簡易無電源環境光センサ

太陽電池を簡易的な環境光センサとして使ってみた。

CPC1822はとても小さな太陽電池セル。
透明なSO8パッケージに封入されたアレイで構成され、4V 50μA（6000Lux時）の発電能力を持つとデータシートにはある。残念ながらすでに生産中止品なので、部品屋に流通している分で販売終了のようだ。部品箱から発掘されたので、供養と称して特性を調べてみた。

  50μAで何ができるかといえば、アプリケーションとしては光検出、トリクル充電の電源といった用途になる。μAレベルの平均消費電力であれば、コンデンサを充電することでPIC12Fあたりを間欠駆動することもできそう。

光量センサとしては、無電源でADCに直結する簡易的な環境光センサとして使う事もできそうなので、簡単に実験してみた。

CPC1822のパッケージは向きが分かりにくいが、結線されている足は二つだけ。

シャント抵抗を取り付けて、I-V変換された電圧を読み取る。

（写真では100ｋΩを取り付けたときのもの）

Arduino（AVR系列）なら、基準電圧に１.1Vが使えるので、10kΩでシャントすれば直射日光下で余裕のあるレンジになりそうだ。

10kΩの抵抗を接続し、照度計と一緒に窓辺に置いて、端子間電圧を測定した結果が下記のグラフになる。曇り空のため、あるていど均一な光量が得られていた。

薄曇りの窓辺での計測結果 ＜ 4000Luxまで

その後、雲間を通して直射日光が得られたので、変動の激しい中ではあるけど、プロットしてみた。

 34401Aにつないでシャント電圧を測定してみると、曇り空でも本来のデータシートの発電特性よりも4倍ほど高い電流値を示していた。負荷抵抗を外して直接電流計測しても4倍の電流が計測できている。 そういうものなのかな…。 

 雲間の太陽光で計測した結果は、雲の動きが激しすぎて、プロット精度がとても落ちてしまった。快晴下で透過率を調節するのが理想かなぁ。直射日光下では発電電流が１０倍くらいに増加しているようだ。

 曇りのプロットと陽光下のプロットの傾きはやや異なる。セル自体はフィルタもないので、赤外線などの影響をかなり受けている。照度を測るなら、可視光帯域に調整された専用のフォトダイオードを使うのが良だろう。

照度計としては怪しいけど、光量センサとしては使える。発電量を刻々とモニタするという意味では役目を果たすので、機械が生き抜く感覚としては十分そうだ。

太陽電池をセンサだけにつかうのはもったいないので、普段は発電していて、時々電流値を測定できると、マイコンのADCのみで太陽電池の健全性確認ができる。
発電電流の大きな太陽電池だと、シャント抵抗に低抵抗が必要なので熱損失がかなり増える。一時的に負荷からセルを切り離し、FETで測定時のみ一時的にシャントする経路を設けておくとよさそう。