JP6029924B2 - 照明システム - Google Patents

Description

照明装置の電源として太陽電池を用いる照明システムに関し、特に、太陽電池の出力変動に連動して照明装置の照度が変化する自然光追従型の駆動を行う照明システムに関する。

太陽電池の普及に伴って、太陽電池を利用した室内用の照明システムとして、例えば、特許文献１に記載されている自然光追従型ＬＥＤ照明装置が知られている。

この自然光追従型ＬＥＤ照明装置は、太陽電池により発電された電力をそのまま電源として用いることで、屋外の自然光の照度によって変動する出力に連動してその照度が変化するというものである。

そして、この自然光追従型ＬＥＤ照明装置は、特許文献１にも記載されているように、太陽電池だけでなく交流電源にもＡＣアダプタを介して接続されており、太陽電池による発電のない夜間には、交流電源を電源として用いて通常の照明装置として利用できるようになっている。

ところで、太陽電池による発電のない夜間だけでなく、夕方や、屋外で雨が降っているような場合には、太陽電池による発電量が少なくなる。そのため、例えば、日中に室内で読書をするような場合に、太陽電池による電力では照度が不足してしまう、という問題がある。

そのため、特許文献１のように、太陽電池だけなく、交流電源も電源として利用できる照明システムであれば、太陽電池による発電量が少なく、室内の照度が不足する場合には、交流電源側を電源として用いることで、照度の不足を防ぐことができるため、非常に便利である。

特開２０１１−１０８４９４号公報

ところで、特許文献１に記載されている太陽電池と交流電源とを電源に用いる自然光追従型ＬＥＤ照明装置は、交流電源側を電源として使用している場合であっても、ＬＥＤ照明ユニットは常に太陽電池側にも接続されている。

したがって、太陽電池による発電量の少ない夕方や降雨時に交流電源側を電源として用いると、交流電源からＡＣアダプタを介して流れる電流とともに、太陽電池により生じる電流がＬＥＤ照明ユニットに流れることになる。そして、場合によっては、ＬＥＤ照明ユニットに規定されている最大電流値以上の電流が流れることになり、過電流による故障や破損が生じてしまうおそれがある。

この点について、図面を用いて説明する。図９は、特許文献１に記載されているような従来の照明システム１００のブロック図である。照明システム１００は、ＬＥＤ管１０が太陽電池１１からなる第１の電源と接続するとともに、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２と商用電源へつながるプラグ１３とで構成される第２の電源に接続する構成となっている。そして、照明システム１００は、日中、太陽電池１１により発電された電力を電源として用いることで、ＬＥＤ管１０の照度が自然光の照度に連動して変化する一方で、日中にＬＥＤ管１０の照度が不足する場合には、例えば、プラグ１３を商用電源のコンセントへ接続することにより、商用電源を電源として用いることができる。

しかしながら、このような場合、ＬＥＤ管１０には、商用電源を介してＡＣ−ＤＣコンバータ１２から安定した電流ＩＤＣが供給される一方で、太陽電池１１からも電流ＩＳが供給されることになる。なお、ダイオード１４ａは太陽電池１１からの電流ＩＳがＡＣ−ＤＣコンバータ１２側へ流れることを防止する逆流防止のためのダイオードであり、ダイオード１４ｂはＡＣ−ＤＣコンバータ１２側からの電流ＩＤＣが太陽電池１１側へ流れることを防止する逆流防止のためのダイオードである。

そして、商用電源側からの電流ＩＤＣと太陽電池１１側からの電流ＩＳがＬＥＤ管１０へ流れることで、過電流によるＬＥＤ管１０の故障や破損が生じることになる。

そこで、本発明は、太陽電池からなる第１電源を用いて太陽電池の出力に連動して照明装置の照度が変化する自然光追従型駆動と、第２電源を用いて照明装置の照度が一定となる安定照度型駆動とを行うことができる照明システムにおいて、太陽電池からなる第１電源からの電流と、第２電源からの電流とによる照明装置での過電流を防止することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明における照明システムは、照明装置と、太陽電池からなる第１電源と、前記第１の電源と並列に接続された直流の第２電源と、を備え、前記第１電源を用いて前記太陽電池の出力に連動して前記照明装置の照度が変化する自然光追従型駆動と、前記第２電源を用いて前記照明装置の照度が一定となる安定照度型駆動と、
を行うことのできる照明システムであって、前記安定照度型駆動が行われると、前記第２電源から供給される電力を検出する動作検出部と、前記照明装置と前記第１電源との電気的接続を行うスイッチ部と、を備え、前記動作検出部により前記第２電源から供給される電力が検出されると、前記自然光追従型駆動が行われないよう、前記スイッチ部により前記照明装置と前記第１電源との電気的接続を断つことを特徴とする。

このような照明システムによれば、第２電源から供給される電力が検出されると、自然光追従型駆動が行われないよう、スイッチ部により照明装置と第１電源との電気的接続が断たれる。つまり、第１電源による駆動と、第２電源による駆動とが、それぞれ独立して行われることになる。したがって、第１電源からの電流が照明装置に流れることはなく、照明装置での過電流を防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る照明システムのブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る照明システムの概略回路構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る照明システムにおける自然光追従型駆動の具体例を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明システムのブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明システムの動作切替部とモード設定部の概略回路構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明システムの動作判定部のブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明システムの設定部の概略外観図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明システムにおける出力特性の概念図である。 従来の照明システムのブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための照明システムを例示するものであって、本発明をこれらに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも均しく適応し得るものである。

