太陽電池と電気二重層キャパシタを用いた LED 照明機器の

太陽電池と電気二重層キャパシタを用いた
LED 照明機器の研究
安田　剛
摂南大学　工学部　電気電子工学科　電子光機器研究室
Research on LED Lamp Equipment using Solar Battery and Electric Double Layer Capacitor
Tsuyoshi Yasuda
Electric and Optical System Lab.,Dept. of Electrical and Electronic Engineering,Setsunan Univ.
1.
概要
最近、太陽光や風力などの環境に優しいエネルギー源や、機
器の省エネルギー化が注目されている。太陽光をエネルギー源
とした機器に、公園や庭で使われている屋外用照明機器がある。
これは、昼間に太陽電池から得た電気を二次電池に蓄えて、夜
中に点灯する装置である。この装置には、ニッケル・カドミウム電
池や、ニッケル水素電池が使用されている。これらの二次電池
の充放電サイクルは 500 回程度なので、メンテナンスをせずに
使い続けると 1～2 年で照明機器が使えなくなってしまう。そこで、
これらの二次電池よりも充放電サイクルが多い、電気二重層
キャパシタ（EDLC）を用いた屋外用照明機器を研究する。
EDLC の充放電および LED 点灯の制御は、PIC マイコンを使
用して行う。機器の概略を図 1 に示す。
2.
研究状況
太陽電池式のガーデンライトを分解して、回路やその役割を
調べた。そして、ガーデンライトの回路を役割ごとに分けてみる
と、太陽電池、ニッケル・カドミウム電池、明るさ検知回路、昇圧
回路、発振回路、白色 LED の 6 つの部分から構成されている
ことが分かった。発振回路は、昇圧回路を動かすために使われ
ている。次に、太陽電池の特性や等価回路を調べた。測定に使
用した太陽電池は、分解したガーデンライトのものを使用した。
そして、簡単な測定によって、太陽電池を回路シミュレータ上の
部品で表す方法がわかった。
3. 今後の課題
① EDLC の充放電をする方法と回路
うつもりなので、その研究をする。放電回路は、EDLC を並列接
続から直列接続へ切り替える回路を研究する。切り替えることで、
EDLC に蓄えられたエネルギーを使いきれるようになる。切り替
えをすると、供給電圧が大きく変わらないので負荷が設計しや
すくなると考えられるからである。
② マイコンの周辺回路とプログラム
PIC マイコンを使って、EDLC の電圧の監視、明るさ検出、
LED の点灯制御を行う。周辺回路とは、明るさや電圧を監視す
るセンサ回路と、EDLC の直並列接続や、LED 点灯を制御する
回路を示す。そして、これらを制御するプログラムを作成する。
マイコンや周辺回路の消費電力を少なくすることも課題である。
マイコンには消費電力が少なく、AD コンバータが内臓されて
いる PIC16F690 を使う予定である。動作状態とスリープ状態を
繰り返す、間欠動作をさせることで大幅にマイコンの消費電力を
下げることができる。
③ LED の点灯回路
静電容量の大きな EDLC だと、蓄えられる電圧の最大値が
2.5V となっていることが多い。さらに、キャパシタなので放電して
ゆくと、次第に電圧が下がってくる。白色 LED を使うので、出力
電圧は約 3V 以上は必要になる。よって、LED の点灯回路は昇
圧回路になる。効率のよい昇圧回路の研究をする。
④ 屋外用照明機器の組み立てと評価
電気的な研究課題が終わったら、屋外用照明機器を組み立
てて実際に屋外に設置する。そして、所望の結果が得られたか
確認し、評価する。
EDLC の充電方法を調べる。充電回路には降圧チョッパを使
図 1　装置の概略