DE19637633C2 - Solarbetriebene Beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine solarbetriebene Beleuchtungseinrichtung die mehrere Beleuchtungselemente, einen Energiespeicher und eine Steuereinheit enthält.

Derartige Beleuchtungssysteme sind vorzugsweise zur Beleuchtung flächen­ hafter Außenwerbeträger zu vielfältigen anderen Zwecken eingesetzt werden.

Im Stand der Technik sind Beleuchtungseinrichtungen für flächenhafte Außenwerbeträger bekannt, die durch den Anschluss an öffentliche Energie­ netze betrieben werden. Es ist dabei ebenfalls bekannt, Beleuchtungseinrich­ tungen ortsfest an den Außenwerbeträgern oder Hinweistafeln zu installieren und für deren Stromversorgung bei peripherer Aufstellung separate Erdan­ schlusskabel zu verlegen. Bei derartigen Beleuchtungseinrichtungen werden Energiemess- und Regeleinrichtungen verwendet, die nicht unmittelbar an den flächenhaften Außenwerbeträgern montiert sind.

Einrichtungen mit Netzanschluss erfordern einen hohen Aufwand für Installa­ tion und laufende Kosten. Diese Einrichtungen sind besonders in solchen Fällen nachteilbehaftet, in denen am Aufstellungsort des flächenhaften Außenwerbeträgers eine Energieversorgung aus einem öffentlichen Netz sowohl technisch als auch genehmigungsrechtlich schwierig oder nicht reali­ siert werden kann.

Bekannte Beleuchtungseinrichtungen weisen weiterhin den Nachteil auf, dass sie an den Außenwerbeträgern fest installiert sind, so dass beim Wegfall eines bestehenden Beleuchtungsauftrages, beispielsweise bei Wechsel der Vermie­ tung eines flächenhaften Außenwerbeträgers und den daraus resultierenden geänderten Wünschen eines Nachmieters, aufwendige bauliche Veränderun­ gen für Montage- und Demontagearbeiten notwendig sind.

Für derartige Beleuchtungssysteme sind aus DE 32 14 790 A1 und DE 94 12 069 U1 einfache Steuerungen bekannt, mit denen das Ein- und Ausschalten der Beleuchtung über eine Schaltuhr und/oder einen Dämmerungsschalter möglich ist.

Eine nach DE 41 07 107 A1 bekannte Beleuchtungseinrichtung verwendet ein System, in dem die elektronische Steuereinrichtung als lernendes System ausgebildet ist, das in Abhängigkeit vom Ladepegel der Batterie und/oder der tagsüber durch die photovoltaische Anordnung aufgenommenen Lichtmenge die Vorgabe der nächtlichen Brenndauer wenigstens einer Leuchte im gleichen Sinne verändert. Dies entspricht jedoch nicht den Zielen einer solar­ betriebenen Beleuchtungseinrichtung für flächenhafte Außenwerbeträger.

Die bekannten Beleuchtungseinrichtungen für flächenhafte Außenwerbeträ­ ger benötigen beim Einsatz in mittleren geographischen Breiten für eine längere Betriebszeit oftmals einen zusätzlichen Anschluss an das elektrische Energienetz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solarbetriebenen Beleuch­ tungseinrichtung anzugeben, die für flächenhafte Außenwerbeträger einsetz­ bar ist, die unabhängig von einem Netzanschluss betreibbar ist, mit geringem Aufwand an unterschiedliche Anwendungsfälle angepasst werden kann und dabei eine hohe Werbewirkungsleistung ermöglicht.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit einer Beleuchtungs­ einrichtung, die die Merkmale von Anspruch 1 enthält.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrich­ tung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der für die Steuerung der autarken Beleuchtungseinrichtung eingesetzte Microrechner kann den konkreten Standortbedingungen vor Ort angepasst werden.

Die dazu erforderliche Programmierung wird über eine serielle Schnittstelle ermöglicht, wodurch die Steuerung in einfacher Weise an unterschiedliche Anwendungsfälle angepasst werden kann. Diese Änderungen können vor Ort ausgeführt werden, ohne dass gerätetechnische oder schaltungstechnische Veränderungen erforderlich sind.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung verfügt über zwei verschie­ dene Anwendungsprogramme, einem Main-Programm und einem Application-Programm.

In beiden Programmen können die eingegebenen Werte in den zulässigen Grenzen geändert werden. Vorteilhaft ist die Bedingung, dass im Main-Pro­ gramm Änderungen von Werten ausschließlich von Fachleuten, die sowohl mit der Rechnerprogrammierung vertraut sind als auch umfangreiche Kennt­ nisse über die Abläufe innerhalb der Systemsteuerung besitzen, vorgenom­ men werden können.

