SISTEMA INALAMBRICO Y PROCEDIMIENTO PARA EL AHORRO ENERGETICO EN ALUMBRADO.

El objeto de la patente es un sistema para el ahorro energético en alumbrado basado en microcontroladores,

en el cuál se transmite la información entre dispositivos de manera inalámbrica, la comunicación sin cables aporta muchas ventajas con respecto a sistemas cableados: evitar problemas de cableado, ahorro económico, etc.

El sistema propuesto forma redes de comunicación inalámbrica entre sus tres partes fundamentales cuyo funcionamiento voy a explicar brevemente.

Se tiene una parte que el sistema sensor que tiene un sensor de luz solar que es el que nos da la información de luz de sol, instalado en la fachada del edificio, esta información se a envía el sistema sensor al sistema actuador cuya parte principal es el balastro regulable electrónicamente que regula la potencia en el alumbrado. Como última parte del sistema, se tiene un sistema de control que modifica parámetros de funcionamiento del sistema sensor y del sistema actuador.

Sistema inalámbrico y procedimiento para el ahorro energético en alumbrado.

SECTOR DE lA TÉCNICA.

La invención se encuadra en el área de la tecnología electrónica y las telecomunicaciones. Es aplicable en todos los sectores en los que se utilicen luminarias como medio de iluminación, estos sectores pueden ser: Sector industrial,

ESTADO DE lA TÉCNICA.

A continuación voy a citar algunos de los sistemas más actuales para el control de la iluminación.

Hoy en día uno de los sistemas más modernos de comunicación que hay es el protocolo DALI.

El protocolo DALI (Digital Addressable Lighting Interface) es un protocolo de control de alumbrado diseñado para controlar de manera digital balastros electrónicos que alimentan a luminarias.

La norma que hace referencia a este protocolo es la DIN lEC 60929, es la que regula la comunicación digital entre balastros gracias a los dispositivos electrónicos.

Sobre este tipo de protocolo de comunicaciones para el control de iluminación están trabajando muchas empresas, algunas de ellas muestran información sobre proyectos que han llevado a cabo o suministran información, en estos enlaces que haya continuación Philips y Siteco muestran como han implementado y adaptado el protocolo DALI a sus proyectos.

http://www.microbyte.cl/elec/expo/2007iluminacion/philips. pdf

http://www.siteco.com.es/uploads/tx usersitecodownloads/17 -kapitel15 es.pdf

Las principales características del sistema DALI son las siguientes:

Velocidad de transmisión de los datos 1200 Baudios.

La ventaja del sistema objeto de la patente con respecto a la velocidad de transmisión del sistema DALI es que la velocidad del protocolo con el que se trabaja a una velocidad configurable dentro del intervalo de 1200 a 115200 bps, con valores de 1200 bits/s, 2400 bits/s, 4800 bits/s, 9600 bits/s, 19.2 Kbits/s, 38.4 Kbits/s, 57.6 Kbits/s,

115.2 Kbits/s, en cambio en el protocolo DALI se trabaja con 1200 Baudios.

Línea de control de 2 hilos.

En el sistema objeto de la patente el control es inalámbrico, los problemas más comunes que aparecen en un sistema cableado son: rotura de cable, complejidad en la instalación de estos sistemas ya que el cable recorre todo el alumbrado, también hay que tener en cuenta que el coste derivado de la instalación de un sistema cableado es mucho mayor al de una instalación de un sistema inalámbrico.

Red cableada.

El protocolo DALI obliga a tener un cable que recorre todos los fluorescentes que van a estar controlados y esto suele acarrear problemas, ya que en redes cableadas el cable podría romperse, hay que considerar también que la instalación de estos sistemas es más compleja, puesto que el cable va a recorrer los fluorescentes que tienen que ser controlados con independencia de dónde estén, la ventaja en mi sistema es que al ser inalámbrico se evitan todos esos problemas. Otro factor añadido es el precio del cable, ya que en el protocolo DALI al utilizar una red cableada se encarece bastante la instalación, el sistema propuesto al ser inalámbrico evita los costes asociados a la instalación del cableado.

Máximo de 64 equipos por línea.

