JP2011108549A - ソーラーライト - Google Patents

Abstract

【課題】天候に影響されることなく、太陽光と雨水を有効に利用して蓄電池を充電し、安定して灯具を点灯することができる。
【解決手段】太陽光によって発電する太陽電池１１と、太陽電池１１の表面に降り注いだ雨水を貯める貯水槽１２と、貯水槽１２から導水パイプ１６を介して放水される雨水によって発電する水力発電装置１５と、太陽電池１１及び水力発電装置１５によって発電した電力で充電される蓄電池１４１と、蓄電池１４１から放電される電力で点灯する灯具１３と、灯具１３の点灯を制御する点灯制御部を備え、昼間の晴天時には太陽電池１１で発生した電力で蓄電池１４１を充電し、雨天時には貯水槽１２から放水される雨水によって水力発電装置１５で発生した電力で蓄電池１４１を充電する。点灯制御部１４３において、太陽電池１１で発生する電圧を検出し、電圧が所定値以下に達したことで夜になったと判断して、灯具１３を点灯する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光に加え、雨水を利用する水力発電装置によっても発電し、晴雨に拘わらず、安定して灯具を点灯することができるソーラーライトに関する。

従来から、自然エネルギーの活用が注目されている。近年では、太陽光エネルギーを利用して発電し、得られた電力を蓄電池に充電して灯具を点灯するソーラーライトが提案され、或いは、実際に運用されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、従来のソーラーライトは、雨天や曇天、更に夜間は発電することができないので、蓄電池の充電量が不足して灯具を点灯することができなくなることが屡々あった。

これを補うためのソーラーライトとして、風力発電機を装備したソーラーウインドライトが提案されているが、風速が１０ｍ／ｓとかなりの強風でないと発電することができず、安定性に欠けるという問題点があった。また、風が吹いた時にだけ発電するので、蓄電池のフル充電時に発電される余剰電力を有効に活用できないという問題点があった。

特開２００４−５２５１１号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、晴雨に拘わらず発電して蓄電池を充電し、安定して灯具を点灯することのできるソーラーライトを提供することを目的とする。

本発明のソーラーライトは、支柱上部に傾斜して設置され、太陽光によって発電する太陽電池と、前記太陽電池によって発電される電力で充電する蓄電池と、前記蓄電池から放電される電力で点灯する灯具と、前記灯具の点灯及び消灯を制御する点灯制御部を備えるソーラーライトであって、前記太陽電池の下部近傍に設置され、前記太陽電池の表面に降り注いだ雨水を回収して貯水する貯水槽と、前記貯水槽から放水される雨水の水流によって発電する水力発電装置と、を備え、前記蓄電池は、更に、前記水力発電装置によって発電される電力で充電することを特徴とするものである。

この構成により、太陽電池によって発電した電力に加え、貯水槽に貯まった雨水を利用して発電する水力発電装置の電力によっても蓄電池を充電することが可能となるので、晴雨に拘わらず安定して灯具を点灯することができる。

また、本発明は、上記のソーラーライトにおいて、前記点灯制御部は、前記太陽電池で発電された電圧を検出し、検出された前記電圧に基づいて前記灯具の点灯及び消灯を制御することを特徴とするものである。

この構成により、前記太陽電池で発電された電圧を検出して昼夜を判断することで、晴雨に拘わらず、且つ昼夜に応じて安定して灯具を点灯することができる。

また、本発明は、上記のソーラーライトにおいて、前記太陽電池の下縁に設置され、前記貯水槽に連結する樋を備えることを特徴とするものである。

この構成により、雨天時に太陽電池の表面に降り注いだ雨水を無駄なく回収することができるので、水力発電装置の稼働率が向上して蓄電池を効率良く充電することが可能となり、天候に左右されることなく、安定して灯具を点灯することができる。

また、本発明は、上記のソーラーライトにおいて、前記貯水槽は、前記貯水槽内の水位が所定の満水時水位まで上昇した際に、貯水された前記雨水の放水を自動的に開始するフロート弁装置を備えることを特徴とするものである。

この構成により、雨天時に太陽電池の表面に降り注いだ雨水を無駄なく水力発電装置の発電に利用して、蓄電池を効率良く充電することが可能となり、天候に左右されることなく、安定して灯具を点灯することができる。

