JP6140894B2

JP6140894B2 - 消費電力節減のための街灯の調光制御方法及びその街灯

Info

Publication number: JP6140894B2
Application number: JP2016521224A
Authority: JP
Inventors: ドゥク−ヨン・キム; グン−ヨン・キム; スン−ブム・ユ
Original assignee: ケーエムダブリュ・インコーポレーテッド
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2017-06-07
Anticipated expiration: 2034-06-25
Also published as: WO2014209002A1; JP2016524805A; KR20150000570A; EP3016481A4; EP3016481A1; US20160113089A1

Description

本発明は、消費電力節減のための街灯の調光(dimming）制御方法に関し、交通量を考慮した時間によって調光制御を実行し、消費電力をさらに節減できる消費電力節減のための街灯の調光制御方法に関する。

最近、電力の消費量が増加するにつれ、ブラックアウトの発生可能性が高くなり、電力消耗の多い時間に電力消費を節減できる多様なポリシーが提案されている。例えば、建物毎にエネルギー消費総量制を施行して基準値を越えた場合に課徴金を追徴するか、または、ソウル市の昼休み時間変更、勤務服規定変更、地下鉄の運行間隔調整など多様な方法が施行されている。

現在、道路に設置された街灯は、エネルギー使用を減らすために周辺の照度によって自動で点灯または消灯される方式で運営され、消費電力が相対的に低いＬＥＤ光源を使用する街灯が提案されている。

しかし、ＬＥＤ街灯を全面設置するとしても、夜間に常に同一照度で照明すると、車両の運行の少ない深夜時間には不必要なエネルギーを浪費するという問題点があった。

このような問題点を考慮して、韓国公開特許第１０-２０１２-０１３０４２４号(以下、‘特許文献１’と称する)には、車両の通行頻度に関連して時間を区分し、車両の通行頻度の低い節電時間には、街灯の照度を３０％下げる調光制御を実行して節電を実行する技術が記載されている。

しかし、これは、一つのＬＥＤ街灯に含まれる全てのＬＥＤを同時に同一照度で調光制御することであり、ある程度の節電効果はあるが照度を一括的に下げるため、車両の運転手が認知する道路の輝度はより低くなるという問題点があった。

そして、車両の通行頻度の低い深夜時間に運行する車両の運転手は、周辺の照度が低い状態で眠くなりやすく、高速走行時に周辺の事物に対する認知能力が低くなるため事故発生の危険を上げるという問題点があった。

韓国公開特許第１０-２０１２-０１３０４２４号

上記のような問題点を勘案した本発明が解決しようとする技術的課題は、時間によって照度を下げる調光制御を実行し、運転手が感じる道路の輝度低下を最小化できる消費電力節減のための街灯の調光制御方法を提供することにある。

併せて、本発明が解決しようとする他の技術的課題は、運転手が感じる輝度が従来の調光方法と同一条件で消費電力を節減できる消費電力節減のための街灯の調光制御方法を提供することにある。

上記のような課題を解決するための本発明の消費電力節減のための街灯の調光制御方法は、街灯の調光を制御する方法であって、上記街灯は各々調光制御が可能な複数の照明部を含み、上記複数の照明部のうち少なくとも一つの照明部は、他の照明部に比べてその電力量が少ないことを特徴とする。

本発明の消費電力節減のための街灯の調光制御方法は、街灯に設けられた複数のＬＥＤを車両の進行方向に沿って任意で分割し、分割されたＬＥＤをそれぞれ相異なる度合いで調光制御して運転手が感じる道路の輝度低下を最小化できるため、エネルギーを節減すると共に運転手が感じる不便を解消できる効果がある。

併せて、本発明は、車両の進入側ＬＥＤの照度が車両の進出側ＬＥＤの照度に比べて高くなるように配光を制御して、同一輝度条件を運転手に提供すると共に電力の消耗をさらに節減できる効果がある。

本発明の好ましい実施形態による消費電力節減のための街灯の調光制御方法が適用される街灯の一部構成図である。本発明の好ましい実施形態による消費電力節減のための街灯の調光制御方法を説明するための配光模式図である。各々全照明部に２４ワットの電力量を供給した状態での極座標配光シミュレーション及び道路面の輝度分布を示すグラフである。各々全照明部に２４ワットの電力量を供給した状態での極座標配光シミュレーション及び道路面の輝度分布を示すグラフである。各々第１乃至第６の照明部に７５.５ワットの電力量を供給した状態での極座標配光シミュレーション及び道路面の輝度分布を示すグラフである。各々第１乃至第６の照明部に７５.５ワットの電力量を供給した状態での極座標配光シミュレーション及び道路面の輝度分布を示すグラフである。各照明部に相異なる電力量を供給した状態での極座標配光シミュレーション及び道路面の輝度分布を示すグラフである。各照明部に相異なる電力量を供給した状態での極座標配光シミュレーション及び道路面の輝度分布を示すグラフである。第１乃至第５の照明部に同一電力量を供給し、第６の照明部に相異なる電力量を供給した状態での極座標配光シミュレーション及び道路面の輝度分布を示すグラフである。第１乃至第５の照明部に同一電力量を供給し、第６の照明部に相異なる電力量を供給した状態での極座標配光シミュレーション及び道路面の輝度分布を示すグラフである。

