JP2020061211A

JP2020061211A - ソーラー屋外灯

Info

Publication number: JP2020061211A
Application number: JP2018189799A
Authority: JP
Inventors: 政幸清水; Masayuki Shimizu
Original assignee: Eye Yell Electric Appliance Co Ltd
Current assignee: Eye Yell Electric Appliance Co Ltd
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2018-10-05
Publication date: 2020-04-16

Abstract

【課題】ソーラー屋外灯について、雨天が続き日照量が不充分な状況になっても、夜間の点灯時間を確保できるようにする。【解決手段】ポール６ＡにＬＥＤライト４Ａとソーラーパネル３Ａを備えるとともに蓄電手段５及び制御手段を備えて、ＬＥＤライト４Ａの点灯と消灯を自動的に行うソーラー屋外灯１Ａにおいて、ポール６Ａの近接位置に漏斗型の開口部を上端側に備えた雨水タンク７Ａが配置されているとともに、雨水タンク７Ａ底面側から下方に延設された導水管８２の先端側に水力発電機１１０が接続されている。制御手段は、降雨により雨水タンク７Ａの貯水量が所定レベル以上になったことを検知したとき、所定のタイミングで導水管８２に設けたバルブ８を開いて雨水タンク７Ａから導水管８２に雨水を落とすことで、水力発電機１１０を作動させて蓄電手段５への蓄電又は／及びＬＥＤライト４Ａの点灯を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、日中に太陽電池で発電した電気を蓄電池に貯めて夜間にライトを点灯するソーラー屋外灯に関し、殊に、太陽光エネルギーに加え他の自然エネルギーも発電に利用する方式のソーラー屋外灯に関する。

近年、省エネルギーの要請やエコロジー意識の高まりにより、太陽電池（ソーラーパネル）と蓄電池（二次電池）及びＬＥＤライトを有して商用電源を使用せずに点灯するソーラー屋外灯が広く普及している。このソーラー屋外灯は、日中に太陽電池で発電した電気を蓄電池に貯めて夜間にＬＥＤライトを点灯するものであるが、その点灯は日没から日の出まで継続するのが一般的である。

しかし、太陽電池で発電を行うソーラー屋外灯においては、曇天や雨天が続いて日中に蓄電池への充電量が不足してしまう場合には、夜間に充分な点灯時間を確保できないケースも生じてしまい、ソーラー屋外灯としての本来の機能を発揮できなくなってしまうという問題がある。

そこで、例えば実登第３１７３０７７号公報にも記載されているように、太陽電池を発電手段としたソーラー屋外灯に風力発電機による発電手段を追加することにより、太陽光によるエネルギーだけではなく、風力によるエネルギーを利用して発電する方式も提案されており、日照量が少ない状況であっても風力エネルギーで発電能力を補うことを可能としている。

しかしながら、風力発電を行うにはある程度の風量が継続することが必要になるところ、日照量と風量との間には関連性がないため、好天で日照量が充分な状況で風力発電機が作動しても無意味であるが、雨天で日照量が不充分な状況において必要な風量が確保できるとは限らない。そのため、ソーラー屋外灯に風力発電機を追加しても、日照不足による夜間の点灯不良を解消できる状況はさほど多くはない。

実登第３１７３０７７号公報

本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、ソーラー屋外灯について、雨天が続き日照量が不充分な状況になっても、夜間の点灯時間を確保できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、ポールの所定位置にライトとソーラーパネルを備えるとともに蓄電手段及び制御手段を備えて、ライトの点灯と消灯を自動的に行うソーラー屋外灯において、そのポールの近接位置には漏斗型の開口部を上端側に備えた雨水タンクが配置されているとともに、この雨水タンク底面側から下方に延設された導水管の先端側に水力発電機が接続されており、降雨により雨水タンクの貯水量が所定レベル以上になったことを検知した制御手段が、所定のタイミングで導水管に設けたバルブを開いて雨水タンクから導水管に雨水を落とすことにより、前記水力発電機を作動させて蓄電手段への蓄電又は／及びライトの点灯を行う、ことを特徴とするものとした。

このように、発電手段としてソーラーパネルに加え雨水タンクに接続した水力発電機を設けたことにより、雨天のために蓄電量が不充分になってしまう状況であっても、雨水タンクに貯留した雨水を所定のタイミングで下方に配置した水力発電機側に落とすことにより、水の位置エネルギーを利用しながら発電することができるため、夜間の点灯時間を確保しやすいものとなる。

