JPH08123562A - 太陽電池応用機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 太陽電池応用機器の能力を年間を通じて充分
に発揮させる。 【構成】 太陽電池１、充放電制御装置、蓄電池４およ
び負荷６を組み合わせた太陽電池応用機器において、ほ
ぼ１年を１周期とし月日あるいは季節に相当する値を出
力できる年間タイマであるカレンダタイマ手段１７と、
太陽電池、蓄電池および負荷の仕様ならびにその応用機
器が設置される環境に合わせた条件、特に設置される地
域の過去あるいは現在の任意期間の日射条件をもとに許
容負荷電力または許容負荷電流を演算する中央演算回路
１８を設け、その演算結果に基づいて充放電制御手段
３，５，９に負荷への電力供給および蓄電池の充放電制
御を行なわせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池、充放電制御
装置、蓄電池および負荷を組み合わせた太陽電池応用機
器に関し、特に接続される負荷機器の仕様およびその負
荷機器の設置される環境に合わせた条件により、システ
ム運転時の負荷電力量あるいは負荷電流量の制御を行な
う太陽電池応用機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の応用機器として図４に示す
構成のものが知られている。図４において、１は太陽電
池、２は逆流防止ダイオード、３は充放電制御回路、４
は蓄電池、５は負荷制御用スイッチ（あるいは素子）、
６は負荷、７は過充電防止用短絡スイッチ（あるいは素
子）、８は蓄電池電圧検出部、９は短絡制御信号、１０
は負荷制御信号であり、蓄電池電圧検出部８の出力は充
放電制御回路３へと入力され、過充電防止用短絡スイッ
チ（あるいは素子）７および負荷制御用スイッチ（ある
いは素子）５は充放電制御回路３の制御信号により動作
する。

【０００３】まず、図４において太陽電池１により蓄電
池４は充電され、蓄電池４に充電された電気量は負荷制
御用スイッチ（あるいは素子）５が閉じられることによ
り負荷６で消耗される。そして、蓄電池４が過充電のと
きは、過充電防止用短絡スイッチ（あるいは素子）７で
太陽電池１の両極を短絡させ、過放電のときは負荷制御
用スイッチ（あるいは素子）５を開として負荷６への電
力供給を停止させることを基本とする。したがって、日
射量が充分多いときは負荷接続用スイッチ（あるいは素
子）５を常時閉として負荷６への電力を供給する。一
方、日射量が少ないときは蓄電池４の容量が低下するた
め、その蓄電池４の容量低下を電圧等により検知してそ
の残容量に応じて負荷接続用スイッチ（あるいは素子）
５を開とし負荷６への電流を制限する。このようにし
て、蓄電池４の残容量に見合った負荷電力量の制御を行
なう。

【０００４】また、本従来例にては単純化のため、負荷
６への電力あるいは電流を制御する部分５を機械的なス
イッチのように描いたが、これを半導体素子として高速
に開閉を繰り返し、見かけ上の機器使用時間の延長を図
ったような制御方法あるいは装置も公知である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来より用
いられ組み合わせて使用されてきた太陽電池応用機器の
充放電制御装置は、蓄電池電圧といったいわゆる充電量
あるいは蓄電池の残容量に類する検出値のみをもとに充
放電制御あるいは負荷電力量の制御を行なっていた。こ
のことは、使用される電気素子あるいはそれを組み合わ
せた制御回路が比較的単純な構成で実現でき、短期的に
みるとある程度の効果を得ることができた。

【０００６】しかしながら、実際には本発明で取り上げ
ているような独立型の太陽電池応用機器は、その性格上
システムの無日照を保証するため、使用される蓄電池に
余裕を持たせた設計とするため、その蓄電池容量が大き
くなればなるほど正確な残容量を検知することが困難で
あるとともに、蓄電池の残容量のみによって充放電制御
あるいは負荷電力量の制御を行なうということは、日々
変動する日射量とは連係するものの、蓄電池容量の大小
が意味するところの無日照保証を考慮した最適な制御と
はなりえず、したがって、その太陽電池応用機器の能力
を充分に発揮しているとは言えなかった。

