(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の太陽電池から発生した電気エネルギーを、直列接続された複数個の電気二重層コンデンサに蓄積し、この電気エネルギーで負荷を駆動するように構成された太陽電池装置において、
前記複数個の太陽電池の各々を、前記複数個の電気二重層コンデンサのそれぞれに個別に接続し、
前記太陽電池と、これに対応する前記電気二重層コンデンサとの間に過電圧保護回路をそれぞれ個別に備え、
さらに、この太陽電池装置が配置された周囲の照度に応じて前記負荷の制御を行う発光制御回路を備え、
かつ、前記発光制御回路は、前記複数個の太陽電池の各々の発生電圧を検出することにより、正常な太陽電池の発生電圧に基づいて、この太陽電池装置が配置された周囲の照度を検出する
ことを特徴とする太陽電池装置。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池装置において、
前記負荷は発光ダイオードであり、
前記発光制御回路は、前記照度に応じた前記発光ダイオードの発光制御を行うことを特徴とする太陽電池装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池によって発生した電気エネルギーを電気二重層コンデンサに蓄積し、これを負荷に供給して駆動するように構成された太陽電池装置に係り、特に直列に接続された複数個の電気二重層コンデンサに充電する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の太陽電池装置として、例えば、図３に示すようなものが挙げられる。
この装置は、直列に接続された２個の太陽電池１００ａ，１００ｂが、電気エネルギーの逆流を防止するための逆流防止ダイオード１０１を介して、直列接続された２個の電気二重層コンデンサ１０２ａ，１０２ｂに対して接続されている。また、これらの電気二重層コンデンサ１０２ａ，１０２ｂは、負荷への電気エネルギーの供給を制御する制御回路１０３を介して発光ダイオードＬに接続されている。
【０００３】
ところで、上述した電気二重層コンデンサ１０２ａ，１０２ｂは、各々の最大定格電圧が発光ダイオードＬに合わせて決められているのが一般的である。つまり、発光ダイオードＬに必要な電圧が供給電圧ＶＬ  であったとすると、電気二重層コンデンサ１０２ａ，１０２ｂの個々の最大定格電圧Ｖｍａｘ  は供給電圧ＶＬ  の約１／２に設定される。
【０００４】
また、直列に接続された太陽電池１００ａ，１００ｂは、効率的に充電可能なように、２個の太陽電池１００ａ，１００ｂによる発生電圧ＶＳ１が最大定格電圧Ｖｍａｘ  の約２倍に設定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、同一定格の電気二重層コンデンサ１０２ａ，１０２ｂであってもそれらの内部インピーダンスや静電容量は微妙に異なるのが一般的である。これに起因して、直列に接続していても、各々の電気二重層コンデンサ１０２ａ，１０２ｂには半分ずつの同じ電圧が印加されず、つまり、均等に分圧されずにそれぞれに異なる電圧が印加されることになる。
【０００６】
すると直列接続された電気二重層コンデンサのいずれか一方には最大定格電圧Ｖｍａｘ  を越える電圧が印加されることになる。このような過電圧が加わると、電気二重層コンデンサには静電容量の極端な低下やインピーダンスの急激な上昇といった劣化が生じ、その結果、太陽電池装置が正常に動作しなくなるという問題がある。
【０００７】
なお、図４及び図５は、静電容量が３０Ｆで最大定格電圧Ｖｍａｘ  が２．３Ｖである電気二重層コンデンサの信頼性試験結果の一例を示すグラフである。図４は静電容量の経時変化を示したグラフであり、図５はインピーダンスの経時変化を示すグラフである。
【０００８】
これらのグラフから明らかなように、静電容量については最大定格電圧Ｖｍａｘ  を越える電圧が印加されると急激に低下し、インピーダンスについては最大定格電圧Ｖｍａｘ  以上の電圧が印加されると急激に上昇することが判る。これらの信頼性に係るグラフから、電気二重層コンデンサへの過電圧を防止することが如何に重要かが伺える。
【０００９】
