本發(fā)明涉及一種基于風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)的室內(nèi)照明系統(tǒng)，即一種包含微網(wǎng)的室內(nèi)燈光照明系統(tǒng)，特別涉及一種用于智能小區(qū)的風(fēng)光互補(bǔ)微網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，近年來(lái)各國(guó)家已將新能源的開(kāi)發(fā)利用提高到了一個(gè)新的戰(zhàn)略高度。在科研人員的不斷努力下，新能源技術(shù)特別是風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)了尋常的城市生活中。我國(guó)風(fēng)力資源豐富、光照條件充足，在大多數(shù)地區(qū)均能滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板的使用要求。微網(wǎng)是一種可融合多種微電源的小型電網(wǎng)，并可接入電網(wǎng)主網(wǎng)使用，其作為新能源領(lǐng)域中的新分支，現(xiàn)已在諸多領(lǐng)域已獲得廣闊的應(yīng)用前景。

日前，以風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電為主的新型智能微網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。特別是在民用微網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中，越來(lái)越多的并網(wǎng)型甚至是孤島型微網(wǎng)已經(jīng)投入使用。但這種利用方式仍然處于淺層次、低效率的實(shí)踐階段，更高層次的利用方式和利用策略仍然有待科研人員的進(jìn)一步探究和摸索。

事實(shí)上，在近些年的發(fā)展歷程中，特別是隨著智能小區(qū)、智能家居的普及，微網(wǎng)技術(shù)又被賦予了新的內(nèi)涵。相對(duì)于通常意義上的小區(qū)，智能小區(qū)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)能源的最大利用，更能夠通過(guò)相關(guān)的科技方法和手段獲得更為智能的創(chuàng)造性的應(yīng)用方式。這些方式不僅減少了人力成本，更美化了小區(qū)，方便了居民的日常生活。

在綜合智能小區(qū)和微網(wǎng)技術(shù)的過(guò)程中，人們將新能源融合到了智能小區(qū)的建設(shè)布局當(dāng)中，特別是風(fēng)能和太陽(yáng)能的收集利用更為智能小區(qū)的發(fā)展提供了更多的可能性。近年來(lái)人們致力于基于風(fēng)光互補(bǔ)本身的微網(wǎng)開(kāi)發(fā)和改進(jìn)，或通過(guò)簡(jiǎn)單的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)路燈或廣告牌，而對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)的附加價(jià)值特別是針對(duì)跨學(xué)科開(kāi)發(fā)的案例較少。

