Sistema de control de iluminación

Un sistema de control de iluminación incorpora la comunicación entre varias entradas y salidas del sistema relacionadas con el control de la iluminación mediante el uso de uno o más dispositivos informáticos centrales. Los sistemas de control de iluminación se utilizan ampliamente tanto en la iluminación interior como exterior de espacios comerciales, industriales y residenciales. A los sistemas de control de iluminación a veces se los denomina con el término iluminación inteligente. Los sistemas de control de iluminación sirven para proporcionar la cantidad adecuada de luz donde y cuando se necesita.

Los sistemas de control de iluminación se emplean para maximizar el ahorro de energía del sistema de iluminación, cumplir con los códigos de construcción o cumplir con los programas de construcción ecológica y de conservación de energía. Los sistemas de control de iluminación pueden incluir una tecnología de iluminación diseñada para la eficiencia energética, la comodidad y la seguridad. Esto puede incluir accesorios de alta eficiencia y controles automatizados que realizan ajustes en función de condiciones como la ocupación o la disponibilidad de luz natural. La iluminación es la aplicación deliberada de luz para lograr algún efecto estético o práctico (por ejemplo, la iluminación de una brecha de seguridad). Incluye iluminación de trabajo, iluminación de acento e iluminación general.

Controles de iluminación

El término controles de iluminación se utiliza normalmente para indicar un control independiente de la iluminación dentro de un espacio. Esto puede incluir sensores de ocupación, relojes de control y fotocélulas que están conectados por cable para controlar grupos fijos de luces de forma independiente. El ajuste se realiza de forma manual en la ubicación de cada dispositivo. El Consorcio para la Eficiencia Energética ha caracterizado la eficiencia y el mercado de los controles de iluminación residencial.

El término sistema de control de iluminación se refiere a un sistema inteligente en red de dispositivos relacionados con el control de la iluminación. Estos dispositivos pueden incluir relés, sensores de ocupación, fotocélulas, interruptores de control de iluminación o pantallas táctiles y señales de otros sistemas del edificio (como alarmas contra incendios o sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado). El ajuste del sistema se produce tanto en las ubicaciones de los dispositivos como en las ubicaciones de las computadoras centrales a través de programas de software u otros dispositivos de interfaz.

Ventajas

La principal ventaja de un sistema de control de iluminación sobre los controles de iluminación independientes o los interruptores manuales convencionales es la capacidad de controlar luces individuales o grupos de luces desde un único dispositivo de interfaz de usuario. Esta capacidad de controlar múltiples fuentes de luz desde un dispositivo de usuario permite crear escenas de iluminación complejas. Una habitación puede tener múltiples escenas preestablecidas, cada una creada para diferentes actividades en la habitación. Un beneficio importante de los sistemas de control de iluminación es la reducción del consumo de energía. También se obtiene una mayor vida útil de la lámpara al atenuar y apagar las luces cuando no están en uso. Los sistemas de control de iluminación inalámbricos brindan beneficios adicionales, incluidos costos de instalación reducidos y mayor flexibilidad sobre dónde se pueden colocar interruptores y sensores.

Minimizar el consumo de energía

Las aplicaciones de iluminación representan el 19% del consumo energético mundial y el 6% de todas las emisiones de gases de efecto invernadero. En Estados Unidos, el 65% del consumo energético se destina a los sectores comercial e industrial, y el 22% de este se destina a la iluminación.

El control inteligente permite a los hogares y a los usuarios controlar de forma remota la refrigeración, la calefacción, la iluminación y los electrodomésticos, minimizando el uso innecesario de luz y energía. Esta capacidad ahorra energía y proporciona un nivel de comodidad y conveniencia. Desde fuera de la industria de la iluminación tradicional, el éxito futuro de la iluminación requerirá la participación de una serie de partes interesadas y comunidades de partes interesadas. El concepto de iluminación inteligente también implica el uso de la luz natural del sol para reducir el uso de iluminación artificial y el simple concepto de que las personas apaguen la iluminación cuando salen de una habitación.

Conveniencia

Un sistema de iluminación inteligente puede garantizar que las áreas oscuras estén iluminadas cuando se utilizan. Las luces responden activamente a las actividades de los ocupantes en función de sensores e inteligencia (lógica) que anticipan las necesidades de iluminación de un ocupante.

