(57)【要約】【課題】太陽光発電や燃料電池発電は注目されているにも拘わらず、そうした発電システムを学習する教材がほとんどない。そうした発電システムを身近に学習及び自習できる教材は環境教育等の点から重要であるため、そうした教材の開発が課題である。【解決手段】本発明では、透明な卓上ミニハウスを利用し、当該ハウスに電源（太陽電池モジュールまたは燃料電池）、配線、回路各種電気部品、電力負荷（照明灯、換気扇等）を設けてあるため、身近に又手軽に太陽光発電及び燃料電池発電システムを学習することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋根の形状が切妻屋根、寄棟造、入り母屋屋根、方形屋根、片流れ屋根のいずれかであり、かつ外部から家の内部及び電気配線を透視できる構造の卓上ミニハウスで、当該ハウスに電力負荷として少なくとも照明器具又は換気扇のいずれか、又は両方を設けており、かつ当該電力負荷の電源に太陽電池又は燃料電池のいずれか、又は両方を使用していることを特徴とするミニハウス。
【請求項２】
請求項１に記載のミニハウスの屋根又は側壁の一部又は全部が透明な塩化ビニル板、ポリエステル板又はガラス板から構成されているミニハウスで、複数個の太陽電池を電気的に直列又は並列に接続した太陽電池モジュールをミニハウスの屋根又は屋外に設置してあることを特徴とするミニハウス。
【請求項３】
請求項１又は２いずれかの請求項に記載のミニハウスの照明器具が発光ダイオード又は白熱電球であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のミニハウス。
【請求項４】
上記請求項１から３のいずれかの請求項に記載のミニハウスにおいて、太陽電池モジュールへの光照射が無い時、照明器具が照燈し、太陽電池モジュールへの光照射がある時、消灯する機能を有する電気回路を、電気系統の一部に設けてあることを特徴とするミニハウス。
【請求項５】
請求項１、２、３及び４に記載のミニハウスにおいて、電気系統のいくつかの箇所において、少なくとも電流、電圧、電気信号の時間依存性の信号波形のいずれかを測定できる端子を設けてあることを特徴とするミニハウス。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかの請求項に記載のミニハウスにおいて電気系統に、直流を交流に変換するインバータを設けてあることを特徴とするミニハウス。
【請求項７】
上記請求項１から７のいずれかの請求項に記載のミニハウスに電力負荷として少なくともモータで駆動する換気扇を設けてあることを特徴とするミニハウス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明に属する技術分野】
本発明は、卓上ミニハウスを用いた太陽電池及び燃料電池発電システムの教材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池や燃料電池は、次世代電力源として注目されている。太陽電池は住宅用太陽光発電として既に普及しつつある。又、燃料電池も電気自動車等に応用されつつある。
一方、こうした社会情勢において、太陽電池や燃料電池による発電システムの教材を用いて、大学、高等学校、さらに中学校等で教育することは有意義であるが、現状においては、そうした教材が、ほとんど存在しない。そのため、太陽電池及び燃料電池発電システムを身近に理解することが困難な状況である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
少なくとも太陽電池又は燃料電池のいずれか、又は両方を電源とする発電システム回路において、各箇所における電気信号の強さや波形を計測することにより、太陽電池及び燃料電池発電システムを理解することができる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
人力で持ち運びが可能で、かつ電気配線等が外部から目視できる透明板を用いた卓上ミニハウスを作製し、当該ハウスの屋根、側壁又は内部に電源（太陽電池モジュールや燃料電池）、配線、電力負荷（照明器具、モータなど）を設けることにより、太陽電池及び燃料電池発電システムの理解が容易になり教育効果が期待できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明で作製したミニハウスの断面概要図及びその写真をそれぞれ図１及び図２に示す。
ミニハウスの幅及び高さはそれぞれ、約３１ｃｍ及び約５０ｃｍで、透明塩化ビニル板（厚さ約３ｍｍ）を用いて作製した。なお、透明ポリエステル板でも作製することができる。
屋根の形状は切妻屋根としたが、それ以外の形状にしても同じ教育効果が期待できる。