照明設(shè)計(jì)是室內(nèi)設(shè)計(jì)中的重要學(xué)科領(lǐng)域，它涉及到室內(nèi)照明系統(tǒng)的方方面面，是建筑美學(xué)的重要組成部分。傳統(tǒng)的室內(nèi)照明系統(tǒng)常常采用單一照度或單一色溫的照明方式，即使采用了可調(diào)光源，融入智能系統(tǒng)的室內(nèi)照明系統(tǒng)也并不常見(jiàn)。在科研人員的努力下，也出現(xiàn)了很多智能家居、智能照明方案，諸如采用傳感器監(jiān)測(cè)控制室內(nèi)燈光的方法，但這種設(shè)計(jì)方案常常出現(xiàn)與實(shí)際情景相違背的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服以上的不足，提供一種基于風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)的室內(nèi)照明系統(tǒng)，其能量的來(lái)源為風(fēng)能和太陽(yáng)能，在這兩種能源供給不足的情況下可由電網(wǎng)主網(wǎng)提供能量；同時(shí)，本發(fā)明可根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板的功率情況提取天氣參數(shù)，結(jié)合室內(nèi)傳感器和控制器改變室內(nèi)的照明方案。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種基于風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)的室內(nèi)照明系統(tǒng)，包括垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池板、三相整流器、DC/DC變換器、DC/AC逆變器、蓄電池、MPPT控制器、并網(wǎng)接口控制裝置、室內(nèi)的控制器和傳感器、室內(nèi)可調(diào)色光源、5V USB接口、控制開(kāi)關(guān)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)與三相整流器和MPPT控制器相連，并通過(guò)DC／DC變換器連接到直流母線；太陽(yáng)能電池板直接連接到DC/DC變換器和MPPT控制器，并連接直流母線；直流母線通過(guò)DC／AC逆變器變換后連接到交流母線，為負(fù)載光源供電；同時(shí)直流母線中的電能又經(jīng)過(guò)控制開(kāi)關(guān)送至5V USB接口，為室內(nèi)燈具供電；室內(nèi)的控制器和傳感器獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，控制光源的照度和色溫。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：其能量輸入形式為風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電，在能量輸入不足的情況下通過(guò)電網(wǎng)主網(wǎng)補(bǔ)充能量；其能量輸出形式為市售交流電和5V直流電，分別為普通燈具和專用臺(tái)燈、閱讀燈供電。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于： MPPT控制器為一種基于風(fēng)光互補(bǔ)特性的DSP2812的32位高性能處理器，并結(jié)合了室內(nèi)的控制器和傳感器構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)中的燈光控制系統(tǒng)，主要調(diào)節(jié)光線的照度和色相，MPPT控制器運(yùn)行一種參數(shù)，這種參數(shù)為一種基于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電比例的組合參數(shù)，MPPT控制器結(jié)合由室內(nèi)的控制器和傳感器所獲得的室內(nèi)光照數(shù)據(jù)，獲得室內(nèi)照度和色相數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：當(dāng)太陽(yáng)能電池板功率較小或近似為零時(shí)可認(rèn)為室外光照條件弱，可通過(guò)調(diào)節(jié)光源亮度補(bǔ)充室內(nèi)光線；當(dāng)太陽(yáng)能電池板功率較大時(shí)可認(rèn)為室內(nèi)光照條件較強(qiáng)，可通過(guò)調(diào)節(jié)光源亮度減弱室內(nèi)光照強(qiáng)度；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于大功率狀態(tài)時(shí)可認(rèn)為室外為陰雨天氣，此時(shí)可控制室內(nèi)光源為暖色光；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板同時(shí)處于大功率狀態(tài)時(shí)可控制室內(nèi)射燈亮度。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：支持微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行模式，即使在風(fēng)光條件都很差的條件下仍然可以視為一種室內(nèi)光源的信號(hào)，并可通過(guò)電網(wǎng)中的電力為室內(nèi)光源供電。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：可以從本地區(qū)不同分布式電源獲得電力，在分布式能源儲(chǔ)存電量不足的情況下還可以從電網(wǎng)主網(wǎng)獲得電量，此方法為電網(wǎng)中的電量利用、分布式電源中的蓄電池電量?jī)?chǔ)存提供不同的可能性，為電力資源調(diào)度提供靈活度。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：系統(tǒng)還設(shè)計(jì)有一個(gè)用于控制室內(nèi)光源通斷的總開(kāi)關(guān)，所述總開(kāi)關(guān)確保在無(wú)人使用室內(nèi)燈具時(shí)室內(nèi)光源處于關(guān)閉狀態(tài)，與此同時(shí)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板仍然處于工作狀態(tài)，為微網(wǎng)內(nèi)的蓄電池供電。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、將新能源技術(shù)與室內(nèi)照明設(shè)計(jì)有機(jī)相連，為新能源技術(shù)特別是以風(fēng)光互補(bǔ)為基礎(chǔ)的微網(wǎng)技術(shù)提供了新的應(yīng)用思路；

2、為智能小區(qū)照明系統(tǒng)提供了一種切實(shí)可行的解決方案，可根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖鉅顩r實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，獲得更好的照明系統(tǒng)參數(shù)值；

3、采用新能源的方式為小區(qū)供電，特別地采用風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的組合發(fā)電方式，提高了微網(wǎng)內(nèi)分布式電源的可靠性與安全性，克服單一微電源供電的間歇性問(wèn)題；

4、采用DSP2812作為控制器，提高了跟蹤精度和速度，并且直接對(duì)其功能進(jìn)行附加，節(jié)約了設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)成本；

5、本發(fā)明通過(guò)外界特別是新能源裝置提供照度及色溫信息，形成個(gè)性的照明方案。

附圖說(shuō)明：

圖1是本發(fā)明的模塊圖；

圖中標(biāo)號(hào)：1-垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)、2-太陽(yáng)能電池板、3-三相整流器、4- DC/DC變換器4、5- DC/AC逆變器、6-蓄電池、7- MPPT控制器、8-直流母線、9-交流母線、10-控制開(kāi)關(guān)、11-5V USB接口、12-控制器和傳感器、13-220v室內(nèi)輸出。

