JP5195724B2

JP5195724B2 - 自然光追従型ｌｅｄ照明装置。

Info

Publication number: JP5195724B2
Application number: JP2009262417A
Authority: JP
Inventors: 範之大野; 保人杉村; 啓吾中野; 浩一後藤
Original assignee: Sekisui House Ltd
Current assignee: Sekisui House Ltd
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2029-11-18
Also published as: WO2011062228A1; CN102725582A; JP2011108494A

Description

この発明は、主に居住空間に用いられるＬＥＤ照明装置に関し、特に、自然光の光量変化に伴って、自動的にＬＥＤ照明装置の照度を調光することができる自然光追従型ＬＥＤ照明装置に関する。

都市部の住宅密集地などにおいては、隣地住宅との間に距離をあけることが困難な場合が多く、住宅壁面に設置される窓からの採光が不十分になる場合が多い。そこで、住宅壁面の窓からの採光が不十分な場合に、住宅の採光機能を補完するために、種々の技術が開発されてきた。

例えば、住宅の屋根面に設置する採光用の天窓は、近隣の建物による太陽光の遮蔽が少なく十分な採光を行うことができる。また、例えば、屋根面に開口を設け内側を鏡面仕上げにした光ダクトは、この光ダクトにより光を建物の任意の場所に導くことができる。このように住宅の屋根に採光部を設けることで、住宅壁面に設けられた窓から十分な採光ができない場合でも、十分な採光を得ることができる（例えば特許文献１）。

また、近年住宅の照明においては、太陽電池と２次電池とを含み、昼間に太陽電池が発電した電力を２次電池に充電しておき、夜間に２次電池の電力を用いて、ＬＥＤ等の照明器具を発光させる照明装置が種々提案されている（例えば特許文献２）。さらに、このような照明においては、目的に応じて照度や色温度を調光する機能を有しているものもある（例えば特許文献３）。

特開２００９−１７６６０６号公報特開２００７−２２７３２４号公報特開２００８−２８１２３９号公報

しかし、天窓は、屋根の直下に設置される部屋にしか光を供給することができないので、２階建て以上の住宅においては、最上階以外の部屋に対しては十分な光を供給することができない。また、光ダクトは、十分な採光をするためにはダクトの断面形状を大きくする必要があるので、設置するためには大きなスペースが必要となる。しかも、住宅の梁や柱などの構造躯体の位置を避けて設置する必要性から、設置位置を自由に決定することができない。また、既存の建物に対して天窓や光ダクトを施工する場合、屋根等を貫通させる必要があるので、大掛かりな工事をする必要がある。

一方、種々の調光機能を有する照明は、外部の照度や色温度などを検知するセンサを備え、このセンサが検知した情報に応じて照明を制御することになるので、その処理が複雑なものとなりやすい。

そこで、本発明は、設計の自由度が高く、２階以上の建物においても場所を問わず設置することができ、複雑な制御を必要としない自然光追従型ＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の自然光追従型ＬＥＤ照明装置は、太陽光発電を行う第１の太陽電池と、該第１の太陽電池が発電した電力をそのまま供給する直流配線と、該直流配線に接続するＬＥＤ照明と、太陽光発電を行う第２の太陽電池と、前記第２の太陽電池が発電した電力を充電する２次電池と、前記２次電池に充電された電力を直流から交流に変換するパワーコンディショナーと、前記パワーコンディショナーと接続し、前記居住用建物の各部に電力を振り分ける配電盤と、前記配電盤で振り分けられた電力を建物２内の各部に供給する交流配線と、を備え、前記交流配線は前記ＬＥＤ照明にＡＣアダプタを介して接続されていることを特徴としている。

請求項２に記載の自然光追従型ＬＥＤ照明装置は、前記直流配線が、複数に分岐して、そのそれぞれに前記ＬＥＤ照明が接続されることを特徴としている。

請求項１に記載の自然光追従型ＬＥＤ照明装置によると、太陽電池が発電した電力を何の制御もすることなく、そのまま、ＬＥＤ照明に供給することにより、太陽電池の発電量に応じてＬＥＤ照明の照度を制御することができる。したがって、屋外の天候が晴れのときには、太陽電池の発電量が多くなり、その結果、ＬＥＤ照明の照度も高くなる。また、屋外の天候が曇りや雨のときには、太陽電池の発電量が少なくなり、ＬＥＤの照度も低くなる。これにより、屋外の自然光の照度にＬＥＤ照明の照度が連動することになり、外光を取り込む窓を設置することができないような場合にも、擬似的に外光に連動して光を発する疑似天窓を提供することができる。したがって、居住者が長期間屋内で生活するような場合でも、居住者のサーカディアンリズムが崩れることなく、居住者の生活リズムへの影響を軽減することができる。

