DE112020002095T5

DE112020002095T5 - Lichtemittierendes und -empfangendes modul mit einer heizung zum schmelzen von schnee

Info

Publication number: DE112020002095T5
Application number: DE112020002095.9T
Authority: DE
Inventors: Takashi Yokoyama; Masateru CHIYAMA; Motoaki Tokukura; Yasuharu Wata; Hiroaki UEFUJI; Eiko Seki
Original assignee: Nissha Co Ltd
Current assignee: Nissha Co Ltd
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2020-04-06
Publication date: 2022-03-10
Also published as: US20220146086A1; CN113574796A; JP6804722B2; JP2020181726A; CN113574796B; WO2020217950A1

Abstract

ProblemAufgabe ist es, ein lichtemittierendes und -empfangendes Modul mit einer Schneeschmelzheizung bereitzustellen, die mit einer Heizfolie versehen ist, auf der eine einzelne Elektrode mit einer Funktion als Heizelektrode zum Schneeschmelzen und auch einer Funktion als Elektrode eines Kapazitätserfassungssensors zum Erfassen von Schneeanhaftungen vorhanden ist.Mittel zur LösungDas lichtemittierende und -empfangende Modul mit Heizung ist ein Solarzellenmodul mit Heizung 10, das ein plattenförmiges Basismaterial 30, sechs auf dem Basismaterial 30 in Reihe geschaltete Solarzellenelemente 21, eine auf dem Basismaterial 30 gebildete erste Klebeschicht 40, sodass die Solarzellenelemente 21 abgedeckt sind, ein auf der ersten Klebeschicht 40 gebildetes Glas 22, eine auf dem Glas 22 gebildete zweite Klebeschicht 41 und eine auf der zweiten Klebeschicht 41 gebildete Heizfolie 20 einschließt. Die Heizfolie 20 schließt eine Elektrode 24 ein, die durch serpentinenförmige Anordnung einer Verdrahtungsleitung auf einer Basislage 25 gebildet ist. Die Elektrode 24 ist mit beiden Enden über eine externe Schaltung mit einer Steuerplatine 80 verbunden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein lichtemittierendes und -empfangendes Modul mit einer Heizung zum Schmelzen von Schnee.
STAND DER TECHNIK
Bei einem lichtempfangenden Modul, das mit einem lichtempfangenden Element, wie einem Solarzellenelement, versehen ist, und einem lichtemittierenden Modul, das mit einem lichtemittierenden Element, wie einer LED, versehen ist, werden, wenn sich bei Schneefall Schnee auf deren Oberflächen niederschlägt, Sonnenlicht und das Licht des lichtemittierenden Elements blockiert, weshalb in einigen Fällen die Oberflächen der Module mit Heizungen zum Schmelzen von Schnee versehen sind. Wenn sich Schnee auf der Oberfläche festsetzt, sorgt die Heizung dafür, dass der Schnee auf der Oberfläche schmilzt, damit Licht effizient Licht empfangen oder emittiert werden kann. Zum Beispiel offenbart das Patentdokument 1 ein Solarzellenmodul mit Schneeschmelzfunktion, bei dem eine Heizfolie aus einer Harzfolie, auf der Elektroden ausgebildet sind, auf das Solarzellenmodul gestapelt wird.
Literaturliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP 2017-153196 A
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Es kann den Fall geben, dass das herkömmliche lichtemittierende und -empfangende Modul mit einer Heizung, wie vorstehend beschrieben, Detektionsmittel einschließt, die eine Schneeanhaftung erkennen, um eine Erwärmung durch die Heizfolie nur dann durchzuführen, wenn Schnee am lichtemittierenden und -empfangenden Modul haftet. Die Schneeanhaftung wird zum Beispiel durch Erfassen einer Änderung der elektrostatischen Kapazität aufgrund der Schneeanhaftung mit Hilfe eines Sensors für die elektrostatische Kapazität erfasst, und eine Elektrode für den elektrostatischen Kapazitätssensor wird auf der Heizfolie zusätzlich zu einer Elektrode für die Wärmeerzeugung gebildet. Die Elektrode für den Kapazitätssensor wurde jedoch auf der Heizfolie gebildet, sodass der Bereich, in dem die Elektrode für die Wärmeerzeugung gebildet werden konnte, klein war und die Schneeschmelzleistung in einigen Fällen beeinträchtigt wurde.
Zur Lösung des vorstehend beschriebenen Problems besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein lichtemittierendes und -empfangendes Modul mit einer Schneeschmelzheizung bereitzustellen, die mit einer Heizfolie versehen ist, auf der eine einzelne Elektrode mit einer Funktion als Heizelektrode zum Schneeschmelzen und auch einer Funktion als Elektrode eines Kapazitätserfassungssensors zum Erfassen von Schneeanhaftungen vorhanden ist.
Lösung für das Problem
Zur Erreichung des vorstehend beschriebenen Ziels ist eine erste Erfindung ein lichtemittierendes und -empfangendes Modul mit Heizung, das ein Basismaterial, ein lichtemittierendes und -empfangendes Element, eine Heizfolie, eine kapazitive Erfassungseinheit, eine Energiequelle und eine Steuerplatine einschließt. Das lichtemittierende und -empfangende Element ist auf dem Trägermaterial angeordnet und führt mindestens eines von einem Lichtempfang und einer Lichtemission aus. In der Heizfolie wird eine Elektrode auf einer Basislage gebildet. Die Heizfolie ist so ausgebildet, dass sie das lichtemittierende und -empfangende Element abdeckt. Die Kapazitätserfassungseinheit ist elektrisch mit der Elektrode verbunden, um eine potenzialfreie Kapazität zwischen dem lichtemittierenden und -empfangenden Element und der Heizfolie zu erfassen. Die Energiequelle ist elektrisch mit der Elektrode verbunden, um die Heizfolie zu erwärmen. Die Steuerplatine schaltet die Verbindung mit der Elektrode zwischen der Kapazitätserfassungseinheit und der Energiequelle um.
Bei einer derartigen Konfiguration fungiert die Heizfolie sowohl als Heizelektrode als auch als Elektrode des kapazitiven Erfassungssensors, so dass das Schneeschmelzen nur während der Schneeanhaftung ausgeführt werden kann, ohne dass ein separater Sensor zur Erfassung der Schneeanhaftung bereitgestellt werden muss.
Eine zweite Erfindung im Rahmen der ersten Erfindung ist ein lichtemittierendes und -empfangendes Element mit einer Heizung, bei der das lichtemittierende und -empfangende Element ein Solarzellenelement ist.
Bei einer derartigen Konfiguration kann der Schnee auf dem Solarzellenelement während des Schneefalls geschmolzen werden, sodass das Sonnenlicht nicht blockiert wird und Licht effizient empfangen werden kann.
Eine dritte Erfindung ist ein lichtemittierendes und -empfangendes Element mit einer Heizung, bei der das lichtemittierende und -empfangende Element eine LED ist.
Bei einer derartigen Konfiguration kann der Schnee auf der LED während des Schneefalls geschmolzen werden, sodass die Lichtemission der LED nicht blockiert wird und das Licht erkannt werden kann.