Demgegenüber besteht im Application-Programm für den Betreiber der autarken Beleuchtungseinrichtung die Möglichkeit, jeweils ein speziell angepasstes Programm zu realisieren. Dabei können variiert werden:

• - die Ein- und Ausschaltzeit der Basisbeleuchtung,
• - die Ein- und Ausschaltzeit der Zusatzbeleuchtung,
• - die Anzahl und die Dauer der Einschaltungen,
• - das Programm zur Auswahl der Sprachspeicher und zur Aktivierung eines Datenspeichers, mit dem die Programmierung der Reihenfolge der Ausgabe und der Ausgabezeiten erfolgt,
• - die Zuordnung von Sprachspeicherchips zu bestimmten Gruppen wie Geräuschkulissen, Musik, Werbebotschaften, Infos sowie News und dergleichen,
• - die Auswahl der Aktivierungsart des Datenspeichers, beispielsweise bei Annäherung von Personen oder zu voreingestellten Zeiten,
• - die Programmierung einer im Tafelträger integrierten LCD-Anzeige zur Ausgabe von Texten,
• - die Programmierung des LED-Laufschrifterzeugers, z. B. die Reihenfolge der Aussendung der Textblöcke und die Auswahl der Texte entweder zeitge­ steuert oder bei Annäherung von Zielpersonen,
• - die Aktivierung von Zähleinrichtungen zur Überprüfung der Werbewirk­ samkeit, z. B. die Registrierung der Schaltvorgänge, die durch Betätigen der Folientastatur im Tafelträger ausgelöst werden.

Die einzelnen Werte werden im Programm geändert und dann per Datenka­ bel über die serielle Schnittstelle an den Microrechner übertragen.

Da die gesamte Systemsteuerung auf der Basis eines Microrechners realisiert wird, in dem ein Laderegler für das getrennte Laden von zwei Akkumulato­ ren integriert ist und eine getrennte Entladesteuerung mit integriertem Tiefentladeschutz und Batteriecontroller vorgesehen ist, kann das Laden und Entladen der Akkumulatoren so gesteuert werden, dass ein Hauptakkumula­ tor für den Normalbetrieb, der ein größeres Speichervermögen und damit ein größeres Gewicht aufweist im unteren Bereich des flächenhaften Außenwer­ beträgers angeordnet ist, zuerst entladen wird und ein weiterer als Reserve­ akkumulator dienender Akkumulator, der ein geringeres Speichervermögen und ein geringeres Gewicht aufweist und zusammen mit der Steuerung im oberen Bereich des flächenhafte Außenwerbeträgers angeordnet ist, zuerst geladen wird. Dadurch ist gewährleistet, daß der im oberen Bereich angebrachte Reserveakkumulator ständig geladen ist und nur im Fall eines sehr niedrigen Energieniveaus entladen wird. Zusätzlich ist jederzeit das externe Nachladen der Akkumulatoren vor Ort oder der Austausch eines entladenen Akkumulators gegen einen geladenen Akkumulator möglich.

Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung wird für die im Micro­ rechner realisierte programmierbare Wochenschaltuhr als Zeitbasis ein Funkuhr-Modul eingesetzt, welches über ein eingebautes Antennensystem vollautomatisch das Zeitnormal vom Sender in Mainflingen empfangen kann. Damit werden die obengenannten Nachteile vermieden. In vorteilhafter Weise können bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsein­ richtung nach dem Master-Slave-Funktionsprinzip die Schaltvorgänge in verschiedenen, parallel geschalteten Systemen gleichzeitig ausgelöst werden, ohne dass eine direkte Kopplung der Systeme miteinander erforderlich ist. Weiterhin entfällt das Stellen der Uhr nach einem Versorgungsspannungsaus­ fall. Die Wochenschaltuhr wird als Mehrkanal-Schaltuhr ausgeführt. Pro Kanal steht ein Open-Collector-Ausgang zur Verfügung. Die Schaltzeiten werden im Application-Programm des Microrechners eingestellt und können dort jederzeit geändert werden.

Vom Microrechners werden zwei Schaltkanäle für anzuschließende Beleuch­ tungseinrichtungen bereitgestellt, wobei einem der beiden Kanäle ein Dimmer und ein Zufallsgenerator nachgeordnet sind. Dadurch wird ein optisch wirkungsvolles Ein- und Ausschalten der Zusatzbeleuchtung erreicht. Möglich ist weiterhin, dass im Microrechner eine Ansteuerschaltung für mehrere Sprachspeicher realisiert wird, die es ermöglicht, entsprechend des im Microrechner programmierten Application-Programms die Ausgabe der Werbebotschaften zu voreingestellten Zeiten, bei Annäherung von Personen oder durch Auswahl über eine Tastatureingabe zu veranlassen.

