JP2006288039A - 屋外照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池を用いて省エネルギー効果が得られ、小型で安価な電気二重層コンデンサを用いながら、不足の電源を商用電源で補うことができる屋外照明装置を提供する。
【解決手段】屋外照明装置は、太陽電池５と、電気二重層コンデンサ９と、商用電源供給用商用電源供給線１２と、照度センサ６と、スイッチ回路１１とからなる。太陽電池は照明灯が一日に消費する電力よりも小さな電力を発電する。電気二重層コンデンサは太陽電池の発電電力を蓄積し、照明灯が一日に消費する電力と等又はそれよりも少ない電力を供給し得る蓄電容量を有する。スイッチ回路は、照度センサが周囲の照度の計測値が所定値未満で蓄積電力が所定値以上である場合は電気二重層コンデンサの出力電流を照明灯に与え、蓄積電力が所定値未満である場合は商用電源を照明灯に与え、照度センサが周囲の照度の計測値が所定値以上の時は照明灯に電力を与えない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自然エネルギー利用の電源とそれ以外の補助電源を用いる屋外照明装置に関する。

太陽電池を電源とする屋外照明装置は、太陽電池装置に接続して用いられる。この太陽電池装置は、太陽電池と照明灯（負荷）との間に蓄電池又はコンデンサを設け、太陽電池が昼間の日射光により発電した電力を蓄電池又はコンデンサに充電し、夜間に放電させて照明灯に電力を供給するように構成されている。

蓄電池を用いる太陽電池装置では、太陽電池の設置場所や季節により太陽の日射量が異なり、発電力に大きなバラツキがあるので、安定した電力の供給を可能にするため、太陽電池容量と蓄電池容量は設置場所の日射量を基に十分な余裕を持って設定されており、蓄電池容量は一般に負荷の５〜３０日分の容量に設定されている。

このように太陽電池容量と蓄電池容量を十分な余裕を持つように設定されるため、蓄電池を用いる太陽電池装置は、大型化とコスト上昇を招くとともに、寿命が短く、鉛蓄電池は充電液の補充や比重測定などの定期的な点検が必要でメンテナンスに手間が掛かり、廃棄すると公害問題を起こすため回収の必要があるなどの難点があることから、最近は、小型化が可能で、長期間メンテナンスが不要で、寿命が長い電気二重層コンデンサ（キャパシタとも呼ばれる。）を用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）
特許第２９６４８５９号公報

上記電気二重層コンデンサの蓄電容量は、太陽電池容量とともに、雨天又は曇天の場合の一日の日射量と負荷の一日の消費電力を考慮して設定されるが、公園などに設置される屋外照明装置の消費電力は比較的大きいので、容量の大きな電気二重層コンデンサが必要となる。ところで、電気二重層コンデンサは、その原材料コスト及び製造コストが高く、生産量が多くないため、その価格は蓄電容量当たりで決定される。従って、電気二重層コンデンサを用いる太陽電池式の屋外照明装置は、非常に高額なものとなるため、市場に出されても購入数量が伸びないという問題がある。

こうして、本発明は、小型化可能、長期間メンテナンス不要、長寿命という利点を有し、しかも、蓄電容量が小さくて安価な電気二重層コンデンサを用いて、安定した電源供給が可能な屋外照明装置を安価に提供することを目的とする。、

上記目的は、本発明の次の構成要素からなる屋外照明装置により達成される。すなわち、（ａ）太陽電池と、（ｂ）その太陽電池が発電する電力を蓄電する電気二重層コンデンサと、（ｃ）自然エネルギー利用の電源以外の補助電源供給線と、（ｄ）照明灯と、（ｅ）その照明灯の周囲の照度を測定する照度センサと、（ｆ）その照度センサの測定値が所定値以上である場合は前記電気二重層コンデンサから前記照明灯への電力供給及び前記補助電源供給線から前記照明灯への補助電源の供給を遮断し、前記照度センサの測定値が所定値未満で、かつ、前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力が所定値以上である場合は前記電気二重層コンデンサから前記照明灯へ電力を供給させるとともに前記補助電源供給線から前記照明灯への補助電源の供給を遮断し、前記照度センサの測定値が所定値未満で、かつ、前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力が所定値未満である場合は前記電気二重層コンデンサから前記照明灯への電力供給を遮断するとともに、前記補助電源供給線から前記照明灯へ補助電源を供給させるスイッチ回路とである（請求項１）。

