JPH1189095A

JPH1189095A - 省電力方法及びそれを用いた省電力連系システム

Info

Publication number: JPH1189095A
Application number: JP9351908A
Authority: JP
Inventors: Noritoshi Yamaguchi; 文紀山口
Original assignee: N II T KK
Current assignee: N II T KK
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】負荷への交流電力の供給点よりも上流側かもし
くはそれと同等の作用となる点で接続を取り、しかも低
コストで、既設・新設の負荷に対して区別なく、負荷側
の改造も一切不要で簡便に、且つ特別な認証等の事務手
続きを必要とせずに（ノイズ等の問題が発生しない）設
置できる、新規な連系方式に基づく省電力方法とそれを
用いた省電力連系システムを実現すること。【解決手段】商用交流系統と任意の発電手段からの電力
系統とを、商用交流側を脈流変換した部分において連系
接続すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、商用交流の消費電
力量を削減するための技術分野に属し、特に太陽電池等
の自然エネルギーを、商用交流と簡便に連系させるため
に適した技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ここでは先ず、発電手段を太陽電池とし
た場合を用いて説明する。図６，図７には、商用交流ラ
インと太陽電池を交流同士で連系した場合の回路ブロッ
ク図を示している。通常このような連系は、太陽電池か
らの電力系統と商用交流からの電力系統が並列に接続さ
れており、交流連系システムとも呼ばれている。太陽電
池４０からの直流電力は逆流防止ダイオード４２を通っ
てインバータ４４に供給され、商用交流ライン４６と同
期した交流電力に変換されて商用交流ライン４６と重畳
され、負荷４８に供給される構成となっている。ここ
で、図６のものは「逆潮流有り」と言われ、日照時に発
電した電力が負荷４８の消費電力よりも大きくなった
時、その余剰分を商用交流ライン４６に逆に戻すことが
できるシステムであり、住宅用の太陽電池システムの標
準型となっている。これに対して図７のものは、余剰電
力を商用交流ライン４６に戻すことができないものであ
り、「逆潮流無し」と呼ばれている。これら交流連系
は、直流から交流への変換を一回行っているだけであ
り、比較的高効率のものが得られている。一方図８のも
のは直流同士で連系を取るもので、直流連系システムと
呼ばれ、商用交流ライン４６からの交流電力を整流平滑
回路５２によって一旦直流に変換し、太陽電池４０から
の直流電力と重畳した後、インバータ４４によって交流
に変換して負荷４８に供給するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以下に交流連系と直流
連系に大別してその実施形態例を示しつつ、両者の問題
点について説明する。先ず交流連系システムについて
は、太陽電池４０からの電力を交流に変換してから商用
交流ライン４６に接続するため、例えばインバータ４４
の出力品質が短時間のうちに何らかの原因で大きく変動
した場合等において、商用交流ライン４６の電力品質に
与える影響が懸念される。このため、通常このような交
流連系システムを構築する場合には、分散型系統連系発
電設備に求められる技術基準（「系統連系技術要件ガイ
ドライン（平成７年１０月１９日改訂）」及び「分散型
電源系統連系技術指針（ＪＥＡＧ９７０１−１９９
３）」等）に基づく種々の保護装置（図示せず）を随所
に設置しなければならないため、機器コストの増大と設
置時の工数アップを招いてしまう。また認証手続きも必
要となる。そして、これに準拠したインバータ４４につ
いても、付随機能を多く設けなければならず、非常に高
価なものになってしまう。次にノイズ等の問題もあり、
この問題ゆえに電力会社は、交流連系システムの普及に
対して消極的にならざるを得ない。現在、自動販売機等
の一般負荷や一般住宅用への給電系統は、６６００Ｖの
高圧配電線を柱上トランスで２００Ｖに降圧した後、各
ユースポイントに供給されている。逆潮流有りの場合は
勿論のこと、逆潮流無しであっても交流での連系を取る
ということは、各負荷の系統内と同等品質の電力が逆流
しやすく、柱上トランスによって６６００Ｖに昇圧され
て、高圧配電線に戻る可能性があるということである。
このことは、負荷側で発生した高調波ノイズや種々のノ
イズが昇圧され、高圧配電線に戻ることを意味してお
り、電気の品質に重大な影響を及ぼすことが懸念され
る。また高圧配電線まで戻らないにしても、ノイズ等の
乗った逆潮流電流やトラブルによる逆流電流が、一つの
柱上トランスが受け持つ他のユースポイントに流入し、
そこの負荷に重大な影響を及ぼすことも考えられる。そ
して狭いエリア内で多くの交流連系システムが設置され
た場合、この問題は一層大きなものとなりうるのであ
る。

【０００４】このように、現在の交流連系システムは設
置に際して認証手続き等、事務上の諸手続きが必要であ
り、保護装置等のコストも増大するとともに、電力品質
についての懸念から、太陽電池による省電力推進に当た
っての大きな障害になることが考えられる。これは別の
表現をすれば、交流連系においては商用交流ラインへの
逆流が必ず想定されるため、商用交流ラインから見てシ
ステムを単なる負荷と見なすことができないということ
である。

