JP6381985B2 - 太陽電池電源装置 - Google Patents

Description

この発明は、太陽光を利用して発電した電力を二次電池に蓄電して利用可能とする太陽電池電源装置に関し、より詳しくは、簡素な構成で軽量化を図ることができるような太陽電池電源装置に関する。

日中に太陽光で発電してその電力を充電し、夜間に照明などに利用することが行われている。そのための装置のひとつに、下記特許文献１に開示された太陽電池電源装置がある。

この装置は、支柱の上端に固定される連結部を裏面に有した方形板状のベース部を備え、このベース部の表面にベース部と同じ大きさの太陽電池パネルを固定し、ベース部の裏面に二次電池を収納した電池ボックスを着脱可能に固定し、この電池ボックスを電池カバーで被覆するという構成である。つまり、太陽電池電源装置はベース部の表裏両面にそれぞれ必要な部材を固定して構成されている。このため、ベース部には強度が要求されるので、概略矩形状で厚手の金属板で構成されている。

しかし、厚手のベース部の表裏両面にそれぞれ部材を重ねる構成であるので組み立て時の部品点数が多く作業が煩雑であるうえに、部材の構成、特にベース部の構成が複雑になる。またベース部の裏面に固定する電池ボックスは連結部を避けて固定しなければならないので、固定態様や固定数が限定されるという難点もある。さらに、ベース部を中心とする全体の厚さが厚い。特に、二次電池が円柱状である場合には更に厚くなる。そのうえ装置の重さが重くなる。

特許第５２４１７４５号公報

そこで、この発明は、構成が簡素であるとともに軽量化も図れるようにすることを主な目的とする。

そのための手段は、太陽電池パネルで発電した電力を二次電池に充電する太陽電池電源装置であって、傾斜姿勢で支えられる支持板を備え、前記支持板が表面側で突出する起立壁を周縁部に有する皿状であり、該支持板の表面に、前記二次電池を固定する二次電池固定部と、該二次電池固定部に固定される前記二次電池よりも表面側に前記太陽電池パネルを固定する受け部を備え、前記二次電池が方形板状のリチウムイオン電池である、太陽電池電源装置である。

この構成では、支持板の二次電池固定部に二次電池を固定した状態で、支持板の受け部に太陽電池パネルを固定して組み立てる。二次電池である方形板状のリチウムイオン電池は薄く軽量であり、支持板の裏面から太陽電池パネルの表面までの厚さの増大を抑制する。

この発明によれば、一つの部材の表裏両面に他の部材を固定する構成ではなく、二次電池を固定した支持板に太陽電池パネルを固定する構成であるので、構成が簡素であり、組み立ては容易に行える。また、二次電池として方形板状のリチウムイオン電池を用い、この二次電池固定部を支持板の表面に形成する構成であるので、二次電池を固定しつつ支持板の強度を得る構成とすることが可能で、全体の厚さを抑えるとともに、軽量化を図ることもできる。

太陽電池電源装置を用いた照明装置の側面図。 太陽電池電源装置の側面図。 太陽電池電源装置を左右方向で切断した断面図。 太陽電池電源装置の背面図。 支持板の斜視図。 リチウムイオン電池と収納ケースを示す一部断面正面図。 リチウムイオン電池の正面図。 縁部材の側面図。 収納ケースの本体の平面図。 収納ケースの他の例を示す分離状態の斜視図。 組み立て過程を示す断面図。

この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図１は、太陽電池電源装置１１を用いた照明装置７１の側面図である。この照明装置７１は街路灯や誘導灯などとして使用される。

太陽電池電源装置１１は、太陽電池パネル２１で発電した電力を二次電池３１に充電する（図２参照）とともに二次電池３１にためた電力を使用するものである。つまり二次電池に充填された電力は照明に用いられる。

照明装置７１は、地面や路面に立設された支持体７２と、支持体７２の上部に固定された照明器具７３と、支持体７２における照明器具７３より上である上端部に固定された太陽電池電源装置１１を備えている。

支持体７２は柱状で、鉛直上向きにのびている。支持体７２の長さや太さ、形状は、用途や設置場所等に応じて適宜設定される。図示例の支持体７２は中空の円柱状である。

照明器具７３は、適宜のものを使用できるが、消費電力を抑え十分な明るさを得る観点から、ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた器具を使用するのが好ましい。照明器具７３は、支持体７２の外周面に固定金具７４による締め付けで固定される。