上記の構成を有する屋外照明装置では、照度センサの測定値が所定値以上となる明るい日中は、スイッチ回路は電気二重層コンデンサから照明灯への電力供給も、補助電源の照明灯への供給も遮断する。そして、電気二重層コンデンサには太陽電池からの電力が充電される。これに対し、例えば夜間などの照度センサの測定値が所定値未満である時は、スイッチ回路は照明灯への電力供給を可能にする。この場合、電気二重層コンデンサの蓄電電圧が所定値以上である場合は、スイッチ回路はその電気二重層コンデンサに蓄積された電力を照明灯へ供給するとともに補助電源供給線から照明灯への補助電源の供給を遮断する。これに対し、電気二重層コンデンサの蓄電電圧が所定値未満である場合は、スイッチ回路は補助電源供給線からの補助電源を照明灯に供給し、電気二重層コンデンサから前記照明灯への電力供給を遮断する。すなわち、太陽電池からの電源が主として用いられ、不足の場合には補助電源が補助的に用いられる。従って、自然エネルギー活用による省エネルギー効果が得られるともに、安定した電源の供給が実現される。

本発明の上記目的は、次の構成要素からなる屋外照明装置によっても達成される。すなわち、（ａ）照明灯と、（ｂ）その照明灯が一日に消費する電力よりも小さな電力を発電する容量を有する太陽電池と、（ｃ）その太陽電池が発電する電力を蓄積し、前記照明灯が一日に消費する電力と等しい電力又はそれよりも少ない電力を供給し得る蓄電容量を有する電気二重層コンデンサと、（ｄ）自然エネルギー利用の電源以外の補助電源供給線と、（ｅ）前記照明灯の周囲の照度を測定する照度センサと、（ｆ）その照度センサの測定値が所定値以上である場合は前記電気二重層コンデンサから前記照明灯への電力供給及び前記補助電源供給線から前記照明灯への補助電源の供給を遮断し、前記照度センサの測定値が所定値未満で、かつ、前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力が所定値以上である場合は前記電気二重層コンデンサから前記照明灯へ電力を供給させるとともに前記補助電源供給線から前記照明灯への補助電源の供給を遮断し、前記照度センサの測定値が所定値未満で、かつ、前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力が所定値未満である場合は前記電気二重層コンデンサから前記照明灯への電力供給を遮断するとともに、前記補助電源供給線から前記照明灯へ補助電源を供給させるスイッチ回路とである（請求項２）。

上記の構成を有する屋外照明装置では、太陽電池は照明灯が一日に消費する電力よりも小さな電力を発電する容量を有する小型のものでよく、電気二重層コンデンサは前記太陽電池が発電する電力を蓄積し、前記照明灯が一日に消費する電力と等しい電力又はそれよりも少ない電力を供給し得る蓄電容量を有する小型のものでよい。そして、太陽電池からの電源が主として用いられ、不足の場合には補助電源が補助的に用いられる。従って、自然エネルギー活用による省エネルギー効果がさらに促進され、かつ、安定した電源供給が可能である。

上記屋外照明装置において、太陽電池、照明灯は支柱の上部に取り付けられ、照度センサ、電気二重層コンデンサ、出力回路及びスイッチ回路は、前記支柱の下部の中空部内に設けられ、その支柱の下部には前記中空部を密閉するメンテナンス用扉が開閉自在に備えられていることが望ましい（請求項３）。
上記の構成により、太陽電池への日照時間が長くなり、より大きな容量の蓄電を行うことができる。照明灯は広い範囲を照明することができる。照度センサ、電気二重層コンデンサ、出力回路及びスイッチ回路等の電気回路は、支柱の中で保護される。扉を開ければ、電気回路のメンテナンスを行うことができる。