以下、本発明の消費電力節減のための街灯の調光制御方法に対して添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態による消費電力節減のための街灯の調光制御方法が適用される街灯の一部構成図であり、図２は、本発明の好ましい実施形態による消費電力節減のための街灯の調光制御方法を説明するための配光模式図である。

図１及び図２を各々参照すれば、本発明は、車両１０の進行方向を基準にして調光をそれぞれ異なるように制御するために分割された第１乃至第６の照明部(１〜６)を有する街灯に適用されることができる。

この時、照明部の数量や街灯の構造は、以後に説明される本発明の具体的な構成とは関係なく、本発明を参照して当業者であれば各々調光制御が可能な照明部の数量や街灯の具体的な構成は変更実施可能である。

道路の端に設置される街灯は、その設置位置で車両１０の進行方向は常に一定であり、したがって、第１乃至第６の照明部(１〜６）は、車両１０の進行方向に沿って順次に道路を照明するようになる。

すなわち、第１の照明部１は、車両の進入方向から最も近いものであって、街灯２０が隣接する道路３０を走行する車両１０は、時間の進行によって第１の照明部１が照明する領域Ａ１から第２の照明部２が照明する領域Ａ２、第３の照明部３が照明する領域Ａ３、第４の照明部４が照明する領域Ａ４、第５の照明部５が照明する領域Ａ５を経て最後に第６の照明部Ａ６が照明する領域を順次に通るようになる。

この時、第１乃至第６の照明部(１〜６)の各々は、その調光度合いを決定する電力量(ワット数）が定められており、通例的に第１乃至第６の照明部(１〜６)の全てが同一電力量の供給を受けて道路３０面を照明するようになっている。本発明の実施形態によれば、既に設定された特定時間帯、例えば、交通量の多い夜間時間帯には第１乃至第６の照明部(１〜６)の各々に、例えば、１２０ｗの電力量が供給されるように設定されてもよく、例えば、交通量の少ない深夜時間帯には第１乃至第６の照明部(１〜６)の各々に７５.５ｗの電力量が供給されるように設定されてもよい。

第１乃至第６の照明部(１〜６)のうち両端に位置する第１の照明部１と第６の照明部６とは、街灯２０の中心を基準にして最も遠い領域を照明するようになる。この時、街灯２０により照明される道路の面は所定の照度平均値で照明されるが、車両１０の運転手の立場で感じる道路３０の輝度は、第１乃至第６の照明部(１〜６）の配光によって相対的に差がある。

すなわち、第１の照明部１で発散された光は、道路３０で反射されて車両１０が街灯２０の位置に到着する前に車両１０の前面側で反射される配光を有するものであって、同一照度の場合でも運転手の立場では、輝度をより高く認識するようになる。一方、第６の照明部６で発散された光は、車両１０が街灯２０を通り過ぎた状態で車両１０の後面部に向かう配光を有するものであって、運転手の立場では該当位置の輝度をより低く認識するようになる。

このような配光の違いによる運転手が感知する輝度の違いは、本発明の構成において重要な概念になり、このような輝度認知特性の差を利用して最小限の電力量を使用して法規を満たす道路３０の輝度を提供できる。

下記の＜表１＞は、第１乃至第６の照明部(１〜６)の各々に供給される電力量が１２０ワットになるようにした状態であり、これは交通量の多い夜間時間帯の照明状態であり得る。第１乃至第６の照明部(１〜６)の全てに供給された電力量、すなわち街灯２０に供給された総電力量は７２０ワットであり、この時、平均輝度は１．５３cd/m^２になる。上記平均輝度とは、街灯２０が設置された道路３０が３車線であり、各車線を運行する運転手が感じる輝度の平均を意味する。上記数値は、具体的に、車両１０が街灯２０に到達する６０ｍ前に運転手が感じる輝度をシミュレーションしたものである。