Ferner ist es möglich, dass in der Beleuchtungsbox ein LED-Laufschrifter­ zeuger integriert ist, der von der zentralen Steuereinheit aktiviert wird.

Der im Microrechner realisierte Laderegler arbeitet nach dem Prinzip der Strom-Spannungs-Ladung. Eine vom Akkumulator-Hersteller vorgegebene Ladekennlinie sowie eine Kennlinie zur Temperaturabhängigkeit der Ladeschlußspannung wird im Speicherbereich der Microrechner-Steuerung abgelegt und die Ladung entsprechend dieser Kennlinien durchgeführt. Ein an der Batterie angeschlossener Temperatursensor dient zur Ermittlung der aktuellen Batterietemperatur und damit der Festlegung der temperaturabhän­ gigen Ladeschlußspannung. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik bekannten Anordnungen können an die erfindungsgemäße Microrechner- Steuerung zwei Akkumulatoren angeschlossen werden. Bei Erreichen des Volladezustandes des Reserveakkumulators wird automatisch auf den Hauptakkumulator umgeschaltet. Zur Verhinderung der Selbstentladung des Reserveakkumulators wird dieser periodisch mit einem kleinen Ladestrom nachgeladen. Erreicht auch der Hauptakkumulator den Volladezustand, so wird der Ladestrom entsprechend reduziert und es fließt nur noch ein gerin­ ger Ladestrom für die Erhaltungsladung.

Die im Microrechner realisierte Entladesteuerung regelt die Entladung der Akkumulatoren. Je nach vorgegebenem Programm wird zunächst der Hauptakkumulator bis zum Erreichen der Tiefentladeschwelle entladen und dann auf den Reserveakkumulator umgeschaltet. Gleichzeitig erfolgt durch einen im Microrechner realisierten Batteriecontroller eine Bilanzierung der in den beiden Akkumulatoren tatsächlich vorhandenen Energiemengen. Diese Bilanzierung erfolgt durch eine vorzeichenbehaftete Messung der Lade- und Entladeströme mittels Shunt an beiden Akkumulatoren. Das Ergebnis dieser Bilanzierung steht im Microrechner als Wert für weitere Schaltvorgänge zur Verfügung und kann über Tastendruck auf ein zweizeiliges LCD-Display ausgegeben werden. In Abhängigkeit vom Energieinhalt können dann stufen­ los Komponenten des Gesamtsystems zu- oder abgeschaltet werden. Somit ergibt sich ein gestaffelter Tiefentladeschutz, dessen Grenzen mit Hilfe der Software des Microrechners stufenlos eingestellt werden können.

In der Beleuchtungsbox ist eine asymmetrische Leuchte angebracht, die mit einer Leuchtstofflampe zur annähernd gleichmäßigen Grundbeleuchtung der zu beleuchtenden Werbefläche ausgerüstet ist. Um die Energieausbeute zu optimieren, kommen Niederspannungs-Leuchtstofflampen für Betriebsspan­ nungen von 12 bis 24 V zur Anwendung.

Die ebenfalls in der Beleuchtungsbox angebrachten zusätzlich verstellbaren auf einen Punkt gerichteten Strahler (Spot-Strahler) ermöglichen die Gestal­ tung von Lichtinseln.

Um diese Spotstrahler optisch wirkungsvoll einsetzen zu können, wird im Microrechner ein Zufallsgenerator realisiert, der es ermöglicht, die einzelnen Halogen-Strahler in unterschiedlicher Reihenfolge zu- und abzuschalten.

Der in der Beleuchtungsbox integrierte LED-Laufschrifterzeuger wird von der zentralen Steuerung zu vorprogrammierten Zeiten bzw. bei Annäherung von Personen auf dem Gehweg durch einen Bewegungssensor aktiviert. In dieser Schaltungsanordnung wird ein herkömmlicher LED-Laufschrifterzeu­ ger mit serieller Schnittstelle eingesetzt. Die serielle Schnittstelle ermöglicht eine direkte Kommunikation mit dem Microrechner und damit auch eine direkte Programmierung und Steuerung des LED-Laufschrifterzeugers. Weiterhin besteht über ein Funkmodem die Möglichkeit, eine Programmie­ rung des LED-Laufschrifterzeugers von einer zentralen Stelle aus durchzu­ führen.

