JP2017151016A - 太陽電池複合型センサ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[2] 前記空隙部に、前記センサ素子から得られる信号を外部へ送信するアンテナが配置されていることを特徴とする[1]に記載の太陽電池複合型センサ装置。
[3] 前記空隙部に、前記太陽電池、前記センサ素子及び前記アンテナのうち少なくとも1つを制御する制御回路がさらに配置されていることを特徴とする[2]に記載の太陽電池複合型センサ装置。
[4] 前記空隙部に、前記太陽電池で発電された電力を前記センサ素子に供給する電力供給回路が配置されていることを特徴とする[1]〜[3]の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
[5] 前記空隙部に、前記太陽電池で発電された電力を蓄電し、前記センサ素子へ電力を供給する二次電池が配置されていることを特徴とする[1]〜[4]の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
[6] 前記センサ素子は、前記空隙部内の状態或いは前記空隙部内の気体又は前記化粧板で隔てられた外部の気体の物性若しくは前記気体に含まれる物質を感知することを特徴とする[1]〜[5]の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
[7] 前記センサ素子は、温度、湿度、圧力、音、振動、匂い物質、前記匂い物質以外の化学物質及び微粒子から選ばれる1つ以上を感知することを特徴とする[1]〜[6]の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
[8] 前記空隙部が密閉空間であることを特徴とする[1]〜[7]の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
[9] 前記化粧板のガス透過率が1cm3/m2・24h・atm以上であることを特徴とする[1]〜[8]の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
[10] 前記化粧板の一部又は全面にわたって、前記空隙部と前記化粧板を隔てた外部とを連通する連通孔が設けられていることを特徴とする[1]〜[9]の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
[11] 前記化粧板の一部又は全面にわたって複数の前記連通孔が設けられ、その開口径の平均が1mm未満であることを特徴とする[10]に記載の太陽電池複合型センサ装置。
[12] 前記化粧板の表面の一部又は全面に、文字、絵、記号又は模様からなる意匠部が配置されていることを特徴とする[1]〜[11]の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
[13] 前記化粧板は電波透過性を有する材料によって形成されていることを特徴とする[1]〜[12]の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
[14] 前記絶縁性基板が合成樹脂からなることを特徴とする[1]〜[13]の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
絶縁性基板1の厚さは特に限定されず、例えば、0.1mm〜100mmが挙げられる。
絶縁性基板の材料は特に限定されず、例えば、合成樹脂、ガラス、セラミックス等の一般的な成形品に使用される絶縁材料が挙げられる。なかでも、公知のプリンタブル・エレクトロニクスの分野で使用される絶縁性基板が好ましく、合成樹脂製フィルムであることがより好ましい。
絶縁性基板1は他の支持基材によって支持されていてもよい。
化粧板2のうち、少なくとも前記太陽電池を覆う領域の可視光透過率は10〜90%である。この範囲の可視光透過率であると、化粧板2を透過した光を利用して、太陽電池4によって充分に発電することが可能になる。
化粧板2の可視光透過率が90%以下であることにより、外部から化粧板2を透かして空隙部3内を見ることが簡単ではなくなり、空隙部3内に備えられた太陽電池4及びセンサ素子5等のメカニカルな外観を有する電子部品のうち、少なくとも太陽電池4を化粧板2によって目隠しすることができる。
化粧板2の可視光透過率が10%以上であることにより、太陽電池4によって実質的に利用可能な発電量を得ることができる。
なお、化粧板2に、後述する貫通孔が形成されている場合にも、形成されていない場合と同様に上記方法により、貫通孔を有する化粧板2の可視光透過率は測定される。
