IT201900006818A1 - Metodo ed apparato controllato via power line per la dimmerabilità di lampade anche non dimmerabili - Google Patents

Description

“METODO ED APPARATO CONTROLLATO VIA POWER LINE PER LA DIMMERABILITÀ DI LAMPADE ANCHE NON

DIMMERABILI”

DESCRIZIONE

L’assorbimento energetico dovuto all’illuminazione

degli edifici è, ad oggi, responsabile per circa il 20%

dei consumi complessivi. Tale dato giustifica gli

sforzi che, negli ultimi anni, sono stati effettuati,

per ricercare tecnologie efficienti, in grado di

contribuire attivamente alla riduzione dei consumi

energetici. In questo contesto le elevate prestazioni

delle lampade LED (Light Emitting Diodes) hanno

consentito una loro crescente diffusione, con conseguente diretta riduzione dei consumi energetici. Le lampade LED, oltre ad avere una maggiore efficienza luminosa rispetto alle lampade fluorescenti, consentono risparmi maggiori in fase di dimmeraggio. Con tale termine si indica la possibilità di variare l’intensità luminosa emessa dalla lampada che passa da un valore nullo (0%) ad un valore massimo di intensità (100%).

Infatti, ipotizzando un dimmeraggio al 50%, le lampade fluorescenti perdono il 24% di efficienza luminosa, mentre i LED l'1.3%. Pertanto, si può osservare che, in termini di energy efficiency, i LEDsono più idonei per il dimming, rispetto alle lampade fluorescenti. In tale contesto, i sistemi di controllo e gestione delle lampade, soprattutto in edifici già esistenti risultano ad oggi poco sviluppati. Infatti, tecniche e strategie di controllo dell’illuminazione rappresentano un argomento complesso, a causa del loro difficile processo progettuale, della compatibilità di un sistema di dimmeraggio con le lampade usate, della complessità installativa e della difficoltà di valutare con precisione i tempi di ritorno degli investimenti. Per tutti questi motivi, la diffusione dei sistemi di controllo delle sorgenti luminose artificiali viaggia ad una velocità minore, rispetto allo sviluppo di lampada e corpi illuminati. Ciononostante, la ricerca di sistemi di controllo dell’illuminazione continua da anni, con l’obiettivo di produrre diversi risultati. In alcuni casi, gli sviluppi scientifici mirano ad un upgrade delle tecnologie di controllo della luce. In altri casi, l’intento è ricercare un valido sistema di valutazione per la reale quantificazione dei risparmi energetici. Innumerosi lavori scientifici e brevetti vengono discussi i vari tipi di control systems, lo sviluppo delle relative tecnologie, il risparmio ottenibile dalla loro applicazione e i fattori che influiscono sulla loro performance. Inoltre, viene discusso il trend di sviluppo nel controllo dell'illuminazione e i possibili sviluppi futuri. Dettagliati studi su lighting control for daylighting and occupancy adaptation mostrano i diversi approcci adottabili. In molti lavori è proposto un sistema wireless con sensori multipli ed un controllo centrale, valutato tramite simulazione DIALux. In questo caso, viene sottolineato il fatto che le connessioni wireless sono più semplici delle connessioni filari (wired) e sono utili per ammodernare sistemi già esistenti. In diversi lavori il controllo della luce viene realizzato tramite digital dimming ballast (DALI protocol), mentre i nodi del sistema comunicano con il protocollo LonWorks. I risultati energetici ottenuti mostrano un risparmio di energia variabile dal 17% al 32%, considerando sia il consumo annuo di energia, sia il consumo energetico derivante dalle correnti parassite, dovuto a sensori e controllori. Ulteriori studi mostrano una valutazione di performance energetica per sistemi di illuminazione con 8 differenti strategie di controllo. La tecnologia impiegata si basa su sensori commerciali (OSRAMLS/PD MULTI 3), e un PLC (programmable logic controller). I risultati mostrano che l'applicazione di un generico controllo di gestione consente risparmi dell'ordine del 50%. La combinazione del controllo del compito visivo (task lighting) e dimmerabilità (dimming) consente di raggiungere valori di risparmio sino al 59%, sempre garantendo comfort per gli occupanti. Va sottolineato però come i sistemi di controllo dell’illuminazione, sebbene consentano notevoli riduzioni del consumo energetico, sono spesso affetti da complessità progettuale ed installativa, elevati costi, difficoltà di valutazione dei reali benefits energetici e problemi di gestione. Tali motivi determinano una loro minore diffusione, rispetto alle possibili aspettative. La diffusione dei sistemi di controllo dell’illuminazione è maggiore per gli edifici nuovi rispetto agli edifici esistenti. Questo aspetto incide quindi negativamente sui risultati di risparmio energetico complessivamente ottenibili dal settore dell’illuminazione. Per tali motivi, il principale obiettivo del presente trovato è rappresentato dall’invenzione di un nuovo sistema di controllo delle sorgenti luminose, in grado di controllare l’apporto di luce naturale (daylight) e occupancy adaptation, utilizzabile con differenti tipologie di lampade, quindi universale, pensato soprattutto per installazioni in edifici esistenti, grazie alla sua estrema semplicità installativa ed ai bassi costi di investimento.

