JPH09140073A

JPH09140073A - 太陽電池装置

Info

Publication number: JPH09140073A
Application number: JP8271224A
Authority: JP
Inventors: Harumi Takeda; 晴見竹田
Original assignee: TAGAWA SHOJI KK
Current assignee: TAGAWA SHOJI KK
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 1997-05-27
Also published as: DK0749168T3; AU2170995A; DE69534183T2; DE69534183D1; ES2240967T3; AU694207B2; ATE294999T1; JP2964859B2; JPH07177683A; US5594313A; EP0749168A1; PT749168E; EP0749168B1

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽電池装置の小型化、低コスト化を図り、
普及を促進する。【解決手段】容量の増加を図ることにより、曇りや雨
天時でも発電を行えるようにした太陽電池２と、その太
陽電池２により、負荷６が消費する少なくとも１日分の
電力を蓄電できるだけの小さな容量の電気二重層コンデ
ンサ３とで太陽電池装置１を構成し、負荷６が消費する
電力を当日の発電で賄なえるようにする。そして大きな
容量で大型の蓄電池を使用することなく装置の小型化、
低コスト化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、蓄電池に代えて
電気二重層コンデンサを用いて、装置の小型化と長寿命
化を図った太陽電池装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】無人灯台、街路灯等の電源として用いら
れる太陽電池装置は、太陽電池を電源とし、その太陽電
池と負荷との間に蓄電池を設け、その蓄電池に太陽電池
が発電した電力を充電し、雨の日や夜間でも安定した電
力を供給できるようにしたものである。

【０００３】この太陽電池装置では、太陽電池容量と蓄
電池容量とを設定する際、設置場所の緯度あるいは季節
によって太陽の日射量が異なるため、設置地域の日射量
データを基に決めている。

【０００４】その設定は、例えば、以下の手順によって
決められている。

【０００５】この方法では、まず、１日の負荷消費電力
をＰ_Lとすると、太陽電池の出力Ｐ_S（但し、晴天時の
出力）は、Ｐ_S＝Ｋ×Ｐ_L このとき、掛け合わせる補正係数Ｋは、設置される場所
や地域によって異なり普通Ｋ＝１〜４に選ばれる。

【０００６】因に、この補正係数Ｋと日照時間との関係
は、太陽電池と蓄電池を組み合わせた最も標準的な独立
電源の実働試験結果等から経験式として求められたもの
で、Ｋの中には、年間を通した太陽電池出力の温度変換
による変動、蓄電池効率などの補正値も含まれている。

【０００７】例えばＫの値は、・海上、道路中央、高速道路、ポール１．５〜２（陽の当る高い場所）・建物、ビル２〜３・道路の端、地面３〜４（縁石等）とされる。

【０００８】こうして求めた太陽電池出力Ｐ_Sから、蓄
電池へ充電するために必要な電流を得るためのモジュー
ルの並列数Ｎ_Pを求め、（Ｎ_S：モジュールの直列数）Ｎ_P＝（必要太陽電池出力）／（Ｎ_S×モジュール出
力）太陽電池容量を決定する。

【０００９】一方、この太陽電池に組み合わされる蓄電
池には、自己放電が少ないメンテナンスが容易長寿命低価格体積当りの容量が大きい充放電の効率が良い等の条件が要求される。

【００１０】このため、低コストで経済性に優れた鉛蓄
電池や過充放電に強く、サイクル寿命が長いニカド電池
が主に用いられている。

【００１１】また、この蓄電池の容量Ｐ_Bは、太陽が日
射しない日が何日続くか、蓄電池のみで何日間動作させ
たいかなどの条件によって決められており、一般には、
負荷の５〜３０日分の容量に決められている。Ｐ_B＝５〜３０×Ｐ_L このように従来の太陽電池装置は、太陽電池が受光する
太陽光が常に一定ということはなく、各瞬間各日及び各
月で異なる強さで入射することから、太陽電池容量と蓄
電池容量とを十分な余裕を持つように、大きく設定して
いる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
太陽電池装置では、上記の設計方法から、その設置場所
は、必ず晴天日射のある場所でなければならず日陰の場
所の設置ができないという問題があり、それが普及を妨
げる原因となっていた。

