JP6691335B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池によって発電された電力を用いる照明装置に関する。

太陽電池（ソーラーパネル）によって発電された電力を用いる照明装置として、太陽電池付き後付け庇ユニットが知られている（特許文献１参照）。この後付け庇ユニットは、住宅の玄関の庇として用いられるものであり、玄関の上部に取り付けられる庇本体と、庇本体の上面に設けられたソーラーパネルと、庇本体の下面に設けられ玄関のドア前を照らすランプと、庇本体の内部に設けられ太陽電池で発電した電力を蓄電して照明器具に給電するバッテリーとを備えている。

この太陽電池付き後付け庇ユニットによれば、昼間に庇本体の上面に設けられたソーラーパネルで発電した電力をバッテリーに蓄電しておき、夜間に、バッテリーの電力によってランプを付けることで、商用交流電源を用いることなく玄関のドア前を照明できる。しかし乍ら、庇本体の上面に設けられたソーラーパネルは、専ら昼間に太陽光を受光して発電することしかできず、夜間の発電は不可能である。

夜間にも発電可能な照明装置として、パネル可動タイプの照明装置が知られている（特許文献２参照）。この照明装置は、屋外に設置された照明体（ランプ）と、ランプの側方に起立姿勢で配置され受光面がランプに向けられたソーラーパネルと、ソーラーパネルを受光面が上方を向くように起立姿勢から水平姿勢に変更する姿勢変更手段（アクチュエータ）と、ソーラーパネルで発電した電力を蓄電してランプに給電するバッテリーとを備えている。

この照明装置によれば、ランプを付ける夜間には、ソーラーパネルの姿勢を起立させ、ソーラーパネルの受光面をランプに向けてランプの光で発電し、ランプを消す昼間には、ソーラーパネルの姿勢を水平に変更し、ソーラーパネルの受光面を上方に向けて太陽光で効率よく発電することができる。

特開２００６−１１２１３５号公報 特開２０１１−９６５１４号公報

しかし乍ら、特許文献２の照明装置にあっては、夜間と昼間とでソーラーパネルの姿勢を変更するために、モーター等のアクチュエータが必要であり、折角、ソーラーパネルで発電してバッテリーに蓄電した電力をランプではなくソーラーパネルの姿勢変更のために消費するのでは、ランプとして機能する照明オン時間の短縮を招き、本末転倒である。また、屋外におけるモーターの耐候性、信頼性等を考慮すると実現は困難である。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、昼間は太陽光で発電し夜間はランプで発電するソーラーパネルを備えた照明装置であって、ソーラーパネルで発電した電力を無駄なくランプに使用して照明オン時間を可及的に長くでき、耐候性、信頼性に優れた照明装置を提供することにある。

上記目的を達成するために創案された本発明に係る照明装置は、上方および下方に光を発する照明体と、照明体を収容するケースと、ケースの下部に設けられ、下方を照らすべく照明体の光が透過する下部透明部と、ケースの上部に設けられ、上方からの太陽光が透過する上部透明部と、ケース内に、上部透明部と照明体との間に配設され、上方から上部透明部を透過した太陽光を上面で受光すると共に下方の照明体の光を下面で受光する両面受光型の太陽電池と、太陽電池で発電した電力を蓄電し照明体に給電するための蓄電池と、前記ケースに上下方向に貫通形成され、風が上下方向に通過する孔と、前記ケースの上面に積もった雪を溶かすため、前記ケースに設けられた電熱線と、該電熱線に電力を供給する給電線と、を備えたことを特徴とする照明装置が提供される。

本発明に係る照明装置にあっては、太陽電池により太陽光を受光できるか否かを判断するため、時刻又は周囲照度を検出するタイマー又は日照センサと、タイマー又は日照センサの出力に基づき、太陽電池が太陽光を受光できないと判断したとき照明体を点灯させる制御部と、を備えていてもよい。

本発明に係る照明装置にあっては、降雪時か否かを検出するための降雪センサと、降雪センサの出力に基づき、降雪時であると判断したとき電熱線に電力を供給する給電手段と、を備えていてもよい。

本発明に係る照明装置にあっては、ケースを支持する支柱と、ケースの上面に積もった雪が電熱線によって溶かされた水を支柱に沿って流下させるための水ガイドと、を備えていてもよい。

