【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は光起電性モジュールおよびそれを含むシステムに関する。 【０００２】 【従来の技術】携帯用電子機器において、電力を発生する光起電性モジュールがしばしば使用される。 例えば、
そのようなモジュールを、バッテリーを入れたケースやラップトップコンピュータの如き電気作動装置の外側に配置することが提案されている。 通常は太陽である起電光源に対して手操作でケース自身を向け、モジュールが電気を発生してバッテリーを充電できるようにし、そのバッテリーからコンピュータへ電源供給する。 【０００３】モジュールからの最大電力出力をもたらす、光源に対するモジュールの最適な向きが常に存在する。 その最適な向きは、直接的な太陽光を補う不規則反射光の効果に依存して変化することがあるものの、通常は入射光がモジュールの光起電性セルに対してほぼ垂直に入射する時である。 【０００４】米国特許第４，５５１，６６９号は、自動車などの移動体上に配置する光起電性モジュールを開示し、それは位置が変化すると起電光および電力出力が変化する。 モジュールの光電池から電源供給を受け、光強度検出器からの信号に応じて光電池を直列接続と並列接続との間で自動的に切り替える調整システムを設ける。
そうすることにより、直列接続と並列接続のいずれの構成がより大きな出力をもたらすかに応じて、モジュールを積載した自動車の所定の瞬間的位置におけるセルからの電力出力を増加させることができる。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】本発明の特有の目的は２つある。 一つの目的は、先に述べたように、モジュールを入射光に対して最適な向きに配置することを可能とするモジュールのスタンドシステムを提供することである。 もう一つの目的は、光起電性モジュールと、それにより電源供給される電子機器との間の電気エネルギー流を調整するための多電圧コントローラを提供することである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明における改良は、
１つの面上に光起電性セルを有する実質的に平面状の光起電性モジュールとの組み合わせにある。 そのようなモジュールにおいて、電気的に駆動される表示アセンブリが設けられ、それは起電光源に対するモジュールの瞬間的な向きについての電力発生効率を示す。 【０００７】本発明の１つの改良では、光源に対してモジュールを最適な向きに配置するためにスタンドシステムを設ける。 このスタンドシステムは、支持面上に配置するためのモジュールの直線的な載置端部を含む。 光起電性セルが配置されるモジュールの面と逆のモジュールの面上に、少なくとも１つの無限に調整可能なヒンジ要素を設ける。 支持部材は、ヒンジ要素によってモジュールに旋回可能に取り付けられ、ヒンジ要素と離隔してモジュールの載置端部と平行に延びる支持アームを含む。
このヒンジ要素は、光起電性セルが配置されるモジュールの面と支持面との間の角度の無限調整を可能とし、それによりモジュールの面を起電光源からの光線に対し実質的に垂直に向けることを可能とする。 【０００８】本発明のこの実施形態の好適な形態では、
スタンドシステムに２つのヒンジ要素を設け、好ましくはそれらを一方が他方と鏡像関係にある点を除いて同一形状とする。 支持部材は、個々のヒンジ要素から支持アームの個々の端部まで延びる２つの平行な側部を含むことができる。 支持部材のこれらの平行な側部および支持アームは、全て連続的であり、同一の円形断面形状を有する。 【０００９】本発明の別の実施形態では、光起電性モジュールと、そのモジュールにより電源供給される負荷との間に多電圧コントローラを電気的に接続する。 少なくとも１つの電圧調整器が設けられ、光起電性モジュールの出力電圧を、負荷に適合するある所定のレベルに維持する。 最大電力追跡器を設けてモジュールの出力電圧を監視し、モジュールの電圧出力がある最小値より小さくなった場合に電圧調整器を負荷から分離し、モジュールの電圧出力が最小値よりも大きいある最大値を超えて上昇した場合に電圧調整器を負荷に再接続する。 負荷がモジュールにより電源供給可能な場合には、最大電力追跡器は動作せず、効果を有しないことが理解される。 【００１０】このシステムの好適な形態には２つの電圧調整器が含められ、その１つは第１の電圧調整器出力を固定電圧に維持してコンピュータへ電源供給し、もう１