Eine vierte Erfindung ist ein Verfahren zum Schmelzen von Schnee eines lichtemittierenden und -empfangenden Moduls, das die Schneeanhaftung erkennt, wenn Schnee an einem lichtemittierenden und -empfangenden Modul mit einer Heizung anhaftet, die ein lichtemittierendes und -empfangendes Element, das mindestens eines von einem Lichtempfang und einer Lichtemission ausführt, und eine Heizfolie einschließt, in der eine Elektrode auf einer Basislage gebildet wird und die Elektrode mit Energie versorgt wird, um Schnee zu schmelzen. Das Verfahren zum Schmelzen von Schnee schließt ein: Verbinden der Elektrode mit einer Kapazitätserfassungseinheit, um eine potenzialfreie Kapazität zwischen dem lichtemittierenden und -empfangenden Element und der Heizfolie zu erfassen; Erfassen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der Schneeanhaftung aus der erfassten potenzialfreien Kapazität; Umschalten der Verbindung mit der Elektrode von der Kapazitätserfassungseinheit zu einer Energiequelle, wenn die Schneeanhaftung erfasst wird, um einen Kapazitätserfassungszustand in einen Bestromungszustand der Heizung umzuschalten; Erhitzen der Elektrode, um Schnee zu schmelzen; und Umschalten der Verbindung mit der Elektrode von der Energiequelle zu der Kapazitätserfassungseinheit nach Ablauf eines beliebigen Zeitraums, um den Bestromungszustand der Heizung auf den Kapazitätserfassungszustand umzuschalten.
Bei einer derartigen Konfiguration kann die Heizung nur während der Schneeanhaftung in den Bestromungszustand versetzt werden, wodurch ein effizientes Schmelzen des Schnees gewährleistet wird.
Eine fünfte Erfindung im Rahmen der vierten Erfindung ist ein Verfahren zum Schmelzen von Schnee, das, wenn mindestens eines von einer atmosphärischen Temperatur und einer Temperatur der Heizfolie 0 °C oder weniger beträgt, das Vorhandensein der Schneeanhaftung erfasst, wenn sich die potenzialfreie Kapazität zwischen dem lichtemittierenden und -empfangenden Element und der Heizfolie ändert.
Bei einer derartigen Konfiguration kann, da die Änderung der potenzialfreien Kapazität durch Wasser oder Schnee anhand der Temperatur der Außenluft oder der Temperatur der Heizfolie bestimmt werden kann, für den Fall, dass sich die potenzialfreie Kapazität aufgrund von Regen ändert, die Heizung nicht in Betrieb genommen werden, und wenn sich die potenzialfreie Kapazität aufgrund von Schneeanhaftung ändert, die Heizung in Betrieb genommen werden.
Eine sechste Erfindung im Rahmen der vierten Erfindung ist ein Verfahren zum Schmelzen von Schnee, bei dem, wenn die potenzialfreie Kapazität zwischen dem lichtemittierenden und -empfangenden Element und der Heizfolie 100 pF bis 50 nF beträgt, die Erfassung das Vorhandensein der Schneeanhaftung erfasst.
Bei einer derartigen Konfiguration kann nur die Schneeanhaftung aus dem Wert der potenzialfreien Kapazität ermittelt werden, und daher kann die Heizung nur während der Schneeanhaftung betrieben und der Schnee effizient geschmolzen werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das lichtemittierende und -empfangende Modul mit einer Heizung versehen sein, die eine Heizfolie in Form einer einzelnen Elektrode mit einer Funktion zum Erfassen von Schneeanhaftungen und einer Funktion zum Schmelzen von Schnee aufweist.
Figurenliste

1 schließt Querschnittsansichten ein, die schematische Konfigurationen von lichtemittierenden und -empfangenden Modulen mit Heizungen gemäß einer ersten Ausführungsform bis zu einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des lichtemittierenden und -empfangenden Moduls mit einer Heizung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
3 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des lichtemittierenden und -empfangenden Moduls mit einer Heizung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4(a) ist eine Vorderansicht eines lichtemittierenden und -empfangenden Moduls mit einer Heizung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 4(b) ist eine schematische Querschnittsansicht des lichtemittierenden und -empfangenden Moduls mit einer Heizung, aufgenommen entlang der Linie I-I, und
4(c) ist eine schematische Querschnittsansicht des lichtemittierenden und -empfangenden Moduls mit einer Heizung, aufgenommen entlang der Linie II-II.
5 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des lichtemittierenden und -empfangenden Moduls mit einer Heizung gemäß der vierten vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 1(a) und 2 ist ein lichtemittierendes und -empfangendes Modul mit Heizung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Solarzellenmodul mit Heizung 10, das ein plattenförmiges Basismaterial 30, sechs auf dem Basismaterial 30 in Reihe geschaltete Solarzellenelemente 21, eine auf dem Basismaterial 30 gebildete erste Klebeschicht 40, sodass die Solarzellenelemente 21 abgedeckt sind, ein auf der ersten Klebeschicht 40 gebildetes Glas 22, eine auf dem Glas 22 gebildete zweite Klebeschicht 41 und eine auf der zweiten Klebeschicht 41 gebildete Heizfolie 20 einschließt. Die Solarzellenelemente 21 sind über eine externe Schaltung mit einem Wechselrichter 82 verbunden. Ferner ist der Wechselrichter 82 mit einem Leistungsmesser 83 verbunden und über eine Energieübertragungsleitung (nicht veranschaulicht) vom Leistungsmesser 83 aus mit einem Eisenturm verbunden. Die Heizfolie 20 schließt eine Elektrode 24 ein, die durch serpentinenförmige Anordnung einer Verdrahtungsleitung auf einer Basislage 25 gebildet ist. Die Elektrode 24 ist an beiden Enden über eine externe Schaltung mit einer Steuerplatine 80 verbunden, und die Steuerplatine 80 ist mit einer Energiequelle 90 verbunden, die mit einem geerdeten Abschnitt 85 geerdet ist.
Das Basismaterial 30 dient als Träger für die Solarzellenelemente 21. Beispielsweise kann ein Glas oder eine Harzfolie als Material verwendet werden. Beispielsweise kann als Harzfolie Polyethylenterephthalat, Polyester oder Polyimid verwendet werden.
Beispielsweise können als Solarzellenelemente 21 Silizium-Solarzellen, Verbund-Solarzellen, organische Solarzellen und organisch-anorganische Hybrid-Solarzellen verwendet werden. Als Silizium-Solarzellen können beispielsweise monokristallines Silizium, polykristallines Silizium und amorphes Silizium als Material für die Solarzellen verwendet werden. Als Verbund-Solarzellen können beispielsweise CIS-Solarzellen oder CdTe-Solarzellen verwendet werden. Als organische Solarzellen können beispielsweise organische Dünnschichtsolarzellen und Farbstoffsolarzellen verwendet werden. Als organisch-anorganische Hybridsolarzellen können beispielsweise Perowskit-Solarzellen verwendet werden. Während die sechs Solarzellenelemente 21 in Reihe ausgebildet sind, kann eine beliebige Anzahl von einem, zwei oder mehr Solarzellenelementen 21 verwendet werden. Des Weiteren kann für den Fall, dass zwei oder mehr Solarzellenelemente 21 verwendet werden, jedes der Solarzellenelemente 21 in Reihe geschaltet oder parallel geschaltet werden.
