JP2010218808A

JP2010218808A - 太陽電池照明装置

Info

Publication number: JP2010218808A
Application number: JP2009062719A
Authority: JP
Inventors: Keita Kiyose; 慶太清瀬
Original assignee: KOUGEN CO Ltd L; L-KOUGEN CO Ltd
Current assignee: KOUGEN CO Ltd L; L-KOUGEN CO Ltd
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】二律背反の関係にある蓄電池の容量の縮小化と夜間の点灯の確保が両立できるようにし、また、蓄電池の充電量を少ない演算量で正確に把握できるようにする。
【解決手段】太陽光によって発電する太陽電池１２０と、太陽電池１２０が発電した電力を充電するキャパシタ１４０と、キャパシタ１４０が充電した電力によって点灯する発光ダイオード１６０と、太陽電池１２０およびキャパシタ１４０の電圧を検出する電圧センサ１５０と、太陽電池１２０の電圧が基準電圧未満になった時にキャパシタ１４０の電圧に応じて発光ダイオード１６０の点灯出力を設定し、設定した点灯出力で発光ダイオード１６０を点灯させる一方、太陽電池１２０の電圧が基準電圧以上になった時に発光ダイオード１６０を消灯させる制御部１７０と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は太陽電池照明装置に係り、特に、太陽電池を用いてキャパシタに充電しキャパシタに充電された電力によって発光ダイオード（ＬＥＤ）を点灯させる太陽電池照明装置に関する。

近年、地球温暖化などの環境問題に対する意識が高まるにつれて、エネルギーの需要が化石エネルギーの利用から太陽エネルギーの利用にシフトしている。室外で使用される照明器具の電源も環境問題に対する意識の高まりを受けて太陽電池を利用するものが増加しつつある。

室外で使用される照明器具の電源に太陽電池を用いる場合、太陽電池の発電量が太陽の日照状態（天候や日照時間）の影響を大きく受けるため、太陽の日照状態にかかわらず夜間の点灯を確保するためには、照明器具の消費電力の数倍以上の充電容量を持つ蓄電池が必要だと言われている。

下記特許文献１に記載されている発明は、蓄電池の充電量を把握し、充電量が多いときには光源の点灯数を増やし、充電量が少ないときには光源の点灯数を減らし、蓄電池の限られた電力を有効に利用するようにしている。

下記特許文献２に記載されている発明は、地震発生時に蓄電池の充電率を算出し、充電率が所定値以下であれば、あらかじめ定めた日数だけ夜間の点灯が確保できるように、特許文献１に記載されている発明と同様、蓄電池の限られた電力を有効に利用するようにしている。

特開２００７−８０６９９号公報特開２００８−３１１１７８号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示されている従来の技術は、蓄電池に蓄えた電力を有効に利用するという観点から照明装置を構成しているが、蓄電池の容量をできるだけ抑えつつ夜間の点灯を確保するという観点からは照明装置を構成していない。蓄電池の容量は照明装置の大きさや重量そして価格に大きな影響を与えるため、蓄電池の容量は小さければ小さいほど照明装置の小型軽量化および低価格化を図ることができる。その反面、蓄電池の容量が小さくなると夜間の点灯が確保し難くなる。蓄電池の容量の縮小化と夜間の点灯の確保は二律背反の関係にある。

また、特許文献１および特許文献２に開示されている従来の技術は、蓄電池に化学電池を用いているので、充電量を正確に把握するためには充電量と放電量を常に演算し続けなければならない。したがって、充電量を把握するだけでも複雑な演算ができる演算装置が必要になり、その演算には大きな電力消費を伴う。

本発明は、上記のような従来の技術の問題点を解消するためになされたものであり、太陽電池を用いてキャパシタに充電しキャパシタに充電された電力によってＬＥＤを点灯させることによって、二律背反の関係にある蓄電池の容量の縮小化と夜間の点灯の確保が両立できるようにし、また、充電量の把握を少ない演算量で正確に行なえるようにした太陽電池照明装置の提供を目的とする。