太陽電池電源装置１１は、図２に示したように、発電のための太陽電池パネル２１と、充電のための二次電池３１と、これらを固定する支持板４１を有する。太陽電池パネル２１は支持板５１の表面に固定され、二次電池３１は支持板５１の表面であって太陽電池パネル２１の裏側に固定される。

太陽電池パネル２１は、公知の構造であり、表面から強化ガラス（図示せず）、太陽電池セル（図示せず）、バックシート（図示せず）などを備えた方形板状の太陽電池モジュール２２を方形枠状のアルミフレーム２３で保持して構成されている。アルミフレーム２３の背面側には、図２の破線と、太陽電池電源装置１１を左右方向で切断した断面図である図３に示したように、太陽電池モジュール２２を浮かせる脚片２４と、脚片２４の下端から内周側に張り出す張り出し片２５を有している。脚片２４はアルミフレーム２３の全周にわたって同一幅に形成されている。同様に張り出し片２５も、太陽電池電源装置１１の背面図である図４に示したように、アルミフレーム２３の全周にわたって同一幅に形成されている。

支持板５１は薄い金属板で形成されており、支持体７２の上に傾斜姿勢で支えられる。傾斜姿勢とは、水平方向に対しても垂直方向に対しても傾斜した姿勢であり、換言すれば、水平にした板の一方側を下げた、又は上げた姿勢である。図示例の支持板５１は、前述のような方形板状の太陽電池パネル２１を支持するため図５に示したように平面視方形状に形成されている。つまり、この支持板５１の四辺のうちの一辺（下辺）を、これに相対向する辺（上辺）よりも下方に下げ、左右の両辺が平行に傾斜する姿勢となるように支持体７２に対して固定される。この固定は、不動状態での固定のほか、回転や傾動が可能な固定であってもよい。

傾斜姿勢での支持を可能にするため、支持板５１の裏面には、図２、図４に示したように、支持体７２の上端部に連結するための金属製の連結管５２を、支持板５１の裏面に対して斜めに備えている。連結管５２の固定角度、つまり支持板５１の傾斜角度は適宜設定される。

連結管５２の形成位置は、図３に示したように、支持板５１の裏面における左右方向の中間位置である。連結管５２は円筒状であり、連結管５２の下端には、連結管５２の長手方向を鉛直方向に向けたときに水平になる開口５２ａを備えている。連結管５２の下部の外周面には周方向に沿って複数の貫通穴５２ｂが形成され、この貫通穴５２ｂにナット５２ｃが固定されている。

支持板５１は方形状の底板５３を有し、この底板５３における太陽電池パネル２１や二次電池３１を固定する側である表面に、図３に示したように、二次電池３１を固定する二次電池固定部５４と、二次電池固定部５４に固定される二次電池３１よりも表面側に太陽電池パネル２１を固定する受け部５５を備えている。

底板５３は、表面側で垂直に突出する起立壁５６を周縁部、つまり上下両縁（下辺および上辺）と左右両側縁の全周に有する皿状である。起立壁５６のうち左右両側縁の左右起立壁（左側起立壁５６ａと右側起立壁５６ｂ）は、上下両側の上下起立壁（上側起立壁５６ｃと下側起立壁５６ｄ）よりも突出長さが長く、先端に受け部５５を有している。

受け部５５を支持板５１における傾斜して上下方向で高低差を有する左右両側に形成し、支持板５１の上下両側に、太陽電池パネル２１の裏側への通気を可能とする通気空間５７を備えている（図２参照）。

受け部５５は、左側起立壁５６ａと右側起立壁５６ｂの先端を左右方向外側に向けて屈曲して形成した形状で、左側起立壁５６ａや右側起立壁５６ｂと同じ長さの細幅板状である。受け部５５の幅は、太陽電池パネル２１を固定するのに必要な適宜の幅であり、太陽電池パネル２１を固定したときに図４に示したように受け部５５が太陽電池パネル２１のアルミフレーム２３の張り出し片２５に重なり、左右方向外側から突き出さない位置に受け部５５が形成されている。太陽電池パネル２１を固定するため、受け部５５は、適宜位置に複数個の貫通穴５８を有する。

左側起立壁５６ａと右側起立壁５６ｂの突出長さ（高さ）は、図３に示したように、二次電池固定部５４に固定される二次電池３１の厚さよりも長く設定される。これにより、二次電池３１と太陽電池パネル２１との間に隙間５９が形成される。つまり、受け部５５の高さは、二次電池固定部５４に固定された二次電池３１と太陽電池パネル２１との間に隙間５９をつくる高さである。

