CZ310003B6

CZ310003B6 - Svítidlo s dálkově řiditelnými světelně technickými parametry

Info

Publication number: CZ310003B6
Application number: CZ2018-677A
Authority: CZ
Inventors: Lumír Kunčický; Lumír Ing. Kunčický; Radek Martinek; artinek Radek doc. Ing., Ph.D.; Radim Kunčický; Radim Ing. Kunčický
Original assignee: Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava
Priority date: 2018-12-05
Filing date: 2018-12-05
Publication date: 2024-05-01
Also published as: CZ2018677A3

Abstract

Svítidlo s dálkově řiditelnými světelně technickými parametry, jehož součástí je světelný zdroj, spočívá v tom, že a) světelný zdroj je složen nejméně ze dvou částí vybraných z množiny částí L1 až L1+n, které jsou tvořeny jednotlivými LED čipy a/nebo skupinou či skupinami LED čipů; b) nejméně jedna z částí L1 až L1+n má samostatně elektronicky regulovatelný světelný tok; c) části L1 až L1+n jsou pevně uchyceny k různým nepohyblivým komponentám konstrukce svítidla tak, aby světelné toky těchto částí L1 až L1+n byly vyzařovány do různých směrů; d) některé části L1 až L1+n mají rozdílnou barvu emitovaného světla; e) jednotlivé části L1 až L1+n jsou napájeny samostatnými napájecími zdroji Z1 až Z1+n, které jsou řízeny řídicím obvodem, napojeným na dálkovou datovou komunikaci.

Description

Svítidlo s dálkově řiditelnými světelně technickými parametry

Oblast techniky

Vynález spadá do oblasti elektrotechniky. Jedná se o zařízení umožňující svítidlům, např. s technologií LED, dálkově (softwarově) měnit světelně technické parametry svítidla, např. celkový světelný tok, vyzařovací úhel (tzv. křivku svítivosti) a barevnou teplotu. Zařízení, které představuje inteligentní svítidlo tak přijímá data ze sítě Ethernet nebo po napájecí síti, řídí a reguluje parametry osvětlení na dálku a také vysílá vysokorychlostní širokopásmový datový přenos viditelným spektrem (technologie BroadbandLIGHT, VLC - Visible Light Communication) po světelném paprsku.

Dosavadní stav techniky

Dle dosavadního stavu techniky se běžně využívají svítidla, která buď nemají možnost měnit světelně technické parametry, nebo je možné je měnit jen mechanicky na demontovaném a rozebraném svítidle.

Změna vyzařovacího úhlu svítidel byla v dosavadním stavu techniky možná jen mechanickou výměnou optických částí svítidel, případně bylo možno jemné změny provádět aretací pomocí šroubů, kterými se měnila ohnisková vzdálenost optické soustavy. Změna barevné teploty světla (změna odstínu bílého světla od teplého nažloutlého po chladný namodralý) byla možná jen pro celé svítidlo a většinou jen výměnou celého světelného zdroje. Svítidla podle dosavadního stavu techniky buďto nemají možnost regulace intenzity osvětlení nebo ji mají regulovánu pomocí pulzně šířkové modulace (PWM - Pulse Width Modulation), jak je uvedeno například v rámci EP 2518398 A2. Pokud je takto modulován i elektrický proud přímo procházející LED čipy může docházet ke zbytečným energetickým ztrátám, případně k nepříjemným optickým efektům (interference, stroboskopický jev apod.). V takovém případě také nemůže být svítidlo použito pro vysokorychlostní přenos dat po světelném paprsku. K přenosu regulačního povelu do svítidla se většinou používá zastaralý systém DALI, který byl zveřejněn již v roce 1984, a který je určen pro regulaci interiérového osvětlení. Pro veřejné osvětlení z mnoha důvodů není vhodný, přesto se dodnes hojně používá.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje vynález, který využívá skutečnosti, že v dnešních svítidlech již není jen jeden světelný zdroj, ale bývá jich několik nebo dokonce větší množství. Podstatou vynálezu je, že světelné zdroje ve svítidle jsou rozděleny do skupin a tyto skupiny jsou mechanicky rozdílně upevněny tak, aby hlavní směry jejich světelných toků byly namířeny každý do jiného směru. Každá ze skupin světelných zdrojů má i svůj samostatný regulační prvek umožňující dálkové nastavování světelného toku. Spojením různých světelných charakteristik vyzářených do různých směrů vznikne výsledná směrová charakteristika svítidla (nazývaná také křivka svítivosti), jejíž tvar může být dálkově řízen nastavováním jednotlivých skupin.

