JP2018038224A - Charging circuit using solar cell as power source and design panel having the same - Google Patents
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Abstract
【課題】太陽電池を電源に二次電池を充電するに際し、低照度での充電を可能にする。【解決手段】低照度での発電が可能な色素増感太陽電池(DSC)2からの電力で、DC−DCコンバータ3が2次電池4を充電するにあたって、そのDC−DCコンバータ3の前段にスイッチ素子51(Q3)を設けて、ON/OFF制御回路72がコンバータ3を完全に切り離す。太陽電池2とスイッチ素子51(Q3)との間には蓄電素子6(C1)を設けておき、その蓄電素子6(C1)を充電し、充電電圧が高くなると、電圧監視回路71がON/OFF制御回路72にスイッチ素子51(Q3)をONさせる。したがって、負荷(DC−DCコンバータ3)の切離しで低照度での太陽電池2の出力電圧を立上がり易くできるとともに、切離して出力電圧が立上がるまでの電力を蓄電素子6に蓄積し、利用するので、低照度環境下でも、より効率的に太陽エネルギーを取り込むことができる。【選択図】図2When charging a secondary battery using a solar cell as a power source, charging with low illuminance is made possible. When a DC-DC converter 3 charges a secondary battery 4 with electric power from a dye-sensitized solar cell (DSC) 2 capable of generating power at low illuminance, the DC-DC converter 3 is placed before the DC-DC converter 3. The switch element 51 (Q3) is provided, and the ON / OFF control circuit 72 completely disconnects the converter 3. A storage element 6 (C1) is provided between the solar cell 2 and the switch element 51 (Q3). When the storage element 6 (C1) is charged and the charging voltage increases, the voltage monitoring circuit 71 is turned on / off. The switch element 51 (Q3) is turned on by the OFF control circuit 72. Therefore, it is possible to easily raise the output voltage of the solar cell 2 at low illuminance by disconnecting the load (DC-DC converter 3), and the electric power until the output voltage rises after being disconnected is accumulated in the storage element 6 and used. Even in a low light environment, solar energy can be captured more efficiently. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、太陽電池を電源として、蓄電装置である二次電池や電気二重層キャパシタを充電するための回路と、それを用いた自照式の意匠パネルとに関する。 The present invention relates to a circuit for charging a secondary battery or an electric double layer capacitor as a power storage device using a solar battery as a power source, and a self-illuminated design panel using the circuit.
太陽電池を電源とした二次電池の充電回路において、昇圧または降圧して、安定した電圧で充電できるように、DC−DCコンバータを備えるものが使用されている。そのDC−DCコンバータは、太陽電池の出力電力を電源として、それ自体で自発的に動作する。具体的には、コンバータICのイネーブル端子ENに所定値以上の電圧が与えられると動作する。そのため、太陽電池、特に低照度下で発電可能な色素増感太陽電池には、DC−DCコンバータを接続すると、それによる負荷が大き過ぎて、太陽電池は出力電圧が立上がらず、シャットダウン状態となって有効に電力を取り出せないという問題がある。 2. Description of the Related Art A secondary battery charging circuit using a solar battery as a power source is provided with a DC-DC converter so that it can be charged with a stable voltage by stepping up or down. The DC-DC converter operates by itself using the output power of the solar cell as a power source. Specifically, it operates when a voltage of a predetermined value or higher is applied to the enable terminal EN of the converter IC. Therefore, when a DC-DC converter is connected to a solar cell, particularly a dye-sensitized solar cell that can generate power under low illuminance, the load caused by the DC-DC converter is too great, and the output voltage of the solar cell does not rise. Therefore, there is a problem that power cannot be extracted effectively.
そこで本件出願人は、先に特許文献1を提案している。図9は、その特許文献1による充電回路11のブロック図である。この充電回路11は、太陽電池として、室内使用に好適な、低照度でも発電を行うことができる色素増感太陽電池(DSC)2を電源として、DC−DCコンバータ3が、その出力電力で二次電池4を充電するものである。
Therefore, the present applicant has previously proposed
ここで、図10には、太陽電池の出力特性を示す。太陽電池は、負荷が或る程度大きい負荷線aの場合、高照度ならば高効率で電力を発生するが(電圧Va,電流Ia)、低照度の場合、電圧がVbと小さくなり、取出せる電力(Ib*Vb)も小さくなる。しかしながら、その低照度であっても、負荷が小さい負荷線bの場合は、電力は(Ib*Vb’)となり、発電効率が良くなる。 Here, FIG. 10 shows the output characteristics of the solar cell. In the case of a load line a having a somewhat large load, the solar battery generates electric power with high efficiency if the illuminance is high (voltage Va, current Ia), but in the case of low illuminance, the voltage decreases to Vb and can be taken out. The power (Ib * Vb) is also reduced. However, even with the low illuminance, in the case of the load line b with a small load, the power is (Ib * Vb ′), and the power generation efficiency is improved.
そこで、充電回路11には、太陽電池2を最大電力点で作動させるために、照明光の強弱に合わせて、負荷を変化させるMPPT(Maximum Power Point Tracking)制御回路12が設けられている。図10のように、太陽電池は、出力電力が違っても、最大電力点となる電圧は略一定しているので、MPPT制御回路12が、照明光が強い場合は多くの負荷電流(Ia)を流し、照明光が弱い場合は負荷電流を小さく(Ib)することで、太陽電池2を最大電力点で作動させられるようになっている。
Therefore, the
そして、MPPT制御回路12の動作は、図11で示すように、太陽電池2の出力電圧が、一旦、充分な、たとえば光量Aの最大電力点に対応した電圧で動作を開始し、光量Bの最少負荷の電圧で動作を停止する所定のヒステリシスを持って行われる。たとえば、真夏の日中における太陽光の照度を1Sunとすると、光量Aは0.5Sunに相当し、光量Bは0.05Sunに相当する。
Then, the operation of the
したがって、制御回路12によるMPPT制御が、一旦働けば、照明光の強度が或る程度変化しても(上述の例では1/10迄低下しても)、二次電池4の充電は継続できる。しかしながら、太陽電池2を二次電池4に接続した(DC−DCコンバータ3を動作させた)際に、DC−DCコンバータ3は、上述のように負荷が大きい設定でスタートするので、照明光が弱いと、急激に大きな負荷電流が流れ、太陽電池2の出力電圧が低下して、結果的にDC−DCコンバータ3が立ち上がらず(ロックアウトし)、制御回路12のMPPT制御も働かなくなってしまう。その後、強い照明光が当たると、DC−DCコンバータ3が動き出し、制御回路12のMPPT制御も機能し始めるが、その間、充電ができないという問題があった。
Therefore, once the MPPT control by the
そこで特許文献1の充電回路11では、照度が予め定める閾値未満で、かつDC−DCコンバータ3から出力が無い場合に、該DC−DCコンバータ3を予め定める時間毎にリセットするためのトリガを与えるリセット回路13を設けている。リセット動作は、DC−DCコンバータ3の前記イネーブル端子ENがリセットされる(Lo入力)ことで行われる。そうすることで、該DC−DCコンバータ3の発振が完全に停止し、太陽電池2からの入力電流が僅か0.3mAとなって、負荷である該DC−DCコンバータ3および二次電池4が太陽電池2から切離されて太陽電池2の出力端子は開放端になり、端子電圧を復活させている。このような負荷の変化の様子を、図12に示す。
Therefore, in the
特許文献1は、起動不安定時に、参照符号W1で示すMPPT制御の範囲、具体的にたとえば前記の0.05〜0.5Sunの範囲の光量でも、光エネルギーを獲得できるようになっている。
In
しかしながら、今般、本件出願人は、参照符号W2で示す特許文献1での充電不可能な極低照度の範囲、具体的にたとえば、0.05Sun未満の範囲の光量でも、充電を行えるような構成を想到するに至った。
However, the present applicant is currently able to perform charging even in the extremely low illuminance range that cannot be charged in
本発明の目的は、太陽電池を電源として、その出力電力で二次電池や電気二重層キャパシタを充電する充電回路において、極低照度の光量であっても、有効に光エネルギーを取込むことができる充電回路およびそれを備える意匠パネルを提供することである。 An object of the present invention is to effectively capture light energy even in an extremely low illuminance light amount in a charging circuit that charges a secondary battery or an electric double layer capacitor with the output power from a solar cell as a power source. It is providing the charging circuit which can be performed, and a design panel provided with the same.
