수 있다.
2. 설치 시 각 LED 조명체 또는 LED 그룹 또는 스트립은 목적으로 설계된 분광계 또는 분광 복사계를 사용하여 입력 전류들 및 '온(on)-오프(off)' 펄스 폭들의 범위에 걸쳐 교정되고, 이에 의해 제어 시스템이 각 LED 조명체, LED 조명체 그룹, LED 조명체 스트립 또는 LED 조명체를 포함하는 스트립에 의해 제공되는 파장들, 세기들 및 광주기들을 전달하고 기록할 수 있다. 이러한 교정을 수행할 수 있는 수단은 앞서 상세히 설명된 바와 같다.
본 명세서에 한정된 LED 어레이(들)를 위한 본 제어 시스템은 스마트 소프트웨어를 사용하여 다양한 소스들, 조명 등록 칩들, 정류기 제어 수단, 전력선 통신 칩, 무선 기술, 로컬 PC들 또는 다른 데이터 캡처 수단으로부터 캡처되고 나서 상기 제어 시스템으로 중계되는 데이터를 관리하며, 이러한 데이터 캡처에 응답하여 전체 재배 시스템에 맞춤형 모니터링 및 제어를 실시간으로 제공할 수 있다.
일 양태에 따르면, 본 명세서에 한정된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템들에서, 하나 이상의 LED 스트립들, 또는 LED 스트립 그룹들, 또는 LED 그룹들 또는 개별 LED 조명 부품/LED(들)을 포함하는 LED 조명은 등록 스트립, 로컬 정류기 및 선택적으로 전력선 통신 칩을 구비한다.
대안적인 양태에 따르면, 본 명세서에서 한정된 전력 및 조명 시스템들에서, 상기 LED 스트립들 또는 LED 스트립 그룹들, LED 그룹들, 또는 개별 LED 조명 부품/LED(들)는 등록 스트립 및 로컬 정류기를 구비하고, 상기 등록 칩은 로컬/리피터 무선 기술과 통신하는 수단을 제공한다.
또 다른 양태에 따르면, 앞서 한정된 시스템으로서, 각각의 전력 소비 장치, 즉 각각의 개별 LED-포함 조명 장치 및/또는 존재하는 경우 비-LED 장치, 또는 LED-포함 조명 장치 그룹 및 또는 존재하는 경우 비-LED 장치 그룹, 및/또는 LED-포함 조명 장치 어레이 및/또는 존재하는 경우 비-LED 장치 어레이가 개별적으로 또는 선택적으로 등록되고, 여기서 상기 시스템은 무선으로 그리고 원격으로 모니터링 및 제어될 수 있으며, 상기 LED-포함 조명 장치(들) 내 개별 LED(들) 또는 LED 조명 부품 스트립 내의 LED들은 등록 칩 및 로컬 정류기 및 전력선 통신 칩을 구비하고 또는 상기 등록 칩은 로컬/리피터 무선 기술과 통신하는 수단을 제공하고, 상기 LED-포함 조명 장치들 및/또는 존재하는 경우 비-LED 장치들은 인터넷을 통해 제어하기에 적합한, 상기 앞서 한정된 시스템이 제공된다.
따라서, 본 발명은 신규한 전력 및 조명 시스템에 사용하기 위해 및 본 명세서에 한정된 전력 및 조명 시스템을 관리 및 제어하기 위해 상업용으로 이용 가능한 LED 조명을 적응시키는 방법을 추가적으로 제공한다.
살아 있는 유기체의 재배/근접성과 관련된 응용에서의 사용
앞서 한정된 재배와 관련된 응용들에서, 특히 재배 시스템들에서 사용하기 위해 LED 조명용 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 사용하면 현재 24/7 모니터링 시스템에 비해 운영 비용 면에서 전례 없는 효율을 제공할 뿐만 아니라 설치하는 데 자본이 더 적게 들고, 일반적으로 30% 더 저렴하다. 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템은, 이러한 응용들에, 특히 재배 시스템들, 및 특히 살아 있는 유기체, 재배 물질, 사람 또는 동물에 매우 근접하여 사용하기 위해 LED 어레이를 포함하는 제어 가능한 전력 및 LED 조명 시스템에 사용하기 위해 3-상 AC 전력, 특히 저전압 AC 전력, 특히 초 저전압 AC 전력을 이용하는 신뢰성, 효율성, 제어 가능성, 및 민감성이 있는 조명 시스템을 처음으로 제공한다.
본 발명은 또한 앞서 한정된 재배와 관련한 응용들에서, 특히, 재배 물질, 예를 들어, 식물에 매우, 적절히, 근접하여 최적의 균일성을 달성하기 위해 특히 상업용 또는 가정용 재배 시스템에 이용하는 것과 관련된 응용들에서 LED 조명체를 이격시키는 것에 관한 것이다.
본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템은 식물, 재배 물질, 동물 및/또는 사람에 매우 근접하여 매우 낮은 레벨의 왜곡된 광(전기적 고조파 또는 다른 것을 통해 원치 않게 왜곡된 광)을 제공한다.
본 발명은 또한 앞서 한정된 재배와 관련된 응용들에서, 특히 상업용 또는 가정용 재배 시스템에서 사용하는 것과 관련된 응용들에서, 재배 물질과 조명 배열 사이의 거리, 예를 들어 식물과 LED 조명체 사이의 거리를 안전하게 조절하는 것에 관한 것이다.
본 발명은 또한 앞서 한정된 재배와 관련된 응용들에 사용하기 위해, 특히 상업용 또는 가정용 재배 시스템에서 사용하기 위해 본 전력 및 조명 시스템들의 LED 조명체를, 재배 챔버들에서 또는 다층 재배에서 보충 광 또는 단지 광만을 제공하는 재배 환경에서 1m2 내지 10,000m2 초과의 넓은 표면적에 걸쳐 파장, 세기 및 광주기에 대해 개별적으로 제어할 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 자동 제어, 디지털 수집 및 보고를 제공할 뿐만 아니라, 파장, 복사 세기, 광주기 및 다른 재배 파라미터들을 실시간으로 모니터링 및 관리하고, 앞서 한정된 재배와 관련된, 특히 재배 시스템들에 사용하는 것과 관련된 본 전력 및 조명 시스템의 응용에서 재배 파라미터들 및 다른 상태에 링크된 피드백 루프 및 진화 알고리즘을 사용하는 것에 관한 것이다.
역사적으로, 상업용/산업용 온실들에서, 식물은 HID 나트륨 램프와 같은 다양한 형태의 조명 하에서 재배되었다. 이 램프는 식물보다 높은 위치에 배치되고, 일반적으로 식물보다 약 2 미터(m) 내지 4 미터 높은 위치에 배치되어, 광을 균일하게 분배하여 램프가 생산하는 다량의 열로 인한 손상을 회피한다.
이 나트륨-HID 램프는 일반적으로 240v AC의 전력을 공급받고 일반적으로 백색 광을 생성한다. 이 램프는 최대 전력에 도달하는 데 수 분이 걸리고 조명 파장을 조절할 수 없다. 그리하여 이 램프는 긴 광주기 및 긴 어두운 기간을 갖는 시스템에서만 사용하기에 적절하다. 발광 다이오드(LED) 조명 기술의 도입, 특히 전력 효율의 증가 및 비용 절감은 HID 나트륨 램프를 LED 고정구로 대체하려는 것에 관심을 불러 일으켰다. 또한 각 파장을 독립적으로 제어하고 세기와 광주기를 변화시키는 능력은 매우 매력적이다. LED를 사용하여 밀리 초로부터 수 시간까지 광주기를 조절하는 것이 기술적으로 가능하다. LED 조명 제조업체들은 종종 수 백 개의 고전력 LED들을 통합하는 종래의 인쇄 회로 기판(PCB)을 사용하는 콤팩트한 LED 조명 어레이들을 설계했다. 이들 LED들은 IP 등급이며, 고전압, 일반적으로 240v AC로 공급된다.
상업용 재배 시스템은, LED 스트립들이 특정하게 배열되고 그 위에 LED들이 광 효율을 갖고 최적의 재배를 달성하는 특정 방식으로 이격되어 있을 것을 요구한다.
현 콤팩트한 LED 조명 어레이들은 50%를 초과하는 전력이 일반적으로 복사 전력이 아니라 열로 변환되기 때문에 종종 팬으로 공기 냉각된다. 높은 열 출력에 더하여, 이러한 LED 어레이들은 LED 조명체가 분포하는 방식으로 인해 재배 시스템들에 매우 근접하여 사용하기에 부적합하다. 식물 재배에서, 콤팩트한 LED 어레이와 같은 시스템들은 열 손실과 이로 인한 식물 재배 사이클에 대한 영향과 관련하여 일반적으로 재배하는 작물보다 2m 내지 4m 높은 위치에 배치된다. 효율을 증가시키려는 노력의 일환으로, 재배하는 작물에 훨씬 더 가깝게 배치될 수 있는 더 작은 스트립 스타일의 LED 어레이들이 설계되었다. 그러나 이 스트립들 내의 LED들은 단 하나의 방향으로만 균일하게 배열되어 있기 때문에 이 LED들은 필요한 균일한 광 분배를 제공하기 위해 재배하는 작물보다 여전히 적어도 50 cm 높은 위치에 배치되어야 한다.
본 출원인은 앞서 한정된 재배와 관련된 응용들에서, 특히 재배 시스템에서 사용하는 것과 관련된 응용들에서 사용하기 위해, 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 제공하는 것이 필요하다는 필요성, 특히 이러한 제어 가능한 시스템이 현재 이용 가능한 종래의 콤팩트하거나 또는 스트립 스타일의 LED 조명 어레이들보다 재배하는 물질에 더 근접하게 위치될 수 있는 균일한 방식으로 복사 전력 분배를 제공할 수 있는 LED 스트립들에 전력을 제공하는 것이 필요하다는 필요성을 인식하였다. 특히, 본 출원인은 앞서 한정된 재배와 관련된 응용들에, 특히 재배하는 물질에 가까이에 (<50 cm 거리에) 생성된 열을 보유할 수 있는 최소화된 광 경로로 균일한 전력을 전달하는 스트립 스타일의 LED 조명 어레이(LED 스트립)들을 포함하는 재배 시스템에서 사용하는 것과 관련한 응용에 사용하기 위해 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 제공하는 것이 필요하다는 필요성을 인식하였다.
상업용 관점에서 보면, 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템들에 사용하기 위해 이렇게 변형된 LED 스트립들이 비용 효율적인 방식으로 동작될 수 있다면, 상당한 이익이 있을 것이 분명하다. 앞서 한정된 재배와 관련된 응용들, 특히 넓은 범위의 재배 조건에 걸쳐 이용하는 것과 관련된 넓은 범위의 응용들에 걸쳐 상업용으로 이용하기 위해, 이러한 LED 스트립들은 건식, 습식 또는 수분이 있는 상태에서 사용하기 위해 관련 안전 표준에 부합하는 방식으로 이러한 전력 및 열과 관련된 장점들을 제공할 수 있어야 한다. 다양한 작물들을 한 곳에서 생산할 수 있는 상업용/산업용 재배 시스템의 복잡성이 증가함에 따라 이러한 LED 스트립들의 파장, 복사 세기들 및 광주기들을 원격으로 제어할 수 있는 능력은 효율적인 재배 시스템의 전제 조건이다.
온실 및 다중-터널 시스템들과 같은 많은 상업용 식물 재배 시스템들은 자연광뿐만 아니라 인공 광을 사용한다. 이용 가능한 광의 효율을 최적으로 하기 위해 그림자는 최소화되어야 하고, 재배하는 작물에 전달되는 자연광의 양은 최대화되어야 한다. 앞에서 논의된 바와 같이, 현재 이용 가능한 시스템은 재배하는 유기체가 과열되는 것을 방지하기 위해 재배하는 유기체로부터 일정 거리 떨어져 있어야 하기 때문에 이렇게 자연광의 양을 최대화하는 것은 현재 이용 가능한 시스템에서는 가능하지 않으며, 이는 전체 시스템 설계가 비효율적이라는 것을 의미한다. 상업용으로 이용 가능한 LED 조명체에는 DC 전류, 일반적으로 230v AC - 24v DC의 전력이 공급되는데, 이는 상업용으로 이용 가능한 LED 조명체가 일반적으로 AC/DC 인버터에 매우 근접하여 배치되는 것을 의미한다. 본 명세서에 앞서 논의된 바와 같이, 저전압 DC에서는 짧은 거리에 걸쳐 상당한 전압 강하가 발생하여, 이는 재배 시스템의 시스템 효율을 위해 특히 AC/DC 인버터가 스트립들로부터 5m 미만의 거리, 일반적으로 스트립들로부터 약 2m의 거리에 배치되어야 한다는 것을 의미한다.
현재 이용 가능한 LED 스트립들이 재배 작물에 매우 근접하게 배치될 때, 각 LED 조명체 사이의 간격은 요구되는 광 균일성을 제공하기 위해 스트립들을 따라 증가되어야 하고, 인접한 LED 스트립들은 필요한 열을 제공하기 위해 함께 더 가까이 보폭이 유지되어야 한다. 이것은 LED 스트립의 개수를 증가시켜 설치 및 진행 중 운영 비용을 증가시켜서 그에 따라 DC 전압이 강하될 위험을 증가시킬 것을 요구한다.
지금까지 이 문제를 해결하려는 노력의 일환으로, 크기가 더 작은 AC/DC 인버터를 더 많은 개수로 사용하는 종래의 LED 스트립들에서 종래의 LED 조명체를 이용하는 변형된 시스템을 제공하였으나, 이는 LED 및 인버터의 비용이 증가하고 고전압 AC 배선의 양이 훨씬 더 많아진다. 이것은 모든 배선 및 인버터들이 IP 등급이어야 하는 상업용/산업용 재배 시스템에서 특히 비싸며, 또한 이러한 시스템이 복잡하다는 것은, 본 발명에서 생성되는 파장, 세기 및 광주기 뿐만 아니라 각 스트립을 제어하는 데 필요한 조치가 비현실적이고 또한 어떤 결함이 발생하더라도 잠재적으로 위험할 수 있다는 것을 의미한다.
따라서, 균일한 방식으로 복사 전력 분포를 전달할 수 있고, 현재 이용 가능한 종래의 콤팩트하거나 또는 스트립 스타일의 LED 조명 어레이들보다 재배 물질에 더 근접하게 위치될 수 있고, 현재 이용 가능한 증가된 LED 조명체 간격/증가된 LED 스트립 배열과 관련된 단점들을 극복하는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용하기에 적합한 LED 스트립들을 제공할 필요가 있다. 특히, 재배 물질에 가까이에서 (<50 cm 거리에서) 발생된 열을 보유할 수 있는 안전하고 효과적인 방식으로 최소화된 광 경로로 균일한 전력을 전달하는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용하기에 적합한, 스트립 스타일의 LED 조명 어레이(LED 스트립)들을 제공할 필요가 있다.