［第１実施形態］
図１、図２を参照して、本発明の第１の実施形態に係る照明システムを説明する。なお、図１は本発明の第１実施形態に係る照明システム１のブロック図であり、図２は照明システム１の概略回路構成図である。なお、図９で示した従来の照明システム１００と同一の構成部分に関しては同一の符号を付与している。

第１の実施形態の照明システム１は、従来の照明システム１００と同様に、照明装置であるＬＥＤ管１０が第１の電源へ接続されるとともに、第１の電源と並列に接続された第２の電源にも接続されて構成されている。

ＬＥＤ管１０は、ガラス製や樹脂製等、透過性のある材料からなる円筒状の部材の内部に、複数のＬＥＤが直列に接続された蛍光管タイプのＬＥＤ照明装置である。なお、照明装置としては、ＬＥＤ管１０の他に、電球タイプのＬＥＤ照明装置や、有機発光ダイオードと呼ばれる有機ＥＬ照明装置等、直流電圧によって駆動される照明装置を用いることができる。

第１の電源は、太陽電池１１である。太陽電池１１は、一般的によく知られているため詳細な説明は省略するが、光起電力効果を利用して、太陽光の光エネルギーを直接電力に変換するものである。また、太陽電池１１にも材質等によって様々なものがあるが、何れの太陽電池を用いても構わない。

そして、照明システム１は、第１の電源として太陽電池１１を用い、この太陽電池１１から出力された直流電圧を、昇圧装置や定電圧装置等を介さず、ＬＥＤ管１０の発光に用いることで、特許文献１にも記載されているように、変動する太陽電池１１の出力に連動してＬＥＤ管１０の照度が変化する自然光追従型駆動を行えるようになっている。

この自然光追従型駆動の具体例を図面を用いて説明する。図３は、照明システム１における自然光追従型駆動の具体例を示した概念図である。なお、図３には、建築物である家２の屋根に太陽電池１１が取り付けられており、家２の室内の天井に太陽電池１１と接続するＬＥＤ管１０が取り付けられている照明システム１が示されている。また、第２の電源等に関しては図示していない。

図３（ａ）は、晴天の時のＬＥＤ管１０の照度の状況を矢印Ｌの本数で概念的に示している。晴天の時には太陽電池１１からの出力は最大となっており、これに伴いＬＥＤ管１０の照度も最大（矢印Ｌが４本）となる。一方、図３（ｂ）は、曇りの時のＬＥＤ管１０の照度の状況を矢印Ｌの本数で示している。曇りの時に太陽電池１１からの出力は減少し、これに伴いＬＥＤ管１０の照度も減少（矢印Ｌが２本）する。また、図３（ｃ）は、雨の時のＬＥＤ管１０の照度の状況を矢印Ｌの本数で示している。雨の時に太陽電池１１からの出力は更に減少し、これに伴いＬＥＤ管１０の照度も更に減少（矢印Ｌが１本）する。また、図３（ｄ）は、夜の時のＬＥＤ管１０の照度の状況を示しており、夜の場合には太陽電池１１での発電がなくなり、自然光追従型駆動の場合、ＬＥＤ管１０での発光はなく、照度がゼロ（矢印Ｌがなし）になる。

そして、この照明システム１を用いて自然光追従型駆動を行うことにより、太陽光の入射が少ない部屋（例えば周囲に高層建築物が存在する家）や、太陽光の入射がない部屋（例えば地下室等）において、屋外の天気や、時間の移り変わりによる太陽光の照度の変化を感じることができる。また、照明システム１を用いて自然光追従型駆動を行っても、商用電源からの電力を必要としないため、照明のための余計な電力消費もない。したがって、誰も居ない場所や、不特定の時間に使用されるような場所（例えば家の廊下や公共施設）で使用しても電気代も不要になる。

一方、第２の電源は、本実施形態において、図示しない商用電源である交流電源と、この交流電源のコンセントへ差し込むためのプラグ１３と、交流電圧を直流電圧に変換する変換部であるＡＣ−ＤＣコンバータ１２からなる、直流電源である。

そして、照明システム１は、第２の電源として商用電源を用いた直流電圧をＬＥＤ管１０の発光に用いることで、ＬＥＤ管１０の照度が一定となる安定照度型駆動を行えるようになっている。この照明システム１を用いて安定照度型駆動を行うことにより、例えば、日中の読書や仕事の際に、自然光追従型駆動によるＬＥＤ管１０の照度では暗過ぎる場合に、ＬＥＤ管１０を用いたより明るい照度を得ることができるようになる。また、夜中のような太陽電池１１で発電が行われない場合であれば、安定照度型駆動を行うことで、ＬＥＤ管１０を通常の室内照明として用いることができる。

以上のように、第１の実施形態の照明システム１は、従来の照明システム１００と同様に、照明装置であるＬＥＤ管１０が第１の電源へ接続されるとともに、第１の電源と並列に接続された第２の電源にも接続されて構成されている。そして、図１に示すように、照明システム１は、更に、照明システム１において安定照度型駆動が始動したかどうかを検出するための動作検出部であるＡＣ−ＤＣ動作検出部１５を含んでいる。また、照明システム１は、ＬＥＤ管１０と太陽電池１１との間に、ＬＥＤ管１０と太陽電池１１との電気的接続を行うスイッチ部１６を含んでいる。