En cambio en el sistema propuesto objeto de la patente, el número de fluorescentes a controlar es prácticamente ilimitado, ya que se dispone de:

Identificadores de redes distintas-7 65535

Canales distintos de transmisión-7 16

Lo que ofrece: 65535x16= 1.048.560 redes distintas de sensores que pueden tener múltiples actuadores asociados, luego el número de fluorescentes a controlar es prácticamente ilimitado.

Hasta 16 grupos de luces con hasta 16 escenas de iluminación predefinidas.

La ventaja del sistema propuesto en este punto es que no trabaja con un número limitado de escenas de luz (las cuáles funcionan con la presencia de una persona) , sino que utiliza la luz del sol para controlar el nivel de potencia con el que tienen que alumbrar los fluorescentes.

Se cuantifica la cantidad de luz solar que está incidiendo en el sensor de luz solar y dependiendo de este valor se actúa en consecuencia sobre los fluorescentes de manera individualizada, es decir, cada fluorescente es único.

En el sistema que se está describiendo y objeto de la invención no se apagan y encienden los fluorescentes dependiendo de un umbralo límite de luz (si hay luz los fluorescentes están apagados y si no la hay los fluorescentes están encendidos) , lo que se regula es el nivel de luz con el que los fluorescentes van a lucir, pudiendo ser este del (1 %... 100%) de luz, es decir, del (1 %... 1 00%) de potencia.

El protocolo DALI es un protocolo cableado, pero actualmente hay protocolos de comunicaciones para control de luminarias que son inalámbricos.

Existe un protocolo inalámbrico para el control de luces para las comunicaciones sin cable.

Este sistema consiste en un control inalámbrico de luces gracias a escenas de luz predeterminadas que han sido grabadas previamente y que se activarán o no dependiendo de la presencia o no de personas en un espacio.

Este sistema no realiza un control de la luz dependiendo de la luz solar, sino que se programan las escenas de luz que queramos con independencia de la luz del sol y se activarán con la detección de personas.

En este documento no se habla ni del número de dispositivos que se pueden controlar, ni de las distancias de control. El enlace dónde se encuentra el documento es el siguiente:

http://www.broken-mind.com/iluminacion-inalambrica.php

Las ventajas del sistema propuesto objeto de patente con respecto a este sistema son las siguientes:

Número prácticamente ilimitado de fluorescentes a controlar, ya que se disponen de:

Identificadores de redes distintas7 65535

Canales distintos de transmisión7 16

Lo que ofrecen: 65535x16= 1.048.560 redes distintas de sensores que pueden tener múltiples actuadores asociados, luego el número de fluorescentes a controlar es prácticamente ilimitado.

-No trabaja con un número limitado de escenas de luz que funcionan con la presencia de una persona, sino que utiliza la luz del sol para controlar el nivel de potencia con el que tienen que alumbrar los fluorescentes.

Existe otro sistema parecido al anterior, también inalámbrico, en el que se da más información, el microcontrolador y el emisor/receptor de datos son del fabricante Motorola.

El enlace dónde se encuentra el documento es el siguiente:

http://ddd.uab.catlpub/trerecpro/2007/hdl 2072 5388/PFCVazquezBrazo.pdf

Según el documento del enlace anterior, este sistema tiene una distancia de envío/recepción de datos de manera inalámbrica de 10 metros aproximadamente, y también juega con escenas de luz previamente grabadas, en cuanto al sistema objeto de la patente tiene comunicación inalámbrica, dicha comunicación se puede realizar abarcando zonas muy amplias en interiores (aproximadamente 100 metros de radio en interiores y 1500 metros en exteriores más que suficiente para cualquier tipo de edificio) , ya que se dispone de gran potencia en la transmisión, potencia que se puede controlar, y además emitiendo y recibiendo en bandas de frecuencias libres, inmunes al ruido que dan garantías ante interferencias.

En el sistema de control de luces del enlace se describe un sistema en el que se podrían acoplar al sistema sensores de luz que estarían en el interior del edificio, en cambio el sistema que se propone los sensores de luz solar (que tienen un tamaño reducido) van a estar colocados en la fachada del edificio, de esta manera se evitan problemas que surgen cuando éstos se instalan en el interior. Algunos de estos problemas son:

-captación de luz en zonas oscuras que se crean por las sombras que puedan crear muebles de oficina, máquinas, obstáculos de cualquier tipo, etc.

reflexiones de la luz debida a la capacidad que tienen algunas superficies que por su estructura o revestimientos, reflejan la luz hacia el sensor, sin que importe el ángulo de incidencia original, no mostrando realmente el nivel de luz solar que hay en esa zona.

problemas que surgen cuando la luz del fluorescente alumbra al propio sensor de luz solar que suele estar instalado próximo al fluorescente que tiene que controlar. De esta manera puede haber una retroalimentación del fluorescente con el sensor de luz que controla al propio fluorescente.