本発明は、上記構成の屋外照明装置において、支柱の上部に風力発電機が設けられ、その風力発電機の発電する電力と太陽電池の発電する電力がともに電気二重層コンデンサに充電されることを特徴としている（請求項４）。
上記構成により、日射量が多く、かつ、風力があるときは電気二重層コンデンサに十分に充電され、また、日射量が少なくとも風力が大きい場合は、電気二重層コンデンサに十分に充電される。そして、太陽電池及び風力発電機からの充電量が所定値以上である場合は、電気二重層コンデンサに蓄積された電力が照明灯に供給され、太陽電池及び風力発電機からの充電量が所定値未満であるときは補助電源が供給される。従って、天候による影響を最低限にして、常に安定した照明を実現することができる。

太陽電池、風力発電機、照明灯は支柱の上部に取り付けられ、照度センサ、電気二重層コンデンサ、出力回路及びスイッチ回路等の電気回路は、前記支柱の下部の中空部内に設けられ、その支柱の下部には前記中空部を密閉するメンテナンス用扉が開閉自在に備えられていることが望ましい（請求項５）。
これにより、太陽電池への日照時間が長くなり、風力発電機には風が当り易いので、より大きな容量の蓄電が可能であり、照明灯は広い範囲を照明する。電気回路は支柱により保護される。さらに、扉を開けるとメンテナンスが可能である。

請求項１の発明によれば、照度センサの測定値が所定値以上である場合は電気二重層コンデンサから照明灯への電力供給及び補助電源供給線から照明灯への補助電源の供給が遮断され、照度センサの測定値が所定値未満で、かつ、電気二重層コンデンサに蓄積された電力が所定値以上である場合は電気二重層コンデンサから照明灯へ電力が供給されるとともに補助電源供給線から照明灯への補助電源の供給が遮断され、照度センサの測定値が所定値未満で、かつ、電気二重層コンデンサに蓄積された電力が所定値未満である場合は電気二重層コンデンサから照明灯への電力供給が遮断されるとともに、補助電源供給線から照明灯へ補助電源が供給されるから、天候の影響を最小限に止め、自然エネルギーを最大限に利用して、低コストで屋外照明を行うことができる。

請求項２の発明によれば、太陽電池は照明灯が一日に消費する電力よりも小さな電力を発電する容量を有するものが用いられ、電気二重層コンデンサは太陽電池が発電する電力を蓄積し、照明灯が一日に消費する電力よりも少ない電力を供給し得る蓄電容量を有するものが用いられるから、太陽電池及び電気二重層コンデンサには小型で安価なものを使用することができため、省エネルギー型の屋外照明装置を格段に低価格で提供することができる。

請求項３の発明によれば、太陽電池は長い日照時間を確保して、より大きな容量の蓄電を行うことができ、照明灯は広い範囲を照明することができ、電気回路は支柱の中で保護され、しかも、電気回路のメンテナンスを容易に行うことができる。

請求項４の発明によれば、太陽電池及び風力発電機を備えて、太陽電池及び風力発電機からの充電量が所定値よりも多い場合は電気二重層コンデンサに蓄積された電力が照明灯に供給され、太陽電池及び風力発電機からの充電量が所定値よりも少なくなったときに補助電源が供給されるから、自然エネルギーが一層有効に活用されて、省エネルギー効果が増大される。

請求項５の発明によれば、太陽電池、風力発電機、照明灯は支柱の上部に取り付けられ、照度センサ、電気二重層コンデンサ、出力回路及びスイッチ回路等の電気回路は、前記支柱の下部の中空部内に設けられ、その支柱の下部には前記中空部を密閉するメンテナンス用扉が開閉自在に備えられているから、太陽電池に対する日照時間が長くなり、風力発電機には風が当り易いので、より大きな容量の蓄電が可能であり、照明灯は広い範囲を照明することができ、電気回路は支柱により保護され、さらに、メンテナンス用扉を開けて、電気回路のメンテナンスを容易に行うことができる。

続いて、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明による省エネルギー型の屋外照明装置の斜視図、図２は同装置の電気回路図、図３は図２のスイッチ回路の具体的構成の一例を示す図、図４は同スイッチ回路の諸条件に対応する作用を説明する図である。