ＡＣ−ＤＣ動作検出部１５は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２からＬＥＤ管１０へ電力供給が開始されたことを検出するためのものであり、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２から電力供給が開始されたことによって、照明システム１において安定照度型駆動が始動したことを検出する。

そして、照明システム１は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２から電力供給が開始されたことを検出すると、スイッチ部１６を介して、ＬＥＤ管１０と太陽電池１１との電気的接続を断ち、太陽電池１１で発電された電力がＬＥＤ管１０へ供給できないようになっている。

ＡＣ−ＤＣ動作検出部１５は、具体的には図２に示すように、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２からの電流を制限するための抵抗Ｒ１と、ツェナーダイオード１５ａと、分圧抵抗Ｒ２と、ＮＰＮ型トランジスタＱ１を含んで構成されている。

また、スイッチ部１６は、具体的には図２に示すように、エミッタ側を太陽電池１１の端子側へ接続しコレクタ側をＬＥＤ管１０の端子側へ接続するＰＮＰ型トランジスタＱ２と、コレクタをＱ２のベースと接続し、ベース側をＱ１のコレクタと接続するＮＰＮ型トランジスタＱ３と、バイアス抵抗Ｒ３と、電流制限のための抵抗Ｒ４と、分圧抵抗Ｒ５、太陽電池１１からの出力線と、トランジスタＱ３のベースとの間に接続された抵抗Ｒ６を含んで構成されている。

ＡＣ−ＤＣ動作検出部１５とスイッチ部１６の具体的な動作を説明する。まず、照明システム１で自然光追従型駆動が行われている場合（安定照度型駆動は停止しておりＡＣ−ＤＣコンバータ１２からの電力供給はない場合）、抵抗Ｒ６を流れる電流がトランジスタＱ３のベースに流れ、トランジスタＱ３がＯＮ状態になる。トランジスタＱ３がＯＮ状態になり、コレクタ電流が流れることで、トランジスタＱ２のベースにも電流が流れ、トランジスタＱ２がＯＮ状態となる。したがって、この時には太陽電池１１の発電による電流ＩＳはトランジスタＱ２を流れ、ＬＥＤ管１０へと流れることになる。この電流ＩＳは、太陽電池１１の発電量に応じて変化することになり、太陽電池１１を電源とするＬＥＤ管１０は、変化する電流ＩＳの変動に伴ってその照度を変化させることになる。

一方、照明システム１で安定照度型駆動が始動した場合、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２から電力供給が行われることになり、電圧ＶＤＣが発生し、ＬＥＤ管１０にはＡＣ−ＤＣコンバータ１２から電流ＩＤＣが供給される。この時、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２からの電力供給により、所定電圧に達したツェナーダイオード１５ａからトランジスタＱ１のベースに電流が流れ、トランジスタＱ１がＯＮ状態になる。トランジスタＱ１がＯＮ状態になることで、抵抗Ｒ６を流れる電流がトランジスタＱ１のコレクタ側へ流れることになり、トランジスタＱ３のベースに電流が流れなくなり、トランジスタＱ３がＯＦＦ状態となる。そして、トランジスタＱ３がＯＦＦ状態となることで、トランジスタＱ２もＯＦＦ状態となってしまい、太陽電池１１の発電による電流ＩＳは、ＬＥＤ管１０へ流れなくなってしまう。

したがって、安定照度型駆動が始動すると、ＬＥＤ管１０には、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２から供給される電流ＩＤＣのみが流れることになり、太陽電池１１側からの電流ＩＳはＬＥＤ管１０へ流れなくなる。そのため、特許文献１のような照明システム１００で問題となる、安定照度型駆動の際にＬＥＤ管１０へ太陽電池１１からの電流ＩＳが流れ込む過電流によるＬＥＤ管１０の故障や破損は、照明システム１では生じない。

そして、照明システム１で安定照度型駆動が停止すると、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２からの電力供給が停止し、電圧ＶＤＣの低下とともに、ツェナーダイオード１５ａからトランジスタＱ１のベースに電流が流れなくなり、トランジスタＱ２、Ｑ３がＯＮ状態となり、再び太陽電池１１からＬＥＤ管１０への電力供給が開始され電流ＩＳが流れることになる。

なお、照明システム１において第２電源を用いた安定照度型駆動を始動する方法としては、例えば、ユーザがプラグ１３を交流電源のコンセント差し込むことで安定照度型駆動を始動してもよい。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２とプラグ１３との間にＡＣ−ＤＣコンバータ１２とプラグ１３との電気的接続を行うスイッチを設けておき、スイッチをＯＮすることにより安定照度型駆動を始動してもよい。このようにＡＣ−ＤＣコンバータ１２とプラグ１３との間にスイッチを設けておくことにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２での待機電力による無駄な電力消費を防ぐことができる。

また、実施形態１の照明システム１には、照明システム１００と同様に、太陽電池１１側からの電流ＩＳがＡＣ−ＤＣコンバータ１２側へ流れることを防止する逆流防止のためのダイオード１４ａがＬＥＤ管１０とＡＣ−ＤＣコンバータ１２との間に接続されている。また、ＬＥＤ管１０とスイッチ部１６との間にはダイオード１４ｃが接続されている。このダイオード１４ｃは、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２側からの電流ＩＤＣからスイッチ部１６を保護するためのものである。なお、電流制限抵抗Ｒ９は、自然光追従型駆動において、ＬＥＤ管１０へ供給される電流ＩＳを制限するためのものである。