本発明に係る太陽電池照明装置は、太陽光によって発電する太陽電池と、太陽電池が発電した電力を充電するキャパシタと、キャパシタが充電した電力によって点灯する発光ダイオードと、太陽電池およびキャパシタの電圧を検出する電圧センサと、太陽電池の電圧が基準電圧未満になった時にキャパシタの電圧に応じて発光ダイオードの点灯出力を設定し、設定した点灯出力で発光ダイオードを点灯させる一方、太陽電池の電圧が基準電圧以上になった時に発光ダイオードを消灯させる制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る太陽電池照明装置は、太陽光によって発電する太陽電池と、太陽電池が発電した電力を充電するキャパシタと、キャパシタが充電した電力によって点灯する発光ダイオードと、太陽電池およびキャパシタの電圧を検出する電圧センサと、人間の接近を検出する人感センサと、太陽電池の電圧が基準電圧未満になった時にキャパシタの電圧に応じて発光ダイオードの点灯出力を設定し、かつ、人感センサで人間の接近が検出されている時にのみ、設定した点灯出力で発光ダイオードを点灯させる一方、太陽電池の電圧が基準電圧以上になった時に発光ダイオードを消灯させる制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る太陽電池照明装置によれば、太陽電池が発電した電力をキャパシタに充電させ、キャパシタに充電された電力量に応じて発光ダイオードの点灯出力を設定しているので、二律背反の関係にある蓄電池の容量の縮小化と夜間の点灯の確保が両立できるようになる。

また、キャパシタの充電量は電圧を検出するだけで把握することができるので、充電量の把握を少ない演算量で正確に行なうことができる。

実施形態１に係る太陽電池照明装置の外観図である。図１に示した照明器具の外観図である。実施形態１に係る太陽電池照明装置の制御系のブロック図である。実施形態１に係る太陽電池照明装置の動作を示すフローチャートである。図４のＳ１０４のステップのサブルーチンフローチャートである。実施形態２に係る太陽電池照明装置の外観図である。図６に示した照明器具の外観図である。実施形態２に係る太陽電池照明装置の制御系のブロック図である。実施形態２に係る太陽電池照明装置の動作を示すフローチャートである。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る太陽電池照明装置の実施形態を説明する。なお、図面において同一の部材には同一の符号を付し重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

太陽電池照明装置の実施形態としては、人感センサを備えていない太陽電池照明装置（実施形態１）と人感センサを備えている太陽電池照明装置（実施形態２）の２つの実施形態がある。以下にそれぞれの実施形態を説明する。
（実施形態１）
図１は実施形態１に係る太陽電池照明装置の外観図である。図に示すように、実施形態１に係る太陽電池照明装置は、室外灯、特に照明灯として機能するものである。

太陽電池照明装置１００は、室外に設置されるポール１１０、ポール１１０の一端に設置される太陽電池１２０、ポール１１０の胴体部分に取り付けられる照明器具１３０とで構成される。

ポール１１０の他端は基礎に埋め込んでポール１１０を地面からしっかりと固定するためのアンカーボルト枠１１５が設けてある。本実施形態では直径９０ｍｍのポールを用いている。

太陽電池１２０は架台上に載置される。太陽電池１２０の一端に長い針状の鳥よけ１２５を設けている。太陽電池１２０の集光面を鳥の糞から守るためである。

太陽電池１２０は太陽光によって発電する発電要素として機能する一方屋外の明るさを検出する照度センサとしても機能する。太陽電池１２０の電圧は集光面の照度に応じて変化する。したがって、太陽電池１２０の電圧を検出することによって日没になったか日の出になったかが容易に判断できる。なお、本実施形態では１０Ｗの容量の太陽電池１２０を用いている。

照明器具１３０は、太陽電池１２０が発電した電力を充電するキャパシタ、太陽電池１２０とキャパシタの電圧を検出する電圧センサ、光を放射する発光ダイオードおよび発光ダイオードの明るさを制御する制御部を内蔵している。

本実施形態では１個８．３Ｗｈの容量のセルを２個並列に接続した１６．６Ｗｈの容量のリチウムイオンキャパシタを用いている。キャパシタは物理的な作用で電力を充電する蓄電池であるため、化学的な作用で電力を充電するリチウムイオン二次電池などの化学電池とは異なり、電圧Ｖの大きさが充電容量Ｑに比例するという特性を有している。

したがって、キャパシタの電圧Ｖを検出し、Ｑ＝ＣＶ^２／２（Ｃはキャパシタの静電容量）という演算をするだけで、キャパシタの現在の充電容量Ｑが瞬時に把握できる。つまり、キャパシタの電圧Ｖと充電容量Ｑは対応関係にあるため、キャパシタの電圧を検出すれば発光ダイオードの明るさの制御が可能である。