Die Steuerung wird zweckmäßigerweise ergänzt durch ein internes Ladege­ rät zum Anschluß der Anlage an ein externe Spannungsquelle um das Nachladen des Energiespeichers bei unzureichendem Energieangebot zu gewährleisten sowie durch einen Überschußmanager, der die sofortige Freigabe von Verbrauchern bei vollem Energiespeicher garantiert.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung kann mehrfach nebeneinan­ der an einem flächenhaften Außenwerbeträger angebracht werden, wobei in diesem Fall nur einer der Basisblöcke mit einer vollständigen Systemsteue­ rung versehen sein muss und die übrigen Beleuchtungseinrichtungen von dieser Steuerung betätigt werden. Zweckmäßigerweise sind dann die Basis­ blöcke der einzelnen Beleuchtungseinrichtungen über ein Datenkabel mitein­ ander verbunden (Master-Slave-Funktionsprinzip).

Um das Solarpaneel in die günstigste Bestrahlungsrichtung ausrichten zu können, ist auf der Oberseite des Basisblocks eine drehbar gelagerte, arretier­ bare Halterung für die Paneelbox befestigt, in dessen Innerem das Verbin­ dungskabel zu der zentralen Steuerung verlegt ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Hierzu zählen insbesondere:

• - die Unabhängigkeit des Einsatzortes von einer Netzspannungsanschlußmöglichkeit,
• - die Vielseitigkeit der Steuerungsmöglichkeiten durch die Programmierbar­ keit des Microrechners,
• - die Möglichkeit der unbegrenzten Anzahl an Schaltspielen,
• - die gemeinsame Steuerungsmöglichkeit mehrerer technischer Effekte wie beispielsweise das Zusammenspiel von speziellen Strahleranordnungen für Lichtinselbildungen,
• - die energiesparende Lichterzeugung durch Niederspannungs-Leucht­ stofflampen, die längere Zeit unabhängig von einer Netzstromversorgung mit regenerativer Energie aus Solarpaneelen in Verbindung mit einem Solarakku­ mulator betrieben werden,
• - die einfache Montage und Demontage der Beleuchtungseinrichtung,
• - der Aufbau der Gesamtanlage als Bausteinsystem, wodurch je nach Erfor­ dernissen einzelne Komponenten der Beleuchtungseinrichtung zu einem System kombiniert werden können,
• - die durch den Einsatz des Microrechners ermöglichte einfache Kopplung von mehreren autarken Beleuchtungseinrichtungen nach dem Master-Slave- Funktionsprinzip, wodurch der Schaltungsaufwand bei der Parallelschaltung mehrerer solarbetriebener Beleuchtungseinrichtungen reduziert wird,
• - die Aufstellungsmöglichkeit der Beleuchtungseinrichtung ohne die erforder­ lichen Genehmigungsverfahren für Erdarbeiten sowie der Wegfall der sonst notwendigen Installationen für den Netzanschluß, wodurch die Kosten für Verlegung und Material sowie die Kosten für Stromverbrauch entfallen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, bei dem die Beleuchtungseinrichtung an einem flächenhaften Werbeträger angebracht ist. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Beleuch­ tungseinrichtung in montierter Form;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Beleuchtungseinrichtung;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Tafelträger mit Zusatzeinrichtungen;

Fig. 4 die Unteransicht der Beleuchtungsbox;

Fig. 5 die Seitenansicht der Beleuchtungsbox und

Fig. 6 ein Blockschaltbild der Gesamtanordnung.

In den Fig. 1 und 2 ist die Gesamtanordnung dargestellt. Die erfindungs­ gemäße Beleuchtungseinrichtung enthält die Bausteine Paneelbox 1, Basis­ block 2 und Beleuchtungsbox 3, die untereinander und mit dem Tafelträger 14 durch stabile Profilschienen verbunden und je nach Bedarf montier- bzw demontierbar sind. Der Basisblock 2 bildet den Grundbaustein der autarken Beleuchtungseinrichtung und enthält im Inneren den wechselbaren Reserve­ akkumulator 5 und die zentrale Steuereinheit 6 für die gesamte Anlage.

Auf der Deckfläche 7 des Basisblocks 2 befindet sich im vorderen Bereich ein Dämmerungsschalter 21 und dahinter eine mittels Schwenklager 8 drehbar angeordnete Paneelbox 1, in der ein Solarmodul integriert ist, das in die für die Energieerzeugung optimale Sonneneinstrahlungsrichtung gedreht werden kann. Die zur Speisung der Anlage erzeugte Solarenergie wird in dem im Basisblock 2 befindlichen Reserveakkumulator 5 zwischengespeichert.