【０００７】本発明は、上述の従来技術における問題点
に鑑みてなされたもので、太陽電池、充放電制御装置、
蓄電池および負荷を組み合わせた太陽電池応用機器にお
いて、年間を通じてその能力を充分に発揮させることを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の太陽電池応用機器は、太陽電池と、ほぼ１
年を１周期とし月日あるいは季節に相当する値を出力で
きる年間タイマであるところのカレンダタイマと、前記
カレンダタイマの出力を受けて、少なくともその月日あ
るいは季節に相当する値、前もって入力された太陽電池
応用機器の設置される地域の日射量データ、太陽電池の
出力、設置方位角、設置傾斜角、日照環境および接続さ
れる負荷の条件により決まるところの許容負荷電力量あ
るいは許容負荷電流量を算出する中央演算回路と、その
算出結果に基づき負荷を制御するための制御信号を出力
する充放電制御回路と、負荷制御スイッチ（あるいは素
子）と、負荷とにより構成され、負荷電力量あるいは負
荷電流量を制御するようにしている。カレンダタイマ
と、中央演算回路と、充放電制御回路と、負荷制御スイ
ッチ（あるいは素子）は、充放電制御装置を構成する。
前記カレンダタイマ、中央演算回路、充放電制御回路お
よび負荷制御スイッチ（あるいは素子）は、それらのい
ずれか複数を一体化した回路あるいはモジュールとする
ことが好ましい。

【０００９】本発明の好ましい実施例において、前記充
放電制御装置は、前記中央演算回路において無日照保証
の日数に対応した期間および機器運転時の時期の過去の
日射量をもとに許容負荷電力量あるいは許容負荷電流量
を演算し、前記充放電制御回路と、負荷制御スイッチ
（あるいは素子）により負荷電力量あるいは負荷電流量
を制御する。また、この太陽電池応用機器の使用者が容
易に諸条件を入力できるようにしている。さらに、前記
中央演算回路は、運転中の日射量あるいはそれに相当す
る値を取り込み、その値により負荷電力量あるいは負荷
電流量の制御を自動的に最適化する、いわゆる学習機能
を持っている。

【００１０】

【作用】本発明によれば、太陽電池、充放電制御装置、
蓄電池および負荷を組み合わせた太陽電池応用機器にお
いて、充放電制御装置が太陽電池、蓄電池および負荷の
仕様ならびにその応用機器が設置される環境に合わせた
条件、特に設置される地域の過去あるいは現在の任意期
間の日射条件をもとに負荷への電力供給制御を行ない、
実質的には使用される蓄電池の充放電制御を行ない、こ
れにより、年間を通して安定した負荷電力制御を実現す
るとともに、太陽電池応用機器の利用効率の向上を図る
ようにしている。

【００１１】本来、特に蓄電池と組み合わせて構成され
る独立型の太陽電池応用機器は、太陽電池および蓄電池
が負荷に対し充分な余裕をもって設計されるため、基本
的には負荷電力量は蓄電池容量により決まるのではな
く、接続される太陽電池が出力する電力量によって決ま
るものである。したがって、日射量がたまたま設計値よ
り大きい場合には太陽電池の短絡という電力を無効とす
る制御を行なうものの、過放電のような状況はほとんど
発生しないのが通例である。

【００１２】また、さまざまな地域の月別の日射量を調
査し、そのある年の月の日射量と数年間の平均の月別の
日射量とを比較してみると、それほど大きな差が無いと
いう事実がある。

【００１３】本発明はこういったことに着目し前述の課
題を解決するため、太陽電池応用機器において負荷に対
応して設計された太陽電池およびそれに対応する所望の
無日照保証日数より設定された蓄電池容量、それに加え
その応用機器が設置される環境に合わせた条件、すなわ
ち設置される地域の例えば過去の月単位の日射量の条件
をもとに、負荷電力量の制御を行なうというものであ
る。

【００１４】前述のような負荷電力量の制御を行なう太
陽電池応用機器を用いれば、例えば太陽電池応用機器の
設定をそれが設置される地域の最小日射月の条件で許容
負荷電力量あるいは許容負荷電流量を算出すれば、最小
日射月以外の月は太陽電池による発電量が多い分、許容
負荷電力量あるいは許容負荷電流量をその日射量の比に
ほぼ比例した量に増加させた制御を行なうことが可能で
ある。