本発明に係る照明装置によれば、次のような効果を発揮できる。
（１）照明体をケース内に収容し、ケース上部に上部透明部を設け、上部透明部と照明体との間のケース内に両面受光型の太陽電池を配設したので、上方から上部透明部を透過した太陽光を両面受光型の太陽電池の上面で受光して発電できると共に、下方の照明体からの光を太陽電池の下面で受光して発電できる。
（２）すなわち、太陽電池の姿勢を全く変更することなく太陽光および照明体の光によって効率よく発電できるので、太陽電池で発電した電力を太陽電池の姿勢変更に浪費することなく照明体に利用でき、照明オン時間を可及的に長くできる。
（３）また、太陽電池および照明体が、ケース内に収容されているので風雨から防護され、耐候性、信頼性に優れた照明装置を実現できる。

本発明の一実施形態に係る照明装置は部分断面側面図である。 図１の拡大図である。 図２のIII−III線矢視図である。 太陽電池（フレキシブルタイプ）の展開図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（照明装置の概要）
図１に示すように、本実施形態に係る照明装置１は、上方および下方に光を発する照明体２と、照明体２を収容するケース３と、ケース３の下部に設けられ、下方を照らすべく照明体３の光が透過する下部透明部４と、ケース３の上部に設けられ、上方からの太陽光が透過する上部透明部５と、ケース３内に、上部透明部５と照明体２との間に配設され、上方から上部透明部５を透過した太陽光を上面で受光すると共に下方の照明体２の光を下面で受光する両面受光型の太陽電池６と、太陽電池６で発電した電力を蓄電し照明体２に給電するための蓄電池７と、を備えており、街路灯として用いられる。以下、各構成要素について説明する。

（照明体２）
図２に示すように、照明体２は、ケース３内に収容されており、上方および下方に光を発するものである。照明体２は、下向きの光（矢印Ｌ１）が下部透明部２を通して下方を照らすことで、照明装置（街路灯など）１の光源として機能すると共に、上向きの光（矢印Ｌ２）が上方に配置された太陽電池（両面受光型）６の下面を照らすことで、太陽電池６の光源としても機能する。照明体２には、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）の他、蛍光灯など、各種の光源が用いられる。本実施形態の照明体２は、ロッド状のＬＥＤが後述する孔８を中心として放射状に複数配置されて構成されており、上方および下方に向けて光を照射する。

（ケース３）
図２、図３に示すように、ケース３は、照明体２を収容するものであり、内部に風雨が浸入しないように、水密（液密）に構成されている。ケース３の材質には、鉄やステンレス等の金属の他、プラスチック等の樹脂を用いてもよい。本実施形態においては、ケース３には、上下方向に孔８が貫通して形成されており、ケース３は、中空のドーナッツ状に形成されている。中空ドーナッツ状のケース３の内部には、既述したように照明体２が収容されている。孔８は、図１に矢印Ｗで示すように、風を上下方向に通過させ、孔８を通過する風によって降雪時にケースの上面に積もった雪Ｓを吹き飛ばすと共に、カバー３が風から受ける抵抗を小さくする風抜き孔としても機能する。

（下部透明部４、上部透明部５）
図２に示すように、ケース３の下部（照明体２の下方のケース３の部分）には、照明体２の光によってケース３の下方を照らすため、照明体２の光（矢印Ｌ１）が透過する下部透明部４が設けられている。また、ケース３の上部（照明体２の上方のケース３の部分）には、ケース３の上方からの太陽光（矢印Ｌ３）をケース３内に収容された太陽電池（両面受光型）６の上面に受光させるため、太陽光が透過する上部透明部５が設けられている。これら下部透明部４および上部透明部５の材質には、プラスチックやアクリル等の樹脂の他、ガラス等が用いられる。

本実施形態においては、ケース３の全体が透明となった構成であるが、この構成には限られない。すなわち、ケース３を、不透明なケース本体（図示せず）と、ケース本体の上部に設けられた上部透明部５と、ケース本体の下部に設けられた下部透明部４とから構成してもよい。この場合、上部透明部５は、上方からの太陽光（矢印Ｌ３）を太陽電池６の上面に適切に受光させることができる範囲に設けられ、下部透明部４は、照明体２の光（矢印Ｌ１）を照明装置１として適切に下方に照らすことができる範囲に設けられる。

（両面受光型の太陽電池６）
図２に示すように、ケース３の内部には、上部透明部５と照明体２との間に位置して、両面受光型の太陽電池（ソーラーパネル）６が配設されている。太陽電池６は、図示しない透明な基板シートと、基板シートに設けられた両面受光型セルと、表面を覆う保護シートとを備えている。

基板シートの材質には、透明で屈曲可能なポリイミド（多脂環構造ポリイミド）等が用いられる。両面受光セルは、黒色乃至茶褐色であり、或る程度の光を遮ることができ、照明体２の光（矢印Ｌ２）がケース３の上方に漏れることを抑制する。両面受光セルには、両面の光電交換率が等しいものの他、一方の受光面と他方の受光面とで光電交換効率の異なるものを用いてもよい。保護シートの材質には、屈曲可能な透明プラスチック等が用いられる。