図１において、１は大地に立設された支柱であり、その支柱の上部に筐体２が取り付けてある。その筐体２の中には照明灯３が、その光線が街路や庭園などを照明することができる方向に向けて設けてある。また、図示の好ましい実施例においては、筐体２は高い安定性と均整の取れた美観を具備するように、支柱の両側に対称形に延出され、その両側の上面にそれぞれ一つの小型の風力発電機４が取り付けられている。

支柱１はさらに上方に延長され、その上部に１個又は複数個のパネル式の太陽電池５が設けられている。支柱１には、さらに、照度センサ６が設けられている。照度センサ６は、この屋外照明装置の設置されている場所及びその周辺の照度（明るさ）を近似的に検知するものであり、予め設定された照度を検知したとき、検知信号を出力して図２に示された後記電気回路７に与えるようになっている。

風力発電機４、太陽電池５及び照度センサ６は、図２に示すように、電気回路７に接続されている。電気回路７は、逆流防止素子８′及び過充電防止機能を有する充電回路８と、この充電回路により充電される電気二重層コンデンサ９と、電気二重層コンデンサ９の後段に接続された出力回路１０と、出力回路１０の後段に設けられたスイッチ回路１１とから構成されている。

充電回路８は、風力発電機４及び太陽電池５の出力が電気二重層コンデンサ９の過充電電圧に達しない限度で電気二重層コンデンサ９に充電するものである。４及び５は、照明灯３が一日に消費する電力よりも小さな電力を発電する容量を有する。電気二重層コンデンサ９は、既知のものであり、活性炭と有機溶剤の異種２相を接触させた構造を有し、充電に化学反応に伴う電子の移動を行うことなくコンデンサと同様に電荷を蓄積するだけであるので、微小電流による充電も行うことができる。このため、雨天や曇天などの日射量が少なく、風力発電機４又は太陽電池５の出力電流が少なくなった場合でも充電を行うことができる。太陽電池が発電する電力を蓄積し、前記照明灯が一日に消費する電力と等しい電力又はそれよりも少ない電力を供給し得る蓄電容量を有する。従って、照明灯３は、その消費電力が可及的に小さいＬＥＤで構成されているものが好ましい。

出力回路１０は、電気二重層コンデンサに蓄積された電力が所定値未満、例えば１２Ｖ未満である場合は、風力発電機４又は太陽電池５からの電力を電気二重層コンデンサ９に充電させ、電気二重層コンデンサに蓄積された電力が所定値、例えば１２Ｖ以上である場合は、電気二重層コンデンサ９に蓄積された電力を放電させるように制御して、電気二重層コンデンサ９に毎日充放電を繰り返させるものである。

スイッチ回路１１には、照度センサ６と、補助電源供給線の一例として、先端にＡＣアダプタ１２を有する商用電源供給線１２ａが接続されている。ＡＣアダプタ１２は１００Ｖの交流電源を１２Ｖの直流電源に変換するものである。

スイッチ回路１１は、図３に示すように、これに限定されないが、接点切替回路１３と、スイッチング素子１４とから構成されている。接点切替回路１３には、出力回路１０と照度センサ６が接続されている。そして、接点切替回路１３は、出力回路１０の出力レベルから電気二重層コンデンサ９の充電電圧が規定値、例えば、１２Ｖ以上か否かを判定するとともに、照度センサ６の測定値が所定値以上のときに出力する検知信号を入力しているか否かを照査し、その照査結果に基づいて、スイッチング素子１４を動作させるように構成してある。

