JP6503597B1 - 照明器の調光システム - Google Patents

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Abstract

【課題】光拡散型天窓の照度１７は天候に左右され照明には向かないといわれているが、照明器、制御技術の進歩と普及、天窓自体の品質向上によりこれらの問題は解消でき、光拡散型天窓の高採光という利点が活かさる。
【解決手段】屋内の作業面必要照度１４を、光拡散型天窓０１の作業面照度１７と太陽光発電パネル０２の発生電力１６と関連付けた設定値１９を調光信号の基準にする。冬季の日没、雨天などこの設定値１９以下の領域について太陽光発電パネルから送られる信号で調光付照明器０４の調光を行う。
【選択図】図３

Description

光拡散型天窓と同じ屋根に設置した太陽光発電パネルによって発生電力、発電、電圧又は電流によって照明器の調光を行うシステムに適用して有効な技術に関する。
屋外の照度は太陽直射光照度と天空光照度（以下太陽光という）からなっている。従来、太陽光を拡散させて全般照明又は局部照明に利用する光拡散型天窓を設置される技術は存在した。この技術により、室内に均一の光を通すことで照明器具の消費電力を６０％程度低減可能である。また太陽光発電パネルを屋根に設置し発電を目的とするシステムも存在し、光拡散型天窓とともに設置することで発電も同時に行う組み合わせも存在している。折板屋根、シート防水屋根の同じ屋根に太陽光発電パネルを光拡散型天窓と光拡散型天窓の中間に設置し、光拡散型天窓で省エネ、太陽光発電パネルで創エネが行われている膨大な屋根面積を持つ工場や物流創庫に採用されるようになっている。
しかしながら光拡散型天窓によって室内に取り込む光は、太陽光の強さに依存する為、室内の照度は、一定に保つことはできず、照明器具とともに設置することで、室内の照度不足を補っている。特に天候の変化などで照度が常に変化し照度不足になる場合は、照明装置のオンオフを繰り返すことが必要になるため、常に照明器具を点灯することが多く、光拡散型天窓の効果を得ているとは言えない。
特許文献１はセンサーの設置場所である。特許文献２は窓からの採光で、屋根からの均一な採光ではなく奥行きのある全般照明には不向きである。特許文献３は太陽光発電パネルと照明器具が一体となったもので、発電量を監視し、発電量が不足したら外部電力から得るシステムである。特許文献４は太陽光発電パネルの発電量で屋外の明るさを判定し、屋内の照明器を調光するものである。
特開２０１０−１６０９７５号公報 特開２００６−７３４１９号公報 特開２０１３−４５６５５号公報 特開２０１４−１８６９６２号公報
現在の光拡散型天窓は、単体で設計設置されることが多く、天候不順で天窓からの照度が得られない場合もあり、照明器具は常に点灯する状況が多く、太陽光による室内照射による省エネの効果が発揮されないという問題があった。
照度を常に測定する装置を設置し、その照度から任意の調光を行う装置が必要であるが、多くが設置されていない問題があり、これらを解決するのを目的とする。
自然光を屋内に採光する光拡散型天窓又は光拡散型窓と太陽光発電パネルを並べて設置する調光システムであって、光拡散型天窓又は光拡散型窓からの光の任意の位置における作業面照度を太陽光発電パネルによる発生電力又は電流又は電圧を関連付けて行う照明器の調光システムである。
光拡散型天窓からの全般照明又は局部照明が作業面必要照度の時の発生電力を設定値とし、それぞれ設定照度、設定発生電力と呼ぶ。光拡散型天窓または光拡散型窓からの作業面照度が設定照度以下、すなわち太陽光発電パネルの発生電力が設定発生電力以下になったときだけ、調光付照明器具は点灯され、照明電源を使用する。設定値以上が得られる場合は、照明装置は特別な装置や、人の介在無しで消灯された状態となる。実施例では、４００ルクス程度の作業面必要照度であれば、快晴時昼間は照明電源を使う必要はない。
照明エネルギー、ＣＯ２が６０％以上削減できるとともに発電もできる。照明器具の寿命も延長できることになる。