しかも、ＬＥＤは直流の電流により発光することができるので、太陽電池が発電した電力をそのまま直流配線を介してＬＥＤ照明に供給するだけでよく、直流から交流に変換するパワーコンディショナーなどが不必要であり、構成を単純なものとすることができるとともに電力の変換ロスもなくなる。また、外光の明るさを検知する必要もないので、明るさ検知センサを設ける必要もない。

請求項２に記載の自然光追従型ＬＥＤ照明装置によると、直流配線が複数に分岐して、そのそれぞれにＬＥＤ照明が接続されるので、１つの太陽電池で２以上の部屋に疑似天窓を提供することができる。

自然光追従型照明装置の全体構成を示すブロック図。自然光追従型照明装置を採用した住宅の電気配線を示した簡略構成図。ＬＥＤ照明の一例を示す斜視図。自然光追従型照明装置の他の実施形態を説明する住宅の電気配線を示した簡略構成図。

以下、自然光追従型ＬＥＤ照明装置１の最良の実施形態について、図１から図４を参照しつつ説明する。この自然光追従型ＬＥＤ照明装置１は、主にマンションや住宅、老人ホームなど居住用建物２に設置されるものであって、昼間に外光を十分に取り入れることができない空間であっても外光と連動して照度が変化し、外光を取り入れることができる天窓と同様の機能を果たすものである。この自然光追従型ＬＥＤ照明装置１は、図１に示すように、建物２の屋根４に設置される太陽光を受光して発電を行うパネル状の第１の太陽電池１１と、この第１の太陽電池１１が発電した電力を建物２の屋内に供給する直流配線１２と、この直流配線１２により電圧が印加されて発光するＬＥＤ照明ユニット１３と、により構成されている。

第１の太陽電池１１は、例えばシリコンウエハなどの材料を用いた複数のセルを接続して所望の電力を発電できるように構成したシリコン系の太陽電池が挙げられるが、他の材料を用いたものや複数の材料により構成されたものであってもよい。

また、ＬＥＤ照明ユニット１３は、図３に示すように、部屋の天井板５に天窓を模した形状に形成された照明ユニットであって、複数のＬＥＤ１４と、表面に反射シート１５を備えこのＬＥＤ１４を固定するベース板１６と、このベース板１６を覆いＬＥＤ１４の発光を一部反射しつつ拡散させる例えば白濁色の拡散カバー１７と、ＬＥＤ１４に過大な電圧が印加することを防ぐ図示しない保護回路と、から構成されている。

複数のＬＥＤ１４は、太陽光線に近いスペクトルを発光する１又は複数のＬＥＤ１４の組合せが疑似天窓としては好適であるが、これに限定されるものではなく、ＬＥＤ照明ユニット１３が設置される部屋の用途や居住者の好みなどに応じて適宜選択される。また、可視光のみならず、紫外線や赤外線を発光するＬＥＤ１４を組み合わせることで、より一層天窓に近づけることもできるが、屋内の冷暖房効率や有害光線の排除なども考慮して適切なＬＥＤ１４を組み合わせることが好ましい。また、拡散カバー１７は、点光源のＬＥＤ１４の光を部屋内に広く拡散させるためのものであるが、居住者の好みによってはこの拡散カバー１７に色温度を変換できるフィルムを貼着するなどしても良い。

また、図示しないが保護回路は、例えば各ＬＥＤ１４と並列に接続された回避回路であって、所定の電圧以上の電圧が印加された場合に、ツェナーダイオードにより電圧を所定の電圧に制限し、ＬＥＤ１４に所定値以上の電圧が印加されることを回避させるものである。なお、保護回路はＬＥＤ照明ユニット１３に用いられる周知のその他の保護回路であっても良い。また、第１の太陽電池１１の最大発電量が各ＬＥＤ１４の定格電圧の合計以下である場合には、保護回路をもうけない構成としてもよい。

自然光追従型ＬＥＤ照明装置１はこのように構成されることで、第１の太陽電池１１の受光量が多いときには、第１の太陽電池１１の発電量もそれに伴って大きくなり、直流配線１２を介してＬＥＤ照明ユニット１３にも大きな電圧が印加され、ＬＥＤ１４が高照度で発光する。一方、第１の太陽電池１１の受光量が少ないときには、第１の太陽電池１１の発電量も少なくなり、ＬＥＤ照明ユニット１３に印加される電圧も低くなり、ＬＥＤ１４が低照度で発光する。したがって、屋外の太陽光の照度に追従してＬＥＤ照明ユニット１３の明るさが決まるため、窓からの採光が困難な部屋にこの自然光追従型ＬＥＤ照明装置１を設置することで、擬似的に窓からの採光と同様の変化がある光を部屋に供給することができる。