また、キャパシタは、化学電池に比較して内部抵抗が非常に小さいため、日照状態の悪い曇りや雨の天気であっても充電ができるという特徴を有している。

化学電池の場合、キャパシタに比較して内部抵抗が大きいため、日照状態が悪いと太陽電池が発電した電力を充電できない。したがって、発光ダイオードがまったく点灯しない日をなくすためには蓄電容量を大きくしなければならない。

しかし、キャパシタの場合、化学電池に比較して内部抵抗が小さいため、日照状態が悪くても太陽電池が発電した電力を充電できる。また、発光ダイオードの明るさの制御はキャパシタの電圧に基づいてできる。したがって、発光ダイオードがまったく点灯しない日をなくすために、化学電池ほどの大きな蓄電容量は不要である。

以上の理由から、キャパシタは照明灯の電源として大きな利点を有している。

実施形態１では２Ｗの出力の発光ダイオードを１個用いている。２Ｗの発光ダイオードというと照度不足のため照明灯には適さないのではないかと考えられがちである。しかし、夜になると真っ暗闇になる郊外では、２Ｗの発光ダイオードから出力される光でも人間の目には十分に明るく感じられる。人間の目の感じる明るさと照度との関係は対数関係にあることは良く知られている。このため、２０Ｗの蛍光灯と２Ｗの発光ダイオードの明るさは、人間の目には２倍程度の明るさの差としか感じない。

また、蛍光灯と発光ダイオードの光の指向性を比較してみると、蛍光灯（直管型の場合）の場合は３６０度にわたって光束が放射されてしまうが、発光ダイオードの場合は広くても１３０度程度の範囲でしか光束が放射されない。このため発光ダイオードの方が効率的な光の利用ができる。

さらに、人間の目は周囲が暗い場所では瞳孔が開いて明かりをできるだけ取り入れようとする特性を持っている。

したがって、郊外に用いる照明灯としては２Ｗの発光ダイオード１個でも十分なのである。

図２は実施形態１に係る照明器具１３０の外観図である。図に示すように、照明器具１３０は取り付けステー１３５によってポール１１０に取り付ける。照明器具１３０は取り付けステー１３５にネジ留めして取り付ける。照明器具１３０はステー１３５に取り付ける角度をある程度の範囲で調整できるようにしている。したがって、照明器具１３０の取り付け角度を現場の状況に合わせて設定できる。

照明器具１３０はアルミニウムで形成されたケース１３２とポリカーボネートで形成された透明カバー１３４とで構成される。ケース１３２内にはキャパシタ、電圧センサ、発光ダイオードおよび制御部が収納される。発光ダイオードは放射角１３０度の指向性を持つ広角タイプ、６０度の指向性を持つ狭角タイプ、３０度の指向性を持つスポットタイプのいずれかを選択する。照明灯の設置環境に適合させるためである。発光ダイオードから放射された光は透明カバー１３４を介して地面に照射される。

図３は実施形態１に係る太陽電池照明装置の制御系のブロック図である。

太陽電池照明装置の制御系は、太陽電池１２０、キャパシタ１４０、電圧センサ１５０、発光ダイオード１６０および制御部１７０を備えている。

太陽電池１２０は、太陽光によって発電する発電要素としての機能と屋外の明るさを検出する照度センサとしての機能とを兼ね備えている。

キャパシタ１４０は太陽電池１２０が発電した電力を充電する蓄電池である。キャパシタ１４０の種類としては従来から種々のものが知られている。実施形態１では電気二重層キャパシタを用いている。

電圧センサ１５０は太陽電池１２０とキャパシタ１４０の端子間電圧（＋端子と−端子間の電圧）を個別に検出するセンサである。電圧セン１５０は制御部１７０を構成するマイコンに内蔵されている。

発光ダイオード１６０はキャパシタ１４０が蓄えている電力で点灯し屋外を照らす光源である。

制御部１７０は太陽電池１２０の電圧が基準電圧未満になった時にキャパシタ１４０の電圧に応じて発光ダイオード１６０の点灯出力を設定し、設定した点灯出力で発光ダイオード１６０を点灯させる一方、太陽電池１２０の電圧が基準電圧以上になった時に発光ダイオード１６０を消灯させるという制御を行なう。この制御は、具体的には制御部１７０を構成するマイコンで行なう。

