Что касается эффективного использования устойчивой энергии, существует значительное количество данных, поддерживающих энергосберегающие возможности технологии затемнения света. Некоторые утверждают, что интеллектуальное освещение, используя датчики и контроллеры для управления освещением, экономит от 50% до 70% энергии по сравнению с неконтролируемой системой освещения [1-5]. Эта экономия энергии оказывает огромное влияние, учитывая, что на освещение приходится около 19% электроэнергии, вырабатываемой во всем мире. В коммерческих зданиях освещение составляет еще больше, 30-40% [6-11]. При этом, умное освещение, кажется, является следующим логическим шагом в экономии электроэнергии и решении проблем электрификации во всем мире в современном мире.
Для улучшения технологии интеллектуального освещения имеет смысл использовать электрические устройства, такие как микроконтроллеры, для повышения эффективности и удобства использования систем освещения. Микроконтроллеры были бы разумным выбором для управления диммером из-за их снижения стоимости, универсальности и простоты использования [12-14]. В дополнение к микроконтроллерам преобразователи постоянного тока также важны для улучшения интеллектуальных систем освещения [15-17]. Эти преобразователи являются наиболее эффективными способами преобразования энергии постоянного тока и, следовательно, используются на многих этапах преобразования энергии. Без них электроника, такая как системы освещения, была бы гораздо более неэффективной. Любые улучшения в этих преобразователях постоянного тока напрямую повышают эффективность и производительность интеллектуальных систем освещения.
Существуют решения для освещения переменного тока в форме интеллектуального освещения и разъемов от розетки к лампе [18-22]. Интеллектуальное освещение использует «умные системы» для управления освещением с помощью приложений на компьютерах, планшетных устройствах или смартфонах. В более широком масштабе их также можно использовать для управления системой освещения комнаты, дома или здания (подробнее об освещении фасадов: https://lampy.ru/proektirovanie-osveshcheniya/arhitekturnoe/svetodiodnoe/). Они могут беспроводным образом включать и выключать свет, управлять их яркостью, включать свет по таймеру и даже интегрировать датчики. Существующие интерфейсы гнезда к лампе используют датчик в попытке соответственно уменьшить яркость лампы, но они не очень хорошо работают. Пример интеллектуального осветительного устройства с питанием от переменного тока, называемого модулем управления домашним освещением (HLCM) и разработанного Ying-Wen Bai и Yi-Te Ku, использует пассивные инфракрасные (PIR) датчики, датчики света, микропроцессор и RF-модуль контролировать интенсивность света во всех комнатах дома [23]. Система показана на рисунке 1. Один HLCM управляет одним набором светильников. В результате несколько микропроцессоров определяют уровни освещения, а не один центральный контроллер.
Это устройство использует ИК-датчики для определения присутствия людей в комнате, выключая свет, если в комнате никого нет. Датчики света определяют уровни яркости комнаты. Если внешние источники, такие как дневной свет, обеспечивают достаточно света, то светильники выключаются. В противном случае система активирует соответствующее количество светильников для достижения желаемых уровней яркости. RF-модуль устройства обеспечивает связь между различными HLCM. В случае, если уровни яркости недостаточны, даже когда все светильники включены, связь между HLCM позволяет соседнему HLCM увеличить количество включаемых источников света. Это затем влияет на интенсивность освещения комнаты первого устройства. Хотя эти компоненты помогают этому устройству работать с высокой эффективностью, дизайн, представленный в этом документе, не должен содержать никаких ненужных модулей, если их включение значительно увеличивает стоимость покупки. Например, не будет необходимости использовать RF-модуль, если его использование приводит к затратам, которые перевешивают его энергетические выгоды. Кроме того, HLCM не использует технологию затемнения света, в то время как предлагаемое решение основано на затемнении света.
Рисунок 1. Конфигурация системы HLCM для двухэтажного дома [20]
Однако в настоящее время нет существующих диммеров постоянного тока, которые были бы недорогими и полностью автономными. Поэтому цель предлагаемого решения состоит в том, чтобы спроектировать и сконструировать адаптивный регулятор света постоянного тока, который автономно затемняет набор светодиодов в зависимости от окружающего света, воспринимаемого в помещении, обеспечивая соответствующее количество света для окружающей среды, в которой он находится. Конечный продукт этого проекта сэкономит электроэнергию, таким образом, снижение затрат на электроэнергию и повышение жизнеспособности возобновляемой энергии.
В этой статье был представлен адаптивный светодиодный диммер, который работает автоматически в зависимости от условий освещения. Конструкция была продемонстрирована с помощью компьютерного моделирования и испытаний прототипа аппаратного обеспечения для успешного выполнения функции затемнения после изменения состояния окружающего освещения. Предложенное решение уменьшает сложность предыдущих подходов и может быть адаптировано к любой системе постоянного тока, работающей на разных уровнях напряжения постоянного тока. Дальнейшее усовершенствование предложенного решения предполагает повышение общей эффективности системы. Это можно сделать, используя демпфер на коммутаторе NMOS, чтобы уменьшить потери при переключении на частоте 400 кГц. Конструкция печатной платы также может быть оптимизирована для лучшей целостности сигнала, поскольку многие компоненты находятся дальше друг от друга в современной конструкции печатной платы. Кроме того, следует искать альтернативу LDO, используемому в предложенном проекте, для дальнейшего повышения общей эффективности.
Использованные источники
[1] C. Basu et al. Sensor-Based Predictive Modeling for Smart Lighting in Grid-Integrated Buildings. IEEE Sensors Journal. 2014; Vol. 14, no. 12, pp. 4216-4229.
