Introducción
Imagine un maratón en un día muy cálido y polvoriento al guardar cada gramo de materia de energía para el resultado.Esta raza no es más de la mitad, pero el ganador parece cierto. El cable parece insuperable, ya que este corredor puede hacer más con menos energía. Este corredor brilla más. En el rostro del calor y de la competencia, este corredor se mantiene fría. Hasta ahora, todo bien. Sin embargo, este competidor se ha marcado el ritmo y mantener la ventaja en la segunda mitad de la carrera? En un mundo de todos los atletas que entrenan y compiten con inteligencia, talento y potencial sólo hasta cierto punto. Grandes camadas y un potencial desaprovechado el camino al éxito. ¿El actual líder cavar profundo, una carrera inteligente, responder a los elementos, y la altura de las expectativas? El tiempo, y la inteligencia, lo dirá.
Ahora usted me pregunta, "¿Qué hace un maratón tienen que ver con LEDs? ¿Realmente sabes lo que estás hablando?"Creo que sí. Como un corredor fuerte que lleva un maratón, los LED son prometedores en la carrera del mundo para producir una iluminación más eficiente en energía. Un gran avance tecnológico sobre la iluminación incandescente y fluorescente tanto, los LED consumen menos energía, duran más tiempo y permiten un mayor control del color y la dirección de la luz.
En 2010, la iluminación consume aproximadamente el 19% de la electricidad de los EE.UU.. 1 En el año 2030, la iluminación podría consumir un total de 767 teravatios-hora (TWh) al año. 2 ¡Qué oportunidad para ese corredor principal en nuestro maratón de fantasía! LEDs para la iluminación que podría reducir el consumo de electricidad en un 25% para 2030.2 Además, los LEDs podrían aliviar la cantidad y tipo de residuos sólidos generados por la iluminación, ya que duran hasta cinco veces más que las otras soluciones de iluminación y no contienen materiales tóxicos. LEDs sustituyendo en el futuro no necesariamente se producirán debido a fallo de la lámpara, sino simplemente como el resultado de estilo arquitectónico. Además, la capacidad para ajustar el color con rojo, verde y azul (RGB) LEDs añade nuevas opciones para el rendimiento y la creatividad. En última instancia, los LED funcionan bien más allá de iluminar un espacio. Ellos simplemente se verá y se ajustan mejor a los nuevos estilos y accesorios.
LED de Inteligencia esencial para ganar la carrera
¿Cómo LEDs desarrollar su potencial tremendo? Sin lugar a dudas, el primer obstáculo es el precio. LED cuestan actualmente un orden de magnitud más que soluciones de iluminación existentes. El ahorro de energía no es a menudo suficiente para convencer conscientes del precio a empresas y consumidores para hacer la compra más cara. Ahorro de fabricación y producción de volumen probablemente reducirá los precios en el tiempo, sino que los costos de dejar suficiente y puede llegar lo suficientemente rápido como para ganarse a los usuarios? Estas tendencias son inciertos y discutibles por completo. Es cierto, que están más allá del alcance de este artículo. Considere también la disponibilidad, que afecta a los precios. Vaya a cualquiera de los dos ferreterías y tratar de encontrar la misma lámpara LED. Está duro.Muchos minoristas no reserva suficiente variedad y cantidad de lámparas LED para atraer al consumidor casual. ¿Por qué? Se vuelve a la rotación de inventarios de precios y eficiente. Entonces, ¿dónde nos deja eso, como ingenieros, innovadores y pensadores creativos? ¿Cómo podemos permitir que la iluminación LED para alcanzar su potencial? Para ganar el maratón?
Vamos a darle inteligencia luces LED, que sean inteligentes. Vamos a dar a los ojos de estas luces, una voz, y la capacidad de contar. El diseño de semiconductores de alto valor en las aplicaciones de iluminación permitirá optimizar la eficiencia energética, maximizar la vida útil de la lámpara y reducir los costos de mantenimiento. A continuación, los LED se ejecutará el resto de la carrera, dura y fuerte, y que va a ganar la carrera mediante la ejecución inteligente.
Elementos Esenciales de Inteligencia LED
Detección de luz ambiente, las comunicaciones, y la medición de la energía constituyen los componentes fundamentales de un sistema de iluminación inteligente. Sensores de luz ambiental permite que las luces se atenúe cuando otras fuentes de luz ya la luz de un espacio suficiente. Además, los sensores que detectan el color del ambiente tuning luz de color permiso de avanzados sistemas de iluminación LED RGB. Comunicación permite el control remoto y las redes centrales de instalaciones de iluminación tanto pequeñas como grandes. Medida de energía proporciona la contabilidad exacta de la energía consumida y la penetración del sistema de mantenimiento predictivo. Todas estas características de detección de luz ambiente-, comunicación y medición de energía se traduce en ahorro de energía y reducir los costes operativos. En esta nota de aplicación, exploro las consideraciones de diseño críticos de la adición de sensores de luz ambiental, la comunicación (tanto inalámbrica y líneas de alta tensión), y medición de energía para sistemas de iluminación LED.Ejemplos de diseño de referencia se presentan.