【００１５】また、逆の見方をすると、最大日射月の条
件で許容負荷電力量あるいは許容負荷電流量を算出すれ
ば、最大日射月以外の月は太陽電池による発電量が少な
い分、許容負荷電力量あるいは許容負荷電流量を、その
日射量の比にほぼ比例した量に減少させた制御を行なえ
ば良いということを意味する。

【００１６】

【実施例】実施例１ 図１は本発明を一実施例に係る太陽電池応用機器の構成
を示す。図１において、１は太陽電池、２は逆流防止ダ
イオード、３は充放電制御回路、４は蓄電池、５は負荷
制御用スイッチ（あるいは素子）、６は負荷、７は過充
電防止用短絡スイッチ（あるいは素子）、８は蓄電池電
圧検出部、９は短絡制御信号、１０は負荷制御信号、１
７はカレンダタイマ、１８は負荷制御データを含んだ中
央演算回路である。蓄電池電圧検出部８の出力および負
荷制御データを含んだ中央演算回路１８の制御信号は充
放電制御回路３へ、カレンダタイマ１７の信号は負荷制
御データを含んだ中央演算回路１８へと入力され、過充
電防止用短絡スイッチ（あるいは素子）７および負荷制
御用スイッチ（あるいは素子）５は充放電制御回路３の
制御信号により動作する。

【００１７】まず、図１の回路は、太陽電池１により蓄
電池４が充電され、蓄電池４に充電された電気量は負荷
制御用スイッチ（あるいは素子）５が閉じられることに
より負荷６で消耗される。そして、蓄電池４が過充電の
ときは、過充電防止用短絡スイッチ（あるいは素子）７
で太陽電池１の両極を短絡させ、過放電のときは負荷制
御用スイッチ（あるいは素子）５を開とし、負荷６への
電力供給を停止させることを基本とした回路であり、こ
こまでは従来例と同様である。

【００１８】ここで、本実施例の太陽電池応用機器にお
いては、カレンダタイマ１７により出力される季節を表
わす月日あるいはそれに相当する値を、負荷制御データ
を含んだ中央演算回路１８が取り込み参照することによ
り、使用する太陽電池１の設置される地域の過去の月別
の日射量、太陽電池１の出力、設置方位角、設置傾斜角
および日照環境ならびに接続される負荷の条件より演算
された許容負荷電力量あるいは許容負荷電流量を負荷６
に供給する制御を行なう。

【００１９】本実施例によれば、組み合わされた蓄電池
４の残容量あるいは運転時の日々の日射条件に左右され
ることなく、負荷電力量あるいは負荷電流量の制御が可
能となるため、蓄電池残容量検出型の太陽電池応用機器
と比較して安定した負荷制御が可能となるとともに、太
陽電池応用機器の利用効率の向上をはかることができ
る。

【００２０】すなわち、あらかじめ定められた地域の通
常の日射条件下においては、太陽電池１より出力される
電力量が一年を通して負荷電力量あるいは負荷電流量と
平衡し、システムの適切で安定した運転ができ、太陽電
池応用機器全体の利用効率の向上をはかることが可能と
なる。

【００２１】なお、本実施例における負荷制御用スイッ
チ（あるいは素子）５もまた、蓄電池残容量検出型の従
来例と同様に機械的なスイッチである必要はなく、これ
を半導体素子として高速に開閉を繰り返して利用すれ
ば、見かけ上の機器運転時間の延長を図るような制御も
可能である。

【００２２】また、カレンダタイマ１７、中央演算回路
１８および充放電制御回路３および負荷制御スイッチ
（あるいは素子）５を一体化した回路あるいはモジュー
ルとすれば、太陽電池応用機器の小型化あるいは低価格
化を図ることが可能となる。

【００２３】

【他の実施例】実施例２ 前記実施例１の太陽電池応用機器によっても充分な効果
を得られるが、一般的に無日照保証の日数と密接にかか
わると言われる蓄電池の容量を考慮し、蓄電池の容量、
すなわち無日照保証の日数に対応した期間および時期の
過去の日射量をもとに負荷電力量を演算し、負荷電力量
または負荷電力量を制御するようにしてもよい。

