JPH06141478A - 電気エネルギー供給システム - Google Patents

電気エネルギー供給システム

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JPH06141478A
JPH06141478A JP4288042A JP28804292A JPH06141478A JP H06141478 A JPH06141478 A JP H06141478A JP 4288042 A JP4288042 A JP 4288042A JP 28804292 A JP28804292 A JP 28804292A JP H06141478 A JPH06141478 A JP H06141478A
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JP
Japan
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storage battery
solar cell
piezoelectric element
electric energy
cell panel
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JP4288042A
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English (en)
Inventor
Keiichi Kimura
恵一 木村
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/72Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps in street lighting

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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】無日射量日の連続や、埃の付着による太陽電池
パネル9の出力不足を補い、蓄電池8の過放電を無く
し、ポール11の周辺のに備品を配置すること無く、周
囲の環境の美観を維持する。 【構成】交通の頻繁は道路12の脇に衝立てられるポー
ル11に取付け出来る大きさの太陽電池パネル9を搭載
し、車及び物の移動の際に発生する道路の振動エネルギ
ーを電気エネルギーに変換する圧電素子アレイ1を地中
の埋設し、無日射日や夜間を間わずに圧電素子アレイ1
より、電気エネルギーを収集し、蓄電池8に電気を蓄え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気エネルギー供給シ
ステムに関し、特に鉄道あるいは車道に隣接して設置さ
れる交通標識及び街路灯等に電気を供給する電気エネル
ギー供給システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、商用電線が張巡らされた市街地に
おける交通標識及び街路灯は、その電力は商用電線より
供給されているものの、商用電線が架設されていない郊
外では、しばしば太陽電池による電気エネルギー供給シ
ステムで賄われていた。
【0003】図4は従来の電気エネルギー供給システム
の一例を説明するための太陽電池による電源システムの
構成を示す図である。従来、この種の電気エネルギー供
給システムは、例えば、街路灯に見受けられる太陽電池
による電源システムがある。この電源システムは、図4
に示すように、舗道に埋設され電灯10を取付けるポー
ル11に取付けられる太陽電池パネル9と、この太陽電
池パネル9の発生電力を蓄えるとともに蓄えられる電力
を電灯10に供給する蓄電池8と、この蓄電池8を過充
電にしないために蓄電池8の入力と放電回路とを切換え
る過充電防止回路2aを有している。
【0004】この太陽電池による電気エネルギー供給シ
ステムは、設置地域での年間通じての日射量を考慮して
太陽電池パネル9の容量を設計し、太陽電池パネル9の
月毎の平均出力と負荷のバランスを考慮して蓄電池8の
容量を設計していた。
【0005】従って、例えば、電灯10の24時間中の
平均負荷が5Wであれば、太陽電池パネルの容量は、設
置地域で異なるものの10〜15倍である50〜75W
を必要としていた。この太陽電池の公称出力を日射量が
一平方メートルあたり1kwのときに出力されるものと
定義しているからである。すなわち、、実際には日射量
が1/10〜1/15と予測されるからである。勿論、
蓄電池8の容量は負荷に供給する電力をもつとともに太
陽電池から出力が得られない日数を考慮して設計されて
いた。
【0006】そして、この太陽電池パネル9は風圧に耐
えるように強度のあるポール11に取付けられ、その取
付け位置及び向きも太陽電池パネル9の受光面に日中影
を落すことなく太陽光を受けるようになされていた。
【0007】一方、過充電防止回路2aは本来不必要と
思われるものの、日射時間が予想より長くなった場合に