本実施形態において、両面受光型太陽電池６は、上述したように、屈曲自在なフレキシブルタイプが用いられ、図４に示すように略扇形に形成されたベースシート６ａが、縁６ｂ同士を接するように切頭円錐状（截頭円錐状）に丸められ、図２に示すように、中空ドーナッツ状のケース３内に収容され、ケース３内に設けた支持部９によって支持されている。但し、この構造に限られるものではなく、短冊状に形成された両面受光型太陽電池６を、複数、切頭円錐状に並べてもよい。

（蓄電池７）
太陽電池６で発電された電力は、図１に示す蓄電池（バッテリー）７に蓄電され、蓄電池７に蓄電された電力が、照明体２に給電される。蓄電池７は、ケース３を支持する支柱１０に設けられている。支柱１０は、上端にケース３が取り付けられ、下端が地面１１に設置される。蓄電池７は、メンテナンスや重量を考慮して、支柱１０の下部に設けられている。照明体２に用いられる電力は、蓄電池７の他に商用交流電源１２からも供給され、両面受光型の太陽電池２で発電されて蓄電池７に蓄えられた電力では足りない分が、商用交流電源１２から補われるようになっている。

（日照センサ１３、制御部１４）
図１に示すように、支柱１０には、太陽電池２により太陽光を受光できるか否かを判断するため、周囲照度を検出する日照センサ１３が設けられている。日照センサ１３は、センサ受光面を覆う等の悪戯を防止するため、通行人の手が届かない支柱１０の上部に設けられている。日照センサ１３の出力は、支柱１０の下部に設けられた制御部１４に送られる。

制御部１４は、日照センサ１３の出力に応じて照明体２の点灯消灯を切り換えるものであり、日照センサ１３の出力値が所定の閾値未満のとき、太陽光では太陽電池２で適切に発電できないと判断し、蓄電池７または商用交流電源１２の電力を照明体２に供給して照明体２を点灯させ、日照センサ１３の出力値が上記閾値以上となったとき、太陽光によって太陽電池６が適切に発電できると判断し、蓄電池７または商用交流電源１２から照明体２への電力供給のカットして照明体２を消灯させる。

すなわち、制御部１４は、日照センサ１３の出力に基づき、太陽電池６が太陽光を受光できないと判断したとき照明体２を点灯させ、太陽電池６が太陽光を受光できると判断したとき照明体２を消灯させる。これにより、太陽電池（両面受光型）６は、日の出から日没までの間において太陽光によって適切な発電が可能であるときには太陽光で発電し、太陽が沈む夜間および昼間でも雨、雪、曇などによる照度不足で適切な発電が困難となるときには照明体２で発電する。

このように、日照センサ１３は、日没などで太陽光での発電が困難となったとき太陽電池６の光源を太陽光から照明体２へ切り換え、日の出などで太陽光での発電が可能となったとき太陽電池６の光源を照明体２から太陽光に切り換える光源切換センサとして機能する。この結果、太陽電池（両面受光型）６は、照明体２がオフであってもオンであっても、常に、一日中（２４時間）一年中（３６５日）、上下の何れか一方の面で発電できる。また、日中、太陽光によって周囲が明るいときには、照明体２がオフとなるので、蓄電池７に蓄えられた電力の浪費を防止できる。

ここで、日照センサ１３は、上述したように、周囲の照度に応じて、太陽電池（両面受光型）６の光源を太陽光と照明体２とで切り換える光源切換センサとして機能すると同時に、日没などで暗くなったときに周囲を照らすべく照明体２をオン（点灯）とし、日の出などで明るくなったとき照明体２をオフ（消灯）とする点灯消灯センサとしても機能する。すなわち、日照センサ１３が太陽光での適切な発電が困難な照度を検出したとき、周囲は照明体２をオンさせて照らすべき暗さであり、日照センサ１３が太陽光での適切な発電が可能な照度を検出したとき、周囲は照明体２をオフさせても問題ない明るさである。

（タイマー）
なお、太陽電池６により太陽光を受光できるか否かを判断するため、時刻を検出するタイマーを制御部１４に付設し、タイマーの時刻に基づき、太陽電池６が太陽光を受光できないと判断したときのみ、制御部１４によって照明体２を点灯させるようにしてもよい。