太陽電池モジュール７と屋根１の角度は、蝶番等を用いて変えることができる。
太陽電池モジュール７を照明する照明器具１９としてハロゲンランプ等を用いた。
【０００６】
【電気系各部品の名称】
以下、各電気部品の詳細について記載する。
▲黒四角▼太陽電池モジュール７
出力電圧１２Ｖ、動作電流６９ｍＡ。
▲黒四角▼コード線８
▲黒四角▼明暗識別回路９
▲黒四角▼トランジスタ９１
低周波用トランジスタ（東芝製、型式  ２ＳＣ１８１５）。
▲黒四角▼トランジスタ９２
低周波用トランジスタ（東芝製、型式  ２ＳＣ１８１５）。
▲黒四角▼ダイオード９３
一般電源整流用ダイオード（東芝製、型式  Ｓ５６８８Ｊ）。
▲黒四角▼抵抗９４
１．７１ＭΩ。
▲黒四角▼抵抗９５
１１．４ｋΩ。
▲黒四角▼抵抗９６
４９５Ω。
▲黒四角▼インバータ９７
ＤＣ／ＡＣインバータ（Ｇａｒｅａｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製、定格２０Ｗ、入力１２Ｖ、出力２０Ｗ）。
▲黒四角▼発光ダイオード１０
高輝度黄色発光ダイオード（東芝製、型式  ＴＬＹＥ１８０ＡＰ）。
▲黒四角▼蓄電池１１
ニッケル水素電池（Ｍａｘｗｅｌｌ社製、型式  ＨＲ−３ＳＡ、容量１６００ｍＡｈ、電圧１．２Ｖ、標準充電時間約９時間、寸法１．４２×５０ｍｍ）。
▲黒四角▼明暗識別回路１２
▲黒四角▼電球１３
１Ｗ電球。
▲黒四角▼ヒューズ１４
定格電流３．１５Ａ、定格電圧２５０Ｖ。
▲黒四角▼降圧回路１５
▲黒四角▼コンデンサ１５１
定格０．１μＦ。
▲黒四角▼コンデンサ１５２
定格０．１μＦ。
▲黒四角▼３端子レギュレータ１５３
入力電圧（最大）３５Ｖ、出力電圧（最大）５Ｖ。
▲黒四角▼ファンモータ１６
ファンモータ（Ｎｉｐｐｏｎ  Ｋｅｉｋｉ社製、型式  ＭＦＢ  ５０Ａ−０５）。
▲黒四角▼スイッチ１７
▲黒四角▼床下換気扇１８
モータ（マブチモータ１．５Ｖ）。
▲黒四角▼明暗識別回路２０
▲黒四角▼発光ダイオード２０２
高輝度黄色発光ダイオード（東芝製、型式  ＴＬＹＥ１８０ＡＰ）。
▲黒四角▼トランジスタ２０３
低周波用トランジスタ（東芝製、型式  ２ＳＣ１８１５）。
▲黒四角▼トランジスタ２０４
低周波用トランジスタ（東芝製、型式  ２ＳＣ１８１５）。
▲黒四角▼抵抗２０５
４７Ω。
▲黒四角▼抵抗２０６
１２ｋΩ。
▲黒四角▼抵抗２０７
６１ｋΩ。
▲黒四角▼抵抗２０８
３００ｋΩ。
▲黒四角▼複合回路２１
▲黒四角▼蓄電池１１１
ニッケル水素電池（Ｍａｘｗｅｌｌ社製、型式ＨＲ−３ＳＡ、容量１６００ｍＡｈ、電圧１．２Ｖ、標準充電時間約９時間、寸法１．４２×５０ｍｍ）。
▲黒四角▼蓄電池１１２
ニッケル水素電池（Ｍａｘｗｅｌｌ社製、型式ＨＲ−３ＳＡ、容量１６００ｍＡｈ、電圧１．２Ｖ、標準充電時間約９時間、寸法１．４２×５０ｍｍ）。
▲黒四角▼蓄電池１１３
ニッケル水素電池（Ｍａｘｗｅｌｌ社製、型式ＨＲ−３ＳＡ、容量１６００ｍＡｈ、電圧１．２Ｖ、標準充電時間約９時間、寸法１．４２×５０ｍｍ）。
【０００７】
【実施例１】
電気系回路の系統図を図３に示す。明暗識別回路９の詳細を図４の破線内に示す。図３において明暗識別回路９は、太陽電池モジュール７に光照射がある時、発光ダイオード１０が消燈し、モジュール７に光照射が無い時照燈する回路である。光照射時にモジュール７が発生した電気を蓄電池１１に蓄電し、光照射の無い時は蓄電池１１からの電力で発光ダイオード１０が照燈する。なお、図４の破線内に示した明暗識別回路９の代わりに図５の破線内に示した明暗識別回路２０を用いてもよい。
【０００８】
【実施例２】
電気系統回路図を図６に示す。図６に記載の明暗識別回路１２の詳細図を図７の破線内に示す。明暗識別回路１２は太陽電池モジュール７に光照射があり、かつスイッチ９８がＯＮになっている時、電球１３が消燈し光照射が無い時照燈する。光照射時に発生した電気を蓄電池１１に蓄える。光照射が無い時、当該蓄電池１１で電球１３が照燈する。
なお電球１３は、スイッチ９８により手動でＯＦＦにすることができる。
【０００９】
【実施例３】
実施した回路図を図８に示す。図８では同じ種類の太陽電池モジュール７を２個直列に接続した。降圧回路１５の詳細図を図９の破線内に示す。当該実施例においては、スイッチ１７がＯＮになっている時、床下換気扇１８は稼動状態になる。別棟用換気扇１６は常に稼動状態になっている。
【００１０】
【実施例４】
実施例１、２及び３においてはそれぞれの回路は独立であるが、それらの回路を複合し配線することもできる。図１０の破線内の回路は、図３、図６及び図８に設けた電気系統の複合回路２１である。複合回路に設けたスイッチ２１１、２１２、２１３、２１４、２１５及び２１６をＯＮ又はＯＦＦすることにより実施例１、２及び３のいずれか、又は全てを稼動させることができる。
