JPH10243575A - 太陽電池電源装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 日射エネルギーを余すことなく利用できるよ
うにする。 【解決手段】 太陽電池１１と蓄電池１２とを組み合わ
せた第一電源１０と、商用交流電源２０を制御整流回路
２１にて整流した電源とを負荷３０に対して並列に接続
し、ダイオード１４によって商用交流電源２０側から蓄
電池１２への充電を阻止しておく。蓄電池１２の充電量
を充電量測定回路１５にて測定し、その充電量が少ない
ほど制御整流回路２１が商用交流電源２０からの電力供
給比率を高くするように制御する。この結果、蓄電池１
２が商用交流電源２０側から充電されることがなく、か
つ、安全な放電深度で留まるから、翌日の日射エネルギ
ーを余すことなく蓄電池１２に貯えることができるよう
になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池を備えた
電源装置及びその運転方法に係わり、特に、太陽電池の
利用効率の向上を図ったものに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、商用交流電源と太陽電池とを組
み合わせた電源装置では、図６に示すように、太陽電池
１からの電力によって蓄電池２を充電すると共に負荷３
に電力を供給するようになっている。蓄電池２は商用交
流電源４の停電に備えて充電量が例えば６０％を下回ら
ないように維持される設定であり、そのために充電制御
回路５によって端子電圧が常時監視され、これが所定値
を下回ると充電装置６が運転され、これにて商用交流電
源４からの電力によって蓄電池２の充電が開始されるよ
うになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記構成で
は、例えば日中の日射量が少なかったり、夜間の消費電
力が予定よりも多かったりした場合には、蓄電池２の充
電量が６０％まで低下した時点で充電装置６が自動的に
充電状態に入ることになる。このため、朝になって太陽
電池１が発電を開始し、その電力によっても蓄電池２が
充電されるようになると、ついには蓄電池２が満充電状
態になり、充電装置６が停止されると共に、蓄電池２の
過充電を避けるために継電器７を開いて太陽電池１を蓄
電池２から切り離すことになる。その後、負荷３には蓄
電池２から電力が供給されることになるから、その充電
量が次第に低下し、所定量まで低下したところで再び継
電器７を閉じて太陽電池１が負荷３に接続されることに
なる。太陽電池１が切り離されている間、負荷３には蓄
電池２から電力が供給され続けるから電力供給の面から
は問題はないが、その間の日射エネルギーは全く利用さ
れていないことになるから無駄である。特に、上述のよ
うな現象は日射強度が強い時期ほど起こり易いから、従
来より、日射エネルギーを余さず利用できる運転方法の
出現が期待されていた。

【０００４】なお、上述のように、日射を受けている太
陽電池１をシステムから切り離さざるを得なくなるよう
な事態を避けるためには、充電装置６が作動する蓄電池
２の最低充電量を低く設定しておくことも考えられる。
しかし、蓄電池２にとって放電深度を大きく設定するこ
とはその寿命の問題から好ましくないし、また、停電時
の電力確保の面からも問題を生ずる。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、従って、蓄電池の放電深度を大きく設定しなくと
も、日射エネルギーの有効利用を図ることができる太陽
電池を備えた電源装置及びその運転方法を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、太陽電池及び
その発電電力を蓄える蓄電池を備えた第一電源と、定常
的に電力を供給し得る第二電源とを、負荷に対して並列
に接続してなる電源装置を運転する方法であって、第二
電源から蓄電池への充電を阻止した状態で、蓄電池の充
電量が少ないほど第二電源からの電力供給比率を高くす
るところに特徴を有する（請求項４の発明）。

【０００７】また、上記運転方法において、さらに、予
測される翌日の日射量が少ないほど第二電源からの電力
供給比率を高くすることが好ましい（請求項５の発
明）。

【０００８】上記運転方法を実施するに際しては、太陽
電池及びその発電電力を蓄える蓄電池を備えた第一電源
と、定常的に電力を供給し得る第二電源とを、負荷に対
して並列に接続してなる電源装置において、蓄電池の充
電量を測定する充電量測定手段と、第二電源からの供給
電力を制御可能な供給電力調整手段と、第二電源から蓄
電池への充電電流を阻止する逆流阻止手段とを設け、供
給電力調整手段を、充電量測定手段により測定された蓄
電池の充電量が少ないほど第二電源からの電力供給比率
を高くする構成とすることができる（請求項１の発
明）。