【００１３】また、上記のように太陽電池容量と蓄電池
容量とを十分な余裕を持つように設定したものでは、装
置の大型化とコストの上昇を招く結果となり、これも、
太陽電池装置の普及を妨げる一因となっている。

【００１４】さらに、太陽電池装置に使用される二次電
池は、充放電サイクルが２００〜５００回程度が寿命と
なっており、通常２〜３年に一度交換が必要で寿命が短
い。加えて、鉛蓄電池では、充電液の補充や比重測定等
定期的な点検が必要で、メンテナンスに手間がかかる問
題もある。

【００１５】また、二次電池は、鉛やカドミュウム等の
重金属を含むので、廃棄した際に、二次公害を起こすた
め、回収の必要が生じることから、コストを上昇させる
という問題もある。

【００１６】さらに、二次電池の動作温度範囲は、０〜
５０℃と狭く、特に、寒冷地での使用に支障を来たすと
いう問題がある。

【００１７】そこで、この発明の課題は、小型、長寿
命、安全で、寒冷地での使用もでき、しかも低コストを
実現し、かつ、晴天日射のない場所でも使用でき、使い
易く、設置場所を選ばない太陽電池装置を提供すること
である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明では、一日の日射量が雨天あるいは曇天の
場合を想定し、その想定した雨天あるいは曇天の日射量
で負荷が一日に消費する電力を発電できる容量を有する
太陽電池と、前記太陽電池が発電した電力を蓄積し、少
なくとも負荷が一日に消費する電力に見合う蓄電容量を
有する電気二重層コンデンサとからなる構成としたので
ある。

【００１９】

【作用】このように構成される太陽電池装置では、太陽
電池の容量（ユニット数）を多くすることにより、曇天
や雨天時の発電を可能にすることによって、電気二重層
コンデンサが負荷に供給する当日分の電力を日射のある
日中に充電することができる。

【００２０】このとき、電気二重層コンデンサは、日射
量の無い夜間等では、負荷に電力を供給し、日中は太陽
電池により充電されるため、深い充放電を繰り返すこと
となるが、電気二重層コンデンサは、充放電を化学反応
を伴なわずに行なうので、十万回以上の充放電が可能で
あり、しかも、大電流充電も可能であるため、毎日充放
電を繰り返しても長期間の使用に耐えることができる。

【００２１】また、電気二重層コンデンサは、活性炭と
有機溶剤の異種２相を接触させた構造であり、充電に化
学反応に伴なう電子の移動を行なうことなくコンデンサ
と同様に電荷を蓄積するだけなので、微小電流による充
電も行なえる。このため、曇天や雨天など日射量が弱
く、太陽電池の出力電流が少なくなった場合でも充電を
行なうことができる。

【００２２】したがって、晴天、雨天、曇天を問わず、
かつ、太陽電池出力の大小にも充電機能が影響を受けず
に、当日中のフル充電が可能である。

【００２３】また、構成材に重金属類を含まないので廃
棄した場合でも重金属による汚染を引き起こさない。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図面に
基づいて説明する。

【００２５】図１に、本発明に係る太陽電池装置１のブ
ロック図を示す。

【００２６】太陽電池装置１は、図１に示すように太陽
電池２と負荷６との間に電気二重層コンデンサ３を設け
たものである。

【００２７】太陽電池２は、複数個の太陽電池モジュー
ルを直並列に接続し、曇天や雨天が続き日中の日射量が
少ない場合を想定し、その場合でも負荷が当日中に消費
する電力を電気二重層コンデンサ３へ充電できるように
したものである。

【００２８】このため、日射量の大きな晴天時、充電電
流は非常に大きなものとなるが、電気二重層コンデンサ
３は、大電流を流しても問題がないため、短時間充電が
行なえる。また、そのため、電流制限回路は特別に必要
なく、逆流防止用ダイオードだけで良い。