本発明の充電回路は、前記太陽電池の出力電力を前記二次電池に予め定められる充電電圧および充電電流に変換して与えるDC−DCコンバータと、前記DC−DCコンバータの前段に介在され、前記太陽電池の出力電力で充電される蓄電素子と、前記蓄電素子と前記DC−DCコンバータとの間に介在されるスイッチ素子と、前記蓄電素子の充電電圧を監視し、前記充電電圧が予め定める電圧となると、前記スイッチ素子をONさせて、前記蓄電素子の充電電力を前記DC−DCコンバータに給電することで、該DC−DCコンバータを動作させる制御回路とを含むことを特徴とする。 The charging circuit according to the present invention is interposed between a DC-DC converter that converts the output power of the solar battery into a charging voltage and a charging current that are predetermined for the secondary battery, and is provided in front of the DC-DC converter, A storage element charged with the output power of the solar cell, a switch element interposed between the storage element and the DC-DC converter, and a charge voltage of the storage element are monitored, and the charge voltage is a predetermined voltage. Then, a control circuit for operating the DC-DC converter by turning on the switch element and supplying charging power of the power storage element to the DC-DC converter is included.
上記の構成によれば、太陽電池を電源として、DC−DCコンバータが前記太陽電池の出力電力を二次電池に予め定められる充電電圧および充電電流に変換して前記二次電池を充電するにあたって、DC−DCコンバータは、前記太陽電池の出力電力を電源として、それ自体で自発的に動作してしまうので、太陽電池、特に低照度下で発電可能な色素増感太陽電池には、DC−DCコンバータを接続すると、それによる負荷が大き過ぎて、太陽電池は出力電圧が立上がらず、シャットダウン状態となって有効に電力を取り出せないことがある。 According to the above configuration, when charging the secondary battery by using the solar battery as a power source, the DC-DC converter converts the output power of the solar battery into a charging voltage and a charging current predetermined for the secondary battery. Since the DC-DC converter operates by itself using the output power of the solar cell as a power source, the DC-DC converter is used for a solar cell, particularly a dye-sensitized solar cell capable of generating power under low illuminance. When the converter is connected, the load caused by the converter is too large, and the solar cell may not rise in output voltage, and may be in a shutdown state and cannot effectively extract power.
そこで、DC−DCコンバータの前段にスイッチ素子を設けて、太陽電池からDC−DCコンバータを完全に切り離せるようにする。一方、太陽電池とスイッチ素子との間には蓄電素子を設けておき、前記太陽電池の出力電力で、先ずその蓄電素子を充電するようにする。太陽電池、特に色素増感太陽電池は、電流源素子であり、その時点の光量に対応した発電電流を絶え間なく流し出し、蓄電素子の充電電圧が、この色素増感太陽電池の開放端電圧に達すると充電を終了する。そして、その蓄電素子は、コンデンサなどの容量性素子であり、光量が多い程早く充電を終了する。そこで、この充電電圧を監視し、その監視結果に応じてスイッチ素子をON/OFFする制御回路を設ける。 Therefore, a switch element is provided in the previous stage of the DC-DC converter so that the DC-DC converter can be completely separated from the solar cell. On the other hand, a power storage element is provided between the solar cell and the switch element, and the power storage element is first charged with the output power of the solar cell. A solar cell, particularly a dye-sensitized solar cell, is a current source element, and continuously generates a generation current corresponding to the amount of light at that time, and the charging voltage of the storage element becomes the open-circuit voltage of the dye-sensitized solar cell. When it reaches, charging is terminated. The power storage element is a capacitive element such as a capacitor, and the charging is completed earlier as the amount of light increases. Therefore, a control circuit for monitoring the charging voltage and turning on / off the switch element according to the monitoring result is provided.
前記制御回路は、前記充電電圧が、予め定める電圧となるまではスイッチ素子をOFFしてDC−DCコンバータへの入力を遮断させておき、予め定める電圧となるとONさせて、前記蓄電素子の充電電力を該DC−DCコンバータに給電して、該DC−DCコンバータを動作させる。前記予め定める電圧は、前記太陽電池の開放端電圧に近く、DC−DCコンバータにとって効率の良い入力電圧範囲であって、コンデンサなどから成る前記蓄電素子の定格電圧以下とする。 The control circuit turns off the switch element until the charging voltage reaches a predetermined voltage, shuts off the input to the DC-DC converter, and turns on when the charging voltage reaches a predetermined voltage to charge the power storage element. Power is supplied to the DC-DC converter to operate the DC-DC converter. The predetermined voltage is close to the open-circuit voltage of the solar cell and is an input voltage range that is efficient for the DC-DC converter, and is equal to or lower than the rated voltage of the power storage element including a capacitor.
したがって、低照度時にDC−DCコンバータが切離されており、かつ直流抵抗値がほぼ無限大のコンデンサなどから成る蓄電素子が接続されていることで、太陽電池の負荷が極限まで軽くなって、前記蓄電素子に前記太陽電池の電流(電荷)が蓄積される。そして蓄電素子の充電電圧が予め定める電圧に立上がると、制御回路は、スイッチ素子をONして、その立上がった電圧でDC−DCコンバータを動作させる。蓄電素子は瞬間的な大電流の供給に適したデバイスであるので、例えDC−DCコンバータの立上げ投入電流が大きくても、問題無く該DC−DCコンバータを立上げることができる。 Therefore, the DC-DC converter is disconnected at the time of low illuminance, and the storage element composed of a capacitor having a DC resistance value of almost infinite is connected, so that the load on the solar cell becomes light to the limit, The electric current (charge) of the solar cell is accumulated in the electric storage element. When the charging voltage of the storage element rises to a predetermined voltage, the control circuit turns on the switch element and operates the DC-DC converter with the raised voltage. Since the storage element is a device suitable for instantaneously supplying a large current, even if the startup input current of the DC-DC converter is large, the DC-DC converter can be started up without any problem.
一方、DC−DCコンバータの動作に伴い、蓄電素子の放電が進み、充電電圧が前記予め定める電圧にまで低下すると、制御回路は、スイッチ素子をOFFして、DC−DCコンバータへの給電を停止して動作を停止させるとともに、再び蓄電素子への充電を開始する。 On the other hand, when the discharge of the storage element progresses with the operation of the DC-DC converter and the charging voltage decreases to the predetermined voltage, the control circuit turns off the switch element and stops the power supply to the DC-DC converter. Then, the operation is stopped and charging of the power storage element is started again.