また、実施形態１の照明システム１には、自然光追従型駆動が行われていることを知らせるための追従駆動報知部が設けられている。具体的には、追従駆動報知部は、図２に示すように一方を電流制限抵抗Ｒ７を介して太陽電池１１側からの出力線に接続し、他方をトランジスタＱ３のコレクタに接続した発光ダイオード１７である。そして、自然光追従型駆動が行われている間は、発光ダイオード１７にも電流が流れ、発光ダイオード１７が発光することで、照明システム１を使用するユーザに、自然光追従型駆動が行われていることを視覚的に報知することができる。なお、安定照度型駆動が行われている際には、トランジスタＱ３がＯＦＦ状態となり発光ダイオード１７に電流が流れなくなるため、発光ダイオード１７は発光しない。

また、実施形態１の照明システム１には、更に、安定照度型駆動が行われていることを知らせるため安定駆動報知部が設けられている。具体的には、安定駆動報知部は、図２に示すように、一方をＡＣ−ＤＣコンバータ１２側からの出力線と電流制限抵抗Ｒ８を介して接続し、他方をグランドラインに接続した発光ダイオード１８である。そして、安定照度型駆動が始動すると、発光ダイオード１８にも電流が流れ、発光ダイオード１８が発光することで、ユーザに、安定照度型駆動が行われていることを視覚的に報知することができる。なお、安定照度型駆動が停止している間は、発光ダイオード１８に電流が流れなくなるため、発光ダイオード１８は発光しない。

このように、追従駆動報知部や安定駆動報知部を設けておくことによって、照明システム１での駆動状況をユーザは簡単に知ることができる。なお、本実施形態においては追従駆動報知部や安定駆動報知部として発光ダイオードを用い、視覚的に報知する方法を用いているが、音声を用いて聴覚的に報知する方法等、他の報知方法でも構わない。

［第２実施形態］
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施形態に係る照明システムを説明する。なお、図４は本発明の第２実施形態に係る照明システム１Ａのブロック図である。また、第１実施形態に係る照明システム１と同一の構成部分に関しては同一の符号を付与するとともに、その詳細な説明は省略する。

まず、先に述べた第１実施形態の照明システム１には、自然光追従型駆動を行うモード（以下、追従型モード）と、安定照度型駆動を行うモード（以下、安定型モード）がある。そして、通常、照明システム１は追従型モードになっており、ユーザ自らが安定型モードへ設定することにより、安定型モードが始動するようになっている。したがって、先に述べた照明システム１の場合、日中に照度不足を感じたユーザは、ユーザ自らが安定型モードへ設定を変更する必要がある。

また、特許文献１に記載されているような照明システムを用いて、室内の照度不足の際に、交流電源側を電源として用いようとすると、ユーザ自らが交流電源側での駆動を行うよう設定する必要が生じるため、ユーザにとっては非常に煩わしい。特に会社や公共施設のような多くの人間が居る場所で特許文献１のような照明システムを用いると、誰が設定を変更するのか等の問題も生じる。

そこで、第２実施形態の照明システム１Ａは、ユーザがわざわざ安定型モードへ設定を変更する必要のない照明システムとなっている。

具体的には、照明システム１Ａには、追従型モードと安定型モードの他に、安定照度型駆動の始動と停止を自動的に切替える自動切替え型モードが備わっている。そして、この自動切替え型モードは、図４に示した、太陽電池１１の出力を基にして安定照度型駆動の始動と停止の判定を行う動作判定部１９と、この動作判定部１９の判定により安定照度型駆動の始動と停止を切替える動作切替部２０と、により行われる。また、追従型モードと、安定型モードと、自動切替え型モードを備える照明システム１Ａには、ユーザの好みに応じてモード設定が行えるよう、モード設定部２１が更に備わっている。

次に、この動作判定部１９と、動作切替部２０と、モード設定部２１の詳細について、図面を用いて説明する。図５は、照明システム１Ａの動作切替部２０とモード設定部２１の概略回路構成図である。図６は、照明システム１Ａの動作判定部１９のブロック図である。

まず、動作切替部２０には、プラグ１３の電圧線側とつながる端子ａ１と、中性線側とつながる端子ａ３が設けられている。また、動作切替部２０には、端子ａ１から伸びる電圧線が途中で電圧線ｖ１とｖ２に分岐しており、一方の電圧線ｖ１は後述するリレー２４を介して端子ｂ１へと接続し、もう一方の電圧線ｖ２は端子ｂ２へと接続している。そして電圧線ｖ１は、更に端子ｂ１からモード設定部２１の端子ｃ１へつながっている。また、電圧線ｖ２は、端子ｂ２からモード設定部２１の端子ｃ２へつながっている。

モード設定部２１には、モードを選択するための二つの切替えスイッチ２２、２３が設けられている。なお、図７はモード設定部２１の概略外観図である。そしてこのようなモード設定部２１は、室内の壁等に嵌め込まれて設置されており、ユーザによってスイッチ２２、２３が操作されることによって、ユーザの好みのモードが設定されることになる。

スイッチ２２は、追従型モードを設定するＭ１と、安定型モードを設定するＭ２の切替えスイッチである。また、スイッチ２３は、安定型モードを設定するＭ２と自動切替え型モードを設定するＭ３の切替えスイッチである。

