JP2020064765A - ソーラー屋外灯 - Google Patents

Abstract

【課題】ソーラー屋外灯について、過剰な設置コストを要することなく様々な状況に対応して夜間の点灯を充分に確保できるようにする。【解決手段】ポール６Ａの所定位置に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蓄電地５０と制御手段１０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、そのソーラーパネル３Ａを、表面を横向きにして水平方向に湾曲しながら平面視Ｕ字状又はＯ字状に形成しながら、その裏面側がポール６Ａの外周面に沿うように所定の固定手段で取付けることで、ソーラーパネル３Ａの表面を垂直にして雪等の遮蔽物が載らないものとした。【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から、太陽電池（ソーラーパネル）と蓄電池及び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通常である。

そして、日没に点灯し日の出に消灯する制御を実行するため、例えば特開平１１−２４３６５０号公報に記載されているもののように、制御部でソーラーパネルの発電レベルを検知しながら、太陽光発電による電圧が所定レベル以下に低下した場合に日没を判定し、その後、電圧が所定レベル以上に上昇した場合に日の出を判定するものとして、自動的にＯＮ・ＯＦＦ操作を行う方式が主流となっている。

しかし、このようにソーラーパネルの発電量を基準として制御部がＯＮ・ＯＦＦ操作を行う方式にあっては、例えば雪が降ってソーラーパネルに積もった場合など、何らかの遮蔽物で太陽電池面が覆われた状況になると、周囲が明るくなっても外灯が点灯し続けるという誤作動が生じるため、蓄電量を無駄に減少させて夜間に充分な照明を行えなくなるという難点がある。

また、ソーラー屋外灯は、鋼管製のポールの高い位置にソーラーパネルとライトを固定して支持するのが通常であるが、前述の方式においては、ライトがソーラーパネルの上方に位置した場合、その照明により発電量の変化に基づいた日の出の判定が困難になることから、ソーラーパネルをポールの先端に固定・支持する構造を採用しているのが一般的である。そのため、ソーラーパネルの重量を支持可能な太さ・強度を備えた高価なポール及び基礎を使用したり、ポールの荷重負荷を減らす目的でソーラーパネルのサイズを小さくしたりする必要があった。

一方、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で、太陽光による自然エネルギーだけではなく、風力による自然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、サイズの小さい太陽電池であっても点灯時間を確保しやすいものとしている。

しかしながら、風力発電を行うための風車は、風向に合わせて効率的に風を捉えるためにポールの先端に取り付けるのが好適であり、太陽電池と併用する場合には、取付けの最適位置が競合しやすくなる。また、風力発電用の風車をポール先端側に取り付けると、その重量に加え大きな風圧がかかってしまうため、一層強固なポール及び基礎を使用する必要が生じて、全体として高コストなものとなってしまう。

特開平１１−２４３６５０号公報 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、過剰な設置コストを要することなく様々な状況に対応して夜間の点灯を充分に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と制御手段を備えて、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、そのソーラーパネルは、表面を横向きにして水平方向に湾曲しながら平面視Ｕ字状又はＯ字状に形成され、その裏面側がポールの外周面に沿うように所定の固定手段で取付けられている、ことを特徴とするものとした。

このように、発電手段としてのソーラーパネルを垂直のポールに巻き付けるように取付けたことで、ソーラーパネルの表面が垂直になって雪等の遮蔽物がソーラーパネル表面に載らなくなるため、ソーラーパネルに雪が積もりやすい雪国であっても誤作動を生じる心配のないものとなり、平面状のソーラーパネルと比べて風圧を受けにくくなるため強固なポール及びその基礎が不要なものとなり、且つ、横向きのソーラーパネルを湾曲させたことで、湾曲面のいずれかの側が東から南、西へと移動する太陽に向かいながら、発電量が低下しやすい低高度の太陽位置で太陽光を直角近い角度で受光しやすいものとなる。

また、このソーラー屋外灯において、その湾曲したソーラーパネルは、ポールの中心線を中心軸として水平方向１６０°以上の範囲をカバーするように東、南、西側を向いて設けられている、ことを特徴としたものとすれば、日の出から日の入りまで間、効率的な発電が可能なものとなる。