図４は実施形態１に係る太陽電池照明装置の動作を示すフローチャートである。また、図５は図４のＳ１０４のステップのサブルーチンフローチャートである。
ステップＳ１０１
まず、日中は太陽電池１２０でキャパシタ１４０を充電する。太陽電池１２０は日照状態が良好であれば最大１０Ｗ／ｈの発電量を持っている。太陽電池１２０で発電された電力は１６.６Ｗ／ｈの容量を持つキャパシタ１４０を充電する。キャパシタ１４０は化学電池に比較すると内部抵抗が非常に小さい。したがって、日照状態が悪い曇りや雨の天候であっても、太陽電池１２０がわずかでも発電してさえいればキャパシタ１４０はその電力を充電する。
ステップＳ１０２
電圧センサ１５０は太陽電池１２０の端子間電圧を検出して制御部１７０に送る。制御部１７０は太陽電池１２０の端子間電圧が基準電圧未満であるか否かを判断する。制御部１７０に設定してある基準電圧は、太陽電池１２０の端子間電圧によって日没と日の出を正確に判断するための電圧である。基準電圧は日没と日の出の検出とで同一の電圧値であっても良いし、日没の検出と日の出の検出とで異なる電圧値を用いても良い。

太陽電池１２０の端子間電圧が基準電圧未満でなければ（ステップＳ１０２：ＮＯ）、現在は日没前および日の出後（換言すれば日中）であると判断できるので、太陽電池１２０が発電する電力をキャパシタ１４０に充電する。

一方、太陽電池１２０の端子間電圧が基準電圧未満であれば（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、現在は日没後日の出前（換言すれば夜）であると判断できるので、適切な点灯パターンで発光ダイオード１６０を点灯させるために次の処理に進む。
ステップＳ１０３
電圧センサ１５０でキャパシタ１４０の電圧を検出する。電圧センサ１５０はキャパシタ１４０の端子間電圧Ｖを検出して制御部１７０に送る。
ステップＳ１０４
制御部１７０は検出されたキャパシタ１４０の端子間電圧Ｖに基づいて発光ダイオード１６０の点灯出力を設定する。点灯出力の設定は図５のサブルーチンフローチャートに基づいて次のように行なう。

制御部１７０は、電圧センサ１５０で検出されたキャパシタ１４０の端子間電圧Ｖが、キャパシタ１４０の定格電圧の１００％から９２．５％の間にあるか否かを判断する。実施形態１の場合、４．０Ｖの定格電圧のキャパシタ１４０を用いている。したがって、制御部１７０はキャパシタ１４０の端子間電圧Ｖが４．０Ｖ−３．７Ｖの間にあるか否かを判断する（Ｓ３０１）。

キャパシタ１４０の端子間電圧Ｖがキャパシタ１４０の定格電圧の１００％から９２．５％の間にある場合には（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、制御部１７０は発光ダイオード１６０の定格電力の１００％の電力を３時間出力した後定格電力の２０％の電力を出力する点灯パターンを点灯出力に設定する（Ｓ３０２）。実施形態１の場合、発光ダイオード１６０に供給する電流値を３時間の間は定格電流である２５０ｍＡとし、以降は日の出まで定格電流の２０％の５０ｍＡとする。

キャパシタ１４０の端子間電圧Ｖがキャパシタ１４０の定格電圧の１００％から９２．５％の間にない場合には（Ｓ３０１：ＮＯ）、制御部１７０は、キャパシタ１４０の端子間電圧Ｖが、キャパシタ１４０の定格電圧の９２．５％から８５％の間にあるか否かを判断する。実施形態１の場合、キャパシタ１４０の端子間電圧Ｖが３．７Ｖ−３．４Ｖの間にあるか否かを判断することになる（Ｓ３０３）。

キャパシタ１４０の端子間電圧Ｖがキャパシタ１４０の定格電圧の９２．５％から８５％の間にある場合には（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、制御部１７０は発光ダイオード１６０の定格電力の７０％の電力を３時間出力した後定格電力の１４％の電力を出力する点灯パターンを点灯出力に設定する（Ｓ３０４）。実施形態１の場合、発光ダイオード１６０に供給する電流値を３時間の間は定格電流の７０％の１７５ｍＡとし、以降は日の出まで定格電流の１４％の３５ｍＡとする。

キャパシタ１４０の端子間電圧Ｖがキャパシタ１４０の定格電圧の９２．５％から８５％の間にない場合には（Ｓ３０３：ＮＯ）、制御部１７０は、キャパシタ１４０の端子間電圧Ｖが、キャパシタ１４０の定格電圧の８５％から７５％の間にあるか否かを判断する。実施形態１の場合、キャパシタ１４０の端子間電圧Ｖが３．４Ｖ−３．０Ｖの間にあるか否かを判断することになる（Ｓ３０５）。