本発明によれば、晴雨に拘わらず発電して蓄電池を充電し、安定して灯具を点灯することのできるソーラーライトを提供できる。

（ａ）本発明の実施の形態に係るソーラーライトの外観を示す正面図 （ｂ）本発明の実施の形態に係るソーラーライトの外観を示す側面図 図１（ｂ）におけるＡ部の拡大断面図 本発明の実施の形態に係るソーラーライトの電気的構成を示すブロック図

以下、本発明の実施の形態に係るソーラーライトについて、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るソーラーライトの外観を第三角法投影図によって示す、（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。また、図２は、図１（ｂ）におけるＡ部の拡大断面図である。更に、図３は、本発明の実施の形態に係るソーラーライトの電気的構成を示すブロック図である。

図１（ａ）、（ｂ）において、本実施の形態のソーラーライト１は、支柱１０と、支柱１０の上端部に設けられた太陽電池１１と、太陽電池１１の下方において支柱１０に設けられ、雨水を貯める貯水槽１２と、貯水槽１２の下方において支柱１０の所定の高さ位置に設けられた灯具１３と、支柱１０の下方に設けられた蓄電池ボックス１４及び水力発電装置１５と、貯水槽１２に貯った雨水を水力発電装置１５に導く導水パイプ１６と、水力発電装置１５から発電に供した雨水を排水するドレインパイプ１７を備える構成である。

支柱１０は、垂直に数ｍの高さで延びる鋼管等の構造部材からなり、街路や公園等の路面や地面等に固定されるベースに、下端側をボルトにより一体に固定して構成される。

太陽電池１１は、複数の太陽電池パネルを複数枚並べて、所定の大きさ、例えば略１ｍ四方を有する薄板状に形成され、所定の角度、例えば水平方向に対し略４０°に傾斜して支柱１０の上端部に取り付けられている。なお、その際の太陽電池１１突端の高さ位置は、例えば略５ｍに達する。

太陽電池１１の下縁には、図２に示すように、雨天時において太陽電池１１に降り注いだ雨滴を効率的に回収するための樋１８が設けられ、回収した雨水を貯水槽１２に導いて貯水するようになっている。なお、樋１８には、枯葉やごみの侵入を防ぐための蓋１９が設けられる。

貯水槽１２は、水槽蓋２０を備えると共に、貯まった雨水の水位が所定の満水時水位まで上昇した際に、貯まった雨水を自動的に導水パイプ１６に放水するためのフロート弁装置２１を備えている。

灯具１３は、蛍光灯等に比して電力消費量が極端に少なく、小型且つ長寿命の、例えば高輝度発光ダイオードを面状に並べて構成されたＬＥＤアレイからなり、発光面が下向きとなるよう所定の枠部材を用いて保持し、支柱１０の所定の高さ位置、例えば略３ｍに取り付けられている。なお、灯具１３は、ＬＥＤアレイに限定されることはなく、例えば、有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）等の発光素子を用いる面状発光体であってもよい。

蓄電池ボックス１４は、図３に示すように、灯具１３を点灯させるための電源となる蓄電池１４１と、太陽電池１１で発生した電圧と水力発電装置１５の発電機１５２で発生した交流電圧を蓄電池１４１の充電電圧に変換し、且つ蓄電池１４１の過充電を防止する回路を含む充電コントローラ１４２と、太陽電池１１で発生する電圧を検出し、検出した電圧に基づいて灯具１３の点灯、消灯を制御する点灯制御部１４３から構成される。なお、蓄電池１４１には、容量が大きくて繰り返し充電が可能であり、産業用及び自動車用として多く使用される鉛蓄電池を用いる。

水力発電装置１５は、図１及び図３に示すように、水車１５１と、不図示の継手を介して連結される発電機１５２から構成される。水車１５１は、水流の落差が数メートルの場合に好適に用いられる、例えばプロペラ水車であり、貯水槽１２に貯った雨水が導水パイプ１６の出口から放水される際の水流をプロペラに衝突させた際の反動により回転する。

発電機１５２は、例えば三相同期発電機であり、水車１５１の回転により三相交流電圧を発生する。発生した三相交流電圧は、前述した充電コントローラ１４２によって直流電圧に変換され、蓄電池１４１を充電する。

次に、このように構成された本発明の実施の形態に係るソーラーライト１の動作について説明する。

まず、昼間の晴天時においては、太陽電池１１に太陽光が照射されることにより発電し、充電コントローラ１４２を介して蓄電池１４１を連続して充電する。

日没になって太陽電池１１の発生電圧が所定値以下になると、充電コントローラ１４２により蓄電池１４１への充電を停止する。同時に、点灯制御部１４３は、蓄電池１４１から放電される電力により灯具１３を点灯させる。