一方、上側起立壁５６ａと下側起立壁５６ｂの突出長さ（高さ）は、左側起立壁５６ａと右側起立壁５６ｂの高さよりも短く、支持板５３の強度を得るのに必要な適宜の長さに設定されている。これにより、強度を得ながらも、上側起立壁５６ａと下側起立壁５６ｂの上に、二次電池３１と太陽電池パネル２１との間の隙間５９を外部と連通するための、前述の通気空間５７が広く形成される（図２参照）。

また、支持板５１の上下方向の長さ（上側起立壁５６ｃと下側起立壁５６ｄをつなぐ長さ）は、これに対応する太陽電池パネル２１の上下方向の長さよりも短い。逆に言えば、支持板５１に固定する太陽電池パネル２１の上下方向の長さが支持板５１の上下方向の長さよりも長く形成されている。

支持板５１の底板５３の表面における左右方向中間位置、すなわち底板５３裏面の連結管５２に対応する位置に、図３、図５に示したように、上下起立壁の間（上側起立壁５６ｃと下側起立壁５６ｄとの間）を接続して上下方向に延びる補強部６０が形成されている。補強部６０は、金属製のアングル材を溶接等により固定して形成される。アングル材の固定では、直角をなす両片の先端を底板５３の表面に接合させる。

底板５３の表面における補強部６０によって区分される左右の２箇所の部分が二次電池固定部５４である。二次電池固定部５４の四隅部分には、二次電池を固定するための貫通穴６１が形成されている。

底板５３における二次電池固定部５４を含む部分には、厚さ方向に貫通する切欠き６２が複数形成されている。切欠き６２は適宜大の円形の貫通穴である。これら切欠き６２は、通気のほか、軽量化に資する。切欠き６２の形状は円形以外の適宜の形状であってもよい。

二次電池３１は、図６に示したような方形板状のリチウムイオン電池３２で構成され、リチウムイオン電池３２は複数枚重ねられて収納ケース４１に収納され、収納ケース４１が支持板５１の二次電池固定部５４に固定される。収納するリチウムイオン電池３２の枚数は必要とする能力に応じて決定する。そしてリチウムイオン電池３２の必要枚数に応じて、支持板５１の起立壁５６の高さが設定される。

方形板状のリチウムイオン電池３２は、公知の構造で、板状の正極（図示せず）および負極（図示せず）と、これらの間のセパレータ（図示せず）と、各電極の一端部に接続されたタブ３３，３４と、電解液（図示せず）と、タブ３３，３４の一部を露出した状態で被覆するラミネートフィルム３５で構成されている。

このリチウムイオン電池３２には、薄くて軽量で、エネルギー密度が高く、耐久性のよい、アロイ工業株式会社製の「リチウムイオン二次蓄電池」が好適に使用できる。

リチウムイオン電池３２には、ラミネートフィルム３５の形態を保持するため、樹脂製の縁部材３６が取り付けられる。すなわち、縁部材３６はリチウムイオン電池３２のタブ３３，３４を除く外周縁に取り付けられるもので、図７に示したように、リチウムイオン電池３２の長辺を被覆する長辺部３７と、この長辺部３７の両端から直角にのびてリチウムイオン電池３２の短辺の一部を被覆する短辺部３８を有する正面視コ字状に形成されている。縁部材３６は内側縁から内部に入る差し込み溝３９を全体にわたって有している。図８は縁部材３６の差し込み溝３９側から見た状態を示しており、差し込み溝３９は、内側縁において閉じ、内奥に行くほど肉厚方向に広い形状である。

縁部材３６は、柔軟で軽く、耐久性のよい材料を用いるよく、例えば耐熱ウレタンで形成することができる。この縁部材３６は省略してもよい。

このようなリチウムイオン電池３２を収納する収納ケース４１は、図６に示したように本体４２と蓋体４３を有する。これら本体４２と蓋体４３は軽く耐候性、耐熱性の良い合成樹脂で形成される。

本体４２は、重ね合わせる複数枚のリチウムイオン電池３２を収納可能な厚さの有底箱状で、上端に開口部４４を有し、この開口部４４に蓋体４３が嵌合される。本体４２の底部４２ａは、胴体部４２ｂよりも肉厚が厚く形成され、リチウムイオン電池３２のタブ３３，３４を避ける左右両側に適宜間隔をあけて２枚ずつ、タブ３３，３４を受け入れ可能とする高さ（少なくともタブ３３，３４の突出長さよりも高い）のリブ４５が形成されている。リブは、図９に示したように本体４２の内周面を厚さ方向でつなぐ。