【０００５】これに対して図８に示した直流連系では、
商用交流ラインへの逆流は、ダイオード等によって確実
に防止できるので、商用交流ラインから見れば単なる負
荷と見なすことができ、その分保護装置等の付帯機器や
認証手続きも必要無く、簡便に設置することができる。
しかし、商用交流を一旦直流に変換し、さらに交流に再
変換するため、効率が低くなるという性能上の問題があ
ることは明白である。従って、これまでに種々の改良提
案がなされている。例えば、一つの機器の負荷を二分割
し、一方に太陽電池からの直流電力を交流に変換して供
給し、他方に商用交流をそのまま供給するものや、商用
交流を一旦直流に変換して太陽電池からの直流電力を重
畳し、重畳後に商用交流のような正弦波交流を出力する
ことなく負荷を駆動するもの、の二つがこれに該当す
る。本明細書ではこれら二つの形態も、二つの交流電力
を連系接続点で接続しないという意味で、直流連系の範
疇に属するものとして説明している。以下、これら二つ
の応用例を挙げ、問題点を説明する。

【０００６】先ず第一の応用例として、自動販売機への
太陽電池設置がある。これは、全国の膨大な数の自動販
売機の電力の一部を太陽電池で賄おうというものであ
り、その大きな省電力効果が注目されている。図９は、
この自動販売機の回路ブロック図を示している。これ
は、自動販売機５４側を商用負荷５６と太陽電池負荷５
８に分割し、太陽電池４０からの直流電力を昇圧回路６
０によって昇圧する一方、商用負荷５６の手前からバイ
パス路６２によって商用交流電力を取り出し、整流平滑
回路５２によって直流に変換した後に太陽電池４０から
の直流電力と重畳し、再びインバータ４４によって交流
に変換してから、太陽電池負荷５８に供給するものであ
る。また夜間等、太陽電池４０の発電電力が低下する
と、バイパスリレー６６の動作により、１００％商用交
流電力が、太陽電池負荷５８に供給される。従って前述
の問題に加え、自動販売機５４側の改造が必要になると
ともに、日没前後におけるバイパスリレー６６の動作時
に、太陽電池負荷５８への電力供給が瞬断する等、多く
の問題点を有している。これらの問題は、自動販売機５
４の負荷を商用交流側と太陽電池側に分割しているため
に発生するものである。この分割を余儀なくしている要
因の一つは、自動販売機５４の最大負荷容量が大きいた
め、これに対応可能なインバータが非常に高価になるこ
とから、インバータ側の負荷をある程度小さくする必要
があるからである。

【０００７】次に第二の応用例としては、ソーラーエア
コンなるものがすでに提案されている。これは、図１０
のような構成となっている。商用交流ライン４６からの
電力を整流平滑回路５２によって直流に変換し、太陽電
池４０からの直流電力と重畳した後、ＶＶＶＦインバー
タ６４によって負荷４８となるエアコンを駆動するもの
である。従って負荷４８は通常の商用交流入力型ではな
く、専用機として設計されたものでなければならない。
このような構成になっているのは、本構成が図８で示し
た直流連系に属し、通常の商用交流波形を得るには、交
流から直流そして交流へと変換しなければならない結
果、効率が低くなってしまうからである。

【０００８】このように、直流連系に基づくソーラー機
器においては、どうしても負荷側の改造やソーラー専用
機としての設計が必要であり、当然コストも高くなって
しまうという問題がある。

【０００９】以上に説明したように、これまでの系統連
系技術によって太陽電池のエネルギーを利用するには、
電力品質への影響や負荷の専用化、さらにはコストや効
率の点等、多くの問題点があり、太陽電池の普及を阻害
する要因となっていることがわかる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】現在までの交流連系シス
テムの問題点は、商用交流に同期した交流出力によっ
て、負荷の直近で接続を取らなければならないために発
生するものである。仮にインバータの手前、すなわち負
荷から見てインバータよりも上流側に接続点を置くこと
が可能であれば、負荷から見ればインバータからの交流
出力の一系統のみとなるため、前述したような問題点は
発生しない。一方、負荷から見てインバータよりも上流
側に連系のための接続点を置いたものとして前述の直流
連系があるが、すでに説明したように効率の低さや、負
荷側の新たな設計や改造を要する点が問題となる。しか
しながら、実際には太陽電池からの直流出力と商用電源
の交流出力とを合流させなければならないので、これら
諸問題点を全て解決する連系方法はこれまで何ら提案さ
れていないと言える。そこで本発明者は、直流連系のよ
うに負荷への交流電力の供給点よりも上流側と同等の作
用となる点で接続を取り、しかも低コストで、既設・新
設の負荷に対して区別なく、負荷側の改造も一切不要で
簡便に、且つ前述の技術基準に基づく特別な認証等の事
務手続きや保護装置の取り付けを必要とせずに設置で
き、さらにノイズ等の問題が発生しない、交流連系にも
直流連系にも属さない新規な連系方式に基づく省電力方
法と、それを用いた省電力連系システムを発案した。本
方式によって、前述した現状の問題点は解決できる。