なお、曇天時は太陽電池１１から十分な発電量を得られないが、点灯制御部１４３は発電電圧を常に検出し、夕方になり太陽電池１１からの発生電圧が所定値以下になると、灯具１３を点灯させる。この時、蓄電池１４１に充電されている電力が十分ではないこともあるが、晴天時に充電した電力によって、数日間は灯具１３を点灯させることができる。

一方、雨天時には、太陽電池１１の表面に降り注いだ雨水が樋１８を伝って貯水槽１２に流れ込む。

貯水槽１２に流れ込んだ雨水が所定の満水時水位に達すると、フロート弁装置２１の弁が自動的に開き、導水パイプ１６に雨水を放水する。放水された雨水は、導水パイプ１６の出口端から噴出して、水力発電装置１５の水車１５１を回転させる。これによって発電機１５２が発電を開始して交流電圧を発生し、充電コントローラ１４２によって直流電圧に変換して蓄電池１４１を充電する。

なお、雨天時においても太陽電池１１は低い電圧を発電しているが、所定の電圧に達しないことで、蓄電池１４１を充電することはできない。

水力発電装置１５において、発電に供された雨水は、ドレインパイプ１７を介して外部に排水される。

貯まった雨水を放水して貯水槽１２が空になり、或いは所定の水位以下になると、フロート弁装置２１の弁が閉じる。これにより、導水パイプ１６を介して雨水が放水されなくなり、水車１５１の回転が停まって蓄電池１４１への充電が停止する。

そして、フロート弁装置２１の弁が閉じることにより、太陽電池１１の表面に降り注いだ雨水が樋１８を伝って再び貯水槽１２に貯り始める。

このようにして、雨が降っている間は昼夜に拘わらず上記の手順を何回も繰り返し、間欠的に蓄電池１４１を充電する。従って、雨天時であっても蓄電池１４１が充電不足を来すことはない。

夕方になり、太陽電池１１からの発生電圧が所定値以下になると、点灯制御部１４３によってこれを検知し、蓄電池１４１の放電電圧により灯具１３を点灯させる。

以上説明したように、このような本発明の実施の形態に係るソーラーライトによれば、昼間の晴天時には太陽電池で発生した電力で蓄電池を充電し、雨天時には貯水槽から放水される雨水によって水力発電装置で発生した電力で蓄電池を充電する。そして、点灯制御部は、太陽電池で発生する電圧を検出し、電圧が所定値以下に達したことで夜になったと判断して、灯具を点灯する。

これにより、晴雨に拘わらず太陽光と雨水を有効に利用して発電し、安定して灯具を点灯することができる。

１ ソーラーライト
１０ 支柱
１１ 太陽電池
１２ 貯水槽
１３ 灯具
１４ 蓄電池ボックス
１４１ 蓄電池
１４３ 点灯制御部
１５ 水力発電装置
１５１ 水車
１５２ 発電機
１８ 樋
２１ フロート弁装置

Claims (4)

1. 支柱上部に傾斜して設置され、太陽光によって発電する太陽電池と、前記太陽電池によって発電される電力で充電する蓄電池と、前記蓄電池から放電される電力で点灯する灯具と、前記灯具の点灯及び消灯を制御する点灯制御部を備えるソーラーライトであって、
   前記太陽電池の下部近傍に設置され、前記太陽電池の表面に降り注いだ雨水を回収して貯水する貯水槽と、
   前記貯水槽から放水される雨水の水流によって発電する水力発電装置と、
   を備え、
   前記蓄電池は、
   前記水力発電装置によって発電される電力で充電可能に構成されたソーラーライト。
2. 請求項１に記載のソーラーライトであって、
   前記点灯制御部は、
   前記太陽電池で発電された電圧を検出し、検出された前記電圧に基づいて前記灯具の点灯及び消灯を制御するソーラーライト。
3. 請求項１又は２に記載のソーラーライトであって、
   前記太陽電池の下縁に設置され、前記貯水槽に連結する樋を備えるソーラーライト。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のソーラーライトであって、
   前記貯水槽は、
   前記貯水槽内の水位が所定の満水時水位まで上昇した際に、
   貯水された前記雨水の放水を自動的に開始するフロート弁装置を備えるソーラーライト。

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