また、太陽電池4及びセンサ素子5を覆う領域の化粧板2の可視光透過率が10〜90%であることがより好ましく、さらに後述するアンテナ6を含む送受信ユニット及び制御回路7を含めて覆う領域の化粧板2の可視光透過率が10〜90%であることがさらに好ましい。
空隙部3内にアンテナを配置することを考慮して、化粧板2の材料は電波透過性を有する材料であることが好ましい。このような材料として絶縁材料が好ましい。
合成樹脂により形成された化粧板2の厚みとしては、例えば1mm〜10mmが挙げられる。
ガラス製の化粧板2の厚みとしては、例えば1mm〜10mmが挙げられる。
ここで、ガス透過率は、JIS K7126−1(差圧法)に準拠して測定される値である。
一例として、化粧板2の一部又は全面にわたって複数の前記連通孔が設けられ、その開口径の平均(平均開口径)が1mm未満である場合が挙げられる。平均開口径が1mm未満であると、化粧板2の表面において開口が目立たず、化粧板2の意匠性を損なうことなく、ガス透過率を高めることができる。
また、別の一例として、化粧板2の局所に単数又は複数の前記連通孔が設けられ、その開口径の平均(平均開口径)が1mm以上である場合が挙げられる。平均開口径が1mm以上であると、ガス透過率を一層高めることができる。センサ素子5が外部の気体を感知する機能を有する場合には、前記局所はセンサ素子5の近傍(例えばセンサ素子5から100mm以内)であることが好ましい。
空隙部3の厚みは、絶縁性基板1から化粧板2までの距離に相当する。この厚みは特に限定されず、例えば、0.1mm〜50mm程度で設計することができる。
絶縁性基板1および化粧板2を平面視したときの空隙部3の面積は特に限定されず、例えば、5cm×10cm程度の書籍サイズ、50cm×100cm程度の額縁サイズ、5m×10m程度の壁面サイズ等が挙げられる。
空隙部3が密閉空間である場合、化粧板2のガス透過率が0cm3/m2・24h・atmであると仮定したときに、空隙部3に対する気体の流入及び流出を実質的にゼロとすることできる。このような構成であると、化粧板2のガス透過率を調整することにより又は化粧板2に貫通孔を形成することにより、空隙部3からなる密閉空間に対する気体の流入及び流出を容易に制御することができる。
太陽電池4の種類は特に限定されず、例えば、色素増感太陽電池、シリコン系太陽電池、ペロブスカイト太陽電池等が挙げられる。
現在の一般的なルテニウム色素を用いた色素増感太陽電池は、入射する光強度が2〜100mW/cm2である場合に9〜11%程度の光電変換効率を示し、入射する光強度が0.01〜1mW/cm2の低照度の場合にも9〜10%程度の光電変換効率を示す。色素増感太陽電池はリーク電流が極めて少ないため低照度の場合にも高い変換効率を示す。
一方、現在の一般的な結晶シリコン太陽電池は、入射する光強度が2〜100mW/cm2である場合に8〜14%程度の光電変換効率を示すが、入射する光強度が0.01〜1mW/cm2の低照度の場合には0〜7%程度の光電変換効率に低下してしまう。結晶シリコン太陽電池は、低照度条件において照度が低くなるほど、その光電変換効率は指数関数的に低下する傾向がある。
ここで、100mW/cm2は太陽光を受ける屋外の照度に相当し、0.01〜1mW/cm2は屋内の照度に相当する。
したがって、化粧板2によって目隠しされる太陽電池4の発電効率を高める観点から、太陽電池4は色素増感太陽電池であることが好ましい。
太陽電池4によって発電された電力は、センサ素子5並びに後述するアンテナ6を含む送受信ユニット及び制御回路7の少なくとも一つに供給されてもよいし、外部に供給されてその他の用途に使用されてもよい。この電力供給に必要な電力供給回路が、空隙部3内の絶縁性基板1の表面に配置されていることが好ましい。この電力供給回路は、公知のプリンタブル・エレクトロニクスの手法によって形成されていることが好ましい。
センサ素子5はICチップに搭載されていてもよいし、公知のプリンタブル・エレクトロニクスの手法により、絶縁性基板1の表面に印刷された電気回路によって形成されていてもよい。前記電気回路としては、例えば、導電性粒子及びバインダーを含む導電性インクによって形成されたものが挙げられる。
ここで、接触方式とは、センサ素子5とセンサ素子5の感知対象とが直接的に相互作用する方式をいい、非接触方式とは、センサ素子5とセンサ素子5の感知対象とが直接的には相互作用しない方式をいう。非接触方式の一例において、センサ素子5はレーザー光を発信して、化粧板2を隔てた外部の感知対象物にレーザー光が作用した様子を観測する例が挙げられる。