【００１１】
【実施例５】
以上の実施例では、電力源として太陽電池モジュールを用いたが、太陽電池モジュールの代わりに燃料電池を設置すると、燃料電池による発電システムを容易に理解することができる。燃料電池は太陽光を必要としないので、家の側壁の外部又は内部に設置できる。各種の燃料電池は市販されているので、それらを利用すると便利である。太陽電池モジュールと燃料電池の両方を使用すると、太陽電池及び燃料電池のハイブリッド型発電システムを学習することができる。使用する電力の負荷の大きさによっては、屋根の上に設置した太陽電池モジュールのみでは、電力供給が不足することもある。このような場合は、太陽電池モジュールの一部又は全部をミニハウスの外部に設置してもよい。
以上の実施例では、ミニハウスを透明の板で作製したが、不透明の板を用いて作製し、一部の板を透明にしても外部から透視できれば同じような学習効果が得られる。
【００１２】
【発明の効果】
以上の実施例を用いると卓上にて太陽光発電システム及び燃料電池発電システムの学習が容易となる。また、電気配線のいくつかの箇所にプローブを差し込める端子を設けることにより、各箇所での電圧、電流、電気信号の波形を測定できる。
以上の実施例では、今回作製した一例を示したが、各種電子部品を組み合わせることにより、より広範囲の電気回路の学習が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図  １】卓上ミニハウスの正面断面図の概略図
【図  ２】卓上ミニハウス外観写真
【図  ３】実施例１の電気系統配線図
【図  ４】実施例１に使用した明暗識別回路９
【図  ５】実施例１に使用した明暗識別回路２０
【図  ６】実施例２の電気系統配線図
【図  ７】実施例２に使用した明暗識別回路１２
【図  ８】実施例３の電気系統配線図
【図  ９】実施例３に使用した降圧回路図１５
【図１０】実施例４の複合電気系統配線図２１
【符号の説明】
１屋根                                    １１２蓄電池
２側壁                                    １１３蓄電池
３床下                                    １５１コンデンサ
４別棟                                    １５２コンデンサ
５階段                                    １５３３端子レギュレータ
６実験台                                  ２０１スイッチ
７太陽電池モジュール                      ２０２発光ダイオード
８コード線                                ２０３トランジスタ
９明暗識別回路                            ２０４トランジスタ
１０発光ダイオード                          ２０５抵抗
１１蓄電池                                  ２０６抵抗
１２明暗識別回路                            ２０７抵抗
１３電球                                    ２０８抵抗
１４ヒューズ                                ２１１スイッチ
１５降圧回路                                ２１２スイッチ
１６別棟用換気扇                            ２１３スイッチ
１７スイッチ（換気扇用）                    ２１４スイッチ
１８床下換気扇                              ２１５スイッチ
１９照明器具                                ２１６スイッチ
２０明暗識別回路                            ２１７水素発生器
２１複合回路                                ２１８燃料電池
９１トランジスタ
９２トランジスタ
９３ダイオード
９４抵抗
９５抵抗
９６抵抗
９７インバータ
１１１蓄電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004280033.tif 000009
【図８】
2004280033.tif 000010
【図９】
2004280033.tif 000011
【図１０】
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