(57)【要約】【課題】  太陽電池素子からの電力を効率よく配分できる照明装置を提供する。【解決手段】  複数の発電素子Ｇから供給される電力を複数の充電池２を介して複数の発光素子３に供給する照明装置において、複数の発電素子Ｇと複数の充電素子２とを交互に格子状に接続する複数の逆流防止用ダイオードＤと、逆流防止用ダイオードＤまたは発光素子３のいずれかを選択して充電池２と接続する切換スイッチ１とを備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発電素子から供給される電力を複数の充電池を介して複数の発光素子に供給する照明装置において、
前記複数の発電素子と前記複数の充電素子とを交互に格子状に接続する複数の逆流防止用ダイオードと、
該逆流防止用ダイオードまたは前記発光素子のいずれかを選択して前記充電池と接続する切換スイッチと
を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記各発電素子は４個の前記充電池に電力を供給し、前記各充電池は４個の前記発電素子から電力を供給されることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記各発電素子は６個の前記充電池に電力を供給し、前記各充電池は６個の前記発電素子から電力を供給されることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項４】
前記切換スイッチがフォトダイオードからなり、照度に応じて切り換えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項５】
前記発電素子が太陽電池素子であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の照明装置。
【請求項６】
前記太陽電池素子がアモルファスＰＮ接合素子であることを特徴とする請求項５記載の照明装置。
【請求項７】
前記太陽電池素子が木の葉型薄膜太陽電池であることを特徴とする請求項５記載の照明装置。
【請求項８】
前記発光素子が発光ダイオードであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の太陽電池素子を用いて昼間の電力を蓄積し、夜間に照明する照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池式照明装置においては、昼間に太陽電池で発電した電力を蓄電池に蓄えておき、夜間に蓄電池から発光部に電力を供給（ 放電） して照明を行う。太陽電池式照明装置は、通常の街路灯としてだけでなく、災害時の停電に対する道路照明の確保にも役立ち、防犯灯、非常灯などにも応用される。街路灯等の照明灯に用いられる発光素子として、従来は、例えば白熱灯、蛍光灯、水銀灯などが用いられていたが、最近では、省エネルギーやメンテナンス工数軽減化の観点から、Ｌ Ｅ Ｄ （ 発光ダイオード） が光源として用いられている。
【０００３】
太陽電池式照明装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３９０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の太陽光発電では、発電素子のうち日照が十分あり発電効率が高い部分と日照が不十分で発電効率が低い部分とが生じても、発電素子の直並列配置が固定的であり、構成の変更は容易でなかった。すなわち、素子が剛体構造のためその配置や発電素子と負荷との接続に自由度が少ないので、発電素子の一部に日陰ができてその部分がオフ状態になると全体の出力に大きな影響を与えやすく、全体の発電効率を低下させる原因となっていた。
【０００６】
また、素子は剛構造のため設置は容易でなく、風圧に耐えるために必要とされる、しっかりした土台への取り付けも容易ではなかった。このことから発電部分と照明負荷部分の設置には場所的な制限があり、用途が狭くならざるを得なかった。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決しようとするもので、太陽電池素子からの電力を効率よく配分できる照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
複数の発電素子から供給される電力を複数の充電池を介して複数の発光素子に供給する照明装置において、
前記複数の発電素子と前記複数の充電素子とを交互に格子状に接続する複数の逆流防止用ダイオードと、
該逆流防止用ダイオードまたは前記発光素子のいずれかを選択して前記充電池と接続する切換スイッチと
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の照明装置において、
