用于太陽能供電照明的增強安全性的系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于提供太陽能供電照明的增強的照明安全性的方法和系統，且更具 體地，涉及控制何時調光超馳功能被允許以便限制和/或防止能量儲備在夜晚期間被耗盡 的改進的方法和系統。
【背景技術】
[0002] 常規街道照明系統可合并調光系統以節省能量。這樣的常規調光系統的一個例子 是飛利浦Lumistep調光，其可被獲得作為用于照明系統的操作員的選項。可使用固定調光 曲線對這樣的調光系統進行編程。例如，調光一般在午夜時間當沒有很多交通時或當操作 員僅想節省電時被應用。
[0003] 在夏季和冬季之間使用的調光曲線中可能也有一些差異。但調光曲線最經常地作 為在預定持續時間期間照明水平的固定減小，基于固定編程或當主要電力被接通/切斷時 的時間或經由另一機制，而被執行。
[0004] 圖1示出常規調光曲線。
[0005] 通過應用調光曲線，當然存在較少的光，但在沒有參考的情況下，人眼將不容易檢 測到從全亮度水平的30%_40%的減小。一些常規照明系統也可在夜晚的部分期間完全切斷 光。這也被定義為調光（即100%)。調光也可動態地出現，經由例如運動檢測被觸發。
[0006] 太陽能供電的照明系統在本領域中也是已知的。在這樣的常規太陽能供電的照明 系統中，這樣的常規調光系統可減小光水平以(很大程度地）進一步節約能量。應理解，太 陽能供電的照明系統未連接到電力網。太陽能供電的照明系統的能量預算取決于來自經由 光伏（PV)面板收集的太陽輻射的電。所收集的能量存儲在電池中。為了便于長操作壽命， 電池可實質上是超尺寸的以避免深放電。這是因為深放電強烈地限制電池壽命。例如，圖 2示出電池能量存儲的退化曲線的圖。
[0007] 在這樣的太陽能供電的照明系統中，能量收集然而是與天氣相關的。這意味著每 日能量收集可能不足以覆蓋一夜的(照明）負載。
[0008] 超尺寸的電池也可構成能量緩沖以當沒有足夠的陽光來收集用于正常操作的能 量時渡過一天或多天的壞天氣。在一個或多個壞天氣期間，太陽能照明系統可能在夜間耗 盡部分或全部能量緩沖。然而當存在幾天的壞天氣時，存儲在電池中的能量可能不足以覆 蓋整個夜晚。
[0009] 上面討論的常規照明系統也可包括調光超馳特征。在某些情形例如交通事故或緊 急狀況中，外部信號被發送到照明單元以超馳所設置的調光水平。外部信號可用于將變暗 的光水平設置到全亮度并在該情形被認為已結束時恢復到原始調光光水平。自動重置也可 用于恢復原始調光光水平。在自動重置情況中，通常使用預定的時間間隔(例如幾小時）來 重置原始調光水平。注意，每種情形可能需要它自己的特殊亮度水平用于調光超馳。
[0010] 然而，這樣的調光超馳特征引起太陽能供電的照明系統的問題。調光超馳特征可 能耗盡能量存儲，因為沒有方式來考慮到在隨后幾天中的天氣可能足以恢復另一夜晚所需 的能量。此外，當調光超馳被激活時，在電池中的可用能量可能不足以支持直到將導致完全 黑暗的情形結束為止的全亮度光水平。
[0011] 相應地，在本領域中存在對處理上面描述的常規系統的缺點的系統和方法的需 要。
【發明內容】
[0012] 本發明的一個方面涉及確定在太陽能照明單元的電池中的現有和可用的能量是 否可覆蓋（1)所請求的實際調光超馳時期以及（2)在電池能量由于調光超馳而被使用之后 的隨后的夜晚的方法。項目（2)是重要的，因為即使調光超馳時期可被覆蓋，壞天氣也可能 在調光超馳之后的隨后幾天中限制能量收集，使得在電池中的可用能量不能完全用于覆蓋 調光超馳時期。否則，太陽能照明單元將不能夠在隨后的（多個）夜晚中的某個時間提供照 明。
[0013] 本發明的一個實施方式針對控制太陽能供電的設備的功率超馳功能的方法。該方 法包括下列步驟：接收超馳功能信號，其中超馳功能信號請求與太陽能供電的設備的負載 的能量消耗有關的變化；確定在太陽能供電的設備中的當前可用存儲能量的量是否可為負 載的能量消耗中的變化提供足夠的能量；以及估計由于能量消耗中的變化而耗盡的能量的 量是否可由在該量被耗盡之后的至少一個或多個隨后的天中的太陽能發電恢復。如果當前 可用存儲能量可提供足夠的能量且所耗盡的能量的量可被恢復，則改變負載的能量消耗。
