(57)【要約】【課題】太陽電池の最大発電電力を有効利用し、その電力をすべて消費するようにＬＥＤ照明装置への電力供給を制御して、太陽電池の発電量が変わっても商用電源へ切り替えが可及的に少なくなるようにしたＬＥＤ照明システムを提供する。【解決手段】ＬＥＤ照明システムでは、太陽電池１から得られた電力をＬＥＤ照明装置４，５，〜９に供給し、電力が不十分な場合には商用電源２から電力が補充される。太陽電池１は常に出力最大電力で動作しており、太陽電池１の出力電力がすべて消費されるように、電力制御ユニット３の電力制御部３４がＬＥＤ照明装置４〜９の消費電力を制御している。ＬＥＤ照明装置４〜９では、電力制御部３４からの制御信号を受けた調光制御部４３〜９３が、定電流回路４１〜９１を制御し、ＬＥＤ素子を含むＬＥＤユニット４２〜９２へ供給される電流ＩＬＥＤ４〜９の大きさを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池から得られた電力をＬＥＤ照明装置に供給し、前記電力が不十分な場合には商用電源から電力を補充するＬＥＤ照明システムにおいて、
常に出力最大電力で動作する前記太陽電池の出力電力をすべて消費するように、前記ＬＥＤ照明装置の消費電力を制御することを特徴とするＬＥＤ照明システム。
【請求項２】
請求項１記載のＬＥＤ照明システムにおいて、
前記ＬＥＤ照明装置が複数台からなり、優先度の低い前記ＬＥＤ照明装置から前記消費電力制御を行うことを特徴とするＬＥＤ照明システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載のＬＥＤ照明システムにおいて、
前記各ＬＥＤ照明装置へ電力を供給するとともに前記各ＬＥＤ照明装置における電力値を制御する電力制御ユニットを備えており、
前記電力制御ユニットは、前記太陽電池で得られた電力の入力を受けて最大電力が取り出されるように動作するＭＰＰＴ部、前記ＬＥＤ照明装置全体の消費電力を測定する電力測定部、前記ＭＰＰＴ部からの電力及び商用電源から補充される電力を加算する電力加算部、並びに前記ＭＰＰＴ部から出力される供給電力量と前記電力測定部で測定される消費電力量とを比較し、前記ＭＰＰＴ部から出力される電力が前記ＬＥＤ照明装置で全て消費されるように前記ＬＥＤ照明装置の前記消費電力を制御する電力制御部を備えていることを特徴とするＬＥＤ照明システム。
【請求項４】
請求項３記載のＬＥＤ照明システムにおいて、
前記各ＬＥＤ照明装置は、前記電力制御ユニットの前記電力加算部からの電力供給を受けて定電力を出力する定電力回路、当該定電力回路からの前記定電力の供給を受けて点灯するＬＥＤ素子を含むＬＥＤユニット、及び前記電力制御ユニットの前記電力制御部からの前記消費電力を制御するための制御信号を受けて前記定電力回路が出力する電力値を制御する調光制御部を備えていることを特徴とするＬＥＤ照明システム。
【請求項５】
請求項４記載のＬＥＤ照明システムにおいて、
前記定電力回路は、電流値制御又はパルス幅制御で前記電力値を変更することを特徴とするＬＥＤ照明システム。
【請求項６】
請求項３又は４記載のＬＥＤ照明システムにおいて、
前記電力制御部は、前記消費電力量が前記供給電力量より大きい場合に、前記各ＬＥＤユニットに供給される電力量を下げる方向に前記調光制御部を制御し、
前記電力制御部は、前記各ＬＥＤユニットに供給される前記電力量を下限値と比較し、前記電力量が前記下限値を下回る場合は前記電力量を下げることなく、不足する電力を前記商用電源から補充することを特徴とするＬＥＤ照明システム。
【請求項７】
請求項３又は４記載のＬＥＤ照明システムにおいて、
前記電力制御部は、前記供給電力量が前記消費電力量より大きい場合に、前記各ＬＥＤユニットに供給される電力量を上げる方向に前記調光制御部を制御し、
前記電力制御部は、前記各ＬＥＤユニットに供給される前記電力量を上限値と比較し、前記電力量が前記上限値を上回る場合は前記電力量を上げることなく、余剰電力を破棄することを特徴とするＬＥＤ照明システム。
【請求項８】
請求項３又は４記載のＬＥＤ照明システムにおいて、