リブ４５のうち左右方向の端のリブ４５よりも左右方向外側であって、リブ４５の高さの範囲内に収まる部位には、本体４２の厚さ方向に貫通する固定穴４６を有している。

蓋体４３は、本体４２の開口部４４に入り込んで嵌合する嵌合部４７を有した有底箱状で、嵌合部４７と反対側の底部４３ａには、本体４２に形成したのと同じリブ４５と固定穴４６を有している。ただし、リブ４５は左右に１枚ずつ形成される。

本体４２と蓋体４３の固定穴４６の形成位置は、前述のリブ４５との関係を満たすほか、本体４２に蓋体４３を嵌合したときに、それぞれの固定穴４６が支持板５１の二次電池固定部５４に形成した貫通穴６１に対応するように設定されている。

前述の収納ケース４１は、縦長の有底箱状の本体４２と、この本体４２の開口部４４に嵌合する蓋体４３を有する、深型形状の収納ケース４１であるが、図１０に示したように、横長皿状の有底箱状の本体４２と、この本体４２の開口部４４に嵌合する嵌合部４７を有した蓋体４３で構成してもよい。このように構成すると、方形板状のリチウムイオン電池３２を収納しやすい。なお、前述の構成と同等の部位については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。

太陽電池電源装置１１は、前述の部材のほか、公知の充放電制御装置（図示せず）を備える。充放電制御装置は、太陽電池パネル２１で発電された電力の二次電池３１に対する充電や、二次電池３１から照明器具７３に対する放電をあらかじめ定められた状態で適切に制御する。充放電制御装置では充電と放電の切り替えを、太陽電池パネル２１の電圧によって判定する。つまり明るい日中に太陽電池パネル２１の電圧が上昇すると充電を行い、夜間などに太陽電池パネル２１の電圧が降下すると放電をして照明器具７３を点灯する。

充放電制御装置とそのほかの必要な部材は、支持板５１や支持体７２、その他の部位に用途などに応じて備えられる。

以上のような部材からなる太陽電池電源装置１１は、図６に示したように所定枚数のリチウムイオン電池３２を互いに接続して重ねた状態で収納ケース４１に収納し、収納ケース４１の蓋体４３を閉じたあと、その収納ケース４１を支持板５１の二次電池固定部５４に固定する。固定は図１１に示したようにボルト６５ナット６６を用いて行うとよい。収納ケース４１の本体４２の底部４２ａと蓋体４３の底部４３ａは他の部位よりも肉厚が厚いうえにリブ４５を有するので、強度が高く、ボルト６５ナット６６で締め付けて強固に固定してもリチウムイオン電池３２を保護できる。

続いて、支持板５１の受け部５５に太陽電池パネル２１を固定する。太陽電池パネル２１の上下方向の長さは支持板５１の上下方向の長さよりも長いので、支持板５１は太陽電池パネル２１の上下方向のいずれにも固定できるが、上下方向の中間位置に固定する。このように固定して、支持板５１の上側起立壁５６ｃと下側起立壁５６ｄを太陽電池パネル２１の裏面における上下方向の内側に収める。この固定も、図１１に示したようにボルト６５ナット６６を用いて行える。

このようにして組み立てた太陽電池電源装置１１は、支持板５１の裏面の連結管５２を支持体７２の上端に固定して、照明装置７１を構成する。

以上のように構成された照明装置７１は、太陽電池電源装置１１が日中の太陽光を利用して太陽電池パネル２１で発電を行い、その電力を充放電制御装置が二次電池３１に充電する。そして夜間など暗くて発電ができないときには、充放電制御装置が二次電池３１の電力を放電して照明器具７３に供給し、照明器具７３を点灯させる。

このように照明装置７１は、自ら発電した電力を用いて照明器具７３の点灯を行うという動作を、明暗を繰り返す自然の中で継続して行うので、商用電源のない所での使用に有効である。また商用電源を用いないので省エネも実現できる。

そして、太陽電池電源装置１１は、支持板５１の二次電池固定部５４に二次電池３１を固定した状態で、支持板５１の受け部５５に太陽電池パネル２１を固定して組み立てる構成であるので、各部材の構成が簡素であるとともに、組み立てのための構成も簡素であって、見立てが容易に行える。

また、二次電池３１である方形板状のリチウムイオン電池３２は薄く軽量であり、支持板５１の裏面から太陽電池パネル２１の表面までの厚さを薄く抑えることができる。このため厚さの薄いコンパクトな形状であって、軽量である。リチウムイオン電池３２を収納する収納ケース４１が樹脂製であることも軽量化に貢献する。この結果、風雨にさらされても耐久性の高いものとすることができる。