Další podstatou vynálezu je, že každá skupina světelných zdrojů obsahuje podskupiny LED s různou teplotou chromatičnosti, přičemž i každá z podskupin světelných zdrojů má i svůj samostatný regulační prvek umožňující dálkové nastavování světelného toku. Nastavením různého světelného toku různým podskupinám s různou teplotou chromatičnosti lze dálkově měnit výslednou barevnou teplotu vyzařovanou do různých směrů nebo výslednou barevnou teplotu celého svítidla.

- 1 CZ 310003 B6

Pro napájení skupin i podskupin LED je výhodné použít vícenásobný napájecí zdroj, který z jednoho přívodu napájení (např. 230 V/50 Hz) může napájet více skupin LED. Velmi výhodné je pro napájení použít napájecí zdroj, jehož řídicí obvod je přímo napojen na síť Ethernet, pomocí které jsou do jeho řídicího obvodu přenášena data pro dálkové nastavování světelného toku jednotlivých skupin i podskupin LED. Zpětně jsou z jeho řídicího obvodu do sítě Ethernet a do nadřazeného pracoviště přenášeny údaje o provozních stavech svítidla (aktuální napájecí proudy, teploty, poruchy apod.) a údaje od dalších periferních snímačů a zařízení (např. měření vlhkosti, osvětlenosti, meteorologická měření, audio zařízení, kamery apod.). Uvedený Ethernet LED Driver umožňuje v případě nedostupnosti ethernetového připojení komunikovat pomocí dat modulovaných na fázovém vodiči (např. systém PowerLine).

Využitím prvků podle uvedené podstaty vynálezu je možno zkonstruovat inteligentní svítidlo pro veřejné osvětlení s funkcí příjmu dat ze sítě Ethernet nebo po napájecí síti, řízení a regulace parametrů osvětlení na dálku a nadstandardní možností vysílání vysokorychlostního širokopásmového datového přenosu viditelným spektrem (technologie BroadbandLIGHT, VLC Visible Light Communication) umožňující využívat emitované světlo pro přenos dat po světelném paprsku.

Objasnění výkresů

Na obr 1. se nachází základní sestava dvou světelných zdrojů, jak je uvedeno v příkladu uskutečnění 1. Svítidlo podle příkladu uskutečnění 2 je znázorněno na obr. 2. Na obr. 3a a obr. 3b jsou uvedeny dva příklady tvarů vyzařovacích směrových charakteristik (křivek svítivosti).

Příklady uskutečnění vynálezu

Pro účely této přihlášky je důležité, že části světelného zdroje pochází z množiny částí Li až L1+n.

Příklad 1

Tento příklad je znázorněn na obr. 1, kdy se jedná o svítidlo veřejného osvětlení. Svítidlo obsahuje nejméně jeden světelný zdroj, který je dále rozdělen na dvě části Li, L2, které jsou mechanicky umístěny tak, aby osy jejich vyzařovací charakteristiky směřovaly do různých směrů.

Každá z těchto dvou částí Li, L2 světelného zdroje má samostatně nastavitelnou úroveň světelného toku. Řízení světelného toku svítidla pak probíhá následujícím způsobem. Při nastavení první části Li světelného zdroje na 100% vyzařování světelného toku a druhé části L2 světelného zdroje na 0% vyzařování světelného toku, je výsledný směr vyzařovací charakteristiky směřován vlevo od svítidla.

Při nastavení první části Li světelného zdroje na úroveň 0% vyzařování světelného toku a druhé části L2 téhož světelného zdroje na 100% vyzařování světelného toku, je výsledný směr vyzařovací charakteristiky vpravo od svítidla.

Při nastavení první části Li světelného zdroje na 50 % úrovně vyzařování světelného toku a druhé části L2 téhož světelného zdroje také na 50 % úrovně vyzařování světelného toku, je výsledná vyzařovací charakteristika směřována doprostřed.

Plynulou změnou světelného toku první části Li světelného zdroje od 100% do 0% vyzařování světelného toku a současně plynulou změnou světelného toku druhé části L2 téhož světelného zdroje od 0% do 100% dochází k posunutí středu výsledné vyzařovací charakteristiky od směru vlevo ke směru vpravo.

- 2 CZ 310003 B6

Současnou a shodnou změnou světelného toku obou částí Li, L2 světelného zdroje dochází ke změně výsledného světelného toku celého svítidla, ale nedochází ke změně směru středu výsledné vyzařovací charakteristiky.