上記図１を参照すると、第１乃至第６の照明部(１〜６）は、各々５個のＬＥＤ照明を含み、上記ＬＥＤ照明の各々に供給される電力量は２４ワットとすることが分かる。

上記平均輝度は、車線の数によって差はあり得るが、同一条件下で従来のように街灯に属した全てのＬＥＤを同一度合いに調光制御することと、本発明のように街灯を第１乃至第６の照明部(１〜６）に分けて第１乃至第６の照明部(１〜６)を差別制御する方法の結果との差を確認するために、以下の説明で平均輝度は３車線を走行する車両１０の運転手が認知する輝度の平均であるとする。

上記＜表１＞で平均輝度は１．５３cd/m^２であり、上記交通量の多い時の基準輝度である１．５０d/m^２を超過すると言える。この時、交通量の多い夜間時間帯は街灯の点灯必要性がある時を基準にして１８時から２２時程度であり得る。このような交通量による時間の区分は道路の位置や周辺与件を考慮し、季節の要因も考慮すべきであり、上記の時間の例は、あくまでも本発明を説明するための区分として理解すべきである。

照明部(１〜６）に供給された電力量による道路の輝度は、コンピュータプログラムを利用したシミュレーション結果であり、この時のシミュレーション結果を図３及び図４に各々図示する。

図３及び図４は、各々全ての照明部(１〜６)に２４ワットの電力量を供給した状態での極座標配光シミュレーション及び道路面の輝度分布を示すグラフである。

このような状態で、車両の運行が減少する深夜時間には、照明部(１〜６)に供給される電力量を減らす調光制御を実行する。このような時間帯は２２時から０５時などに設定されることができ、この時の法規を満たすには平均輝度を少なくても１cd/m^２以上にすべきである。

下記の＜表２＞は従来のような方式ですべての照明部(１〜６)を同一な度合いで調光制御して輝度を法規に充足する最小値になるように制御した状態を表す。

上記＜表２＞では、全ての照明部(１〜６)の各々に７５.５ワットの電力量を供給した状態であり、この時の輝度平均は１．０４cd/m^２であり、法規に符合する最小限の輝度を表す。この時、総電力量は４５３ワットであり、車両１０の運行が多い時間帯に要求される総電力量(７２０ワット)に比べて顕著に電力量が減少されたことが分かる。

＜表２＞の結果は、上述した＜表１＞の結果に比べて３７．１％調光されており、＜表１＞の結果を街灯２０の１００％出力(０％調光)とした場合、＜表２＞の結果は６２．９％の出力状態で、車両の通行が少ない深夜時間の輝度基準を満足する結果を表すことができる。すなわち、エネルギーの消費を３７．１％節減できることを意味する。

図５及び図６は、各々＜表２＞のように第１乃至第６の照明部(１〜６)に７５.５ワットの電力量を供給した状態での極座標配光シミュレーション及び道路面の輝度分布を示すグラフである。

しかし、＜表２＞のように調光する方法は、上述した通り街灯全体を調光することと同一であり、本発明は、上述した照明部(１〜６）の位置と配光によって運転手が感じる輝度の違いを利用して、＜表２＞の結果に比べて総電力量をさらに下げられる方法を次のように提案する。

下記の＜表３＞では、輝度平均を法規上制限である１cd/m^２より大きい値になるようにしながら、第１乃至第６の照明部(１〜６)に相異なる電力量を供給している。

上記＜表３＞は、第１乃至第６の照明部(１〜６)毎に相異なる電力量を供給して法規基準を満足する最小限の平均輝度値をシミュレーションした結果である。

この時、上述した通り、第１の照明部１が照明する領域Ａ１の輝度は運転手の正面に向けて光が反射されるため、同一条件で他の領域の輝度に比べてより明るく感じるようになり、第１の照明部１に供給される電力量を最も高く設定し、第２の照明部２から最後の第６の照明部６まで順次に減少する電力量を供給するように構成される。

具体的に第１の照明部１には１１０ワット、第２の照明部２には９０ワット、第３の照明部３には８４ワット、第４の照明部４には７２ワット、第５の照明部５には６０ワット、第６の照明部６には４８ワットの電力量を供給する。このような具体的な数値は、可変され、重要な点は第１の照明部１に供給される電力量に比べて第６の照明部６に供給される電力量をより少なくするべきであり、第１の照明部１から第６の照明部６までの供給電力量が順次に減少するようにすることが好ましい。

上記＜表３＞の例の通り、総電力量が４２０ワットになるように第１乃至第６の照明部(１〜６)の各々に供給される電力量を調節しても、平均輝度が法規基準値を満足させるようにすることができ、この時、調光は、上記＜表１＞の結果に対して４１．７％になり、出力量は５８．３％になる。

これは、上述した全照明部(１〜６)に同一電力量を供給した場合に比べて、より少ない電力量を供給しても平均輝度はより上げられるということであり、上記＜表２＞を参考にして説明した例に比べて４．６％の追加的な電力量を節減できるようになる。