【００１１】このような問題点は、「商用交流系統と任
意の発電手段からの電力系統とを、少なくとも商用交流
側を脈流変換した部分において連系接続を取る、省電力
方法」によって解決できる。具体的には、「商用交流電
力を脈流電力に変換し、この変換された脈流電力に対し
て、前記脈流電力の脈流周期に同期した発電手段からの
脈流電力を重畳し、この重畳された脈流電力を交流電力
に変換した後に負荷に供給する、省電力方法」や、「商
用交流電力を脈流電力に変換し、この変換された脈流電
力に対して、発電手段からの直流電力を前記脈流電力の
脈流周期に同期したパルス幅変調して得られる電力を重
畳し、この重畳された脈流電力を交流電力に変換した後
に負荷に供給する、省電力方法」や、「商用交流電力を
脈流電力に変換し、この変換された脈流電力に対して発
電手段からの直流電力を重畳し、この重畳された電力を
交流電力に変換して負荷に供給する、省電力方法」を採
ることが好ましい。そして上記各省電力方法にあって
は、「商用交流ラインの一方を、互いに逆方向で並列に
接続された限流素子を用いた分流路によって分流し、こ
の各々の分流路を流れる正の脈流と負の脈流による限流
素子両端の電圧特性に基づいて、各分流路を流れる脈流
の極性と同極性となる発電手段からの電力を当該脈流に
対して重畳した後に再度正側と負側を合成して交流電力
を得る、省電力方法」とすることが、より好ましい手段
である。ここで前述の問題点の解決であるから、前記発
電手段として太陽電池を用いるとよい。

【００１２】次に、上記方法を用いて構築できる新規な
省電力連系システムは、「商用交流電源から受電した電
力を脈流電力に変換する整流手段と、前記整流手段から
の脈流周期と同期して発電手段からの脈流電力を商用交
流電源から独立して発生するとともに、この発生した発
電手段からの脈流電力が前記整流手段からの脈流電力に
重畳しうるように接続された脈流付加手段と、整流手段
と脈流付加手段の接続点からの脈流電力を交流電力に再
変換して負荷に給電する交流発生手段とを備えたもの」
によって実現できる。ここで太陽電池の利用を考慮する
と、「脈流付加手段が、少なくとも、発電手段としての
太陽電池とこの太陽電池の最大発電電力を取り出す最大
出力制御手段と太陽電池からの直流電力を整流手段から
の脈流周期と同期した脈流電力に変換する脈流変換手段
とによって構成されたもの」や、「脈流付加手段が、少
なくとも、発電手段としての太陽電池とこの太陽電池の
最適発電電力を取り出す最適出力制御手段と太陽電池か
らの直流電力を整流手段からの脈流周期と同期した脈流
電力に変換する脈流変換手段とによって構成され、負荷
の消費電力が、太陽電池の発電電力よりも大きい場合に
は最適出力制御手段によって太陽電池の最大発電電力が
取り出され、負荷の消費電力が、太陽電池の発電電力よ
りも小さい場合には、最適出力制御手段によって太陽電
池からの出力が抑制されるもの」であると好ましい。

【００１３】続いて別の省電力連系システムとしては、
「商用交流電源から受電した電力を脈流電力に変換する
整流手段と、発電手段からの直流電力をパルス幅変調し
て前記整流手段からの脈流周期と同期した電力を商用交
流電源から独立して発生するとともに、この発生した発
電手段からの電力が前記整流手段からの脈流電力に重畳
しうるように接続された脈流付加手段と、整流手段と脈
流付加手段の接続点からの脈流電力を交流電力に再変換
して負荷に給電する交流発生手段とを備えたもの」でも
よい。ここでも太陽電池の利用を考慮し、「脈流付加手
段が、少なくとも、発電手段としての太陽電池とこの太
陽電池の最大発電電力を取り出す最大出力制御手段と太
陽電池からの直流電力を整流手段からの脈流周期と同期
してパルス幅変調を行う変調手段とによって構成された
もの」や、「脈流付加手段が、少なくとも、発電手段と
しての太陽電池とこの太陽電池の最適発電電力を取り出
す最適出力制御手段と太陽電池からの直流電力を整流手
段からの脈流周期と同期してパルス幅変調を行う変調手
段とによって構成され、負荷の消費電力が、太陽電池の
発電電力よりも大きい場合には最適出力制御手段によっ
て太陽電池の最大発電電力が取り出され、負荷の消費電
力が、太陽電池の発電電力よりも小さい場合には、最適
出力制御手段によって太陽電池からの出力が抑制される
もの」であると好ましい。