Fig. 3 zeigt die Tafelträger 14, in die jeweils ein Infoblock 9 als weiterer Bestandteil der Beleuchtungseinrichtung integriert ist. Der Infoblock 9 beinhaltet Anzeigeelemente für Systemdaten, z. B. ein Wetterstationsmodul 10, ein Funkuhr-Modul 12, ein LCD-Display 13 sowie eine Folientastatur 11 und zusätzlich einen Bewegungssensor 19.

Die Bedienbarkeit der zentralen Steuereinheit 6 und der Wechsel des Reser­ veakkumulators 5 ist durch abdeckbare Öffnungen 7 im Basisblock 2 gewährleistet.

Am Basisblock 2 ist rechtwinklig zur Werbefläche 4 die in den Fig. 4 und 5 erläuterte Beleuchtungsbox 3 angeordnet. In ihr sind eine zur Lichterzeu­ gung verwendete asymmetrische Leuchte 15 mit einer Niederspannungs- Leuchtstofflampe, der zugehörige Reflektor 16 zur Strahlungskonzentration auf die zu beleuchtende Werbefläche 4, bedarfsweise einschaltbare und in ihrer Stellung steuerbare Spot-Strahler 17, ein Lautsprecher 18 zur Abgabe akustischer Effekte und in der schräggestellten Stirnfläche der LED-Lauf­ schrifterzeuger 20 angeordnet.

Eine umfassende Plastbeschichtung sämtlicher Gehäuseoberflächen der Bausteine sorgt für eine weitgehende Witterungsresistenz der Anlage.

Das Zusammenwirken der Funktionselemente erläutert das in Fig. 6 darge­ stellte Blockschaltbild.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Paneelbox

2

Basisblock

3

Beleuchtungsbox

4

Werbefläche

5

Reserveakkumulator

6

zentrale Steuerung

7

Deckfläche des Basisblocks

8

Schwenklager

9

Infoblock

10

Wetterstationsmodul

11

Folientastatur

12

Funkuhr-Modul

13

LCD-Display

14

Tafelträger

15

asymmetrische Leuchte

16

Reflektor

17

Spot-Strahler

18

Lautsprecher

19

Bewegungssensor

20

LED-Laufschrifterzeuger

21

Dämmerungsschalter

Claims (6)

1. Solarbetriebene Beleuchtungseinrichtung, die mehrere Beleuchtungsele­ mente, einen Energiespeicher und eine Steuereinheit enthält, dadurch gekennzeichnet, dass

• - die Beleuchtungselemente als modularen Baugruppe ausgebildet sind, die jeweils aus einem Basisblock (2), der den Energiespeicher und die Steuerein­ heit enthält, einer Beleuchtungsbox (3), die mindestens eine asymmetrische Leuchte (15) und einen Spot-Strahler (17) enthält, und einer Paneelbox (1), die ein Solarpaneel enthält, bestehen,
• - die Beleuchtungseinrichtung über eine zentrale Systemsteuerung (6) mit Microcontroller gesteuert wird und
• - der Energiespeicher zwei getrennt ansteuerbaren Akkumulatoren enthält, in denen die Solarenergie gespeichert wird.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Paneelbox (1) um eine horizontale Achse schwenkbar angeordnet ist und eine Feststellmöglichkeit aufweist.

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Akkumulatoren mit Batteriecontrollern zur Überwachung des Ladezustandes und mit Temperatursensoren zur Überwachung der Betrieb­ stemperatur gekoppelt sind und dass im Microcontroller der zentralen Systemsteuerung (6) ein Laderegler für die Akkumulatoren und eine Entla­ desteuerung mit Tiefentladeschutz und Batteriecontroller integriert ist.

4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die asymmetrische Leuchte (15) und der Spot-Strahler (17) der Beleuchtungsbox (3) über zwei Schaltkanäle angesteuert werden, wobei einem der beiden Kanäle ein Dimmer und ein Zufallsgenerator zugeordnet ist.

5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung nach einem im Microcontroller gespeicherten Programm zu voreingestellten Zeiten und/oder bei Annäherung von Personen mit Hilfe eines PIR-Sensors gesteu­ ert wird.

6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuerung (6) und einer der Akkumulatoren in einem mit verschließbaren Öffnungen versehenem Gehäuse angeordnet sind, welches durch Trennwände unterteilte Fächer aufweist, wobei der Reserveakkumulator (5) sich in einem Fach auf einem beweglichen Schlitten befindet und die zentrale Steuerung (6) in einem Fach angeordnet ist, dessen Öffnung kleiner als die Abmessungen der zentralen Steuerung (6) ist.