Un sensor de luz ambiental (ALS) detecta la cantidad de luz en la proximidad del sensor. Estos dispositivos simples se convierten en los "ojos" de un sistema de iluminación LED, así como el acelerador. Cuando ya hay luz en la habitación, la iluminación es completamente innecesario. Las lámparas se pueden regular o apagado completamente, reduciendo el consumo de energía y aumentar la vida de la lámpara. Características fundamentales de una ALS incluyen el consumo de corriente, rango de lux, e IR y protección UV. Estos sensores tranquilamente debe existir en el sistema, no pueden tirar el exceso de energía que derrota el propósito de conservar la energía del sistema. ALS excelentes realizar con menos de 1uA de corriente. Rango Lux debe exceder los rangos típicos de lux para una aplicación dada al aire libre. Una gama de 0.1lx a 100.000 lx generalmente abarca la mayoría de las aplicaciones. Un poco más alto banda puede ser necesario para la robustez del sistema. Bloqueo de IR y UV eliminar cualquier luz indeseada en el espectro no visible de las lecturas reales del sistema.
Sensores de luz
Figura 1 3 muestra la colocación de una ALS en una luminaria. El sensor debe residir allá de la luz de la lámpara para evitar que la luz artificial de afectar a la medición ambiental. En este diseño, la ALS reside en una tarjeta separada y recibe sombra de la viga de soporte de la lámpara. Este diseño sencillo permite a los ALS para apagar la lámpara de luz de la mañana cuando supera un valor programado. Sensores RGB puede añadir aún más "carácter" a una aplicación de iluminación. Sistemas LED, como el de la foto que están equipados con LEDs RGB y ALS puede ajustar dinámicamente la salida de color para requisitos específicos de la aplicación, tales como luz de ambiente en una terraza o la iluminación de tiendas por departamento en una pantalla.
Figura 1. La ALS está montado sobre un PCB separado y se coloca debajo de la sombra de la viga de soporte de la luminaria. Esto evita que el sensor de la lectura de la luz de la lámpara.
Comunicaciones
Ahora vamos a hablar acerca de la comunicación inteligente en los LEDs. Orejas y una voz son las características más importantes próximos para hacer una luz LED inteligente. Por luces de redes simples, usted puede encender y apagar o atenuar ellos, a través de la red. Esta operación sólo reducirá el consumo de energía. La comunicación también proporciona retroalimentación rápida para los cortes, el mantenimiento necesario y situaciones de emergencia. Esta información se ahorrará los costos generales de mantenimiento del sistema. Métodos de comunicación inalámbrica y por cable trabajar eficazmente en situaciones diversas, dependiendo del tamaño de la red y de la geografía. Wireless funciona bien en pequeñas aplicaciones interiores y exteriores más grande con una línea continua de vista, las bandas de frecuencias disponibles, y el espacio libre suficiente para la potencia de transmisión. PowerLine Communication (PLC) utiliza las líneas eléctricas existentes para proporcionar la comunicación. PLC funciona muy bien en las grandes instalaciones de alumbrado municipal de estilo, túneles y garajes de estacionamiento bajo techo, donde la línea de visión no es posible debido a la geografía o las paredes del edificio. En todas las aplicaciones de comunicación, la fiabilidad y robustez son críticos. Si la comunicación falla, el sistema no proporciona ningún beneficio.
En las aplicaciones inalámbricas, señales pueden ejecutar a través de Wi-Fi ® , ZigBee ® , u otros protocolos estándares y propietarios a menudo, pero no limitado a, los científicos industriales y médicos ( ISM bandas de radio). Limitar el consumo de energía proporciona flexibilidad de la red y es crítico si extremos utilizan baterías. Figura 2 muestra una aplicación única en la que está equipada con un interruptor de luz de un transceptor de recolección de energía de RF. Las cosechas del sistema de la energía utilizada para encender el interruptor, lo que resulta en un DC utilizable voltaje que alimenta la radio comunicación a través de <1 GHz RF a la lámpara. Este conmutador se puede colocar en cualquier lugar en una habitación, a condición de que la señal llega a la luminaria. Sin la necesidad de conectar el interruptor de la luz, diseño de la habitación se vuelve más flexible y control de iluminación más dinámico.
Figura 2. Una aplicación de automatización de edificios en los que el interruptor de la luz contiene un sin cables, de recolección de energía transceptor RF que controla la iluminación LED.