図1の複合型センサ10は、任意の部品として、アンテナ6を有する。アンテナ6は、センサ素子5から得られる信号を外部へ送信するものである。アンテナ6は、外部からの信号を受信するものであってもよい。受信された信号は、例えばセンサ素子5又は制御回路7に伝送される。本明細書において、送信と受信を合わせて送受信という。
図1の複合型センサ装置10は、空隙部3内に制御回路7を有する。制御回路7は、複合型センサ装置10に備えられた太陽電池4、センサ素子5、及びアンテナ6を含む前記送受信ユニットを制御する制御ユニットを構成する。
制御回路7は、公知のプリンタブル・エレクトロニクスの手法により、絶縁性基板1の表面に印刷された電気回路によって形成されていてもよいし、ICチップ等によって形成されていてもよい。
図1には示していないが、複合型センサ10の空隙部3には、太陽電池4によって発電された電力を蓄電する二次電池が設置されていることが好ましい。
二次電池に蓄電された電力は、センサ素子5、アンテナ6を含む送受信ユニット及び制御回路7の少なくとも一つに供給されてもよいし、外部へ供給されて他の用途に使用されてもよい。この電力供給に必要な電力供給回路が、空隙部3内の絶縁性基板1の表面に配置されていることが好ましい。この電力供給回路は、公知のプリンタブル・エレクトロニクスの手法により、絶縁性基板1の表面に印刷された電気回路によって形成されていることが好ましい。
Claims (14)
- 絶縁性基板と、前記絶縁性基板の表面を覆う化粧板と、前記絶縁性基板と前記化粧板の間の空隙部と、を備え、
前記空隙部に少なくとも太陽電池及びセンサ素子が配置されたセンサ装置であって、
前記化粧板のうち、少なくとも前記太陽電池を覆う領域の可視光透過率が10〜90%であることを特徴とする太陽電池複合型センサ装置。 - 前記空隙部に、前記センサ素子から得られる信号を外部へ送信するアンテナが配置されていることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池複合型センサ装置。
- 前記空隙部に、前記太陽電池、前記センサ素子及び前記アンテナのうち少なくとも1つを制御する制御回路がさらに配置されていることを特徴とする請求項2に記載の太陽電池複合型センサ装置。
- 前記空隙部に、前記太陽電池で発電された電力を前記センサ素子に供給する電力供給回路が配置されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
- 前記空隙部に、前記太陽電池で発電された電力を蓄電し、前記センサ素子へ電力を供給する二次電池が配置されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
- 前記センサ素子は、前記空隙部内の状態或いは前記空隙部内の気体又は前記化粧板で隔てられた外部の気体の物性若しくは前記気体に含まれる物質を感知することを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
- 前記センサ素子は、温度、湿度、圧力、音、振動、匂い物質、前記匂い物質以外の化学物質及び微粒子から選ばれる1つ以上を感知することを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
- 前記空隙部が密閉空間であることを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
- 前記化粧板のガス透過率が1cm3/m2・24h・atm以上であることを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
- 前記化粧板の一部又は全面にわたって、前記空隙部と前記化粧板を隔てた外部とを連通する連通孔が設けられていることを特徴とする請求項1〜9の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
- 前記化粧板の一部又は全面にわたって複数の前記連通孔が設けられ、その開口径の平均が1mm未満であることを特徴とする請求項10に記載の太陽電池複合型センサ装置。
- 前記化粧板の表面の一部又は全面に、文字、絵、記号又は模様からなる意匠部が配置されていることを特徴とする請求項1〜11の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
- 前記化粧板は電波透過性を有する材料によって形成されていることを特徴とする請求項1〜12の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
- 前記絶縁性基板が合成樹脂からなることを特徴とする請求項1〜13の何れか一項に記載の太陽電池複合型センサ装置。
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