【０００９】また、請求項１の発明において供給電力調
整手段を、さらに、翌日の予測される日射量が多いほど
第二電源からの電力供給比率を低くする構成としてもよ
い（請求項２の発明）。

【００１０】また、供給電力調整手段が、第二電源の出
力電力を負荷電力を越えないようにすることにより第二
電源から蓄電池への充電電流を阻止する逆流阻止手段と
して機能するようにしてもよい（請求項３の発明）。

【００１１】

【発明の作用及び効果】請求項４の発明に係る運転方法
によれば、太陽電池が発電状態にあるとき、その電力は
負荷に供給されるとともに、蓄電池に充電される。蓄電
池の充電量が大きくなれば、第二電源からの電力供給が
抑えられるから、主として太陽電池側から負荷に電力が
供給されるようになる。そして、例えば夕暮れになって
太陽電池の発電量が低下すると、蓄電池から負荷に電力
が供給され始めることになり、その充電量は次第に低下
することになる。すると、第二電源からの電力供給比率
が大きくされるから、蓄電池の放電深度が過剰に大きく
なることを防止でき、停電時の電力確保や蓄電池保護の
面で問題を生ずることはない。

【００１２】また、第二電源から蓄電池への逆流が阻止
されているから、第二電源によって負荷に電力が供給さ
れている場合でも蓄電池が充電されてしまうことがな
く、ある程度放電した安全な放電深度の状態に維持して
おくことができる。このため、夜明けとともに太陽電池
が発電を開始するようになると、その発電電力は蓄電池
の充電に利用され、その充電量が高まると第二電源から
の電力供給比率が減少して太陽電池から負荷への流入電
力が増大し、ついには負荷だけに供給されるようにな
る。従って、太陽電池の発電電力は余すことなく蓄電池
の充電又は負荷への供給に利用することができることに
なり、日射エネルギーの利用効率が大きく向上する。

【００１３】請求項５の運転方法によれば、予測される
翌日の日射量が少ないほど第二電源からの電力供給比率
を高くするから、翌日の発電電力量が少ないことが予想
される場合には、蓄電池の充電量は比較的多い状態に維
持される。このことは、翌日に負荷が要求する電力はよ
り多くの割合で蓄電池が分担することを意味するから、
日射エネルギーの利用効率が一層高くなる。また、予測
される翌日の日射量が多いと第二電源からの電力供給比
率が低くなって蓄電池の充電量が比較的低い状態に維持
されるから、翌日の日射エネルギーをより多く蓄電池に
蓄えることができ、この面からも日射エネルギーの利用
効率が高くなる。

【００１４】また、請求項１の電源装置では請求項４の
運転方法が次のようにして実施される。すなわち、充電
量測定手段によって第一電源の蓄電池の充電量が測定さ
れ、第二電源からの負荷への電力供給比率は供給電力調
整手段によって調整される。この供給電力調整手段は、
充電量測定手段により測定された蓄電池の充電量が少な
いほど第二電源からの電力供給比率を高くする構成とな
っており、従って、この発明でも請求項４の運転方法と
同様な作用効果が得られる。

【００１５】さらに、請求項２の電源装置では、供給電
力調整手段が翌日の予測日射量が少ないほど第二電源か
らの電力供給比率を高くするから、請求項５の発明に係
る運転方法と同様な作用効果が得られる。

【００１６】また、請求項３の電源装置では、供給電力
調整手段は、第二電源の出力電力を負荷電力にほぼ等し
くすることにより第二電源から蓄電池への充電電流を阻
止する逆流阻止手段を兼ねることができる。従って、例
えば充電電流の阻止のためのダイオード等が不要にな
り、その分の電圧降下がなくなるから、設計上の自由度
が高まる等の利点が得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】

＜第１実施形態＞以下、本発明の第１実施形態について
図１ないし図３を参照して説明する。この実施形態で
は、小電力の無線局用の例えば１２Ｖ１Ａ程度の直流電
源装置に適用した例を示している。第一電源１０は、太
陽電池１１とその発電電力を蓄える蓄電池１２の組合わ
せが利用され、定常的な電力を供給しうる第二電源とし
て商用交流２０が利用される。

【００１８】図１に示すように、太陽電池１１の出力は
過充電防止装置１３を介して蓄電池１２に接続されると
共に、逆流阻止手段に相当するダイオード１４を介して
負荷３０に接続されている。また、蓄電池１２には、例
えば端子電圧に基づいてその充電量を測定する充電量測
定回路１５が接続されている。