キャパシタ１４０の端子間電圧Ｖがキャパシタ１４０の定格電圧の８５％から７５％の間にある場合には（Ｓ３０５：ＹＥＳ）、制御部１７０は発光ダイオード１６０の定格電力の５０％の電力を３時間出力した後定格電力の１０％の電力を出力する点灯パターンを点灯出力に設定する（Ｓ３０６）。実施形態１の場合、発光ダイオード１６０に供給する電流値を３時間の間は定格電流の５０％の１２５ｍＡとし、以降は日の出まで定格電流の１０％の３５ｍＡとする。

キャパシタ１４０の端子間電圧Ｖがキャパシタ１４０の定格電圧の８５％から７５％の間にない場合には（Ｓ３０５：ＮＯ）、制御部１７０は、キャパシタ１４０の端子間電圧Ｖが、キャパシタ１４０の定格電圧の７５％から５０％の間にあるか否かを判断する。実施形態１の場合、キャパシタ１４０の端子間電圧Ｖが３．０Ｖ−２．０Ｖの間にあるか否かを判断することになる（Ｓ３０７）。

キャパシタ１４０の端子間電圧Ｖがキャパシタ１４０の定格電圧の７５％から５０％の間にある場合には（Ｓ３０７：ＹＥＳ）、制御部１７０は発光ダイオード１６０の定格電力の３０％の電力を３時間出力した後定格電力の６％の電力を出力する点灯パターンを点灯出力に設定する（Ｓ３０８）。実施形態１の場合、発光ダイオード１６０に供給する電流値を３時間の間は定格電流の３０％の７５ｍＡとし、以降は日の出まで定格電流の６％の２５ｍＡとする。

キャパシタ１４０の端子間電圧Ｖがキャパシタ１４０の定格電圧の７５％から５０％の間にない場合には（Ｓ３０７：ＮＯ）、制御部１７０は異常回避処理を実行する（Ｓ３０９）。たとえば、太陽電池１２０の損傷による発電不能、キャパシタ１４０と制御部を結ぶ配線の断線、キャパシタ１４０の損傷による電力供給不能などの通常では考えられない重大な故障が生じたとして、制御部１７０、は発光ダイオード１６０を消灯し、異常発生ランプ（図示していないが図２に示したケース１３２に取り付ける）を点灯する。

なお、以上の点灯パターンを点灯出力に設定した場合、キャパシタ１４０の電圧が２.０Ｖ以下になることは計算上あり得ない。しかし、制御部１７０は万が一のことを考慮して、キャパシタ１４０の電圧が２．０Ｖ以下にならないように２．１Ｖの電圧を検出した時点で発光ダイオード１６０への供給電力を抑制するようにしてある。

以上のように、キャパシタ１４０の電圧によって点灯出力を設定することによって、キャパシタ１４０に充電されている電力を最大限有効に使用できるようになり、キャパシタ１４０の容量の縮小化、軽量化、低コスト化が実現できる。
ステップＳ１０５
制御部１７０はステップＳ１０４で設定した点灯出力で発光ダイオード１６０を点灯する。
ステップＳ１０６
制御部１７０は太陽電池１２０の端子間電圧が基準電圧以上であるか否かを判断する。

太陽電池１２０の端子間電圧が基準電圧以上でなければ（ステップＳ１０６：ＮＯ）、現在は日没後日の出前（換言すれば夜）であると判断できるので、ステップＳ１０５に戻り、制御部１７０は設定した点灯出力で発光ダイオード１６０を点灯する。

一方、太陽電池１２０の端子間電圧が基準電圧以上であれば（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、現在は日没前および日の出後（換言すれば日中）であると判断できるので、次の処理に進む。
ステップＳ１０７
制御部１７０は発光ダイオード１６０を消灯する。

以上のように、実施形態１では、キャパシタ１４０の電圧がキャパシタ１４０の満充電時の電圧の１００％〜９２．５％の間にあるときには、発光ダイオード１６０を１００％の電力で３時間点灯した後日の出まで定格電力の２０％の電力で点灯する。また、９２．５％〜８５％の間にあるときには発光ダイオード１６０を定格電力の７０％の電力で３時間点灯した後日の出まで定格電力の１４％の電力で点灯する。そして、８５％〜７５％の間にあるときには発光ダイオード１６０を定格電力の５０％の電力で３時間点灯した後日の出まで定格電力の１０％の電力で点灯する。さらに、７５％〜５０％の間にあるときには発光ダイオード１６０を定格電力の３０％の電力で３時間点灯した後日の出まで定格電力の６％の電力で点灯する。