これによって、前記予め定める電圧未満の範囲の光量(図11で示す従来では充電不可能な光量の範囲W2)の光エネルギーを取込み、蓄電素子に蓄積されるので、これまで発電に利用できなかった、たとえば室内灯の光のような極低照度の光も利用して、より効率的に太陽エネルギーを取込むことができる。特に、太陽電池を室内に設置した場合において、より効率的に太陽エネルギーを獲得でき、好適である。 As a result, light energy of a light amount in a range less than the predetermined voltage (a light amount range W2 that cannot be charged in the related art shown in FIG. 11) is taken in and stored in the storage element, so that it could not be used for power generation until now. For example, it is possible to take in solar energy more efficiently by utilizing light of extremely low illuminance such as light of a room light. In particular, when a solar cell is installed indoors, solar energy can be acquired more efficiently, which is preferable.
また、本発明の充電回路は、太陽電池を電源として、その出力電力で電気二重層キャパシタを充電する充電回路において、前記太陽電池の出力電力を前記電気二重層キャパシタの定格電圧以下の充電電流に変換して注入する電荷注入手段と、前記電荷注入手段の前段に介在され、前記太陽電池の出力電力で充電される蓄電素子と、前記蓄電素子と前記電荷注入手段との間に介在されるスイッチ素子と、前記蓄電素子の充電電圧を監視し、前記充電電圧が予め定める電圧となると、前記スイッチ素子をONさせて、前記蓄電素子の充電電力を前記電荷注入手段に給電することで、該電荷注入手段を動作させる制御回路とを含み、前記電荷注入手段は、前記定格電圧以下で、前記蓄電素子の充電電荷量から可能な大電流で電荷を注入することを特徴とする。 Further, the charging circuit of the present invention is a charging circuit for charging an electric double layer capacitor with the output power using a solar cell as a power source. The charging power of the solar cell is set to a charging current equal to or lower than a rated voltage of the electric double layer capacitor. Charge injection means for converting and injecting, a storage element interposed in front of the charge injection means and charged by output power of the solar cell, and a switch interposed between the storage element and the charge injection means The charge voltage of the power storage element is monitored, and when the charge voltage reaches a predetermined voltage, the switch element is turned on to supply the charge power of the power storage element to the charge injection means, And a control circuit for operating the injection means, wherein the charge injection means injects charges with a large current that is less than or equal to the rated voltage and is possible from a charge amount of the storage element. To.
上記の構成によれば、蓄電装置として電気二重層キャパシタを用いる場合に、より効率的に太陽エネルギーを取込むことができる。そして、その電気二重層キャパシタに電荷を注入する電荷注入手段としては、該電気二重層キャパシタの最大電圧保護を行えればよく、過電圧保護回路等でも可能である。しかしながら、蓄電素子に蓄積した電荷を、できるだけ早く電気二重層キャパシタに渡して、再び光エネルギー蓄積モードに戻すことが望ましい。一方、蓄電装置が、二次電池であっても、電気二重層キャパシタであっても、共に電圧が低い時には、充電時に大きな電流が流れるので、前記電荷注入手段としては、その大電流を流し込むだけの能力のある素子が必要で、DC−DCコンバータが最適である。 According to said structure, when using an electrical double layer capacitor as an electrical storage apparatus, solar energy can be taken in more efficiently. The electric charge injection means for injecting electric charge into the electric double layer capacitor is only required to protect the electric double layer capacitor at the maximum voltage, and can be an overvoltage protection circuit or the like. However, it is desirable to transfer the electric charge accumulated in the electric storage element to the electric double layer capacitor as soon as possible and to return to the light energy accumulation mode again. On the other hand, even if the power storage device is a secondary battery or an electric double layer capacitor, when the voltage is low, a large current flows at the time of charging. Therefore, as the charge injection means, only the large current flows. Therefore, a DC-DC converter is most suitable.
さらにまた、本発明の充電回路では、前記太陽電池が共通接点に接続され、前記蓄電素子が一方の個別接点に接続される切換えスイッチと、前記切換えスイッチの他方の個別接点と前記DC−DCコンバータまたは電荷注入手段とを接続するバイパスラインと、照度を監視し、該照度が予め定める閾値以上の高照度であれば前記切換えスイッチを他方の個別接点に接続し、前記閾値未満の低照度であれば前記切換えスイッチを一方の個別接点に接続する照度センサをさらに備えることを特徴とする。 Furthermore, in the charging circuit of the present invention, the changeover switch in which the solar cell is connected to a common contact and the storage element is connected to one individual contact, the other individual contact of the changeover switch, and the DC-DC converter Alternatively, the bypass line connecting the charge injection means and the illuminance are monitored, and if the illuminance is higher than a predetermined threshold, the changeover switch is connected to the other individual contact so that the illuminance is lower than the threshold. And an illuminance sensor for connecting the changeover switch to one individual contact.
上記の構成によれば、DC−DCコンバータまたは電荷注入手段の前段に蓄電素子を設けることで、上述のように低照度での発電が可能になるが、蓄電素子を通してしか、DC−DCコンバータは太陽電池の出力電力を取込むことができない。そのため、高照度では、スイッチ素子の切替わり(サイクル)が頻繁になるものの、該スイッチ素子がOFFしている間は、太陽電池の出力電力をDC−DCコンバータに移すことができない。さらに、高照度になると、連続動作状態になり、前記スイッチ素子による充電/放電の切替え時間のロスも無視できなくなる。 According to the above configuration, by providing the power storage element in front of the DC-DC converter or the charge injection means, it is possible to generate power with low illuminance as described above. However, the DC-DC converter can be used only through the power storage element. The output power of the solar cell cannot be taken. Therefore, at high illuminance, switching (cycle) of the switch element is frequent, but the output power of the solar cell cannot be transferred to the DC-DC converter while the switch element is OFF. Further, when the illuminance is high, a continuous operation state is established, and the loss of the charge / discharge switching time by the switch element cannot be ignored.
そこで、照度センサによる高照度検知機能を設け、たとえば10,000lux以上の高照度を検知したら、該照度センサは、太陽電池と蓄電素子との間に設けられた切換えスイッチを切替え、バイパスラインを介して、太陽電池の出力電力を直接DC−DCコンバータまたは電荷注入手段に与える。これによって、太陽エネルギーの取込みロスを無くすことができる。 Therefore, when a high illuminance detection function by an illuminance sensor is provided, for example, when high illuminance of 10,000 lux or more is detected, the illuminance sensor switches a changeover switch provided between the solar cell and the storage element, and passes through a bypass line. Thus, the output power of the solar cell is directly applied to the DC-DC converter or the charge injection means. Thereby, the loss of taking in solar energy can be eliminated.
さらにまた、本発明の充電回路では、前記蓄電素子は、電気二重層キャパシタであることを特徴とする。 Furthermore, in the charging circuit of the present invention, the power storage element is an electric double layer capacitor.
上記の構成によれば、前記蓄電素子としてはコンデンサが一般的であるが、充放電のサイクルが短い場合には、容量の大きい電気二重層キャパシタを用いるようにすれば、より効率的である。 According to said structure, although a capacitor | condenser is common as said electrical storage element, when the cycle of charging / discharging is short, it will become more efficient if it uses an electric double layer capacitor with a large capacity | capacitance.
また、本発明の充電回路では、前記太陽電池は、色素増感太陽電池から成ることを特徴とする。 In the charging circuit of the present invention, the solar cell is a dye-sensitized solar cell.
上記の構成によれば、前記太陽電池が色素増感太陽電池(DSC)である場合、一般のシリコン太陽電池より低照度での発電効率が高いので低照度での発電が可能になるものの、その低照度時には発電電力も小さく、DC−DCコンバータまたは電荷注入手段による負荷が大きすぎて、有効に電力を取出せなない。 According to the above configuration, when the solar cell is a dye-sensitized solar cell (DSC), the power generation efficiency at low illuminance is higher than that of a general silicon solar cell, so that power generation at low illuminance is possible. At low illuminance, the generated power is small and the load by the DC-DC converter or the charge injection means is too large to effectively extract the power.