前記各発電素子は４個の前記充電池に電力を供給し、前記各充電池は４個の前記発電素子から電力を供給されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、
請求項１記載の照明装置において、
前記各発電素子は６個の前記充電池に電力を供給し、前記各充電池は６個の前記発電素子から電力を供給されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、
請求項１ないし３のいずれかに記載の照明装置において、
前記切換スイッチがフォトダイオードからなり、照度に応じて切り換えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、
請求項１ないし４のいずれかに記載の照明装置において、
前記発電素子が太陽電池素子であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、
請求項５記載の照明装置において、
前記太陽電池素子がアモルファスＰＮ接合素子であることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、
請求項５記載の照明装置において、
前記太陽電池素子が木の葉型薄膜太陽電池であることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明は、
請求項１ないし７のいずれかに記載の照明装置において、
前記発光素子が発光ダイオードであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、複数の発電素子から供給される電力を複数の充電池を介して複数の発光素子に供給する照明装置において、前記複数の発電素子と前記複数の充電素子とを交互に格子状に接続する複数の逆流防止用ダイオードと、該逆流防止用ダイオードまたは前記発光素子のいずれかを選択して前記充電池と接続する切換スイッチとを備えたことにより、太陽電池素子からの電力を効率よく配分できる照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態に係る照明装置の一実施例を示す構成ブロック図である。複数の発電素子Ｇと複数の照明負荷部Ｌとは複数の逆流防止用ダイオードＤを介して交互に格子状（マトリクス状ともいう）に接続される。
【００１９】
図２は図１における構成単位である発電素子Ｇ、逆流防止用ダイオードＤおよび照明負荷部Ｌの接続の詳細を示す基本構成回路図である。発電素子ＧはアモルファスＰＮ接合素子などの太陽電池素子（光電池素子ともいう）からなり、その負極側がコモンに接続する。逆流防止用ダイオードＤはそのアノード端子が発電素子Ｇの正極側と接続し、発電素子Ｇへの電流の逆流を防止する。照明負荷部Ｌにおいて、切換スイッチ１は逆流防止用ダイオードＤまたは後述の発光素子３のいずれかを選択して後述の充電池２と接続するためのもので、フォトダイオードなどの光電素子からなり、端子ａに逆流防止用ダイオードＤのカソード端子が接続される。充電池２はその正極が切換スイッチ１のトランスファー接点端子ｃに接続し、その負極がコモンに接続する。発光素子３は発光ダイオード（ＬＥＤ）などからなり、そのアノード端子が切換スイッチ１のｂ端子に接続し、そのカソード端子がコモンに接続する。
【００２０】
図２の照明装置の動作を以下に説明する。昼間は光電素子が所定の値以上の照度レベルを検出して切換スイッチ１の端子ｃと端子ａをオンにする。この状態では、発電素子Ｇから逆流防止ダイオードＤを介して充電池２に充電電流が流れる。充電により充電池２の電圧が上昇した状態で、日陰になったり日が蔭ったりして発電素子Ｇの電圧が下がると、逆流防止ダイオードＤは逆電圧がかかってオフとなる。夕方になって、照度レベルが所定の値以下になると、光電素子により切換スイッチ１の端子ｃと端子ａがオフとなり端子ｃと端子ｂがオンになる。この状態では、充電池２から発光素子３に発光電流が流れ、発光素子３が発光する。朝になると、切換スイッチ１の端子ｃと端子ｂがオフとなり端子ｃと端子ａがオンになり、発電素子Ｇから逆流防止ダイオードＤを介して充電池２に充電電流が流れる。以下同様にして日中の充電と夜間の放電が繰り返される。
【００２１】
図１、図２が示すように、各発電素子Ｇは４個の充電池２に対し電力供給が可能であるが、逆流防止ダイオードＤの働きで、放電などにより電圧が低下している充電池２から優先的に充電される。したがって、図１のマトリクス状の集電回路では必要な負荷のみに電力が供給され、結果として電力の効率よい配分が可能となる。
【００２２】