【００２４】例えば、太陽電池応用機器を設置した場
合、蓄電池の容量は太陽電池の出力する電力量に対して
その何日分を貯蔵するか、すなわち日照が全く無い状態
で何日間の電力量を出力できるように設計するかで決め
られる。

【００２５】本実施例２は、この蓄電池４の容量、すな
わち無日照保証の日数に対応する期間の過去の日射量を
もとに負荷電力量を演算し制御するものである。

【００２６】この具体的な方法の例は、まず図１の中央
演算回路１８の負荷制御用データに無日照保証の日数に
あたる期間を前もって入力しておき、カレンダタイマ１
７より入力される現在の月日および前記無日照保証の日
数にあたる期間により現在運転中の太陽電池応用機器の
負荷電力量あるいは負荷電流量の制御条件を決めるもの
である。このとき、前記期間の設定は前記現在の月日に
対してその月日を中心としたものであっても、過去へさ
かのぼるものであっても、あるいは将来へ向けてのもの
であっても構わない。

【００２７】すなわち、本実施例２においては前記実施
例における蓄電池４の容量と負荷制御がほぼ無関係であ
るとしたものを最適化条件の一つとして関連付けたもの
である。

【００２８】したがって、本実施例２によるような制御
方法を用いれば、月日の経過に伴う許容負荷電力量ある
いは許容負荷電流量の変動分の修正がより適切に行なわ
れるため、システム全体の平衡維持性が向上し、システ
ムのより安定した運転が可能となる。

【００２９】実施例３ 前記実施例１および２においては、負荷電力量あるいは
負荷電流量の制御は太陽電池応用機器の制御回路内部で
定められた動作のみを行なうものとしている。ところ
が、太陽電池応用機器の設置条件の固有のばらつき等に
より、既定の制御条件が当てはまらない場合が生じる可
能性がある。こういったときに、太陽電池応用機器の使
用者が容易に制御のための諸条件を入力できるようにし
てあれば好適である。

【００３０】図２は使用者により諸条件を容易に入力で
きるようにできるようにした本発明の実施例３に係る応
用機器に構成を示す。図において、１は太陽電池、２は
逆流防止ダイオード、３は充放電制御回路、４は蓄電
池、５は負荷制御用スイッチ（あるいは素子）、６は負
荷、７は過充電防止用短絡スイッチ（あるいは素子）、
８は蓄電池電圧検出部、９は短絡制御信号、１０は負荷
制御信号、１７はカレンダタイマ、１８は負荷制御デー
タを含んだ中央演算回路、１９は条件設定部である。蓄
電池電圧検出部８の出力および負荷制御データを含んだ
中央演算回路１８の制御信号は充放電制御回路３へ、カ
レンダタイマ１７の信号は負荷制御データを含んだ中央
演算回路１８へ、条件設定部１９の出力は負荷制御デー
タを含んだ中央演算回路１８へと入力される。過充電防
止用短絡スイッチ（あるいは素子）７および負荷制御用
スイッチ（あるいは素子）５は充放電制御回路３の制御
信号により動作する。

【００３１】まず、図２の回路は、太陽電池１により蓄
電池４が充電され、蓄電池４に充電された電気量は負荷
制御用スイッチ（あるいは素子）５が閉じられることに
より負荷６で消耗される。そして、蓄電池４が過充電の
ときは、過充電防止用短絡スイッチ（あるいは素子）７
で太陽電池の両極を短絡させ、過放電のときは負荷制御
用スイッチ（あるいは素子）５を開とし、負荷６への電
力供給を停止させることを基本とした回路である。

【００３２】また、カレンダタイマ１７により出力され
る季節を表す月日あるいはそれに相当する値を、負荷制
御データを含んだ中央演算回路１８が取り込み参照する
ことにより、使用する太陽電池１の設置される地域の過
去の月別の日射量、太陽電池１の出力、設置方位角、設
置形射角および日照環境等の条件より算出された許容負
荷電力量あるいは許容負荷電流量を負荷６に供給する制
御を行ない、ここまでは前述の実施例１および２と同様
である。