また、上述した電気二重層コンデンサ１０２ａ，１０２ｂの最大定格電圧Ｖｍａｘ  が発光ダイオードＬの所要の供給電圧ＶＬ  に合わせて設定されていない場合もあるが、この場合には、電気二重層コンデンサ１０２ａ，１０２ｂの後段に昇圧回路を設けて電圧を発光ダイオードＬの所要の供給電圧ＶＬ  に合わせる必要が生じるので、装置が複雑化するとともに高コストとなるといった別異の問題が生じる。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、回路構成を工夫して電気二重層コンデンサへの過電圧を防止することにより、低コストかつ簡易な回路構成で、しかも信頼性に優れた太陽電池装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、複数個の太陽電池から発生した電気エネルギーを、直列接続された複数個の電気二重層コンデンサに蓄積し、この電気エネルギーで負荷を駆動するように構成された太陽電池装置において、前記複数個の太陽電池の各々を、前記複数個の電気二重層コンデンサのそれぞれに個別に接続し、  前記太陽電池と、これに対応する前記電気二重層コンデンサとの間に過電圧保護回路をそれぞれ個別に備え、さらに、この太陽電池装置が配置された周囲の照度に応じて前記負荷の制御を行う発光制御回路を備え、かつ、前記発光制御回路は、前記複数個の太陽電池の各々の発生電圧を検出することにより、正常な太陽電池の発生電圧に基づいて、この太陽電池装置が配置された周囲の照度を検出することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の太陽電池装置において、前記負荷は発光ダイオードであり、前記発光制御回路は、前記照度に応じた前記発光ダイオードの発光制御を行うことを特徴とするものである。
【００１４】
【作用】
請求項１に記載の発明によれば、複数個の太陽電池の各々が、複数個の電気二重層コンデンサのそれぞれに対して個別に接続されているので、太陽電池により発生した電圧が複数個の電気二重層コンデンサでどのように分圧されるかが問題にならない。そのため各電気二重層コンデンサの内部インピーダンスや静電容量のバラツキに起因して、他の電気二重層コンデンサに加わる電圧が影響を受けることはない。したがって、直列接続の電気二重層コンデンサのそれぞれに過電圧が加わることを防止できる。
【００１５】
なお、上記の複数個の太陽電池の各々は、複数個の太陽電池が並列接続されてなる一つのモジュールで構成されていてもよく、同様に上記の複数個の電気二重層コンデンサの各々も、電気二重層コンデンサが並列接続された一つのモジュールで構成されていてもよい。
【００１６】
また、請求項１に記載の発明によれば、過電圧保護回路を備えることにより、予想外の日照などが生じた場合であっても、太陽電池から電気二重層コンデンサに過電圧が加わることを防止できる。また、発光制御回路は、複数個の太陽電池の各々の発生電圧を検出することにより、正常な太陽電池の発生電圧に基づいて、この太陽電池装置が配置された周囲の照度を検出するので、一方の太陽電池が破損したり、障害物で陰った状態にあったとしても、他方の太陽電池で周囲照度を確実に検出することができ、周囲照度に応じた負荷（請求項２記載の発明の場合は、発光ダイオード）の発光制御を確実に行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
図１は、本発明に関連する参考例に係る太陽電池装置の回路図である。
【００１９】
この実施例に係る太陽電池装置は、最大照度で発生電圧ＶＳ  を出力する２個の太陽電池１，２を備えているとともに、これらの太陽電池１，２の各々が、直列接続された２個の電気二重層コンデンサ５，６のそれぞれに個別に接続されるように結線されている。
【００２０】
電気二重層コンデンサ５，６は、負荷に相当する発光ダイオードＬの所要の供給電圧である入力定格電圧ＶＬ  に応じて、それぞれの最大定格電圧Ｖｍａｘ  が約１／２ＶＬ  となるものが選定されている。したがって、充電された電気二重層コンデンサ５，６と発光ダイオードＬとの間に昇圧回路などの余分な回路を必要としない。
【００２１】
なお、各太陽電池１，２の最大定格電圧である発生電圧ＶＳ  は、対応している電気二重層コンデンサ５，６の最大定格電圧Ｖｍａｘ  よりも低く設定されていることが好ましい。
【００２２】
ところで、太陽電池装置は、できるだけ長い時間にわたって最大定格電圧Ｖｍａｘ  に近い電圧で充電した方が充電効率が良いので、一日あるいは一年の平均的な日照時間や日照量などを考慮して太陽電池１，２の発生電圧ＶＳ  が決定される。したがって、稀であるとはいえ、日照条件が平均的な条件から高日照側にずれた場合には、太陽電池１，２の発生電圧ＶＳ  が電気二重層コンデンサ５，６の最大定格電圧Ｖｍａｘ  を越える場合がある。このような日照条件が継続するような事態になると過電圧が電気二重層コンデンサ５，６に長時間にわたって加わることになって、電気二重層コンデンサ５，６を劣化させる恐れがある。