また、各充電池２は４個の発電素子Ｇから電力を供給される。すなわち、１つの発光素子３は４つの発電素子Ｇから電力の供給を受けるので、発電素子Ｇに日照が十分な部分とそうでない部分とがあっても、４つの発電素子Ｇのいずれか１つでも健全であれば、発光素子３は動作することができる。なお、電圧の低い発電素子３は逆流防止ダイオードＤの働きで充電池２から切り離されるので、充電動作に影響を与えない。また、発光時には、発光負素子３に充電池２が並列に接続されるので、発電されなくなった後もしばらくの間、充電池２の電圧により発光は維持される。
【００２３】
図１の構成における発電素子Ｇは、固体シリコンの電池で実現することができるが、特に自然に融合した外観を持つと云われる薄型木の葉状の電池素子（アモルファス接合ダイオード）を採用するとその素子の取り付けが比較的容易で自由度があり、好適である。ここで、素子の一部に太陽光が当たらない場合、出力が著しく低下しがちとなるが、図１に示すようなマトリクス構成にするとその部分が除外できるだけでなく、他の素子からの電力供給が行われるので、融通の利いた電力配分が可能となり、発電効率を高めることができる。
【００２４】
以上から明らかなように、上記のような構成の照明装置によれば、発電素子の効率の悪い部分は出力電圧が低くなるので、逆流防止ダイオードにより回路が遮断され、照明負荷部には電位を保っている発電素子から電力が供給される。その際、最も出力電位の高い発電素子から優先的に電力が供給される。その結果、太陽電池素子からの電力を必要な照明負荷に供給し、効率よい電力配分を行う照明装置を提供することができる。
【００２５】
また、１つの照明負荷部に関わる発電素子の４ヵ所全ての電位が低くなったときは照明負荷部（充電池２）の電位が下がるまで動作しないが、システム全部の発電素子の出力が低下しない限り、複数の発光素子からなる照明負荷のいずれかは点灯を維持することができる。
【００２６】
また、各照明負荷には充電池が並列に設けられているので、発電部分が故障しても暫時は照明を維持することができる。
【００２７】
また、日照の少ない地域でも薄型軽量発電素子の数を増やすことにより照明可能となる。
【００２８】
また、各発電素子は独立性が高く、部分的な発電素子の故障が全体に波及しないので、信頼性の高い照明装置を実現することができる。
【００２９】
また、通常の照明のための街路灯だけでなく、災害などによる停電時における道路照明としても役立ち、防犯灯、非常灯にも応用することができる。また、木の葉型薄膜太陽電池を用いれば都市景観を損なうことなく照明することができる。
【００３０】
なお、電圧保持時間が短くてよい場合は、充電バッテリの代わりに電位保持用コンデンサを用いてもよい。
【００３１】
また、切換スイッチ１は、発電素子Ｇの出力電圧に基づいて、充電池により駆動される切換制御回路によって制御してもよい。この場合、より正確でフレキシブルな照度設定に基づいた切換が可能となる。
【００３２】
また、図１では発電素子、照明負荷部、逆流防止ダイオードが２次元平面配置（パネル状）となっているが、これに限らず、各発電素子が６個の充電池に電力を供給し、各充電池が６個の前記発電素子から電力が供給されるようにして、３次元立体配置とすることにより、受光面の制御や可動部なしに受光（発電）面積の拡大、多方位性や無指向性を持たせることができる。
【００３３】
図３は、図１の構成を概念的に示した構成概念図である。太陽電池群Ｂは複数の発電素子Ｇ（図１）からなり、各の発電素子Ｇは太陽照射が一日で最も多いと思われる場所に配置される。発光負荷Ｈは照明の必要な場所に分散配置された複数の発光素子Ｌ（図１）からなり、太陽電池群Ｂからの電力に基づいて夜間に照明を行う。ネットワークＮは図１に例示したようなマトリクス回路からなり、太陽電池群Ｂと発光負荷Ｈからの配線を集約して、前述のように、最も効率よい太陽電池と負荷を状況に応じて自動的に選択する。なお、予め設置の際に太陽電池群と発光負荷が適切な組合せとなるように、図１の各照明負荷部Ｌは発電素子Ｇから離れた照明位置にフレキシブルに配置され、その間が結線される。
【００３４】
例えば、木の葉型薄膜太陽電池のそれぞれの葉の部分に設けられた太陽電子素子で発電を行い、幹や枝の内部を貫通する配線を介して所定の場所に分散設置された発光負荷Ｈを駆動することにより、エネルギー問題や地球温暖化に対応した照明装置を都市の景観を損なわずに実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る照明装置の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図２】図１の構成の詳細を示す基本構成回路図である。
【図３】図１の構成を概念的に示した構成概念図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  切換スイッチ
２  充電池
３  発光素子
Ｄ  逆流防止用ダイオード
Ｇ  発電素子
【図１】
2010135099.tif 000003
【図２】
2010135099.tif 000004
【図３】
2010135099.tif 000005