【００１４】さらに別の省電力連系システムとしては、
「商用交流電源から受電した電力を脈流電力に変換する
整流手段と、発電手段からの直流電力が前記整流手段か
らの脈流電力に重畳しうるように接続された脈流付加手
段と、整流手段と脈流付加手段の接続点からの電力を交
流電力に再変換して負荷に給電する交流発生手段とを備
えたもの」でもよい。

【００１５】また停電時のために、「商用交流電源と同
期した自励発振器を有し、負荷への給電中に商用交流電
源からの電力供給が遮断された時に発電手段の発電電力
と負荷の消費電力とを比較し、発電手段の発電電力が負
荷の消費電力と等しいかまたは上回っている場合に、自
励発振器からの信号に同期した周期の交流電力を交流発
生手段から継続的に出力させる停電制御手段を備えた」
構成を採ってもよく、さらにより長時間にわたる停電時
安全率を高めるには、「発電手段と並列に電気二重層コ
ンデンサーが接続されたもの」や、「発電手段と並列に
充放電制御回路と蓄電池とが接続されたもの」がより好
ましい。

【００１６】次に、本発明の作用を説明する。商用交流
電力を脈流電力に変換し、この変換された脈流電力に対
して発電手段からの電力を重畳すると、負荷への最終的
な交流出力点よりも上流（従来の連系システムで言う、
負荷から見てインバータよりも上流側）に連系のための
接続点を置くことと等価な作用を得ることができる。す
なわち、この重畳された脈流電力を、交流電力に変換し
た後に負荷に供給することで、前述のノイズの問題や、
短時間内の大幅な負荷変動、加えて、発電手段（太陽電
池）側の大幅な出力変動やその他トラブルが発生して
も、脈流であるがゆえにダイオード等で簡単に逆流を防
止でき、本システム自体が緩衝及び保護機能として働く
ことになるから、商用交流ラインへの逆流は発生しない
ということである。よって、運用上は直流連系と同様、
商用交流ラインから見れば、本システムは負荷と見なす
ことができる。なお、本説明は請求項１についてのもの
であるが、請求項２〜４のものについても同様の作用で
あることは、改めて説明するまでもない。

【００１７】続いて請求項５の作用について説明する。
商用交流ラインの一方を、互いに逆方向で並列に接続さ
れた限流素子を用いた分流路によって分流することで、
交流の正側電流と負側電流が、それぞれ別の分流路を流
れることになる。従って、それぞれの分流路を流れる電
流はどちらも脈流電流になり、商用交流から脈流を作っ
たことになる。そして、この各々の分流路を流れる正の
脈流と負の脈流によって、当然限流素子の両端には電圧
が発生する。この両端の電圧特性を見れば、どちらの分
流路にどの方向で電流が流れているかがわかることにな
り、この電圧変化が、商用交流ラインからの脈流周期の
同期信号として利用することができる。このような動作
において、各分流路のそれぞれに対して、同分流路を流
れている脈流の極性と同極性となる例えば太陽電池から
の出力を当該脈流に対して重畳すれば、商用交流からの
脈流に同期して太陽電池からの電力が重畳されることに
なる。この正側と負側でそれぞれ重畳された電力を再度
合成すれば、交流波形に戻ることは明らかである。な
お、請求項２のように太陽電池等、発電手段からの出力
を予め脈流に変換した上で重畳すれば、原理的には合成
後に特別な処理をすることなく、入力波形と同等の正弦
波を得ることができる。請求項３のように、発電手段か
らの直流出力をパルス幅変調した状態で重畳する場合
は、例えば合成後にフィルター等を通せばよく、また請
求項４のように、直流出力のままで重畳する場合には、
例えば合成後にパルス幅変調やフィルター等による処理
を施せばよい。

【００１８】そして、省電力連系システムについては、
このような方法・作用を、機器や回路の組み合わせによ
って具現化したものである。ここで電気二重層コンデン
サーや蓄電池を用いると、発電手段からの出力が無くな
った場合でも、これらが安定した直流電源として機能す
ることになる。

【００１９】

【発明の実施の形態】続いて図面に基づいて、本発明の
実施形態を説明する。図１は、本発明の省電力方法に基
づく省電力連系システムの内容と機能を、ブロック図に
よって原理的に表したものである。図例のものは、商用
交流電源１から受電した電力を脈流電力に変換する整流
手段３と、前記整流手段３からの脈流周期と同期して発
電手段（太陽電池１１）からの脈流電力を商用交流電源
１から独立して発生するとともに、この発生した発電手
段からの脈流電力が前記整流手段３からの脈流電力に重
畳しうるように接続された脈流付加手段５と、整流手段
３と脈流付加手段５の接続点からの脈流電力を、交流電
力に再変換して負荷１３に給電する交流発生手段７とを
備えた、省電力連系システム９である。整流手段３と脈
流付加手段５の出力側には、それぞれ他方からの電流の
流入を防止するために逆流防止ダイオード３ｄ，５ｄが
設けられている。すなわち、脈流で連系するため、ダイ
オードで整流手段３と脈流付加手段５の間の逆流を防止
することができるのである。しかし後述する（図２）よ
うな整流手段３と脈流付加手段５の関係では、別途逆流
防止ダイオード３ｄ，５ｄは設けなくとも良いことは勿
論である。これが従来の交流連系であると、ダイオード
等で簡単に逆流を防止することはできない。このような
理由により、本発明の省電力連系システムを設置する場
合は、特別な保護回路の取り付け等が不要となる。