そして、モード設定部２１の内部には、スイッチ２２のＭ１に対応する接点２２ａと、スイッチ２２のＭ２に対応する接点２２ｂが設けられており、また、スイッチ２３のＭ２に対応する接点２３ａと、スイッチ２３のＭ３に対応する接点２３ｂが設けられている。そして、端子ｃ１を介して電圧線ｖ１は接点２３ｂとつながっており、端子ｃ２を介して電圧線ｖ２は接点２３ａとつながっている。そして電圧線は、モード設定部２１の端子ｄ１からＡＣ−ＤＣコンバータ１２へとつながっている。

なお、端子ａ３から伸びる中性線は、動作切替部２０の端子ｂ３からモード設定部２１の端子ｃ３へとつながり、モード設定部２１の端子ｄ３からＡＣ−ＤＣコンバータ１２へとつながっている。

次にモード設定の具体例を説明する。
［追従型モード］
追従型モードは、スイッチ２２をＭ１側へ設定する。この場合、電圧線はスイッチ２２で断線状態となる。したがって、交流電源からの電力がプラグ１３を介してＡＣ−ＤＣコンバータ１２へ供給されることはなく、太陽電池１１の電力のみが電源として使用されるため、照明システム１Ａは、スイッチ２２で設定した追従型モードＭ１になる。なお、追従型モードでは、スイッチ２３の状態がＭ２、Ｍ３の何れに設定されていても構わない。

［安定型モード］
安定型モードは、スイッチ２２をＭ２側へ設定するとともに、スイッチ２３をＭ２側へ設定する。この場合、電圧線ｖ２側を通じて交流電源とＡＣ−ＤＣコンバータ１２とが接続することになるので、交流電源からの電力がＡＣ−ＤＣコンバータ１２へ常に供給されることになる。

［自動切替え型モード］
自動切替え型モードは、スイッチ２２をＭ２側へ設定するとともに、スイッチ２３をＭ３側へ設定する。この場合、図５、図７に示す通り、電圧線ｖ１側を通じて交流電源とＡＣ−ＤＣコンバータ１２とが接続することになる。したがって、動作切替部２０において、リレー２４のｏｎとｏｆｆの状態によって、交流電源とＡＣ−ＤＣコンバータ１２との接続（リレー２４がｏｎ）、非接続（リレー２４がｏｆｆ）が切替ることになる。

交流電源とＡＣ−ＤＣコンバータ１２とが接続状態になると照明システム１Ａでは、安定照度型駆動が始動することになり、交流電源とＡＣ−ＤＣコンバータ１２とが非接続状態になると照明システム１Ａでは、安定照度型駆動が停止することになる。そして、この動作切替部２０におけるリレー２４のｏｎとｏｆｆの切替えは、動作判定部１９の判定によって行われる。

次に、この動作判定部１９の詳細について説明する。動作判定部１９では、太陽電池１１の出力を基にして、安定照度型駆動の始動と停止の判定が行われる。

つまり、天候が晴天で、太陽電池１１の出力が大きい状況であれば、太陽電池１１を電源とするＬＥＤ管１０の照度も十分高いので、ＬＥＤ管１０を第２の電源を用いて駆動する必要はないが、天候が晴天からくもりや雨に変わり、太陽電池１１の出力が減少してくると、太陽電池１１の出力の変動に連動するＬＥＤ管１０の照度も下がり、室内の照度不足が発生するおそれがある。したがって、動作判定部１９は、太陽電池１１の出力の減少時において、出力が所定の基準より低下した場合には、室内の照度不足を防ぐため、安定照度型駆動の始動を判定する。

一方、天候が回復し、太陽電池１１の出力が増加してくると、太陽電池１１の出力によってＬＥＤ管１０を点灯させたとしても、室内の照度不足は解消される。したがって、動作判定部１９は、太陽電池１１の出力の増加時において、出力が所定の基準を超えた場合には、安定照度型駆動を行う必要がないため、安定照度型駆動の停止を判定する。

本実施形態における動作判定部１９は、具体的には図６のブロック図に示すように、明暗レベル検出部２５、切替判定部２６、電源部２７を含んで構成されている。なお、電源部２７は、太陽電池１１の出力電圧ＶＳＰを降圧して、定電圧Ｖｃｃを生成するものである。そして、電源部２７は、この定電圧Ｖｃｃを後述するコンパレータ３１ａ、３１ｂ等の電源電圧として供給する。この時、電源部２７は、商用電源等を用いることなく、太陽電池１１の出力によって駆動するため、商用電源等からの余計な電力消費を抑えることができる。

明暗レベル検出部２５は、太陽電池１１での出力が増加する過程で、安定照度型駆動を停止する基準となる明基準値ＢＨよりも出力が高くなったタイミングを検出する明レベル検出部２８と、太陽電池１１での出力が減少する過程で、安定照度型駆動を開始する基準となる暗基準値ＢＬよりも出力が低くなったタイミングを検出する暗レベル検出部２９と、を含んで構成されている。