본 출원인은, 3-상 AC 전력 공급원을 이용하는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템과 함께 사용하기 위해, 식물과 같은 재배 가능한 유기체에 매우 근접하여 사용하기에 적합한 개선된 LED 어레이를 개발하였다. 재배 시스템에 사용하기에 적합한 임의의 LED는 본 개선된 LED 어레이에 이용될 수 있다. 본 명세서에 한정된 식물 재배에 적합한 시스템에 사용하기 위한 예시적인 LED들은 약 400 nm 내지 약 750 nm; 약 460 nm 내지 약 640 nm ; 약 460 nm; 약 560 nm; 약 640 nm의 범위의 파장들을 제공할 수 있는 LED들로부터 독립적으로 선택되고, 이러한 파장들은, 개별 LED들에 의해, 그룹으로 배열된 하나 이상의 LED 스트립들에 의해, 또는 어레이 내 모든 LED 스트립들에 의해 제공된다. 특히 보라색#1 또는 보라색#2 LED 조명을 전달하기 위해 약 400 내지 약 420 nm의 파장들, 또는 청색 LED 조명을 전달하기 위해 약 455 nm의 파장들, 녹색 LED 조명을 전달하기 위해 약 530 nm의 파장들, 또는 초 적색(hyper red) 또는 적색 조명을 전달하기 위해 약 660 nm 내지 약 730 nm의 파장을 제공할 수 있는 LED들은 본 명세서에 한정된 3-상 AC 전력, 특히 저전압 3-상 AC 전력, 보다 특히 초 저전압 3-상 AC 전력을 이용하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 위한 임의의 응용에 사용하기에 적합한 LED들이다.
추가적인 실시예에 따르면, 본 발명은 추가적으로, 살아 있는 유기체에 매우 근접하여 균일하고 안전한 방식으로 LED 조명을 배열 및 제어하는 방법으로서, 상기 배열은 앞서 상세히 설명된 3-상 AC 전력을 이용하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용하기에 적합한, 상기 LED 조명을 배열 및 제어하는 방법을 제공한다.
따라서, 재배 시스템에서 사용하기 위해 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템과 함께 사용하기 위한 개선된 LED 어레이로서, 상기 LED 어레이는 병렬로 배열된 일련의 개별 알루미늄 스트립들을 포함하고, 하나 이상의 개별 LED 조명체는 각각의 개별 스트립의 길이를 따라 임의의 거리로 이격될 수 있고, 각각의 개별 스트립은 각각의 개별 인접한 스트립으로부터 유사한 거리로 이격되고, 상기 LED 어레이에 의해 제공되는 전체 LED 패턴은 균일한 그리드에 접근하고, LED 스트립들은 3-상 AC 저전압 전력 공급원, 특히 초 저전압 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력을 공급받도록 적응되는, 상기 LED 어레이가 제공된다.
앞서 상세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 3-상 AC 전압 전력, 특히 저전압 AC, 보다 특히 초 저전압 AC를 사용하는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 사용하면 고전압 AC 공급원들을 사용할 필요성을 제거한다. 본 출원인은, 이것이 고전압 AC 공급원이 더 이상 온실 또는 다른 재배 챔버의 재배 환경 가까이에 위치될 필요가 없어서, 이상적으로는 임의의 고전압 AC를 외부 위치로 제거할 수 있다는 것을 의미하기 때문에, 살아 있는 유기체의 재배를 촉진하도록 적응된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 특히 유리하다는 것을 발견하였다.
3-상 AC 전압 전력, 특히 저전압 AC, 보다 특히 초 저전압 AC를 사용하는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 사용하면 유리하게는 앞서 상세히 설명된 개선된 제어 가능한 LED 어레이들을, 예를 들어, 식물, 온실 작물, 채소, 상추, 과일, 토마토, 오이, 발광체(glower), 조류(algae), 미생물과 같은 재배하는 유기체에 매우 가까이에서 이용될 수 있다. 의문의 여지를 피하기 위해 이러한 개선된 제어 가능한 LED 어레이들은 재배 타워에서 재배될 수 있는 유기체의 재배를 촉진하거나 또는 관리하는 데 사용하기에 또한 적합하다. 이후에 상세히 설명된 바와 같이, 개선된 제어 가능한 LED 어레이는, 현재 이용 가능한 LED 어레이와 관련된 안전 문제 및 상당한 비용 문제를 극복하면서, 현재 시스템과 관련된 열 관련 및/또는 광 분포 관련 위험 없이 재배하는 유기체에 매우 근접하여 사용될 수 있다.
의문의 여지를 피하기 위해, 재배 시스템에 사용하기에 적합한 LED 어레이(들)와 관련하여 본 명세서에 한정된 LED 어레이(들), 개선된 LED 어레이(들) 또는 본 LED 어레이(들)라는 용어는, 제어 가능한 LED 어레이(들)로서, 여기서 주 전압 스텝다운 장치, 특히 주 변압기에 링크된, 3-상 AC 전력, 특히 저전압 3-상 AC 전력, 보다 특히 초 저전압 3-상 AC 전력을 포함하는 제어 가능한 전력 및 조명 제어 시스템을 통해 제어가 제공되고, 상기 3-상 AC 전력은 전도성 버스바들을 통해 분배되고, 상기 시스템은 앞서 상세히 설명된 LED 어레이의 출력을 자동으로 제어하는 수단을 포함하는, 상기 제어 가능한 LED 어레이(들)를 의미한다.
의문의 여지를 피하기 위해, 이후 재배와 관련된 응용과 관련하여 사용된 용어의 정의는 달리 명시하지 않는 한, 앞서 제공된 정의에 따른다.
재배 물질에 LED-어레이의 근접성과 상대적 위치
본 명세서에 한정된 근접성이란 본 전력 및 조명 시스템에 의해 제어하기에 적합한 LED 어레이들이 앞서 한정된 재배와 관련된 응용들에서 재배 물질로부터, 특히 재배 시스템에서 재배하는 유기체로부터 50 cm 미만; 약 5 cm 내지 약 25 cm; 약 5 cm 내지 약 20 cm; 약 5 cm 내지 약 15 cm; 약 5 cm 내지 약 10 cm의 거리들에 배치될 수 있다는 것을 의미한다.
따라서, 제어 가능한 LED 어레이들, 특히 이후 설명된 재배와 관련된 응용들에 사용하기에 적합한 제어 가능한 LED 어레이들과 관련하여 앞서 한정된 3-상 AC 전력을 사용하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 사용하면, 재배와 관련된 응용들에서 선택된 재배 물질에 대해 예측된 재배 요구조건에 따라, 예를 들어, 선택된 재배 사이클에서 특정 유기체에 대해 예측된 재배 높이에 따라 LED 어레이들이 선택적으로 위치될 수 있게 하는 유연한 시스템을 추가적으로 제공한다. 유리하게는, 이하에 논의되는 바와 같이, 본 발명은, 어레이 내의 상이한 LED 스트립 그룹들이 상이한 물질들/유기체들/식물들의 성장을 조절하기 위해 서로 다른 높이들에 위치될 수 있게 하거나 또는 특정 원예, 농업 또는 양식업 응용의 요구조건에 따라 특정 물질/유기체/식물의 재배 사이클에서 상이한 단계들에 위치될 수 있게 하는 유연한 시스템을 제공한다.
또한, 재배와 관련된 응용에서 사용하기 위한 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 조명은 하나 이상의 LED 어레이들을 포함하고, 여기서 각 LED 어레이는 하나 이상의 스트립들을 포함하며, 여기서 하나 이상의 개별 LED 조명체는 각각의 개별 스트립의 길이를 따라 임의의 거리로 이격되고, 상기 LED-포함 스트립들은 3-상 AC 저전압 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고,
(i) 상기 어레이에 분배되는 3-상 AC 전력은 외부 전압 스텝다운 장치에 의해 감소되고;
(ii) 상기 3-상 AC 전력은 전도성 버스바들에 의해 분배되며;
(ⅲ) 각 스트립에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 각 스트립이 연결된 부하인 각 연결된 부하에 공급되는 전력을 3-상 AC/DC 정류하는 것을 통해 저전압 DC로 변환되고;
(iv) 상기 시스템은 상기 LED 어레이 전체 또는 상기 어레이 내 개별 LED 조명체 또는 LED 조명체 그룹들의 출력을 자동으로 제어하는 수단을 포함하고; 및
(v) 선택적으로, 상기 하나 이상의 LED 어레이들은 재배 시스템에서 재배 유기체로부터 50 cm 미만의 거리들에 배치되는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 본 명세서에 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 방금 앞에 한정된 재배와 관련된 응용에 사용하기 위한 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 각 LED-포함 조명 장치에 공급되는 3-상 AC 전력은 주 교류 전압 스텝다운 장치에 의해 감소되는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 재배와 관련된 응용들에 사용하기 위한 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에서, 각 LED-포함 조명 장치에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 주 전압 AC 스텝다운 변압기에 의해 감소되고, 여기서 전력은 3-상 초 저전압(<= 50V) AC RMS이다.
또 다른 양태에 따르면, 재배와 관련된 응용들에 사용하기 위한 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에서, 각 LED-포함 조명 장치에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 주 AC 스텝다운 변압기에 의해 감소되고, 전력은 3-상 초 저전압(<= 50V) AC RMS이고, 상기 시스템에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 전도성 버스바들에 의해 분배되고, 상기 버스바들은 관형 또는 실질적으로 관형이다.
상기 재배 물질 또는 유기체에 대해 상기 어레이들 내 LED 스트립들의 상대적 위치는 사용되는 재배 시스템의 특성에 따라 변할 수 있다. 재배 물질 또는 유기체에 대해 상기 어레이들 내 상기 LED 스트립들의 상대적 위치의 예시적인 배열들은 다음을 독립적으로 포함한다:
Figure 112018098230465-pct00001
상기 어레이의 상기 LED 스트립들이 상기 재배하는 유기체 또는 물질에서 적당한 거리 위에 위치되는 재배 시스템;
Figure 112018098230465-pct00002
상기 어레이의 상기 LED 스트립들이 수직으로 위치되고, 수직으로 위치된 재배 유기체 또는 물질로부터 적절한 거리에 위치된 재배 시스템;
Figure 112018098230465-pct00003
상기 LED 스트립 배열이 상기 재배하는 유기체 또는 물질에서 적절한 거리 아래에 위치된 재배 시스템; 및
Figure 112018098230465-pct00004
상기 LED 어레이가 상기 재배하는 유기체 또는 물질을 따라 실질적으로 나란히 위치되고, 재배를 위한 열 및 광을 제공하기 위해 적절한 각도로 위치된 재배 시스템.
의문을 피하기 위해 본 명세서에 한정된 실질적으로 수직이라는 것은 재배하는 유기체 또는 물질에 대해 90° 각도로 배열된 어레이를 갖는 시스템 뿐만 아니라 상기 어레이가 수직 배열과 관련된 균등한 재배 파라미터, 즉 열 및 광을 실질적으로 제공하는 방식으로 배열되는 시스템을 포함한다. 이러한 시스템은 90° +/- 5° 각도로 어레이들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 LED 스트립들이 수직으로 위치된 재배 시스템에서, 상기 스트립들은 지지되는 식물의 임의의 단일 열의 일측을 따라; 지지되는 식물의 임의의 단일 열의 양측을 따라 위치될 수 있고; 또는 LED 스트립 배열과 관련하여 열로 지지되는 식물들 사이에 스트립들을 제공하도록 위치될 수 있다.
일 양태에 따르면, 본 발명은, 하나 이상의 LED 어레이들을 포함하는 재배 시스템에서 사용하기 위해 본 명세서에서 한정된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 각각의 LED 어레이는 병렬로 배열된 일련의 알루미늄 스트립들을 포함하고, 개별 LED 조명체는 각각의 개별 스트립의 길이를 따라 임의의 거리로 이격될 수 있고, 각각의 개별 스트립은 각 개별 인접한 스트립으로부터 유사한 거리로 이격되며, 상기 LED 어레이에 의해 제공되는 전체 LED 패턴은 균일한 그리드에 접근하고, 상기 LED 스트립들은 3-상 AC 저전압 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 각각의 LED 어레이는 하나 이상의 재배 유닛들과 관련된, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
본 명세서에 한정된 재배 유닛은 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 배열된 트레이들 또는 선반들의 스택들을 포함할 뿐만 아니라, 재배될 유기체가 위치된 트레이들 또는 선반들이 수평으로 또는 실질적으로 수평으로 배열된 열들을 포함하며, 여기서 상기 트레이들 또는 선반들은 수경 재배(hydroponic), 분무식 수경 재배(aeroponic), 또는 트레이- 또는 포트(pot)-기반 재배 시스템 또는 토양 시스템을 유지하도록 구성된다. 의문의 여지를 피하기 위해, 본 명세서에 한정된 재배 유닛들은 수직 스택들 또는 수평 열들 사이의 중간 위치들에 존재하는 트레이들 또는 선반들을 추가적으로 포함하며, 예를 들어, 실질적으로 트레이들 또는 선반들은 수평 위치로부터 5° 초과 85° 미만의 각도로, 즉 수평 (편평한) 위치로부터 약 6° 내지 약 84°의 각도로 위치된다. 본 명세서에서 한정된 실질적으로 수직으로 또는 수평으로 관련된이라는 용어는 수평 위치로부터 최대 5°를 포함하거나 또는 수직 위치로부터 최대 90° +/- 5°를 포함하는 스택들 또는 열들을 포함한다.
본 발명의 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용하기에 적합한 개선된 LED 어레이들은 앞서 한정된 재배와 관련된 광범위한 응용들에 이용될 수 있고, 특히 예를 들어 온실 또는 다중-터널과 같은 자연광이 접근 가능한 시스템 뿐만 아니라 예를 들어 에워싸인 타워 시스템과 같은 자연광이 접근 가능하지 않은 시스템을 포함하는 광범위한 범위의 재배 시스템에 걸쳐 이용하는 것과 관련된 응용들에 이용될 수 있다.
유리하게도, 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템은 살아 있는 유기체의 성장을 촉진하는 시스템에 사용되는 복잡한 LED 시스템을 위한 효과적인 "플러그앤플레이" 시스템을 처음으로 제공하며, 이 시스템은 조절되기를 원하는 재배 시스템에 따라 재배자에 의해 설계 및 변경될 수 있고, 개별 LED들 또는 LED 그룹들이 본 명세서에 상세히 설명된 바와 같이 등록되고 루틴하게 교정될 수 있다.
본 LED 어레이들을 온실 및 지지되는 재배 시스템에 사용하기 위한 예시적인 조명 배열들이 이후에 논의된다.
이해될 수 있는 바와 같이, 이하에 상세히 설명된 LED 어레이를 통해 전달되는 뛰어난 효율, 바람직한 그리드 패턴, 및 본 명세서에 상세히 설명된 로컬 정류와 함께 3-상 AC를 사용하는 것과 결합하여 현재 이용 가능한 콤팩트한 스트립 스타일의 LED들에 비해 향상된 안전 특성과 함께 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 의해 제공되는 설계 및 제어의 유리한 유연성은 본 시스템을 재배 시스템 이외의 분야에 사용하기에 매력적인 시스템으로 만들어준다.
따라서, 본 발명은 본 전력 및 조명 시스템과 함께 사용하기에 적합하고 상업용/산업용 및/또는 가정용 응용들에 사용하기에 적합한 LED 어레이로서, 상기 LED 어레이는 병렬로 배열된 일련의 알루미늄 스트립들을 포함하며, 개별 LED 조명체는 각각의 개별 스트립의 길이를 따라 임의의 거리로 이격될 수 있으며, 각각의 개별 스트립은 각각의 개별 인접한 스트립으로부터 유사한 거리로 이격되고, 상기 LED 어레이에 의해 제공되는 전체 LED 패턴은 균일한 그리드에 접근하고, 상기 LED 스트립들은 3-상 AC 저전압 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응된, 상기 LED 어레이를 추가적으로 제공한다. 의문의 여지를 피하기 위해, 상기 LED 어레이 내의 개별 LED들 또는 LED 그룹들을 제어하는 조치는 재배와 관련된 응용들에 사용하기 위해 LED 어레이들과 관련하여 본 명세서에서 한정된 바와 같다.