前記電力制御部は、前記供給電力量が前記消費電力量と等しい場合に、前記各ＬＥＤユニットに供給される電力量を維持するように前記調光制御部を制御することを特徴とするＬＥＤ照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池を電力源とするＬＥＤ照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄電池を備えており、太陽電池の発電電力が充電電力等の装置の消費電力より大きい場合に余剰の発電電力を商用電源に逆潮流させて電力会社に売電し、昼間の天候不順等の原因で蓄電池への充電が不十分でＬＥＤ素子へ必要な点灯電力を供給できない場合には、商用電源から電力供給し、照度を確保するＬＥＤ照明装置が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
また、蓄電池を持たず、夜間等において太陽電池からの出力が低下する場合は、商用電源から電力を供給する電源装置が提案されている（特許文献２）。
【０００４】
ところで、太陽電池からの出力は日射量等によって変動することが避けられないが、これらの変動に対して、太陽電池の動作点を変化させ、常に最大出力を取り出す制御（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）を行い、太陽電池からの電力を有効に取り出す機能がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−８２２７０号公報
【特許文献２】特開昭６１−１６７３４１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】高野章、他著、太陽光発電協会編「太陽光発電システムの設計と施工」第３版、オーム社、平成１８年９月２０日発行、ｃｈａｐｔｅｒ３  Ｐ３６〜Ｐ３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、蓄電池を持たず且つ電力会社に売電も行わない太陽光発電システムにおいては、余剰電力を処理できないので、太陽電池から最大電力を取り出す制御（ＭＰＰＴ）を行っても、負荷電力がそれより少なければ電力を破棄する必要があり、電力効率が低下する。
また、太陽電池からの電力と、商用電源からの電力を切り替えるシステムの場合、商用電源への切り替えが頻繁に起こると、余計な電気代が発生する。
【０００８】
そこで、ＬＥＤ照明システムにおいて、太陽電池の最大発電電力を有効利用し、太陽電池の発電量が変わっても商用電源へ切り替えが可及的に少なくなるようにする点で解決すべき課題がある。
この発明の目的は、太陽電池の発電量が変わっても商用電源へ切り替えが可及的に少なくなるようにして、余計な電気代が生じるのを回避できるＬＥＤ照明システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明によるＬＥＤ照明システムは、太陽電池を電力源とし、ＭＰＰＴ回路から出力電力のデータを受け、その最大発電電力を消費するように、照明装置の電力値を制御することを特徴としている。即ち、本ＬＥＤ照明システムは、太陽電池から得られた電力をＬＥＤ照明装置に供給し、前記電力が不十分な場合には商用電源から電力を補充するＬＥＤ照明システムにおいて、常に出力最大電力で動作する前記太陽電池の出力電力をすべて消費するように、前記ＬＥＤ照明装置の消費電力を制御することを特徴としている。
【００１０】
本ＬＥＤ照明システムによれば、太陽電池は常に出力最大電力で動作するように制御され、その最大発電電力に合わせるようにＬＥＤ照明装置の消費電力が制御されているので、太陽電池が出力する最大発電電力をすべてＬＥＤ照明装置で消費されるようにすることができる。
【００１１】
また、本ＬＥＤ照明システムにおいて、ＬＥＤ照明装置が複数台ある場合、優先度の低いＬＥＤ照明装置の電力値を制御するので、優先度の高いＬＥＤ照明装置では照度の変化を極力無くし、照度変化による影響を抑えることができる。
【００１２】