また、このソーラー屋外灯において、そのソーラーパネルの下端側には、ソーラーパネルの上面に降った雨を集める集水構造が配設されて雨水タンク又は水力発電機の上流側に配管で接続されており、その集水構造で集めた雨水も水力発電機の発電に使用することを特徴としたものとすれば、より多くの雨水を発電に使用することが可能となる。

この場合、その集水構造の下流側で前記雨水タンクの開口部よりも高い位置に、第２の雨水タンクである高位雨水タンクが配設されているとともに、この高位集水タンクの底面側から配管が延設されて雨水タンク内又は雨水タンクの下流側に接続されており、制御手段が前記配管の基端側に設けたバルブを所定のタイミングで開閉操作することを特徴としたものとすれば、雨水の位置エネルギーを一層効率的に利用することができる。

さらに、上述したソーラー屋外灯において、その水力発電機の上流側又は下流側には、付近の建物の雨樋又は付近を流れる水路から水流を導入する水流導入管が接続されており、導入された水流も使用して水力発電機又は水力発電機の下流側に設けた第２の水力発電機を作動させて発電することが可能とされている、ことを特徴としたものとすれば、水力エネルギーをさらに長時間に亘って利用可能なものとなる。

発電手段としてソーラーパネルに加え雨水タンクに接続された水力発電機を備えた本発明によると、雨天により日照量が不充分な状況になっても、夜間の点灯時間を確保可能なものとなる。

本発明における第１の実施の形態であるソーラー屋外灯の側面図である。図１のソーラー屋外灯の制御部の機能的な構成を示す機能ブロック図である。本発明における第２の実施の形態であるソーラー屋外灯の側面図である。図３のソーラー屋外灯の応用例を示す側面図である。図４のソーラー屋外灯の変形例を示す側面図（一部が拡大部分縦断面図）である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本発明における第１の実施の形態であるソーラー屋外灯１Ａを示している。このソーラー屋外灯１Ａは、ポール６Ａの先端部にＬＥＤライト４Ａとソーラーパネル３Ａを備えるとともに、蓄電手段としての二次電池を有する蓄電部５及び制御手段としてのマイコンを有する制御部２Ａを備えて、ＬＥＤライト４Ａの点灯と消灯を自動的に行うものであるが、斯かる構成部分については従来のソーラー屋外灯と共通している。

そして、本発明のソーラー屋外灯１Ａにおいては、そのポール６Ａの近接位置に漏斗部７１で開口側を拡大してなる雨水タンク７Ａが、４本の支柱７６で所定高さに持ち上げられた状態で設けられており、その雨水タンク７Ａの貯留部７０底面側から下方に延設された導水管８２の先端側に、水力発電機１１０が接続されて設けられている点を特徴としている。

そのため、降雨により雨水タンク７Ａにおける貯留部７０の貯水量がフロート８１基端側のセンサ８０を介して所定レベル以上になったことを検知した制御部２Ａが、所定のタイミングで導水管８２基端側に設けたバルブ８を開いて雨水タンク７Ａから導水管８２に雨水を落とすことにより、水車を回転させて水力発電機１１０を作動させながら、蓄電部５への蓄電又は／及びＬＥＤライト４Ａの点灯を行うようになっている。

即ち、本発明において、ソーラーパネル３Ａに加え雨水タンク７Ａに接続した水力発電機１１０を発電手段として備えたことにより、雨天のため発電量・蓄電量が不充分になってしまう状況であっても、雨水タンク７Ａに貯留した雨水を所定のタイミングで下方に配置した水力発電機１１０側に落としながら、水の位置エネルギーを利用して発電することが可能となるため、夜間の点灯時間を確保しやすいものとしている。また、発電に使用した雨水は、水力発電機１１０下流側の排水管８３から外部に排される。

その水力発電機１１０としては、小型のクロスフロー水車を備えたものが好適であるが、他の方式の水力発電機も使用することができる。また、雨水タンク７Ａとしては、図１の右側に模式的な平面図に示したように、漏斗部７１の開口面積Ｂが貯留部７０の内径面積Ａの５〜１５倍であることが好ましく、例えば１０ｍｍ／Ｈの降水量において、漏斗部開口面積Ｂが貯留部内径面積Ａの１０倍とすると、１時間で水面が約１００ｍｍ上昇することになり、貯留部７０の内径が５００ｍｍの場合、１時間あたり約２０リットルの雨水を貯留できる。