スイッチング素子１４は、一例として可動接点１４ａと、ダミー固定接点１４ｂと、第１固定接点１４ｃと、第２固定接点１４ｄとを有している。そして、可動接点１４ａは照明灯３と電気的に接続され、第１固定接点１４ｃは出力回路１０に、第２固定接点１４ｄは商用電源供給線１２ａに、それぞれ電気的に接続されている。また、接点切替回路１３は、照度センサ６から検知信号を入力している（明るい）とき、すなわち、照度センサの測定値が所定値以上である場合は、図４（ａ）に示すように、可動接点１４ａをダミー固定接点１４ｂに接触させて、電気二重層コンデンサ９から照明灯３への電力供給及び商用電源供給線１２ａから照明灯３への商用電源の供給を遮断する。
これに対して、照度センサ６から検知信号を入力しない（暗い）とき、すなわち、照度センサの測定値が所定値未満のときは、出力回路１０の出力レベルが所定値以上である場合、すなわち、電気二重層コンデンサ９の充電電圧が所定値以上である場合は、接点切替回路１３は、図４（ｂ）に示すように、可動接点１４ａを第１固定接点１４ｃに接触させる。これにより、電気二重層コンデンサ９から照明灯３へ電力を供給させるとともに、商用電源供給線１２ａから照明灯への商用電源の供給を遮断する。さらに、照度センサの測定値が所定値未満であって、かつ、電気二重層コンデンサに蓄積された電力が所定値未満である場合は、接点切替回路１３は、図４（ｃ）に示すように、可動接点１４ａを第２固定接点１４ｄに接触させる結果、商用電源供給線１２ａから照明灯３へ商用電源を供給させるとともに、電気二重層コンデンサ９から照明灯３への電力供給を遮断するように作用する。

上記構成により、この屋外照明装置を風力発電機４に対する風当たりが良く、かつ太陽電池５に対する日射量ができるだけ多い場所に設置し、ＡＣアダプタ１２を商用電源に接続すると、日中などの日射量が多い時間帯に照度センサ６が検出する照度が所定値以上である時は、スイッチ回路１１の接点切替回路１３は可動接点１４ａをダミー固定接点１４ｂに接触された状態に保持する。従って、照明灯３は点灯されない。

これに対して、夜間などの日射量が少ない時間帯は、照度センサ６が検知する照度が所定値未満であり、かつ、出力回路１０の出力レベルが所定値以上である時は、スイッチ回路１１の接点切替回路１３が、可動接点１４ａを第１固定接点１４ｃに接触された状態に保持する。従って、電気二重層コンデンサ９からの出力電流が照明灯３に供給される。そして、昼間の日照量が多かった日は、電気二重層コンデンサ９に蓄積される電力が多いので、電気二重層コンデンサ９からの出力電流のみで照明灯３が比較的長時間点灯される。

好ましい実施例では、電気二重層コンデンサ９の蓄電容量は照明灯３が１日に消費する電力よりも小さくしてあるので、電気二重層コンデンサ９を小型化することができる反面、日射量が少ない日には、電気二重層コンデンサ９からの出力電流のみで照明灯３を点灯することができない場合があり得る。その場合は、電気二重層コンデンサ９からの充電電圧が所定値よりも小さくなって出力回路１０の出力レベルが所定値未満になった時は、接点切替回路１３の作用により、スイッチ素子１４が可動接点１４ａを第２固定接点１４ｄに移動させて、電力の供給元を電気二重層コンデンサ９から商用電源に切り替えるので、以後は、商用電源が供給される。それも、商用電源は補助的に比較的短時間のみ消費されるから、太陽電池による天然エネルギーの活用による電力コスト削減効果が低減されることはない。

太陽電池５は、照明灯３に求められる照度を達成するために必要な電力を発電できるだけの任意の数が設置される。

図１の風力発電機４は、この屋外照明装置が設置される場所が風の当たりやすい地域である場合に、付加することが好ましいものである。また、観光施設又は娯楽施設などで顧客の目を楽しませるためにも、付加されると好ましいものである。この風力発電機４は、図２に鎖線で示したように、電気回路の構成としては、太陽電池５と並列接続され、逆流防止素子８’を介して充電回路８に接続され、その発電した電力は電気二重層コンデンサ９に蓄積され、また、その発電電流は出力回路１０を経てスイッチ回路１１の第１固定接点１４ｃに与えられる。従って、接点切替回路１３は、太陽電池５の単独発電力、風力発電機４の単独発電力又は双方の総合発電力が、照明灯３の消費電力に応じて設定される所定値以上か未満かによって、照明灯の点灯用電力として電気二重層コンデンサ９からの出力電流を用いるか、商用電源を用いるかを決定することとなる。