【００１９】一方、商用交流２０は制御整流回路２１に
よって定電圧・定電流の直流に変換され、その出力が負
荷３０に接続されて前記第一電源１０とは並列の関係と
なっている。この制御整流回路２１は、例えば同図に示
すように商用交流２０を降圧して整流し、これを定電圧
・定電流化回路２２によるトランジスタのベース電流制
御によって出力電圧及び出力電流を制御する例えば充電
器等において周知の構成であり、その出力特性は例えば
図２に示すように定電圧・定電流特性を有する。そし
て、その最大電流値Ｉmax を同図の二点鎖線に示すよう
に０〜１００％の範囲内で変化させることができ、これ
にて商用交流電源２０（第二電源）側からの供給電力を
調整する供給電力供給手段として機能させるようになっ
ている。

【００２０】そして、上記制御整流回路２１の定電圧・
定電圧化回路２２には充電量測定回路１５からの信号が
与えられ、充電量測定回路１５で測定された蓄電池１２
の充電量が少ないほど制御整流回路２１における最大電
流値Ｉmax 、すなわち商用交流電源２０側からの供給電
力を大きくするようになっている。

【００２１】本実施形態の構成は上述のようであり、次
にその動作を図３も参照して説明する。日射量が多く太
陽電池１１から十分な出力がある場合には、太陽電池１
１からの電力は負荷３０に供給されつつ、蓄電池１２が
充電される。いま、日中の日射量が十分にあって蓄電池
１２が満充電状態になっているとすると、制御整流回路
２１における最大電流値Ｉmax は０に設定され、従って
負荷３０に供給される電力は、商用交流電源２０側では
なく、太陽電池１１が発電している第一電源１０側によ
って１００％分担される。

【００２２】夕暮れになって太陽電池１１の発電量が低
下すると、当初は蓄電池１２に蓄えられた電力のみが負
荷３０に供給されるが、その結果、蓄電池１２の充電量
が徐々に低下するため、これに伴い制御整流回路２１に
おける最大電流値Ｉmax が徐々に大きくされ、商用交流
電源２０側からの電力供給量が徐々に増大する。この実
施形態では、図３に示すように、例えば蓄電池１２の充
電量が９０％に低下したところで商用交流電源２０が２
５％（蓄電池１２側が７５％）を分担し、充電量が８０
％となったところで商用交流電源２０が５０％（蓄電池
１２側が５０％）を分担するようになっており、充電率
が６０％まで低下すると、全ての電力を商用交流電源２
０が分担する。従って、夜間の消費電力が多い場合で
も、蓄電池１２は充電量６０％までの放電で留まること
になる。このように蓄電池１２の充電量を６０％以下に
下げない理由は、商用交流電源２０の停電に備えるため
である。

【００２３】なお、このように蓄電池１２の充電量が６
０％に抑えられ、かつ、制御整流回路２１から電力が供
給されている状態にあっても、蓄電池１２の後段にはダ
イオード１４が設けられているから、蓄電池１２が商用
交流電源２０側から充電されてしまうことはなく、蓄電
池１２の充電量が６０％から上昇することはない。

【００２４】さて、夜明けになると徐々に太陽電池１１
が発電を開始するから、その発生電力によって蓄電池１
２の充電と負荷３０への電力供給とが同時的に行われ
る。蓄電池１２の充電量は、ほとんどの場合、夜間のう
ちに最低基準の６０％まで低下しているから、太陽電池
１１の発電電力は蓄電池１２に余すことなく貯えられ、
蓄電池１２が満充電に至ったときには商用交流電源２０
の電力供給比率が０に抑えられるから、負荷電力は全て
太陽電池１１により賄われることになる。

【００２５】このように本実施形態によれば、夜明けと
ともに太陽電池１１が発電を開始するようになった時点
では、蓄電池１２の充電率は常に低く抑えられた状態に
あるから、太陽電池１１の発生電力を蓄電池１２の充電
に余すことなく利用することができ、結局、従来に比べ
て日射エネルギーの利用効率が大きく向上する。しか
も、蓄電池１２の最低充電量は従来と同様に設定してお
けばよいから、停電時の電力確保や蓄電池保護等の面に
おいて問題を生ずることもない。

