WEBS LED-SOLAR WBLS 1 utcai világítás Akkumulátoros, napelemes táplálással I. Rövid ismertető, üzemmódok Műszaki leírás A készülék utcai közvilágításban kerül felhasználásra. A komplett eszköz az alábbi fő részegységekre bontható: 1. Fénytest, szilárdest fénykibocsátó eszközök (LED) 2. Vezérlő elektronika, amely a LED-ek tápellátását, fényerejük szabályozását végzi 3. Lámpatest, amely hordozza a Fénytestet és a Vezérlő elektronikát 4. Akkumulátor 5. Napelem Szigetüzemű napelemes tápellátás lévén saját fejlesztésű és gyártású lámpáink intelligens vezérlése a következő lényegi elemekre koncentrál: Nappali időszakban a lehető legtöbb elektromos energia kinyerése és hatékony tárolása a szolár akkumulátorban, melyet automata munkapont beállítással (MPPT) működő töltésszabályozással optimalizálunk. Éjszakai időszakban az eltárolt energia hatékony és ésszerűen takarékos felhasználása. Az akkumulátorfeszültség megfelelő átalakításával az éjszaka egyes szakaszaiban az igényekhez igazítjuk a szolgáltatott megvilágítást, a LED-es fénytest áramának finomszabályozásával. Vezérlő elektronikánk folyamatosan figyeli az akkumulátor feszültségét és egy előre definiált függvény felhasználásával kompenzálja a LED-ek aktuális maximális áramát (utóbbiról az üzemmódok ismertetése után lesz szó bővebben). A beépített termo-menedzsment pedig a fénytest túlmelegedését gátolja oly módon, hogy azt nem engedi 70 C fölé emelkedni, jelentősen hosszabbítva ezzel annak élettartamát. Elektronikánk szabadon használható bemenetei további különböző külső szenzorok jelének fogadását és kezelését teszik lehetővé, pl. passzív infra detektoros mozgásérzékelő, rádiós távvezérlő, pára/csapadékérzékelő, környezeti fényviszonyok érzékelése stb.
A kinyerhető napenergia évi szezonális hatásokat figyelembe véve az éjszakai fényintenzitás szabályzására a következő üzemmódok érhetők el: A) őszi/tavaszi üzem: Az éjszakát négy időbeli szakaszra osztjuk. Az egyes szakaszhosszak előre definiálhatók abszolút (órában) és relatív (az éjszaka teljes hosszához viszonyított) módon. Minden egyes szakaszhoz ugyancsak előre definiálható egy adott fényintenzitás érték a maximális fényerőhöz viszonyítva. Az alábbi táblázat egy példát szemléltet: szakasz fényerő (%) LED áram(ma) szakaszhossz 1 100 350 30% 2 70 245 30% 3 35 122 2óra 4 60 216 maradék A példában a LED-ek névleges árama 350mA. Az első szakaszban maximális fényerővel, a többi szakaszban csökkentett fényerővel működnek. A szakaszhossz az első két szakaszban relatív értelemben van megadva az éjszaka teljes hosszához viszonyítva, a harmadik szakaszban pedig abszolút értelemben. Tegyük fel, hogy az éjszaka hossza 10 óra: ekkor kb. 3 óra hosszú lesz az első és a második szakasz és 2 óra marad az utolsó szakaszra. A vezérlőegység ahhoz, hogy a százalékos szakaszhosszat értelmezni tudja, minden éjjel méri és rögzíti az aktuális éjszaka hosszát és ezt használja fel a következő napi éjhossz becsléséhez az alábbi egyszerű képlet segítségével: T 2 T T becsült tegnapi tegnapelőeti Tehát a becsült éjhossz az előző este mért éjhossz kétszeresének és az azelőtt mért éjhossznak különbsége. Ezt az értéket használja fel készülék a relatív értelemben megadott szakaszhossz abszolút értékre történő átszámolásához. 0,40 WEBS LED-SOLAR WBLS 1 áram Ifw [A] Tipikus éjszakai vezérlés töltött akkumulátor mellett 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 18:00 18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 21:00 21:30 22:00 22:30 23:00 23:30 0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 Az egyes szakaszok hossza és az intenzitás értékek tetszőlegesen beállíthatóak a felhasználói igények szerint