Příklad 2

Tento příklad je znázorněn na obr. 2, zabývá se nastavením teploty chromatičnosti.

Světelný zdroj svítidla obsahuje nejméně dvě části Li, L2 s rozdílnou teplotou chromatičnosti.

Je nutné změnit teplotu chromatičnosti svítidla. První část Li světelného zdroje má teplotu chromatičnosti 3000 K a druhá část L2 světelného zdroje 5000 K. Každá z těchto dvou částí Li, L2 světelného zdroje má samostatný, nastavitelný napájecí zdroj Zi, Z2, kterým se nastavuje úroveň světelného toku.

Při nastavení první části Li světelného zdroje na 100 % úrovně světelného toku a druhé části L2 téhož světelného zdroje na 0 % úrovně světelného toku, je výsledná teplota chromatičnosti 3000 K. Při nastavení světelného toku první části Li světelného zdroje na 0 % úrovně světelného toku a druhé části L2 světelného zdroje na 100 % úrovně světelného toku je výsledná teplota chromatičnosti 5000 K.

Při nastavení světelného toku první části Li světelného zdroje na 50 % úrovně světelného toku a druhé části L2 světelného zdroje také na 50 % úrovně světelného toku, je výsledná teplota chromatičnosti 4000 K. Plynulou změnou světelných toků obou částí Li, L2 světelného zdroje, dochází k plynulé změně výsledné teploty chromatičnosti. Předpokladem je, aby obě uvedené části Li, L2 světelného zdroje byly dostatečně blízko vedle sebe, a aby jimi vyzářené světlo bylo společně vhodným způsobem rozptýleno (např. difuzorem).

Uvedené části Li, L2 světelného zdroje jsou tvořeny každá jediným LED čipem, skupinou více čipů nebo podskupinami větších soustav.

Průmyslová využitelnost

V dnešní době výrobci svítidel pro veřejné osvětlení vyrábějí velmi široké řady typů svítidel, které jsou odstupňovány nejen podle jmenovitého příkonu, ale i podle různých tvarů vyzařovací charakteristiky a podle barevné teploty. Různé tvary vyzařovacích charakteristik je nutno zvolit podle plánovaného umístění svítidla, jestli bude osvětlovat přechod pro chodce nebo bude nad křižovatkou na velmi vysokém stožáru nebo svítidla budou na nízkých stožárech s velkými rozestupy apod. Osvětlení svítidlem vyzařujícím bílé světlo s nízkou teplotou chromatičnosti (nažloutlé) je účinnější v prostředí se sníženou viditelností (mrholení, sněžení), ale je energeticky náročnější. To je způsobeno tím, že LED čipy s vyšší teplotou chromatičnosti mají vyšší světelnou účinnost (měrný světelný výkon).

Výrobou svítidel podle podstaty vynálezu by stačilo vyrábět řady svítidel jen podle příkonu. V takovém svítidle by sice muselo být více LED čipů, ale jejich cena se stále snižuje a její navýšení by zřejmě nepřekročilo náklady na výrobu velmi širokých řad typů a náklady na jejich skladování, dopravu, logistiku. Výrobou svítidel podle podstaty vynálezu by bylo možno snížit náklady na stavby a rekonstrukce soustav veřejného osvětlení. Využití inteligentních funkcí a dálkového řízení je vhodné v soustavách „Smart City“.

Claims

1. Svítidlo s dálkově řiditelnými světelně technickými parametry, jehož součástí je světelný zdroj, vyznačující se tím, že

5 a) světelný zdroj je složen nejméně ze dvou částí vybraných z množiny částí Li až Li+n, které jsou tvořeny jednotlivými LED čipy a/nebo skupinou či skupinami LED čipů;

b) nejméně jedna z částí Li až Li+n má samostatně elektronicky regulovatelný světelný tok;

c) části Li až Li+n jsou pevně uchyceny k různým nepohyblivým komponentám konstrukce svítidla tak, aby světelné toky těchto částí Li až Li+n byly vyzařovány do různých směrů;

io d) některé části Li až Li+n mají rozdílnou barvu emitovaného světla;

e) jednotlivé části Li až Li+n jsou napájeny samostatnými napájecími zdroji Zi až Zi+n, které jsou řízeny řídicím obvodem, napojeným na dálkovou datovou komunikaci.

2. Svítidlo s dálkově řiditelnými světelně technickými parametry, jehož součástí je světelný zdroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že samostatně elektronicky regulovatelný světelný tok má i5 proměnlivou výslednou křivku svítivosti.