【００２６】＜第２実施形態＞この実施形態は、翌日の
日射量を予測し、これを考慮して制御整流回路２１から
の電力供給比率を定めるようにしたものであり、図４に
示すように日射量データ入力回路４０を設けてここから
の信号によっても定電圧・定電流化回路２２が制御され
るようにしたところが前記第１実施形態と相違する。そ
の他の点は第１実施形態と同様であるから、同一部分に
は同一符号を付して重複説明を省略し、異なるところの
みを説明する。

【００２７】予測された日射量に関するデータは、例え
ばＨ，Ｍ，Ｌの３段階で日射量データ入力回路４０にお
いて入力できるようになっており、この入力値と、充電
量測定回路１５において測定された蓄電池１２の充電量
との２つの要素に基づき定電圧・定電流化回路２２が制
御される。この実施形態では、翌日の日射量が中間的な
量であると予測されて「Ｍ」が入力された場合には、蓄
電池１２の充電量と制御整流回路２２の出力との関係
は、次表に示すように、前記第１実施形態と同様に設定
されるが、翌日の日射量が大と予測されて「Ｈ」が入力
された場合と、「Ｌ」が入力された場合には、第１実施
形態とは異なる関係に設定される。 蓄電池１２の充電量 商用交流電源の供給比率（％） Ｈ Ｍ Ｌ １００％ ０ ０ ０ ９０％ １５ ２５ ２５ ８０％ ２５ ５０ １００ ６０％ １００ １００ １００ ４０％ １００ １００ １００ ０％ １００ １００ １００ すなわち、翌日の日射量が大と予測されている場合
（「Ｈ」）には、商用交流電源２０からの電力供給比率
が小さくされて第一電源１０による分担比率が大きくな
る。この結果、蓄電池１２の充電量は日射量が平均的な
場合に比べて少なくなる傾向を呈するが、翌日に十分な
発電量が確保されるから、充電量は早期に回復する。ま
た、翌日の日射量が少ないと予測されている場合
（「Ｌ」）には、商用交流電源２０からの電力供給比率
が大きくされ、充電量が８０％にまで低下したところで
商用交流電源２０が１００％の電力を分担する。この結
果、蓄電池１２に多量の電力を貯えたままに維持してお
くことができ、翌日の太陽電池１１からの発電電力の不
足傾向を補うことができる。

【００２８】＜第３実施形態＞この実施形態は、図５に
示すように、ダイオード１４を省略し、その代わりに制
御整流回路２１の最大出力電流Ｉmax が負荷３０の負荷
電流を越えないように設定したところが第２実施形態と
相違する。その他の点は第２実施形態と同様であるか
ら、同一部分に同一符号を付して重複説明を省略する。

【００２９】制御整流回路２１の最大出力電流Ｉmax が
負荷電流を越えないように設定したことにより、ダイオ
ード１４を省略しても蓄電池１２に充電電流が流れ込む
ことがなくなる。従って、ダイオード１４による電圧降
下がなくなるから、設計上の自由度が高くなるという利
点が得られる。

【００３０】＜他の実施形態＞本発明は上記記述及び図
面によって説明した実施の形態に限定されるものではな
く、例えば次のような実施の形態も本発明の技術的範囲
に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲
内で種々変更して実施することができる。

【００３１】（１）上記各実施形態では小電力の無線局
用の電源装置に適用した例を示したが、本発明は負荷電
力の大小を問わないから、より大規模な電源設備にも適
用することができる。電力容量が大きな供給電力調整手
段を構成するには、例えばサイリスタを利用した制御整
流回路を採用し、そのサイリスタの通電角を制御するこ
とで第二電源からの供給電力を調整することができる。

【００３２】（２）第二電源としては、商用交流電源に
限らず、例えばディーゼル発電機、燃料電池等の定常的
に電力を供給して太陽電池の日射依存性を補い得るもの
であればよい。

【００３３】（３）上記各実施形態では直流負荷を例示
したが、交流負荷であってもよいことは勿論である。交
流負荷とした場合には、各実施形態における負荷３０を
インバータ装置に置き換えればよい。