なお、この自然光追従型ＬＥＤ照明装置１を設置する建物２には、電力会社から供給される電力を建物２内の各部に供給する交流配線２１も配設されており、ＬＥＤ照明ユニット１３にもこの電力を供給できるように配線されている。図２に示すように、電力会社の電線３から引き込み線２２を介して建物２内に供給された電力は、配電盤２３により各部に振り分けられる。また、この建物２の屋根４には第１の太陽電池１１の他に、第２の太陽電池２５が設置されている。そして更に、第２の太陽電池２５が発電した電力を充電する２次電池２６と、この２次電池２６充電された電力を直流から交流に変換するパワーコンディショナー２７とを備えており、配電盤２３に接続されている。配電盤２３から伸びる交流配線２１には、他の照明機器などの建物２に付属する電気機器２８ａやコンセント２８ｂにそれぞれ配線されて電力を供給する他に、ＬＥＤ照明ユニット１３にもＡＣアダプタ２４を介して配線されている。

このように構成されることにより、第２の太陽電池２５により発電された電力は２次電池２６に充電され、消費電力が大きくなる時間帯にこの充電した電力を消費することができる。また、配電盤２３から伸びる交流配線２１はＡＣアダプタ２４を介してＬＥＤ照明ユニット１３にも配線されているので、ＬＥＤ照明ユニット１３は、昼間は外光に追従して発光する疑似天窓として機能するとともに、夜間は通常の照明機器として使用することができる。

なお、上述の実施形態においては、１つのＬＥＤ照明ユニット１３を使用した自然光追従型ＬＥＤ照明装置１の例について説明したが、ＬＥＤ照明ユニット１３の数はこれに限定されるものではない。例えば、図４に示すように、２階建ての建物２ａにおいて、建物２ａの１階に設置される１階用ＬＥＤ照明ユニット１３ａと、建物２の２階に設置される２階用ＬＥＤ照明ユニット１３ｂとの２つのＬＥＤ照明ユニット１３ａ、１３ｂを設けてもよい。すなわち、第１の太陽電池１１から直流配線１２が並列的に配線されており、それぞれのＬＥＤ照明ユニット１３ａ、１３ｂに接続されている。また、各ＬＥＤ照明ユニット１３ａ、１３ｂには、それぞれ配電盤２３から伸びる交流配線２１がＡＣアダプタ２４を介して配線されている。

このように構成すると、外光を受光した第１の太陽電池１１が発電した電力は、各ＬＥＤ照明ユニット１３ａ，１３ｂに振り分けて供給されるので、第１の太陽電池１１が受光する外光の照度に応じて、各ＬＥＤ照明ユニット１３ａ，１３ｂをそれぞれ発光させることができ、疑似天窓として機能することができる。また、夜間は配電盤２３から配線されている交流配線２１が供給する電力により、ＬＥＤ照明ユニット１３を通常の照明機器として使用することができる。このＬＥＤ照明ユニット１３の数は３以上であってもよく、また同一階に２つ以上設置してもよい。

なお、本発明の実施の形態は上述の形態に限ることなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができることは云うまでもない。

本発明に係る自然光追従型ＬＥＤ照明装置１は、例えば狭小地の住宅や複数階の建物２において、窓からの採光では十分な外光を取り込むことができない場合に好適に用いることができる。

１自然光追従型ＬＥＤ照明装置
２建物
１１第１の太陽電池（太陽電池）
１２直流配線
１３ＬＥＤ照明ユニット（ＬＥＤ照明）

Claims

太陽光発電を行う第１の太陽電池と、
該第１の太陽電池が発電した電力をそのまま供給する直流配線と、
該直流配線に接続し、居住用建物の部屋の天井に設置されるＬＥＤ照明と、
太陽光発電を行う第２の太陽電池と、
前記第２の太陽電池が発電した電力を充電する２次電池と、
前記２次電池に充電された電力を直流から交流に変換するパワーコンディショナーと、
前記パワーコンディショナーと接続し、前記居住用建物の各部に電力を振り分ける配電盤と、
前記配電盤で振り分けられた電力を前記居住用建物の各部に供給する交流配線と、
を備え、
前記交流配線は前記ＬＥＤ照明にＡＣアダプタを介して接続されていることを特徴とする自然光追従型ＬＥＤ照明装置。
前記直流配線は、複数に分岐して、そのそれぞれに前記ＬＥＤ照明が接続されることを特徴とする請求項１に記載の自然光追従型ＬＥＤ照明装置。