蓄電池8が過充電になり、故障しないように設けられた
ものであって、日射量が毎日一定であって太陽電池の出
力が安定して確保出来れば不要である。
【0008】しかし、実際には、得られる太陽光の日射
量は常に変動し、最悪の場合には、30日間無日射量を
続く場合も考えられ、そのために無日射の日に電力を供
給する容量の蓄電池を設け、さらにこの大きな容量の畜
電池を充電するのにそれに見合う容量の太陽電池パネル
を備えていた。これとは逆に日射量が予想とは別に過度
に得られたとき、太陽電池パネルの出力により蓄電池は
過充電になる恐れがあるので、前述の過充電防止回路で
余剰の電力を放電させていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、日射時
間を最小に見積り容量に余裕のある太陽電池パネルを設
計しているものの、しばしば、不側お事態である無日射
量日が連続して起き、畜電池が放電し切り、寿命を短縮
させるという問題がある。特に市街地や車道に沿って設
置されている街路灯のような場合は、太陽電池パネルの
受光面に埃が付着し得られる出力が低下し蓄電池が放電
仕切ることもある。
【0010】また、平均負荷の大きな街路灯及び交通標
識等になると、前述のように小さな太陽電池パネルでな
く、大きな出力の太陽電池パネルが必要になってくる。
例えば、平均負荷が40Wとすると、太陽電池パネルの
出力は少くとも400W以上必要とし、この400Wの
太陽電池パネルの大きさは、現在の最高の変換効率で試
算しても実に5平方メートルになる。
【0011】このような太陽電池パネルをポストに取付
けることは問題である。例えば、取付けるポストが強度
あるものにしなければならないこと、また、太陽電池パ
ネルの受光面に影を落さずに日中太陽光を受光するよう
に取付けることが困難になる。さらに太陽電池パネルを
取付ける架台を別置きにしても、邪魔になるがかりか街
路の美観をも損うという欠点がある。
【0012】本発明の目的は、備えている蓄電池を過放
電することなく安定して負荷に電力が供給が出来、負荷
を設置する領域の周囲を占有することがない電気エネル
ギー供給システムを提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の電気エネルギー
供給システムは、道路脇に衝立てられるポールに取付け
られる太陽電池パネルと、道路下に埋設され振動エネル
ギーを電気エネルギーに変換する圧電素子群と、この圧
電素子群と前記太陽電池パネルから得られる電力を蓄積
するともに負荷に電力を供給する蓄電池と、この蓄電池
の充電圧を検出し前記圧電素子群及び前記太陽電池パネ
ルからの電気を前記蓄電池の入力を遮断する過充電防止
回路と備えている。
【0014】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0015】図1は、本発明の一実施例を説明するため
の電気エネルギー供給システムの構成を示す図である。
本発明は、道路を行交う人、車から発生する振動エネル
ギーに着目し、この道路から発生する振動エネルギーを
電気エネルギーに変換する圧電素子群からなるエネルギ
ー変換機構を利用したことである。
【0016】すなわち、この電気エネルギー供給システ
ムは、図1に示すように、太陽電池パネル9とは別に圧
電素子が複数個直並列に接続して組立てられる圧電素子
アレイ1を設け、この圧電素子アレイ1から得られる電
力を過充電防止回路、スイッチ回路及び圧電素子アレイ
から得られる電力の電圧を平滑する回路を含む制御回路
2を介して蓄電池8に供給することである。また、圧電
素子アレイ1は地中の空間部に設置され、地表から一切
露出していない。
【0017】図2は図1の圧電素子アレイの構成を示す
図である。地中の空間部に設置される圧電素子アレイ1
は、図2に示すように、地中の空間部に基礎コンクリー
トに固定される剛性のある固定板3と、この固定板3に
一端が固定されて複数列に並べ配置される圧電セラミッ
ク素子4と、これら圧電セラミック素子4の変位発生面
5に載置される加振板6とで構成されている。そして、
これら圧電セラミック素子4は各電極より導出線18で
直並列に接続され、出力線7で地中より導出されポスト
11内に挿入され制御回路2に接続されている。
【0018】図3は図2の圧電セラミック素子を示す断
面図である。また、圧電セラミック素子は、図3に示す
ように、複数個を積み重ねられた圧電セラミック部材1
7と、これら圧電セラミック部材17の露出する電極部
の一つと接触して直列に接続させる導電部材14と、こ
の導電部材14を被膜する外装部材13とを有してい
る。さらに、圧電セラミック部材17の他方の電極部は
絶線部16に覆われ導電部材14とは電気的に分離され
ている。
【0019】次に、この電気エネルギー供給システムの
動作を説明する。まず、日中で日射があるときは、太陽
電池パネルより発生する電力は制御回路2を介して蓄電
池8に蓄えられる。また、これと平行して、車の通過に
よって得られる振動は、加振板6に伝えられ、圧電セラ