Als Basislage 25 in der Heizfolie 20 kann eine Harzfolie verwendet werden. Beispielsweise können Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Polyimid, Polyamid, Polyurethan, PMMA, Polyethylen, Polypropylen und Polyethylennaphthalat verwendet werden. Die Dicke der Basislage 25 kann beispielsweise 50 µm bis 500 µm betragen. Die Dicke der Basislage von 50 µm oder mehr ermöglicht es, eine ausreichende Haltbarkeit zu erreichen, die Dicke von 500 µm oder weniger ermöglicht es, eine zu starke Trübung zu unterdrücken, und somit kann das Sonnenlicht die Solarzellenelemente 21 effizient durchdringen. Die Elektrode 24 fungiert als kapazitive Erfassungselektrode, um angesammelten Schnee auf einer Oberfläche des Solarzellenmoduls 10 zu erfassen, und fungiert auch als Heizelektrode, um den angesammelten Schnee zu schmelzen. Die Kapazitätserfassungsfunktion und die Schneeschmelzfunktion der Elektrode 24 können über die Steuerplatine 80 umgeschaltet werden. Als Material der Elektrode 24 können beispielsweise Gold, Silber, Kupfer, Eisen, Aluminium, Nickel und Molybdän sowie Legierungen, die diese enthalten, verwendet werden. Die Elektrode 24 kann beispielsweise eine Linienbreite von 1 µm bis 60 µm aufweisen. Wenn die Linienbreite 1 µm oder mehr beträgt, ist eine Unterbrechung der Verbindung an der Linienbreite weniger wahrscheinlich, und wenn die Linienbreite 60 µm oder weniger beträgt, erreicht das Sonnenlicht leicht die Solarzellenelemente 21, da die Reflexion und Absorption des Sonnenlichts durch die Elektrode 24 unterdrückt werden kann. Die Dicke der Elektrode 24 kann beispielsweise 100 nm bis 15 µm betragen, wobei, wenn die Dicke 100 nm oder mehr beträgt, eine Unterbrechung der Verbindung bei dieser Dicke weniger wahrscheinlich ist, und wenn die Dicke 15 µm oder weniger beträgt, ein Widerstandswert der Elektrode 24 nicht übermäßig niedrig wird, ein Abstand der Elektrode 24 verengt werden kann und ein Wärmeerzeugungsbereich vergrößert werden kann. Dadurch kann das Erwärmen effizient ausgeführt werden. Des Weiteren ist die Form der Elektrode 24 nicht auf die Serpentinenform der Einzelverdrahtungsleitung beschränkt, sondern kann beispielsweise eine Maschenform sein. Durch Konfigurieren der Form der Elektrode 24 in der Maschenform kann ein Defekt, der durch eine Unterbrechung der Verbindung verursacht wird, unterdrückt werden.
Das Glas 22 dient als Basismaterial zum Schutz der Solarzellenelemente 21 und als Träger für die Heizfolie 20 oberhalb der Solarzellenelemente 21. Das Glas 22 muss nur so transparent sein, dass es das Sonnenlicht nicht blockiert, und es kann beispielsweise ein anorganisches Glas oder ein Harzglas verwendet werden.
Die erste Klebeschicht 40 und die zweite Klebeschicht 42 werden zum Stapeln der jeweiligen Komponenten verwendet. Die erste Klebeschicht 40 und die zweite Klebeschicht 42 müssen nur so transparent sein, dass sie das Sonnenlicht nicht blockieren, und es kann beispielsweise ein Schmelzkleber oder ein härtbarer Klebstoff verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 2 schließt die Steuerplatine 80 eine Kapazitätserfassungseinheit 81 ein, die eine Änderung der potenzialfreien Kapazität zwischen der Heizfolie 20 und den Solarzellenelementen 21 erkennt, sowie einen Schalter 86, der zwischen der Kapazitätserfassungsfunktion und der Schneeschmelzfunktion der Elektrode 24 umschaltet. Der Schalter 86 ist mit der Elektrode 24, der Kapazitätserfassungseinheit 81 und der Energiequelle 90 verbunden, und das Umschalten des Schalters 86 durch die Steuerplatine 80 ermöglicht es, die Verbindung zu der Elektrode 24 zwischen der Kapazitätserfassungseinheit 81 und der Energiequelle 90 umzuschalten. Zusätzlich zu der Verbindung mit dem Schalter 86 ist die Kapazitätserfassungseinheit 81 mit der Energiequelle 90 verbunden. Wenn die Kapazitätserfassungseinheit 81 mit dem Schalter 86 mit der Elektrode 24 verbunden ist, wird sie von der Energiequelle 90 mit Strom versorgt, um die Messung der potenzialfreien Kapazität zwischen der Heizfolie 20 und den Solarzellenelementen 21 sicherzustellen. Wenn andererseits die Elektrode 24 und die Energiequelle 90 direkt mit dem Schalter 86 verbunden sind, wird die Elektrode 24 von der Energiequelle 90 mit Strom versorgt, und die Heizfolie 20 erzeugt Wärme, wodurch Schnee schmelzen kann.
Als nächstes wird die Kapazitätserfassungsfunktion der Elektrode 24 beschrieben.
Wenn die Elektrode 24 mit der Kapazitätserfassungseinheit 81 mit dem Schalter 86 verbunden ist, kann die potenzialfreie Kapazität zwischen der Heizfolie 20 und den Solarzellenelementen 21 gemessen werden. Wenn für den Fall, dass kein Schnee an der Oberfläche des Solarzellenmoduls mit einer Heizung 10 anhaftet, ein Anfangswert für die potenzialfreie Kapazität festgelegt wird, erhöht sich in dem Fall, dass Schnee an der Oberfläche des Solarzellenmoduls mit einer Heizung 10 anhaftet, die potenzialfreie Kapazität. Daher kann durch Erfassen der Änderung der potenzialfreien Kapazität das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Schneeanhaftungen erkannt werden. Da sich jedoch die potenzialfreie Kapazität auch erhöht, wenn Wassertröpfchen aufgrund von Regen und geschmolzenem Schnee an der Oberfläche des Solarzellenmoduls mit Heizung haften, wird die Anhaftung von Wassertröpfchen möglicherweise auch dann erkannt, wenn der Schnee nicht anhaftet. Dementsprechend kann ferner eine Temperatur als Schwellenwert festgelegt werden, und die Schneeanhaftung kann erfasst werden. Beispielsweise kann, wenn mindestens eine von einer atmosphärischen Temperatur und einer Temperatur der Heizfolie 20 eine beliebige Temperatur oder weniger ist, erfasst werden, dass Schneeanhaftung nur dann auftritt, wenn sich die potenzialfreie Kapazität zwischen der Heizfolie 20 und den Solarzellenelementen 21 ändert. Bei einer derartigen Konfiguration wird für den Fall, dass sich die potenzialfreie Kapazität bei einer beliebigen Temperatur oder darunter ändert, erfasst, dass sich die potenzialfreie Kapazität aufgrund von Schneeanhaftung ändert und der Schnee durch die Heizfolie 20 geschmolzen werden kann. Andererseits wird für den Fall, dass sich die potenzialfreie Kapazität bei einer höheren Temperatur als einer gegebenen Temperatur ändert, erfasst, dass sich die potenzialfreie Kapazität aufgrund von Regentropfen oder Ähnlichem ändert, um sicherzustellen, dass eine Erwärmung durch die Heizfolie 20 vermieden wird. Der Schwellenwert der Temperatur kann beispielsweise 0 °C oder weniger betragen, und wenn sich die potenzialfreie Kapazität bei 0 °C oder weniger ändert, kann erfasst werden, dass Schnee anhaftet.
Als weiteres Verfahren zum Erfassen der tatsächlichen Schneeanhaftung kann ein Schwellenwert für die Erhöhung der potenzialfreien Kapazität gegenüber dem Ausgangswert festgelegt werden. Der Erhöhungsbetrag der potenzialfreien Kapazität aufgrund von Wassertropfen ist größer als der Erhöhungsbetrag der potenzialfreien Kapazität aufgrund von Schneeanhaftungen. Somit kann beispielsweise bei einer Erhöhung der potenzialfreien Kapazität gegenüber dem Ausgangswert um 20 % bis 50 % erfasst werden, dass Schnee anhaftet. Wenn die Änderung der potenzialfreien Kapazität innerhalb dieses Bereichs liegt, wird erfasst, dass Schnee anhaftet, und die Heizfolie 20 kann eine Schneeschmelze ausführen.