Il metodo e l’apparato oggetto dell’invenzione (100), con particolare riferimento alla Fig. 1, è composto da un sistema di controllo (101) dove vengono collegati un sensore di presenza e luminosità (102) e la lampada da dimmerare. Il sistema di controllo (101) a sua volta è collegato alla rete elettrica (103) per poi comunicare tramite powerline ad un sistema di controllo generale.

Analogamente, con riferimento al sistema sopra proposto, e in particolare con riferimento alla Fig. 2, lo schema generale sarà così composto: ogni lampada (202) (203) (204) (205) avrà su di essa montato un sistema (100) che comunica tramite powerline su rete elettrica (206) ad un sistema di controllo generale (201). Suddetto sistema sarà in grado di gestire i vari sistemi (100) nella fase di calibrazione iniziale e regolare funzionamento.

Entrando nel dettaglio, attenendosi alla Fig. 3, il sistema (100) viene descritto nei suoi componenti e collegamenti di cui è formato nel sistema (300). Tale sistema (300) ha come base fondamentale un microcontrollore (301) che è adibito alla gestione e sincronizzazione di tutti i componenti presenti nell’oggetto dell’invenzione. In particolar modo, sarà in grado di comunicare con il sistema di controllo generale (201) tramite powerline (302) utilizzando la rete elettrica (309). Questo tipo di comunicazione è di fondamentale importanza perché evita l’utilizzo di ulteriori cavi rendendo il sistema adatto a tutte le situazioni, anche per impianti obsoleti. Inoltre, il microcontrollore (301) è collegato al sensore (304), che rileva luminosità e presenza. Detto dispositivo comunica in modo digitale con il microcontrollore (301) per dargli in tempo reale i valori di luminosità e l’eventuale assenza di persone nella stanza per spegnere le lampade presenti. Grazie al sensore (304) che rileva la luminosità della stanza, è possibile regolare l’intensità della luce emessa in base alla luce naturale presente. Suddetto principio di funzionamento, come descritto precedentemente, permette di risparmiare energia integrando luce naturale e luce artificiale in modo automatico, nonché lo spegnimento delle luci in caso di assenza di persone. In aggiunta al sistema (300) vengono inseriti 3 sottosistemi fondamentali per il dimmeraggio della lampada. Il primo è il dimmer igbt (305) capace di regolare l’intensità della luce di tutte quelle lampade che incorporano sistemi di adattamento al dimming e quelle sprovviste di detto sistema. Il secondo sistema composto da un controllo dali (306), presente su lampade in grado di essere dimmerate tramite questo protocollo. L’ultimosistema è un controllo in DC (307) con una tensione che varia da 0V a 10V, per quelle lampade che presentano una regolazione proporzionale all’ingresso analogico in tensione presente in quest’ultima. In base al tipo di lampada (308) verrà abilitato dal microcontrollore il sistema adeguato. Infine, un circuito di alimentazione (303) provvederà a trasformare la tensione di rete alternata (309) in tensione continua e a generare i vari livelli di tensione da distribuire su tutto il sistema.

