Sistemas de iluminação pública com gestão inteligente de consumo

Abstract

Esta dissertação aborda a temática da eficiência energética em sistemas de iluminação pública. A sua principal motivação prende-se com o peso significativo que a parcela energética destes sistemas ocupa na economia mundial. As tecnologias de iluminação pública actuais recorrem principalmente a lâmpadas de descarga de gases, sendo as mais comuns de vapor de sódio de baixa e alta pressão, e iodetos metálicos. No entanto, os recentes desenvolvimentos e a produção em massa de LEDs de alta potência permitiram criar soluções ainda mais eficientes e com características muito diferentes dos sistemas até agora utilizados. As vantagens das fontes de iluminação baseadas em LEDs de alta potência são várias: elevada eficiência; tamanho reduzido; possibilidade de variação do fluxo luminoso; grande variedade de temperatura de cor; robustez; tempo de vida elevado; entre outras. Não obstante, esta tecnologia tem algumas condicionantes como: necessidade de alimentação DC (corrente directa); longevidade dependente da temperatura; e elevado aquecimento na junção semicondutora. O presente estudo foca as principais topologias para sistemas de iluminação pública, formas de controlo, tecnologias de sensores e ainda topologias de associações de LEDs. Para melhor perceber as potencialidades da tecnologia foi desenvolvido um protótipo, que apesar de simples, permitiu estudar uma vasta gama de componentes, típicos nestes sistemas. Entre outros, foram alvo de estudo fontes de alimentação do sistema global, componentes de alimentação e variação de fluxo para LEDs, sensores e suas formas de integração, unidades de controlo e suas rotinas. Todo este trabalho teve como objectivo estudar e validar o conceito de instalação em massa de sistemas de iluminação pública inteligentes com recurso a tecnologia LED, considerando as vantagens e desvantagens face às tecnologias actuais mais comuns.

The present dissertation addresses the thematic of energy efficiency in street lighting systems. The main motivation lies on the significant weight that the energy consumption factor holds on the world economy. Current lighting technologies rely primarily in gas discharge lamps. Among the most common are both low and high pressure sodium vapor, and metal halide lamps. However, recent developments and mass production of high-power LEDs have enabled more efficient solutions with characteristics significantly different than those of the currently used systems. The advantages of light sources based on high-power LEDs are many: high efficiency, small size, luminous flux variation capability; wide range of color temperatures, robustness, high lifetime, among others. Nevertheless, this technology has some limitations such as: the need for DC (direct current) power supply, temperature-dependent longevity, and significant self-heating of the semiconductor junction. This study focuses on the major topologies for street lighting systems and their control strategies, sensor technologies and topologies, along with LED associations. To better understand the technology potential a prototype was developed. Although simple, it allowed the study of a wide range of components, typical in these systems. Among others, the main objects of study were general power supplies, LED power and flow variation components, sensors and their forms of integration, control units and their routines. Throughout this work the main objective was to investigate and validate the concept of mass installation of intelligent street lighting systems using LED technology, considering all its advantages and disadvantages in relation to currently used technologies.