株式会社 サンライト - ソーラーLEDカンパニー! 株式会社 サンライト
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株式会社 サンライト - ソーラーLEDカンパニー!
 Q1:ソーラー自発光商品とは?
昼間に太陽電池から取り出される電気を蓄電し、夜間に自動的にLEDを点灯するシステムを云います。
わずかな電力でいかに長時間、明るく点灯するかが商品の優劣となります。
また、屋外の過酷な環境下で使用されるため、その耐久性能も重要となります。


 Q2:サンライトのソーラー自発光商品の特徴は何ですか?
  1. 電気を貯める媒体(蓄電媒体)に主にキャパシター(別名『電気二重層コンデンサ』)を採用しています。
    キャパシターは充放電の回数寿命が極めて長く、また環境破壊物質である『鉛』や『カドミウム』を含んでいません。

  2. 採用している太陽電池は、小型の自発光商品には主に『アモルファスシリコン太陽電池』を、また中/大型のものには、単結晶シリコン太陽電池を主に採用しています。
    アモルファスシリコン太陽電池は、光を電気に換える効率(変換効率)はやや劣りますが、日陰でも電気を取り出すことができます。
    サンライトは製品の使用環境によって、太陽電池を適宜選定して採用しています。

  3. キャパシター蓄電(充電)向けに専用の高効率回路システムを採用しています。

  4. LED駆動回路はわずかな電力で明るく長時間点灯するために光学系を含め高効率システムが採用されています。

  5. 特に『埋め込み型自発光商品』については、防水構造において以下のような工夫があります。
    *屋外の広い温度範囲に耐えるよう、上下ケースかん合部は高耐候性の強力な弾性接着剤を採用しています。
    *特殊な厚肉成型技術によりケースの剛性が高く、且つかん合部は機械的にも係止をかけています。
    *受・発光部(上ケース)には耐候性ポリカーボネート樹脂を採用し、紫外線による樹脂変色を充分抑えています。

技術編:

  1. 電気を貯める媒体(蓄電媒体)に主にキャパシター(別名『電気二重層コンデンサ』)を採用しています。
    キャパシターは充放電の回数寿命が極めて長く、また環境破壊物質である『鉛』や『カドミウム』を含んでいません。
    採用している太陽電池は、小型の自発光商品には主に『アモルファスSi太陽電池』を、また中/大型のものには、単結晶Si太陽電池を主に採用しています。
    アモルファスSi太陽電池、単結晶Si太陽電池ともに長所の使い分けをしています。
     アモルファスSi太陽電池と単結晶Si太陽電池の比較
    1. 変換効率(光を電気に変える効率)についての比較
      (1000W/m2=>自然環境下では快晴時に相当)
      アモルファスSi太陽電池6〜7%単結晶Si太陽電池13〜19%
      (アモルファスSiに比べておよそ2〜3倍)
    2. 対照度リニアリティー
      アモルファスSi太陽電池5000ルクス程度の低照度までリニアリティーがある。
      (変換効率が殆ど低下しない)
      単結晶Si太陽電池20000ルクス程度でリニアリティーが崩れるものが多い。
      (低照度での変換効率が悪い)
      ……低照度環境下でアモルファスSi太陽電池の方が変換効率が逆転する場合がある。
      又低照度での出力が保証できる。
    3. 一般的な太陽電池の対照度特性
    株式会社 サンライト - ソーラーLEDカンパニー! 図1.で解かるように出力電流が照度によって大きく変ります。
    「対照度リニアリティー」は出力電流に大きな影響を与えます。
    株式会社 サンライト - ソーラーLEDカンパニー! 図2.低照度ではアモルファスの方が効率が良い場合があります。
    (アモルファスは特性が安定している)
    • 晴天時に変換効率が高い単結晶Si太陽電池と、曇天時など低照度でも出力電流がある程度得られるアモルファス太陽電池のそれぞれの特徴を活かす必要があります。
    • 電圧/照度の関係は、アモルファスは1セルあたり高照度Pmaxで0.6V程度、低照度で0.5V程度です。
      また、単結晶Siソーラーは高照度で1セルあたり0.5V程度、低照度で0.3V程度ですがバラツキが大きくなります。

  2. キャパシターへの蓄電(充電)向けに高効率の回路システムを採用しています。
     充電時間短縮の工夫

    キャパシター特有の充電特性に対して主に以下の回路構成で充電時間短縮を図っています。

    株式会社 サンライト - ソーラーLEDカンパニー! 図3.充電電圧が低いときは太陽電池を並列にて充電し大きな電流で充電させる工夫がなされています。

  3. LED駆動回路はわずかな電力で明るく長時間点灯するために光学系を含め高効率システムが採用されています。

  4. 特に『埋め込み型自発光商品』については、防水構造において以下のような工夫があります。
    *屋外の広い温度範囲に耐えるよう、上下ケースかん合部は高耐候性の強力な弾性接着剤を採用しています。
    *特殊な厚肉成型技術によりケースの剛性が高く、且つかん合部は機械的にも係止をかけています。
     埋め込み型自発光製品の防水構造
    株式会社 サンライト - ソーラーLEDカンパニー!