したがって、本発明の充電回路は、色素増感太陽電池(DSC)に好適である。 Therefore, the charging circuit of the present invention is suitable for a dye-sensitized solar cell (DSC).
さらにまた、本発明の充電回路では、前記太陽電池には、その受光面に色素および/または発電層の厚みの違いによる意匠が形成されていることを特徴とする。 Furthermore, in the charging circuit of the present invention, the solar cell is characterized in that a design based on a difference in the thickness of the dye and / or the power generation layer is formed on the light receiving surface thereof.
上記の構成によれば、前記太陽電池を色素増感太陽電池(DSC)とすることで、色素の違いを利用して、受光面に意匠を形成することができる。また、前記色素増感太陽電池(DSC)では、発電層(一般的には二酸化チタン)の厚み(層数)の差によっても、意匠を形成することができる。 According to said structure, the design can be formed in a light-receiving surface using the difference in a pigment | dye by making the said solar cell into a dye-sensitized solar cell (DSC). In the dye-sensitized solar cell (DSC), the design can be formed also by the difference in the thickness (number of layers) of the power generation layer (typically titanium dioxide).
また、本発明の意匠パネルは、前記太陽電池による太陽電池パネル部と、所望の意匠に合せた発光素子を内部に有する自照式の意匠パネル部と、前記意匠パネル部および太陽電池パネル部を表裏で一体化し、略鉛直に立てた状態で下方から支持するとともに、前記発光素子を点灯させる点灯回路、前記点灯回路を電力付勢する前記二次電池または電気二重層キャパシタおよび前記の充電回路を収容する支持部材とを備えることを特徴とする。 In addition, the design panel of the present invention includes a solar cell panel portion made of the solar cell, a self-illuminated design panel portion having a light emitting element matched to a desired design inside, and the design panel portion and the solar cell panel portion. And the lighting circuit for lighting the light emitting element, the secondary battery or the electric double layer capacitor for energizing the lighting circuit, and the charging circuit. And a supporting member.
上記の構成によれば、支持部材が意匠パネル部を略鉛直に立てた状態で下方から支持する、楯などとして用いられる意匠パネルにおいて、前記意匠パネル部の背面に太陽電池のパネル部を設け、これによって発電された電力で前記意匠パネル部内の発光素子が点灯する自照式の意匠パネルを構成する。 According to said structure, in the design panel used as a collar etc. which a support member supports from below in the state where the design panel part stood substantially perpendicularly, a panel part of a solar cell is provided in the back of the design panel part, A self-illuminated design panel in which the light-emitting elements in the design panel unit are lit by the electric power generated thereby.
したがって、楯などの意匠パネルを自照式にするにあたって、先ず太陽電池を用いることで、省エネルギーに、さらに電池交換などのメンテナンスを不要にすることができる。次に、上述のように太陽電池を、低照度でも発電できる色素増感太陽電池(DSC)とすることで、太陽電池を使用しても意匠パネルが点灯している時間を長くすることができる。これによって、室内に設けられ、低照度の室内灯で動作する意匠パネルを実現することができる。 Therefore, when making a design panel such as a bag into a self-illuminating type, by first using a solar cell, energy saving and further maintenance such as battery replacement can be eliminated. Next, as described above, the solar cell is a dye-sensitized solar cell (DSC) that can generate power even at low illuminance, so that the time during which the design panel is lit can be extended even when the solar cell is used. . As a result, a design panel that is provided indoors and operates with a low illuminance room light can be realized.
さらにまた、本発明の意匠パネルでは、前記表裏で一体化される前記太陽電池パネル部および意匠パネル部の基板は透光性を有し、前記意匠パネル部での背面方向への発光光を前記色素増感太陽電池で回生発電することを特徴とする。 Furthermore, in the design panel of the present invention, the solar cell panel unit and the substrate of the design panel unit that are integrated on the front and back sides are translucent, and the emitted light in the back direction of the design panel unit is the light emitted from the design panel unit. Regenerative power generation is performed using a dye-sensitized solar cell.
上記の構成によれば、表裏両面で発電可能と言う色素増感太陽電池(DSC)の特徴を生かし、一般的に透光性を有する色素増感太陽電池(DSC)に加えて、表裏で一体化される意匠パネル部の基板も透光性に形成する。 According to the above configuration, taking advantage of the feature of a dye-sensitized solar cell (DSC) that power generation is possible on both the front and back sides, in general, in addition to the dye-sensitized solar cell (DSC) having translucency, the front and back are integrated. The substrate of the design panel portion to be formed is also formed to be translucent.
これによって、意匠パネル部での発光光で、これまでは利用されなかった背面方向への光を、低照度にも発電可能な色素増感太陽電池(DSC)で回生発電することができ、発電効率をより向上することができる。 As a result, the light emitted from the design panel part, which has not been used so far, can be regenerated by a dye-sensitized solar cell (DSC) that can generate power even at low illuminance. Efficiency can be further improved.
本発明の充電回路は、以上のように、太陽電池を電源として、その出力電力で二次電池または電気二重層キャパシタを充電する充電回路において、DC−DCコンバータまたは電荷注入手段の前段にスイッチ素子を設けて、太陽電池からDC−DCコンバータまたは電荷注入手段を完全に切り離せるようにするとともに、太陽電池とスイッチ素子との間には蓄電素子を設けておき、前記太陽電池の出力電力で、先ずその蓄電素子を充電するようにし、充電電圧が高くなると、制御回路がスイッチ素子をONする。 As described above, the charging circuit of the present invention uses a solar cell as a power source, and in the charging circuit that charges a secondary battery or an electric double layer capacitor with its output power, a switching element in front of a DC-DC converter or charge injection means The DC-DC converter or the charge injection means can be completely separated from the solar cell, and an electric storage element is provided between the solar cell and the switch element. With the output power of the solar cell, First, the storage element is charged, and when the charging voltage becomes high, the control circuit turns on the switch element.