【００２０】ここで簡単な回路図を用いて、さらに詳細
に説明する。図２は、脈流による連系接続点の回路構成
を簡便に描いた原理説明図である。図例は、商用交流ラ
イン２３の一方２３ａを、互いに逆方向で並列に接続さ
れた限流素子（ダイオード）２５ａ，２５ｂを用いた分
流路２７ａ，２７ｂによって二つに分流し、太陽電池１
１からの出力を昇圧手段２９ａ，２９ｂ、制御手段３１
ａ，３１ｂを介して分流路２７ａ，２７ｂに接続すると
ともに、Ａ点において二つの分流路２７ａ，２７ｂを接
続したものである。なお符号２３ｂは、商用交流ライン
２３の他方の一本である。以下、図３を参照しつつ基本
動作を説明する。

【００２１】商用交流ライン２３には、図中（ａ）のよ
うな正弦波交流が供給されている。従って、分流路２７
ａには図中（ｂ）のような脈流が、また分流路２７ｂに
は図中（ｃ）のような脈流がそれぞれ流れることにな
る。これより、ダイオード２５ａ，２５ｂの両端には、
この脈流電流に応じて所定の電圧が発生するので、この
電圧を制御手段３１ａ，３１ｂによって検出し、分流路
２７ａに電流が流れている時には、昇圧手段２９ａ側か
らの太陽電池出力が制御手段３１ａのスイッチング動作
等により、脈流と重畳される。一方、分流路２７ｂに電
流が流れている時には、昇圧手段２９ｂ側からの太陽電
池出力が制御手段３１ｂのスイッチング動作等により、
同様に脈流と重畳される。このようにして太陽電池１１
からの出力が重畳された後、二つの分流路２７ａ，２７
ｂからの出力は接続点Ａにおいて合成され、再び図中
（ｄ）のような、入力時と同一の正弦波交流となって負
荷に供給されることになる。本例は、太陽電池１１の直
流出力を、制御手段３１ａ，３１ｂ等において脈流に変
換した後、商用交流からの脈流と重畳させる例であり、
太陽電池１１からの出力にパルス幅変調を行った状態
や、直流出力のままで重畳する場合には、例えば接続点
Ａよりも下流側（負荷１３側）において、正弦波交流に
整えればよい。

【００２２】このような原理であるから、回路構成が簡
略化できるとともに、太陽電池１１の出力が低下して１
００％商用交流消費に切り替わる時であっても、原理的
に瞬断は発生しない。本図例では、ダイオード２５ａ，
２５ｂが図１で言う整流手段３に、また昇圧手段２９
ａ，２９ｂと制御手段３１ａ，３１ｂが脈流付加手段５
に、そして分流路２７ａ，２７ｂと接続点Ａが交流発生
手段７にそれぞれ対応していることになる。

【００２３】昇圧手段２９ａ，２９ｂ、制御手段３１
ａ，３１ｂの機能を含む脈流付加手段５についてはここ
ではその具体的内容表示を省略しているが、太陽電池１
１（発電手段）と、この太陽電池１１の最大発電電力を
取り出す最大出力制御手段と、太陽電池１１からの直流
電力を整流手段３からの脈流周期と同期した脈流電力に
変換する脈流変換手段とによって構成すればよい。これ
は、常に太陽電池１１の最大動作点からの出力を取り出
すことが、省電力の観点からは好ましいからである。従
ってこのような構成は、負荷１３の消費電力に対して太
陽電池１１の最大出力が確実に小さい場合に採られるべ
きものである。またこれとは別に、より省電力効果を高
めるには、負荷１３の最大消費電力よりも大きい出力の
太陽電池１１を組み合わせばよいが、この時には、脈流
付加手段５としては、太陽電池１１（発電手段）と、こ
の太陽電池１１の最適発電電力を取り出す最適出力制御
手段と、太陽電池１１からの直流電力を整流手段３から
の脈流周期と同期した脈流電力に変換する脈流変換手段
とによって構成され、負荷１３の消費電力が、太陽電池
１１の発電電力よりも大きい場合には最適出力制御手段
によって太陽電池１１の最大発電電力が取り出され、負
荷１３の消費電力が、太陽電池１１の発電電力よりも小
さい場合には、最適出力制御手段によって太陽電池１１
からの出力が抑制されるような回路構成を、含んでいれ
ばよい。なおこれらの構成は、太陽電池１１（発電手
段）からの直流電力をパルス幅変調して重畳する場合
や、直流電力のままで重畳する場合のどちらの場合で
も、同様の構成内容となる。