본 발명은 또한, 본 명세서에 한정된 LED 어레이들과 함께 사용하기 위한 제어 시스템으로서, 상기 제어 시스템은, 연속 분광 복사계 없이 상기 LED 어레이 전체 또는 상기 어레이 내 개별 LED 스트립 또는 LED 스트립 그룹들의 복사 전력을 측정하기 위해 데이터를 로깅하는 수단을 포함하는, 상기 제어 시스템을 상세히 설명한다. 의문의 여지를 피하기 위해 상기 LED 어레이 전체 또는 상기 어레이 내 개별 LED 스트립 또는 LED 스트립 그룹들의 복사 전력을 측정하기 위해 데이터를 로깅하는 수단은 상기에서 한정된 바와 같다.
이하에 상세히 설명된 바와 같이, 재배와 관련된 응용들에 사용하기에 적합한, 특히 병렬로 배열된 일련의 스트립들을 포함하는 재배 시스템에 사용하기에 적합한 LED 어레이로서, 개별 LED 조명체는 각각의 개별 스트립의 길이를 따라 임의의 거리로 이격될 수 있고, 각각의 개별 스트립은 각각의 개별 인접한 스트립으로부터 유사한 거리로 이격되고, 상기 LED 어레이에 의해 제공되는 전체 LED 패턴은 균일한 그리드에 접근하고, 상기 LED 스트립들은 3-상 AC 저전압, 특히 3-상 AC 초 저전압 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응된, 상기 LED 어레이가 제공된다.
재배와 관련된 응용에서 어레이에 사용하기 위한 LED 배열
수 백만 개의 LED들을 가질 수 있는 LED 어레이들을 제어하기 위한 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 유리하게 사용하는 것은 앞서 상세히 설명된 바와 같다. 이러한 장점들은 재배와 관련된 응용들에 동일하게 적용될 수 있다.
재배와 관련된 응용들에 사용하기에 적합한 LED 어레이는 병렬로 배열된 일련의 알루미늄 스트립들을 포함한다. 본 명세서에 한정된 병렬로 배열된 일련의 알루미늄 스트립들은 복수의 개별 스트립들을 의미하고, 각각의 개별 스트립은 적어도 하나의 다른 개별 스트립과 실질적으로 평행하다. 현재 상업용 시스템과 달리, 이들 LED 어레이들에 통합될 수 있는 LED들의 수는 상기 어레이들이 적용되는 재배 시스템의 규모에 의해서만 제한된다.
적합한 호스트 스트립에 위치하기 위해 하나 이상의 LED 선형 스트립들의 예시적인 배열들이 본 명세서에 논의된다. 본 명세서에 상세하게 설명된 바와 같이, 본 시스템의 유연성은 LED 스트립들의 배열에 대해 높은 자유도가 있음을 의미하고, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 이것은 본 명세서에 예시된 것과는 다른 임의의 다른 원하는 형태들이 동일하게 가능하다는 것을 의미한다.
본 발명의 LED 어레이들은 적절한 전압 스텝다운 장치, 특히 큰 고전압 AC를 저전압 3-상 AC로 변환하는 변압기와 같은 변압기를 사용하는 것에 의해 1 m2 내지 10,000 m2 초과의 큰 재배 영역에 걸쳐 효율적으로 3-상 AC 전력, 특히 저전압 3-상 AC 전력을 분배할 수 있다. 앞서 상세히 설명된 바와 같이, 일반적으로, 더 큰 변압기는 일반적으로 95% 내지 99% 이상의 바람직한 효율을 제공하고, 본 출원인은 높은 효율을 달성하기 위해서는 5 kw 이상의 레벨, 즉 => 5 kw가 요구된다는 것을 발견하였다. 본 발명에 사용하기에 적합한 150 킬로와트(kW) 또는 200 kW 이상이고 예시적인 고전압 AC를 저전압 3-상 AC로 변환하는 변압기는 약 95% 내지 99%의 효율을 제공할 수 있다. 따라서, 이 변압기를 이들 LED 어레이들 중 하나 이상의 LED 어레이들과 함께 본 명세서에 상세히 설명된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용하면 5000 m2의 재배 작물 또는 7000 m2의 총 면적을 갖는 상업용/산업용 온실과 같은 재배 시스템에 전력을 공급할 수 있다.
본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용하기 위한 및 그리하여 재배와 관련된 응용들과 관련하여 사용하기 위한 전압 스텝다운 장치는 앞서 상세히 설명된 바와 같다. 특히, 본 출원인은 240v/415v - 50v 이하(<= 50v) AC RMS 스텝다운 변압기가 재배와 관련된 응용에서, 특히 식물 재배와 관련된 응용에서 유리하게 사용될 수 있다는 것을 발견하였다. 이해될 수 있는 바와 같이, 스텝다운 변압기와 같은 적절한 스텝다운 장치는 수 천 평방미터의 용량을 제공하기 위해 다수의 온실들과 같은 다수의 재배 위치들을 공급할 수 있는 크기를 가질 수 있다. 안전 상의 이유로 이러한 스텝다운 장치들은 일반적으로 외부에 위치된다. 시스템 효율을 최적화하기 위해서는 더 큰 변압기가 선호되며, 그리하여 새로운 재배 시스템이 설계될 때 시스템이 초기 효율 및 진행 중의 효율을 제공하도록 설계되는 것을 보장하기 위해 현재 용량 및 미래의 용량을 고려해야 한다. 일반적으로, 더 큰 변압기들은 일반적으로 95% 내지 99% 이상에서 더 높은 효율을 제공한다.
본 명세서에 상세히 설명된 바와 같이, 본 명세서에 상세히 설명된 제어되는 LED 어레이와 함께 3-상 AC 전력, 특히 저전압 또는 초 저전압(<=50V AC RMS) 전압 3-상 AC 전력을 포함하는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 사용하면 앞서 상세히 설명된 전기 효율과 같은 효율 이익을 제공할 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 재배에 사용하기 위한 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템은 각각의 LED 스트립에서 로컬 정류기/로컬 전압 보정 장치와 함께 대규모로 최대 99% 효율일 수 있는 240v AC - 24v/50v AC 변압기를 이용한다. 이러한 정류기는 앞서 논의된 바와 같이 선택될 수 있다.
따라서, 앞서 상세히 설명된 저전압 또는 초 저전압(<= 50V AC RMS) 전압, 3-상 AC를 사용하는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용하기에 적합한 제어 가능한 LED 어레이를 조합하면 유리하게는 전례 없는 효율 이익, 개선된 정류 및 증가된 안전을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 재배와 관련된 응용에 사용하기에, 특히 재배 환경에 사용하기에 적합한 현재 이용 가능한 전력 및 조명 시스템에 요구되는 다수의 드라이버들 및 240V AC 배선과 관련된 단점들을 극복할 수 있다. 특히, 현재 이용 가능한 콤팩트한 LED 스트립 스타일의 어레이들은 240v AC - 24v DC 드라이버들의 고유한 한계 때문에 240v AC - 24v DC 드라이버들이 LED 스트립들에 매우 가까이에, 일반적으로 2m 이내에 위치될 것을 요구한다. 이것은 현재 이용 가능한 기술에 기반한 재배 시스템은 단순히 이어지기 위하여 상업용/산업용 규모로 수 천 개의 LED 스트립들, 수 천 개의 드라이버들, 및 수 천 미터의 고비용 240v AC 배선들을 요구한다는 것을 의미한다.
유리하게는, 원격으로 위치된 AC-AC 변압기로부터 LED 스트립들로 이어지는 저전압 3-상 AC의 고유한 조합을 포함하는 본 시스템은 상기 시스템 내 임의의 스트립에서 전압 강하를 자동으로 보정하는 것을 각 스트립 상의 로컬 인버터들에 의해 관리하는 추가적인 장점을 가지고 이 문제점들을 성공적으로 극복한다. 또한 본 명세서에 논의된 바와 같이, 본 시스템은 전류 제어 및 펄스파 변조(PWM)를 위한 로컬 제어기들을 고유하게 조절할 수 있다. 특히, 전류 및/또는 PWM 제어를 위한 상기 제어기들은 상기 스트립들 상에 위치될 수 있다.
이 효율적인 전력 시스템을 이용하는 재배 시스템은 도면들에 도시되어 있고, 예시적인 온실 기반 시스템은 예 1에 제공되어 있다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 변압기의 고전압 측에 변압기와 관련된 서지 방지 장비를 사용하는 것을 통해 전기 전력 서지들로부터 재배 시스템에 사용하기에 적합한 조명 배열들 내 개선된 LED 어레이들을 보호하는 추가적인 수단을 제공한다. 이러한 서지 방지를 제공하는 수단은 앞서 상세히 설명된 바와 같다.
따라서, 본 발명은, 본 명세서에 한정된 양태들 중 임의의 양태에 따른 재배 시스템에 사용하기에 적합한 신규한 개선된 LED 조명 시스템으로서, 상기 시스템은 전기 전력 서지들로부터 시스템 내의 조명 배열들을 보호하는 수단을 추가적으로 제공하는, 상기 LED 조명 시스템을 제공한다.
특히, 본 발명은, 본 명세서에 한정된 양태들 중 임의의 양태에 따른 재배 시스템에 사용하기에 적합한 신규한 개선된 LED 조명 시스템으로서, 상기 시스템은 전기 전력 서지들로부터 시스템 내의 조명 배열들을 보호하는 수단을 추가적으로 제공하며, 상기 수단은 서지 방지 장비, 워치독 타이머 장비 및 선택적으로 하나 이상의 퓨즈들을 함께 사용하는 것을 포함하는, 상기 LED 조명 시스템을 제공한다. 수 천 평방미터의 매우 큰 재배 면적을 갖는 온실을 조절하기 위해, 본 출원인은, 큰 변압기가 온실 내부 높은 레벨에 설치되고, 상기 변압기까지 가는 케이블만이 IP 등급이고, 상기 시스템의 나머지 부분은 앞서 한정된 바와 같은, 변형된 시스템을 설계하였다.
매우 큰 재배 면적을 갖는 온실에서, 또는 임의의 다른 시스템에서, 개선된 LED 어레이 및 3-상 저전압 또는 초 저전압(<= 50V AC RMS) AC 전력을 포함하는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 사용되고, 이는 큰 풋프린트를 갖고, 전도성 버스바들은 LED 스트립들 상의 정류기 수단으로서 저전압 또는 초 저전압(<= 50V AC RMS) 3-상 AC 전력을 분배하는 수단을 제공할 뿐만 아니라 LED 스트립들 및 추가적인 부품들을 포함하는 T-형상의 스트립들이 배치된 지지 구조체를 제공하는데 유리하게 사용된다.
본 명세서에서 이전에 한정된 임의의 적합한 버스바들, 특히 알루미늄, 구리 또는 황동 또는 이들의 혼합물과 같은 금속들은 재배와 관련된 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템의 응용에 사용될 수 있다. 상업용으로 이용 가능한 관형 버스바들의 형상, 상세, 및 재배와 관련된 응용들에 사용하기에 적합한 버스바들의 예는 앞서 상세히 설명된 바와 같다. 의문의 여지를 피하기 위해, 적합한 버스바, 특히 버스바의 벽 두께 및/또는 직경을 선택하는 것은 이들이 사용될 특정 응용의 요구조건에 의존할 것이다.
의문의 여지를 피하기 위해 앞서 상세히 설명된 버스바들의 양태들 및 특징 각각은 재배 시스템과 관련하여 사용하는 데 동등하게 적용 가능하다. 관형 또는 실질적으로 관형인 버스바들은 특히 재배와 관련된 응용들에 사용하기에 유용하며, 관형 또는 실질적으로 관형인 원형 버스바들이 특히 유용하다.
재배와 관련된 응용에서 3-상 저전압, 특히 3-상 초 저전압 AC 전력을 분배하는 수단을 제공하는 것에 더하여, 버스바들은 T-형상의 스트립들, 및 이에 의해 본 명세서의 어딘가에 설명된 하나 이상의 LED 어레이들에 의해 제공된 LED 조명을 호스팅하는 데에도 이용될 수 있다. 버스바들 상에서 호스팅된 LED 어레이를 추가적으로 포함하는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템의 이러한 조합은 살아 있는 유기체 또는 물질에 매우 근접해 사용하기에 적합한 3-상 저전압, 특히 초 저전압 AC 전력을 사용하는 신뢰성 있고 효율적이며 제어 가능하고 민감한 LED 어레이를 제공한다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 Al 및 Cu 또는 이들의 혼합물 중 하나 이상의 성분으로 된 전도성 버스바들을 갖는 앞서 한정된 재배 시스템을 추가적으로 포함한다.
본 발명의 재배 시스템에서 주 버스바 또는 1차 버스바들로서 사용하기 위한 예시적인 버스바들은 관형 또는 실질적으로 관형인 알루미늄 버스바들이다.
전기적 및 열적 절연을 위해, 재배와 관련된 응용들에 사용하기 위한 버스바들은 앞서 상세히 설명된 임의의 적절한 절연 재료로 보호될 수 있으며, 재배와 관련된 응용들에 사용하기 위한 제어 가능한 전력 및 조명 시스템은 변압기의 고전압 측에 변압기 관련 서지 방지 장비를 사용하는 것을 통해 및 이에 의해 전기적 서지들을 방지하는 추가 수단을 더 포함할 수 있고, 이러한 추가 수단은 또한 앞서 상세히 설명된다.
T-형상의 스트립 상에 있고 버스바 상에서 호스팅되는 LED
앞서 상세히 설명된 LED-포함 조명 장치들에 더하여, 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템들, 특히 재배와 관련된 응용에서 사용하기 위한, 특히 상업용/산업용 재배 시스템들에서 이용하기 위한 시스템들은 LED-포함 T-형상의 스트립들을 포함할 수 있다. 적절한 LED-포함 스트립들은 이후 설명된다. 예시적인 T-형상의 스트립들, 및 함께 연결된 일련의 LED들을 호스팅하는 데 이러한 예시적인 T-형상의 스트립들을 사용하는 것뿐만 아니라, 재배 시스템에 사용하는 데 LED 조명 어레이에 이러한 스트립들을 이용하는 것은 WO2016/027095에 개시되어 있고, 도 11, 도 12 및 도 14에 도시되어 있다. WO2016/027095의 내용은 T-형상의 스트립들 상에 호스팅된 LED들을 사용하는 예시적인 조명 배열들에 관한 것인 한, 및 도 11, 도 12 및 도 14에 도시된 재배 시스템들에 사용하는 것에 관한 것인 한, 그 내용은 본 명세서에 병합된다.
따라서, 재배와 관련된 응용들에서 사용하는 데 사용하기 위해, 특히 상업용/산업용 재배 시스템들에 이용하기 위해 또는 가정용 용도로 사용하기 위해, 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들을 포함하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들은 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 여기서 각 조명 장치 또는 조명 장치 그룹에 공급되는 3-상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되고, 상기 시스템에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 관형 버스바들에 의해 분배되고, 상기 LED-포함 조명 장치들 중 하나 이상은 하나 이상의 LED-포함 T-형상의 스트립들인, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 본 명세서에 추가적으로 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은, 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 조명은 전도성 재료로 제조된 T-형상의 호스트 스트립 상에 호스팅된 LED들을 포함하고, 상기 스트립들은 버스바들 상에 호스팅되고, 상기 버스바로부터 상기 LED들로 저전압 또는 보다 특히 초 저전압 3-상 AC 전력을 전도하여, 2차 또는 3차 버스바들로서 작용하는, 상기 전력 및 조명 시스템을 제공한다.