【００２９】その電気二重層コンデンサ３の容量Ｐ
_Bは、少なくとも負荷６が１日に消費する電力を蓄電で
きる容量に設定する。

【００３０】このため、電気二重層コンデンサ３は、容
量Ｐ_Bの余裕が従来の蓄電池を使用した太陽電池装置に
比べ１／５〜１／３０となり、その寸法は、従来の蓄電
池と比べると、大幅に小型軽量なものとなる。

【００３１】以下、本発明の太陽電池装置の太陽電池２
容量Ｐ_Sと電気二重層コンデンサ３の容量Ｐ_Bを求める
ための計算方法について説明する。

【００３２】（１）まず、負荷の１日当りの消費電力Ｐ
_L〔Ｗｈ〕を求める。Ｐ_L＝負荷電流×定格電圧×１日の累積稼働時間。

【００３３】（２）次に、電気二重層コンデンサ３の容
量Ｐ_B〔Ｗｈ〕を求める。

【００３４】一般に、コンデンサが蓄えるエネルギー
は、Ｗ_S＝１／２ＣＶ²〔Ｗ・秒〕で与えられるので、
コンデンサの使用電圧をＶ₁からＶ₂とすると、Ｐ_B＝１／２Ｃ（Ｖ₁ ²−Ｖ₂ ²）〔Ｗ・秒〕＝１／２Ｃ（Ｖ₁ ²−Ｖ₂ ²）／３６００〔Ｗｈ〕１日分のＰ_Lを蓄えるのでＰ_B＝Ｐ_L として設定すれば、コンデンサの容量Ｃを求められる。

【００３５】（３）上記の電気二重層コンデンサ３を充
電するための太陽電池１容量Ｐ_S（Ｗ）を求める。コン
デンサの充電条件は、Ｃ×Ｖ＝Ｉ×ＴＣ：ＦａｒａｄＶ：ＶｏｌｔＩ：ＡｍｐＴ：Ｓｅｃ（秒）充電時間太陽電池２の出力電流は、Ｉ＝Ｃ（Ｖ₁ −Ｖ₂）／Ｔ但し、雨でも曇りでも充電できるようにＩを定める。Ｐ_S＝Ｖ×ＩＶ：太陽電池の出力電圧Ｉ：太陽電池の出力電流。

【００３６】なお、図１中符号４は、過電圧保護回路
で、太陽電池２の出力が電気二重層コンデンサ３の過充
電電圧に達すると太陽電池２の出力を遮断し、電気二重
層コンデンサ３を保護する。

【００３７】また、符号５は、負荷６への供給電力の制
御を行なう負荷制御回路で、例えば、太陽電池２の出力
を検出し、その検出値が、日没後に設定値以下となると
照度の低下を検知して負荷６への電力を供給したり、供
給時間の制御を行なったりするものである。

【００３８】この実施例は、以上のように構成されてお
り、太陽電池装置１は、太陽電池２の容量を大きくした
ことにより、日射量の少ない曇天や雨天に係らず、日中
の発電によって、負荷６が当日消費する電力を電気二重
層コンデンサ３に充電する。

【００３９】このとき、太陽電池２への日射量は、一定
ではなく、日の出から日の入りまでの間に大きく変化す
る。

【００４０】即ち、日射量の少ない朝・夕や日射の無い
夜間は、電気二重層コンデンサ３が負荷へ電力を供給す
る。

【００４１】一方、日射量の大きな昼間に電気二重層コ
ンデンサ３は、太陽電池２により充電され、負荷６が１
日に消費する電力が充電される。

【００４２】この際、電気二重層コンデンサ３の容量Ｐ
_Bは、当日分の負荷電力を供給できる程度に小さく設定
しているため、完全放電に近い充放電を繰り返すことと
なる。

【００４３】通常このような使用法を蓄電池で行なった
場合、２００〜５００回程度の充放電で寿命となり、蓄
電池を頻々に取り替える必要がある。

【００４４】ところが、電気二重層コンデンサ３は、充
放電に化学反応を伴なわないことから、十万回以上の充
放電を問題なく行なうことができる。したがって、長期
間に亘って交換の必要がなく、メンテナンスを必要とし
ないため、低コスト化が図れる。