より具体的には、明レベル検出部２８は、明基準値ＢＨを設定する明暗レベル設定部３０と、コンパレータ３１ａと、波形整形部３２ａと、を含んで構成されている。また、暗レベル検出部２９は、明レベル検出部２８と同様に暗基準値ＢＬを設定する明暗レベル設定部３０と、コンパレータ３１ｂと、波形整形部３２ｂと、を含んで構成されている。なお、明暗レベル設定部３０は、明基準値ＢＨや暗基準値ＢＬとなる基準電圧を設定するものであり、電源部２７で出力された定電圧Ｖｃｃから抵抗分圧によってそれぞれの基準電圧を設定する。また、明基準値ＢＨや暗基準値ＢＬの基準電圧を、例えばディップスイッチによりユーザが調整できるようにしておくことで、任意の値に設定できる構成が好ましい。

また、明暗レベル検出部２５は、太陽電池１１の出力に連動して照度が変化する判定用照明装置である判定用ＬＥＤ管３３を更に備えている。この判定用ＬＥＤ管３３は、ＬＥＤ管１０と並列につながっており、太陽電池１１のみを電源として駆動する。したがって、判定用ＬＥＤ管３３は、常に自然光追従型駆動になっており、太陽電池１１の出力に連動して照度も変化する。なお、判定用ＬＥＤ管３３に代えて、ＬＥＤ管１０と同様の特性を持ったダイオードに置き換えることも可能である。また、判定用ＬＥＤ管３３に代えて、抵抗を用いることも可能だが、その際には太陽電池１１の出力がＬＥＤ管１０を駆動するのに十分であるか否かを正確に判定することは非常に難しい。

そして、この判定用ＬＥＤ管３３を流れる電流ＩＳＰを用いてコンパレータ３１ａとコンパレータ３１ｂでの比較を行う。具体的には、コンパレータ３１ａは、電流検出抵抗Ｒ７の電圧と、明暗レベル設定部３０で設定された明基準値ＢＨとを比較し、明基準値ＢＨよりも大きくなればＨｉを出力する。コンパレータ３１ｂも、電流検出抵抗Ｒ７の電圧と、明暗レベル設定部３０で設定された暗基準値ＢＬとを比較し、暗基準値ＢＬよりも大きくなれば、Ｈｉを出力する。

この点に関して、図８の出力特性概念図を用いて説明する。図８は、照明システム１Ａにおける一日の時間経過に伴って変化する各出力の特性を概念的に示したものである。図８の最上段には、一日における天候の変化等を示しており、期間Ａは夜の時間帯、期間Ｂは朝の時間帯、期間Ｃは晴れの時間帯、期間Ｄは曇りの時間帯、期間Ｅは雨の時間帯、期間Ｆは曇りの時間帯、期間Ｇは快晴の時間帯、期間Ｈは夕方の時間帯、期間Ｉは夜の時間帯、を示している。

図８のＶＳＰには、期間Ａ〜Ｉにおいて、太陽電池１１での発電により生じた電圧の、出力変化を示している。期間Ｂにおいて日の出に伴いＶＳＰは徐々に増加していく。そして、天候が悪化する期間Ｄの曇りから期間Ｅの雨に向かってＶＳＰは徐々に減少していく。そして、天候が回復する期間Ｆの曇りから期間Ｇの快晴に向かって、またＶＳＰは増加していく。そして、期間Ｈにおいて夕方、日の沈みに伴いＶＳＰは徐々に減少し、期間Ｉの夜には、ＶＳＰは０となる。

図８のＶｃｃには、電源部２７で出力される定電圧を示している。動作判定部１９に設けられた電源部２７では、太陽電池１１での発電が開始されると、それに伴い、定電圧Ｖｃｃを出力する。

図８のＩＳＰには、ＶＳＰに対応して、判定用ＬＥＤ管３３を流れる電流の、期間Ａ〜Ｉにおける出力変化を示している。ＩＳＰは、ＶＳＰと略同様の出力特性となる。そして、コンパレータ３１ａで明基準値ＢＨとの比較が行われ、明基準値ＢＨよりもＩＳＰが大きくなれば、コンパレータ３１ａはＨｉを出力する。また、コンパレータ３１ｂで暗基準値ＢＬとの比較が行われ、ＩＳＰが暗基準値ＢＬよりも大きくなれば、コンパレータ３１ｂはＨｉを出力する。

そして、明レベル検出部２８は、太陽電池１１での出力が増加する過程で、明基準値ＢＨよりも高くなったタイミングを検出するため（図８におけるＢＨ１、ＢＨ２のタイミング）、コンパレータ３１ａの出力をもとに波形整形部３２ａで、ＢＨ１とＢＨ２のタイミングでパルス信号を出力し、このパルス信号を切替判定部２６を構成するフィリップフロップ３４のセットＳへ入力する。なお、このパルス信号の出力は、波形整形部３２ａを構成する微分回路で、コンパレータ３１ａの出力が変化する立上がりと立下りを検出し、ダイオードを用いて立ち上がり側だけを出力し、波形整形することにより行っている。

一方、暗レベル検出部２９は、太陽電池１１での出力が減少する過程で、暗基準値ＢＬよりも低くなったタイミングを検出するため（図８におけるＢＬ１、ＢＬ２のタイミング）、コンパレータ３１ｂの出力をもとに波形整形部３２ｂで、ＢＬ１とＢＬ２のタイミングでパルス信号を出力し、このパルス信号を切替判定部２６を構成するフィリップフロップ３４のリセットＲへ入力する。なお、このパルス信号の出力は、波形整形部３２ｂを構成する微分回路で、コンパレータ３１ｂの出力が変化する立上がりと立下りを検出し、ダイオードを用いて立ち下がり側だけを出力し、波形整形することにより行っている。