PLC de control de iluminación utiliza las líneas existentes que ya transmiten la alimentación, lo que hace este método una elección rentable. PLC elimina las preocupaciones tales como compartir las frecuencias de comunicación, el rendimiento en el mal tiempo, y el mantenimiento de la red, ya que la comunicación se produce a través de líneas mantenidas ya la entrega de potencia. Rango, la velocidad y robustez son las consideraciones de diseño críticas con PLC. Powerlines llevar una gran cantidad de ruido, que afecta a la robustez del sistema. G3-PLC ™ es una nueva comunicación basada en OFDM PLC estándar que ofrece una excelente comunicación a través de líneas eléctricas. Esta norma permite velocidades de hasta 300kbps, capacidad de redes de malla, y el modo robusto para situaciones de alto ruido. Basados en OFDM, PLC redes controladas de iluminación similares a G3-PLC ya existen. Figura 3 se muestra la instalación de una red PLC para alumbrado de túneles por Nyx Hemera Technologies. 4 Este sistema ya ha salvado 25% en energía y 30% en la reducción de mantenimiento . Esta instalación a gran escala soporta hasta 1022 luces en un solo sistema y se comunica a través de distancias de hasta 3 km.
Figura 3. Un ejemplo de una red municipal farola mediante PLC. 4
Medida de energía
Por último, las luces LED inteligentes necesitan la capacidad de contar vatios. Cada instalación de redes inteligentes, de contadores inteligentes para controladores de voltaje eléctrico a los cargadores de vehículo, medida de las características de energía que da utilidades y clientes el conocimiento exacto del uso de energía en tiempo real. Grandes instalaciones de iluminación que informe de nuevo su consumo proporcionar una granularidad más fina sobre la construcción de situaciones y municipales de iluminación. De esta manera, se puede asegurar que los servicios públicos sólo cobran por la cantidad exacta de energía utilizada. Por regulación o convertir estas luces cuando no estén en uso, se vuelven sensibles a la demanda del usuario. Además, la variación en el consumo de energía de las lámparas específicos pueden indicar una necesidad de reparación del sistema, mantenimiento o sustitución. No hay duda de que con muchas instalaciones de iluminación en las zonas de difícil acceso, la optimización de mantenimiento le ahorrará dinero. Para producir datos que puedan utilizarse en una red inteligente, medición de energía diseños deben proporcionar un alto nivel de precisión en una amplia gama actual. Además, la limitación o eliminación del tiempo de calibración reduce el costo general del sistema. Figura 4 muestra un diseño flexible de LED de referencia de iluminación desde la medición de energía. 5 El chip de energía-medida también proporciona un sistema de regulación y de interfaz DALI.
Muchos municipios están instalando iluminación LED sin funciones inteligentes. Esto generará gran oportunidad para la modificación futura módulos que mejoran el rendimiento de las luces LED. Para ser actualizable, estos sistemas tienen interfaces que permiten enlaces con el sistema de iluminación inteligente. Dado el costo y el volumen de LEDs, LEDs relativamente simple sustitución de nuevos y eficientes no será rentable. Interfases simples, como DALI, permitirán futura incorporación de la ELA, las comunicaciones, y la medición de la energía.
Figura 4. Una completa iluminación LED inteligente diseño de referencia, con medición de energía, sensores de luz ambiental y la comunicación.
El final es más prometedor
¿Dónde nos deja esto? La carrera por la industria y los consumidores para la transición a los LEDs será larga. Está claro que la iluminación LED tiene el potencial de transformar la iluminación y ahorrar enormes cantidades de energía. Adición de los elementos críticos de "inteligente" iluminación-ALS, comunicación y medición de energía se hacen LEDs mucho más útil y atractivo. Los datos de medida suministrados por los LED inteligentes reducirá aún más el consumo de energía de dicho sistema de iluminación. Esto reducirá los costos de operación y mantenimiento. Con inteligencia, los LED pueden alcanzar su pleno potencial y venció a las formas tradicionales de iluminación en la carrera que ya se ejecuta todos los días.
Referencias
- Navigant Consulting ", 2010 EE.UU. Caracterización mercado de la iluminación", enero de 2012, página xii, (http://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/2010-lmc-final-jan-2012.pdf ) .
- Navigant Consulting, "ahorros potenciales de energía de iluminación de estado sólido en aplicaciones de iluminación general 2010 a 2030," febrero de 2010, página 36, (http://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/ssl_energy- ahorro report_10-30.pdf ).
- Kannisto, Marko, y Simpson, Dan, " Intelligent Lighting Controller mide la luz ambiente y conoce el tiempo , " Smart Energy DesignLine , marzo de 2012.
- Nota de aplicación 5347, " Powerline Communications Automatización de Alumbrado Público ".
- Unterkofler, Klaus, 2011 Light demostración Feria Internacional, Maxim Integrated.
G3-PLC es una marca comercial de Freescale Semiconductor, Inc. Wi-Fi es una marca registrada de certificación de la Wi-Fi Alliance Corporation. ZigBee es una marca registrada y marca de servicio registrada de la Alianza ZigBee.
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