具體實(shí)施方式：

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它實(shí)施方式中示出的元素和特征相結(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，說(shuō)明中省略了與本發(fā)明無(wú)關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1示出了本發(fā)明一種基于風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)的室內(nèi)照明系統(tǒng)的一種實(shí)施方式，從宏觀上看可以認(rèn)為由電力產(chǎn)生環(huán)節(jié)、電能變換環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)和照明環(huán)節(jié)組成，在有電網(wǎng)主網(wǎng)參與的前提下，還存在并網(wǎng)環(huán)節(jié)；從微觀上看，該系統(tǒng)可認(rèn)為由垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)1、太陽(yáng)能電池板2、三相整流器3、DC/DC變換器4、DC/AC逆變器5、蓄電池6、MPPT控制器7、并網(wǎng)接口控制裝置、室內(nèi)的控制器和傳感器12、室內(nèi)可調(diào)色光源、5V USB接口11、控制開(kāi)關(guān)10等設(shè)備組成。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板置于屋頂，可最大限度地獲得風(fēng)能和太陽(yáng)能；垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)與三相整流器和DC／DC變換器連接到直流母線8側(cè)，再經(jīng)過(guò)蓄電池并將多余電力通過(guò)DC／AC逆變器轉(zhuǎn)化成交流電輸送至電網(wǎng)主網(wǎng)，供負(fù)載用電；太陽(yáng)能電池板與DC／DC變換器直接相連供直流負(fù)載使用，蓄電池存儲(chǔ)多余的電力再經(jīng)過(guò)DC／AC逆變器連接到電網(wǎng)主網(wǎng)，為交流負(fù)載供電。

本發(fā)明采用基于風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)的微網(wǎng)系統(tǒng)作為能源主要的供給單元：利用小區(qū)內(nèi)能夠收集獲得的太陽(yáng)能和風(fēng)能作為電網(wǎng)中光源的部分能量來(lái)源。對(duì)于現(xiàn)代智能小區(qū)來(lái)說(shuō)，通常屋頂具有足夠的可施工面積。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可適用于高樓林立、風(fēng)場(chǎng)條件較為苛刻的場(chǎng)合，而太陽(yáng)能電池板可在能夠被陽(yáng)光能夠照射到的地方使用，這兩者在能源的供給上具有一定的互補(bǔ)性；與此同時(shí)，這兩者的最大功率值可作為一種建設(shè)地氣象條件判斷的依據(jù)，從而獲得一種室內(nèi)燈具照度和色相的參考值；風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電，經(jīng)過(guò)三相整流器和DC／DC變換器對(duì)所獲得的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，再送至直流母線；太陽(yáng)能電池板將產(chǎn)生的電能直接通過(guò)DC／DC變換器送至直流母線；同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤和數(shù)據(jù)采集，采用DSP2812的32位控制器；將部分電量存至蓄電池，若蓄電池飽和則通過(guò)DC／AC逆變器，將直流電轉(zhuǎn)化為交流電：當(dāng)蓄電池的能量能夠確保負(fù)載內(nèi)供電時(shí)，可將多余的電力繼續(xù)儲(chǔ)存，超出蓄電池電量存儲(chǔ)最大限額時(shí)，將多余的電力送至電網(wǎng)主網(wǎng)；當(dāng)蓄電池儲(chǔ)存的電力不足時(shí)，可從電網(wǎng)主網(wǎng)為電路中的負(fù)載供電，以確保負(fù)載的正常工作使用。風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板使用DSP2812作為MPPT控制器，該控制器所采集的數(shù)據(jù)作為室內(nèi)照明設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。同時(shí)該控制器還具備電壓電流采集模塊、PWM驅(qū)動(dòng)模塊等。在室內(nèi)安裝相關(guān)的傳感器及相應(yīng)的控制器，結(jié)合MPPT控制器獲得的實(shí)時(shí)天氣數(shù)據(jù)，為室內(nèi)用戶提供照度和色溫參數(shù)。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電最大功率參數(shù)，這兩種發(fā)電方式具有極強(qiáng)的互補(bǔ)性，因此該參數(shù)可結(jié)合風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的最大功率情況大致判斷該地區(qū)的天氣狀況，結(jié)合室內(nèi)傳感器，確定室內(nèi)照明設(shè)計(jì)方案。方案中，按照常見(jiàn)的筒燈、吸頂燈、吊燈、壁燈、立燈進(jìn)行分類分別設(shè)計(jì)，并且根據(jù)室內(nèi)環(huán)境及場(chǎng)景的變化選擇合適的照明色。事實(shí)上，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板的最大功率數(shù)據(jù)可以獲得一個(gè)二維函數(shù)。一般認(rèn)為，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于大功率狀態(tài)、太陽(yáng)能電池板也處于大功率狀態(tài)時(shí)，可以使用偏暗的暖色光；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于大功率狀態(tài)、太陽(yáng)能電池板處于小功率狀態(tài)時(shí)，可以使用偏亮的暖色光；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于小功率狀態(tài)、太陽(yáng)能電池板處于大功率狀態(tài)時(shí)，可以使用偏暗的冷色光；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于小功率狀態(tài)，太陽(yáng)能電池板處于小功率狀態(tài)時(shí)，可以使用偏亮的冷色光。同時(shí)，對(duì)于不同用戶在不同場(chǎng)景下的需求，應(yīng)有不同的定制。