En lo que se refiere a patentes, existen algunos sistemas de control de iluminación patentados, son los siguientes:

Referencia Título

ES 2.113.120...

1. Sistema inalámbrico para el ahorro energético en alumbrado, que utiliza sensores de luminosidad en las fachadas de los edificios, naves u otras construcciones caracterizado porque el sistema comprende tres partes claramente diferenciadas: en primer lugar, subsistema sensor compuesto por uno o varios dispositivos sensores 1.1, en segundo lugar el subsistema actuador compuesto por uno o varios dispositivos actuadores 2.2 y por último el dispositivo de control 3.3.

1. En el subsistema sensor en cada uno de los dispositivos sensores (1.1) , hay un sensor de luz solar (1.a) que está situado en la fachada del edificio y que recibe la intensidad de luz solar en un instante. Este sensor va a cambiar sus propiedades físicas internas dando una información al microcontrolador (1.b) . El microcontrolador

(1.b) va a tener un programa grabado en su interior. Una vez utilizada la información, el microcontrolador (1.b) , va a enviar la información correspondiente al emisor/receptor de radiofrecuencia (1.c) . Por otra parte el microcontrolador (1.b) tiene conectada una memoria (1.d) , que va a servir para grabar los parámetros de configuración que provienen del dispositivo de control (3.3) . El emisor/receptor de radiofrecuencia (1.c) enviará la información recibida del microcontrolador (1. b) , a los receptores de radiofrecuencia (2.c) de todos los dispositivos actuadores (2.2) , que están asociados a ese dispositivo sensor (1.1) . El dispositivo sensor (1.1) está alimentado gracias a la fuente de alimentación (1.e) .

11. En el subsistema actuador en cada dispositivo actuador (2.2) , la información es transmitida por el emisor/receptor de radiofrecuencia (1.c) y es recibida por el receptor de radiofrecuencia (2.c) . La información que recibe el receptor de radiofrecuencia (2.c) , se la envía al microcontrolador (2.b) , que la procesa, y dependiendo de esta información, el microcontrolador (2.b) controlará con más o menos potencia el balastro electrónico regulable electrónicamente (2.g) , que a su vez controla el alumbrado (2.h) .

Por otra parte el microcontrolador (2.b) del dispositivo actuador (2.2) tiene conectada una memoria (2.d) , que va a servir para grabar los parámetros de configuración que provienen del dispositivo de control (3.3) .

El dispositivo actuador (2.2) está alimentado gracias a la fuente de alimentación (2.e) , y la tensión de la red eléctrica (2.f) alimenta al balastro electrónico (2.g) .

111. Por último tenemos el dispositivo de control (3.3) , que a su vez está compuesto por el ordenador (3.a) que controla los parámetros de funcionamiento del sistema, de tal manera que la información de control sale del ordenador (3.a) y la recibe el emisor de radiofrecuencia (3.b) , esta información la envía al dispositivo emisor/receptor de radiofrecuencia (1.c) del dispositivo sensor (1.1) Y al dispositivo receptor de radiofrecuencia (2.c) del dispositivo actuador (2.2) , el dispositivo emisor/receptor de radiofrecuencia (1.c) y el dispositivo receptor de radiofrecuencia (2.c) se lo transmiten a sus respectivos microcontroladores (1.b) y (2.b) los cuales graban la información de configuración en sus respectivas memorias (1.d) y (2.d) .

2. Sistema inalámbrico para el ahorro energético en alumbrado, según reivindicación 1 caracterizado porque mediante el sensor de presencia (2.a) que está conectado al microcontrolador (2.b) del dispositivo actuador (2.2) se controla la ausencia o presencia de personas en una zona de trabajo y se actúa en el alumbrado en consecuencia.

3. Sistema inalámbrico para el ahorro energético en alumbrado, según reivindicación 1 caracterizado porque los emisores/receptores de radiofrecuencia (1.c) y receptores de radiofrecuencia (2.c) , trabajan a altas frecuencias en el rango de los GHz.