そして、明暗レベル検出部２５からの出力をもとにして、切替判定部２６で安定照度型駆動の始動と停止の判定が行われる。切替判定部は、上記したフリップフロップ３４と、リレー駆動部３５を含んで構成されている。

フリップフロップ３４は、図８に示すようにセットＳにパルス信号が入力すると、出力ＱでＨｉｇｈレベル信号を出力し、リセットＲに入力があるまでその出力を維持する。そして、リセットＲにパルス信号が入力すると、出力ＱでＬｏｗレベル信号を出力し、次にセットＳに入力があるまでその出力を維持する。

リレー駆動部３５では、図８のリレー接点ＮＣで示すように、フリップフロップ３４の出力ＱがＨｉｇｈレベル信号だと、動作切替部２０のリレー２４を駆動し、リレー２４のリレー接点ＮＣをｏｆｆ側に接続し、一方、フリップフロップ３４の出力ＱがＬｏｗレベル信号だと、リレー２４のリレー接点ＮＣをｏｎ側に接続する。

つまり、図８に示すように動作判定部１９では、明暗レベル検出部２５において、太陽電池１１での出力が増加する過程で、明基準値ＢＨよりも出力が高くなるタイミング（ＢＨ１とＢＨ２）を検出すると、切替判定部２６において、動作切替部２０のリレー２４をｏｎする信号が出力される。そして、図５、図８に示すように、リレー２４がｏｎすると、リレー接点ＮＣがｏｆｆされ、交流電源とＡＣ−ＤＣコンバータ１２とは非接続状態となり、照明システム１Ａでは、安定照度型駆動が停止状態となる。したがって、照明システム１Ａでは、自然光追従型駆動が行われることになる。

一方、図８に示すように動作判定部１９では、明暗レベル検出部２５において、太陽電池１１での出力が減少する過程で、暗基準値ＢＬよりも出力が低くなるタイミング（ＢＬ１とＢＬ２）を検出すると、切替判定部２６において、動作切替部２０のリレー２４をｏｆｆする信号が出力される。そして、図５、図８に示すように、リレー２４がｏｆｆすると、リレー接点ＮＣがｏｎされ、交流電源とＡＣ−ＤＣコンバータ１２とは接続状態となり、照明システム１Ａでは、安定照度型駆動が始動状態となる。

したがって、照明システム１Ａでは、安定照度型駆動が始動し、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２から、ＬＥＤ管１０へ電極供給が行われることになる。そして、照明システム１と同様に、照明システム１Ａは、ＡＣ−ＤＣ動作検出部１５で、ＬＥＤ管１０へ電力供給が開始されたことを検出し、スイッチ部１６を介して、ＬＥＤ管１０と太陽電池１１との電気的接続を断ち、太陽電池１１で発電された電力がＬＥＤ管１０へ供給できないようになっている。そのため、ＬＥＤ管１０には、ＡＣ−ＤＣコンバータ１２から供給される電流ＩＤＣのみが流れることになり、太陽電池１１側からの電流ＩＳはＬＥＤ管１０へ流れなくなるため、過電流によるＬＥＤ管１０の故障や破損が、照明システム１Ａで生じることはない。

なお、明基準値ＢＨと暗基準値ＢＬは、同じ値でも構わないが、本実施形態のように異なる値を用いた方が好ましい。明基準値ＢＨと暗基準値ＢＬを同じ値にしておくと、太陽電池１１の出力が基準値を挟んで頻繁に変動した時に、自然光追従型駆動と安定照度型駆動とが頻繁に切り替わることになり、ＬＥＤ管１０の照度が頻繁に変化してしまい、ユーザに不快感が生じることになるからである。

また、照明システム１ＡではＬＥＤ管１０が一つだけであったが、照明装置であるＬＥＤ管１０が複数あっても構わない。この場合に、太陽電池１１からの電力供給は限られているため、照明装置が増えるとその分、動作判定部１９で検出される電流が減ることになる。電流が減ると、動作判定部１９では安定照度型駆動の始動を判定する。そして安定照度型駆動に切替ると、今度はＬＥＤ管１０で太陽電池１１からの電力が消費されないため、太陽電池１１からの電力供給が増えることになり、動作判定部１９では安定照度型駆動の停止を判定し、自然光追従型駆動に変わってしまう。そしてまた、ＬＥＤ管１０での電力消費が増え、動作判定部１９での電流が減ることになり、安定照度型駆動の始動が判定される。このように、特に照明装置の数が増えるほど、安定照度型駆動の始動と停止の判定が繰り返される状況になりやすくなるので、明基準値ＢＨと暗基準値ＢＬは、異なる値を用いて、所謂ヒステリシスに制御した方が好ましい。

また、ＬＥＤ管１０を複数用いる場合、ＬＥＤ管１０毎に、モード設定部２１を設けておき、ＬＥＤ管１０毎にモード設定が行えるようにしておくのがよい。

また、第２の電源として、商用電源である交流電源と、プラグ１３と、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ１２と、からなる直流電源を用いているが、第２の電源は、安定照度型駆動が行えるものであれば、他の構成であってもよく、例えば蓄電池からなるものでも構わない。