以上のような点灯パターンで発光ダイオード１６０を点灯させることによって、天候にかかわらずに、人通りの多い日没から３時間の間は周囲を明るく照らすことができ、その後は最低限の明るさを確保しつつ周囲を照らすことができる。

また、発光ダイオード１６０の点灯方法として連続点灯とパルス点灯の２つの点灯方法がある。連続点灯は直流電源で電球を点灯するのと同様に時間的に連続して一定の輝度で発光ダイオード１６０を点灯する方法である。パルス点灯は１／１００秒程度の一定の周期で点灯と消灯を繰り返して発光ダイオード１６０を点灯する方法である。

実施形態１ではパルス点灯を採用しているが、太陽光に倣って連続点灯を採用しても良いのはもちろんである。

また、実施形態１では高出力での点灯時間を３時間に設定したが、設置場所の要求に応じてもっと長くまたはもっと短く設定しても良い。

さらに、実施形態１では点灯パターンをキャパシタ１４０の電圧に応じて段階的に設定するようにしたが、キャパシタ１４０の電圧に応じて無段階に設定するようにしても良い。たとえば、４．０Ｖから２．０Ｖの間で検出されるキャパシタ１４０の電圧に応じて、３時間点灯する発光ダイオード１６０の供給電力を１００％から３０％の間で連続的に変化させ、さらにそれ以降に点灯する発光ダイオード１６０の供給電力を２０％から６％の間で連続的に変化させるようにしても良い。
（実施形態２）
図６は実施形態２に係る太陽電池照明装置の外観図である。図に示すように、実施形態２に係る太陽電池照明装置は、実施形態１と同様に照明灯として機能するものである。

ポール１１０および太陽電池１２０は実施形態１と同一であるのでそれらの説明は省略する。

照明器具１３０は、太陽電池１２０が発電した電力を充電するキャパシタ、太陽電池１２０とキャパシタの電圧を検出する電圧センサ、光を放射する発光ダイオードおよび発光ダイオードの明るさを制御する制御部を内蔵している。照明器具１３０は人間の接近を検出する人感センサ１８０を備えている。

キャパシタ、電圧センサおよび発光ダイオードは実施形態１と同一であるのでそれらの説明は省略する。

人感センサ１８０は太陽電池照明装置１００が照明灯として有効に機能するように、太陽電池照明装置１００から離れたところ（５ｍ−１０ｍ程度）でも人間の存在を検出できる特性を持っている。

図７は実施形態２に係る照明器具１３０の外観図である。図に示すように、照明器具１３０は取り付けステー１３５によってポール１１０に取り付ける。照明器具１３０は取り付けステー１３５にネジ留めして取り付ける。照明器具１３０はステー１３５に取り付ける角度をある程度の範囲で調整できるようにしている。したがって、照明器具１３０の取り付け角度を現場の状況に合わせて設定できる。人感センサ１８０は照明器具１３０に専用のステー１８２によって取り付ける。

照明器具１３０の構成や照明器具１３０に収納されるものは実施形態１と同一であるのでそれらの説明は省略する。

図８は実施形態１に係る太陽電池照明装置の制御系のブロック図である。

太陽電池照明装置の制御系は、太陽電池１２０、キャパシタ１４０、電圧センサ１５０、発光ダイオード１６０、制御部１７０および人感センサ１８０を備えている。

キャパシタ１４０は太陽電池１２０が発電した電力を充電する蓄電池である。キャパシタ１４０の種類としては従来から種々のものが知られている。実施形態２では電気二重層キャパシタを用いている。

人感センサ１８０は人間の接近を検出するセンサである。

制御部１７０は太陽電池１２０の電圧が基準電圧未満になった時にキャパシタ１４０の電圧に応じて発光ダイオード１６０の点灯出力を設定し、かつ、人感センサ１８０で人間の接近が検出されている時にのみ、設定した点灯出力で発光ダイオード１６０を点灯させる一方、太陽電池１２０の電圧が基準電圧以上になった時に発光ダイオード１６０を消灯させるという制御を行なう。この制御は、具体的には制御部１７０を構成するマイコンで行なう。