（電熱線１５、給電線）
図１、図２に示すように、ケース３の上部の内面には、降雪によりケース３の上面に積もった雪Ｓを溶かすため、電熱線（ニクロム線など）１５が配設されている。電熱線１５は、図３に示すように、ケース３の孔８を中心として径を異ならせて同芯的に複数配設された環状電熱線１５ａと、孔８を中心として放射状に周方向に間隔を隔てて複数配設された放射状電熱線１５ｂとから構成されている。放射状電熱線１５ｂは、図１、図２に示すように、孔８の部分にも配設されており、孔８を塞ぐように積もった雪Ｓも溶かすことができる。電熱線１５には、蓄電池７に蓄えられた電力が、給電線１６を介して供給される。電熱線１５に供給される電力は、蓄電池７の他に商用交流電源１２からも供給され、両面受光型の太陽電池６で発電されて蓄電池７に蓄えられた電力では足りない分が、商用交流電源１２から補われるようになっている。

（降雪センサ１７、給電手段１８）
図１に示すように、支柱１０の上部には、降雪時か否かを検出する降雪センサ１７が設けられている。降雪センサ１７は、検出部に付着する雪の水分を検知する水分検知式降雪センサや、雪が赤外線を反射する性質を利用して空中に赤外線を照射し雪に反射して戻ってきた赤外線を検知する赤外線検知式降雪センサなどが用いられる。

降雪センサ１７の出力に基づき、降雪時であると判断したとき、蓄電池７に蓄えられた電力または商用交流電源１２の電力を、給電線１６を通じて電熱線１６に給電する給電手段１８が、支柱１０の下部に設けられている。これにより、電熱線１５が加熱され、ケース３の上面に積もった雪Ｓが溶かされる。よって、その後、天候が回復して晴れとなったとき、太陽光がケース３の上部透明部５を透過して太陽電池６に到達し、直ちに発電可能となる。

（水ガイド）
図１、図２に示すように、ケース３および支柱１０には、ケース３の上面に積もった雪Ｓが電熱線１５によって溶かされた水を支柱１０に沿って流下させるため、水ガイド１９が設けられている。水ガイド１９は、ケース３下面の孔８の周囲に沿って樋がリング状に配置された第１水ガイド１９ａと、ケース３下面の外縁に沿って樋がリング状に配置された第２水ガイド１９ｂと、第１水ガイド１９ａの水を支柱１０に導くべく樋がケース３下面の径方向に沿って配置された第３水ガイド１９ｃ（図３参照）と、第３水ガイド１９ｃの水及び第２水ガイド１９ｂの水を支柱１０に沿って流下させるため支柱１０に凹設された第４水ガイド１９ｄとを有する。第２水ガイド１９ｂの水は、図３に示す排水孔２０を通して第４水ガイド１９ｄに流下する。

図２に示すように、ケース３は、照明体２によって斜め下方（路面など）を照らすため、支柱１０とは反対側が高くなるように傾斜して支柱１０に取り付けられている。このため、第２水ガイド１９ｂの水は、最下点に設けられた排水孔２０を通して第４水ガイド１９ｄに流下し、第１水ガイド１９ａの水は、最下点に傾斜に沿って設けられた第３水ガイド１９ｃを流れて第４水ガイド１９ｄに導かれる。よって、第１水ガイド１９ａおよび第２水ガイド１９ｂに水が滞留することはない。

（作用・効果）
本実施形態に係る照明装置１によれば、図２に示すように、照明体２をケース３内に収容し、ケース３上部に上部透明部５を設け、上部透明部５と照明体２との間のケース３内に両面受光型の太陽電池６を配設したので、上方から上部透明部５を透過した太陽光（矢印Ｌ３）を両面受光型の太陽電池６の上面で受光して発電できると共に、下方の照明体２からの光（矢印Ｌ２）を太陽電池６の下面で受光して発電できる。

すなわち、太陽電池６に両面受光型のものを用い、それを上部透明体５と照明体２との間に配置したので、太陽電池６の姿勢を全く変更することなく、太陽光および照明体２の光によって効率よく発電できる。よって、太陽電池６で発電した電力を、従来技術のように太陽電池６の姿勢変更に浪費することなく照明体２に利用でき、照明オン時間を可及的に長くできる。

また、太陽電池６および照明体２が、ケース３内に収容されて密閉されてるので風雨から防護され、耐候性、信頼性に優れた屋外設置用の照明装置１を実現できる。

以上説明したように、本実施形態に係る照明装置１によれば、昼間は太陽光で発電し夜間は照明体２の光で発電し、太陽電池６で発電した電力を無駄なく照明体２に使用して照明オン時間を可及的に長くでき、耐候性、信頼性を向上できる。