Seguridad

Las luces se pueden utilizar para disuadir a quienes no deben entrar en zonas en las que deberían estar. Una violación de seguridad, por ejemplo, es un evento que podría activar los reflectores en el punto de la violación. Las medidas preventivas incluyen iluminar los puntos de acceso clave (como los pasillos) por la noche y ajustar automáticamente la iluminación cuando una familia está fuera para que parezca que hay ocupantes.

Control automatizado

Los sistemas de control de iluminación generalmente brindan la capacidad de ajustar automáticamente la salida de un dispositivo de iluminación en función de:

• Tiempo cronológico (tiempo del día)
• Hora solar (sunrise/sunset)
• Ocupación utilizando sensores de ocupación
• Disponibilidad de luz diurna utilizando fotocélulas
• Condiciones de alarma
• Lógica del programa (combinación de eventos)

Tiempo cronológico

Los horarios cronológicos incorporan momentos específicos del día, la semana, el mes o el año.

Hora solar

Los horarios solares incorporan las horas de salida y puesta del sol, que suelen utilizarse para encender y apagar la iluminación exterior. Para programar el horario solar es necesario establecer la ubicación del edificio. Esto se logra utilizando la ubicación geográfica del edificio a través de la latitud y la longitud o eligiendo la ciudad más cercana en una base de datos dada, que proporciona la ubicación aproximada y los horarios solares correspondientes.

Ocupación

La ocupación del espacio se determina principalmente con sensores de ocupación. La iluminación inteligente que utiliza sensores de ocupación puede funcionar al unísono con otras luces conectadas a la misma red para ajustar la iluminación según diversas condiciones. La siguiente tabla muestra los posibles ahorros de electricidad que se obtienen al utilizar sensores de ocupación para controlar la iluminación en distintos tipos de espacios.

Ultrasónico

Las ventajas de los dispositivos ultrasónicos son que son sensibles a todo tipo de movimiento y, por lo general, no hay brechas de cobertura, ya que pueden detectar movimientos que no están dentro de la línea de visión.

Disponibilidad de luz natural

El uso de energía de la iluminación eléctrica se puede ajustar atenuando o encendiendo automáticamente las luces eléctricas en respuesta al nivel de luz natural disponible. La reducción de la cantidad de iluminación eléctrica utilizada cuando hay luz natural se conoce como aprovechamiento de la luz natural.

Detección de luz natural

En respuesta a la tecnología de iluminación natural, se han desarrollado sistemas de respuesta automática vinculados a la luz natural para reducir aún más el consumo de energía. Estas tecnologías son útiles, pero tienen sus inconvenientes. Muchas veces, las luces se encienden y apagan rápidamente y con frecuencia, en particular durante condiciones climáticas inestables o cuando los niveles de luz natural cambian en torno a la iluminancia de conmutación. Esto no solo molesta a los ocupantes, sino que también puede reducir la vida útil de la lámpara. Una variación de esta tecnología es el control fotoeléctrico de "conmutación diferencial" o "banda muerta", que cambia entre varias iluminancias para reducir las molestias a los ocupantes.

Condiciones de alarma

Las condiciones de alarma suelen incluir entradas de otros sistemas del edificio, como la alarma contra incendios o el sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado, que pueden activar un comando de emergencia, por ejemplo, "todas las luces encendidas" o "todas las luces parpadeando".

Lógica del programa

La lógica del programa puede unir todos los elementos anteriores mediante construcciones como las instrucciones if-then-else y los operadores lógicos. La interfaz de iluminación direccionable digital (DALI) se especifica en la norma IEC 62386.

Atenuación automática

El uso de la atenuación automática de la luz es un aspecto de la iluminación inteligente que sirve para reducir el consumo de energía. La atenuación manual de la luz también tiene el mismo efecto de reducción del uso de energía.

Uso de sensores

En el artículo "Ahorro de energía gracias a sensores de ocupación y controles personales: un estudio piloto de campo", Galasiu, A.D. y Newsham, G.R han confirmado que los sistemas de iluminación automáticos que incluyen sensores de ocupación y controles individuales (personales) son adecuados para entornos de oficinas de planta abierta y pueden ahorrar una cantidad significativa de energía (aproximadamente un 32,0 %) en comparación con un sistema de iluminación convencional, incluso cuando la densidad de potencia de iluminación instalada del sistema de iluminación automático es aproximadamente un 50 % mayor que la del sistema convencional.