Ferner kann als weiteres Verfahren zum Erfassen nur des Falles einer tatsächlichen Schneeanhaftung die Änderung der potenzialfreien Kapazität für einen bestimmten Zeitraum als Schwellenwert festgelegt werden. Bei Schneefall haftet der Schnee an der Oberfläche des Solarzellenmoduls mit einer Heizung 10, und die potenzialfreie Kapazität erhöht sich vom Anfangswert und wird danach zu einem konstanten Wert. Andererseits erhöht sich die potenzialfreie Kapazität bei Regen gegenüber dem Ausgangswert, da die Wassertropfen an der Oberfläche des Solarzellenmoduls mit einer Heizung 10 haften bleiben. Die Wassertröpfchen fließen jedoch von der Oberfläche des Solarzellenmoduls 10 nach außen ab und neue Wassertröpfchen setzen sich fest, sodass die potenzialfreie Kapazität schwankt, ohne einen konstanten Wert anzunehmen. Somit kann durch Einstellen der Änderung der potenzialfreien Kapazität in einem bestimmten Zeitraum als Schwellenwert nur die Schneeanhaftung erfasst werden. Als Schwellenwert kann beispielsweise festgelegt werden, dass Schneeanhaftungen nur dann erfasst werden, wenn die Änderung der potenzialfreien Kapazität in einer Stunde 20 % oder weniger beträgt.
Das Verfahren zur Verwendung der Temperatur als Schwellenwert, das Verfahren zur Verwendung der Erhöhung der potenzialfreien Kapazität gegenüber dem Ausgangswert als Schwellenwert und das Verfahren zur Verwendung der Änderung der potenzialfreien Kapazität während eines bestimmten Zeitraums als Schwellenwert, die nur die Verfahren zum Erfassen der Schneeanhaftung sind, können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Durch die Kombination der Vielzahl von Verfahren kann die Schneeanhaftung genauer erfasst werden. Das Verfahren, bei dem die Änderung der potenzialfreien Kapazität in einem bestimmten Zeitraum als Schwellenwert verwendet wird, kann beispielsweise für den Fall, dass die Niederschlagsmenge gering ist, die Erkennung erschweren, ob die Änderung der potenzialfreien Kapazität durch Schneeanhaftung oder durch Wassertröpfchen aufgrund von Niederschlägen verursacht wird. In diesem Fall kann durch die weitere Verwendung der Temperatur als Schwellenwert und die Kombination der beiden Verfahren selbst bei einer geringen Änderung der potenzialfreien Kapazität in einem bestimmten Zeitraum bei einer gegebenen Temperatur oder darunter die Anhaftung von Schnee und bei einer höheren Temperatur als einer gegebenen Temperatur die Anhaftung von Wassertröpfchen aufgrund von Niederschlägen erfasst werden.
Als nächstes wird die Schneeschmelzfunktion der Elektrode 24 beschrieben.
Für den Fall, dass Schneeanhaftungen im Solarzellenmodul mit einer Heizung 10 durch eine Schneeanhaftungserfassungsfunktion der Elektrode 24 erfasst werden, wird die Verbindung mit der Elektrode 24 durch den Schalter 86 auf die Verbindung zu der Energiequelle 90 umgeschaltet, Strom von der Energiequelle 90 an die Elektrode 24 geliefert und die Elektrode 24 erzeugt Wärme. Durch die Wärmeerzeugung der Elektrode 24 wird die Oberfläche des Solarzellenmoduls mit einer Heizung 10 erwärmt, und somit kann der an der Oberfläche anhaftende Schnee geschmolzen werden. Danach, nachdem das Erwärmen für einen bestimmten Zeitraum durchgeführt wurde, wird der Schalter 86 umgeschaltet, und die Verbindung mit der Elektrode 24 wird mit der Kapazitätserfassungseinheit 81 verbunden. Als Heizperiode kann ein beliebiger Zeitraum, beispielsweise 10 Minuten, eingestellt werden. Wenn die Elektrode 24 mit der Energiequelle 90 mit dem Schalter 86 verbunden ist und die Heizung eine Erwärmung von 10 Minuten durchführt, wird der Schalter 86 automatisch umgeschaltet, die Elektrode 24 mit der Kapazitätserfassungseinheit 81 verbunden und das Erfassen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von Schneeanhaftungen wird erneut durchgeführt. Das Umschalten mit dem Schalter 86 kann so konfiguriert werden, dass er automatisch umgeschaltet wird, nachdem das Erwärmen für einen bestimmten Zeitraum durchgeführt wurde, oder dass der Schalter 86 manuell umgeschaltet wird.
Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf 3 eine Reihe von Vorgängen des Solarzellenmoduls mit einer Heizung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Als Kapazitätserfassungsschritt wird die Elektrode 24 der Heizfolie 20 über den Schalter 86 mit der Kapazitätserfassungseinheit 81 verbunden, und die Kapazitätserfassungseinheit 81 erfasst die potenzialfreie Kapazität zwischen der Heizfolie 20 und den Solarzellenelementen 21. Als Nächstes erfasst die Steuerplatine 80 für den Fall, dass sich der Wert der potenzialfreien Kapazität nicht ändert, dass keine Schneeanhaftung vorliegt und schaltet den Schalter 86 nicht um. Erhöht sich andererseits die erfasste potenzialfreie Kapazität gegenüber dem Ausgangswert, wird erfasst, dass eine Schneehaftung vorliegt, und der Prozess geht zu einem ersten Umschaltschritt über. Als Nächstes wird im ersten Umschaltschritt der Schalter 86 durch die Steuerplatine 80 betätigt, um die Verbindung mit der Elektrode 24 von der Kapazitätserfassungseinheit 81 auf die Energiequelle 90 umzuschalten. Somit wird die Kapazitätserfassung abgeschaltet und der Kapazitätserfassungszustand schaltet auf einen Bestromungszustand der Heizung um. Als Nächstes wird die Elektrode 24 von der Energiequelle 90 mit Strom versorgt und die Heizfolie 20 wird erwärmt, um den Schnee zu schmelzen, der an der Oberfläche des Solarzellenmoduls mit einer Heizung 10 haftet. Als Nächstes, nachdem die Heizfolie 20 das Erwärmen für 10 Minuten durchgeführt hat, geht der Schritt zu einem zweiten Umschaltschritt über. Als Nächstes wird im zweiten Umschaltschritt der Schalter 86 durch die Steuerplatine 80 betätigt und die Verbindung mit der Elektrode 24 wird von der Energiequelle 90 auf die Kapazitätserfassungseinheit 81 umgeschaltet, wodurch der Bestromungszustand der Heizung in den Kapazitätserfassungszustand übergeht. Danach, wenn die potenzialfreie Kapazität zwischen der Heizfolie 20 und den Solarzellenelementen 21 erfasst wird und sich die potenzialfreie Kapazität gegenüber dem Ausgangswert erhöht, führt die Heizfolie 20 erneut eine Erwärmung durch. Durch eine solche Reihe von Vorgängen wird der Schnee, der an der Oberfläche des Solarzellenmoduls mit einer Heizung 10 haftet, erfasst und geschmolzen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Solarzellenmodul mit Heizung 10 kann die auf der Heizfolie 20 gebildete Einzelelektrode 24 durch Umschalten des Schalters 86 sowohl das Erfassen von Schneeanhaftungen als auch das Schmelzen von Schnee durchführen, sodass es nicht erforderlich ist, eine separate Elektrode für den Sensor zur Erfassung von Schneeanhaftungen bereitzustellen, und das Schmelzen von Schnee nur während der Schneeanhaftung durchgeführt werden kann.
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor allem in Punkten beschrieben, die sich von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen unterscheiden.
Unter Bezugnahme auf 1(b) ist ein lichtemittierendes und -empfangendes Modul mit einer Heizung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Solarzellenmodul mit Heizung 11. Das Solarzellenmodul mit Heizung 11 unterscheidet sich von dem Solarzellenmodul mit Heizung gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform in der gestapelten Konfiguration. Andererseits sind alle Komponenten, aus denen das Solarzellenmodul mit Heizung 11 und das Verfahren zum Schmelzen von Schnee bestehen, die gleichen wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.