【００２４】このような省電力連系システム９の運転を
考えた場合、負荷１３の種類によっては、当然商用交流
電源１に停電が発生した場合のことも考慮しなければな
らない。このような用途の場合は、昇圧手段２９ａ，２
９ｂや制御手段３１ａ，３１ｂの機能を含む脈流付加手
段５に、商用交流電源１と同期した自励発振器（図示せ
ず）を備えておき、脈流付加手段５が、負荷１３への給
電中に商用交流電源１からの電力供給が遮断された時に
太陽電池１１（発電手段）の発電電力と負荷１３の消費
電力とを比較し、太陽電池１１の発電電力が負荷１３の
消費電力と等しいかまたは上回っている場合に、自励発
振器からの信号に同期した周期の交流電力を交流発生手
段７から継続的に出力できるような停電制御手段（図示
せず）の機能を併せ持ったものにしておくこともでき
る。この停電制御手段については、脈流付加手段５と一
体化せずに別置きで構成することも勿論可能である。こ
のような停電制御の構成を採る場合には、安全率を高め
るため、負荷１３の最大消費電力よりも大きな平均発電
出力を有する太陽電池１１（発電手段）を使用するとよ
い。

【００２５】さらに、発電手段の出力（太陽電池１１の
場合は面積）を極力小さくし、且つ瞬時停電に備えたい
場合には、図４に示すように、太陽電池１１（発電手
段）と並列に電気二重層コンデンサー１５が接続された
構成を採るとよい。これは、日照時に太陽電池１１から
の出力の一部で電気二重層コンデンサー１５を充電して
おき、瞬時停電の時に、充電された電荷を放電して負荷
１３に供給するものである。図例では、太陽電池１１へ
の逆流を防止するため、太陽電池１１と直列に逆流防止
ダイオード１７を接続している。そして、より長時間の
停電に備えたい場合には、図５に示すように、充放電制
御回路１９と蓄電池２１を太陽電池１１（発電手段）と
並列に接続すればよい。これも上記と同様、日照時に太
陽電池１１からの出力の一部で蓄電池２１を充電してお
き、停電の時に長時間にわたって充電された電力を放電
して負荷１３に供給するものである。ここでも、太陽電
池１１への逆流を防止するため、太陽電池１１と直列に
逆流防止ダイオード１７を接続している。このような構
成は、太陽電池１１を使用した無停電電源として使用す
ることも可能である。

【００２６】以上のような実施例は、日照時に太陽電池
の発電電力を商用交流電源に加えて負荷に供給するもの
であるから、特に昼間の連続負荷の用途に適している。
考えられる用途としては、前述の自動販売機や公衆電
話、信号機、各種産業用機器の連続運転用電源、オフィ
スビルにおける昼間の照明用電源、冷蔵庫等の一般家電
品等、その他あらゆる負荷に対して有効である。例えば
自動販売機や公衆電話の電源に用いる場合には、本連系
システムを一つのボックス内に収容して交流出力をメス
のコンセントにしておき、既存の負荷のＡＣコンセント
プラグを差し込むだけの構成にしておけば、非常に簡単
に省電力連系システムを構築できる。ここで、オフィス
ビルにおける昼間の照明用電源に適用する場合には、図
１における交流発生手段７を照明用の高周波インバータ
とし、太陽電池１１の発電電力に応じた調光制御信号を
脈流付加手段５から高周波インバータ（図中では交流発
生手段７と表現）に与え、その時の発電電力に応じた周
波数・デューティ（すなわち電力）で、照明用蛍光灯
（図中では負荷１３と表現）を点灯制御すればよい。現
在のオフィスビルの照明は殆どがＯＮ／ＯＦＦ制御であ
るので、明るい昼間でありながら非常に電力ロスは大き
いと言える。本発明によって、太陽電池の電力を付加し
て、その時の日照強度に応じた調光制御照明を得ること
で、快適なオフィス環境を維持しながらの効率的な省電
力が可能となる。

【００２７】以上の実施例において、太陽電池１１から
の有効出力が確保される日照時にあっては、脈流付加手
段５からの電力が確実に整流手段３からの電力に重畳さ
れるよう、両者の電圧をモニター・制御すればよいこと
は勿論である。また発電手段としては、ここで例示した
太陽電池以外にも、風力発電機や潮力発電機、その他ガ
スやディーゼル発電機等、その他のものを自由に単独又
は組み合わせて使用してもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、現在までの交流連系システム
のような、「商用交流に同期した交流出力によって負荷
の直近の接続点において連系を取る」という考え方と全
く異なり、商用交流電力を脈流電力に一旦変換し、この
変換された脈流電力に対して発電手段からの電力を重畳
するので、負荷への交流電力の供給点よりも機器等を挟
んで上流側かもしくはそれと同等の作用となる点で接続
を取ることができる。つまり負荷から見れば、本システ
ム（交流発生手段）からの交流出力の一系統のみとな
り、商用交流ラインに対して単なる負荷と見なすことが
できる。従って、これまで商用交流ラインへの並列連系
で問題となっていたノイズの問題や、短時間内の大幅な
負荷変動、加えて太陽電池等の発電手段側の大幅な出力
変動その他トラブル等が発生したとしても、本システム
自体が緩衝及び保護機能として働くことになるから、上
記従来の問題点を一挙に解決することができる。