それゆえ、負荷の切離しで低照度での太陽電池の出力電圧を立上がり易くすることができるとともに、切離して出力電圧が立上がるまでの電力も蓄電素子に蓄積し、利用するので、より効率的に太陽エネルギーを取り込むことができる。 Therefore, the output voltage of the solar cell at low illuminance can be easily raised by disconnecting the load, and the electric power until the output voltage rises after being disconnected is also stored and used in the storage element, so it is more efficient. Solar energy can be taken in.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の一形態に係る充電回路1の電気的構成を示すブロック図である。この充電回路1は、太陽電池2を電源として、その出力電力を、DC−DCコンバータ3が、蓄電装置である二次電池4に予め定められる充電電圧および充電電流に変換して、該二次電池4を充電する。本実施の形態では、太陽電池2は、低照度での発電が可能で、室内などでも使用可能な色素増感太陽電池(DSC)としており、二次電池4としては、ニッケル水素電池としている。二次電池4は、単4サイズを2個直列に接続するものとしている。したがって、定格電圧は、1.2V×2=2.4Vである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a
注目すべきは、この充電回路1では、先ず、DC−DCコンバータ3の前段に、スイッチ素子51を設けて、太陽電池2からDC−DCコンバータ3を完全に切り離せるようにすることである。これは、DC−DCコンバータ3が、太陽電池2の出力電力を電源として、それ自体で自発的に動作してしまうので、太陽電池2、特に低照度下で発電可能な前記色素増感太陽電池(DSC)の場合に顕著に、DC−DCコンバータ3を接続すると、それによる負荷が大き過ぎて、太陽電池2は出力電圧が立上がらず、シャットダウン状態となって有効に電力を取り出せないことがあるためである。
It should be noted that in the charging
また、注目すべきは、太陽電池2とスイッチ素子51との間には、蓄電素子6が設けられており、太陽電池2の出力電力で、先ずこの蓄電素子6が充電されるようになっており、さらにこれらの蓄電素子6およびスイッチ素子51に関連して、制御回路7が設けられていることである。制御回路7は、蓄電素子6の充電電圧を監視し、その監視結果に応じてスイッチ素子51をON/OFFする。詳しくは、制御回路7は、前記充電電圧を監視する電圧監視回路71と、その監視結果に応答してスイッチ素子51をON/OFF制御するON/OFF制御回路72とを備えて構成される。ON/OFF制御回路72は、電圧監視回路71で監視される充電電圧が、予め定める電圧となるまではスイッチ素子51をOFFしてDC−DCコンバータ3を停止させておき、予め定める電圧となるとONさせて、蓄電素子6の充電電力をDC−DCコンバータ3に給電して、該DC−DCコンバータ3を動作させる。前記予め定める電圧は、前記太陽電池2の開放端電圧に近く、DC−DCコンバータ3にとって効率の良い入力電圧範囲であって、コンデンサなどから成る該蓄電素子6の定格電圧以下とする。
Also, it should be noted that a
このように構成することで、先ず低照度時にDC−DCコンバータ3が切離されることで、太陽電池2の負荷が軽くなる。一方、太陽電池2には、蓄電素子6が接続されているが、該蓄電素子6としては、直流抵抗値が無限大に近いコンデンサ(電気二重層キャパシタ:EDLCを含む)が用いられるので、負荷抵抗が無限大になり、図10において、負荷線は、略水平のcとなり、開放電圧Vocと交わる。一方、蓄電素子6の充電電圧は、図13に示すように、太陽電池2のI−V特性の電流で充電され、最終的に、太陽電池2の前記開放電圧Vocに至る。
By comprising in this way, the load of the
これによって、太陽電池2の出力電圧、したがって蓄電素子6の充電電圧が立上がり易くなり、一定の電荷が蓄積でき、予め定める電圧まで立上がると、ON/OFF制御回路72は、スイッチ素子51をONして、その立上がった電圧でDC−DCコンバータ3を確実に動作させることができる。ON/OFF制御回路72は、蓄電素子6の充電電圧、すなわちDC−DCコンバータ3の入力電圧が、該DC−DCコンバータ3の効率の低い電圧まで下がると、スイッチ素子51をOFFして、再び蓄電素子6に充電を行う。ON/OFF制御回路72は、このような動作を繰返す。
As a result, the output voltage of the
そして、前記予め定める電圧未満の範囲の電力(図11で充電不可能な範囲W2の電力)は、蓄電素子6に蓄積されるので、これまで発電に利用できなかった、たとえば室内灯の光のような極低照度の光も利用して、より効率的に太陽エネルギーを取り込むことができる。太陽電池2を室内に、特に照度が著しく変化する窓際に設置した場合において、より効率的に太陽エネルギーを獲得でき、好適である。
The power in the range below the predetermined voltage (the power in the range W2 that cannot be charged in FIG. 11) is accumulated in the
図2は、上述のように構成される充電回路1の具体的構成を示す電気回路図である。DC−DCコンバータ3は、回路モジュールから成り、コンバータIC31と、抵抗R19,R21,R22と、コンデンサC6,C7と、インダクタL1とを備えて構成される。スイッチ素子51からハイ側ライン32を介するハイ側入力電圧inは、抵抗R19を介してコンバータIC31の電源入力端子VINに入力されるとともに、イネーブル端子ENをプルアップする。また、前記ハイ側入力電圧inは、インダクタL1を介してコンバータIC31の端子Lに与えられる。さらに、前記インダクタL1の入力側には、GNDライン33との間にコンデンサC6が設けられている。前記ライン32,33間には、後述の共振によるノイズ除去用のコンデンサC7が設けられている。
FIG. 2 is an electric circuit diagram showing a specific configuration of the charging
コンバータIC31は、電源入力端子VINへの入力電圧に対して、インダクタL1およびコンデンサC6,C7を使用して昇降圧動作を行い、大容量負荷駆動用の出力端子Voutからハイ側ライン34へ電圧outを出力し、その電圧outは、ノイズ除去用のコンデンサC2からダイオードD1および電流制限抵抗R18を介して、二次電池4に充電電圧として与えられる。二次電池4の充電電圧は、3.0V以下となるように、前記出力端子Voutからハイ側ライン34への出力電圧outは、ダイオードD1の降下分である0.3Vと電流制限抵抗R18での電圧降下分VR18を含めて、3.3V+VR18となる。前記電流制限抵抗R18での電圧降下分VR18は、二次電池4の充電電圧が最小(2.0V)時にDC−DCコンバータ3の出力電流が最大になるので、その時の電流値が、DC−DCコンバータ3の仕様内に収まるように設定される。
The
その出力電圧outはまた、分圧抵抗R21,R22を介して、フィードバック端子FBに入力され、コンバータIC31は定電圧出力を行う。このフィードバックを、前記MPPT(最大電力ポイント追尾)方式にしても良い。その場合、色素増感太陽電池(DSC)の電流電圧特性に最適な負荷制御を行え、室内光のような低照度下でも有効に光エネルギーを獲得できる。 The output voltage out is also input to the feedback terminal FB via the voltage dividing resistors R21 and R22, and the converter IC31 outputs a constant voltage. This feedback may be the MPPT (Maximum Power Point Tracking) method. In that case, load control optimum for the current-voltage characteristics of the dye-sensitized solar cell (DSC) can be performed, and light energy can be effectively acquired even under low illuminance such as indoor light.