【００２３】
しかしながら、上記の実施例のように設定しておくことにより、このような不都合を回避することができる。したがって、過電圧保護回路などの余分な回路を備えることなく電気二重層コンデンサに過電圧が加わることを防止できる。その結果、簡易な構成でありながらも、設置場所の自由度が高い太陽電池装置を実現できる。
【００２４】
また、太陽電池１，２と電気二重層コンデンサ５，６との間には、電気二重層コンデンサ５，６から太陽電池１，２側へ電気エネルギーが逆流することを防止するための逆流防止ダイオード９，１０を備えている。さらに、電気二重層コンデンサ５，６と発光ダイオードＬの間には発光制御回路１３を備える。
【００２５】
この発光制御回路１３は、主として太陽電池１の発生電圧を検出してスイッチング回路１５を開閉制御する。つまり、太陽電池装置が配置された周囲の照度に応じて、電気二重層コンデンサ５，６から発光ダイオードＬへの電気エネルギーの供給を制御する。
【００２６】
具体的には、日中にスイッチング回路１５を開放し、夜間などにスイッチング回路１５の開閉を所定間隔で繰り返して発光ダイオードＬを間欠的に発光させる。したがって、日中など周囲照度が大きい場合には電気二重層コンデンサ５，６に電気エネルギーを蓄積し、夜間など周囲照度が小さい場合には蓄積した電気エネルギーを発光ダイオードＬに対して供給するようになっている。
【００２７】
なお、上記の太陽電池１，２による総発電量は、曇天や雨天が続いて日中における日射量が少ない場合を想定し、そのような場合であっても発光ダイオードＬが当日中に消費する電力を電気二重層コンデンサ５，６に充電できるように設定しておくことが好ましい。また、電気二重層コンデンサ５，６の蓄電容量は、発光ダイオードＬの１日の消費電力を蓄電できる容量に設定しておくことが好ましい。
【００２８】
このように設定しておくと、電気二重層コンデンサ５，６は、蓄電容量の余裕が従来の蓄電池を使用した場合に比べ１／５〜１／３０となり、その寸法が従来の蓄電池と比べると大幅に小型軽量なものとすることができる。
【００２９】
このように２個の太陽電池１，２の各々が２個の電気二重層コンデンサ５，６のそれぞれに個別に接続される回路構成を採用したので、一方の電気二重層コンデンサ５（６）の内部インピーダンスや静電容量が他方の電気二重層コンデンサ６（５）と異なっていても、それが他の電気二重層コンデンサに加わる電圧に対して直接的に大きな影響を与えることがない。
【００３０】
したがって、発光ダイオードＬの入力定格電圧ＶＬ  に合わせて直列接続された２個の電気二重層コンデンサ５，６のそれぞれに過電圧が加わることを防止できる。その結果、電気二重層コンデンサ５，６の劣化が防止でき、太陽電池装置を長期間にわたって安定して動作させることができる。つまり高い信頼性を得ることができる。
【００３１】
さらに、電気二重層コンデンサ５，６を直列接続することなく回路を構成して従来の問題を回避することが考えられるが、このような構成の場合には電気二重層コンデンサの後段に昇圧回路を配置して発光ダイオードＬに応じた電圧を発生させる必要がある。この実施例の構成は、後段の昇圧回路が不要であるので、少なくとも後段の昇圧回路の分だけは回路構成を簡易化でき、装置コストの抑制が可能である。
【００３２】
図２は、本発明の一実施例に係る太陽電池装置の回路図である。
【００３３】
すなわち、太陽電池１，２は、所望の発電量が得られるように複数個の太陽電池を並列に接続したものであってもよく、電気二重層コンデンサ５，６も、所望の蓄電量を得られるように複数個の電気二重層コンデンサを並列接続にした構成であってもよい。
【００３４】
さらに、太陽電池１と電気二重層コンデンサ５の間と、太陽電池２と電気二重層コンデンサ６の間には、過電圧保護回路１７，１８を配置してもよい。これにより予想外に日照が強まっても電気二重層コンデンサ５，６に過電圧が加わることを防止でき、設置場所の自由度が高い太陽電池装置を実現できる。
【００３５】
また、発光制御回路１３は、照度の検出を２個の太陽電池１，２で行うようにしてもよい。これにより、２個の太陽電池１，２のうちの一方が破損したり、障害物で陰った状態にあったとしても、他方の太陽電池で周囲照度を確実に検出することができ、周囲照度に応じた発光ダイオードＬの発光制御を確実に行うことができる。
【００３６】
本発明は、上述した実施例の形態に限定されることなく、以下のように変形実施が可能である。
【００３７】
（１）上記の実施例では、太陽電池を２個使用しているが、３個以上の太陽電池を用いてもよい。この場合には、電気二重層コンデンサも同数だけ直列に接続すればよい。