【００２９】このように、従来の連系システムで想定さ
れる問題も起こり得ないことから、分散型系統連系発電
設備に求められる技術基準に基づく種々の保護装置や認
証取得も不要となる。加えて、最終的な出力が商用交流
と同一の正弦波交流となること、および実施形態として
説明したように簡単な限流素子によって脈流を発生させ
て連系できることからもわかるように、低コストで、既
設・新設の負荷に対して区別なく、負荷側の改造も一切
不要で簡便に設置することができる。例えば、本連系シ
ステムを一つのボックス内に収容して交流出力をメスの
コンセントにしておき、既存の負荷のＡＣコンセントプ
ラグを差し込むだけの構成にすれば、非常に簡単に省電
力連系システムを構築することができる。すなわち効率
の点を考えると、交流から直流を作ることなく脈流を経
て再び交流に戻すため、直流連系に比べると大幅に効率
が向上し、商用電力のロスも極めて小さくなるのであ
る。さらに本連系システムでは、発電手段の有無に関わ
らず運転が可能なため、例えば太陽電池の出力線を接続
するための端子を設けておき、「ソーラー化対応型機
器」としての構成を採ることもできる。発電手段は、太
陽電池に限定されないことは勿論のことである。よっ
て、必要な時に低コストで簡便に太陽電池等の外付け発
電手段のみの追加設置を行うことができる。

【００３０】加えて電気二重層コンデンサーや蓄電池と
の併用で、停電時のバックアップ電源としても優れたも
のとなり、また交流発生手段として照明用インバータを
用いれば、省電力効果の高い照明用電源となる。換言す
れば、本発明の連系システムは、従来の交流連系システ
ム（図６，７）における高効率性と、直流連系システム
（図８〜図１０）の安全性を併せ持ったものであると言
える。

【００３１】このように、本発明は発電手段からの出
力、特に太陽電池等の直流出力と商用電源の交流出力と
を合流させるに当たり、そのどちらかで合流させるとい
う従来の常識を一新し、商用交流を脈流の形態にして接
続を取るという、従来のいずれの連系方式にも属さない
全く新規な考え方に基づくものである。その結果、これ
まで述べたように、従来に無い利便性・安全性・経済性
・汎用性・高効率性の全てを満足させることができるの
である。よって、太陽電池による省電力推進にも大きく
役立つものとして有効に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の省電力方法に基づく省電力連系システ
ムの内容と機能を原理的に表すブロック説明図