以上のように、照明灯の一日の消費電力よりも小さな発電容量を有する太陽電池５と風力発電機４を設け、これにその照明灯の１日の消費電力よりも小さい蓄電容量を有する電気二重層コンデンサ９を接続し、その出力電流を主として用い、そのほかに商用電源を補助的に利用できるようにした場合は、自然エネルギーを有効に利用して所要時間の照明を継続して行うことができる小型で安価な屋外照明装置を提供することができる。

上には、スイッチ回路を理解しやすいように、メカニカルスイッチ構成で説明したが、電子回路で構成することが可能である。また、自然エネルギー利用電源以外の補助電源としては、燃料電池を用いることもできる。

本発明に係る屋外照明装置の一例の使用状態における斜視図。 同装置の電気回路の構成の一例を示す電気回路図。 図２におけるスイッチ回路の構成の一例を示す電気回路図。 上記スイッチ回路の諸条件に対応する作用説明図。

符号の説明

１ 支柱
２ 筐体
３ 照明灯
４ 風力発電機
５ 太陽電池
６ 照度センサ
８ 充電回路
９ 電気二重層コンデンサ
１０ スイッチ回路
１１ 商用電源供給線

Claims (5)

1. 太陽電池と、その太陽電池が発電する電力を蓄電する電気二重層コンデンサと、自然エネルギー以外の補助電源供給線と、照明灯と、その照明灯の周囲の照度を測定する照度センサと、その照度センサの測定値が所定値以上である場合は前記電気二重層コンデンサから前記照明灯への電力供給及び前記補助電源供給線から前記照明灯への補助電源の供給を遮断し、前記照度センサの測定値が所定値未満で、かつ、前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力が所定値以上である場合は前記電気二重層コンデンサから前記照明灯へ電力を供給させるとともに前記補助電源供給線から前記照明灯への補助電源の供給を遮断し、前記照度センサの測定値が所定値未満で、かつ、前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力が所定値未満である場合は前記電気二重層コンデンサから前記照明灯への電力供給を遮断するとともに、前記補助電源供給線から前記照明灯へ補助電源を供給させるスイッチ回路とからなる屋外照明装置。
2. 照明灯と、その照明灯が一日に消費する電力よりも小さな電力を発電する容量を有する太陽電池と、その太陽電池が発電する電力を蓄積し、前記照明灯が一日に消費する電力と等しい電力又はそれよりも少ない電力を供給し得る蓄電容量を有する電気二重層コンデンサと、自然エネルギー以外の補助電源供給線と、前記照明灯の周囲の照度を測定する照度センサと、その照度センサの測定値が所定値以上である場合は前記電気二重層コンデンサから前記照明灯への電力供給及び前記補助電源供給線から前記照明灯への補助電源の供給を遮断し、前記照度センサの測定値が所定値未満で、かつ、前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力が所定値以上である場合は前記電気二重層コンデンサから前記照明灯へ電力を供給させるとともに前記補助電源供給線から前記照明灯への補助電源の供給を遮断し、前記照度センサの測定値が所定値未満で、かつ、前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力が所定値未満である場合は前記電気二重層コンデンサから前記照明灯への電力供給を遮断するとともに、前記補助電源供給線から前記照明灯へ補助電源を供給させるスイッチ回路とからなる屋外照明装置。
3. 請求項１又は２に記載の屋外照明装置において、太陽電池、照明灯は支柱の上部に取り付けられ、照度センサ、電気二重層コンデンサ、出力回路及びスイッチ回路は、前記支柱の下部の中空部内に設けられ、その支柱の下部には前記中空部を密閉するメンテナンス用扉が開閉自在に備えられていることを特徴とする屋外照明装置。
4. 請求項１又は２に記載の屋外照明装置において、支柱の上部に風力発電機が設けられ、その風力発電機の発電する電力と太陽電池の発電する電力がともに電気二重層コンデンサに充電されることを特徴とする屋外照明装置。
5. 請求項４に記載の屋外照明装置において、太陽電池、風力発電機、照明灯は支柱の上部に取り付けられ、照度センサ、電気二重層コンデンサ、出力回路及びスイッチ回路は、前記支柱の下部の中空部内に設けられ、その支柱の下部には前記中空部を密閉するメンテナンス用扉が開閉自在に備えられていることを特徴とする屋外照明装置。

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