つは第２の電圧調整器出力を選択された電圧に維持して、その特定の電圧を必要とする装置へ電源供給する。 【００１１】 【発明の実施の形態】まず、図１を参照すると、全体が１０で示される光起電性モジュールは平面状本体１１を備え、その平面状本体１１の上に、負荷のための比較的高電力出力を発生する１次光起電性セル１２のアレイが載置されている。 【００１２】本例のモジュール１０では、本体１１は、
矩形形状で約１０インチ×１５インチ（２５．４ｃｍ×
３８．１ｃｍ）の黒いアクリロニトリルブチルスチレン（ＡＢＳ）のシートである。 本実施例では、本体１１上に１２個のセル１２が載置され、それら全てが従来の方法で適当なバスバー導線１２Ａにより相互接続されている。 モジュール１０のセル１２の電力は、導線１３によりコネクタ１５に出力される。 【００１３】図２に示すように、モジュール１０を例えばケース１７上に載置し、ケースのふた１８などの１つの外面上に固定することができ、その負荷をケース内のバッテリーやラップトップコンピュータとすることができる。 この負荷はコネクタ１５によりモジュール１０に接続することができる。 【００１４】図３を参照すると、モジュール１０は、破線２０内に全体が示される表示アセンブリ２０へ比較的低い電力出力を供給する。 また、表示アセンブリ２０
は、図１のモジュール本体１１の適当な開口内にも見られる。 表示アセンブリ２０は、線形電圧調整器２１と液晶表示装置２２とを備える。 さらに、表示アセンブリ２
０は、固有の小型２次光起電性セルまたは太陽光センサ２４を備える。 以下に述べるように、太陽などの起電光源に対するモジュール１０の瞬間的な向きの電力出力効率との関係で、太陽光センサ２４は液晶表示装置２２のみに信号を送る専用セルとすることが好ましい。 【００１５】図４を参照すると、モジュール１０からの電力出力は線形電圧調整器２１へ送られ、電圧調整器２
１は約５または６ボルトの実質的に一定電圧の直流出力を提供する。 一点鎖線で示すように、この電圧出力は、
タイマー２７と関連付けられたサンプルホールド回路２
６、ウィンドウコンパレータ２８および液晶表示装置２
２へ送られる。 太陽光センサ２４からの比較的低電力の出力はサンプルホールド回路２６へ送られ、そこで抵抗３０およびオペアンプ３１が電流出力を電圧信号に変換する。 タイマー２７は、ウィンドウコンパレータ２８へ送られるべきサンプルホールド回路２６からの電圧信号の周波数および期間を決定するために選択的に調整される。 ウィンドウコンパレータ２８は、個別のコンパレータ３３および３４と、既知の方法で作動してサンプルホールド回路２６からの電圧信号の変化方向を示す否定論理和回路３５とを含む。 その信号の変化が増加である場合、表示装置２２上に正方向の変化矢印３７が見えるようになる。 その信号の変化が減少である場合、表示装置２２上に負方向の変化矢印３８が見えるようになる。 信号が一定であり変化していない場合、表示装置２２上の中央のバー３９が見えるようになる。 また、サンプルホールド回路２６からの電圧信号は導線４０によりデジタル情報ディスプレイ４１にも送られ、そこにその強度レベルが例えば０００から９９９の間の数値により示される。 これにより、太陽光源に対する瞬間的な向きについてのモジュール１０の電力出力効率が定量化される。 【００１６】動作時には、モジュール１０は、手操作により太陽などの起電光源に向けられる。 起電光の入射または太陽放射がモジュール１０に対してほぼ垂直となる場合、太陽光センサ２４はその太陽光強度に対して最大の信号を生成し、それに対応する読み値がデジタルディスプレー４１上に見えるようになる。 手操作により、入射太陽光がモジュール１０に対してほぼ垂直とならない位置にモジュールが向けられた場合、太陽光センサ２４
からの信号は減少し、デジタルディスプレイ４１上にはより小さな数値が現れる。 最大出力から、それより小さい出力への変化においては負方向の変化矢印３８が見えるようになる。 操作者がモジュール１０を最大電力出力の向きに戻すと、デジタルディスプレイ４１上に見える数値は増加し、正方向の矢印３７が見えるようになる。
モジュール１０を静止状態に維持すると、ディスプレイ２２の中央のバー３９が見えるようになる。 【００１７】この読み取り情報を考慮することにより、