屋根に太陽光発電パネルと光拡散型天窓を同一条件で設置した全般照明用の配置図である。 光拡散型天窓、太陽光発電パネルを屋根に設置した断面図である。 太陽光発電パネル、制御装置、光拡散型天窓、調光付照明器の配置図、調光信号用配線図である。 太陽光発電システムの発生電力曲線である。 快晴時の外の照度を実測したものある。 光拡散型天窓からの照度を実測したものである。 設定照度、設定発生電力と照明消費電力の関係図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本実施の形態の記載内容に限定して解釈すべきではない。なお、実施の形態の全体を通して同じ要素には同じ番号を付するものとする。
図１は、屋根０８に設置された光拡散型天窓０１と太陽光発電パネル０２の平面図である。図２は、太陽光０７が同一条件で照射されることを示している。図３は光拡散型天窓０１、太陽光発電パネル０２、制御装置０３、調光付照明器０４、調光用発生電力線０５、調光用信号線又は無線信号０６、太陽光０７の関係図である。図４は上の曲線が快晴日０９、中が天候不順日１０、下が曇の日１１の太陽光発電パネルの電力発生量を時刻毎に曲線で示している（九電ホームページからの引用）。図５は、当社施工例の実測値で、快晴時の外の照度１２である。図６は、図５の時の快晴時の光拡散型天窓０１の作業面照明１３である。１５の曲線は、雨天時の光拡散型天窓０１の作業面照度を示している。この作業場の作業面必要照度１４は４００ルクスを示している。図７は、太陽光発電パネル０２の発生電力１６と光拡散型天窓０１の作業面照度１７が設定値１９より不足すると、照明消費電力１８が増えることを示している。
光拡散型天窓０１と太陽光発電パネル０２を屋根０８に同一条件で交互に並べて設置すると太陽光０７も同一条件で照射され、光拡散型天窓０１から得られる作業面照度１７と太陽光発電パネル０２の発生電力１６は比例することから光拡散型天窓０１からの作業面照度１７を計測、記録し、任意の作業面必要照度１４のときの発生電力１６を設定値１９とする。この設定値１９は、調光用発生電力線０５、制御装置０３、調光用信号配線又は無線０６を経由して調光付照明器０４に調光用信号を送る。１つ又は複数の基準を設けることで、照度計を使用しないで調光付照明器０４を自動的に調光できる。光拡散型天窓０１は幅５０センチメートルで４７センチメートルの有効採光幅を持ち多くの光を取り入れることができる。多くの設置幅を要しないため屋根面積の３〜７％の設置延面積で屋内はほぼ均一な照度が得られる。空いたスペースに太陽光発電パネル０２をより効率的に設置できる。なお、上記説明は屋根０８に設置した光拡散型天窓０１について説明したが、壁に光拡散窓を設けてもよい。
０９、１０、１１は太陽光発電パネルの天候状態で変わる発生電力の曲線で光拡散型天窓の照度曲線に比例する。快晴時の外の照度１２で１２時４０分では１２５，０００ルクスを示している。その時の光拡散型天窓０１の作業面照度１３は、１２時頃の曇りでも作業面必要照度１４の４００ルクス以上が維持されている。これは太陽直射光照度がなくても天空光照度によるもので、０から５０，０００ルクスの照度があるとされている。雨天時の作業面照度１５は１４時３０分ごろまでは作業面必要照度１４が維持されており、それ以降照度不足となり調光付照明器０４の点灯が必要となる。設定値１９以下では調光システムが作動し点灯する。発生電力１６と調光付照明器の消費電力１８は反比例する。
以下の実施の形態では、主に方法またはシステムについて説明するが、当業者であれば明らかなとおり、本発明は、光拡散型天窓または光拡散型窓による作業面照度と太陽光発電パネルによる発生電力又は、電圧値又は、電流値の関係を測定することで、任意の関係性を求め、その関係性を元に、常時照度計による測定無しで照度に応じた照明装置の点灯、消灯または調光を太陽光発電パネルによる発生電電力又は、電圧値又は、電流値によって実現するものである。