【００４５】また、本発明の太陽電池装置１では、電気
二重層コンデンサ３の容量Ｐ_Bは１日分でよく、一方、
従来の太陽電池では負荷の５〜３０日分の容量を必要と
するため、その容量比は１／５〜１／３０になる。この
ため、設置スペースも小さくて済み、しかも、破棄され
る電気二重層コンデンサ３の数も少なくて済むため、省
資源にも役立つ。

【００４６】このとき、破棄される電気二重層コンデン
サ３は活性炭と希硫酸とで形成されているため、廃棄し
た場合でも重金属汚染を起こさない。

【００４７】さらに、電気二重層コンデンサ３の使用可
能温度範囲は−４０℃〜＋７０℃と広いため、寒冷地で
の使用も可能である。

【００４８】次に、図２の安全標識灯２０について、図
３に示すように、太陽電池２と負荷（ＬＥＤ）６との間
に電気二重層コンデンサ３を設けたものと、従来の二次
電池（図示せず）を設けたものとを製作した場合の、蓄
電池容量Ｐ_B、太陽電池容量Ｐ_Sその他について比較し
た比較表を図４に示す。

【００４９】また、図５に、両方式の動作の違いを示す
ため、動作比較の作用図を示す。

【００５０】その結果から明らかなように、ニカド電池
を用いた従来型の太陽電池装置に比べ、電気二重層コン
デンサ３を用いた本発明の太陽電池装置１を適用したも
のは、大きさ、重量、動作温度範囲、寿命、コスト、そ
の他について有利である。

【００５１】これは、図５に示す両者の動作比較から明
らかなように、従来型では雨天、曇天、日陰では充分な
発電容量が得られず、そのため、蓄電池容量を大きくし
なければならないためである。

【００５２】これに対し、本発明のものでは、雨、曇
り、日陰でも十分な発電容量が得られるように太陽電池
容量Ｐ_Sを設定し、しかも、蓄電池として繰り返し充放
電の行なえる電気二重層コンデンサ３を用いたためであ
る。

【００５３】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成し、太陽
電池装置を雨天あるいは曇天の場合を想定し、設定する
ようにしたので、日陰等どのような場所にも設置でき
る。

【００５４】また、蓄電池に代えて電気二重層コンデン
サを用いたことにより、装置の小型化長寿命化、メンテ
ナンスの軽減、低コスト化、破棄時の低公害化が図れ
る。

【００５５】このため、地球環境に優しい太陽電池装置
の普及が図れ、これらの特徴を生かし、例えば、以下に
示す各種太陽電池装置に応用できる。

【００５６】設備：駐車場のポールサイン、工事用標識灯、危険
個所の表示灯、非常灯、鍵孔表示灯、呼鈴表示灯、屋外
装飾灯、時計、安全灯、懐中電灯、街灯、庭園灯、ブ
イ、ポンプ、海水淡水化装置乗物：自動車、バイク、自転車安全灯、尾灯、駐車
灯、換気・脱臭器、エンジンスタータスポーツ：ジョギングライト、キャンプ・夜釣り位置表
示器、ウキ、イカツリバリ。

【００５７】その他、従来の太陽電池装置の応用分野全
てに適用可能である。

【００５８】又、日陰、雨でも確実に動作するので幅広
く使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の太陽電池装置を示すブロック図であ
る。

【図２】安全標識灯の斜視図である。

【図３】安全標識灯のブロック図である。

【図４】安全標識灯の従来型との比較特性図である。

【図５】視線誘導標の従来型との動作比較を示す作用図
である。

【符号の説明】

１ … 太陽電池装置２ … 太陽電池３ … 電気二重層コンデンサ６ … 負荷

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一日の日射量が雨天あるいは曇天の場合
を想定し、その想定した雨天あるいは曇天の日射量で負
荷が一日に消費する電力を発電できる容量を有する太陽
電池と、前記太陽電池が発電した電力を蓄積し、少なくとも負荷
が一日に消費する電力に見合う蓄電容量を有する電気二
重層コンデンサとからなる太陽電池装置。