Das Solarzellenmodul mit Heizung 11 schließt das plattenförmige Basismaterial 30, die auf dem Basismaterial 30 gebildeten Solarzellenelemente 21, die erste Klebeschicht 40, die so gebildet ist, dass sie die Solarzellenelemente 21 bedeckt, die auf der ersten Klebeschicht 40 gebildete Heizfolie 20, die zweite Klebeschicht 41, die so gebildet ist, dass sie die Heizfolie 20 bedeckt, und das auf der zweiten Klebeschicht 41 gebildete Glas 22 ein. Bei dem Solarzellenmodul mit Heizung 10 gemäß der ersten Ausführungsform ist das Glas 22 unterhalb der Heizfolie 20 angeordnet, und die Heizfolie ist der Oberfläche ausgesetzt, während das Solarzellenmodul mit Heizung 11 gemäß der zweiten Ausführungsform das oberhalb der Heizfolie 20 angeordnete Glas 22 einschließt. Durch die Anordnung des Glases 22 oberhalb der Heizfolie 20 kann die Heizfolie 20 durch das Glas 22 geschützt werden, und Beschädigungen der Elektrode 24 und der Basislage 25 der Heizfolie 20 können verhindert werden.
Andere Materialien und eine Reihe von Vorgängen, die das Erfassen der Schneeanhaftung und die Schneeschmelze durchführen, sind die gleichen wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.
Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor allem in Punkten beschrieben, die sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen unterscheiden.
Unter Bezugnahme auf 1(c) ist ein lichtemittierendes und -empfangendes Modul mit einer Heizung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Solarzellenmodul mit Heizung 12. Das Solarzellenmodul mit Heizung 12 unterscheidet sich von den Solarzellenmodulen mit Heizung gemäß früheren Ausführungsformen in der gestapelten Konfiguration, und auf der Oberfläche wird eine Schutzschicht 23 gebildet. Andererseits sind die anderen Komponenten, aus denen das Solarzellenmodul mit Heizung 12 und das Verfahren zum Schmelzen von Schnee bestehen, die gleichen wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Das Solarzellenmodul mit Heizung 12 schließt das plattenförmige Basismaterial 30, die auf dem Basismaterial 30 gebildeten Solarzellenelemente 21, die erste Klebeschicht 40, die so gebildet ist, dass sie die Solarzellenelemente 21 bedeckt, das auf der ersten Klebeschicht 40 gebildete Glas 22, die auf dem Glas 22 gebildete Heizfolie 20, die zweite Klebeschicht 41, die so gebildet ist, dass sie die Heizfolie 20 bedeckt, und die auf der zweiten Klebeschicht 41 gebildete Schutzschicht 23 ein.
Die Schutzschicht 23 dient dem Schutz der Oberfläche der Heizfolie 20. Die Schutzschicht 23 kann durch Beschichtung mit einem Harz gebildet werden, wobei beispielsweise Acryl, Fluorharz, Silikon und Urethan verwendet werden können. Da das als Schutzschicht 23 verwendete Harz eine geringe Dicke aufweist, überträgt die Schutzschicht 23 im Vergleich zum Glas leicht Wärme. Daher kann die Wärme des Heizfilms 20 effizient auf eine Oberfläche eines Solarzellenmoduls mit Heizung 13 übertragen werden, wodurch ein effizientes Schmelzen des Schnees sichergestellt wird. Die Dicke der Schutzschicht 23 beträgt vorzugsweise zum Beispiel 100 µm bis 15 µm. Bei einer Dicke von 100 nm oder mehr ist es weniger wahrscheinlich, dass die Heizfolie 20 durch äußere Kräfte beschädigt wird, und bei einer Dicke von 15 µm oder weniger kann die Wärme der Heizfolie 20 effizient auf die Oberfläche des Solarzellenmoduls mit Heizung 13 übertragen werden.
Andere Materialien und eine Reihe von Vorgängen, die das Erfassen der Schneeanhaftung und die Schneeschmelze durchführen, sind die gleichen wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Als Nächstes wird im Folgenden eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 4(a) ist ein lichtemittierendes und -empfangendes Modul mit einer Heizung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Ampel mit Heizung 50. Bei der Ampel mit Heizung 50 sind zwei säulenförmige Querarme 79, die dünner sind als ein säulenförmiger, am Boden aufgestellter Signalpfosten 78, so verbunden, dass sie vom Signalpfosten 78 in horizontaler Richtung ausgehen. Ein kastenförmiges, sich in horizontaler Richtung erstreckendes Basismaterial 60 ist mit Endabschnitten auf der dem Signalpfosten 78 gegenüberliegenden Seite der Querarme 79 verbunden. Auf dem Basiselement 60 sind eine Lichtanlage 51, eine Lichtanlage 52 und eine Lichtanlage 53 gebildet, die angeben, ob Fußgänger und Fahrzeuge fahren dürfen. Eine Haube 54, eine Haube 55 und eine Haube 56 sind vorstehend in der Richtung senkrecht zum Boden über der Lichtanlage 51, der Lichtanlage 52 bzw. der Lichtanlage 53 gebildet, sodass obere Abschnitte der Lichtanlage 51, der Lichtanlage 52 und der Lichtanlage 53 abgedeckt sind.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 4(b) und 4(c) eine Querschnittsstruktur der Lichtanlage 51 beschrieben. Eine Region, in der die Lichtanlage 51 gebildet ist, ist ein vertiefter Abschnitt 74 in dem Basiselement 60, und eine Vielzahl von LEDs 67 sind in dem vertieften Abschnitt 74 des Basiselements 60 gebildet. Zusätzlich ist eine Linse 71 mit einer Oberfläche gebildet, die eine gekrümmte konvexe Form aufweist, sodass sie den vertieften Abschnitt 74 des Basismaterials 60 abdeckt. Ferner ist auf der Linse 71 entlang der gekrümmten Oberfläche der Linse 71 eine Heizfolie 57 gebildet, die die Linse 71 abdeckt. Ähnlich wie bei der Lichtanlage 51 sind ein vertiefter Abschnitt 75 und ein vertiefter Abschnitt 76 der Lichtanlage 52 bzw. der Lichtanlage 53 im Basismaterial 60 ausgebildet, und LEDs 67 und LEDs 68 sind auf dem vertieften Abschnitt 75 und dem vertieften Abschnitt 76 gebildet. Ferner sind eine Linse 72 und eine Linse 73 so gebildet, dass sie den vertieften Abschnitt 75 und den vertieften Abschnitt 76 des Basismaterials 60 abdecken, und eine Heizfolie 58 und eine Heizfolie 59 sind auf der Linse 72 und der Linse 73 gebildet. In der Heizfolie 57, der Heizfolie 58 und der Heizfolie 59 sind auf der Basislage 64, einer Basislage 65 und einer Basislage 66 jeweils eine Elektrode 61, eine Elektrode 62 und eine Elektrode 63 gebildet, die durch Anordnen einer serpentinenförmigen Verdrahtungsleitung gebildet sind.
Unter Bezugnahme auf 5 sind die Heizfolie 57, die Heizfolie 58 und die Heizfolie 59 mit einer externen Schaltung verbunden, und die Heizfolie 57 ist ferner mit einer Heizfolien-Steuerplatine 92 verbunden. Die Heizfolien-Steuerplatine 92 ist mit einer Energiequelle 91 verbunden, die mit einem geerdeten Abschnitt 87 verbunden ist. Andererseits sind die LEDs 67, die LEDs 68 und die LEDs 69 jeweils unabhängig voneinander mit einer LED-Beleuchtungs-Steuerplatine 95 verbunden. Die drei Verdrahtungsleitungen, die von den LEDs 67, den LEDs 68 und den LEDs 69 ausgehen, sind mit derjenigen an der Außenseite der LED-Beleuchtungs-Steuerplatine 95 verbunden und an die Energiequelle 91 angeschlossen, die an dem geerdeten Abschnitt 87 installiert ist.