【００３８】
（２）上記の太陽電池装置は、負荷として発光ダイオードを採用しているが、これに代えてキセノンランプ、冷陰極管、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルなどであってもよい。その他に、例えば、小型の電動モータ、液晶表示器、音声合成装置などであってもよい。
【００４０】
（３）発光制御回路１３は、上述した制御だけに限定されるものではなく、例えば、日照時から発光ダイオードＬを間欠発光させたり、微小電流で低輝度発光を定常電流で行わせたり、６０Ｈｚ程度の周波数で間欠発光させて見た目には連続発光しているように制御するようにしてもよい。
【００４１】
（４）上記の太陽電池装置としては、例えば、筐体の上面に太陽電池を備え、店内において蛍光灯などの光で発電して、特売品などの表示をモータによる揺動で目立たせるための広告表示装置や、庭などに埋設されるタイルの上面に太陽電池と発光面を備え、停電時などに退路を目立たせる発光タイルや、道路にて盲人の誘導を行う点字ブロックの上部に太陽電池と発光ダイオードを埋設し、夕暮れ時などには健常者に注意を促して躓きなどを防止する発光式の点字ブロックが挙げられる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、複数個の太陽電池の各々が複数個の電気二重層コンデンサのそれぞれに個別に接続されるという回路構成を採用することにより、各電気二重層コンデンサに内部インピーダンスや静電容量のバラツキが存在しても、それが他の電気二重層コンデンサに加わる電圧に対して影響することがない。したがって、負荷の所要の供給電圧に合わせて直列接続された複数個の電気二重層コンデンサのそれぞれに過電圧が加わることを防止できる。したがって、電気二重層コンデンサの劣化が防止できて、長期間にわたって安定した動作を行わせることができるという高い信頼性を得ることができる。
【００４３】
さらに、従来の問題を回避するために電気二重層コンデンサを直列接続することなく回路を構成して、電気二重層コンデンサの後段に昇圧回路を配置して必要な電圧を発生させる回路構成があるが、請求項１に記載の発明では、このような回路構成で必須となる後段の昇圧回路が不要となる。したがって、少なくとも後段の昇圧回路の分だけは回路構成を簡易化でき、装置コストを低減することができる。
【００４４】
また、請求項１に記載の発明によれば、過電圧保護回路を備えることにより、予想外の日照などが生じた場合であっても、太陽電池から電気二重層コンデンサに過電圧が加わることを防止できる。したがって、設置場所の自由度が高い太陽電池装置を実現できる。さらに、発光制御回路は、複数個の太陽電池の各々の発生電圧を検出することにより、正常な太陽電池の発生電圧に基づいて、この太陽電池装置が配置された周囲の照度を検出するので、一方の太陽電池が破損したり、障害物で陰った状態にあったとしても、他方の太陽電池で周囲照度を確実に検出することができ、周囲照度に応じた負荷（請求項２記載の発明の場合は、発光ダイオード）の発光制御を確実に行うことができる。
【００４５】
また、請求項３に記載の発明によれば、予想外の日照などが生じたような場合であっても、太陽電池で生じる電圧が電気二重層コンデンサの最大定格電圧を越えることがないので、過電圧保護回路などの余分な回路を備えることなく電気二重層コンデンサに過電圧が加わることを防止できる。したがって、簡易な構成でありながらも、設置場所の自由度が高い太陽電池装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連する参考例に係る太陽電池装置の回路図である。
【図２】本発明の一実施例に係る太陽電池装置の回路図である。
【図３】従来例に係る太陽電池装置の一例を示す回路図である。
【図４】電気二重層コンデンサの静電容量の経時変化例を示したグラフである。
【図５】電気二重層コンデンサの内部インピーダンスの経時変化例を示したグラフである。
【符号の説明】
１，２  …  太陽電池
５，６  …  電気二重層コンデンサ
９，１０  …  逆流防止ダイオード
１３  …  発光制御回路
１５  …  スイッチング回路
Ｌ  …  発光ダイオード
１７，１８  …  過電圧保護回路
【図１】
0003547669.tif 000002
【図２】
0003547669.tif 000003
【図３】
0003547669.tif 000004
【図４】
0003547669.tif 000005
【図５】
0003547669.tif 000006