    解説:
    埋め込み型商品は使用される環境上、上下ケースの膨張、収縮、ねじれなどお互いの挙動が異なります。
    図6.に示す接着剤挿入溝には弾性耐候性接着剤を充填し、上下ケースの横方向の動きに対して緩衝効果を持たせています。
    急激な温度変化や上下ケース間の温度差などにより、上下ケースはそれぞれ異なるねじれ方向の動きとなり、かん合部は接着剤による接着力だけではかん合界面が破壊されることになります。
    従って上下ケースの機械的な係止は重要となります。
    機械的係止の方法として、上記のような突起/溝はめ合いと、ネジによる係止の2つの方法を適宜選定して採用しています。

    *受・発光部(上ケース)には耐候性ポリカーボネート樹脂を採用し、紫外線による樹脂変色を充分抑えています。


 Q3:点灯時間や明るさは何で決まるのですか?
    カタログ記載の点灯時間に対して実力値は?
点灯時間とLEDの明るさは以下の条件で決まります。
  1. キャパシターの容量(単位:〔F〕)と満充電電圧(単位:〔V〕)がそれぞれ大きいほうが蓄電エネルギーが大きく同じ消費電力であれば、点灯時間を長くすることができます。
    (容量で10倍、満充電電圧で2倍になれば、実に40倍の蓄電エネルギーとなります。)

  2. LEDの消費電力の大小で点灯時間が決まります。
    サンライトの商品は回路上、LEDを複数個直列に接続して一定電流にて駆動しています。(通常2個から4個直列)LEDは通電電流が大きくなれば一定の範囲において明るく点灯します。
    (通常数十mAまで)
    例えば、青色LEDを4個直列で5mA通電のとき…70(mW)の消費電力となります。
    サンライトの商品は、『わずかな消費電力で明るく発光する光学系と回路システム』を採用しています。当然、LEDの消費電力が大きいと明るくなりますが、蓄電エネルギーが同じなら点灯時間は短くなります。

  3. カタログに記載している『点灯時間』に対して、実力的には概ね1.2倍程度あります。例えば、『点灯時間8時間』は、満充電したとき概ね10時間点灯し続ける実力があります。サンライトの商品はLEDの光を有効に利用する光学系とLEDを明るく発光させる回路系の工夫があります。
    (サンライト製の照射レンズ、導光板やLED駆動回路など独自の技術で効果を発揮しています。)

技術編:点灯時間とLEDの明るさは以下の条件で決まります。

  1. 蓄電媒体がキャパシターの場合、その容量(単位:〔F〕)と満充電電圧(単位:〔V〕)がそれぞれ大きいほうが蓄電エネルギーが大きくなり、一定の消費電力のとき点灯時間を長くする要素となります。
    例えば、容量=10F/満充電電圧5Vのとき……113.75(J)32(mwh)の蓄電エネルギーとなります。
    容量=100F/満充電電圧10Vのとき……4550(J)1263(mwh)の蓄電エネルギーとなります。
    (1/2)×C〔F〕×(Vcap〔V〕)2乗の公式にて試算しています。
    容量で10倍、満充電電圧で2倍になれば、実に40倍の蓄電エネルギーとなります。
  2. LEDの消費電力の大小で点灯時間が決まります。
    サンライトの商品は回路上、LEDを複数個直列に接続して定電流駆動しています。(通常2個から4個直列)
    LEDは通電電流が大きくなれば一定の範囲において明るく点灯します。(通常数十mAまで)
    例えば、青色LEDを4個直列で5mA通電のとき……70(mW)の消費電力となります。
    (LEDの順方向電圧Vf=3.5V一定にて試算しています。)
    この場合、(1)項で述べた10F/5Vのキャパシター条件ですと点灯時間は……0.457142857(時間)
    となり、2時間未満の点灯時間しかないことがわかります。(点灯時間=32mWh÷70mWにて試算)
    点灯時間を8時間程度にするには、電流を1/5程度(つまり1mA)に下げなければなりません。
    上述のように、要求される点灯時間と明るさに応じてキャパシターの蓄電エネルギーとLED通電電流を適宜決めています。
  3. また、システム全体の発光効率も点灯時間と明るさの要素には重要です。
    LEDから発する光を効率よく外部へ照射する光学系とLEDを最大効率で駆動する回路構成が重要です。
    サンライトの商品はLEDの光を有効に利用する光学系とLEDを明るく発光させる回路系の工夫があります。
    (サンライト製の照射レンズ、導光板やLED駆動回路など独自の技術で効果を発揮しています。)
    技術的な詳細を確認されたい方はサンライトまでお問い合わせ下さい。