一方、本実施形態では、太陽電池2は、前記色素増感太陽電池(DSC)で、2個直列に接続され、出力電圧V1の最大値が6Vとなっている。その太陽電池2から、ハイ側ライン73とGNDライン33との間に出力された電圧V1は、蓄電素子(コンデンサ)C1の定格電圧になるようにツェナダイオードZ1で制限され、該蓄電素子6を充電する。蓄電素子6には、図2のようにコンデンサC1が一般的であるが、充放電のサイクルが短い場合には、容量の大きい電気二重層キャパシタを用いるようにすれば、より効率的である。
On the other hand, in this embodiment, two
ON/OFF制御回路72は、スイッチ素子Q1,Q2,Q4と、抵抗R1〜R7,R17と、コンデンサC5とを備えて構成される。太陽電池2からハイ側ライン73に出力された電圧V1は、前記スイッチ素子51として、FETから成るスイッチ素子Q3を介して、前記ハイ側ライン32から前記入力電圧in(電圧V4)としてDC−DCコンバータ3に与えられる。そのハイ側ライン73とGNDライン33との間には分圧抵抗R4,R5が接続されており、コンデンサC1の充電電圧V1はこの分圧抵抗R4,R5で分圧されて電圧V2が出力される。この電圧V2はFETQ2のゲートに与えられ、FETQ2のソースはGNDライン33に接続され、ドレインは抵抗R7,R6を介して、ハイ側ライン73、すなわちFETQ3のソースに接続される。
The ON /
したがって、コンデンサC1に電荷が蓄積されてゆき、図3(a)で示すように該二次電池C1の充電電圧V1が上昇し、それに伴い、図3(b)で示すようにFETQ2のゲート電圧V2が上昇し、ON電圧Vth以上となると、該FETQ2がONする。これによって、FETQ2のドレイン電圧V3は図3(c)で示すように変化し、FETQ3のゲート電圧は、抵抗R6でプルアップされていた状態から、前記電圧V1を略抵抗R6,R7で分圧した電圧となり、該FETQ3がONする。FETQ3のONによって、ハイ側ライン32の電圧V4(in)は、図3(d)で示すように、二次電池C1の放電に伴い低下してゆく。なお、FETQ2がONすると、抵抗R1,R2を介して、ハイ側ライン73から電流を引込み、それによってFETQ1のゲート電圧が低下し、該FETQ1がONして、抵抗R3を介して前記FETQ2のベース電圧V2を安定させる正帰還が行われており、チャタリングが防止されている。
Therefore, electric charges are accumulated in the capacitor C1, and the charging voltage V1 of the secondary battery C1 rises as shown in FIG. 3A. Accordingly, as shown in FIG. 3B, the gate voltage of the FET Q2 is increased. When V2 rises and becomes equal to or higher than the ON voltage Vth, the FET Q2 is turned on. As a result, the drain voltage V3 of the FET Q2 changes as shown in FIG. 3C, and the gate voltage of the FET Q3 is divided by the resistors R6 and R7 from the voltage V1 pulled up by the resistor R6. FETQ3 is turned on. As the FET Q3 is turned on, the voltage V4 (in) of the high-
スイッチ素子51としてのFETQ3がONすると、前記電圧V4(in)がコンバータIC31のイネーブル端子ENに与えられ、該コンバータIC31が動作し、図3(e)で示すように、安定化した電圧V5(out)が出力される。
When the FET Q3 as the
電圧監視回路71は、シャントレギュレータIC1と、コンパレータIC2と、ダイオードD2と、コンデンサC3,C4と、抵抗R8〜R16とを備えて構成される。先ず、前記ハイ側ライン34の電圧V5(out)がダイオードD2および抵抗R10を介して取込まれ、コンデンサC3で平滑化されて、該電圧監視回路71の電源電圧V6として使用される。その電圧V6は、コンパレータIC2の電源入力端に供給されるとともに、抵抗R13,R11,R12で分圧され、抵抗R11,R12間の電圧を基準として、これらの抵抗R11,R12と並列に接続されるシャントレギュレータIC1で安定化される。
The
シャントレギュレータIC1により制御された電圧は、抵抗R14からコンデンサC4に与えられて安定化され、電圧V8として、コンパレータIC2の非反転入力端に入力される。コンパレータIC2の反転入力端には、DC−DCコンバータ3への入力電圧in(電圧V4)が、抵抗R8,R9で分圧されて入力される。コンパレータIC2の出力は抵抗R15によって正帰還されるとともに、該出力端は抵抗R16によって前記電源電圧V6にプルアップされる。
The voltage controlled by the shunt regulator IC1 is applied from the resistor R14 to the capacitor C4 and stabilized, and is input to the non-inverting input terminal of the comparator IC2 as the voltage V8. An input voltage in (voltage V4) to the DC-
コンパレータIC2の出力は、ON/OFF制御回路72に送られ、微分用のコンデンサC5から放電抵抗R17に与えられ、それらのコンデンサC5と抵抗R17との接続点の電圧V10は、FETQ4のゲートに与えられる。FETQ4は、FETQ2のゲート電圧V2を、GNDライン33へ地絡するために設けられている。
The output of the comparator IC2 is sent to the ON /
したがって、前記図3(e)で示すコンバータIC31の動作によって、図3(f)で示すように、コンパレータIC2の非反転入力端の電圧V8は定電圧で安定するのに対して、反転入力端の電圧V7は、コンデンサC1の放電に伴い低下してゆく。そして、電圧V7が電圧V8より低くなると、コンバータIC31の出力はローレベルからハイレベルに変化する。これによって図3(g)で示すコンパレータIC2の出力V9は前記電源電圧V6に吊上がり、コンデンサC5で微分されて図3(h)で示す電圧V10がFETQ4のゲートに与えられて該FETQ4がONする。これによって、FETQ2、したがってFETQ3がOFFし、図3(d)で示すようにDC−DCコンバータ3がOFFする。こうして、DC−DCコンバータ3は、期間T2の間だけ駆動され、期間T1,T3の間は休止するように、間欠駆動される。
Therefore, by the operation of the converter IC31 shown in FIG. 3E, the voltage V8 at the non-inverting input terminal of the comparator IC2 is stabilized at a constant voltage as shown in FIG. The voltage V7 decreases as the capacitor C1 is discharged. When voltage V7 becomes lower than voltage V8, the output of converter IC31 changes from low level to high level. As a result, the output V9 of the comparator IC2 shown in FIG. 3 (g) rises to the power supply voltage V6, is differentiated by the capacitor C5, and the voltage V10 shown in FIG. 3 (h) is given to the gate of the FET Q4, and the FET Q4 is turned on. To do. As a result, the FET Q2 and hence the FET Q3 are turned OFF, and the DC-
以上のように、図2の充電回路1によれば、低照度時にDC−DCコンバータ3を切離し、太陽電池2の出力電圧V1を、確実に立上げることができる。また、前記出力電圧V1が予め定める電圧未満で、前記図11において参照符号範囲W2で示すような、これまで発電に利用できなかった電力も、有効に取込むことができる。このような充電回路1は、室内で使用される停電時の誘導灯や足元照明装置、或いはLANモジュールにおいて、それらの電源として使用することで、配線を不要にでき、好適に実施することができる。
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の他の形態に係る充電回路1aの電気的構成を示すブロック図である。この充電回路1aは、前述の充電回路1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。先ず、この充電回路1aでは、蓄電装置として、電気二重層キャパシタ(EDLC)4aが用いられる。これによって、該蓄電装置の劣化が抑えられ、メンテナンスフリー化が図られている。しかしながら、電気二重層キャパシタ(EDLC)4aは、単純にコンデンサの放電曲線で放電するので、負荷との間には、定電圧回路10が介在されている。
As described above, according to the charging
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of a
また、この充電回路1aでは、蓄電装置として、電気二重層キャパシタ(EDLC)4aが用いられることで、太陽電池2からの出力電力を該電気二重層キャパシタ(EDLC)4aの端子電圧以上とする電荷注入手段を用いることで、充電を行うことができる。したがって、電荷注入手段としては、チャージポンプ回路や、最大電圧保護を行う過電圧保護回路だけでも実現可能である。しかしながら、蓄電素子6に蓄積した電荷を、できるだけ早く該電気二重層キャパシタ(EDLC)4aに渡して、再び光エネルギー蓄積モードに戻すことが望ましい。一方、蓄電装置が、二次電池4であっても、電気二重層キャパシタ(EDLC)4aであっても、共に電圧が低い時には、充電時に大きな電流が流れる。そのため、前記電荷注入手段としては、その大電流を流し込むだけの能力のある素子が必要で、本実施形態では、DC−DCコンバータ3aを用いている。ただし、このDC−DCコンバータ3aには、図10の負荷線aに対応した、DC−DCコンバータ3に比べて、簡素な構成を用いることができる。
In the
さらにまた、この充電回路1aでは、蓄電素子6をバイパスするための切換えスイッチ52およびバイパスライン8が設けられるとともに、それに関連して、切換えスイッチ52を切換える照度センサ9が設けられる。切換えスイッチ52は、太陽電池2と蓄電素子6との間に設けられ、太陽電池2が共通接点に接続され、蓄電素子6が一方の個別接点に接続され、他方の個別接点がバイパスライン8に接続される。バイパスライン8は、蓄電素子6をバイパスして、太陽電池2とDC−DCコンバータ3aとを直結することができる。