【００３３】ところが、その太陽電池応用機器の設置さ
れた環境の条件によっては、負荷電力量あるいは負荷電
流量の制御定数を既定の値で実運転したときに、機器全
体のバランスが過負荷の過放電寄りの状態となったり、
過充電よりの状態となったりすることがある。そこで、
本実施例３においては、そういった状態となることが予
想されるか、あるいはそういった状況になったようなと
きに、その太陽電池応用機器の使用者がその条件設定部
より補正のための値を入力することができるようにして
太陽電池応用機器の運転の最適化を図ったものである。

【００３４】これにより、その太陽電池応用機器の設置
された環境の条件に、より合致した運転が可能となる。

【００３５】実施例４ 前記実施例３においては、条件設定部１９を追加し、そ
の太陽電池応用機器の使用者が補正のための条件設定を
入力することによって、負荷電力量あるいは負荷電流量
の制御の最適化を図るものであるが、補正のための条件
設定の入力を人手に頼ると仮定すると、その補正入力が
謝って行なわれる可能性がある。こういった場合には、
運転中の日射量あるいはそれに相当する値を取り込み、
その値をもとに負荷電力量あるいは負荷電流量の制御を
自動的に最適化することができる、いわゆる学習機能を
持たせることにより対応することができる。

【００３６】図３はこのような学習機能を持たせた本発
明の実施例４に係る応用機器を表わす図であり、１は太
陽電池、２は逆流防止ダイオード、３は充放電制御回
路、４は蓄電池、５は負荷制御用スイッチ（あるいは素
子）、６は負荷、７は過充電防止用短絡スイッチ（ある
いは素子）、８は蓄電池電圧検出部、９は短絡制御信
号、１０は負荷制御信号、１７はカレンダタイマ、１８
は負荷制御データを含んだ中央演算回路、２０は日射量
検出部である。蓄電池電圧検出部８の出力および負荷制
御データを含んだ中央演算回路１８の制御信号は充放電
制御回路３へ、カレンダタイマ１７の信号は負荷制御デ
ータを含んだ中央演算回路１８へ、日射量検出部２０の
出力は負荷制御データを含んだ中央演算回路１８へと入
力される。過充電防止用短絡スイッチ（あるいは素子）
７および負荷制御用スイッチ（あるいは素子）５は充放
電制御回路３の制御信号により動作する。

【００３７】まず、図３の回路は、太陽電池１により蓄
電池４が充電され、蓄電池４に充電された電気量は負荷
制御用スイッチ（あるいは素子）５が閉じられることに
より負荷６で消耗される。そして、蓄電池４が過充電の
ときは、過充電防止用短絡スイッチ（あるいは素子）７
で太陽電池１の両極を短絡させ、過放電のときは負荷制
御用スイッチ（あるいは素子）５を開とし、負荷６への
電力供給を停止させることを基本とした回路である。

【００３８】また、カレンダタイマ１７により出力され
る季節を表す月日あるいはそれに相当する値を、負荷制
御データを含んだ中央演算回路１８が取り込み参照する
ことにより、使用する太陽電池１の設置される地域の過
去の月別の日射量、太陽電池１の出力、設置方位角、設
置傾斜角および日照環境等の条件より算出された許容負
荷電力量あるいは許容負荷電流量を負荷６に供給する制
御を行なう。

【００３９】ところが、実施例３同様、その太陽電池応
用機器の設置された環境の条件によっては、負荷電力量
あるいは負荷電流量の制御定数を規定の値で運転したと
きに、機器全体のバランスが過負荷の過放電寄りの状態
となったり、過充電寄りの状態となったりすることがあ
り、さらには、人手を介する実施例３のような補正方法
では手間がかかることになるとともに、その補正入力が
誤って行なわれる可能性がある。そこで、本実施例４に
おいては、そういったような状態となったことを日射量
検出部２０を追加することにより、太陽電池応用機器運
転中の日射量あるいはそれに相当する値を取り込み、こ
れをもとに負荷電力量あるいは負荷電流量の制御を自動
的に補正するようにして太陽電池応用機器の運転の最適
化を図ったものである。