 Q4:充電時間は何で決まるのですか?
  1. 充電媒体がキャパシターの場合、その容量と満充電電圧がいずれも大きいほうが充電には時間がかかります。
    つまり、充電時間はキャパシター容量が大きいほど、満充電電圧が高いほど充電時間が長くなる要素となります。
    また、充電電流が小さいほど充電時間が長くなる要素となります。
    表現を変えると、太陽電池の出力が大きい(一般的には大きなソーラー)ほど充電時間が短くなる要素となります。
    一方、キャパシターの容量が小さく満充電電圧までの充電すべき電圧が低いほど同様の要素となります。

  2. LEDの消費電力の大小で点灯時間が決まります。
    サンライトの商品は回路上、LEDを複数個直列に接続して定電流駆動しています。(通常2個から4個直列)
    LEDは通電電流が大きくなれば一定の範囲において明るく点灯します。(通常数十mAまで)
    例えば、青色LEDを4個直列で5mA通電のとき……70(mW)の消費電力となります。
    (LEDの順方向電圧Vf=3.5V一定にて試算しています。)
    この場合、(1)項で述べた10F/5Vのキャパシター条件ですと点灯時間は……0.457142857(時間)
    となり、2時間未満の点灯時間しかないことがわかります。(点灯時間=32mWh÷70mWにて試算)
    点灯時間を8時間程度にするには、電流を1/5程度(つまり1mA)に下げなければなりません。
    上述のように、要求される点灯時間と明るさに応じてキャパシターの蓄電エネルギーとLED通電電流を適宜決めています。
技術編:
  1. 充電媒体がキャパシターの場合、その容量と満充電電圧がいずれも大きいほうが充電には時間がかかります。
    これは2次電池でも同じことが云えますが、キャパシターの場合、その充電カーブが2次電池と大きく異なります。

  2. キャパシターの場合、キャパシター充電電圧は充電電流の1次関数となりますので充電時間は次式で成り立ちます。
    T〔sec〕=C〔F〕×V〔V〕÷I〔A〕
    つまり、充電時間はキャパシター容量が大きいほど、満充電電圧が高いほど充電時間が長くなる要素となります。
    また、充電電流が小さいほど充電時間が長くなる要素となります。
    表現を変えると、太陽電池の出力が大きい(一般的には大きなソーラー)ほど充電時間が短くなる要素となります。
    一方、キャパシターの容量が小さく満充電電圧までの充電すべき電圧が低いほど同様の要素となります。

  3. 上記(1)項でも少し述べましたが、太陽電池の出力が大きいほど充電時間は短く出来ますが、経済的要素やスペース、重量などの要素で選定する太陽電池の大きさには限界があります。
    また、充電時間に最も影響が大きいのは日照条件です。
    ……曇天/雨天時の問題解決が重要です。
    通常、単結晶Si太陽電池では快晴時の出力特性に比べて曇天時の特性は極端に低下します。
    特に電流出力のリニアリティー(照度/出力電流の直線性)が悪く、曇天下でのキャパシター充電には不向きです。
    サンライトの商品は、日照条件が比較的悪い条件下でも充電できるよう、以下のような工夫がなされています。
    *低照度でも充電可能な太陽電池を選定しています。
    (低照度リニアリティーが良好なものを採用。)
    *低照度での充電を重視した回路構成により、低照度下でも一定レベルまでの充電電圧確保を実現しています。
     充電時間短縮の工夫

    キャパシター特有の充電特性に対して主に以下の回路構成で充電時間短縮を図っています。

    株式会社 サンライト - ソーラーLEDカンパニー! 図3.充電電圧が低いときは太陽電池を並列にて充電し大きな電流で充電させる工夫がなされています。
    株式会社 サンライト - ソーラーLEDカンパニー!