そのうえ、二次電池３１は収納ケース４１に収納して支持板５１の表面の二次電池固定部５４に固定する構造であるので、収納ケース４１が支持板５１を補強する機能も果たし、支持板５１の強度を高めることができる。しかもその支持板５１は、周縁部に起立壁５６を有する皿状であるので、この点からも高い強度が得られる。支持板５１の表面における左右方向の中間位置に上側起立壁５６ｃと下側起立壁５６ｄをつないだ状態で補強部６０を備えているので、支持板５１の強度はさらに高まり、補強部の６０の裏側に支持板５１を支持するための連結管５２を備えているので、支持状態も強固である。

その一方で、支持板５１には切欠き６２を形成して軽量化を図っているので、重量の増大を抑制できる。またその切欠き６２は円形であるので、強度を不当に損なう事態を回避できる。

前述のように軽く薄い構造である上に、太陽電池パネル２１と二次電池３１との間に隙間５９を有し、さらにこの隙間５９が外部と連通するように、支持板５１の上側起立壁５６ｃと下側起立壁５６ｄの上に通気空間５７を備えている。そのうえ、この通気空間５７を太陽電池パネル２１の上下方向の内側に収めたので、太陽電池パネル２１の裏面が通気空間５７に対する風の誘導機能を果たすことになる。この結果、より良好な通気性が得られる。このため、二次電池３１と太陽電池パネル２１との間の隙間５９に対する空気の流通がより活発に行われるようになって過熱防止等を図れるとともに、風による抵抗を低減できる。また水が入っても抜けやすい構造であり、この点からも耐久性を高めることができる。

この発明の構成と、前述の構成との対応において、
この発明の連結部は、前述の連結管５２に対応するも、
この発明は前述の構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することができる。

たとえば、連結部は、太陽電池電源装置の取り付け対象に応じて形成されるものであり、前述のような管状のほか、棒状、そのほか適宜形状に膨出形成したものであってもよい。

また、太陽電池電源装置は、前述のような照明のほか、または照明と共に、例えば家庭で使用する電源として使用してもよい。この場合にはインバータを用いて交流電力を生成する。

前述の例では、二次電池を収納する収納ケースを２個固定した例を示したが、その他の個数、例えば４個とするなど、固定する収納ケースの個数は必要に応じて適宜設定できる。

１１…太陽電池電源装置
２１…太陽電池パネル
３１…二次電池
３２…リチウムイオン電池
５１…支持板
５２…連結管
５４…二次電池固定部
５５…受け部
５６…起立壁
５７…通気空間
５９…隙間
６０…補強部

Claims (6)

1. 太陽電池パネルで発電した電力を二次電池に充電する太陽電池電源装置であって、
   傾斜姿勢で支えられる支持板を備え、
   前記支持板が表面側で突出する起立壁を周縁部に有する皿状であり、
   該支持板の表面に、前記二次電池を固定する二次電池固定部と、該二次電池固定部に固定される前記二次電池よりも表面側に前記太陽電池パネルを固定する受け部を備え、
   前記二次電池が方形板状のリチウムイオン電池である
   太陽電池電源装置。
2. 前記受け部の高さが、前記二次電池固定部に固定された前記二次電池と前記太陽電池パネルとの間に隙間をつくる高さである
   請求項１に記載の太陽電池電源装置。
3. 前記受け部が前記支持板における傾斜して上下方向で高低差を有する左右両側に形成され、前記支持板の上下両側に、前記太陽電池パネル裏側への通気を可能とする通気空間を備えた
   請求項１または請求項２に記載の太陽電池電源装置。
4. 前記太陽電池パネルの上下方向の長さが前記支持板の上下方向の長さよりも長く形成されるとともに、
   前記太陽電池パネルの上下方向の中間位置に前記支持板が固定された
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の太陽電池電源装置。
5. 前記支持板が表面側で突出する前記起立壁を上下両縁に有し、
   前記支持板の表面における左右方向中間位置に、前記起立壁間を接続して上下方向に延びる補強部が形成され、
   前記支持板の裏面における左右方向の中間位置に、当該太陽電池電源装置を取り付け対象に対して連結する連結部が形成された
   請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の太陽電池電源装置。
6. 前記請求項１から請求項５のうちいずれか一項の太陽電池電源装置を用いた
   照明装置。

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