【００３４】（４）第２及び第３実施形態において、日
射量に関するデータは、Ｈ，Ｍ，Ｌの３段階で日射量デ
ータ入力回路４０に逐一入力するようにしたが、これに
限らず翌日の日射量を自動的に予測する日射量予測回路
を構成し、その出力を制御整流回路２２に与えるように
してもよい。日射量予測回路は、例えば圧力センサにて
検出した気圧変動や、風向計にて検出した風向き等に基
づきＣＰＵが翌日の天候や日射量を予測するように構成
することができる。また、予測センターにて予測した日
射量データを有線或いは無線で各地の電源設備に送信す
る構成とすることもできる。

【００３５】（５）充電量測定手段としては、蓄電池の
端子電圧を測定するものに限らず、充放電電流を測定し
て充電量を算出する構成であってもよい。また、端子電
圧のみならず、温度や充放電電流も測定し、これらに基
づき充電量を測定するものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図

【図２】制御整流回路の電圧・電流特性図

【図３】蓄電池の充電量と各電源の電力分担率の変化を
示すグラフ

【図４】第２実施形態を示すブロック図

【図５】第３実施形態を示すブロック図

【図６】従来の太陽電池電源システムの一例を示すブロ
ック図

【符号の説明】

１０…第一電源 １１…太陽電池 １２…蓄電池 １４…ダイオード（逆流阻止手段） １５…充電量測定回路（充電量測定手段） ２０…商用交流電源（第二電源） ２１…制御整流回路（供給電力調整手段） ３０…負荷 ４０…日射量データ入力回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000183392 住友電設株式会社 大阪府大阪市西区阿波座２丁目１番４号 (71)出願人 000002130 住友電気工業株式会社 大阪府大阪市中央区北浜四丁目５番33号 (71)出願人 000141060 株式会社関電工 東京都港区芝浦４丁目８番33号 (71)出願人 000110309 トヨクニ電線株式会社 東京都豊島区南池袋２−30−11 (71)出願人 000245139 株式会社ジェイコス 東京都目黒区目黒１丁目１番６号 (72)発明者 大橋 孝之 京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町１番地 日本電池株式会社内 (72)発明者 小貫 天 千葉県船橋市前原西１丁目25番17号 (72)発明者 黒沢 正美 千葉県佐倉市大作１丁目４番３号 京セラ 株式会社千葉佐倉工場内 (72)発明者 中村 英士 大阪府大阪市西区阿波座２丁目１番４号 住友電設株式会社内 (72)発明者 石田 晶 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 三谷 義則 東京都港区芝浦４丁目８番33号 株式会社 関電工内 (72)発明者 吉田 雅朗 埼玉県行田市埼玉4125番地 トヨクニ電線 株式会社内 (72)発明者 外山 幸男 東京都目黒区目黒１丁目１番６号 株式会 社ジェイコス内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽電池及びその発電電力を蓄える蓄電
   池を備えた第一電源と、定常的に電力を供給し得る第二
   電源とを、負荷に対して並列に接続してなる電源装置で
   あって、前記蓄電池の充電量を測定する充電量測定手段
   と、前記第二電源からの供給電力を制御可能な供給電力
   調整手段と、前記第二電源から前記蓄電池への充電電流
   を阻止する逆流阻止手段とを備え、前記供給電力調整手
   段は、前記充電量測定手段により測定された蓄電池の充
   電量が少ないほど前記第二電源からの電力供給比率を高
   くする構成であることを特徴とする太陽電池電源装置。
2. 【請求項２】 供給電力調整手段は、さらに、翌日の予
   測される日射量が高いほど前記第二電源からの電力供給
   比率を低くする構成であることを特徴とする請求項１記
   載の太陽電池電源装置。
3. 【請求項３】 前記供給電力調整手段は、第二電源の出
   力電力を負荷電力を越えないようにすることにより第二
   電源から前記蓄電池への充電電流を阻止する逆流阻止手
   段を兼ねていることを特徴とする請求項１又は請求項２
   に記載の太陽電池電源装置。
4. 【請求項４】 太陽電池及びその電力を蓄える蓄電池を
   備えた第一電源と、定常的に電力を供給し得る第二電源
   とを、負荷に対して並列に接続してなる電源装置を運転
   する方法であって、前記第二電源から前記蓄電池への充
   電を阻止した状態で、前記蓄電池の充電量が少ないほど
   前記第二電源からの電力供給比率を高くすることを特徴
   とする太陽電池電源装置の運転方法。
5. 【請求項５】 請求項４の運転方法において、さらに、
   予測される翌日の日射量が少ないほど第二電源からの電
   力供給比率を高くすることを特徴とする太陽電池電源装
   置の運転方法。