[0014] 在本發明的另一實施方式中，用于太陽能供電的設備的能量消耗控制的方法。該 方法包括下列步驟：創建太陽能供電的設備的太陽能電力供應模型，創建太陽能供電的設 備的電力需求模型，使用增補的數據細化太陽能電力供應模型和電力需求模型，使用太陽 能電力供應模型和電力需求模型計算能量平衡模型，以及基于能量平衡模型來確定將增加 太陽能供電的設備的負載的能量消耗的超馳能力是否是可能的。
[0015] 在上面描述的方法的一個方面中，細化電力需求模型的步驟包括下面的技術和算 法中的一個或多個：增加的能量消耗的持續時間的統計平均、本地天氣現象的統計平均、考 慮與太陽能供電的設備有關的其它部件的寄生負載、與太陽能供電的設備有關的防凍操作 和后備容量限制。
[0016] 在上面描述的方法的另一方面中，細化電力供應模型的步驟包括使用與下列項有 關的額外數據的一個或多個下面的技術和算法：（1)用于恢復后備容量的天循環中的所需 時期、（2)太陽視線障礙、（3)所記錄的本地壞天氣現象、（4)林克渾濁度數據、（5)本地平 均每日和白天溫度以及（6)過去的和所記錄的太陽能收集器性能。
[0017] 本發明的另一實施方式針對太陽能供電的照明單元。照明單元包括光伏單元、太 陽能充電器、電池、光控制引擎、光產生裝置和通信接口。通信接口可與遠程控制/維護設 施(例如后勤辦公室)通信。照明單元還包括控制器。控制器布置成經由通信接口接收調光 超馳信號。調光超馳信號請求與光產生裝置的光輸出有關的變化。控制器還布置成確定在 電池中的當前可用存儲能量的量是否可針對在光輸出中的變化提供足夠的能量并估計由 于該變化而耗盡的能量是否可由在該量被耗盡之后的一個或多個隨后的天中的太陽能發 電恢復。如果當前可用存儲能量可提供足夠的能量且耗盡的能量的量可被恢復，則控制器 改變光輸出。
[0018] 通常，本發明的各種方面和實施方式可以用在本發明的范圍內的可能的任何方式 組合并耦合。特別指出并在說明書的結尾的權利要求中清楚地主張被視為本發明的主題。
【附圖說明】
[0019] 根據結合附圖做出的下面的詳細描述，本發明的前述和其它特征和優點將變得清 楚。
[0020] 圖1示出常規調光曲線。
[0021] 圖2示出電池能量存儲的退化曲線的圖。
[0022] 圖3示出根據本發明的實施方式的室外照明系統。
[0023] 圖4示出根據本發明的一個實施方式的離網照明（OSL)單元。
[0024] 圖5示出地區的（PV)電力供應圖的例子。
[0025] 圖6示出在圖5中使用的同一地區的電力需求圖的例子。
[0026] 圖7是示出根據本發明的實施方式的各種方法和算法的流程圖。
[0027] 圖8示出在圖5中使用的同一地區的黑暗概要圖的例子。
[0028] 圖9是示出根據本發明的實施方式的設備和系統的動態控制的概要的流程圖。
[0029] 圖10是用于調光超馳決策過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0030] 如圖3所示，室外照明系統100包括控制單元20 (例如服務中心、后勤辦公室、 維護中心等）和一個或多個照明單元（LU10 - LU80)。控制單元20可位于LU (LU10 - LU80)附近或在LU (LU10 - LU80)的遠程位置處。中央控制單元20包括通信單元21，并 且還可包括數據庫22。通信單元21用于與LU (LU10 - LU80)通信。控制單元20通信地 直接或間接地耦合到LU (LU10 - LU80)。例如，控制單元20可經由有線和/或無線/無 線-網狀連接進行直接通信，或經由網絡例如互聯網、內聯網、廣域網（WAN)、城域網（MAN)、 局域網（LAN)、陸地廣播系統、電纜網絡、衛星網絡、無線網絡、電力線或電話網絡（POTS)以 及這些和其它類型的網絡的部分或組合進行間接通信。
[0031] 控制單元20包括用于操作、調用接通/斷開時間和排序、調光時間和百分比和其 它控制功能的算法。控制單元20還可執行參數(例如運行小時或能量使用)的數據記錄、警 告和調度功能。
[0032] 圖4示出LU 10的一個實施方式，其針對在有陽光的時期期間的白天內產生電的 電池供電的光伏系統，電被存儲到電池內以在夜晚期間和/或在沒有足夠的陽光的時期期 間給負載(例如光引擎)供電。為了清楚起見沒有示出在電池供電的離網照明（OSL