操作者は起電太陽光に対してモジュール１０を最適位置に配置することができる。 モジュール１０を静止させた状態で太陽光自身の強度が増加または減少すると、矢印３７、３８とディスプレイ４１上の読み取り情報はそれに従って変化する。 これは、操作者が、太陽光強度に影響する上空の天候変化または太陽の移動によってモジュール１０の電力出力効率が変化する様子を知るために有用である。 【００１８】図５乃至図８を参照すると、モジュールのための調節可能なスタンドシステムを提供する本発明の形態が示される。 詳細には、改良された光起電性モジュール５０はその前面に、光起電性セル５１の平面状アレイと、電気的に駆動される表示アセンブリ５２とを備える。 表示アセンブリ５２は表示アセンブリ２０に関して先に説明したのと同様の構成を有する。 注記したように、表示アセンブリ５２は、起電光源に対するモジュールの瞬間的な向きについての電力発生効率を示す。 本実施形態では、モジュール５０のスタンドシステムが提供され、それはモジュール５０を光源に対して最適な向きに保持する。 【００１９】このスタンドシステムは、典型的に水平な支持面５４上に配置するための、モジュール５０の直線的下部載置端部５３を有する。 また、スタンドシステムは支持部材を有し、それはモジュール５０の直線的載置端部５３と平行な長い支持アーム５７によって一端を連結された２つの平行な測方部５５および５６からなる。
側方部５５および５６ならびに接続支持アーム５７は同一の円形断面を有する。 【００２０】光起電性セル５１が配置される面と逆のモジュール５０の背面上には、左側および右側のヒンジ要素６２および６３が設けられる。 図６および図７は左側のヒンジ要素６２の形状を詳細に示す。 左側のヒンジ要素６２は、右側のヒンジ要素６３と同一形状であるが鏡像関係にあることが理解される。 ヒンジ要素６３は従来型の無限に調整可能な筒状バネクラッチ６５を有し、そのクラッチ６５内部に側方部５６の端部６６がはまり込む。 端部６６は、スタンドの側方部５６の一部であるが、側方部５６の残りの部分と直角である。 一対のねじ６９を収容するように適合した支持ブラケット６８がバネクラッチ６５から固定的に延び、ねじ６９はブラケット６８とクラッチ６５をモジュールの背面に固定する。
本発明において特に適当であるバネクラッチ６５の形状は、トルクマスターヒンジ（TorqMaster Hinge）の名称でコネチカット州スタンフォードのジェネラルクラッチ社（General Clutch Corp.）により製造される。 【００２１】図５乃至図８に示されるスタンドシステムの動作において、ヒンジ要素６２および６３は、光起電性セル５１が配置されるモジュールの前面と支持面５４
との間の角度の無限の調節を可能とし、それによりモジュールの前面を起電光源からの光線に対して実質的に垂直に向けることができる。 ヒンジ要素６２および６３の無限に調節可能な形態により、光起電性セル５１の平面状アレイを水平な支持面５４に対して最適な角度に配置し、セル５１の電力出力を最大にすることができる。 【００２２】光起電性セル５１からの電力出力の最大効率は、モジュール５０の前面を、光起電セル５１に当たる光線に対して垂直な角度から５度以内とした時に達成される。 先に述べたように、この電力出力の効率は、電気的に駆動される表示アセンブリ５２上に表示される。
セル５１の出力が最適値から測定できる範囲内で変化するならば、スタンドシステムのモジュール５０の前面に対する角度の適当な調整が可能である。 【００２３】図８および図９は本発明の別の形態を示し、それは多電圧制御システムである。 ここでも、先に述べたのと同様に、改良されたモジュール５０は光起電性セル５１および表示アセンブリ５２を有する。 上述のスタンドシステムも多電圧コントローラシステムと組み合わせることが好ましい。 【００２４】モジュール５０からの電気出力は、導線７
０により、２つの電圧調整器を含む多電圧コントローラ７１に送られる。 １つの電圧調整器は出力導線７４を介してラップトップコンピュータ７３へ電源供給する。 もう１つの電圧調整器は出力導線７６を介して携帯用ステレオ７５などのユニットへ電源供給する。 コンピュータ７３には１８ボルトなどの一定電圧が必要であるので、
そのレベルの一定電圧が出力端子７８に維持され、その端子７８に導線７４およびラップトップコンピュータ７
３が接続される。 ステレオ７５などの他の電源供給電子機器については電圧は可変でも構わない。 コントローラ７１上の電圧選択スイッチ８０は、例えば３ボルトから６、７．５、９または１２ボルトへと出力端子８１の電圧を変化させるように操作することができる。 【００２５】多電圧コントローラ７１内には最大電力追跡器８３が含まれる。 全ての太陽光下でのモジュール５
０についての最適動作電圧は例えば最小６．４ボルト、
最大６．９ボルトとすることができる。 モジュール５０