本發(fā)明對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)，嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)設(shè)計(jì)和燈光設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，結(jié)合MPPT控制器、室內(nèi)傳感器所獲得的參數(shù)，利用室內(nèi)控制器對(duì)燈光的照度和色溫進(jìn)行控制?？蛷d常使用吊燈、筒燈、射燈和臺(tái)燈，亮度可根據(jù)具體的光線照射范圍在50lx至200lx之間調(diào)光；飯廳常使用筒燈、吊燈和壁燈，通常需要將全體亮度穩(wěn)持在50lx左右，需要突出的物體將亮度維持在300lx左右；廚房一般安裝吸頂燈、筒燈和熒光燈，在操作臺(tái)處應(yīng)安裝白色燈，通常需要將整體亮度控制在100lx左右，而操作臺(tái)的亮度控制在300lx左右；對(duì)于臥室而言，一般安裝筒燈、讀書燈和熒光燈，應(yīng)使用低照度、低色溫的光源；對(duì)于書房或兒童房，常安裝吸頂燈、筒燈或臺(tái)燈，整體亮度應(yīng)控制在100lx左右，而用于閱讀的臺(tái)燈應(yīng)將亮度控制在750lx左右，地面亮度則控制在100lx至200lx；衣柜和儲(chǔ)物間常使用熒光燈、LED燈和吸頂燈，整體亮度控制在30lx左右；衛(wèi)生間、洗漱室和浴室安裝壁燈、吊燈和筒燈，將亮度控制在75lx左右；走廊或樓梯安裝腳邊燈、壁燈、吊燈或筒燈，亮度在白天可控制在50lx左右，而夜間則需要控制在10lx左右；此外，對(duì)于甲板式平臺(tái)或露臺(tái)，通常使用壁燈、射燈或筒燈，選用暖色光源。

本發(fā)明針對(duì)部分低頻閃燈具設(shè)計(jì)了5V USB接口直流電源提供電力。對(duì)于某些可移動(dòng)燈具，常常使用USB數(shù)據(jù)線和電源適配器相結(jié)合的供電方式，本專利可省去電源適配器環(huán)節(jié)，方便可移動(dòng)式燈具的使用；

本發(fā)明還充分考慮到了隨季節(jié)更替風(fēng)力和光能資源可能出現(xiàn)的變化情況。在具體設(shè)計(jì)方案實(shí)施之前應(yīng)充分了解該地區(qū)的月平均溫度、陽(yáng)光輻射角度、安裝高度的平均風(fēng)力等信息，設(shè)計(jì)合理的本地參數(shù)值，設(shè)計(jì)出適合本地氣象條件的照明方案。

設(shè)計(jì)控制開(kāi)關(guān)環(huán)節(jié)，在業(yè)主不需要使用室內(nèi)光源時(shí)，可及時(shí)切斷電源，節(jié)約垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電力。

最終的設(shè)計(jì)效果應(yīng)結(jié)合本地的氣象情況、MPPT控制器測(cè)試得到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、室內(nèi)傳感器測(cè)得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、戶主的實(shí)際需要綜合得出。根據(jù)室內(nèi)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，室內(nèi)燈具大致可分為筒燈、吸頂燈、吊燈、壁燈、立燈；根據(jù)使用環(huán)境又可分為門廊、樓梯、客廳、臥室、餐廳、廚房、收納室、書房、浴室等。這些需要根據(jù)實(shí)際情況分別設(shè)計(jì)。

本發(fā)明還涉及并網(wǎng)接口。在基于風(fēng)光互補(bǔ)的微網(wǎng)系統(tǒng)不能滿足用戶供電的情形下也可以從電網(wǎng)主網(wǎng)獲得的電力，同時(shí)，較低的功率也將在室內(nèi)照明系統(tǒng)的控制中得到相應(yīng)體現(xiàn)。在防火門或出入口處設(shè)計(jì)一個(gè)室內(nèi)燈光的總開(kāi)關(guān)，此總開(kāi)關(guān)僅控制室內(nèi)光源的開(kāi)關(guān)，并不控制整個(gè)系統(tǒng)中其他部分的通斷，即在不使用室內(nèi)光源時(shí)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板可僅為蓄電池供電、儲(chǔ)能供需要時(shí)使用。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：雖然以上已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變、替代和變換。而且，本發(fā)明的范圍不僅限于說(shuō)明書所描述的過(guò)程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實(shí)施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員從本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以使用執(zhí)行與在此所述的相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來(lái)要被開(kāi)發(fā)的過(guò)程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過(guò)程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。