Componentes

Un sensor completo consta de un detector de movimiento, una unidad de control electrónico y un interruptor/relé controlable. El detector detecta el movimiento y determina si hay ocupantes en el espacio. También tiene un temporizador que envía una señal a la unidad de control electrónico después de un período de inactividad establecido. La unidad de control utiliza esta señal para activar el interruptor/relé y encender o apagar el equipo. Para aplicaciones de iluminación, existen tres tipos principales de sensores: infrarrojo pasivo, ultrasónico e híbrido.

Otros

Detección de movimiento (microondas), detección de calor (infrarrojos) y detección de sonido; cámaras ópticas, detección de movimiento por infrarrojos, cables trampa ópticos, sensores de contacto de puertas, cámaras térmicas, microradares, sensores de luz natural.

Estándares y protocolos

En la década de 1980, existía una fuerte necesidad de que la iluminación comercial fuera más controlable para que fuera más eficiente energéticamente. Inicialmente, esto se hizo con control analógico, lo que permitió controlar los balastos y reguladores de intensidad de los fluorescentes desde una fuente central. Este fue un paso en la dirección correcta, pero el cableado era complicado y, por lo tanto, no rentable.

Tridonic fue una de las primeras empresas que se pasó a la tecnología digital con sus protocolos de transmisión, DSI, en 1991. DSI era un protocolo básico, ya que transmitía un valor de control para cambiar el brillo de todos los dispositivos conectados a la línea. Lo que hizo que este protocolo fuera más atractivo y pudiera competir con la opción analógica establecida fue el cableado simple.

Existen dos tipos de sistemas de control de iluminación que son:

• Control de iluminación analógica
• Control de iluminación digital

Algunos ejemplos de sistemas de control de iluminación analógicos son:

• Sistema basado en 0-10V.
• Sistemas basados en AMX192 (a menudo denominados AMX) (estándar USA).
• Sistemas basados en D54 (estándar europeo).

En la producción de iluminación, el sistema de 0-10 V fue reemplazado por sistemas multiplexados analógicos como D54 y AMX192, que a su vez fueron reemplazados casi por completo por DMX512. Para lámparas fluorescentes regulables (donde funciona en cambio a 1-10 V, donde 1 V es mínimo y 0 V está apagado), el sistema está siendo reemplazado por DSI, que a su vez está en proceso de ser reemplazado por DALI.

Algunos ejemplos de sistemas de control de iluminación digital son:

• Sistema basado en DALI.
• Sistema basado en DSI
• Sistemas basados en KNX

Todos estos son sistemas de control de iluminación cableados.

También existen sistemas de control de iluminación inalámbricos que se basan en algunos protocolos estándar como MIDI, Zigbee, Bluetooth Mesh y otros. El estándar para la interfaz de iluminación direccionable digital, principalmente en implementaciones profesionales y comerciales, es IEC 62386-104. Este estándar especifica las tecnologías subyacentes, que en el ámbito inalámbrico son VEmesh, que opera en la banda de frecuencia industrial Sub-1 GHz y Bluetooth Mesh, que opera en la banda de frecuencia de 2,4 GHz.

Otros protocolos, estándares y sistemas notables incluyen:

Control de iluminación por Bluetooth

El nuevo tipo de control para el sistema de iluminación utiliza una conexión Bluetooth directamente al sistema de iluminación. Lo ha presentado recientemente Philips HUE y la empresa, que ha cambiado su nombre a Signify (antes conocida como Philips Lighting). Este sistema necesita un teléfono inteligente o una tableta donde el usuario puede instalar una aplicación especial Philips Hue Bluetooth. Las bombillas Bluetooth no necesitan un puente Philips Hue para funcionar. No es necesario tener una conexión Wi-Fi o de datos para controlar las luces con ese sistema.

Ecosistema de iluminación inteligente

Los sistemas de iluminación inteligente se pueden controlar a través de Internet para ajustar el brillo y los horarios de la iluminación. Una de las tecnologías implica una red de iluminación inteligente que asigna direcciones IP a las bombillas.

Transmisión de información con luz inteligente

Schubert predice que los sistemas de iluminación revolucionarios proporcionarán un medio completamente nuevo de detección y transmisión de información. Al parpadear demasiado rápido para que cualquier ser humano lo note, la luz recogerá datos de los sensores y los llevará de una habitación a otra, informando sobre información como la ubicación de cada persona dentro de un edificio de alta seguridad. Un enfoque principal de la Constelación Future Chips es la iluminación inteligente, un nuevo campo revolucionario en fotónica basado en fuentes de luz eficientes que son totalmente ajustables en términos de factores como el contenido espectral, el patrón de emisión, la polarización, la temperatura de color y la intensidad. Schubert, quien dirige el grupo, dice que la iluminación inteligente no solo ofrecerá una iluminación mejor y más eficiente, sino que proporcionará "funcionalidades completamente nuevas".