이러한 T-형상의 스트립들과 함께 사용하기에 적합한 개별 LED 스트립들은 적절한 배선에 의해 서로 연결된 하나 이상의 LED 배열을 포함한다. 사용 시, 상기 LED 스트립들은 적합한 실질적으로 T-형상의 호스트 스트립과 함께 위치되고 이에 인접해 있다. 적합한 호스트 스트립들은 강도를 위해 실질적으로 'T' 형상이고 경량이며 일반적으로 폭이 20 mm 미만이다. T-형상의 호스트 스트립들은 스트립, LED 또는 시스템의 수명 동안 LED들을 지지하기에 충분한 강도를 갖는 임의의 적합한 전도성 재료로 제조될 수 있으며, 이후 재배 시스템들에 사용하는 것과 관련하여 논의된 바와 같이, 히트 싱크(heat sink)들로 작용할 수 있는 T-형상의 호스트 스트립들이 특히 유용하다. 본 발명에 사용하기 위해 예시적인 T-형상의 호스트 스트립 재료는 알루미늄이다.
각 LED 스트립 상의 LED들의 개수는 1만큼 작을 수 있으며, 여기서 최대 개수는 정류기로부터 이용 가능한 DC 전압을 각 LED에서 요구되는 순방향 전압으로 나눈 것으로 결정된다. 예를 들어, 2.2의 일반적인 적색 LED 순방향 전압을 갖는 74v DC로 변환되는 50v AC RMS의 최대 안전 전압에서 이것은 33개의 LED일 수 있다.
각각의 LED는 열적으로 효율적인 접착 결합에 의해 알루미늄 T 스트립에 연결된 적절한 PCB 상에 표면 장착된다.
이러한 T-형상의 LED-포함 스트립들은 특히, 예를 들어, 이하에 상세히 설명된 상업용/산업용 재배 시스템들에서 살아 있는 유기체에 근접하여 사용하기 위해 전력 및 조명 시스템들에 사용하기에 특히 적합하다.
이러한 T-형상의 스트립들은 도 11, 도 12 및 도 14에서 WO2016/027095에 선형 T-형상의 스트립의 선형 부분으로 도시된 바와 같이, 버스바들 상에 호스팅하는 데 특히 적합하다. 더욱이 버스바 상에 위치될 스트립의 영역이 손상되지 않고 원래의 형태로 유지된다면, 이러한 T-형상의 스트립들은 본 명세서에 사용하기 위한 맞춤형 LED 스트립들을 제공하도록 굴곡지거나 비틀려지거나 또는 달리 조작될 수 있다.
상기 T-형상의 스트립들은 또한 상기 LED들이 설계된 온도에서 동작될 수 있도록 상기 LED들로부터 폐열을 방열하는 히트 싱크로서 작용할 수 있어야 한다.
이러한 각각의 T-형상의 스트립 또는 스트립 그룹은 칩의 형태일 수 있는 등록 칩 및 로컬 인버터를 포함한다. 의문의 여지를 피하기 위해 상기 시스템 내의 임의의 스트립에서 전압 강하를 자동으로 보정하는 것은 각 스트립 상의 로컬 인버터들에 의해 관리되며, 상기 등록 칩(들)은 적절한 제어 시스템을 통해 상기 어레이(들) 내의 스트립들을 식별하고 개별적으로 및/또는 그룹으로 제어할 수 있다.
일련의 알루미늄 T-형상의 스트립들이 병렬로 배열되는 경우, 이것은 복수의 개별 스트립들을 의미하고 각각의 개별 스트립은 적어도 하나의 다른 개별 스트립에 실질적으로 평행하다. 임의의 스트립에 통합될 수 있는 LED들의 수는 상기 스트립의 상대적 길이 및 LED 기구의 크기에 의해서만 제한된다. 유리하게는, 앞서 전술된 양태들 중 임의의 양태에 따라 한정된 상업용/산업용 재배 시스템 및/또는 가정용 재배 시스템에서 사용하기에 적합한 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템은, 전력이 공급되고 조명될 특정 환경의 요구에 따라 영역별로, 룸별로, 구획별로 또는 층별로 설계될 수 있는 알루미늄 T-형상의 스트립들 상에 호스팅된 하나 이상의 LED 어레이들을 추가적으로 포함한다.
상기 호스트 스트립들 상의 LED들의 상대적 간격 및 상기 호스트 스트립들 상호 간의 상대적 간격은 상기 어레이에 의해 제공된 전체 LED 패턴을 결정할 것이다.
앞서 한정된 본 전력 및 조명 시스템은 하나 이상의 LED 스트립들을 포함하는 LED 어레이들을 포함할 수 있으며, 각 LED 스트립은 로컬 등록 칩 및 로컬 인버터를 통합하며, 상기 LED 스트립들은 LED를 포함하는 개별 T-형상의 선형 알루미늄 스트립들, 병렬로 배열된 이러한 T-형상의 LED 스트립 그룹들, 또는 개별 T-형상의 굴곡지거나, 비틀려지거나 또는 달리 조작된 알루미늄 T-형상의 스트립들을 포함하는 대안적인 LED 어레이들, 또는 비-병렬 배열들로 LED들을 포함하는 굴곡진 알루미늄 스트립 그룹들, 또는 비-병렬 배열들로 굴곡진 스트립 그룹들로부터 독립적으로 선택될 수 있다. 의문의 여지를 피하기 위해, LED-포함 스트립들을 위한 등록 칩들과 관련하여 로컬이라는 용어는 LED용 등록 칩들에 대해 본 명세서에서 앞서 한정된 바와 같다. 인버터와 관련하여 로컬이라는 용어는 앞서 한정된 바와 같다.
재배와 관련한 응용에 사용하기 위해 T-형상의 스트립 상에 호스팅되는 LED 어레이
바람직한 양태에 따르면, 재배와 관련된 응용들에서, 특히 재배 시스템에서 사용하기에 적합한 전술된 양태들 중 임의의 양태에 따라 한정된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템으로서, 상기 시스템에 사용되는 하나 이상의 LED 어레이들은 알루미늄 T-형상의 스트립들 상에 호스팅되고, 개별 LED들은 개별 호스트 스트립의 길이를 따라 임의의 거리로 이격될 수 있는, 상기 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이 제공된다. 앞서 한정된 바와 같이, 상기 호스트 스트립들 상의 LED들의 상대적 간격 및 상기 호스트 스트립들 상호 간의 상대적 간격은 상기 어레이에 의해 제공된 전체 LED 패턴을 결정할 것이다. 재배와 관련된 응용들에서 사용하기 위해, 본 출원인은 규칙적인 그리드형 조명 패턴, 즉 균일한 그리드가 조명될 영역에 걸쳐 일관된 레벨들의 조명을 제공하는 데 유용하다는 것을 발견하였다. 본 출원인은 균일한 그리드에 접근하는 전체 LED 패턴이 LED들이 2개의 방향으로 서로 유사한 거리로 이격되어 있는 LED 어레이에 의해 제공된다는 것을 발견하였다. 균일한 그리드형 패턴은 일련의 스트립들을 포함하는 LED-어레이들 내 일련의 LED-포함 스트립들에 의해 제공되고, 여기서 각 개별 스트립 내의 LED들은 서로 유사한 거리로 이격되며, 상기 LED들은 알루미늄 T-형상의 스트립들 상에 호스팅되고, 일반적으로 각 LED-포함 알루미늄 T-형상의 스트립은 인접한 LED-포함 스트립으로부터 유사한 거리로 이격된다.
각각의 개별 LED 스트립은 적합한 배선에 의해 서로 연결된 하나 이상의 LED들의 선형 배열을 포함하고, 상기 LED 스트립들은 적절한 전도성 및 실질적으로 T-형상의 호스트 스트립과 함께 위치되고 이에 인접해 있다. 적합한 호스트 스트립들은 강도를 위해 실질적으로 'T' 형상이고 경량이며 일반적으로 폭이 20 mm 미만이다.
LED-포함 알루미늄 T-형상의 스트립 상에 위치된 LED들의 최대 개수는 LED 스트립 전력 공급원의 안전한 액세스 가능한 전압에 의해 결정되고; 스트립 상의 LED들의 최소 개수는 1(한)개이다.
상기 LED들의 이러한 배열은 상기 스트립(들) 내의 LED들이 재배될 물질에 매우 근접하게 배치되도록, 예를 들어, 재배 시스템에서 재배 작물에 가깝게, 예를 들어, 작물로부터 5 cm 만큼 가까이 배치되도록 거의 완벽한 그리드를 제공한다.
재배와 관련된 응용들에서 LED 어레이들에 저전압 또는 초 저전압 AC 전력을 이용하는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 사용하면 온실 또는 재배 챔버 내를 포함하여 조명될 영역 내부의 임의의 고가의 IP 등급 전기 장비에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 재배와 관련된 응용들에서 LED 어레이들에 저전압 또는 초 저전압 AC 전력을 이용하는 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 사용하면 더 낮은 전압을 사용할 수 있다는 것을 의미하며, 일반적으로 30v AC 미만 또는 심지어 20v AC 미만의 전압을 향상된 안전을 위해 사용할 수 있다.
의문의 여지를 피하기 위해, 본 명세서에서 동작 LED 어레이 내 스트립 또는 재배 시스템에 사용하기에 적합한 LED 예시적인 어레이 내 스트립이라는 모든 언급들은 하나 이상의 LED 스트립들이 부착된 실질적으로 T-형상의 호스트 스트립을 포함하는 완비된 스트립을 의미한다. 의문의 여지를 피하기 위해, 적당한 강도 및 경량 성질을 갖는 상이한 형상들의 대안적인 전도성 호스트 스트립들, 또는 혼합된 물질들을 포함하는 대안적인 T-형상의 호스트 스트립들은, 상이한 전도성 재료들의 혼합물이든지 또는 전도성 및 비-전도성 재료들의 혼합물이든지 상관 없이 사용될 수 있다.
인공 광 및 자연광을 이용하는 식물 재배 시스템에서, 재배 매질과 개선된 LED 조명 어레이 사이의 거리가 더 작은 것과 함께 실질적으로 T-형상으로 설계하면 증가된 자연 광의 레벨을 유리하게 제공한다. 본 발명에서 T-형상의 호스트 스트립은 일반적으로 약 2m 내지 약 4m 떨어져 있는 고정 점들 사이에 걸쳐 있기에 충분할 만큼 강하고 견고해야 한다. 이러한 고정 점들은 작물 높이에 따라 상승하거나 하강할 수 있는 가능성이 있는 높은 인장 강도의 와이어들 또는 다른 적절히 이동 가능한 고정 수단일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 조명 시스템에 저전압 전력 분배를 제공하는 관형 또는 실질적으로 관형 버스바들은 고정 수단을 추가로 포함한다. 예를 들어, 이후 논의된 바와 같이 관형 버스바들은 높이를 조절하는 적절한 수단과 함께 본 시스템에 통합될 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 매우 큰 풋프린트를 갖는 재배 시스템의 경우, 절연될 수 있는 알루미늄 관형 버스바들은 T-형상의 LED-포함 스트립들에 요구되는 지지를 제공할 뿐만 아니라 변압기로부터 적절한 연결을 통해 로컬 정류기로 전력 소스를 운반하는 데 유리하게 사용된다.
앞서 논의된 바와 같이, 본 발명의 T-형상의 스트립들은 또한 본 명세서에 한정된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 사용하는 재배 시스템에 사용하기 위해 개선된 LED 어레이들 내의 LED들이 설계된 온도에서 동작할 수 있게 하기 위해 상기 LED들로부터 폐열을 방열하는 히트 싱크로서 작용할 수 있어야 한다. 유리하게는, 상기 시스템이 식물 재배 환경에 사용되는 경우, 상기 LED 어레이가 재배 작물에 매우 근접한 것으로 인해 상기 T-형상의 스트립들은 이러한 폐열을 유용한 열로서 재배 시스템 내로 다시 방열될 수 있다.
상기 T-형상의 스트립들은 유리하게는 주위 광이 상기 스트립들을 통과하여 재배 작물에 도달할 수 있게 하기에 충분한 폭을 제공하도록 적응된다.
각 스트립 상의 LED들의 개수 및 T-스트립들 상에 LED들을 장착하는 수단은 앞서 상세히 설명된 바와 같다.
따라서, 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 PCB를 포함하지 않고 IP 등급을 필요로 하지 않는 재배 시스템에서 사용하기 위해 앞서 한정된 개선된 제어 가능한 LED 어레이를 제공한다.
대안적으로, 마이크로 단일 부품 PCB들은 직렬로 하드와이어로 연결될 수 있거나 또는 전체 길이 PCB 스트립이 본 발명의 재배 시스템에서 관련 비용으로 사용될 수 있다.
재배와 관련된 응용을 위한 전력 공급 및 제어 기능
재배와 관련된 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 위한 응용들에서, 상기 LED 조명은 하나 이상의 어레이들에 의해 제공되고, 상기 어레이들은 앞서 상세히 설명된 바와 같이 일련의 LED-포함 T-형상의 스트립들을 포함하고, 상기 어레이 내 각각의 LED 스트립은, 상기 버스바 조립체로부터, 주 버스바를 통해, 만약 존재하는 경우, 2차 및 3차 버스바들을 통해 상기 T-형상의 전도성 스트립으로 전력을 전파하고, 이후 상기 LED 스트립으로 전력을 전파하고 또는 상기 LED 스트립과 전기적으로 연결된 T-형상의 스트립의 전도성 요소로 또는 측면으로 전력을 전파하고, 이후 3-상 AC/DC 정류를 통해 전력을 저전압 DC로 변환하는 개별 정류기들로 전력을 전파하는 것을 통해 전력이 분배되는 저전압/초 저전압 3-상 AC 전력 공급원과 전기적으로 연결된다. 이 배열은 IP 등급이 필요 없다는 것을 의미한다. 상기 저전압 3-상 AC는 적절한 3-상 AC/DC 정류기를 사용하여 각 스트립의 단부에서 DC로 변환된다.
재배와 관련된 응용들에서 본 시스템을 사용하기 위해 상기 LED 어레이들 내의 각 LED 스트립 또는 LED 스트립 그룹은 독립적으로 제어될 수 있다. 상기 LED 스트립들을 제어하는 수단은 앞서 한정된 바와 같고, 전력선 기술 또는 무선 기술을 포함하거나, 또는 로컬 PC로의 무선 링크를 통해 및/또는 원격으로 인터넷을 통해 이들의 조합을 포함한다.
또한 앞서 상세히 설명된 바와 같이, 유리한 시스템 제어를 가능하게 하기 위해, 각 스트립 또는 스트립 그룹은 개별적으로 식별되고 제어될 수 있는 등록 칩을 구비한다. 각각의 LED 스트립은 제어 시스템이 각 LED 스트립으로부터 예를 들어 특정 작물과 같이 재배되는 물질에 의해 수신되는 파장들, 세기들 및 광주기들을 전달하고 기록할 수 있도록 본 명세서에 상세히 설명된 바와 같이 교정된다.
앞서 상세히 설명된 바와 같이, 일련의 함께 링크된 LED들에 T-형상의 호스트 스트립들을 사용하는 제어 가능한 LED 어레이들을 포함하는 본 시스템에 사용하기 위한 개별 LED 조명체는 상기 시스템이 동작하기 전에 이상적으로 교정되고 등록된다. 각 LED 스트립은 저 비용의 와이어 네트워크 상에 직렬 등록을 제공하는 '직렬 식별자 칩'을 갖고, 이는 LED 교정 정보가 이 고유 번호에 대응하여 저장된다는 것을 의미한다.