Die Heizfolien-Steuerplatine 92 schließt eine Kapazitätserfassungseinheit 93 und einen Heizfolien-Schalter 96 ein. Die Kapazitätserfassungseinheit 93 erfasst eine Änderung der potenzialfreien Kapazität, die zwischen der Heizfolie 57 und den LEDs 67, der Heizfolie 58 und den LEDs 68 sowie der Heizfolie 59 und den LEDs 69 gebildet wird. Der Heizfolien-Schalter 96 führt ein Umschalten zwischen der Kapazitätserfassungsfunktion und der Schneeschmelzfunktion der Elektrode 61, der Elektrode 62 und der Elektrode 63 durch. Der Heizfolien-Schalter 96 ist mit der Elektrode 61, der Kapazitätserfassungseinheit 93 und der Energiequelle 91 verbunden. Das Umschalten des Heizfolien-Schalters 96 durch die Heizfolien-Steuerplatine 92 ermöglicht das Umschalten der Verbindung mit der Elektrode 61 zwischen der Kapazitätserfassungseinheit 93 und der Energiequelle 91. Zusätzlich zu der Verbindung mit dem Heizfolien-Schalter 96 ist die Kapazitätserfassungseinheit 93 mit der Energiequelle 91 verbunden. Wenn die Kapazitätserfassungseinheit 93 mit der Elektrode 61 mit dem Heizfolien-Schalter 96 verbunden ist, wird Strom von der Energiequelle 90 an die Elektrode 61, die Elektrode 62 und die Elektrode 63 geliefert, und somit kann die potenzialfreie Kapazität zwischen der Heizfolie 57 und den LEDs 67, der Heizfolie 58 und den LEDs 68 sowie der Heizfolie 59 und den LEDs 69 gemessen werden. Wenn andererseits die Elektrode 61 und die Energiequelle 91 direkt mit dem Heizfolien-Schalter 96 verbunden sind, werden die Elektrode 61, die Elektrode 62 und die Elektrode 63 von der Energiequelle 90 mit Strom versorgt, wodurch die Heizfolie 57, die Heizfolie 58 und die Heizfolie 59 Wärme erzeugen und der Schnee geschmolzen werden kann.
Die LED-Beleuchtungs-Steuerplatine 95 schließt einen LED-Beleuchtungsschalter 97, einen LED-Beleuchtungsschalter 98 und einen LED-Beleuchtungsschalter 99 ein, die die Beleuchtung der LEDs 67, der LEDs 68 und der LEDs 69 zwischen ein und aus umschalten. Die Verdrahtungsleitung aus den LEDs 67 ist mit dem LED-Beleuchtungsschalter 97 verbunden, die Verdrahtungsleitung aus den LEDs 68 ist mit dem LED-Beleuchtungsschalter 98 verbunden, und die Verdrahtungsleitung aus den LEDs 69 ist mit dem LED-Beleuchtungsschalter 99 verbunden. Die drei Verdrahtungsleitungen aus dem LED-Beleuchtungsschalter 97, dem LED-Beleuchtungsschalter 98 und dem LED-Beleuchtungsschalter 99 werden zu einer einzigen Verdrahtungsleitung gebündelt und mit der Energiequelle 91 verbunden. Die LED-Beleuchtungs-Steuerplatine 95 steuert das Umschalten des LED-Beleuchtungsschalters 97, des LED-Beleuchtungsschalters 98 und des LED-Beleuchtungsschalters 99. Im Allgemeinen werden der LED-Beleuchtungsschalter 97, der LED-Beleuchtungsschalter 98 und der LED-Beleuchtungsschalter 99 so umgeschaltet, dass eine der LEDs 67, der LEDs 68 und der LEDs 69 leuchtet oder blinkt.
Das Basismaterial 60 ist ein Gehäuse für Beleuchtungsabschnitte der Ampel mit Heizung 50. Als Material können beispielsweise ein Metall und ein Harz verwendet werden. Als Metall können beispielsweise Aluminium und Eisen und als Harz Polycarbonat und faserverstärktes Harz (FRP) verwendet werden.
Die Haube 54, die Haube 55 und die Haube 56 dienen dazu, die Verschmutzung der Lichtanlage 51, der Lichtanlage 52 und der Lichtanlage 53 zu verringern und die Sichtbarkeit durch Abschirmung des Sonnenlichts sicherzustellen. Als Material kann das gleiche Material wie das Basismaterial 60 verwendet werden.
Als Basislage 64, Basislage 65 und Basislage 66 für die Heizfolie 57, die Heizfolie 58 und die Heizfolie 59 kann eine Harzfolie verwendet werden. Beispielsweise können Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Polyimid, Polyamid, Polyurethan, PMMA, Polyethylen, Polypropylen und Polyethylennaphthalat verwendet werden. Die Dicke der Basislage kann beispielsweise 50 µm bis 500 µm betragen. Die Dicke der Basislage von 50 µm oder mehr ermöglicht es, eine ausreichende Haltbarkeit zu erreichen, die Dicke von 500 µm oder weniger ermöglicht es, eine zu starke Trübung zu unterdrücken, und somit kann das von den LEDs emittierte Licht die Basislage effizient durchdringen. Die Elektrode 61, die Elektrode 62 und die Elektrode 63 fungieren als kapazitive Erfassungselektroden zum Erfassen von angesammeltem Schnee auf Oberflächen der Lichtanlage 51, der Lichtanlage 52 und der Lichtanlage 53 und fungieren auch als Heizelektroden zum Schmelzen des angesammelten Schnees. Die Kapazitätserfassungsfunktion und die Schneeschmelzfunktion der Elektroden können über die Heizfolien-Steuerplatine 92 umgeschaltet werden. Als Material der Elektroden können beispielsweise Gold, Silber, Kupfer, Eisen, Aluminium, Nickel und Molybdän sowie Legierungen, die eine oder mehrere Arten davon enthalten, verwendet werden. Die Elektrode kann beispielsweise eine Linienbreite von 1 µm bis 60 µm aufweisen. Wenn die Linienbreite 1 µm oder mehr beträgt, ist es weniger wahrscheinlich, dass eine Unterbrechung an der Linienbreite auftritt, und wenn die Linienbreite 60 µm oder weniger beträgt, kann ein Fußgänger und ein Fahrzeugführer das Licht der LEDs erkennen, da die Reflexion und Absorption des Lichts der LEDs durch die Elektroden unterdrückt werden kann. Die Dicke der Elektrode 24 kann beispielsweise 100 nm bis 15 µm betragen, wobei wenn die Dicke 100 nm oder mehr beträgt, eine Unterbrechung der Verbindung bei dieser Dicke weniger wahrscheinlich ist, und wenn die Dicke 15 µm oder weniger beträgt, ein Widerstandswert der Elektrode 24 nicht übermäßig niedrig wird, ein Abstand der Elektrode 24 verengt werden kann und ein Wärmeerzeugungsbereich vergrößert werden kann. Dadurch kann das Erwärmen effizient ausgeführt werden. Des Weiteren ist die Form der Elektrode nicht auf die Serpentinenform der Einzelverdrahtungsleitung beschränkt, sondern kann beispielsweise eine Maschenform sein. Durch Konfigurieren der Form der Elektrode in der Maschenform kann ein Defekt, der durch eine Unterbrechung der Verbindung verursacht wird, unterdrückt werden.