Control de iluminación teatral

Los sistemas de control de iluminación arquitectónica se pueden integrar con los controles de encendido, apagado y atenuación de un teatro y, a menudo, se utilizan para luces de sala y de escenario, y pueden incluir luces de trabajo, luces de ensayo e iluminación de vestíbulo. Las estaciones de control se pueden colocar en varias ubicaciones del edificio y varían en complejidad, desde botones individuales que muestran opciones preestablecidas (apariencias) hasta consolas de pantalla táctil LCD empotradas en la pared o en el escritorio. Gran parte de la tecnología está relacionada con los sistemas de control de iluminación residencial y comercial.

La ventaja de los sistemas de control de iluminación arquitectónica en el teatro es la capacidad del personal del teatro de encender y apagar las luces de trabajo y las luces de la sala sin tener que usar una consola de control de iluminación. Alternativamente, el diseñador de iluminación puede controlar estas mismas luces con señales de luz desde la consola de control de iluminación de modo que, por ejemplo, la transición entre las luces de la sala encendidas antes de que comience una función y la primera señal de luz de la función esté controlada por un solo sistema.

Balasto de emergencia de iluminación inteligente para lámparas fluorescentes

La función de un sistema de iluminación de emergencia tradicional es la de suministrar un nivel de iluminación mínimo cuando se produce un fallo en la tensión de red. Por ello, los sistemas de iluminación de emergencia tienen que almacenar energía en un módulo de baterías para alimentar las lámparas en caso de fallo. En este tipo de sistemas de iluminación, los daños internos, por ejemplo, la sobrecarga de la batería, las lámparas dañadas y el fallo del circuito de arranque deben ser detectados y reparados por personal especializado.

Por este motivo, el prototipo de iluminación inteligente puede comprobar su estado funcional cada catorce días y volcar el resultado en una pantalla LED. Con estas características, pueden probarse a sí mismos comprobando su estado funcional y mostrando sus daños internos. Además, se puede reducir el coste de mantenimiento.

Descripción general

La idea principal es la sustitución del sencillo bloque de detección de tensión de línea que aparece en los sistemas tradicionales por uno más complejo basado en un microcontrolador. Este nuevo circuito asumirá las funciones de detección de tensión de línea y activación del inversor, por un lado, y la supervisión de todo el sistema: estado de lámparas y baterías, carga de baterías, comunicaciones externas, correcto funcionamiento de la etapa de potencia, etc., por el otro lado.

El sistema tiene una gran flexibilidad, por ejemplo, sería posible la comunicación de varios dispositivos con un ordenador maestro, que conocería en todo momento el estado de cada dispositivo.

Se ha desarrollado un nuevo sistema de iluminación de emergencia basado en un módulo inteligente. El microcontrolador como dispositivo de control y supervisión garantiza un aumento de la seguridad de la instalación y un ahorro en los costes de mantenimiento.

Otra ventaja importante es el ahorro de costes en la producción en serie, especialmente si se utiliza un microcontrolador con el programa en la memoria ROM.

Los avances logrados en fotónica ya están transformando la sociedad, de la misma manera que la electrónica revolucionó el mundo en las últimas décadas, y seguirán contribuyendo aún más en el futuro. Según las estadísticas, el mercado de la optoelectrónica en Norteamérica creció hasta superar los 20.000 millones de dólares en 2003. Se espera que el mercado de los LED (diodos emisores de luz) alcance los 5.000 millones de dólares en 2007, y se prevé que el mercado de la iluminación de estado sólido alcance los 50.000 millones de dólares en 15 o 20 años, según afirma E. Fred Schubert, profesor distinguido de Wellfleet Senior de la Future Chips Constellation en Rensselaer.

Inventoras notables

• Alexander Nikolayevich Lodygin – Lámpara incandescente del filamento de carbono-rodida (1874)
• Joseph Swan – Lámpara incandescente de hilo carbonizado (1878)
• Thomas Edison – Lámpara incandescente de larga duración con filamento de alta resistencia (1880)
• John Richardson Wigham – iluminación eléctrica de faro (1885)
• Nick Holonyak – diodo emisor ligero (1962)
• Howard Borden, Gerald Pighini, Mohamed Atalla, Monsanto – Lámpara LED (1968)
• Shuji Nakamura, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano – azul LED (1992)