4. Sistema inalámbrico para el ahorro energético en alumbrado, según reivindicación 1 caracterizado porque los emisores/receptores de radiofrecuencia (1.c) y los receptores de radiofrecuencia (2.c) trabajan formando redes de transmisión, hasta 1.048.560 redes distintas de dispositivos sensores (1.1) que tienen uno o varios dispositivos actuadores (2.2) asociados, y en las cuáles se transmiten datos inalámbricamente a una velocidad configurable dentro del intervalo de 1200 a 115200 bps, con valores de 1200 bits/s, 2400 bits/s, 4800 bits/s, 9600 bits/s, 19.2 Kbits/s, 38.4 Kbits/s, 57.6 Kbits/s, 115.2 Kbits/s, a unas distancias de 100 m en interiores y 1500 m en exteriores.

5. Sistema inalámbrico para el ahorro energético en alumbrado, según reivindicación 1 caracterizado porque el ordenador (3.a) del dispositivo de control (3.3) configura en el dispositivo sensor (1.1) el tiempo que ha de estar constante un nivel de

luz solar incidiendo en un sensor de luz (1.a) para que el nuevo nivel de luz solar afecte en la potencia con la que luce el alumbrado (2.h) , y el modo de ahorro energético con el que van a trabajar los grupos de alumbrado G 1, G2, ... G7* Y configura en el dispositivo actuador (2.2) la distancia que hay del dispositivo sensor

(1.1) a dicho dispositivo actuador (2.2) asociado a él y por otro lado, configura el tiempo que tiene que pasar en una zona de trabajo en la que no hay personas, para que el alumbrado (2.h) se ponga al mínimo de potencia.

6. Procedimiento para el ahorro energético en alumbrado utilizando el sistema de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado porque consta de las siguientes etapas:

1. La luz del sol llega al dispositivo sensor.

2. El dispositivo sensor cuantifica y procesa el nivel de luz de sol y teniendo en cuenta los parámetros de configuración de este dispositivo como el porcentaje de ahorro de energía que se va a establecer para cada zona de trabajo y el tiempo que tiene que estar el nivel de luz de sol constante para que se vea reflejado en las luminarias, manda información inalámbricamente a los dispositivos actuadores que están asociados a él.

3. El dispositivo actuador recibe la información del dispositivo sensor y tiene en cuenta los parámetros de configuración del dispositivo actuador como son el tiempo en el que una zona de trabajo tiene que estar sin presencia de personas para que se apaguen las luces y la distancia del dispositivo actuador asociado a un grupo de fluorescentes a las ventanas.

4. Toda esta información se aplica a que el alumbrado luzca más o menos dependiendo del nivel de luz solar que haya y de los parámetros de configuración citados tanto en el dispositivo sensor como en el dispositivo actuador.

5. La configuración de estos parámetros de trabajo se hará inalámbricamente, mediante un ordenador y un emisor de radiofrecuencia, cuando se quiera configurar alguno de estos parámetros, se pondrá un modo de control en el sistema, se realizarán los ajustes o cambios, y luego volveremos a pasar a un modo automático, en el que el sistema trabaja automáticamente y sin necesitar el sistema de control. Es decir, el sistema de control sirve única y exclusivamente para configurar algún parámetro del modo de trabajo del sistema, una vez configurado no necesitamos el sistema de control, ya que todo el sistema trabaja autónomamente.

7. Programa del microcontrolador (1.b) que comprende el código del dispositivo sensor caracterizado porque ejecuta el procedimiento descrito en la reivindicación 6 etapa 2.

8. Programa del microcontrolador (2.b) que comprende el código del dispositivo

actuador caracterizado porque ejecuta el procedimiento descrito en la reivindicación 6 etapa 3.

9. Programa de ordenador del dispositivo de control (3.3) que comprende el código para configurar los parámetros de trabajo del dispositivo sensor y del dispositivo actuador explicados en la reivindicación 6 etapas 2 y 3, Y lo hace de la manera explicada en la reivindicación 6 etapa 5.

3.3

Figura 1

1.1.~Ql) , ., .~ (!3l)

2.2•• ( (;l) 2.}¡l)

Figura 2

Figura 3