ミック素子4は歪み、電力を発生する。そして発生した
電力は蓄電池8に蓄えられる。蓄電池8に蓄えられた電
力は負荷である電灯10に供給される。
【0020】そして圧電素子アレイ1及び太陽電池パネ
ル9から得られる電力が消費する電力より上回り、蓄電
池8の電圧が上昇し、蓄電池8の充電電圧以上に達っし
たら、制御回路2の過充電防止回路が動作し、蓄電池8
に入力される電力を遮断する。次に、電灯10の電力消
費により蓄電池8の充電電圧が下ると、過充電防止回路
が動作し、再び、太陽電池パネル9からの出力と圧電素
子アレイ1の出力と蓄電池8の入力と接続される。
【0021】試みに自動車の通過時に発生する振動によ
り、この圧電素子アレイ1より発生する電力を計測して
みた。まず、車から発生する振動で共振する加振板6の
変位は数ミクロンであり、振動数100ヘルツ程度であ
った。このとき発生した1個の、セラミック圧電素子の
電力0.02W程度が得られた。なお、このときのセラ
ミック圧電素子は、5mmの正方形断面の圧電セラミッ
ク部材を重ね18mmの高さに形成したものである。
【0022】このような知見を基にして、例えば、車の
通過頻度を1分間に5回程度と考えれば、少くともセラ
ミック圧電素子一個当り平均出力は0.0016ワット
が得られる。従って、平均負荷が40Wである場合、ホ
ール11に取付けられる太陽電池パネルの大きさの制限
するように考慮し、太陽電池の出力を平均負荷5Wを任
うものとして、残りの35Wをこの圧電素子アレイ1で
賄ううとすると、セラミック圧電素子の数は35W÷
0.00164W=2188個となる。そして、これら
セラミック圧電素子を148個ずつ縦横に並べて正方形
の圧電素子アレイを製作すれば良いことになる。そし
て、その大きさは素子間の間隔を2mmを余裕をもたし
ても、前述のセラミック圧電素子を使用しても一辺が1
48×7mm=1036mmとなり、圧電素子アレイは
高々1平方メートルの大きさに過ぎない。この程度の大
きさのアレイを地中に設置することは簡単なことで、地
中を掘下げ、蓋をすれば表面に露呈しないで、邪魔な物
が無く、ポール11の周辺の美観を損うことがない。
【0023】また、この圧電素子アレイは道路の下では
なく、ビルの壁面内や振動の伝わり易い補道面の下に埋
設しても可い。いずれにしても、人及び物の移動は雨天
にかかわらず有るのでこれら振動エネルギーは無くなる
ことなく、常時安定して得られる。特に濃密なダイヤを
組込まれる鉄道には、このシステムは有利である。さら
に、この鉄道の場合は太陽電池パネルは必要としない。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、道路脇に
衝立てられるホールに搭載される太陽電池パネルの他に
人及び車の移動の際に発生する振動エネルギーを電気エ
ネルギーに変換する圧電素子群を付加し、この圧電素子
群を地中に埋設することによって、晴雨及び昼夜間にか
かわらず、電気エネルギーを得られ、蓄電池を過放電に
することなく負荷に安定して電気を供給出来るという効
果がある。
【0025】また、太陽電池パネルをポールに搭載出来
る程度にし、残りの電力は地中に埋設される圧電素子郡
に任うことによって、ポール周辺の地上には、システム
に係る備品を配置することが無く、街路の美観を損うこ
とが無く設置出来るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明するための電気エネル
ギー供給システムの構成を示す図である。
【図2】図1の圧電素子アレイの構成を示す図である。
【図3】図2の圧電セラミック素子を示す断面図であ
る。
【図4】従来の電気エネルギー供給システムの一例を説
明するための太陽電池による電源システムの構成を示す
図である。
【符号の説明】
1 圧電素子アレイ 2 制御回路 2a 過充電防止回路 3 固定板 4 圧電セラミック素子 5 変位発生面 6 加振板 7 出力線 8 蓄電池 9 太陽電池パネル 10 電灯 11 ポール 12 道路 13 外装部材 14 導電部材 15 内部電極 16 絶縁部 17 圧電セラミック部材 18 導出線

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 道路脇に衝立てられるポールに取付けら
    れる太陽電池パネルと、道路下に埋設され振動エネルギ
    ーを電気エネルギーに変換する圧電素子群と、この圧電
    素子群と前記太陽電池パネルから得られる電力を蓄積す
    るともに負荷に電力を供給する蓄電池と、この蓄電池の
    充電圧を検出し前記圧電素子群及び前記太陽電池パネル
    からの電気を前記蓄電池の入力を遮断する過充電防止回
    路と備えることを特徴とする電気エネルギー供給システ
    ム。
JP4288042A 1992-10-27 1992-10-27 電気エネルギー供給システム Pending JPH06141478A (ja)

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