Furthermore, in this
これは、DC−DCコンバータ3,3aの前段に蓄電素子6を設けることで、低照度での発電が可能になるが、蓄電素子6を通してしか、DC−DCコンバータ3,3aは太陽電池2の出力電力を取込むことができず、高照度では、スイッチ素子51の切替わり(サイクル)が頻繁になるものの、該スイッチ素子51がOFFしている間は、太陽電池2の出力電力をDC−DCコンバータ3,3aに移すことができないためである。特に、高照度になると、スイッチ素子51は連続動作状態になり、充電/放電の切替え時間のロスが無視できなくなる。
This is because power storage with low illuminance is possible by providing the
そこで、照度センサ9は、照度を監視し、該照度が予め定める閾値以上の高照度であれば、切換えスイッチ52を他方の個別接点、すなわちバイパスライン8に接続し、前記閾値未満の低照度であれば、切換えスイッチ52を一方の個別接点、すなわち蓄電素子6に接続する。このような照度センサ9による高照度検知機能によって、たとえば10,000lux以上の高照度を検知したら、該照度センサ9は、蓄電素子6をバイパスして、太陽電池2の出力電力を直接DC−DCコンバータ3,3aに与えるので、太陽エネルギーの取込みロスを無くすことができる。
(実施の形態3)
図5は、上述のように構成される充電回路1または1aを用いる意匠パネル101の一形態を示す斜視図である。この意匠パネル101は、太陽電池を用いた自照式の意匠パネルであるパネルブロック102が、支持部材103によって、略鉛直に起立するように支持されて構成されている。たとえば、この意匠パネル101は、机上や窓際になどに載置されて、表彰、褒彰、顕彰の楯などとして用いることができる。そして、この意匠パネル101は、そのような楯において、後述するように、特定のマークや冠の意匠部分104だけを光らせたり、全面を光らせたりできるようになっている。その光らせる内部照明(LED基板106(図6))の電源として、背面側に太陽電池2のパネル部121(図7)が設けられる。下部の支持部材103には、上述の充電回路1,1aおよび2次電池4または電気二重層キャパシタ(EDLC)4a、ならびに前記LED基板106やその制御回路107(図6)などが収納されている。
Therefore, the illuminance sensor 9 monitors the illuminance, and if the illuminance is high illuminance equal to or higher than a predetermined threshold value, the
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a perspective view showing one form of the
したがって、楯などの意匠パネルを自照式にするにあたって、先ず太陽電池を用いることで、省エネルギーに、さらに電池交換などのメンテナンスを不要にすることができる。次に、上述のように太陽電池を、低照度でも発電できる色素増感太陽電池(DSC)とすることで、太陽電池を使用しても意匠パネル101が点灯している時間を長くすることができる。これによって、室内に設けられ、低照度の室内灯で動作する意匠パネルを実現することができる。
Therefore, when making a design panel such as a bag into a self-illuminating type, by first using a solar cell, energy saving and further maintenance such as battery replacement can be eliminated. Next, as described above, the solar cell is a dye-sensitized solar cell (DSC) that can generate power even at low illuminance, so that the time during which the
図6は、パネルブロック102の図であり、(a)は正面図であり、(b)は側面図である。パネルブロック102は、たとえば、幅Wが200mm、高さH1が300mm、厚さDが15mmの薄型パネル105の下部に、周辺回路部品が取付けられて構成される。その周辺回路部品として、薄型パネル105の直下には、前記内部照明のエッジライトとして、高さH2、たとえば5mmのLED基板106が設けられている。そのLED基板106の下方において、一方の側部側にはLED制御回路107が配置され、他方の側部側には充電回路1または1aが配置され、それらの回路107;1,1aの下方には、電池ボックスが設けられている。電池ボックス内には、たとえば前記単4形の2次電池4が、2個直列に収納されている。
6A and 6B are views of the
たとえば、前記回路107;1,1aの高さH3は25mmであり、電池ボックスまでも含めた高さH4は45mmである。なお、図5および図6で示す例では、回路107;1,1aおよび電池ボックスは、パネルブロック102が延長されて搭載されているが、支持部材103内に収納されてもよい。
For example, the height H3 of the
図7は、前記パネルブロック102の一実施形態の図であり、(a)は正面図であり、(b)は側面図である。パネルブロック102は、意匠パネル部111と太陽電池パネル部121とを有し、かつそれらが個別に作製され、それらの意匠パネル部111および太陽電池パネル部121は、相互に表裏面となるように重ね合わせられて構成されている。
FIG. 7 is a view of one embodiment of the
そして、意匠パネル部111は、前記LED基板106を用いたエッジライト(内部照明)式の意匠パネルであり、表面側から、意匠が施された加飾パネル112と、照明光を拡散する散光板113と、前記照明光を伝播する導光板114と、反射板115とが積層されるとともに、前記導光板114の端縁に、前記LED基板106が設けられて構成される。このようなエッジライト式の内照式パネルで構成することで、該意匠パネル101を薄型化することができる。なお、図7(b)では、上述のようなパネルブロック102の積層構造を理解し易くするために、図5や図6に比べて、厚みを強調して(厚く描いて)いる。
And the
加飾パネル112は、たとえば2mmの透明な樹脂板の裏面において、前記意匠部分104に、所望の複数色の意匠がハーフトーン印刷されて構成されている。散光板113は、たとえば1mmの乳白色の板から成り、導光板114を介する照明光を、面方向に均一に拡散する。反射板115は、導光板114側が鏡面に加工された、たとえば1mmの樹脂板や、金属薄板などから構成される。ただし、反射板115は、意匠部分104に反射膜は形成されていない。
The
そして、前述のように、加飾パネル112の意匠部分104は複数色の意匠がハーフトーン印刷されて形成されており、前記LED基板106に搭載される発光素子としてのLEDにも、複数色の素子を用い、印刷色とLEDの光源色との組合わせによって、前記意匠部分104が選択的に発光するように構成してもよい。たとえば、赤色のLEDが発光すると赤色の意匠部分が発光し、緑色のLEDが発光すると緑色の意匠部分が発光し、・・・白色のLEDが発光すると総ての色の意匠部分が発光するというような具合である。このように構成することで、意匠部分104への注目度を飛躍的に高めることができる。
As described above, the
このように構成される太陽電池パネル部121が、前述の意匠パネル部111に背中合わせで積層され、周縁部の少なくとも3辺に、軸直角断面がコの字状のフレーム131が嵌め込まれるなどして一体化されることで、前記パネルブロック102が完成する。したがって、太陽電池パネル部121はそのままで、意匠パネル部111だけを変更(交換)するような使い方も可能になる。
The solar
図8は、導光板114の正面図である。導光板114は、たとえば3mmの透明な樹脂板116の表面において、前記意匠部分104だけの領域に、凹凸117が形成されて構成される。前記凹凸117は、レーザ加工或いはNCルーター加工によって形成され、或いはスクリーン印刷やエッチングなどで形成される。そして、前記LED基板106から入射した照明光が、該導光板114の厚み方向に反射を繰返して面方向に伝播してゆき、前記凹凸117の部分だけ、すなわち意匠部分104だけで厚み方向に取出され、加飾パネル112の背面側から照射される。
FIG. 8 is a front view of the
このとき、前記意匠部分104の凹凸117によって、光の伝播方向が面方向から厚み方向に変化して、前方に射出された光はそのまま意匠部分104を照明するが、元来利用されなかった後方に射出された光は、反射板115の反射膜の無い部分を通過して、太陽電池パネル部121に入射する。太陽電池パネル部121は、前述のように色素増感太陽電池(DSC)から成り、電極の形成された一対の基板122,123間に、色素を吸着した図示しない酸化チタン粒子や、電解液が封入されて構成される。ここで、後方側の基板122は、透光性を有する。このように構成することで、表裏で一体化される太陽電池パネル部121および意匠パネル部111において、意匠パネル部111での背面方向への発光光を、太陽電池パネル部121で回生発電することができる。
At this time, the
これは、表裏両面で発電可能と言う色素増感太陽電池(DSC)の特徴を生かし、一般的に透光性を有する色素増感太陽電池(DSC)の基板122,123に加えて、表裏で一体化される意匠パネル部111の基板(本実施形態の場合は導光板114および反射板115が相当)も透光性に形成する(前記反射膜の形成されていない意匠部分104)ことで実現され、これまでは利用されなかった背面方向への光を、低照度にも発電可能な色素増感太陽電池(DSC)で回生発電し、発電効率をより向上することができる。
This makes use of the feature of a dye-sensitized solar cell (DSC) that power can be generated on both sides, and in addition to the
そして、太陽電池パネル部121は、色素増感太陽電池(DSC)から成ることで、色素の違いを利用して、受光面に意匠を形成することができる。また、前記色素増感太陽電池(DSC)では、発電層(一般的には二酸化チタン)の厚み(層数)の差によっても、意匠を形成することができる。こうして、意匠パネル部111の意匠部分104と、表裏で異なる意匠を表示することもできる。また、前記実施例では、導光板114に凹凸パターンを形成したが、導光板114に凹凸を形成せず、単なる透明板として、別途、透明板に凹凸を形成した板を、前記加飾パネル112と散光板113との間に配置する構造としてもよい。
And the solar
1,1a 充電回路
2 太陽電池
3,3a DC−DCコンバータ
31 コンバータIC
4 二次電池
4a 電気二重層キャパシタ(EDLC)
51 スイッチ素子
52 切換えスイッチ
6 蓄電素子
7 制御回路
71 電圧監視回路
72 ON/OFF制御回路
8 バイパスライン
9 照度センサ
10 定電圧回路
101 意匠パネル
102 パネルブロック
103 支持部材