また、本ＬＥＤ照明システムにおいて、前記各ＬＥＤ照明装置へ電力を供給するとともに前記各ＬＥＤ照明装置における電力値を制御する電力制御ユニットを備えており、前記電力制御ユニットは、前記太陽電池で得られた電力の入力を受けて最大電力が取り出されるように動作するＭＰＰＴ部、前記ＬＥＤ照明装置全体の消費電力を測定する電力測定部、前記ＭＰＰＴ部からの電力及び商用電源から補充される電力を加算する電力加算部、並びに前記ＭＰＰＴ部から出力される供給電力量と前記電力測定部で測定される消費電力量とを比較し、前記ＭＰＰＴ部から出力される電力が前記ＬＥＤ照明装置で全て消費されるように前記ＬＥＤ照明装置の前記消費電力を制御する電力制御部を備えているとすることができる。更に、本ＬＥＤ照明システムにおいて、前記各ＬＥＤ照明装置は、前記電力制御ユニットの前記電力加算部からの電力供給を受けて定電力を出力する定電力回路、当該定電力回路からの前記定電力の供給を受けて点灯するＬＥＤ素子を含むＬＥＤユニット、及び前記電力制御ユニットの前記電力制御部からの前記消費電力を制御するための制御信号を受けて前記定電力回路が出力する電力値を制御する調光制御部を備えているとすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本ＬＥＤ照明システムによれば、太陽電池から照明用に常に最大電力を効率よく取り出しながら、ＬＥＤ照明装置の消費電力を制御することで、商用電源への切替え頻度を少なくでき、商用電源を利用することによる電気代を削減することできる。
また、ＬＥＤ照明装置が複数台ある場合や、ソーラパネルの発電量に変動があっても、その変動に応じて、個々のＬＥＤ照明装置の電力値を自動で設定するので、手動で調光調整を行う必要がない。
また、例えば、窓際や倉庫などの、照度の変化が気にならないような優先度の低い照明装置の電力値を制御することで、消費電力調整のために照度を変化させても、照明への影響を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明によるＬＥＤ照明システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明によるＬＥＤ照明システムにおける電力制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１には、本発明によるＬＥＤ照明システムの一実施形態であるブロック構成が示されている。太陽電池１からの電力は、電力制御ユニット３のＭＰＰＴ部３１により、最大電力が取り出されるように制御される。この電力は、ＤＣ／ＤＣ変換器３２で電圧変換され、電力測定部３３において、当該電力測定部３３を通じてＬＥＤ照明全体に供給される消費電流が測定され、電力加算部３６を通って例えば６台のＬＥＤ照明装置４〜９に供給される。電力加算部３６は、図示のようにダイオード接続によって構成されており、太陽電池１からの入力電圧を商用電源からの入力電圧よりも高めに設定することで、太陽電池１からの電力が優先的にＬＥＤ照明装置４〜９に供給される。ここでは、ＬＥＤ照明装置は６台としたが、台数はこれに限定されない。電力制御部３４は、ＭＰＰＴ部３１から出力される電力量と電力測定部３３で測定される消費電力量とを比較し、ＭＰＰＴ部３１から出力される電力が、ＬＥＤ照明装置４〜９で全て消費されるように、ＬＥＤ照明装置４〜９の消費電力を制御する。
【００１６】
電力制御ユニット３には商用電源２も接続されている。日照不足等で太陽電池の発電量が少ない場合や夜間時には、太陽電池１からの電力が減少し、電力加算部３６の太陽電池側の入力電圧が低下するが、このとき商用電源側のダイオードもＯＮになり商用電源からも電力供給が行われる。商用電源から電力補充が行われても、ＭＰＰＴ制御によって、太陽電池１の発電電力はすべてＬＥＤ照明装置（負荷）に供給されて、電力加算部３６でバランスするので、太陽電池１の発電電力の不足分が商用電源から供給される。即ち、太陽電池１からの電力が不足するときには、商用電源２からの電力が、ＡＣ／ＤＣ変換部３５でＤＣ電圧に変換され、電力加算部３６で太陽電池１からの電力不足を補い、ＬＥＤ照明装置４〜９に供給される。
【００１７】
ＬＥＤ照明装置４〜９の構成は同じであるので、ＬＥＤ照明装置４について説明する。電力加算部３６からの電力を受け、定電力回路として電流を定められた値に制御する定電流回路４１が設けられており、定電流回路４１はＬＥＤ素子が実装されたＬＥＤユニット４２を定電流で駆動する。ＬＥＤユニット４２は、入力される定電流値が変わることによって、ＬＥＤ素子の発光光度を変えることができる。定電流回路４１が出力する定電流値は、電力制御ユニット３の電力制御部３４から信号を受けた調光制御部４３によって制御される。ここで、調光は、ＬＥＤユニット４２の電流値を変化させているが、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により、供給電力のＯＮ／ＯＦＦデューティーを変化させて行ってもよい。