図２は、上述したソーラー屋外灯１Ａにおける制御部２Ａの機能的な構成を説明するための機能ブロック図である。このソーラー屋外灯１Ａでは、ソーラーパネル３Ａの下方に固定されたボックス内に、蓄電手段としてリチウムバッテリ等の二次電池を有した蓄電部５と、マイコンを構成する制御手段１０を有した制御部２Ａを備えており、その制御手段１０の判断でＬＥＤライト４Ａの点灯と消灯を自動的に行うとともに、センサ８０で雨水タンク７Ａの貯水量を常時検知しながらバルブ８を開閉操作するようになっている。

斯かる制御部２Ａは、制御手段１０のほかにタイマー機能を有した計時手段１２及び記憶手段１５を備えているとともに、充電制御手段１３、点灯手段１４、操作手段１６を備えており、その記憶手段１５には日本全国を所定の地域ごとに複数のブロックに分けて、そのブロックごとに各日付に応じたその地域の平均日の出時刻と平均日没時刻を網羅してなるデータテーブルが予め記憶されている。

そして、本実施の形態のソーラー屋外灯１Ａでは、これを設置する地域に該当したブロックについて、例えばナンバーやアルファベットの形式で操作手段１６を介して予め制御部２Ａに設定しておくことにより、制御手段１０が前述のデータテーブルにおけるその地域の当日の平均日の出時刻や平均日没時刻をその都度呼び出して、呼び出した時刻を基準にして所定のタイミングでＬＥＤライト４Ａの消灯・点灯操作を行うことを可能としている。

このように、極めて広範な地域から構成される日本を所定のエリアごとに複数のブロックに分けながら、各日付に応じてその地域の平均日の出時刻と平均日没時刻を記録したデータテーブルを記憶手段１５に備えたものとすることで、このソーラー屋外灯１Ａを設置する地域に対応したブロックについて、操作手段１６を介して制御部２Ａに予め設定しておくだけで、制御手段１０がその地域におけるそのときの日の出時刻と日没時刻を把握しながらそれに基づいて消灯・点灯の操作を自動的に行うことが可能となる。

また、このソーラー屋外灯１Ａにおいては、液晶ディスプレイ等による表示手段１７を備えていることが好ましく、ソーラーパネル３Ａの水平角を調整する水平角調整手段に加え、その仰角を調整するための図示しない仰角調整手段を備えていることが好ましい。さらに、その記憶手段１５には、ソーラーパネル３Ａの仰角を年間を通じて固定使用する場合に、各ブロックにおいて好適な発電効率を確保するために設定すべき仰角を示す仰角データを、ブロックごとに記憶させておくことが好ましい。

これにより、前述のように予め該当するブロックを設定しておくだけで、その地域における好適な仰角を表示手段１７に表示可能なものとなる。即ち、南北に長く地域ごとにソーラーパネルの好適な設置角度が異なる日本において、その設置の際に、表示手段１７にその地域における好適な仰角を表示させて、仰角調整手段でその角度を容易に設定することが可能となる。

図３は、本発明における第２の実施の形態であるソーラー屋外灯１Ｂを示している。このソーラー屋外灯１Ｂは、基本的な構成と機能は前述したソーラー屋外灯１Ａと共通しているが、そのソーラーパネル３Ａの下端側にはソーラーパネル３Ａの上面に降った雨を集める集水構造として樋部材３０を備えており、これで集めた雨水を配管３１で雨水タンク７Ａ内に流入させるようにした点を特徴としている。

これにより、図３右側の模式的な平面図に示すように、その雨水を集める面積として、貯留部開口面積Ａの大きさを漏斗部開口面積Ｂまで拡大したものに、パネル表面面積Ｃを加えたものとなるため、より多くの雨水を発電に使用できるようになる。例えば、漏斗部開口面積Ｂが貯留部開口面積Ａの１０倍で、パネル平面面積Ｃが貯留部開口面積Ａの５倍とすると、全体では貯留部開口面積Ａの１５倍の面積になる。

図４は、図３のソーラー屋外灯１Ｂの応用例であるソーラー屋外灯１Ｃを示している。このソーラー屋外灯１Ｃは、その樋部材３０の下流側で雨水タンク７Ａの開口部よりも高い位置に、第２の雨水タンクである高位雨水タンク９０が配設されているとともに、その底面側から配管３２が延設されて雨水タンク７Ａ下流側の導水管８２に接続されている点を特徴としている。