Um zu bestimmen, ob der Fußgänger und der Fahrer des Fahrzeugs fahren dürfen, emittieren die jeweiligen LEDs 67, LEDs 68 und LEDs 69 Lichter in unterschiedlichen Farben. Beispielsweise emittieren die LEDs 67, die LEDs 68 und die LEDs 69 Licht in den Farben Rot, Gelb bzw. Blau. Der Fußgänger und der Fahrer des Fahrzeugs halten an, ohne weiterzufahren, wenn sie die Emission von rotem Licht erkennen. Wenn sie das gelbe Licht erkennen, halten sie im Prinzip an, ohne weiterzufahren, aber für den Fall, dass sie nicht sicher bis zu einer bestimmten Haltestelle anhalten können, fahren sie weiter. Wenn sie die Lichtemission in Blau erkennen, dürfen sie weiterfahren. Auf diese Weise können Fußgänger und Fahrer des Fahrzeugs anhand der Farbe des von den LEDs emittierten Lichts bestimmen, ob die Weiterfahrt erlaubt ist.
Als nächstes wird die Kapazitätserfassungsfunktion der Elektrode 61, der Elektrode 62 und der Elektrode 63 beschrieben.
Wenn die Elektrode 61, die Ausgangselektrode 62 und die Elektrode 63 mit der Kapazitätserfassungseinheit 93 mit dem Heizfolien-Schalter 96 verbunden sind, kann die potenzialfreie Kapazität zwischen den LEDs 67 und der Elektrode 61, zwischen den LEDs 68 und der Elektrode 62 sowie zwischen den LEDs 69 und der Elektrode 63 gemessen werden. Wenn für den Fall, dass Schnee nicht an der Oberfläche der Lichtanlage 51, der Lichtanlage 52 oder der Lichtanlage 53 der Ampel mit Heizung 50 haftet, der Anfangswert der potenzialfreien Kapazität eingestellt wird, erhöht sich in dem Fall, dass Schnee an der Oberfläche der Lichtanlage 51 haftet, die potenzialfreie Kapazität zwischen den LEDs 67 und der Elektrode 61. In ähnlicher Weise erhöht sich für den Fall, dass Schnee an der Oberfläche der Lichtanlage 52 haftet, die potenzialfreie Kapazität zwischen den LEDs 68 und der Elektrode 62, und für den Fall, dass Schnee an der Oberfläche der Lichtanlage 53 haftet, erhöht sich die potenzialfreie Kapazität zwischen den LEDs 69 und der Elektrode 64. Wenn eine dieser potenzialfreien Kapazitäten sich erhöht, erfasst die Kapazitätserfassungseinheit 93 die Zunahme der potenzialfreien Kapazität und kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Schneeanhaftungen erfassen.
Es ist zu beachten, dass die Heizfolie 57, die Heizfolie 58 und die Heizfolie 59 so konfiguriert sind, dass sie mit einer Heizfolien-Steuerplatine 92 verbunden sind, dass aber die Heizfolie 57, die Heizfolie 58 und die Heizfolie 59 jeweils unabhängig voneinander mit drei Heizfolien-Steuerplatinen verbunden werden können. Durch ein solches Konfigurieren kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Schneeanhaftungen an den Oberflächen der Lichtanlage 51, der Lichtanlage 52 und der Lichtanlage 53 individuell erfasst werden, und die Schneeschmelze kann nur an der Lichtanlage durchgeführt werden, an der eine Schneeanhaftung erfasst wird. Alternativ kann für den Fall, dass eine der Heizfolien-Steuerplatinen eine Störung erfährt und aufgrund der Störung festgestellt wird, dass keine Schneeanhaftung vorliegt, obwohl Schnee an einer der Lichtanlagen haftet, durch Bereitstellen einer Vielzahl von Heizfolien-Steuerplatinen, wenn die Heizfolien-Steuerplatine eine Schneeanhaftung in einer anderen Lichtanlage feststellt, die Einstellung so konfiguriert werden, dass die Schneeschmelze an allen Lichtanlagen durchgeführt wird.
Des Weiteren müssen nicht alle Heizfolien 57, 58 und 59 mit der Heizfolien-Steuerplatine 92 verbunden sein, sondern es können auch eine oder zwei Heizfolien mit der Heizfolien-Steuerplatine 92 verbunden sein. Bei dieser Konfiguration muss die Heizfolie, die nicht mit der Heizfolien-Steuerplatine 92 verbunden ist, nur die Schneeschmelzfunktion durch Wärmeerzeugung aufweisen, und die Konfiguration wird vereinfacht.
Das Verfahren zum Erfassen der Temperatur als Schwellenwert, das Verfahren zum Erfassen der Zunahme der potenzialfreien Kapazität gegenüber dem Ausgangswert als Schwellenwert und das Verfahren zum Erfassen der Änderung der potenzialfreien Kapazität während eines bestimmten Zeitraums als Schwellenwert, die in dem lichtemittierenden und -empfangenden Modul mit Heizung gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben wurden, können zur Erleichterung der Erfassung nur der Schneeanhaftung ohne Erfassung von Wassertropfen verwendet werden.
Als nächstes wird die Schneeschmelzfunktion der Elektrode 61, der Elektrode 62 und der Elektrode 63 beschrieben.
Für den Fall, dass Schneeanhaftungen an der Ampel mit Heizung 50 durch die Schneeanhaftungserfassungsfunktion der Elektrode 61, der Elektrode 62 und der Elektrode 63 erfasst werden, wird die Verbindung mit den Elektroden durch den Heizfolien-Schalter 96 auf die Verbindung zu der Energiequelle 91 umgeschaltet, die Stromversorgung erfolgt über die Energiequelle 91, und die Elektroden erzeugen Wärme. Durch die Wärmeerzeugung der Elektroden werden die Oberflächen der Lichtanlagen der Ampel mit Heizung 50 erwärmt, und somit kann der an den Oberflächen anhaftende Schnee geschmolzen werden. Danach, nachdem das Erwärmen für einen bestimmten Zeitraum durchgeführt wurde, wird der Schalter 86 umgeschaltet, und die Verbindung mit den Elektroden wird mit der Kapazitätserfassungseinheit 93 verbunden. Als Heizperiode kann ein beliebiger Zeitraum, beispielsweise 10 Minuten, eingestellt werden. Wenn die Elektroden mit der Energiequelle 91 mit dem Heizfolien-Schalter 96 verbunden sind und die Heizung eine Erwärmung von 10 Minuten durchführt, wird der Heizfolien-Schalter 96 automatisch umgeschaltet, die Elektroden werden mit der Kapazitätserfassungseinheit 93 verbunden, und das Erfassen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von Schneeanhaftungen wird erneut durchgeführt. Das Umschalten mit dem Heizfolien-Schalter 96 kann so konfiguriert werden, dass er automatisch umgeschaltet wird, nachdem das Erwärmen für einen bestimmten Zeitraum durchgeführt wurde, oder dass der Heizfolien-Schalter 96 manuell umgeschaltet wird.