Per quanto riguarda il sensore (304), con riferimento alla Fig. 4, viene descritto dal sistema (400). Il sistema (400) è stato completamente progettato nella sua forma meccanica, e fa anch’esso parte dell’invenzione. Vengono riportate le quote, e il sistema sarà montato nelle immediate vicinanze della lampada e comunque dovrà essere collegato al microcontrollore tramite cavo su (401). Sulla parte superiore è montato un sensore di luminosità digitale (402) che comunica tramite protocollo I2C con il microcontrollore. Sempre sulla parte superiore è presente il sensore di presenza (403), su cui è possibile regolare la sensibilità tramite (404), che comunica tramite un segnale digitale che si porterà a livello logica alto in presenza di persone, e basso in assenza.

Una forma esemplificativa del dimmer igbt è mostrata in Fig. 5 dal sistema (500). Per prima cosa è presente l’ingresso (502) che proviene dalla rete elettrica (509) e che a sua volta va nel rilevatore di zero (505). Detto dispositivo è fondamentale per il sincronismo con la rete elettrica per rilevare lo zero della forma d’onda alternata e farlo rilevare al microcontrollore tramite (507) un segnale. La tensione di rete va in ingresso ad un transistor igbt (501), controllato da una circuiteria (504) che grazie al segnale proveniente dal microcontrollore (508) disaccoppiato dall’optoisolatore (505) per evitare danneggiamenti della parte logica, permette di regolare la corrente che fluisce verso la lampada (506) e regolarne la luminosità.

Il presente trovato permette dunque di creare un sistema per la regolazione della luminosità di qualsiasi lampada in base alla luce naturale presente nella stanza e alla presenza o meno delle persone tramite un sensore e di gestire il tutto in modo automatico. Questo sistema all’avanguardia oggetto dell’invenzione permetterà di risparmiare energia.

Claims (4)

1. “METODO ED APPARATO CONTROLLATO VIA POWER LINE PER LA DIMMERABILITÀ DI LAMPADE ANCHE NONDIMMERABILI” RIVENDICAZIONI 1) Apparato per la regolazione dell’intensità luminosa di ogni tipo di lampada composto da un sistema di controllo dove vengono collegati un sensore di presenza e luminosità ed una o più lampade da dimmerare. Il sistema di controllo basato su microprocessore a sua volta è collegato alla rete elettrica per poi comunicare tramite powerline ad un sistema di controllo generale. Ogni lampada avrà su di essa montato un sistema che comunica tramite powerline su rete elettrica con un sistema di controllo generale. L’apparato è composto da: - un microcontrollore che è adibito alla gestione e sincronizzazione di tutti i componenti presenti nell’oggetto dell’invenzione in grado di comunicare con il sistema di controllo generale tramite powerline utilizzando la rete elettrica. - Uno o più sensori di luminosità e presenza collegati al microcontrollore. Detto dispositivo comunica in modo digitale con il microcontrollore per dargli in tempo reale i valori di luminosità e l’eventuale assenza di persone nella stanza per spegnere le lampade presenti. - Un sistema“dimmer igbt” capace di regolare l’intensità della luce di tutte quelle lampade che incorporano sistemi di adattamento al dimming e quelle sprovviste di detto sistema. - Sistema di controllo “dali”, presente su lampade in grado di essere dimmerate tramite questo protocollo. - Sistema di controllo in DC con una tensione che varia da 0V a 10V, per quelle lampade che presentano una regolazione proporzionale all’ingresso analogico in tensione presente in quest’ultima. - Sensore di luminosità digitale che comunica tramite protocollo I2C con il microcontrollore. - Sensore di presenza, su cui è possibile regolare la sensibilità dal microcotrollore, che comunica tramite un segnale digitale che si porterà a livello logica alto in presenza di persone, e basso in assenza.
2. 2) Apparato, secondo la rivendicazione precedente, in cui è presente un sensore di zero della forma d’onda alternata e farlo rilevare al microcontrollore tramite un segnale.
3. 3) Apparato secondo la rivendicazione precedente in cui la tensione di rete va in ingresso ad un transistor igbt, controllato da una circuiteria standardche grazie al segnale proveniente dal microcontrollore disaccoppiato da un optoisolatore per evitare danneggiamenti della parte logica, permette di regolare la corrente che fluisce verso la lampada e regolarne la luminosità.
4. 4) Metodo per la regolazione della luminosità di qualsiasi lampada in base alla luce naturale presente nella stanza e alla presenza o meno delle persone.