재배 시스템이 가동되어, 교정되고 등록된 LED들을 통해 실행되면, 미래에 이들 조합들 중 임의의 조합이 사용될 때 데이터가 알려져서 각각의 LED 스트립 또는 LED 스트립 그룹 하에 재배 사이클 동안 매핑될 수 있다.
재배와 관련된 응용들에서 전체 시스템을 맞춤형으로 모니터링하고 제어하는 것은 앞서 상세히 설명된 바와 같이 스마트 소프트웨어에 의해 제공되고, 의문의 여지를 피하기 위해 이 스마트 소프트웨어는 또한 본 명세서에 한정된 바와 같이 T-형상의 스트립들 상에 호스팅되는 제어 가능한 LED 어레이들을 위한 제어 시스템에 사용된다.
앞서 상세히 설명된 전력선 기술은 재배와 관련된 본 시스템의 응용들에서 기존의 AC 공급 파형의 상부에 통신 기능을 포함하는 능력을 제공한다.
의문의 여지를 피하기 위해, 이전에 상세히 설명된 장점들은 앞서 상세히 설명된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 사용하는 것을 통해 제공되는데, 특히, LED 어레이들 내 각 LED 스트립 또는 LED 스트립 그룹들의 파장, 세기 및 광주기를 독립적으로 제어하는 수단; 연속적인 분광 복사계 없이 LED 어레이 전체 또는 어레이 내 개별 스트립 또는 스트립 그룹들의 복사 전력을 측정하기 위해 데이터를 로깅하는 수단; 상이한 파장들의 LED들의 하나 이상의 스트링들을 균일하게 포함하는 각 개별 스트립 또는 스트립 그룹을 독립적으로 제어하는 수단; 궁극적으로 인터넷 기술을 통해 제어하기 위해 LED들을 개별로 등록하는 수단을 제공하는 것을 통해 제공되고; 모든 데이터는 전력선 통신 칩 또는 무선 기술을 통해 수집, 제어 및/또는 관리되고; 이는 이러한 시스템이 본 발명의 재배와 관련된 응용들에서 제어 가능한 LED 어레이들과 조합하여 이용되는 경우에도 동일하게 적용된다.
상기 LED 어레이를 위한 제어 시스템을 적절한 센서들, 특히 식물 센서들 및 광 센서들과 같은 재배와 관련된 센서들에 링크함으로써, 상기 시스템 내 미리 한정된 출력 레벨들을 진행 동안/진행 중에 최적화하거나 및/또는 유지 관리할 수 있게 하는 데이터 세트들을 실시간으로 또는 주기적으로 제공하는 전체 제어 시스템은 재배와 관련된 응용에서 달성될 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에 한정된 바와 같이 재배와 관련된 응용들에 사용하기 위한 개선된 LED 어레이들 내의 LED 스트립들에 의해 제공되는 파장은 적색 640 nm, 청색 460 nm 및 녹색 560 nm이지만, 선택된 특정 배열에 따라 더 많은 파장이 가능하다.
따라서, 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 한정된 바와 같은 개선된 LED 어레이를 통해 재배와 관련된 응용들에 사용하기 위해 효과적인 광 레벨들을 제공하기 위한 제어 가능한 시스템, 특히 식물 재배 시스템을 제공하며, 상기 제어 시스템의 특징은 LED 파장들, 세기들 또는 광주기들을 진행 중에 측정할 필요가 없다는 것이다.
재배와 관련된 응용들에서, 전력 및 조명을 제어하기 위한 본 시스템은 또한 자연광 계량기와 링크되어, 예를 들어, 온실과 같은 재배 환경에서 광 레벨들이 변할 때 LED 어레이들 내의 개별 LED들을 제어하여 조절할 수 있다.
LED 조명체는 30% 내지 60%의 효율(복사 전력 대 전기 입력 전력)이므로 많은 양의 열이 발생한다. 어레이 내 스트립들 바로 위에 광학적으로 효율적인 열 스크린을 배치함으로써 재배 환경에 더 많은 열을 보유하고 온실의 헤드 공간으로 더 적은 열을 낭비할 수 있다.
유사하게, 습도 및 CO2 레벨들은 온실의 '헤드 공간'의 습도 및 CO2 레벨들에 링크된 자동화된 팬들을 통합하는 것을 통해 예를 들어 식물 재배 시스템에서 재배와 관련된 본 시스템의 응용에서 제어될 수 있다.
재배와 관련된 응용에서 제어 가능한 전력 및 균일한 LED 조명을 제공하기 위한 본 시스템의 이용과 관련된 특정 특징은 특히 수분 및 물이 존재할 수 있는 경우에도 직공에게 안전한 전압으로 LED들에 전력을 공급하는 능력이다. 이러한 시스템에서 이것은 LED 스트립들을 12v - 50v AC, 일반적으로 24v - 36v AC의 3-상 AC 저전압 전력 공급원에 연결하는 것에 의해 달성된다. 이것은 고전압 공급원이 전체 온실 외부에 있거나 또는 온실 내부에서 높은 위치에 있거나 또는 자연 광이 없는 폐쇄된 시스템의 외부에 배치될 수 있게 한다. 이 저전압 3-상 AC 공급원은 간단한 AC 변압기에 의해 고전압으로부터 저전압 3-상 AC로 제공되며, 이는 일반적으로 온실 내 높은 레벨에 또는 외부에 배치될 수 있다. 각 스트립에 전력을 공급하는 데 필요한 저전압 3-상 AC로부터, 저전압 DC로 변환하는 것은 각 스트립의 단부에 있는 3-상 AC/DC 정류기에 의해 용이해진다. 현재 이용가능한 것들에 비해, 재배 시스템을 위한 개선된 제어 가능하고 균일한 LED 조명을 제공하기 위해 본 시스템을 사용함으로써 제공되는 추가적인 안전 장점은 일단 시스템이 설치되면 LED들은 저전압 3-상 AC에서만 동작하기 때문에 식물의 재배를 관리하거나 또는 식물 재배 환경의 일일 유지 관리를 담당하는 직공이 모든 LED들을 안전하게 설치하고 유지 관리할 수 있다는 것이다. 이로 인해 상업용/산업용 운영 비용이 추가로 절감된다.
따라서, 또 다른 양태에 따르면, 재배와 관련된 응용에서 앞서 한정된 제어 시스템을 사용하는 방법으로서, 상기 조명은 본 명세서에 한정된 LED 어레이를 포함하고, 상기 제어 시스템은 LED 어레이 전체 또는 상기 어레이 내 개별 스트립 또는 스트립 그룹들의 복사 전력을 측정하기 위해; 식물 센서들을 통해 상기 시스템 내 유기체의 성장을 측정하기 위해; 및/또는 광 센서들을 통해 재배 시스템 내의 광 레벨들을 측정하기 위해 데이터를 로깅하는 수단을 포함하고, 상기 시스템은, 식물 재배 시스템 내의 하나 이상의 열 스크린들의 상대적 높이; 및 식물 재배 시스템 내의 습도 및 CO2 레벨들에 링크된 하나 이상의 팬들 중 하나 이상을 자동으로 제어하는 수단을 포함하고, 상기 제어 시스템은 90% 이상의 효율을 유지하도록 동작 전압을 제어하는 수단을 제공하는, 상기 제어 시스템을 사용하는 방법이 본 명세서에 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 재배와 관련된 응용에서 본 시스템을 사용하기 위해 LED 어레이들 내 각 개별 LED 스트립 또는 LED 스트립 그룹은 궁극적으로 인터넷 기술을 통해 제어하기 위해 개별적으로 등록될 수 있고, 여기서 모든 데이터는 전력선 통신 칩 또는 무선 기술을 통해 수집, 제어 및/또는 관리될 수 있다.
각 스트립 상의 각 파장의 세기와 광주기를 제어하는 능력은 예를 들어 온실에서 재배와 관련된 응용에서 주위 광 상태에 따라 또는 폐쇄된 재배 환경에서 작물 상태에 따라 피드백 루프를 통해 LED들을 변화시킬 수 있다. 이것은 최적의 광합성으로 LED 광자 생산을 최적화함으로써 최적의 전력 사용을 가능하게 한다.
이 최적화 공정은 식물 스트레스의 모든 측면들을 측정하기 위해 실험에 의해 또는 초 스펙트럼 이미징을 도입하는 것에 의해 진화될 수 있다. 이 데이터는 이미징 및 광 센싱 장비에 링크된 제어 시스템을 통해 수집되어 이를 통해 피드백 루프를 통해 실시간으로 광을 제어할 수 있다.
진화 알고리즘이 도입되고 재정적 투입 비용 및 작물 산출량을 측정하면서 전체 생산 비용을 최소화할 수 있다. 또한, 전체 전력의 가변 비용을 인자화하여 전력 비용을 최소화할 수 있다.
HID 나트륨 램프들 또는 고정 출력 LED 어레이들에 비해 이 접근법은 온실 또는 폐쇄된 재배 환경에서 가열의 필요성을 감소시킬 것이다. 폐쇄된 시스템에서, 증가된 시스템 효율은 냉각의 필요성을 감소시킨다.
도면들
상업용/산업용 및/또는 가정용 응용들에 사용하기에 적합한 버스바들 및 이 버스바들을 통해 분배되는 저전압 3-상 AC 전력을 이용하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템의 대표적인 예를 이하에서 설명한다. 특히 버스바들을 통해 제공되는 '전력선' 기술이 조명 시스템을 위한 제어 시스템을 제공하고, 제어 시스템이 하나 이상의 식별용 등록 칩들을 사용하여 각각의 개별 LED 조명체/그룹 또는 어레이, 또는 비-LED 장치들과 통신하는 경우, 하나 이상의 LED 어레이 내 개별적으로 또는 그룹으로 LED 조명체에 전력을 공급하는 데 사용되는 저전압 3-상 AC의 알루미늄 버스바들 및 비-LED 장치들에 전력을 공급하는 능력을 갖는 이러한 시스템의 예들 및 이러한 시스템의 특징들의 특정 양태들이 이하에 제시되는 도 16 내지 도 19에 도시되고 이들 도면과 관련하여 논의된다.
의문의 여지를 피하기 위해, 도 16 내지 도 19는 특정 환경에서 본 발명의 일 양태에 따른 전력 및 조명 시스템을 이용하는 것을 도시하지만, 이들 도면들에 도시되고 이후에 논의된 전력 분배 시스템 및 LED 어레이들의 특정 특징들은 대안적인 상업용/산업용 및/또는 가정용 시스템에 사용하는 데 동일하게 적용 가능하다. 그리하여, 다음의 도 16 내지 도 19는 본 발명의 일 양태의 특정 실시예의 대표적인 예들을 제공하며, 이로 한정하는 것으로 의도된 것은 아니다.
앞서 논의된 바와 같이, 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템은 매우 다양한 응용들에 사용하기에 적합하다. 이러한 사용의 예시적인 응용들 및 본 시스템에 의해 전력을 공급하고 제어하기에 적합한 LED 어레이를 통합하는 재배 시스템의 대표적인 예가 WO2016/027095에 개시되고 도 16, 도 17, 도 18 및 도 19에 도시되어 있다. WO2016/027095의 내용은 도 16, 도 17, 도 18 및/또는 도 19에 도시된 예시적인 조명 배열들과 관련된 것인 한, 그 내용은 본 명세서에 병합된다.
본 명세서에서 상세히 설명된 신규한 본 발명의 LED 어레이 뿐만 아니라 상기 어레이의 특징들의 특정 양태들을 통합하는 재배 시스템의 대표적인 예들은 이하에 제시되는 도 14 내지 도 18에 도시되고 이들 도면들과 관련하여 논의된다.
의문의 여지를 피하기 위해, 도 14 내지 도 18은, 특정 환경, 즉 LED 어레이가 하루 중 다른 시간들에 자연 광을 보충하는 데 사용되는 최대 10,000 m2 이상의 용량의 온실에서 본 발명에 따른 재배 시스템에 사용하기 위한 LED 어레이 및 제어 시스템을 이용하는 것을 도시하고, 이들 도면들에 도시되고 이후 논의되는 LED 어레이들의 특정 특징들은, 보충 광원으로서, 1 m2 내지 최대 10,000 m2의 재배 영역을 갖는 더 작은 온실에서 사용하는 데, 1 m2 내지 10,000 m2 이상의 어두운 재배 시스템에서 사용하는 데, 및 특히 재배 과정에서 자연 광을 사용하지 않는 재배 챔버, 다층 재배 시스템 또는 통합 재배 시스템(integrated growth system: IGS) 타워에 사용하는 데 동일하게 적용 가능하다.
그리하여, 이하의 도면들은 본 발명의 특정 실시예들의 대표적인 예들을 제공하며, 이에 제한을 가하려고 의도된 것은 아니다.
도면의 설명
도 1: 본 발명에 따라 구현된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템의 일례를 도시한다. 일반적으로 도 1은 입력 3-상 AC 전력 공급원, 전압 스텝다운 수단, 및 3-상 AC/DC 정류가 발생하는 조명 장치로 전력을 분배하는 것을 보여준다. 조명 시스템의 단지 일부 표현만이 도 1에 도시되어 있다. 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 본 도면에 도시되고 본 설명에서 논의된 전력 변환 및 정류 수단은 매우 다양한 여러 조명 장치들 뿐만 아니라 비-조명 장치들에 전력을 공급하는 데 용이하게 적용될 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 특정 시스템 부분에서 전력은 전도성 버스바들을 통해 조명 장치에 분배되지만, 전술한 설명으로부터 또한 이해될 수 있는 바와 같이, 대안적인 전도성 수단이 본 발명에 따른 시스템에 하나 이상의 조명 또는 비-조명 장치들에 전력을 분배하는 데 더 사용될 수 있고, 그 일 실시예의 일부가 도 1에 도시되어 있다.
특히, 도 1은 입력 전압을 더 낮은 저전압 전력 공급원으로 변환하기 위해 전압 스텝다운 디바이스(2)에 입력 전력을 제공하는 3-상 공급원(1)을 도시하고, 여기서 저전압 전력은 전도성 버스바 배열(4)/(6)을 통해 조명 장치, LED 고정구(3)로 분배된다. 도 1은 저전압 전력을, 3개의 주 병렬 1차 전도성 관형 버스바들(4)를 통해, 이 예에서는 전력선 게이트웨이 또는 모뎀(5)에 의해, 통신 기능을 제공하는 수단으로 분배하고, 이후 3개의 병렬 관형 버스바들을 포함하는 버스바 배열(6)의 2차 분배 분기를 통해 LED 고정구로 분배하는 것을 더 도시하며, 도 3에서는 이들 병렬 버스바들 중 단 2개의 버스바들만이 도시되고, 즉, 버스바 배열은 전력선 모뎀(5)으로부터 시스템으로 데이터를 수신하고 시스템으로부터 전력선 모뎀으로 데이터를 송신할 수 있는 하나 이상의 라인/라이브 전도체를 제공한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 주 버스바(4) 및 2차 버스바(6) 배열들에 있는 모두 3개의 버스바들은 관형이며, 도 5에서 확인되는 바와 같이, 본 발명에 사용하기 위한 버스바는 관형이며 중공 내부를 갖는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 1차 버스바/주 버스바의 직경은 일반적으로 2차 버스바의 직경보다 더 크고 이 2차 버스바의 직경은 (존재하는 경우) 임의의 3차 버스바보다 더 큰 직경을 갖는다. 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 임의의 특정 전력 및 조명 시스템에 사용되는 주 버스바, 2차 버스바 및 임의의 3차 버스바의 상대적 치수는 특정 시스템의 요구에 따라 변할 수 있다.