【図２】脈流による連系点の回路構成を簡便に描いた原
理説明図

【図３】基本動作を説明するための波形図

【図４】本発明の連系システムにおける電気二重層コン
デンサーの接続形態例を表す説明図

【図５】本発明の連系システムにおける蓄電池の接続形
態例を表す説明図

【図６】従来の連系システムのうちの交流連系逆潮流有
りの構成図

【図７】従来の連系システムのうちの交流連系逆潮流無
しの構成図

【図８】従来の連系システムのうちの直流連系の構成図

【図９】従来の太陽電池式自動販売機の回路ブロック図

【図１０】従来のソーラーエアコンの回路ブロック図

【符号の説明】

１商用交流電源３整流手段３ｄ，５ｄ，１７，４２逆流防止ダイオード５脈流付加手段７交流発生手段９省電力連系システム１１，４０太陽電池１３，４８負荷１５電気二重層コンデンサー１９充放電制御回路２１蓄電池２３，４６商用交流ライン２３ａ商用交流ラインの一方２３ｂ商用交流ラインの他方２５ａ，２５ｂ限流素子（ダイオード）２７ａ，２７ｂ分流路２９ａ，２９ｂ昇圧手段３１ａ，３１ｂ制御手段４４インバータ５２整流平滑回路５４自動販売機５６商用負荷５８太陽電池負荷６０昇圧回路６２バイパス路６４ＶＶＶＦインバータ６６バイパスリレー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】商用交流系統と任意の発電手段からの電力
系統とを、少なくとも商用交流側を脈流変換した部分に
おいて連系接続を取る、省電力方法。
【請求項２】商用交流電力を脈流電力に変換し、この変
換された脈流電力に対して、前記脈流電力の脈流周期に
同期した発電手段からの脈流電力を重畳し、この重畳さ
れた脈流電力を交流電力に変換した後に負荷に供給す
る、請求項１記載の省電力方法。
【請求項３】商用交流電力を脈流電力に変換し、この変
換された脈流電力に対して、発電手段からの直流電力を
前記脈流電力の脈流周期に同期したパルス幅変調して得
られる電力を重畳し、この重畳された脈流電力を交流電
力に変換した後に負荷に供給する、請求項１記載の省電
力方法。
【請求項４】商用交流電力を脈流電力に変換し、この変
換された脈流電力に対して発電手段からの直流電力を重
畳し、この重畳された電力を交流電力に変換して負荷に
供給する、請求項１記載の省電力方法。
【請求項５】商用交流ラインの一方を、互いに逆方向で
並列に接続された限流素子を用いた分流路によって分流
し、この各々の分流路を流れる正の脈流と負の脈流によ
る限流素子両端の電圧特性に基づいて、各分流路を流れ
る脈流の極性と同極性となる発電手段からの電力を当該
脈流に対して重畳した後に再度正側と負側を合成して交
流電力を得る、請求項１〜４のいずれか１項に記載の省
電力方法。
【請求項６】前記発電手段として太陽電池を用いる、請
求項１〜５のいずれか１項に記載の省電力方法。
【請求項７】商用交流電源から受電した電力を脈流電力
に変換する整流手段と、前記整流手段からの脈流周期と
同期して発電手段からの脈流電力を商用交流電源から独
立して発生するとともに、この発生した発電手段からの
脈流電力が前記整流手段からの脈流電力に重畳しうるよ
うに接続された脈流付加手段と、整流手段と脈流付加手
段の接続点からの脈流電力を交流電力に再変換して負荷
に給電する交流発生手段とを備えた、省電力連系システ
ム。
【請求項８】脈流付加手段が、少なくとも、発電手段と
しての太陽電池とこの太陽電池の最大発電電力を取り出
す最大出力制御手段と太陽電池からの直流電力を整流手
段からの脈流周期と同期した脈流電力に変換する脈流変
換手段とによって構成された、請求項７記載の省電力連
系システム。
【請求項９】脈流付加手段が、少なくとも、発電手段と
しての太陽電池とこの太陽電池の最適発電電力を取り出
す最適出力制御手段と太陽電池からの直流電力を整流手
段からの脈流周期と同期した脈流電力に変換する脈流変
換手段とによって構成され、負荷の消費電力が、太陽電
池の発電電力よりも大きい場合には最適出力制御手段に
よって太陽電池の最大発電電力が取り出され、負荷の消
費電力が、太陽電池の発電電力よりも小さい場合には、
最適出力制御手段によって太陽電池からの出力が抑制さ
れる、請求項７記載の省電力連系システム。
【請求項１０】商用交流電源から受電した電力を脈流電
力に変換する整流手段と、発電手段からの直流電力をパ
ルス幅変調して前記整流手段からの脈流周期と同期した
電力を商用交流電源から独立して発生するとともに、こ
の発生した発電手段からの電力が前記整流手段からの脈
流電力に重畳しうるように接続された脈流付加手段と、
整流手段と脈流付加手段の接続点からの脈流電力を交流
電力に再変換して負荷に給電する交流発生手段とを備え
た、省電力連系システム。
【請求項１１】脈流付加手段が、少なくとも、発電手段
としての太陽電池とこの太陽電池の最大発電電力を取り
出す最大出力制御手段と太陽電池からの直流電力を整流
手段からの脈流周期と同期してパルス幅変調を行う変調
手段とによって構成された、請求項１０記載の省電力連
系システム。
【請求項１２】脈流付加手段が、少なくとも、発電手段
としての太陽電池とこの太陽電池の最適発電電力を取り
出す最適出力制御手段と太陽電池からの直流電力を整流
手段からの脈流周期と同期してパルス幅変調を行う変調
手段とによって構成され、負荷の消費電力が、太陽電池
の発電電力よりも大きい場合には最適出力制御手段によ
って太陽電池の最大発電電力が取り出され、負荷の消費
電力が、太陽電池の発電電力よりも小さい場合には、最
適出力制御手段によって太陽電池からの出力が抑制され
る、請求項１０記載の省電力連系システム。
【請求項１３】商用交流電源から受電した電力を脈流電
力に変換する整流手段と、発電手段からの直流電力が前
記整流手段からの脈流電力に重畳しうるように接続され
た脈流付加手段と、整流手段と脈流付加手段の接続点か
らの電力を交流電力に再変換して負荷に給電する交流発
生手段とを備えた、省電力連系システム。
【請求項１４】商用交流電源と同期した自励発振器を有
し、負荷への給電中に商用交流電源からの電力供給が遮
断された時に発電手段の発電電力と負荷の消費電力とを
比較し、発電手段の発電電力が負荷の消費電力と等しい
かまたは上回っている場合に、自励発振器からの信号に
同期した周期の交流電力を交流発生手段から継続的に出
力させる停電制御手段を備えた、請求項７〜１３のいず
れか１項に記載の省電力連系システム。
【請求項１５】発電手段と並列に電気二重層コンデンサ
ーが接続された、請求項７〜１４のいずれか１項に記載
の省電力連系システム。
【請求項１６】発電手段と並列に充放電制御回路と蓄電
池とが接続された、請求項７〜１４のいずれか１項に記
載の省電力連系システム。