からの出力電圧のこの範囲は追跡器８３により監視される。 モジュール５０からの電圧が６．４ボルト以下に低下した場合、追跡器８３は端子７８および８１の電力出力の接続を分離する。 その後モジュール５０の電圧が６．９ボルトに達するまで上昇すると、追跡器８３は端子７８および８１の電力出力を自動的に再接続する。 【００２６】このような端子７８および８１の分離および再接続は、コンピュータ７３およびステレオ７５などの負荷が要求する電力が、モジュール５０から使用できる電力を超えた場合にのみ生じることが理解される。 この負荷について要求される電力をモジュール５０により供給可能ならば、追跡器８３はモジュール５０の出力を監視し続けるが、コンピュータ７３やステレオ７５などの負荷を分離することはない。 【００２７】図９に破線で示すように、第２の光起電性モジュール５０Ａを多電圧コントローラ７１に接続し、
システムの出力を２倍にすることができる。 そうして、
システムは、コンピュータ７３およびステレオ７５のバッテリーを細流充電しつつ、ラップトップコンピュータ７３およびステレオ７５の動作を動作させるために十分な電力を供給することができる。 【００２８】多電圧コントローラ７１と最大電力追跡器８３を組み合わせることの目的は、負荷の大きさに拘わらず、光起電性モジュール５０からのエネルギーを負荷へ送ることにある。 モジュール５０からの利用可能なエネルギーが負荷の要求を超える場合、多電圧コントローラ７１の出力は多電圧コントローラ７１により固定された直流電圧となる。 それから、最大電力追跡器８３は単にモジュール５０の出力電圧を監視する。 【００２９】モジュール５０から利用可能なエネルギーが負荷の要求より小さい場合、多電圧コントローラ７１
からの出力はパルス状の直流電圧となり、そのパルス幅は負荷およびモジュールの出力に反比例する。 最大電圧追跡器８３は、先に述べた最小６．４ボルト、最大６．
９ボルトなどの選択された電圧間でモジュール５０の出力を監視および維持する。 これは、多電圧コントローラ７１の出力を負荷から分離し、および負荷に再接続することにより実行される。 先に述べたように、モジュール電圧が６．４ボルトまで低下した時に負荷を分離し、モジュール電圧が６．９ボルトになった時に負荷を再接続する。 その結果、光起電性モジュールから負荷へ最大エネルギーが送られる。 【００３０】本発明の範囲は、上述の好適な実施形態によってではなく、請求の範囲の記載によって決定されるべきである。 【００３１】 【発明の効果】本発明によれば、モジュールを入射光に対して最適な向きに配置することを可能とするモジュールのスタンドシステムを提供することができる。 また、
光起電性モジュールと、それにより電源供給される電子機器との間の電気エネルギー流を調整するための多電圧コントローラを提供することができる。 【図面の簡単な説明】 【図１】本発明による光起電性モジュールの平面図である。 【図２】コンピュータなどの負荷発生装置を収容するのに適したケースとの組み合わせにおいて、本発明のモジュールを示す。 【図３】モジュール内に含められる液晶表示装置の要素の線図である。 【図４】液晶表示装置およびそれと直接的に関連する要素の回路図である。 【図５】本発明の光起電性モジュールの背面の斜視図であり、モジュールのための改良された調整可能なスタンドシステムを示す。 【図６】モジュールのスタンドシステムのヒンジ要素の部分拡大図である。 【図７】図６のヒンジ要素の部分拡大端面図である。 【図８】本発明の光起電性モジュールの斜視図であり、
光起電性モジュールと関連する電気駆動装置との間の電力を調整するための多電力コントローラを示す。 【図９】少なくとも１つの光起電性モジュールと１以上の電気駆動装置とに関連付けられた本発明の多電圧コントローラの概略図である。 【符号の説明】 １０、５０ 光起電性モジュール １２、５１ セル １２Ａ、１３ 導線 ２０、５２ 表示アセンブリ ２１ 電圧調整器 ２２ 液晶表示装置 ２４ 太陽光センサ ２６ サンプルホールド回路 ２７ タイマー ２８ ウィンドウコンパレータ ３３、３４ コンパレータ ４１ ディスプレイ ５５、５６ 測方部 ６２、６３ ヒンジ要素 ６５ クラッチ ７１ 多電圧コントローラ ７３ コンピュータ ７５ ステレオ ８３ 最大電力追跡器 ───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーチン チャールズ アメリカ合衆国 ニューヨーク 12428 エレンヴィレ ヤッフィ ロード （番地 なし) (72)発明者 モートン シフ アメリカ合衆国 ニューヨーク 12461 オリーブ ブリッジ ピーオー ボックス 1517 |