【００１８】
ＬＥＤ照明装置４〜９のための電力制御ユニット３の電流制御部３４の動作の一例が図２においてフローチャートで示されている。図２に基づいて、電力制御部３４の動作について説明する。電力制御部３４は、ステップ１１（「Ｓ１１」と略す。以下同じ）で、ＭＰＰＴ３１から、現在の太陽電池の発電電力Ｐｉｎを読み込む。Ｐｉｎは、ＭＰＰＴ３１により、最大電力を出力するように制御されている。Ｓ１２では、ＬＥＤ照明装置４〜９全体の消費電力Ｐｏｕｔを電力測定部３３から読み込む。
【００１９】
Ｓ１３では、供給電力（Ｐｉｎ×η）と消費電力Ｐｏｕｔを比較する。ここで、η（イータ）は、ＤＣ／ＤＣ変換部３２の変換効率で、例えば０．９５（＝９５％）程度に設定される。供給電力（Ｐｉｎ×η）が、実際にＬＥＤ照明装置４〜９の全体に供給できる電力となる。ここで、消費電力Ｐｏｕｔが供給電力（Ｐｉｎ×η）より大きい場合、Ｓ１５で、ＬＥＤ照明の電流ＩＬＥＤｉ（ｉ＝４〜９）を下げる方向に調光制御部４３，５３…９３を制御する。ただ、電流ＩＬＥＤｉを下げ過ぎると必要な照度が得られなくなるので、Ｓ１４で下限値ＩＭＩＮと比較し、これより、下回る場合は電流値を下げない。この場合、不足する電力は、商用電源２から補充される。ここで、全てのＬＥＤ照明装置４〜９の電流ＩＬＥＤｉを下げなくても、例えば窓際や倉庫に設置されるなどして、照度の変化が気にならない特定のＬＥＤ照明装置の電流ＩＬＥＤｉを下げるようにしてもよい。
【００２０】
一方、Ｓ１３で供給電力（Ｐｉｎ×η）が消費電力Ｐｏｕｔより大きい場合、太陽電池１の発電電力に余裕があるので、Ｓ１７で、電流ＩＬＥＤｉを増加させる。ただ、電流ＩＬＥＤｉを上げ過ぎると、ＬＥＤ素子の劣化や破損を招くので、Ｓ１６で上限値ＩＭＡＸと比較し、これより大きい場合は電流ＩＬＥＤｉを増加させない。この場合、ＬＥＤ照明装置で消費できない太陽電池１からの余剰電力は破棄される。よって太陽電池１の最大発電量がＩＭＡＸと等しくなるように太陽電池１を設置すれば、コストパフォーマンスがよくなる。Ｓ１３で、消費電力Ｐｏｕｔが供給電力（Ｐｉｎ×η）と等しい場合は、この状態を保つ。
【００２１】
このように制御することで、太陽電池からの発電電力とＬＥＤ照明装置の消費電力とが等しくなるように動作するので、ＭＰＰＴにより得られた最大電力を効率よく使用できる。即ち、商業施設等、照明が常時点灯されているような場合、ＬＥＤ照明装置全灯時の消費電力と太陽電池の最大出力とを合わせるようにすることで、太陽電池の余剰電力破棄は余り起こらず、また、太陽電池パネルの設置枚数を最小限にすることができる。更に、太陽電池の出力が低下したときには、直ちに商用電源に頼って不足電力を補充するのではなく、ＬＥＤ照明の調光制御を行うことで、ＬＥＤ照明の消費電力を太陽電池の発電電力内に抑えるように調整することになり、その結果、なるべく太陽電池の発電電力内で照明を行い、商用電源を利用することによる電力消費を抑えることができる。
【符号の説明】
【００２２】
１  太陽電池                            ２  商用電源
３  電力制御ユニット
４，５，…９  ＬＥＤ照明装置
３１  ＭＰＰＴ部（MPPT：Maximum Power Point Tracking）
３２  ＤＣ／ＤＣ変換部                  ３３  電力測定部
３４  電力制御部                        ３５  ＡＣ／ＤＣ変換部
３６  電力加算部
４１，５１，…９１  定電流回路          ４２，５２，…９２  ＬＥＤユニット
４３，５３，…９３  調光制御部
【図１】
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【図２】
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