 Q5:点灯、消灯のしくみは?
サンライトの商品には、周囲の明るさを検知するために『半導体フォトセンサー』を採用しています。
上記フォトセンサーは視感度(人の目が感じる光波長感度)に近いセンサーを採用していますので人の目に感じない赤外線などで誤検知することは有りません。また、カドミウムなどの環境破壊物質を含んでいません。
 採用しているフォトセンサーの特性について
株式会社 サンライト - ソーラーLEDカンパニー! 図5.採用のフォトセンサーは人の目の感度に極めて近い。
なお、環境照度が約10ルクス以下(夕暮直後)で自動点灯、約50ルクス(日の出直後)になると自動消灯します。


 Q6:設置して直ぐに使えますか?
設置した日から通常は動作はしますが、設置後数日間は充電に時間がかかる場合があります。
長期間キャパシターを放置しているとキャパシター自己リークが大きくなります。
この現象は数回充放電を繰り返すことにより解消されますので、その後は安定した動作になります。


 Q7:曇天や雨天時でも使えますか?
曇天時の夜間も点灯するように工夫していますが性能上の限界はあります。
冬場の日照時間が短い場合や雨天など日中でも極端に暗い条件下では点灯しない場合があります。
サンライトの商品は概ね次のような設計になっていますので参考にしてください。
満充電可能な日照条件:日中2万ルクスで10時間以上充電できる環境。
※これは夏場の曇天時に相当します。
上記以下の日照条件では、点灯時間が短くなったり、極端な場合は点灯しない場合もあります。
それは快晴時の直射照度は10万ルクス以上ですが、雨天時の照度は5千ルクス程度と20分の1程度の光エネルギーしか得られないことが理由です。


 Q8:埋め込み型商品の安全性について、どのような配慮があるのですか?
受・発光面(上ケース)全面にはすべり抵抗(すべり抵抗40以上)を有する突起を設けています。
また、露出部のコーナー部テーパーを小さく(1mm)していますので地面との段差が小さく、安全です。


 Q9:施工時の注意すべきことは?
取扱説明書の施工条件注意事項を守っていただければ良いと思います。
サンライトの商品群は『施工の簡便性』を追及しています。


 Q10:施工後の注意すべきことは?
受・発光面(上ケース)に土砂が蓄積したり葉が乗ったりすると充電できなくなりますので、取り除いて下さい。
施工後、樹木の枝が伸びたり別の設置物が近くに配置されると同様に充電できなくなる場合があります。
その他、取扱説明書を充分にお読み下さい。


 Q11:耐用年数はどれくらいですか?
設置される環境や施工条件によって左右されますが、環境・条件が良ければ期待寿命は約10年と推察します。


 Q12:カスタム対応は可能ですか?
サンライトとしては、基本的に1台からの特殊仕様にも対応可能です。
一般的なカスタム対応としては『LEDの色』、『点滅、蛍点灯など点灯モード』、『点灯時間・明るさ』などの対応やデザイン変更及び機能追加などのOEM供給も検討可能ですので、何なりとご相談下さい。


 Q13:色々な質問事項などは何処に問い合わせれば良いのですか?
079-222-8807 までお電話ください。
メールでのお問い合わせはこちらからどうぞ!


 Q14:その他、知っておくと便利な『ソーラー自発光商品』に関連する豆知識は?
  1. キャパシターの容量と定格電圧について
    サンライト商品は現在、2.5V定格/容量22F〜4000Fのキャパシターを複数個採用しています。
    また通常、キャパシターを2個直列接続して5V定格、4個直列接続して10V定格で構成されています。
    (キャパシターつなぎこみによる合成容量と定格電圧の関係を以下に示します。)
     キャパシターの定格電圧と容量の関係

    株式会社 サンライト - ソーラーLEDカンパニー!

    ※蓄電エネルギーの計算式については、Q&Aの3項で説明していますので確認下さい。

  2. 充電回路についてもう少し詳しく
    サンライト商品には、ソーラーからキャパシターに充電する回路的手段として次の方式があります。
    a. 降圧型DC/DCコンバータをソーラー出力段に介在させてキャパシターに充電する方式。
    b. キャパシター充電電圧が所定充電に達するとソーラーのつなぎこみを並列から直列に切り替える方式。
    c. ソーラーとキャパシターを整流素子だけを介在させて充電する方式。

    【a,b,cそれぞれの特徴】
    a.の方式は、キャパシター充電電圧が低いとき出力電流を大きくとれるメリットがありますが、ソーラーの最低動作電圧を制御する必要があるため、回路が複雑になります。
    b.の方式は回路がやや大型になりますが、構成が簡素で無調整化ができます。
    c.の方式は充電効率は低いですが、回路が最も簡単で安価にできます。
    (a〜cの方式を機種グレードに応じて適宜選定しています。)








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