[2] J. Byun, I. Hong, L. Byongjoo, S. Park. Intelligent household LED lighting system considering energy efficiency and user satisfaction. IEEE Transactions on Consumer Electronics. 2013; Vol. 59, no. 1, pp.70-76.
[3] C. Huang, Chi-Han, B. Wang, C. Kang, J. Chen, C. Jen-Yao and I. Chou. Energy-saving LED Control Module for Agent-based Micro-Grid Systems. Proceedings of IEEE International Conference on Consumer Electronics. 2014; pp. 127-128.
[4] D. Edwards. Energy Saving LED Screw-in-base Bulbs: A Residential Demonstration. Proceedings of World Energy Engineering Congress. 2014, pp. 1372-1380.
[5] J. Kuo. On LED Luminous Efficacy and Energy Saving Technique in Lighting. Advanced Materials Research. 2012; Vol. 512-515, pp. 2693-2696.
[6] I. Galkin, L. Bisenieks and A. Suzdalenko. Impact of pulse modulation method of LED dimmer for street lighting on its efficiency. Proceeding of 4th European Education and Research Conference. 2010; pp. 160-164.
[7] K. Jain, K. Kumar, P. Thangappan, K. Manikandan, P. Magesh, L. Ramesh, and L. Sujatha. Lighting electrical energy audit and management in a commercial building. Proceedings of 2nd International Conference on Intelligent Computing and Applications, 2015. Pp. 463-474.
[8] S. Bannamas and P. Jiraping. An intelligent lighting energy management system for commercial and residential buildings. Proceedings of IEEE Innovative Smart Grid Technologies – Asia. 2015.
[9] G. Lowry. Energy saving claims for lighting controls in commercial buildings. Energy and Buildings. 2016; Vol. 133, pp. 489-497.
[10] A. Kumar, A. Kajale, P. Kar, A. Shareef and S. Panda. Location-aware smart lighting system for individual visual comfort in buildings. IEEE 6th Global Conference on Consumer Electronics. 2017; pp. 301-306. [11] N. Xavier, A. Kumar, S. Panda. Design fabrication and testing of smart lighting system. Proceedings of the Future Technologies Conference. 2016; pp. 763-768. [12] R. Goyal, L. Arya. Home automation and intelligent light control system using microcontroller. Proceedings of International Conference on Computing, Communication and Automation. 2017; pp. 997-1000. [13] Z. Shu. Design of White Light LED Lighting Control System. Proceedings of International Conference on Intelligent Transportation, Big Data & Smart City. 2018; pp. 561-563. [14] L. M. Thet, A. Kumar, N. Xavier, S. K. Panda. A smart lighting system using wireless sensor actuator network. Proceedings of Intelligent Systems Conference. 2017; pp. 217-220. [15] J. Zhou, H. Guo, B. Bai, M. Duan, C. Lin. Power-white LED dimming detection system based on NC PWM. Proceedings of the 11th IEEE International Conference on Anti-counterfeiting, Security, and Identification. 2017; pp. 187-190. [16] M. L. G. Salmento, R. Brier, J. Amaral, L. Diniz, V. M. Albuquerque, G. M. Soares, H. A. C. Braga. Application of a flyback converter and variable pulse position modulation for visible light communication. Proceedings of Brazilian Power Electronics Conference. 2017; pp. 1- 5. [17] S. Mahadeokar, M. Sardeshmukh. Energy efficient PWM Dimmable Smart Digital LED driver. International Conference on Energy Systems and Applications. 2015; pp. 3016-311. [18] L. Martirano. A Sample Case of an Advanced Lighting System in a Educational Building. Proceedings of IEEE Environment and Electrical Engineering Conference. 2014; pp. 46-51. [19] J. Xiao, C. Liu and Y. Mo. Lighting Control and Its Power Management in Railway Passenger Station. Proceedings of Asia Pacific Power and Energy Engineering Conference. 2009; pp.1- 4. [20] S. Y. Chun and C. S. Lee. Applications of Human Motion Tracking: Smart Lighting Control. Proceedings of IEEE Computer Vision and Pattern Recognition Workshops Conference. 2013; pp. 387-392. [21] F. Wahl, M. Milenkovic and O. Amft. A distributed PIR-based approach for estimating people count in office environments. Proceedings of IEEE Computational Science and Engineering Conference. 2012; pp. 640-647. [22] M. Miki, R. Okunishi, K. Matsutani, H. Ikegami and S. Fujimoto. An Intelligent Lighting System with a Seat Management Mechanism. Proceedings of IEEE Systems, Man, and Cybernetics Conference. 2013; pp. 4571-4576. [23] Y. W. Bai and Y. T. Ku. Automatic room light intensity detection and control using a microprocessor and light sensors. IEEE Transactions on Consumer Electronics. 2008; Vol. 54, no. 3, pp. 1173-1176. [24] T. Taufik. The DC House project: An alternate solution for rural electrification. IEEE Global Humanitarian Technology Conference. 2014; pp. 174-179. [25] S. Rohit, R. Gunabalanand M. P. Kumar. Pulse Density Modulation Flyback Converter for LED Automotive Lighting. Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science. 2017; Vol. 8, No. 1, pp. 85-91. [26] Y. Liu, S. Wang, and Y. Luo. Digital dimming control of CCFL drive system using pulse density modulation technique. Proceedings of IEEE Regon 10 Annual International Conference TENCON. 2007. [27] R. N. Hasanah, Y. D. Handari, S. Soeprapto, and T. Taufik. LED-Lamp Design for Renewable Energy-Based DC House Application. International Journal of Power Electronics and Drive Systems. 2018; Vol 9, No 3.Ambient light adaptive LED light dimmer
Taufik Taufik
California Polytechnic State University, San Luis Obispo