また、図１に示す日照センサ１３が適切に発電できる太陽光の照度を検出したときには、制御部１４が照明体２をオフし、日照センサ１３が適切に発電できない照度を検出したときには、制御部１４が照明体２をオンするので、両面受光型の太陽電池６は、常に、太陽光または照明体２の光によって発電でき、一日の内で発電する時間の割合が１００％となる。また、夜間は、日中の発電で得られた電力を消費しつつ発電できるので、発電効率が向上する。

日照センサ１３は、太陽光の照度に応じて両面受光型の太陽電池６の光源を太陽光と照明体２とで切り換える光源切換センサとして機能することに加え、周囲が暗くなる夜間と明るくなる日中とで照明体２をオンオフする点灯消灯センサとしても機能する。よって、街路灯としての照明装置１が周囲を照らすために必要な点灯消灯センサを別途設ける必要はなく、低コスト化を推進できる。

図１に示す降雪センサ１７が降雪を検出すると、給電手段１８が電熱線１５に給電するので、降雪時にケース３の上面に積もった雪Ｓが溶かされる。ケース３の上面に積もった雪Ｓが溶かされることで、その後、天候が回復して晴れとなったとき、太陽光がケース３の上部透明部５を透過して太陽電池６に到達し、いち早い発電が可能となる。

雪が溶けた水は、図２に示すケース３の孔８を伝って第１水ガイド１９ａに流れ、ケース３の外縁を伝って第２水ガイド１９ｂに流れ、第３水ガイド１９ｃ、第４水ガイド１９ｄを通って支柱１０に沿って流下する。よって、ケース３から水が落下（落滴）する事態を防止でき、下方の歩行者が落滴によって濡れてしまうことを回避できる。

ここで、ケース３は、孔８を有するドーナッツ状に形成されているので、ケース３の上面に積もった雪Ｓが溶かされて生じた水は、ケース３の孔８側の第１水ガイド１９ａとケース３の外縁側の第２水ガイド１９ｂとに振り分けられ、それぞれ下方に案内されることになる。よって、何れか一方の側に水が集中することで生じるケース３からの落滴を防止できる。

また、孔８は、図１に矢印Ｗで示すように、風を上下方向に通過させ、孔８を通過する風によって降雪時にケース３の上面に積もった雪Ｓを吹き飛ばす機能を有すると共に、カバー３が風から受ける抵抗を小さくする風抜き孔としても機能する。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

例えば、本発明に係る照明装置１は、街路灯のみならず、庭に設置されるガーデニング用の照明装置としても利用でき、また、室内であっても上方から太陽光が差し込む部屋であれば室内用の照明装置としても利用できる。また、孔８、降雪センサ１７、電熱線１５、水ガイド１９などは、設置状況に応じて適宜省略できることは勿論である。

本発明は、太陽電池によって発電された電力を用いる照明装置に利用できる。

１ 照明装置
２ 照明体
３ ケース
４ 下部透明部
５ 上部透明部
６ 両面受光型の太陽電池
７ 蓄電池
８ 孔
１０ 支柱
１３ 日照センサ
１４ 制御部
１５ 電熱線
１６ 給電線
１７ 降雪センサ
１８ 給電手段
１９ 水ガイド

Claims (4)

1. 上方および下方に光を発する照明体と、該照明体を収容するケースと、該ケースの下部に設けられ、下方を照らすべく前記照明体の光が透過する下部透明部と、前記ケースの上部に設けられ、上方からの太陽光が透過する上部透明部と、前記ケース内に、前記上部透明部と前記照明体との間に配設され、上方から前記上部透明部を透過した太陽光を上面で受光すると共に下方の前記照明体の光を下面で受光する両面受光型の太陽電池と、該太陽電池で発電した電力を蓄電し前記照明体に給電するための蓄電池と、前記ケースに上下方向に貫通形成され、風が上下方向に通過する孔と、前記ケースの上面に積もった雪を溶かすため、前記ケースに設けられた電熱線と、該電熱線に電力を供給する給電線と、を備えたことを特徴とする照明装置。
2. 前記太陽電池により太陽光を受光できるか否かを判断するため、時刻又は周囲照度を検出するタイマー又は日照センサと、該タイマー又は日照センサの出力に基づき、前記太陽電池が太陽光を受光できないと判断したとき前記照明体を点灯させる制御部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 降雪時か否かを検出するための降雪センサと、該降雪センサの出力に基づき、降雪時であると判断したとき前記電熱線に電力を供給する給電手段と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記ケースを支持する支柱と、前記ケースの上面に積もった雪が前記電熱線によって溶かされた水を前記支柱に沿って流下させるための水ガイドと、を備えたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の照明装置。

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