Als Nächstes wird eine Reihe von Vorgängen der Ampel mit Heizung 50 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Als Kapazitätserfassungsschritt wird die Elektrode der Heizfolie mit der Kapazitätserfassungseinheit 93 über den Heizfolien-Schalter 96 verbunden, und die Kapazitätserfassungseinheit 93 erfasst die potenzialfreie Kapazität zwischen der Heizfolie und den LEDs. Als Nächstes erfasst die Steuerplatine 93 für den Fall, dass sich der erfasste Wert der potenzialfreien Kapazität nicht ändert, dass keine Schneeanhaftung vorliegt, und schaltet den Heizfolien-Schalter 96 nicht um. Erhöht sich andererseits die erfasste potenzialfreie Kapazität gegenüber dem Ausgangswert, wird erfasst, dass eine Schneehaftung vorliegt, und der Prozess geht zu dem ersten Umschaltschritt über. Als Nächstes wird im ersten Umschaltschritt der Heizfolien-Schalter 96 durch die Heizfolien-Steuerplatine 92 betätigt, um die Verbindung mit den Elektroden von der Kapazitätserfassungseinheit 93 auf die Energiequelle 91 umzuschalten. Somit wird die Kapazitätserfassung abgeschaltet und der Kapazitätserfassungszustand schaltet auf den Bestromungszustand der Heizung um. Als Nächstes werden die Elektroden von der Energiequelle 91 mit Strom versorgt und die Heizfolien werden erwärmt, um den Schnee zu schmelzen, der an den Oberflächen der Lichtanlagen der Ampel mit Heizung 50 haftet. Als Nächstes, nachdem die Heizfolien das Erwärmen für 10 Minuten durchgeführt haben, geht der Schritt zu dem zweiten Umschaltschritt über. Als Nächstes wird im zweiten Umschaltschritt der Heizfolien-Schalter 96 durch die Heizfolien-Steuerplatine 92 betätigt und die Verbindung mit den Elektroden von der Energiequelle 91 auf die Kapazitätserfassungseinheit 93 umgeschaltet, wodurch der Bestromungszustand der Heizung in den Kapazitätserfassungszustand übergeht. Danach, wenn die potenzialfreie Kapazität zwischen der Heizfolie und den LEDs erfasst wird und sich die potenzialfreie Kapazität gegenüber dem Ausgangswert erhöht, führt die Heizfolie erneut eine Erwärmung durch. Durch eine solche Reihe von Vorgängen wird der an der Oberfläche der Ampel mit Heizung 50 anhaftende Schnee erfasst und geschmolzen. Während des Erfassens der Schneeanhaftung und des Schmelzens des Schnees unter Verwendung der Heizfolien durch eine Reihe von Vorgängen werden die Lichtanlagen unabhängig voneinander ein- oder ausgeschaltet, und die LED-Beleuchtungs-Steuerplatine 95 schaltet den LED-Beleuchtungsschalter 96, den LED-Beleuchtungsschalter 97 und den LED-Beleuchtungsschalter 98 um.
Bei der vorstehend beschriebenen Ampel mit Heizung 50 kann die auf der Heizfolie gebildete Einzelelektrode sowohl die Schneeanhaftung als auch die Schneeschmelze durch Umschalten des Heizfolien-Schalters 96 durchführen, sodass es nicht erforderlich ist, eine separate Elektrode für den Sensor zur Erfassung der Schneeanhaftung bereitzustellen, und die Schneeschmelze kann nur während der Schneeanhaftung durchgeführt werden.
Das lichtemittierende und -empfangende Modul mit Heizung gemäß den vorstehenden Ausführungen verwendet zwar das Solarzellenelement als lichtempfangendes Element und die für die Ampel verwendeten LEDs als lichtemittierende Elemente, aber das lichtempfangende und -empfangende Element sind darauf nicht beschränkt, sondern können beliebig verwendet werden. Beispielsweise können eine Glühlampe, eine Leuchtstofflampe, eine Leuchtstoffröhre, eine organische EL, eine Laserdiode, eine Fotodiode, ein CCD, ein Fotowiderstand, eine Fotovervielfacherröhre, ein CMOS-Sensor, ein pyroelektrisches Element und ein Bolometer verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass in den lichtemittierenden und -empfangenden Modulen mit Heizungen gemäß der ersten und vierten Ausführungsform die Heizfolie, in der die Elektrode auf der Basislage gebildet ist, so ausgebildet ist, dass sie die lichtemittierenden und -empfangenden Elemente mit der Oberfläche abdeckt, auf der die Elektrode nicht auf der Seite des lichtemittierenden und -empfangenden Elements gebildet ist. Die Heizfolie kann jedoch so gebildet werden, dass sie das lichtemittierende und -empfangende Element bedeckt, während die Oberfläche, auf der die Elektrode der Heizfolie gebildet wird, zur Seite des lichtemittierenden und -empfangenden Elements ausgerichtet ist.
Bezugszeichenliste

10: Solarzellenmodul mit Heizung
11: Solarzellenmodul mit Heizung
12: Solarzellenmodul mit Heizung
20: Heizfolie
21: Solarzellenelement
24: Elektrode
25: Basislage
50: Ampel mit Heizung
57: Heizfolie
58: Heizfolie
59: Heizfolie
60: Basismaterial
61: Elektrode
62: Elektrode
63: Elektrode
64: Basislage
65: Basislage
66: Basislage
67: LED
68: LED
69: LED
80: Steuerplatine
81: Kapazitätserfassungseinheit
90: Energiequelle
91: Energiequelle
92: Heizfolien-Steuerplatine
93: Kapazitätserfassungseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017153196 A [0003]

Claims

Lichtemittierendes und -empfangendes Modul mit Heizung, umfassend: ein Basismaterial; ein lichtemittierendes und -empfangendes Element, das auf dem Basismaterial angeordnet ist und mindestens eines von einem Lichtempfang und einer Lichtemission ausführt; eine Heizfolie, in der eine Elektrode auf einer Basislage gebildet ist, wobei die Heizfolie so ausgebildet ist, dass sie das lichtemittierende und -empfangende Element bedeckt; eine Kapazitätserfassungseinheit, die elektrisch mit der Elektrode verbunden ist, um eine potenzialfreie Kapazität zwischen dem lichtemittierenden und -empfangenden Element und der Heizfolie zu erfassen; eine Energiequelle, die elektrisch mit der Elektrode verbunden ist, um die Heizfolie zu erwärmen; und eine Steuerplatine, die die Verbindung mit der Elektrode zwischen der Kapazitätserfassungseinheit und der Energiequelle umschaltet.
Lichtemittierendes und -empfangendes Modul mit Heizung nach Anspruch 1, wobei das lichtemittierende und -empfangende Element ein Solarzellenelement ist.
Lichtemittierendes und -empfangendes Modul mit Heizung nach Anspruch 1, wobei das lichtemittierende und -empfangende Element eine LED ist.
Verfahren zum Schmelzen von Schnee eines lichtemittierenden und -empfangenden Moduls, das Schneeanhaftung erfasst, wenn Schnee an einem lichtemittierenden und -empfangenden Modul mit Heizung anhaftet, das ein lichtemittierendes und -empfangendes Element, das mindestens eines von Lichtempfang und Lichtemission durchführt, und eine Heizfolie einschließt, in der eine Elektrode auf einer Basislage gebildet ist, und die Elektrode zum Schmelzen von Schnee angeregt wird, wobei das Verfahren zum Schmelzen von Schnee umfasst: Verbinden der Elektrode mit einer Kapazitätserfassungseinheit, um eine potenzialfreie Kapazität zwischen dem lichtemittierenden und -empfangenden Element und der Heizfolie zu erfassen; Erfassen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der Schneeanhaftung aus der erfassten potenzialfreien Kapazität; Umschalten der Verbindung mit der Elektrode von der Kapazitätserfassungseinheit zu einer Energiequelle, wenn die Schneeanhaftung erfasst wird, um einen Kapazitätserfassungszustand in einen Bestromungszustand der Heizung umzuschalten; Erhitzen der Elektrode, um Schnee zu schmelzen; und Umschalten der Verbindung mit der Elektrode von der Energiequelle zu der Kapazitätserfassungseinheit nach Ablauf eines beliebigen Zeitraums, um den Bestromungszustand der Heizung auf den Kapazitätserfassungszustand umzuschalten.
Verfahren zum Schmelzen von Schnee nach Anspruch 4, wobei wenn mindestens eine von einer atmosphärischen Temperatur und einer Temperatur der Heizfolie 0 °C oder weniger beträgt, die Erfassung das Vorhandensein der Schneeanhaftung erfasst, wenn sich die potenzialfreie Kapazität zwischen dem lichtemittierenden und -empfangenden Element und der Heizfolie ändert.
Verfahren zum Schmelzen von Schnee nach Anspruch 4, wobei wenn die potenzialfreie Kapazität zwischen dem lichtemittierenden und -empfangenden Element und der Heizfolie 100 pF bis 50 nF beträgt, die Erfassung des Vorhandenseins der Schneeanhaftung erfasst.