さらに、上述したソーラー屋外灯において、その発電手段としてソーラーパネルとともに風力発電機が設けられており、その風力発電機は、回転の中心軸線がポールの中心線に一致する垂直軸型の風車を備えている、ことを特徴としたものとすれば、風圧によるポール及びその基礎への負荷を最小限に抑えながら、太陽光による発電で不足する分の電力を風力による発電で補うことができる。

この場合、その垂直軸型の風車には、その羽根の外周面所定位置に、横向きで縦長のソーラーパネルが付設されており、その回転により水平方向総ての向きにおいて太陽光を受光可能な状態で太陽光発電を行いながら風力発電を行う、ことを特徴としたものとすれば、ポール及びその基礎への負荷を過剰に増やすことなく一層効率的な発電が可能なものとなる。

さらにまた、上述したソーラー屋外灯において、そのライトの点灯と消灯は、制御手段に備えたＧＰＳ測位手段・計時手段を用いて検出した設置位置と季節に応じて日の出・日の入り時刻を特定しながら行うタイマー制御によるものである、ことを特徴としたものとすれば、ソーラーパネルがライトの下側にあっても点灯・消灯の誤作動を起こさないものとなる。

ソーラーパネルをポールに巻き付けるように取付けた本発明によると、ポール及びその基礎に対する負荷を最小限に抑えることができ、過剰な設置コストを要することなく様々な状況に対応して夜間の点灯を充分に確保できるものである。

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（一部が拡大部分横断面図）。 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（一部が拡大部分横断面図）。 図３のソーラー屋外灯の応用例を示す側面図である。

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の先端側にＬＥＤライト４、その下方にソーラーパネル３Ａを備えるとともに、ポール６Ａの基端側に蓄電手段として蓄電地５０を有する蓄電部５及びマイコン等による制御手段１０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り、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、その発電手段であるソーラーパネル３Ａが、表面を横向きにして水平方向に湾曲しながら平面視Ｕ字状に形成されており、その裏面側がポール６Ａの外周面に沿うように所定間隔を有して固定金具で取付けられており、その表面が垂直になっている点を特徴としている。

具体的には、この湾曲したソーラーパネル３Ａは、ポール６Ａの中心線を中心軸として水平方向１６０°以上（図では２１０°）の範囲をカバーするように東、南、西側を向いた状態にして略半円筒状の固定板３０ａの表面に複数枚のソーラーセル３００を固定してなるものであり、その固定板３０ａの反対側には半円筒状の支持板３０ｂが連結されており、固定板３０ａとで円筒状のパネル支持体３０を構成している。

このように、ソーラーパネル３Ａを垂直のポール６Ａに巻き付けるように垂直にして取付けたことにより、雪等の遮蔽物がソーラーパネル３Ａの表面に載って誤作動を起こす心配がなくなるとともに、平面状のソーラーパネルと比べて風圧を受けにくくなるため、強固なポール及びその基礎が不要なものとなる。また、横向きのソーラーパネルを湾曲させて水平方向１６０°以上の範囲をカバーするようにしたことで、湾曲面のいずれかの側が東から南、西へと移動する太陽に向かいながら、発電量が低下する低高度の太陽位置で太陽光を直角に受光しやすいものとして、日の出から日の入りまでの間、効率的な発電を可能としている。

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、ポール６Ａの基端側の内部空間に、リチウムイオンバッテリ等の蓄電地５０を複数個備えた蓄電部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ＧＰＳ測位手段１１、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、このソーラー屋外灯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。

尚、本実施の形態においては、制御部２ＡにＧＰＳ測位手段１１及び計時手段１２を備えるとともに、液晶ディスプレイ等による表示手段１７を備えており、このソーラー屋外灯１Ａを設置した位置（経度・緯度）を検出して表示手段１７に表示することができ、その検出位置に応じた設置位置の地域ブロックについて、操作手段１６を用いて設定できるようになっているが、この制御手順を制御部２Ａが総て自動的に行うようにしても良い。

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に備えたことにより、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。

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３Ｂは、風力発電機の風車を兼ねている点を特徴としており、このソーラーパネル３Ｂが、回転の中心軸線がポール６Ａの中心線に一致する垂直軸型の風車を構成している。