104 意匠部分
106 LED基板
107 制御回路
111 意匠パネル部
112 加飾パネル
113 散光板
114 導光板
115 反射板
116 樹脂板
117 凹凸
121 太陽電池パネル部
122,123 基板
131 フレーム
C1〜C7 コンデンサ
D1,D2 ダイオード
IC2 コンパレータ
L1 インダクタ
Q1〜Q4 スイッチ素子
R1〜R19,R21,R22 抵抗
DESCRIPTION OF
4
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記太陽電池の出力電力を前記二次電池に予め定められる充電電圧および充電電流に変換して与えるDC−DCコンバータと、
前記DC−DCコンバータの前段に介在され、前記太陽電池の出力電力で充電される蓄電素子と、
前記蓄電素子と前記DC−DCコンバータとの間に介在されるスイッチ素子と、
前記蓄電素子の充電電圧を監視し、前記充電電圧が予め定める電圧となると、前記スイッチ素子をONさせて、前記蓄電素子の充電電力を前記DC−DCコンバータに給電することで、該DC−DCコンバータを動作させる制御回路とを含むことを特徴とする太陽電池を電源とした充電回路。 In a charging circuit that uses a solar cell as a power source and charges a secondary battery with its output power,
A DC-DC converter that converts the output power of the solar battery into a predetermined charging voltage and charging current for the secondary battery,
A power storage element interposed in a front stage of the DC-DC converter and charged with output power of the solar cell;
A switch element interposed between the power storage element and the DC-DC converter;
The charging voltage of the storage element is monitored, and when the charging voltage reaches a predetermined voltage, the switch element is turned on to supply the charging power of the storage element to the DC-DC converter. And a control circuit for operating the converter. A charging circuit using a solar cell as a power source.
前記切換えスイッチの他方の個別接点と前記DC−DCコンバータとを接続するバイパスラインと、
照度を監視し、該照度が予め定める閾値以上の高照度であれば前記切換えスイッチを他方の個別接点に接続し、前記閾値未満の低照度であれば前記切換えスイッチを一方の個別接点に接続する照度センサをさらに備えることを特徴とする請求項1記載の太陽電池を電源とした充電回路。 The solar cell is connected to a common contact, the storage element is connected to one individual contact, a changeover switch,
A bypass line connecting the other individual contact of the changeover switch and the DC-DC converter;
The illuminance is monitored, and if the illuminance is higher than a predetermined threshold, the changeover switch is connected to the other individual contact, and if the illuminance is lower than the threshold, the changeover switch is connected to one individual contact. The charging circuit using the solar cell as a power source according to claim 1, further comprising an illuminance sensor.
前記太陽電池の出力電力を前記電気二重層キャパシタの定格電圧以下の充電電流に変換して注入する電荷注入手段と、
前記電荷注入手段の前段に介在され、前記太陽電池の出力電力で充電される蓄電素子と、
前記蓄電素子と前記電荷注入手段との間に介在されるスイッチ素子と、
前記蓄電素子の充電電圧を監視し、前記充電電圧が予め定める電圧となると、前記スイッチ素子をONさせて、前記蓄電素子の充電電力を前記電荷注入手段に給電することで、該電荷注入手段を動作させる制御回路とを含み、
前記電荷注入手段は、前記定格電圧以下で、前記蓄電素子の充電電荷量から可能な大電流で電荷を注入することを特徴とする太陽電池を電源とした充電回路。 In a charging circuit for charging an electric double layer capacitor with the output power using a solar cell as a power source,
Charge injection means for converting and injecting the output power of the solar cell into a charging current equal to or lower than the rated voltage of the electric double layer capacitor;
A power storage element that is interposed in the front stage of the charge injection means and is charged with the output power of the solar cell,
A switch element interposed between the storage element and the charge injection means;
The charge voltage of the power storage element is monitored. When the charge voltage reaches a predetermined voltage, the switch element is turned on to supply the charge power of the power storage element to the charge injection means. A control circuit to be operated,
The charging circuit using a solar cell as a power source, wherein the charge injection means injects a charge with a large current possible from a charge amount of the storage element at a voltage lower than the rated voltage.
前記切換えスイッチの他方の個別接点と前記電荷注入手段とを接続するバイパスラインと、
照度を監視し、該照度が予め定める閾値以上の高照度であれば前記切換えスイッチを他方の個別接点に接続し、前記閾値未満の低照度であれば前記切換えスイッチを一方の個別接点に接続する照度センサをさらに備えることを特徴とする請求項3記載の太陽電池を電源とした充電回路。 The solar cell is connected to a common contact, the storage element is connected to one individual contact, a changeover switch,
A bypass line connecting the other individual contact of the changeover switch and the charge injection means;
The illuminance is monitored, and if the illuminance is higher than a predetermined threshold, the changeover switch is connected to the other individual contact, and if the illuminance is lower than the threshold, the changeover switch is connected to one individual contact. 4. A charging circuit using a solar cell as a power source according to claim 3, further comprising an illuminance sensor.
所望の意匠に合せた発光素子を内部に有する自照式の意匠パネル部と、
前記意匠パネル部および太陽電池パネル部を表裏で一体化し、略鉛直に立てた状態で下方から支持するとともに、前記発光素子を点灯させる点灯回路、前記点灯回路を電力付勢する前記二次電池または電気二重層キャパシタおよび前記請求項6または7記載の充電回路を収容する支持部材とを備えることを特徴とする意匠パネル。 A solar cell panel portion of the solar cell;
A self-illuminated design panel having inside a light emitting element adapted to the desired design;
The design panel unit and the solar cell panel unit are integrated on the front and back sides, and supported from below in a substantially vertical state, and a lighting circuit for lighting the light emitting element, the secondary battery for energizing the lighting circuit, or A design panel comprising: an electric double layer capacitor; and a support member that accommodates the charging circuit according to claim 6 or 7.
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