조명 시스템에 DC 전력을 제공하기 위해 3-상 AC 전력을 3-상 AC/DC 정류하는 수단은 앞서 설명된 바와 같으며, 예시적인 정류 수단은 도 7에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 시스템을 사용하는 장점들은 앞서 설명된 바와 같고 특히 사용 예 2에 설명된 바와 같다.
도 2: 본 시스템에 사용된, 특히 도 1에 구현된 시스템에 사용된 3-상 변압기(A) 또는 기존의 스위치 모드 전력 공급원(B)을 사용하여 얻어진, 효율 대 전력 출력 곡선들, 소위 효율 곡선들을 도시한다. 수직 스케일은 출력 전력/입력 전력의 0 내지 100%의 효율을 나타내고, 수평 스케일은 0 내지 100%의 출력 부하를 나타낸다. 3-상 AC 전력 공급원을 사용하여 얻어진 효율 곡선을 기존의 전력 공급원의 효율 곡선과 비교하면 전체 효율이 더 높고 또한 부하에 걸쳐 더 높은 효율이 입증된다. 3 상 접근법(A)은 15%의 부하를 넘어서 약 97%의 효율을 제공한다. 기존의 단상 접근법(B)은 일반적으로 40%의 부하를 넘어서 85%의 효율을 제공한다.
도 3: 도 1에 도시된 시스템의 일부, 특히 이 예에서 전력선 게이트웨이(5)로 구현된 통신 방법인 통신 기능을 제공하는 수단을 도시한다. 전력선 게이트웨이(5)는 하나 이상의 조명 장치들 뿐만 아니라 시스템 내의 하나 이상의 비-조명 장치들(도시되지 않음)과 통신하고, 시스템을 원격으로 제어하기 위해 전력선 네트워크에 있는 장치가 인터넷에 의해 접근 가능하게 하는 수단은 Wi-Fi(RTM), 직렬 또는 이더넷(RTM) 통신(도시하지 않음)을 사용하여 이루어질 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전력선 게이트웨이(5)로부터 시스템 내의 하나 이상의 조명 장치들 또는 비-조명 장치들, 예를 들어, 도 1의 LED 고정구(3)로 전력선 통신을 전송하는 수단은 이 예에서 3개의 병렬 1차 관형 전도성 버스바들(4)를 통해 이루어진다.
도 4: 중실 원통형 버스바(7)의 단면을 도시한다. 도 4에서 버스바의 말단 주변의 '표피 효과'는 표면(7a)의 내부에 접근하는 외부 에지 쪽으로 더 어두운 영역으로 표시되며, '표피 효과'를 지원하는 와전류는 버스바(7b)의 중심에 존재하는 더 밝은 영역으로 도시된다.
도 5: 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용하기에 적합한 관형 중공 버스바의 단면을 도시한다. 특히 도 5는, 버스바의 말단(5a) 주변에서 '표피 효과'가 감소하고, 이 중공 버스바에서 '표피 효과'를 지원하는 원통형 버스바 내 와전류를 포함하는 내부 물질이 제거되어 관형 버스바의 중공 내부(5b)로 대체된 것을 확인하는 것을 도시한다.
도 6: LED 고정구(3)가 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템 내에서 특정 조명 이벤트를 수행하도록 명령받을 수 있는 방식을 도시한다. 조명 명령은 LED 등록 칩(8)을 통해 물리적 조명 기구에 들어간다. 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 하나 이상의 조명 장치들, 이 예에서, LED 고정구들을 포함하는 제어 가능한 전력 및 조명 시스템 조명에서, 조명 명령은 개별 조명 장치들 또는 LED 고정구들을 위한 등록 칩들로 분배되거나, 또는 데이터 신호들(도시되지 않음)을 포함하는 전력을 조명 시스템에 분배하는 관형 버스바 배열(4),(6)을 통해 원하는 경우 상호 연결된 조명 장치들 또는 LED 고정구들의 그룹들을 위한 등록 칩들로 분배될 수 있다.
도 7: 3-상 전력이 도 6의 조명 기구에 제공되기 전에 본 시스템에 의해 변형된 방식을 도시한다. 3-상 전기(C)는, LED 고정구(3)에 전력을 공급하기 전에, 버스바 시스템(4),(6)을 통해, LED 고정구(3), LED 등록 칩(8), 및 AC-DC 로컬 정류 수단(8a)을 포함하는 조명 기구로 분배된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 초기 전력 신호(C), 즉 스텝다운된 3-상 AC 전기 공급원은 3개의 사인파들을 갖고, 여기서 각각의 사인파는 다른 2개의 다른 사인파들과 120°만큼 위상이 어긋난다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, AC 전력 신호는 정류된 출력 DC 전압(D)을 제공하기 위해 로컬 정류 수단(8a)에 의해 정류되는데, 이 정류된 출력 DC 전압(D)은 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들, 즉 LED 고정구(들)(3)를 포함하는 조명 시스템에 걸쳐 일관된 전력 레벨들을 제공하는 데 사용될 수 있다. 로컬 정류 수단(8a)의 위치는 고정구 내의 LED들에 매우 가깝고, 조명 시스템에 걸쳐 전력 공급원은 입력 DC 전력(D)으로 표시된다. 이하의 도 12에 보다 상세히 도시되는 바와 같이, 로컬 정류 수단은 하나 이상의 LED 드라이버들을 포함한다. 데이터를 송신하는 수단(전력선)은 AC에서만 작동하기 때문에 조명에 명령 신호를 보내는 추가적인 배선 또는 대체 수단의 필요성을 없애려면 AC는 시스템 내의 조명에 가까이 위치되어야 한다.
도 8: 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용하기에 적합한 예시적인 모듈식 3-상 LED 고정구의 구성 부품을 도시한다. 이 고정구는, 커넥터(9b)와 함께 연결되어 사용 가능한 3-상 LED 고정구로 조립될 수 있는 조명 요소(9a)를 포함한다. 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 3-상 LED 고정구 내의 조명 요소들의 총 개수는 원하는 대로 추가적인 조명 요소들 및 커넥터들을 사용하는 것에 의해 증가될 수 있다.
도 9: 기존의 단상 LED 드라이버 블록도를 도시한다. 단상 AC 전력 공급원(일반적으로 110v - 240v)(F)은 스위치 모드 전력 공급 유닛(9)에 전력을 공급한다. 스위치 모드 전력 공급 유닛은 AC를 DC로 변환하고 거의 완벽한 DC 전압(G)을 출력한다. LED 드라이버 스택(10)은 이 DC 공급을 받고, 선형 어두워짐 또는 펄스 폭 변조(H)를 사용하여 LED 어레이(11)를 구동한다.
도 10: 기존의 단상 정류 시에 관찰되는 출력 신호들 간의 차이를 도시한다. 도 10a는 기존의 단상 AC 출력의 사인파를 보여준다. 도 10b는 기존의 단상 AC 출력을 AC/DC 정류한 후에 관찰되는 수정된 출력 신호를 보여주며, 이 트레이스로부터 각 정류된 사이클의 3개의 지점들에서 제로 전력이 존재한다는 것을 분명히 알 수 있다. 도 10c는 커패시터들(도시되지 않음)을 추가하여 정류된 사이클의 제로 지점들 동안 에너지를 유지할 수 있는 방식을 도시한다.
도 11: 대형 설치에 사용하기 위해 기존의 단상 LED 드라이버들을 스케일업할 때 관찰되는 균형 문제를 도시한다. 지점(I)에 표시된 단상 + 중성 입력 전력 공급원, 및 3개의 독립적인 단상 AC 전력 부하를 사용하는 대형 설치는 지점(J)으로 표시된 바와 같이 설치를 계획하는 시스템 설계 단계에서 3-상들 간에 균등하게 분배된다. 의문의 여지를 피하기 위해 설계 단계에서 전기 설계자는 3 상에 걸쳐 단상 부하의 균형을 맞출 계획을 세워야 한다. 부하들이 변하면 이 작업을 수행할 수 없다. 모든 LED 드라이버는 중성 전력선에 연결되어 전기 귀환 경로를 완성한다. 지점(K)으로 표시된 바와 같이 조명이 어두워지면, 3개의 라인/라이브 전도체들로부터 서로 다른 전력 공급 레벨들 100%, 70% 및 50%로 각각 도시된 바와 같이 공급 상들은 크게 불균형으로 될 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 이러한 불균형은 수용 가능하지 않다.
도 12: 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용하기에 적합한 예시적이고 바람직한 3-상 LED 드라이버(13)의 블록도를 도시한다. (L)로 표시된 입력 3-상 AC 전력 공급, 일반적으로 220V - 415V는 전압 스텝다운 장치 또는 변압기(14)에 공급된다. (M)으로 표시된 더 낮은 출력 AC 전압은 변압기 또는 전압 스텝다운 장치(14)를 빠져 나가, 3-상 AC/DC 정류기(15)에 공급되고, 이 3-상 AC/DC 정류기(15)는 (N)으로 표시된 정류된 DC 전압을 출력한다. 정류기(15)를 빠져 나간 DC 전류에서도 전압 리플이 여전히 관찰될 수 있는데 이는 그래프/트레이스(N)의 상부 파형 라인으로 도시되는 반면, 그래프/트레이스(N)의 하부 라인은 0 볼트/축을 도시한다. 정류된 DC 전압은, 하나 이상의 LED 드라이버 칩들(16a), 마이크로제어기(16b), 및 통신 기능을 제공하는 수단(16c)을 포함하는 LED 드라이버 스택(16)에 공급된다. LED 드라이버 스택(16)으로부터의 출력은, 선형 또는 펄스 폭 변조될 수 있고 (O)로 표시된 안정된 DC 전류이다. 이 안정된 DC 전류(O)는 LED 고정구(8)의 어레이(17)를 구동한다.
도 13: 본 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에 사용되고 도 12에 도시되고 앞서 논의된 3-상 LED 드라이버 시스템이 완벽히 균형 잡힌 상태로 스케일업된 것을 도시한다. 도 13에서, LED 드라이버 시스템은 지점(I)에서 위상(1, 2 및 3) 및 중성 선(N)으로 표시된 바와 같이 3-상 + 중성 공급원을 갖는 대형 설치(도시되지 않음)로 구현된다. 조명 시스템 내의 모든 전력 부하들, 즉 (3a), (3b) 및 (3c)로 각각 표시된 LED-포함 조명 고정구들은 지점(P)에 표시된 바와 같이 별형 배열이 사용되고 있는지 또는 델타형 배열이 사용되고 있는지 여부에 따라 3-상 전력 및 선택적으로 중성 선과 공통으로 전기적으로 통신한다. 도 13에 더 도시된 바와 같이, 조명이 예를 들어, 50% 및 70% 어두워지는 지점(Q)에서, 모두 3개의 전력 위상이 100% 균형 맞춘 상태로 유지된다. 이해될 수 있는 바와 같이, 3개의 전력 위상이 이렇게 100% 균형 맞춘 상태로 유지되는 것은 모든 어두워짐 조합에 걸쳐 작용한다. 이것은 대형 설치에 필요하다.
도 14: 본 발명에 따른 제어 가능한 전력 및 조명 시스템을 위한 전력을, 실제로 주 전력 소스로부터, 이 예에서, 그리드로부터, 하나 이상의 변압기들을 통해, 건물 내 버스바 조립체로 분배하여 LED 조명체에 전력 및 조명을 제공할 수 있는 방식을 도시한다. 도시된 바와 같이, 시스템의 위치에 의해 요구되는, 주 공급 레벨의, 즉 240v 또는 415v AC의, 주 전력은 그리드(R)에 의해 (전력 및 조명 시스템의 요구조건에 따라 외부에 또는 내부에 위치될 수 있는) 변압기로 제공되고, 변압기(S)는 제1 스텝다운 AC 전압을 50v AC RMS 이하로 제공하고, 이 저전압 3-상 AC 전력은 일련의 1차(T), 2차(U) 및 3차(V) 중공 관형 라인 및 중성 버스바들을 포함하는 버스바 조립체를 통해 분배되며, 라인 및 중성 버스바들의 각각의 세트(별형 형태)는 서로 병렬로 배열된다. 1차 버스바들(T1, T2)에 대해서는 병렬 라인 및 중성 버스바들의 세트가 도시되어 있는 반면, 2차 및 3차 버스바들에 대해서는, 대응하는 쌍의 라인 버스바들만이 명료한 도시를 위해 도시되어 있다. 의문의 여지를 피하기 위해 도 14에 도시된 버스바 조립체에서, 1차 버스바들은 가장 큰 직경을 갖고, 3차 버스바들은 가장 작은 직경을 갖는다. 1차와 2차 버스바들 사이 및/또는 2차와 3차 버스바들 사이를 연결하는 수단은 도시되지 않았다. 이러한 연결은 본 명세서에 설명된 임의의 수단에 의해 수행될 수 있다. 저전압 3-상 AC 전력은 1차 버스바들로부터 2차 버스바들로 분배되고 나서 3차 버스바들로 분배된다. 3개의 펜던트형 LED 조명 장치들이 도시되어 있고, 이들 중 하나는 (W)로 표시되고, 이들 3개의 펜던트 LED 조명 장치들은 3-상 DC-전력을 LED 조명 장치들에 제공하는 구리 배선(X)을 통해 AC 측 3차 버스바 시스템들(V)과 전기적으로 연결된다. 각 LED 조명 장치는 제2 스텝다운 전압 제어를 제공하기 위해 로컬 전압 제어 수단(Y)과 연결되어 있다. 의문의 여지를 피하기 위해, 이러한 로컬 전압 제어 수단은 본 명세서에서 상세히 설명된 바와 같다.
도 14의 예시적인 시스템은 중성 버스바(T2)를 포함하지만, 앞서 설명된 본 발명의 시스템의 논의 사항으로부터, 중성 버스바의 존재는 별형 형태가 사용되는지 또는 델타형 형태가 사용되는지 여부에 의존하는 선택적인 특징이라는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 의문의 여지를 피하기 위해, 델타형 형태가 1차 버스바 시스템(T)에 사용되는 경우 도 14에 도시된 시스템은 중성 버스바(T2) 없이 본 명세서에 추가로 제공된다.
도 15: 시스템 내 하나 이상의 장치로/로부터 데이터를 제어하기 위해 본 발명에 따른 예시적인 제어 가능한 전력 및 조명 시스템에서 인터넷에 링크된 전력선 게이트웨이 및 PC를 이용하는 방식을 도시한다. 의문의 여지를 피하기 위해, 도 15는 LED 조명을 갖는 시스템을 도시하고 있지만, 이 예시적인 설치는 하나 이상의 비-LED 기반 장치들에 제어 가능한 전력을 제공하는 데에 사용될 수도 있다. 도 14와 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 도 15에 도시된 시스템에서, 고전압의 전력망 전력은 적절한 변압기를 사용하는 것을 통해 50v AC RMS 미만으로 감소되고, 그 결과 저전압 3-상 AC 전력은 일련의 1차, 2차 및 3차 중공 관형 라인 및 중성 버스바들을 포함하는 버스바 조립체를 통해 분배되고, 라인 및 중성 버스바들의 각각의 세트는 서로 병렬로 배열된다.
도 15(a)는 1차 버스바 시스템에 있는 전력선 게이트웨이(Z)의 분해도이며, 이는, 퍼스널 컴퓨터 또는 다른 적절한 마이크로 처리 장치와 인터넷 간에 통신하는 것; 및 데이터가 AC 파형(Z1)에 중첩된 것을 개략적인 형태로 도시한다.