図９は実施形態１に係る太陽電池照明装置の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ２０１
まず、日中は太陽電池１２０でキャパシタ１４０を充電する。太陽電池１２０およびキャパシタ１４０は実施形態１と同一であるのでそれらの説明は省略する。
ステップＳ２０２
電圧センサ１５０は太陽電池１２０の端子間電圧を検出して制御部１７０に送る。制御部１７０は太陽電池１２０の端子間電圧が基準電圧未満であるか否かを判断する。制御部１７０に設定してある基準電圧は、太陽電池１２０の端子間電圧によって日没と日の出を正確に判断するための電圧である。基準電圧は日没と日の出の検出とで同一の電圧値であっても良いし、日没の検出と日の出の検出とで異なる電圧値を用いても良い。

太陽電池１２０の端子間電圧が基準電圧未満でなければ（ステップＳ２０２：ＮＯ）、現在は日没前および日の出後（換言すれば日中）であると判断できるので、太陽電池１２０が発電する電力をキャパシタ１４０に充電する。

一方、太陽電池１２０の端子間電圧が基準電圧未満であれば（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、現在は日没後日の出前（換言すれば夜）であると判断できるので、適切な点灯パターンで発光ダイオード１６０を点灯させるために次の処理に進む。
ステップＳ２０３
電圧センサ１５０でキャパシタ１４０の電圧を検出する。電圧センサ１５０はキャパシタ１４０の端子間電圧Ｖを検出して制御部１７０に送る。
ステップＳ２０４
制御部１７０は検出されたキャパシタ１４０の端子間電圧Ｖに基づいて発光ダイオード１６０の点灯出力を設定する。点灯出力の設定は図５のサブルーチンフローチャートに示した通りであり、実施形態１と同一であるので、その説明は省略する。
ステップＳ２０５
制御部１７０は人感センサ１８０が人間の接近を検出したか否かを判断する。

人間の接近を検出していれなければ（ステップＳ２０５：ＮＯ）、人間の接近が検出されるまで待つ。一方、人間の接近を検出していれば（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、適切な点灯パターンで発光ダイオード１６０を点灯させるために次の処理に進む。
ステップＳ２０６
制御部１７０はステップＳ２０４で設定した点灯出力で発光ダイオード１６０を点灯する。
ステップＳ２０７
制御部１７０は太陽電池１２０の端子間電圧が基準電圧以上であるか否かを判断する。

太陽電池１２０の端子間電圧が基準電圧以上でなければ（ステップＳ２０７：ＮＯ）、現在は日没後日の出前（換言すれば夜）であると判断できるので、ステップＳ２０５に戻る。

一方、太陽電池１２０の端子間電圧が基準電圧以上であれば（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、現在は日没前および日の出後（換言すれば日中）であると判断できるので、次の処理に進む。
ステップＳ２０８
制御部１７０は発光ダイオード１６０を消灯する。

以上のように、実施形態２では、キャパシタ１４０の電圧がキャパシタ１４０の満充電時の電圧の１００％〜９２．５％の間にあるときには、３時間の間、人感センサ１８０で人間の接近が検出されている時にのみ発光ダイオード１６０を１００％の電力で点灯できるようにし、その後日の出までは、人感センサ１８０で人間の接近が検出されている時にのみ発光ダイオード１６０を定格電力の２０％の電力で点灯できるようにする。また、９２．５％〜８５％の間にあるときには、３時間の間、人感センサ１８０で人間の接近が検出されている時にのみ発光ダイオード１６０を定格電力の７０％の電力で点灯できるようにし、その後日の出までは、人感センサ１８０で人間の接近が検出されている時にのみ発光ダイオード１６０を定格電力の１４％の電力で点灯できるようにする。

そして、８５％〜７５％の間にあるときには、３時間の間、人感センサ１８０で人間の接近が検出されている時にのみ発光ダイオード１６０を定格電力の５０％の電力で点灯できるようにし、その後日の出までは、人感センサ１８０で人間の接近が検出されている時にのみ発光ダイオード１６０を定格電力の１０％の電力で点灯できるようにする。さらに、７５％〜５０％の間にあるときには、３時間の間、人感センサ１８０で人間の接近が検出されている時にのみ発光ダイオード１６０を定格電力の３０％の電力できるようにし、その後日の出までは、人感センサ１８０で人間の接近が検出されている時にのみ発光ダイオード１６０を定格電力の６％の電力で点灯できるようにする。