本発明は太陽光発電パネルが設置されている場合または、調光を目的に設置した最小モジュール太陽光発電パネルについて、その発生電力を確実なセンサーとして利用でき、種々のセンサーを省略することができる。ここでのセンサーとは、光センサー、時間センサー、人感センサー等である。
太陽光発電パネルの発生電力又は電圧値、又は電流値、光拡散型天窓の透過後の任意高さにおける照度の関係を測定する。これにより仕様の異なる太陽光発電パネルにおける発生電力又は電圧値又は電流値、光拡散型天窓に異なる関係の値を得る。次に、任意の高さにおける、作業に必要な任意の作業面必要照度と光拡散型天窓からの照度と照明器具の調光または点灯、消灯の設定値を得るために、光拡散型天窓からの照度と照明器具の調光、消灯、点灯の関係を得る。これにより、任意の太陽光発電パネルによる発生電力又は電圧値又は、電流値と、任意の高さにおける作業面必要照度と照明器具の調光、消灯、点灯の関係を得ることができる。
光拡散型天窓と調光付照明器具の併用により、太陽光発電パネルの発生電力をセンサー代わりとして使用する。太陽光発電パネルの発生電力は、日射量によって大きく変化する。光拡散型天窓から得られる作業面照度も日射量によって変化し、この二者は正比例の関係にある。この原理を応用して刻々変わる発生電力で照明器具の調光を行えば、常に作業面必要照度以上の安定した照度が得られ、光センサーや他のセンサーがなくても、照明器具の調光信号として活用できる。
光拡散型天窓を設置できる折板屋根、シート防水屋根は大規模建築物に使用される。光拡散型天窓の必要設置延面積は、屋根面積の３％から７％程度で屋根直下の作業面照度がほぼ均一な照度となる。光拡散型天窓と光拡散型天窓の中間に太陽光発電パネルを設置するとメンテナンス用の通路などを考慮してもほぼ７０％の面積に設置することができ、省エネと創エネを同時に行うことができる。昼の間、照明器を使用しなければ照明器の寿命延長になる。太陽光発電パネルにより場内の照明器の調光を行うことにより、常に作業面照度以上の安心な明るい照度が確保される。蓄電池を設置すれば外部電力が失われた時の照明電力の確保にも有効である。
作業面の必要照度はＪＩＳによって奨励値が決められている。この照度を作業面必要照度とすると、光拡散型天窓の作業面必要照度のときの太陽光発電パネルの発生電力を設定値とする。この設定値は、設置条件で物件ごとに異なる。太陽光発電パネルの発生電力は制御装置調整用として送られ、調光付照明器具を有線または無線で調光する。
０１：光拡散型天窓
０２：太陽光発電パネル
０３：制御装置
０４：調光付照明器具
０５：調光用発生電力線
０６：調光用信号線又は無線信号
０７：太陽光（太陽直射光照度と天空照度）
０８：折板屋根
０９：快晴時の太陽光発電パネルの発生電力
１０：天候不順時の太陽光発電パネルの発生電力
１１：曇り時の太陽光発電パネルの発生電力
１２：快晴時の外の照度
１３：快晴時の光拡散型天窓の作業面照度
１４：作業面必要照度
１５：雨天時の光拡散型天窓の作業面照度
１６：太陽光発電パネルの発生電力
１７：光拡散型天窓の作業面照度
１８：照明器消費電力
１９：設定値（設定照度と設定発生電力）

Claims (1)

  1. 光拡散型天窓から得られる屋内の任意の位置における作業面照度が均一になるように、屋根面に前記光拡散型天窓を均等に配置し、前記光拡散型天窓と同じ条件で太陽光が照射されるように太陽光発電パネルを屋根面に設置することにより、前記光拡散型天窓から得られる任意の位置における作業面照度と前記太陽光発電パネルの発生電力又は電流又は電圧が正比例になるように関連付けたうえで、前記光拡散型天窓から得られる任意の位置における作業面照度が作業面必要照度の時の前記太陽光発電パネルの前記発生電力又は電流又は電圧を設定値とし、前記光拡散天窓から得られる任意の位置における前記作業面照度が前記設定値以下のときに調光付照明器具は点灯され、前記設定値以上のときに消灯された状態とすることを特長とする照明器の調光システム。
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