以上のように、照明システム１Ａは、照明装置と、太陽電池からなる第１電源と、前記第１電源と並列に接続された第２電源と、を備え、前記第１電源を用いて前記太陽電池の出力に連動して前記照明装置の照度が変化する自然光追従型駆動と、前記第２の電源を用いて前記照明装置の照度が一定となる安定照度型駆動と、を行うことのできる照明システムであって、前記太陽電池の出力を基にして、前記安定照度型駆動の始動と停止の判定を行う動作判定部と、前記動作判定部の判定により、前記安定照度型駆動の始動と停止を切替える動作切替部と、を備えることを特徴としている。

したがって、動作判定部で、安定照度型駆動の始動と停止の判定が行われ、その判定により動作切替部で安定照度型駆動の始動と停止が行われることになるので、自然光追従型駆動での照度不足が生じた際に、ユーザ自らが安定照度型駆動への切替えを行う必要がない。つまり、照明システムでは自動的に自然光追従型駆動と安定照度型駆動の切替えが行われる。

更に、照明システム１Ａは、前記動作判定部は、出力の増加時において、前記安定照度型駆動を停止する基準となる明基準値より高いか低いかを検出する明レベル検出部と、前記出力の減少時において、前記安定照度型駆動を始動する基準となる暗基準値より高いか低いかを検出する暗レベル検出部と、前記明レベル検出部と前記暗レベル検出部からの出力に基づいて前記安定照度型駆動の始動と停止を判定する切替判定部と、を備えており、前記明基準値と前記暗基準値とは異なる値であることを特徴としている。

したがって、安定照度型駆動の始動と停止とで基準値が異なるので、頻繁な切替えによる照度のちらつきを防止することができる。

更に、照明システム１Ａは、前記動作判定部は、前記第１電源を用いて前記太陽電池の出力に連動して照度が照度が変化する判定用照明装置を備え、前記判定用照明装置へ流れる電流をもとにして、前記明レベル検出部と前記暗レベル検出部における検出を行うことを特徴としている。

したがって、この判定用照明装置を常時自然光追従型駆動の照明装置として、例えばインテリア用の照明等に利用することができる。

更に、照明システム１Ａは、前記自然光追従型駆動を行う追従型モードと、前記安定照度型駆動を行う安定型モードと、前記動作判定部と前記動作切替部により前記安定照度型駆動の始動と停止を切替える自動切替え型モードの、何れかに設定できるモード設定部を備えることを特徴としている。

したがって、ユーザは、設定部によって好みのモードに設定することができる。

更に、照明システム１Ａは、前記安定照度型駆動が行われると、前記自然光追従型駆動が行われないよう、前記照明装置と前記第１電源との電気的接続を断つスイッチ部と、を備えることを特徴としている。

したがって、第２電源を用いて駆動している際に、第１電源からの電流が照明装置に流れ込むことはないので、照明装置での過電流を防止することができる。

そして、このような照明システム１Ａは、例えば、オフィスの照明システムや、公共施設の照明システムとして利用すると、日中は太陽電池１１による出力により室内を照らすので、電気代が不要となり、また省エネにもなる。また、自動切替え型モードに設定しておけば、日中、くもりや雨で太陽電池１１の出力が低下した場合に、自動的に安定照度型駆動になるので、わざわざ誰かが切替える必要もないため非常に便利である。

なお、実施形態１、実施形態２において、ＡＣ−ＤＣ動作検出部１５の構成としてツェナーダイオード１５ａ等を用いたものを示したが、このような構成以外に、例えばコンパレータ等を用いてＡＣ−ＤＣコンバータ１２から電力供給が開始されたことを検出するような構成でも構わない。コンパレータを用いることにより、ツェナーダイオードに比べばらつきの少ない検出が可能となる。また、実施形態２において、動作切替部２０の構成としてリレー２４を用いたものを示したが、例えば、半導体スイッチを用いる等、他の構成でも構わない。

１、１Ａ 照明システム
１０ ＬＥＤ管
１１ 太陽電池
１２ ＡＣ−ＤＣコンバータ
１５ ＡＣ−ＤＣ動作検出部
１６ スイッチ部
１９ 動作判定部
２０ 動作切替部
２１ モード設定部

Claims (5)

1. 照明装置と、
   太陽電池からなる第１電源と、
   前記第１の電源と並列に接続された直流の第２電源と、を備え、
   前記第１電源を用いて前記太陽電池の出力に連動して前記照明装置の照度が変化する自然光追従型駆動と、
   前記第２電源を用いて前記照明装置の照度が一定となる安定照度型駆動と、
   を行うことのできる照明システムであって、
   前記安定照度型駆動が行われると、前記第２電源から供給される電力を検出する動作検出部と、
   前記照明装置と前記第１電源との電気的接続を行うスイッチ部と、を備え、
   前記動作検出部により前記第２電源から供給される電力が検出されると、前記自然光追従型駆動が行われないよう、前記スイッチ部により前記照明装置と前記第１電源との電気的接続を断つことを特徴とする照明システム。
2. 前記第２電源は、
   交流電源と、交流電圧を直流電圧に変換する変換部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
3. 前記交流電源と前記変換部との間に、前記自然光追従型駆動と、前記安定照度型駆動の何れかを設定できる設定部を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の照明システム。
4. 前記太陽電池の出力をもとにして、前記自然光追従型駆動と前記安定照度型駆動とが切替ることを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
5. 前記自然光追従型駆動が行われていることを知らせる追従駆動報知部と、
   前記安定照度型駆動が行われていることを知らせる安定駆動報知部と、を更に備えることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の照明システム。