以上のような点灯パターンで発光ダイオード１６０を点灯させることによって、天候にかかわらずに、人通りの多い日没から３時間の間は人間が近づくと周囲を明るく照らすことができ、その後は人間が近づくと最低限の明るさを確保しつつ周囲を照らすことができる。

実施形態２ではパルス点灯を採用しているが、太陽光に倣って連続点灯を採用しても良いのはもちろんである。

また、実施形態２では高出力での点灯時間を３時間に設定したが、設置場所の要求に応じてもっと長くまたはもっと短く設定しても良い。

さらに、実施形態１では点灯パターンをキャパシタ１４０の電圧に応じて段階的に設定するようにしたが、キャパシタ１４０の電圧に応じて無段階に設定するようにしても良い。

以上の実施形態１および２では、キャパシタ１４０の充電源として太陽電池１２０を例示して説明したが、太陽電池１２０以外にも風力発電機、小型水力発電機など自然エネルギーを電気に変換する機器を充電源として使用しても良い。自然エネルギーを電気に変換する機器は、発電量が自然任せであるという点で太陽電池１２０と同じだからである。

以上のように、本発明では、内部抵抗が小さく日照の弱い日でも充電ができるキャパシタを使用し、かつ、キャパシタのエネルギー（蓄電量）は電圧の二乗に比例するという物理特性を利用した簡単な演算方法で得られる毎日の充電量を毎日の発光ダイオードの出力に反映させる制御を行なっている。その結果、天候という自然現象に連動した発光ダイオードの出力制御が可能になり、天候の悪い日が続けば照明は暗くなるがまったく点灯しない日（照明灯として機能がゼロになる最悪の事態）を限りなくなくすことが小さな容量のキャパシタで可能にすることができる。

１００太陽電池照明装置、
１１０ポール、
１１５アンカーボルト枠、
１２０太陽電池、
１３０照明器具、
１３２ケース、
１３４透明カバー、
１３５ステー、
１４０キャパシタ、
１５０電圧センサ、
１６０発光ダイオード、
１７０制御部、
１８０人感センサ、
１８２ステー。

Claims

太陽光によって発電する太陽電池と、
前記太陽電池が発電した電力を充電するキャパシタと、
前記キャパシタが充電した電力によって点灯する発光ダイオードと、
前記太陽電池および前記キャパシタの電圧を検出する電圧センサと、
前記太陽電池の電圧が基準電圧未満になった時に前記キャパシタの電圧に応じて前記発光ダイオードの点灯出力を設定し、設定した点灯出力で前記発光ダイオードを点灯させる一方、前記太陽電池の電圧が基準電圧以上になった時に前記発光ダイオードを消灯させる制御部と、
を備えたことを特徴とする太陽電池照明装置。
太陽光によって発電する太陽電池と、
前記太陽電池が発電した電力を充電するキャパシタと、
前記キャパシタが充電した電力によって点灯する発光ダイオードと、
前記太陽電池および前記キャパシタの電圧を検出する電圧センサと、
人間の接近を検出する人感センサと、
前記太陽電池の電圧が基準電圧未満になった時に前記キャパシタの電圧に応じて前記発光ダイオードの点灯出力を設定し、かつ、前記人感センサで人間の接近が検出されている時にのみ、設定した点灯出力で前記発光ダイオードを点灯させる一方、前記太陽電池の電圧が基準電圧以上になった時に前記発光ダイオードを消灯させる制御部と、
を備えたことを特徴とする太陽電池照明装置。
前記制御部は、
前記キャパシタの電圧が前記キャパシタの満充電時の電圧の１００％〜９２．５％の間にあるときには前記発光ダイオードの定格電力の１００％の電力を一定時間出力した後前記定格電力の２０％の電力を出力する点灯パターンを点灯出力に設定し、９２．５％〜８５％の間にあるときには前記発光ダイオードの定格電力の７０％の電力を一定時間出力した後前記定格電力の１４％の電力を出力する点灯パターンを点灯出力に設定し、８５％〜７５％の間にあるときには前記発光ダイオードの定格電力の５０％の電力を一定時間出力した後前記定格電力の１０％の電力を出力する点灯パターンを点灯出力に設定し、７５％〜５０％の間にあるときには前記発光ダイオードの定格電力の３０％の電力を一定時間出力した後前記定格電力の６％の電力を出力する点灯パターンを点灯出力に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池照明装置。
前記制御部は、
前記点灯出力で前記発光ダイオードを連続点灯またはパルス点灯させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池照明装置。