도 15(b)는 3차 버스바(V) 상에 데이터(Z2)를 개략적 형태로 도시하는 전력선 게이트웨이(Z)의 추가 분해도이다.
또한 도 15에는 일련의 LED 조명 부품들이 도시되어 있으며, 여기서 이 LED 조명 고정구 각각은 본 명세서에 상세히 설명된 바와 같이 조명용 명령 신호를 수신하는 로컬 LED 등록 칩과 연결되어 있다.
도 16: 다수의 층을 갖는 소형 사무실 블록(18)을 도시하며, 여기서 주 AC 변압기(2)는 건물의 외부 및 상부에 위치되고, 이 큰 AC-AC 변압기(2)는, 전력선, 태양광 전력 소스, 풍력과 같은 재생 가능 전력 소스와 같이 시스템이 구현되어야 하는 관련 전력 소스에 따라 240v 또는 415v AC의 임의의 적절한 소스로부터 전력을 수신한다. 이 예시적인 시스템(19)에서 사용되는 주 버스바들은 도 16a에 도시된 바와 같이 플라스틱으로 코팅되고, 더 두꺼운 선으로 표시된 바와 같이, 건물 상부에 있는 주 AC 변압기에 연결된 곳으로부터 건물(18)로 진입하는 지점으로 추가 절연/보호 코팅이 더 제공된다. 변압기는 이 240v 또는 415v AC 입력 전력을 건물(18)에 들어가기 전에 50v AC RMS 이하로 변환하고, 이렇게 변환된 전력은 건물의 각 레벨에 걸쳐, 즉 지하를 포함해, 건물(도시되지 않음) 내 각 사무실 층으로 분배되고, 또한 버스바 시스템을 통해, 보다 구체적으로 1차 및 2차 버스바들(19)/(19b)를 통해 분배된다. 각각의 레벨에서, 전력은 어레이 내의 LED 스트립들을 전기적으로 함께 링크하도록 전력을 제공하는 2차 버스바들(19b)을 통해 이 도시에서 LED 어레이들(20)인 LED-포함 조명 장치들로 제공된다. 이해될 수 있는 바와 같이, LED-포함 조명 장치들은 하나 이상의 LED 고정구들(3) 또는 보다 구체적으로 하나 이상의 LED 스트립들과 같은 본 명세서에서 앞서 설명된 임의의 적합한 장치일 수 있다.
이 도면은 또한 이 예에서 중앙 마이크로제어기(5)에 링크된 전력선 게이트웨이(5a)에 의해 통신 기능을 제공하는 수단을 도시하며, 이 중앙 마이크로제어기는 무선 가능하고, 로컬 PC(도시되지 않음) 및 각각의 LED 스트립 또는 보다 일반적으로는 어레이(들) 내의 각각의 스트립 그룹에 링크되고, 무선 신호를 수신하도록 적응되는 것에 의해 스트립들을 함께 링크하는 일련의 2차 버스바들(19b)을 통해 각각의 개별 LED 또는 각각의 개별 스트립에 명령을 분배할 수 있다. 이 배열에서 무선 신호들은 양방향이며, 명령을 보내고 로컬 센서들 및 다른 모니터링 장비로부터 데이터를 수집할 수 있다.
도 16a: 건물(18)의 제어 가능한 전력 및 조명 시스템의 일부를 도시하고, 특히 도 16에서 소형 사무실 블록(18)과 관련하여 도시된 2차 관형으로 코팅된 버스바 배열(19b)의 일부에서 서로 병렬로 이어지는 코팅된 라인 및 코팅된 중성 버스바 부품의 상세도를 제공한다. 도 16a는 또한 건물의 더 낮은 레벨에서 버스바 조립체의 1차(19) 및 2차(19b) 부품들의 일부에서 확대도를 도시하고, 주 버스바 및 2차 버스바들 각각의 코팅된 라인 및 코팅된 중성 버스바 부품들을 도시하고, 여기서 2차 버스바들은 3개가 그룹으로 적응되어 서로 병렬로 이어지며, 두 개의 건물 레벨들 각각에서 주 버스바의 실질적으로 수직 배열, 및 병렬인 2차 버스바의 2개의 그룹의 실질적으로 수평 배열을 도시한다. 단지 간략하게 하기 위해 3개의 라인 병렬 버스바들 중 2개만이 도 16에 도시되어 있다. 건물 하부의 변압기(2)는 단순한 예이고, 시스템은 건물의 상부에 위치된 외부 변압기로 작용하거나 내부 변압기로 작용할 수 있다. 또한 전력선 기술(5)도 이 도면에 도시되어 있다. 의문의 여지를 피하기 위해, 도 16a의 명료함을 위해 2차 버스바 배열 내의 3개의 라인 버스바들 중 단 하나만이 도시되어 있다.
도 17: 2개의 층을 갖는 가정용 건물(21)을 도시하며, 여기서 주 AC 변압기(2)는 건물의 외부 및 측면에 위치되고, 이 큰 AC-AC 변압기(2)는 소형 사무실 블록(18)에 대해 이전에 도시되고 설명된 것과 동일한 방식으로 240v/415v AC의 임의의 적합한 소스로부터 전력을 수신하고, AC 입력 전력을 건물(21)에 들어가기 전에 50v AC RMS 이하로 변환하고, 여기서 이렇게 변환된 전력은 주 1차 버스바들(19)의 시스템을 통해 하우스의 각 층에 걸쳐 분배되고, 이 전력은 도 16의 시스템에 대해 상세히 설명된 바와 같이 어레이(들) 내 LED 스트립들을 함께 링크하는 2차 버스바들(19b)를 통해 각 레벨에서 LED 어레이들(20)에 제공된다. 의문의 여지를 피하기 위해 이 시스템 내의 LED들은 클라우드를 통해 데이터를 수집하여 인터넷을 통해 제어될 수 있다. 의문의 여지를 피하기 위해 변압기는 내부 또는 외부에 위치될 수 있다.
로컬 PC(도시되지 않음), 및 어레이(들) 내의 각 LED 스트립 또는 보다 일반적으로 각 스트립 그룹에 링크된 무선 가능한 중앙 마이크로제어기(22)는 무선 신호를 수신하고 일련의 2차 버스바들(19b)을 통해 각각의 개별 스트립에 명령을 분배한다. 이 무선 신호들은 양방향이며, 명령을 보내고 로컬 센서들 및 다른 모니터링 장비로부터 데이터를 수집할 수 있다. 또한 전력선 기술(5)도 이 도면에 도시되어 있다.
건물(21)에서 내부 LED 및 전력 배열이 건물의 우측에만 도시되어 있지만, 제어 가능한 전력 및 조명 시스템은 무선 가능 마이크로제어기(22)에 링크된 적절한 버스바, LED 어레이(들) 및 저전압 배선을 통해 전체 건물에 걸쳐 완전히 동작할 수 있다.
도 18: 전력 및 조명 시스템이 결합된 2개의 상업용/산업용 사무실 블록(23a 및 23b)을 도시하고, 여기서 주 AC 변압기(2)는 블록(23a)의 외부 및 상부에 위치된다. 의문의 여지를 피하기 위해 변압기는 블록 하부에 동일하게 배치될 수 있다. 이 대형 AC-AC 변압기(2)는 앞서 도시되고 논의된 소형 사무실 블록(18) 및 가정용 건물(21)에 표시된 것과 동일한 방식으로 240v/415v AC의 임의의 적절한 소스로부터 전력을 공급받고, AC 입력 전력을 블록(23a)에 들어가기 전에 50v AC RMS 이하로 변환하고, 이렇게 변환된 전력은 주 1차 버스바 배열(19)을 통해 블록의 각 층에 걸쳐 분배되고, 전력은 LED 어레이(들) 내 LED 스트립들을 함께 링크하는 2차 버스바(19b)를 통해 각 레벨의 LED 어레이들(20)에 제공된다. 의문의 여지를 피하기 위해, 이 시스템 내의 LED들은 또한 궁극적으로 인터넷을 통해 개별적으로 제어될 수 있고, 모든 데이터는 소형 사무실 블록(18)과 관련하여 도면에 도시되고 본 명세서에 논의된 전력 및 조명 시스템에 따라 클라우드를 통해 수집된다.
각 건물 내에 위치되고 로컬 PC(도시되지 않음), LED 어레이(들)(20) 내의 각각의 LED 스트립 또는 보다 일반적으로는 각 스트립 그룹에 링크된 무선 가능한 로컬 마이크로제어기(22)는 무선 신호를 수신하고, 스트립들을 함께 링크하는 일련의 2차 버스바들(19b)을 통해 각 개별 스트립에 명령을 분배한다. 이 무선 신호들은 양방향이며, 명령을 보내고 로컬 센서들 및 다른 모니터링 장비로부터 데이터를 수집할 수 있다.
블록들(23a 및 23b)에서 내부 로컬 마이크로제어기들(22)은 지면 레벨로 있는 것으로 도시되어 있지만, 이것은 블록들 내 편리한 임의의 적절한 위치에 위치될 수 있다는 것으로 이해되어야 한다.
단지 예시의 목적으로, 블록(23a)의 상부에 있는 주 변압기(2)로부터 일련의 주 1차 버스바들(19) 및 2차 버스바들(19a)을 갖는 버스바 배열을 통해 LED 어레이(20)로 전력을 분배하는 주 1차 버스바 배열(19)을 포함하는 블록(23a)에 제어 가능한 전력 및 조명 시스템 내 내부 전력 분배 및 조명을 배열하는 것은 이 도면의 좌측에 분해도로 도시되고, 여기서 블록을 제어하는 것은 전력선 기술(5) 및 로컬 무선 가능 마이크로제어기들(22)에 의해 제공된다.
유사하게, 제어 가능한 전력 및 조명 시스템 내 내부 전력 분배 및 조명을 건물(23b)에 배열하는 것은 추가적인 변압기(2)로부터 주 1차 버스바 조립체(19)로 제공되고, 이에 의해 일련의 2차 버스바들(19a) 및 LED 어레이(20)로 제공되고, 여기서 블록(23b)을 제어하는 것은 또한 전력선 기술(5) 및 로컬 무선 가능 마이크로제어기(22)에 의해 제공되고, 이는 또한 건물(23b)의 우측에 분해도로 도시된다.
의문의 여지를 피하기 위해, 블록들(23a) 또는 (23b) 중 어느 하나의 블록을 원격 제어하는 것은 본 발명의 제어 시스템을 사용하여 별개로 또는 개별적으로 관리될 수 있다.
도 18a: 블록(23a) 내 내부 시스템의 확대도를 제공한다. 도 18 및 도 18a에서 볼 수 있는 바와 같이, 변압기(2)의 위치는 건물의 상부에 위치된 외부 변압기이거나 또는 내부 변압기(2)일 수 있다.
도 19: 특히 블록(23a) 내 단일 사무실, 및 특히 매달려 있는 LED 어레이(20)를 도시하며, 여기서 전력은 변압기(2)로부터 주 1차 버스바 배열(19) 및 2차 버스바 배열(19b)을 통해 분배되고, 무선 시스템 제어 및 관리는 무선 가능 마이크로제어기(22) 및 전력선 기술(5)에 의해 제공된다. 도시를 간단히 하기 위해, 단지 1차 및 2차 버스바들은 병렬로 배열된 3개의 관형 버스바들의 2개의 세트가 아닌 단지 단일 라인들로만 표시된다.
도 20: 본 발명에 따른 제어 가능한 전력 및 조명 시스템의 일부, 특히 룸 또는 사무실 공간의 영역을 도시하며, 여기서 LI-FI 및 WI-FI(RTM) 무선 기술의 조합은 스마트 기술, 스마트 폰 및 랩톱 컴퓨터를 갖는 모바일 비-LED 장치들로부터 제어 시스템에 연결하고 데이터를 제어 시스템에 되전송하는 데 사용된다. 도 20은 앞서 한정된 LED 조명 어레이의 일부를 추가로 도시하며, 여기서 LED 조명은 다수의 펜던트 조명을 통해 제공된다.
도 21: 본 명세서에 상세히 설명된 전력 및 조명 시스템에 의해 전력이 공급되고 제어되는 LED 어레이를 통합하는 온실(24)을 도시한다. 온실 내부로부터 온실 부지로 상업용/산업용 고전압 AC 전력의 가능한 소스들로 이어지는 전력 채널이 도시되어 있다.
온실(24)은 측면도 및 배치도로 도시되어 있고, 이 예시적인 도시에서, 온실은 적어도 24m 폭이고, 수경 재배 또는 그 밖의 방법으로 재배하는 것일 수 있는 하우징 재배 시스템에 적합하며, 여기서 상기 재배 시스템들은 일반적으로 2m, 4m 또는 8m의 간격으로 서로 이격된다. 온실(24a)의 풋프린트에는, LED-포함 스트립들/스트립 그룹들(도시되지 않음)이 위치된 3개의 지지 구조물(25a, 25b, 25c)에 의해 제공되는 3개의 구획을 갖는 LED 어레이(25)에 대한 윤곽이 제공된다. 구조물(25a, 25b 및 25c)은 관형 중공 버스바들이고, 이 관형 중공 버스바들은 적합한 수단에 의해 온실(24)의 천정에 매달려 있고, 도시된 바와 같이 LED 어레이(25)의 3개의 구획들 사이에, 즉 각각의 버스바 구조물(25a, 25b 및 25c) 상에 위치된 스트립 그룹(도시되지 않음)들 사이에 균등한 공간을 제공한다. LED 어레이(25)가 이렇게 매달려 있고 함께 위치된 구획들은 3개의 개별 재배 영역들(도시되지 않음)의 위에 및 이에 매우 근방에 위치되며, 이해될 수 있는 바와 같이 이들 재배 영역들은 어레이의 각 구획의 영역들 아래에 위치되고 이와 실질적으로 유사한 영역들을 갖는다. 이 예에서 3개의 구획된 배열은 재배 영역에서 5 cm 내지 10 cm 높은 위치에 위치된다.
LED 어레이의 3개의 구획들은 특정 면적의 직사각형으로 도시되어 있지만, 이해될 수 있는 바와 같이 전체 어레이 또는 전체 어레이 내의 구획들의 절대 형상 및 치수는 앞서 상세히 설명된 다른 재배 영역들에 사용하기 위한 필요성과 관련하여 다양하게 변할 수 있다.
3개의 대형 AC-AC 변압기들(2)은 온실의 외부에 위치되고, 이 각 변압기는 전력선, 태양광 전력 소스, 및 풍력과 같은 재생 가능 전력 소스와 같은 240v/415v AC의 임의의 적합한 소스로부터 전력을 수신한다. 이러한 변압기(2)는 이 AC 입력 전력을 온실(24)에 들어가기 전에 50v AC RMS 이하로 변환하고, 이렇게 변환된 저전압 3-상 AC 전력은 버스바 구조물(25a, 25b 및 25c)에 의해 지지되는 LED 어레이(25)의 3개의 구획들 각각에 전력을 제공하기 위해 하나 이상의 주 버스바들을 갖는 버스바 조립체를 통해 제공된다. 이해될 수 있는 바와 같이, 지지 버스바 구조물(25a, 25b 및 25c)은 1차 또는 주 버스바들로부터, 앞서 상세히 설명된 바와 같이 LED들(도시되지 않음)과 관련된 로컬 정류기/로컬 전압 보정 장치(들)와 함께 LED 어레이(25)로 전력을 분배하기 위해 2차 버스바 시스템을 효과적으로 포함한다. 예를 들어, 어레이(25) 내 임의의 LED 스트립 그룹 내에서 사용하기 위한 각 LED 스트립은 일 단부에 로컬 정류기(도시되지 않음)를 포함할 수 있고, 지지하는 (2차) 버스바를 통해 전력 소스와 전기적으로 연결될 수 있다.