図７及び図８は、＜表３＞のように各照明部(１〜６)に相異なる電力量を供給した状態での極座標配光シミュレーション及び道路面の輝度分布を示すグラフである。

このように本発明はＬＥＤ街灯２０を車両１０の進行方向に沿って調光の制御が可能な複数の照明部(１〜６）に分割し、車両１０が街灯に向かう方向から順次に照明部(１〜６)に供給される電力量を減少させて供給してＬＥＤ街灯の全てのＬＥＤを均一に調光する場合に比べて消費電力をさらに節減できるようになる。

下記の＜表４＞は、本発明の他の実施形態を説明するためであって、第１乃至第５の照明部(１〜５）の電力量を同一にして、第６の照明部６に供給される電力量を相異なるように適用したものである。

上記＜表４＞に記載した通り、第１の照明部１から第５の照明部５までは、全て同一の１２０ワットの電力量を供給し、第６の照明部６は、他の照明部に供給される電力量の半分である６０ワットの電力量を供給したものである。

この時、平均輝度は、関連法規の規定である１cd/m^２を超過することであり、上述した実施形態の通り第１乃至第６の照明部(１〜６)の全てにそれぞれ相異なる電力量を供給する必要はなく、少なくとも第１の照明部１に供給される電力量が第６の照明部６に供給される電力量より大きなるように調光制御することで総電力量を下げることができる。

図９及び図１０は、＜表４＞のように第１乃至第６の照明部(１〜６)に電力量を供給した状態での極座標配光シミュレーション及び道路面の輝度分布を示すグラフである。

一方、本発明の一実施形態によれば、街灯２０は、調光制御が可能な複数の照明部(例:第１乃至第６の照明部(１〜６))以外にも、図１及び図２に図示しないが、例えば、電源供給部(ＳＭＰＳ;Switching Mode Power Supply)とコントローラをさらに含み、コントローラが電源供給部の出力を制御して調光制御を実行することができる。

上記電源供給部は、電力源から電力の供給を受けて、既に設定された基準によって、電流及び/または電圧特性を変化させ、コントローラの制御によって電力を分割して第１乃至第６の照明部(１〜６）に伝達することができる。

上記コントローラは、電源供給部を制御して、電源供給部が既に設定された基準によって、電力を分割して第１乃至第６の照明部(１〜６）に伝達するように制御して、第１乃至第６の照明部(１〜６）の調光を制御することができる。

例えば、上記コントローラは、電源供給部が、複数の照明部のうち少なくとも一つの照明部で、他の照明部に比べてその電力量が少なくなるように伝達する動作を実行するように制御できる。また、例えば、上記コントローラは、電源供給部が、上記複数の照明部が一側から他側に向かうほど供給される電力量が少なくなるように伝達する動作を実行するように制御できる。

本発明は、上記実施形態に限定されず本発明の技術的要旨を逸脱しない範囲内で多様に修正、変形されて実施できることは、本発明が属する技術分野の当業者にとって明らかである。

例えば、上記実施形態では、街灯が電源供給部とコントローラをさらに含み、コントローラの制御によって、電源供給部が制御されて、照明部に伝えられる電力の電力量が制御されると説明したが、本発明の他の実施形態によれば、詳述した照明部に伝えられる電力の電力量は最初製造の際に、予め設定(例えば、時間帯別に区分されるように制御されるように)しておくことができる。また、本発明のまた他の施形態によれば、詳述した照明部に伝えられる電力の電力量は遠隔制御を通して制御できる。

１第１の照明部
２第２の照明部
３第３の照明部
４第４の照明部
５第５の照明部
６第６の照明部
１０車両
２０街灯
３０道路

Claims

街灯の調光を制御する方法であって、
前記街灯は各々調光制御が可能な複数の照明部を含み、
前記複数の照明部のうち車両進入方向から最も遠い領域に位置する第１の照明部を除いた複数の照明部には同一の電力量を供給し、前記第１の照明部には前記同一の電力量の半分の電力量が供給されることを特徴とする消費電力節減のための街灯の調光制御方法。
街灯であって、
調光制御が可能な複数の照明部と、
電力の供給を受け、コントローラの制御によって前記電力を分割して前記複数の照明部に伝達する電源供給部と、
既に設定された基準によって、前記複数の照明部のうち車両進入方向から最も遠い領域に位置する第１の照明部を除いた複数の照明部には同一の電力量を供給し、前記第１の照明部には前記同一の電力量の半分の電力量が供給されるように前記電力を分割して前記複数の照明部に伝達する動作を実行するように前記電源供給部を制御するコントローラとを含むことを特徴とする街灯。