即ち、制御手段１０が配管３２基端側に設けたバルブ９ａを所定のタイミングで開閉操作することにより、ソーラーパネル３Ａの上面で集めて高位雨水タンク９０に貯留した雨水の位置エネルギーを、水力発電機１１０の発電において効率的に利用することができる。例えば、雨水タンク７Ａを介した発電と高位雨水タンク９０を介した発電を交互に行えば、より長時間に亘って発電を継続できるが、高位雨水タンク９０は貯水量が多くなくてもその高さ分だけ高エネルギーを発揮することができる。

また、本実施の形態では、水力発電機１１０上流側の導水管８２に、付近の建物の雨樋又は付近を流れる水路から水流を導入する水流導入管３４が接続されており、この水流導入管３４の基端側には接続金具３６が設けられて、雨樋や水路から分岐した水流が通る管体４４に接続できるようになっている。

これにより、降水量が少なく雨水タンク７Ａに雨水が溜まるのに長時間を要するような場合でも、外部からの水流を導入して利用することにより、高い発電量を確保しやすいものとなる。尚、図示は省略するが、水流導入管３４の途中に制御部１０で開閉操作されるバルブを設けることで、水力発電機１１０の上流側にかかる水圧を逃げにくくすることができる。

図５は、図４のソーラー屋外灯１Ｃの変形例としてのソーラー屋外灯１Ｄを示している。この実施例においては、図中左側に拡大部分縦断面図で示したように、水力発電機１１０下流の排水管８５内に発電機本体１２１から水車１２２を挿設してなる水力発電機１２０を備えている点を特徴としている。その水車１２２としては、少ないトルクでも回転する図のような螺旋状のものが好ましい。

斯かる構成を採用したことにより、水力発電機１１０下流側の小さな落差でも発電に使用可能なものとなり、水の位置エネルギーを無駄なく電力に変換することができる。また、図示のように、高位雨水タンク９０から延設した配管３３を、水流導入管３５を介して排水管８５基端側に接続してもよく、さらにその接続部分に外部からの管体４４を接続するための接続金具３６を設けてもよい。

以上、述べたように、ソーラー屋外灯について、本発明により、雨天が続いて日照量が不充分な状況になっても、夜間の点灯時間を確保しやすいものとなった。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄソーラー屋外灯、２Ａ制御部、３Ａソーラーパネル、４ＡＬＥＤライト、５蓄電部、６Ａポール、７Ａ雨水タンク、８，９ａバルブ、１０制御手段、３０樋部材、３１，３２，３３配管、７０貯留部７１漏斗部、１１０，１２０水力発電機、８２導水管、８３，８５排水管

Claims

ポールの所定位置にライトとソーラーパネルを備えるとともに蓄電手段及び制御手段を備えて、前記ライトの点灯と消灯を自動的に行うソーラー屋外灯において、前記ポールの近接位置には漏斗型の開口部を上端側に備えた雨水タンクが配置されているとともに、前記雨水タンク底面側から下方に延設された導水管の先端側に水力発電機が接続されており、降雨により前記雨水タンクの貯水量が所定レベル以上になったことを検知した前記制御手段が、所定のタイミングで前記導水管に設けたバルブを開いて前記雨水タンクから前記導水管に雨水を落とすことにより、前記水力発電機を作動させて前記蓄電手段への蓄電又は／及び前記ライトの点灯を行う、ことを特徴とするソーラー屋外灯。
前記ソーラーパネルの下端側には、該ソーラーパネルの上面に降った雨を集める集水構造が配設されて前記雨水タンク又は前記水力発電機の上流側に配管で接続されており、前記集水構造で集めた雨水も前記水力発電機の発電に使用する、ことを特徴とする請求項１に記載したソーラー屋外灯。
前記集水構造の下流側で前記雨水タンクの開口部よりも高い位置に、第２の雨水タンクである高位雨水タンクが配設されているとともに、前記高位雨水タンクの底面側から配管が延設されて前記雨水タンク内又は前記雨水タンクの下流側に接続されており、前記制御手段が前記配管の基端側に設けたバルブを所定のタイミングで開閉操作する、ことを特徴とする請求項２に記載したソーラー屋外灯。
前記水力発電機の上流側又は下流側には、付近の建物の雨樋又は付近を流れる水路から水流を導入する水流導入管が接続されており、導入された水流も使用して前記水力発電機又は該水力発電機の下流側に設けた第２の水力発電機を作動させて発電することが可能とされている、ことを特徴とする請求項１，２又は３に記載したソーラー屋外灯。