具体的には、円筒状のパネル支持体３１の外周面全周に亘って縦長長方形の固定板を兼ねた羽根３１ａの複数枚が、所定間隔で一方の長辺をパネル支持体３１外周面に所定角度で固定されて各々ヒレ状の風受けを形成しており、各固定板３１ａの表面にはソーラーセル３１０が配置されて、全体として略円筒状のソーラーパネル３Ｂを構成しており、水平方向総ての向きで受光可能であるとともに、ヒレ状に突出している羽根３１ａにより、円筒状のソーラーパネルと比べて受光面積が拡大されたものとなっている。

そして、本実施の形態においては、円筒状のパネル支持体３１の内周面に沿って突設した円環状のフランジが、ポール６Ａ外周面に所定間隔で放射状に配置された小型の発電機７０，７０，７０の回転軸７１０の外周面により、回転可能な状態で下から支持されており、これと同じ構成がソーラーパネル３Ｂ内部に上下２箇所で配置されている。

そのため、風車を兼ねたソーラーパネル３Ｂがポール６Ａの中心線を中心軸線として回転可能なものとされ、風車を兼ねたソーラーパネル３Ｂが風力で回転することにより、風圧によるポール６Bへの負荷をある程度逃がしながら発電機７０が各々発電するようになっており、風圧によるポール６Ａ及びその基礎への負荷を最小限に抑えながら、太陽光による発電のみでは不足する電力分を風力による発電で補うことを可能としている。

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、図１のソーラー屋外灯１Ａのソーラーパネル３Ａの部分に、ペルシオン式風車の羽根３２，３２及び図示しない発電機を備えた垂直軸型の風力発電機３Ｃを付設した点を特徴としており、太陽光発電と風力発電の両方を行えるようになっている。

また、その風力発電機の羽根３２，３２は、上下両端側が内側に湾曲したウイングレット構造を有して風力発電における効率性を高めているとともに、その外面には複数枚のソーラーセル３２０がまんべんなく配置されており、ソーラーパネル３Ａによるメインの太陽光発電に、羽根３２，３２表面における太陽光発電を追加した構成となっている。

尚、上述した実施の形態において、湾曲したソーラーパネルの表面側を構成している各ソーラーセルは、比較的柔軟性に乏しい素材からなるものであるため、図のように横幅の小さな長方形による平面の組み合わせで湾曲面を構成しているが、ソーラーセルが湾曲可能であれば、パネル支持体とともに湾曲させたものとしても良い。また、各ソーラーセルの表面には耐候性・耐久性を確保する観点から、ガラスコート等の処理を施しておくことが好ましい。

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、過剰な設置コストを要することなく様々は状況に対応して夜間の点灯を充分に確保可能なものとなった。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ ソーラー屋外灯、２Ａ 制御部、３Ａ，３Ｂ ソーラーパネル、３Ｃ 風力発電機、４Ａ ＬＥＤライト、５ 蓄電部、６Ａ ポール、１０ 制御手段、１１ ＧＰＳ測位手段、１２ 計時手段、３０，３１ パネル支持体、３１ｃ，３２ 羽根、３００，３１０，３２０ ソーラーセル、７００ 発電機

Claims (5)

1. 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と制御手段を備えて、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、前記ソーラーパネルは、表面を横向きにして水平方向に湾曲しながら平面視Ｕ字状又はＯ字状に形成されており、前記ソーラーパネルの裏面側が前記ポールの外周面に沿うように所定の固定手段で取付けられている、ことを特徴とするソーラー屋外灯。
2. 前記湾曲したソーラーパネルは、前記ポールの中心線を中心軸として水平方向１６０°以上の範囲をカバーするように東、南、西側を向いて設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載したソーラー屋外灯。
3. 発電手段としてソーラーパネルとともに風力発電機が設けられており、前記風力発電機は、回転の中心軸線が前記ポールの中心線に一致する垂直軸型の風車を備えている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載したソーラー屋外灯。
4. 前記垂直軸型の風車には、その羽根の外周面所定位置に、横向きで縦長のソーラーパネルが付設されており、前記ソーラーパネルの回転により水平方向総ての向きにおいて太陽光を受光可能な状態で太陽光発電を行いながら風力発電を行う、ことを特徴とする請求項３に記載したソーラー屋外灯。
5. 前記ライトの点灯と消灯は、前記制御手段に備えたＧＰＳ測位手段・計時手段を用いて検出した設置位置と季節に応じて日の出・日の入り時刻を特定しながら行うタイマー制御によるものである、ことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載したソーラー屋外灯。
   

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