B) nyári üzem A LED-ek teljesen feltöltött akkumulátor esetén a névleges árammal vannak meghajtva. C) téli üzem A LED-ek teljesen feltöltött akkumulátor esetén a névleges áram 33%-ával vannak hajtva. Energiamenedzsment, azaz a LED-ek maximális fényerejének és az akkumulátor töltöttségének kapcsolata Az akkumulátorkapacitás illetve tárolt energia optimális kihasználása és a hosszabb idejű világítás érdekében a készülék folyamatosan figyeli az akkumulátor kapocsfeszültségét és kompenzálja az aktuális fényintenzitás-értéket. Ez a kompenzáció mind a három üzemmód esetén aktív, a kiszámítása az alábbi módon történik: a) ha U akku > 24V * : A = 1 * U b) ha 24V * > U akku > 21V * akku 21V : A Amin *(1 Amin ) * * 24V 21V c) ha 21V * > U akku : A = 0 Ahol U akku az akkumulátor kapocsfeszültsége, A a kompenzáció értéke, 0 és 1 közötti szám. A képletekből látható, hogy 24V * felett a kompenzáció 1, 24V * és 21V * között lineárisan csökken A min -ig, és 21V * alatt 0. A kompenzáció szorzótényező, az előre beállított LED áram értékeket módosítja. Ezzel a módszerrel egyben az akkumulátor mélykisülés-védelme is biztosított. * 12Vos rendszer esetében a megadott referenciafeszültségek fele érvényes. 120% Energiamenedzsment fényáram korrekció az akkumulátor töltöttségének függvényében 100% Fényáram korrekció A[%] 80% 60% 40% 20% 0% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Akkumulátor töltöttségi szint [%]
II. Blokkvázlat, működés A vezérlő elektronika egyszerűsített blokkvázlata: A vezérlő elektronika az alábbi részegységeket tartalmazza: a. bemeneti védelem: a készüléket védi túláram, bekapcsolási áramlökés, túlfeszültség és rövidzár ellen biztosíték, varisztor és NTC elemek felhasználásával, valamint a fénytest hűtőbordájára szerelt hőérzékelő a túlmelegedés ellen b. lineáris tápegység: a vezérlő elektronika tápellátását biztosítja, 14VDC és 3.3VDC feszültségeket állít elő. c. kapcsoló üzemű tápegység: a LED sor/mátrix tápellátását biztosítja, állandó áramú kimenettel rendelkezik. d. Mikrokontrolleres vezérlés: a fényintenzitás szabályozását végzi a rajta futó program segítségével. e. LED sor/mátrix: a vezérlő elektronika biztosítja számukra az állandó áramú táplálást és szabályzást. Fizikailag nem a vezérlő elektronika része, attól különáll.
Paraméterezés: A készülék USB-RS232 átalakító segítségével PC-re köthető (természetesen közvetlenül hagyományos soros porton keresztül is, de a korszerűbb számítógépeken ezt már nem használják) és egy Windows operációs rendszeren futó szoftver segítségével a működés bizonyos paramétereit a készülékből kiolvashatjuk, szerkeszthetjük, ill. a készülék memóriájába elmenthetjük. Az alábbi paraméterek módosíthatók: 1. Intenzitás értékek (őszi-tavaszi üzem): négy intenzitás érték az éj négy szakaszában 2. Szakaszhosszak (őszi-tavaszi üzem): három intervallum hossz százalékban, vagy abszolút értékben kifejezve (külön-külön definiálható) 3. A min : a fényintenzitás-kompenzáció minimális értéke 4. Intenzitás változás ideje: az intenzitás 8 bit felbontású, tehát 256 különböző értéket vehet fel. Ez a paraméter azt határozza meg, hogy az intenzitás érték 1-gyel való növekedése vagy csökkenése mennyi idő alatt következzen be. 5. hőmérséklet küszöb: azt a hőmérsékletet határozza meg, ami felett a készülék elkezdi csökkenteni a LED-ek áramát. 6. maximális LED áram korrekció a hőmérséklet függvényében: azt az értéket határozza meg, hogy a készülék maximálisan a névleges áram hány százalékára csökkentheti le a LED áramot a hőmérséklet csökkentésének érdekében. Termomenedzsment a hőmérsékleti küszöbérték túllépése esetén LED Áram [ma] 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0:00 0:10 0:20 0:30 idő [perc] a bekapcsolás után LED fénytest hűtőborda hőmérséklet [ C] éjszakai alakulása MultiLED Progressive EE-2442-100DC (24W) típusnál 80 70 60 C 50 40 30 20 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00