【００４０】こういった、いわゆる学習機能を持たせ、
補正より人為的要因をも取り除くことにより、その太陽
電池応用機器の設置された実際の環境条件に合致した、
最適化された運転が可能となる。

【００４１】なお、本実施例４は前記実施例３における
問題点の解決策であるかのように記述したが、これら実
施例３および実施例４を組み合わせて太陽電池応用機器
を構成することを制限するものではない。

【００４２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
動作するので、以下に記載するような効果を奏する。

【００４３】組み合わされた蓄電池の残容量あるいは運
転時の日々の日射条件に左右されることなく、負荷電力
量あるいは負荷電流量の制御が可能となるため、蓄電池
残容量検出型の太陽電池応用機器と比較して安定した負
荷制御が可能となるとともに、太陽電池応用機器の利用
効率の向上をはかることができる。

【００４４】すなわち、あらかじめ定められた地域の通
常の日射条件下においては、太陽電池より出力される電
力量が一年を通して負荷電力量あるいは負荷電流量と平
衡し、システムの適切で安定した運転ができ、太陽電池
応用機器全体の利用効率の向上をはかることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１および第２の実施例に係る太陽
電池応用機器の全体構成を示すブロック図である。

【図２】 本発明の第３の実施例に係る太陽電池応用機
器の全体構成を示すブロック図である。

【図３】 本発明の第４の実施例に係る太陽電池応用機
器の全体構成を示すブロック図である。

【図４】 従来例の太陽電池応用機器の全体構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１：太陽電池、２：逆流防止ダイオード、３：充放電制
御回路、４：蓄電池、５：負荷制御用スイッチ（あるい
は素子）、６：負荷、８：蓄電池電圧検出部、９：短絡
制御信号、１０：負荷制御信号、１７：カレンダタイ
マ、１８：負荷制御データを含んだ中央演算回路、１
９：条件設定部、２０：日射量検出部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽電池と、該太陽電池の出力により充
   電される蓄電池と、前記太陽電池および蓄電池から電力
   を供給される負荷と、前記蓄電池の充放電および前記負
   荷への電力供給を制御する充放電制御装置とを組み合わ
   せた太陽電池応用機器において、 前記充放電制御装置が、 充放電制御スイッチ手段と、 ほぼ１年を１周期とし月日あるいは季節に相当する値を
   出力できる年間タイマであるカレンダタイマ手段と、 該カレンダタイマ手段の出力を受けて、少なくとも現在
   の月日または季節に相当する値、前もって入力された太
   陽電池応用機器の設置される地域の日射量データ、太陽
   電池の出力、設置方位角、設置傾斜角、日照環境および
   接続される負荷の条件により定まる許容負荷電力量ある
   いは許容負荷電流量を算出する演算手段と、 該演算手段の算出結果に基づいて前記充放電スイッチ手
   段を制御する充放電制御手段とを具備し、前記負荷電力
   量あるいは負荷電流量を制御することを特徴とする太陽
   電池応用機器。
2. 【請求項２】 前記カレンダタイマ手段、演算手段、充
   放電制御手段および負荷制御スイッチ手段のいずれか複
   数を一体化した回路あるいはモジュールとしたことを特
   徴とする請求項１記載の太陽電池応用機器。
3. 【請求項３】 前記充放電制御装置が、前記演算手段に
   より日射量データに含まれる無日照保証の日数に対応し
   た期間および機器運転時の時期の過去の日射量をもとに
   許容負荷電力量あるいは許容負荷電流量を演算し、前記
   充放電制御回路および充放電スイッチ手段により前記負
   荷電力量あるいは負荷電流量を制御することを特徴とす
   る請求項１または２記載の太陽電池応用機器。
4. 【請求項４】 前記充放電制御装置が、当該太陽電池応
   用機器の使用者が前記太陽電池の設置条件等の諸条件を
   入力するための入力手段を具備することを特徴とする請
   求項１〜３にいずれか一つに記載の太陽電池応用機器。
5. 【請求項５】 前記演算手段が、運転中の日射量あるい
   はそれに相当する値を取り込み、その値により負荷電力
   量あるいは負荷電流量の制御を自動的に最適化する手段
   を有することを特徴とする請求項１〜３にいずれか一つ
   に記載の太陽電池応用機器。