사용 예
하기 대표적인 사용 예들은 본 시스템들의 특정 실시예들을 설명한다. 이 시스템들에 사용하기 위해 본 명세서에 한정된 조명 시스템에 의해 요구되는 전력 및 광 및 선택적으로 열을 제공하도록 사용되는 변압기들 및 시스템의 용량을 변경하는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 특히, 사용 예 1에 도시된 시스템은 재배에 요구되는 열 및 광을 본 명세서에 한정된 LED 어레이에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 제공하는 시스템에서 유리한 이용을 갖는 것으로 입증되었지만, 이러한 LED 조명 배열들을 통합하는 이러한 시스템은 재배 시스템 이외의 분야들에서도 응용될 수 있는 것으로 이해된다. 이러한 다른 분야들 또는 응용들은 상기 상세히 설명된 바와 같다.
사용 예 1 - 저전압 3-상 AC 및 고전류에서 분배 트리
도 21에 도시된 온실 시스템을 참조하면, 10 kw(킬로와트) 용량의 대형 AC-AC 변압기 및 앞서 한정된 LED 어레이를 사용하면, 약 100m2 내지 약 200m2의 재배 영역을 커버하기에 충분한 열과 광을 제공한다. 앞서 한정된 LED 어레이와 더 낮은 용량인 4 kw의 AC-AC 변압기를 사용하면, 이에 대응하여 약 40m2 내지 약 80m2의 재배 영역을 갖는 더 작은 온실에 열 및 조명을 제공할 수 있다.
관형 알루미늄 버스바들을 사용하면, AC-AC 변압기는 150 kW 이상으로 증가될 수 있다. 이것은 1,500 m2 내지 3,000 m2의 더 큰 재배 영역에 충분한 전력을 제공할 수 있다.
비교 온실 사용 예
현재 이용 가능한 시스템은 드라이버당 약 2m2 내지 4m2 영역에만 후속 전력 공급을 갖는 약 200w 내지 300w(와트)의 용량을 각각 갖는 로컬 DC 드라이버들을 필요로 한다. 이것은, 사용 예 1에 표시된 소형 온실에 열과 광을 전달하려면 최대 40개의 드라이버들이 필요할 수 있는 반면, 사용 예 1에서 더 큰 영역을 서비스하려면 최대 100개의 드라이버들이 필요할 수 있다는 것을 의미한다.
이들 사용 예들로부터, 본 발명의 신규한 시스템은 현재 이용 가능한 것보다 상당히 더 큰 조명 범위를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 고유의 제어 가능한 LED 어레이를 통해 열 및 조명의 관점에서 효율을 동시에 제공할 수 있는 것이 명백하다.
사용 예 2 - 제어 가능한 전력 및 조명 시스템
도 1에 도시된 시스템은 본 발명에 따라 구현된 제어 가능한 전력 및 조명 시스템이다. 이 시스템은 입력 3-상 AC 전력 공급원, 전압 스텝다운 수단 및 3-상 AC/DC 정류가 발생하는 조명 장치로 전력을 분배하는 것을 포함한다. 예시적인 조명 시스템의 단지 일부 표현만이 도 1에 도시되어 있지만, 도면에 도시되고 본 명세서에 논의된 임의의 적합한 전력 변환 및 정류 수단은 이러한 배열로부터 매우 다양한 조명 장치들 및 비-조명 장치들에 전력을 공급하도록 용이하게 적용될 수 있다. 이 특정 시스템 부분에서, 전력은 전도성 버스바들을 통해 조명 장치에 유리하게 분배된다. 전술한 설명으로부터 더 이해될 수 있는 바와 같이, 대안적인 전도성 수단은 또한 이러한 시스템 내 하나 이상의 조명 또는 비-조명 장치들에 전력을 분배하는데 사용될 수 있다.
사용 예 2의 시스템에서, 3-상 공급원은 입력 전압을 더 낮은 저전압 전력 공급원으로 변환하기 위해 입력 전력을 전압 스텝다운 장치에 제공하고, 저전압 전력은 주 버스바들 및 2차 버스바들의 전도성 버스바 배열을 통해 적절한 LED-포함 조명 장치로 분배되며, 이 경우에 LED 고정구로 분배된다. 저전압 전력은, 3개의 주 병렬 1차 전도성 관형 버스바들을 통해, 이 예에서는, 전력선 게이트웨이 또는 모뎀에 의해 통신 기능을 제공하는 적절한 수단으로 분배되고, 이후 3개의 병렬 관형 버스바들을 포함하는 버스바 배열의 2차 분배 분기를 통해 LED 고정구로 분배된다. 앞서 상세히 설명된 바와 같이, 버스바 배열은 전력선 모뎀으로부터 시스템으로 데이터를 수신하고 시스템으로부터 전력선 모뎀으로 데이터를 송신할 수 있도록 하나 이상의 라인/라이브 전도체들을 제공한다.
본 출원인은 주 버스바 및 2차 버스바 배열들 내에 모두 3개의 버스바들 뿐만 아니라 존재하는 경우 임의의 선택적인 중성 버스바로 관형 버스바들을 사용할 수 있다는 것을 발견하였다. 본 출원인은 또한 1차/주 버스바들의 직경이 일반적으로 (존재하는 경우) 임의의 3차 버스바보다 더 큰 직경을 갖는 2차 버스바의 직경보다 더 큰 버스바를 사용하는 것이 유리하다는 것을 발견하였다. 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 임의의 특정 전력 및 조명 시스템에 사용되는 주 버스바, 2차 버스바 및 임의의 3차 버스바의 상대적 치수는 특정 시스템의 요구에 따라 변할 수 있다.
사용 예 2의 LED-포함 조명 시스템에 DC 전력을 제공하기 위해 3-상 AC 전력을 3-상 AC/DC 정류하는 수단은 이하에 설명된 바와 같다. 3-상 AC, 특히 저전압 또는 초 저전압 AC는 전도성 버스바 시스템을 통해 하나 이상의 LED-포함 장치들, 예를 들어, 조명 기구로 분배되고, 여기서 조명 기구는 LED 고정구, LED 등록 칩, 및 LED 고정구에 3-상 DC 전력을 공급하기 전에 AC를 DC로 로컬 정류하는 수단을 포함한다. 초기 스텝다운된 3-상 AC 전력 신호는 로컬 정류 수단에 의해 정류되어, 정류된 출력 DC 전압이 제공되고, 이 정류된 출력 DC 전압은 조명 시스템에 걸쳐 일관된 전력 레벨들을 제공하는 데 사용될 수 있다. 본 출원인은 바람직한 통신 기능 및 효율을 생성하려면 로컬 정류 수단의 위치가 조명 고정구 또는 조명 기구 내의 LED들에 매우 근접해 있다는 것을 발견하였다.
본 발명, 특히 사용 예 2에 따른 시스템을 사용하여 얻어지는 효율의 장점들은 도 2에 도시되고 이 도 2와 관련하여 논의된 바와 같다. 본 명세서에 상세히 설명된 3-상 AC 전력 공급원을 사용하여 얻어진 효율 곡선을 기존의 전력 공급원의 것과 비교하면, 전체 효율이 더 높고 또한 부하에 걸쳐 효율이 더 높은 것을 입증할 수 있다. 3 상 접근 방식은 15%의 부하를 넘어 약 97%의 효율을 제공한다. 기존의 단상 접근 방식은 40%의 부하를 넘어 일반적으로 85%의 효율을 제공한다.

Claims (30)

  1. 하나 이상의 전력 소비 장치들에 전력을 분배하는 시스템으로서,
    상기 시스템은 하나 이상의 전력 소비 장치들 및 관형 전도성 버스바들을 포함하고, 상기 전력 소비 장치들 중 적어도 하나는 LED-포함 조명 장치이고, 상기 LED-포함 조명 장치는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고, 상기 시스템에 공급되는 3-상 AC 전력은 50V AC RMS 이하이고, 상기 관형 전도성 버스바들에 의해 분배되며, 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 LED-포함 조명 장치에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 스텝다운(step-down) 장치에 의해 감소되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 LED-포함 조명 장치에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 주 AC 스텝다운 변압기에 의해 감소되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 3-상 AC/DC 정류는 로컬 정류(local rectification)된 것인 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 각각의 장치를 자동으로 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 LED-포함 조명 장치는 하나 이상의 LED-포함 조명 장치들, 또는 하나 이상의 LED-포함 조명 장치 그룹, 또는 LED 조명체를 포함하는 LED 어레이를 포함하고, 상기 장치들 또는 조명체는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되고,
    (i) 상기 LED-포함 조명 장치로 분배되는 상기 3-상 AC 전력은 외부 또는 내부에 위치될 수 있는 AC 주 변압기에 링크되고;
    (ii) 상기 3-상 AC 전력은 전도성 버스바들에 의해 분배되며;
    (iii) 각각의 조명 장치 또는 조명 장치 그룹에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 각 연결된 부하에 공급되는 전력을 3-상 AC/DC 정류하는 것을 통해, 특히 각각의 LED-포함 조명 장치 또는 LED-포함 조명 장치 그룹과 관련된 AC/DC 정류기를 통해 저전압 또는 초 저전압 DC로 변환되고; 및
    (iv) 상기 시스템은 상기 시스템 내의 전체 상기 LED-포함 조명 장치, 또는 개별 LED-포함 조명 장치들, 또는 LED-포함 조명 장치 그룹들의 출력을 자동으로 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 하나 이상의 비-조명 전력 소비 장치들을 추가로 포함하고, 각각의 상기 비-조명 전력 소비 장치는 3-상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되도록 적응되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 시스템, 각각의 LED-포함 조명 장치, 또는 LED-포함 조명 장치 그룹, 또는 LED 어레이에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 상기 시스템 내 각 연결된 부하에 공급되는 전력을 3-상 AC/DC 정류하는 것을 통해 DC 전력으로 변환되고, 연결된 부하는 LED-포함 조명 장치 또는 LED-포함 조명 장치 그룹 또는 LED 어레이인 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 시스템에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 12v와 50v 사이 AC RMS의 초 저전압 전력인 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 각각의 조명 장치에 공급되는 전력은 저전압 또는 초 저전압 3-상 AC이고, 상기 저전압 또는 초 저전압 3-상 AC는 각각의 조명 장치와 관련된 3-상 AC/DC 정류기를 통해 저전압 DC 전력으로 변환되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 각각의 LED-포함 조명 장치에 공급되는 3-상 AC 전력은 상기 시스템의 위치에서 외부에 위치된 스텝다운 장치 또는 주 AC 변압기에 의해 감소되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 각각의 LED-포함 조명 장치에 공급되는 3-상 AC 전력은 상기 시스템의 위치에서 내부에 위치된 스텝다운 장치 또는 주 AC 변압기에 의해 감소되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 버스바들은 상기 시스템 내 하나 이상의 비-조명 장치들에 전력을 공급하도록 적응된 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 시스템에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 전도성 버스바들에 의해 분배되고, 상기 버스바들은 주, 2차 및 선택적으로 3차 버스바들을 갖는 조립체로서 존재하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 시스템에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 주, 2차 및 선택적으로 3차 버스바들을 갖는 조립체로서 존재하는 전도성 버스바들에 의해 분배되고, 상기 주, 존재하는 경우 2차 및 3차 버스바들은 알루미늄 또는 구리 버스바들을 독립적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 시스템에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 전도성 버스바들에 의해 분배되고, 상기 버스바들은 관형 또는 실질적으로 관형 알루미늄 버스바들인 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 상기 시스템에 공급되는 상기 3-상 AC 전력은 관형 또는 실질적으로 관형 전도성 버스바들을 통해 분배되고, 상기 시스템은 3개의 라인의 양(positive)의 버스바들 및 선택적으로 하나의 중성(neutral) 버스바를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 각각의 장치를 자동으로 제어하는 수단을 포함하고, 상기 시스템 내 상기 장치 전체 또는 상기 시스템 내 개별 장치들 또는 장치 그룹들의 출력을 자동으로 제어하는 수단은 상기 장치들을 자동으로 독립적으로 제어하는 수단인 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 각각의 장치를 자동으로 제어하는 수단을 포함하고, 상기 시스템 내 상기 장치 전체 또는 상기 시스템 내 개별 장치들 또는 장치 그룹들의 출력을 자동으로 제어하는 수단은 상기 장치를 자동으로 독립적으로 제어하는 수단을 포함하고, 상기 수단은 제어될 특정 시스템의 요구에 따라 로컬 PC로의 전력선 기술 또는 무선 링크를 사용하거나 원격으로 인터넷을 통해 또는 전력선 기술과 무선 기술의 조합을 사용하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 LED-포함 조명 장치는 LED 조명체, 하나 이상의 LED 조명체를 포함하는 LED 어레이, 또는 LED 조명체 그룹들이고, 상기 LED 조명체 그룹들은 하나 이상의 LED 스포트 조명체(spotlight); 하나 이상의 LED 투광 조명체(floodlight); 적어도 하나의 LED를 포함하는 하나 이상의 조명 부품(light fitting); 적어도 하나의 LED를 포함하는 하나 이상의 조명 기구(luminaire); 하나 이상의 LED 스트립 조명체; 또는 LED 조명체를 포함하는 하나 이상의 스트립들; 또는 LED 스포트 조명체, LED 투광 조명체, 조명 부품, 조명 기구, LED 스트립 조명체, 또는 LED를 포함하는 어레이 또는 스트립의 임의의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 전력 소비 장치들은 하나 이상의 조명 장치들을 포함하고, 상기 하나 이상의 조명 장치들은 LED-포함 조명 장치(LED)들이며, 상기 하나 이상의 조명 장치들은 3 상 AC 전력 공급원에 의해 전력이 공급되고, 각각의 조명 장치에 공급되는 상기 3 상 AC 전력은 3-상 AC/DC 정류를 통해 DC 전력으로 변환되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 3 상 AC 전력은 주 변압기에 링크되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제21항에 있어서, 각각의 조명 장치에 공급되는 상기 3 상 AC 전력은 12v와 50v 사이 AC RMS인 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제21항에 있어서, 상기 3 상 AC 전력은 전도성 버스바들에 의해 분배되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  25. (i) 원예, 농업 및 양식업을 포함하는 재배와 관련된 응용들;
    (ii) 가축 사육을 포함하여 동물이 수용되는 환경에서 전력 및 조명을 제공하는 것과 관련된 응용들; 및
    (iii) 역동적인 반응성 LED 조명을 요구하는 대규모 환경에서 전력 및 조명 시스템을 전개하는 것과 관련된 응용들;
    중에서 선택된 응용들에 전력 및 조명을 제공하기 위해 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 사용하는 방법.
  26. (i) 원예, 농업 및 양식업을 포함하는 재배와 관련된 응용들;
    (ii) 가축 사육을 포함하여 동물이 수용되는 환경에서 전력 및 조명을 제공하는 것과 관련된 응용들; 및
    (iii) 역동적인 반응성 LED 조명을 요구하는 대규모 환경에서 전력 및 조명 시스템을 전개하는 것과 관련된 응용들;
    중에서 선택된 응용들에서, 제어 가능한 전력 및 조명을 제공하는 방법으로서,
    상기 응용들은 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 포함하고,
    상기 방법은
    상기 시스템에 50V AC RMS 이하의 3-상 AC 전력을 공급하는 단계;
    상기 3-상 AC 전력을 관형 전도성 버스바들에 의해 분배하는 단계; 및
    3-상 AC/DC 정류를 통해 상기 3-상 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
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