JP2001007357A - 太陽電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストアップを伴うことなく日射量を検出す
ることが可能な太陽電池システムの提供。 【解決手段】 太陽電池２を複数並列に接続させこれら
太陽電池２で負荷１に電力供給を行うものであって、複
数の太陽電池２のうちの少なくとも一つについて、周期
的に短絡電流を計測し、該短絡電流に基づいて太陽電池
２の発電電力を求める。すると、負荷から切り離された
短絡電流に基づいて求められた太陽電池２の発電電力
は、そのとき太陽電池２が発電し得る最大の発電電力に
相当し、これは日射量に相当する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の太陽電池で
負荷を駆動する太陽電池システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の太陽電池で負荷を駆動する太陽電
池システムとして、例えば、湖沼、池、ダム、溜池、貯
水池、河川、用水路、堀、運河、水槽等の浄化対象水域
で水を浄化する水質浄化装置を駆動するものがある。こ
の太陽電池システムは、水質浄化装置が、通過する被処
理水を浄化処理する処理部と、被処理水に水流を発生さ
せて該水流を処理部に通過させるポンプとを有してお
り、例えば、図６に示すように、２直列５並列の太陽電
池１００，１００，…が、その発電電力で、それぞれイ
ンバータ１０１およびコンプレッサ１０２を有する複数
のポンプ１０３，１０３，…を駆動するようになってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、太陽電池の発
電電力は、日射量と、接続される負荷とによって決まる
ことになる。よって、日射量は同じでも接続される負荷
によって太陽電池の発電電力が異なることになる。つま
り、負荷によっては、太陽電池は日射量に対して発生可
能な最大電力を発生している状況に常にあるとは限らな
い。このように日射量に応じて負荷を制御しない従来の
太陽電池システムでは、太陽電池で効率良く発電を行っ
ていない場合があった。このため、日射量に応じて負荷
を制御することを考えたが、日射量を求める日射計は非
常に高価であるため、大幅なコストアップを伴ってしま
うという問題があった。したがって、本発明の目的は、
コストアップを伴うことなく日射量を検出することが可
能な太陽電池システムの提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１記載の太陽電池システムは、太陽
電池を複数並列に接続させこれら太陽電池で負荷に電力
供給を行うものであって、前記複数の太陽電池のうちの
少なくとも一つについて、周期的に短絡電流を計測し、
該短絡電流に基づいて前記太陽電池の発電電力を求める
ことを特徴としている。これにより、周期的に、複数の
太陽電池のうちの少なくとも一つについて、短絡電流を
計測し、該短絡電流に基づいて太陽電池の発電電力を求
めると、負荷から切り離された短絡電流に基づいて求め
られた太陽電池の発電電力は、そのとき太陽電池が発電
し得る最大の発電電力に相当し、これは日射量に相当す
る。このように、短絡電流に基づいて日射量に相当する
発電電力を検出することになるため、コストアップを伴
うことなく日射量を検出することが可能となる。

【０００５】本発明の請求項２記載の太陽電池システム
は、請求項１記載のものに関し、前記負荷が複数台あ
り、求めた前記太陽電池の発電電力から、電力供給を行
う負荷の台数を制御することを特徴としている。これに
より、日射量に相当する太陽電池の発電電力から、電力
供給を行う負荷の台数を制御することになるため、太陽
電池を効率良く発電させることが可能となる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の太陽電池システムの一の
実施の形態を図１〜図５を参照して説明する。この太陽
電池システム１は、浄化対象水域で水を浄化する複数の
水質浄化装置１１を、駆動が行われる負荷として含むも
のである。

【０００７】まず、水質浄化装置１１について説明す
る。図２に示すように、水質浄化装置１１は、池あるい
は湖沼等の浄化対象としての水域１０に浮かべられて用
いられるもので、これを水域１０に浮かせるための複数
具体的には二つのフロート１４，１４と、これらフロー
ト１４，１４の下側に支持されて水面１０ａ下に配置さ
れるフィルタカートリッジ１５と、フィルタカートリッ
ジ１５の上部に設けられた駆動装置１６とを有してい
る。

【０００８】フィルタカートリッジ１５は、略円筒状を
なすもので、フロート１４，１４で水面１０ａ下に吊ら
れた状態において軸線が鉛直方向に沿わされるようにな
っている。そして、このフィルタカートリッジ１５は、
円筒状に形成されるとともに多数の図示せぬ流入孔が全
面に形成された外円筒部１９と、外円筒部１９の上端面
に外円筒部１９の上方向の開口を閉塞するよう固定され
た有孔円板状の閉塞部材２０と、外円筒部１９の下端面
にその下方向の開口を閉塞するよう固定された円板状の
閉塞部材２１とを有している。

【０００９】また、外円筒部１９の内側であって閉塞部
材２０，２１の間には、外円筒部１９と同軸の円筒状に
形成されるとともに多数の集水孔２４が全面に形成され
た内円筒部２５と、中央に取付孔２６が形成されるとと
もに内円筒部２５の上端面に内円筒部２５の上方向の開
口を閉塞するよう固定された有孔円板状の閉塞部材２７
と、内円筒部２５の下端面にその下方向の開口を閉塞す
るよう固定された円板状の閉塞部材２８とが設けられて
いる。

【００１０】そして、閉塞部材２０，２１、外円筒部１
９、内円筒部２５および閉塞部材２８で囲まれる部分に
は、流入孔および集水孔２４より径大の木炭等の濾過材
が充填されしかも有機物を分解する好気性の微生物が担
持されて、通過する被処理水を浄化処理する処理部３０
が形成されている。

【００１１】閉塞部材２７の取付孔２６には、閉塞部材
２７，２８および内円筒部２５で画成される内部隙間部
３１内に延在する円筒状の揚水管３３が、内円筒部２５
と同軸をなしかつその外周面が内円筒部２５の内周面と
所定の間隔をあけた状態で嵌合固定されており、これに
より、内部隙間部３１は処理部３０または揚水管３３を
介する以外での外部への連通が不可とされている。

【００１２】揚水管３３は、内部隙間部３１内における
閉塞部材２８の若干上側位置に下端開口部３４を開口さ
せており、上端開口部３５を閉塞部材２７から上方向に
開口させている。揚水管３３には、円筒状の空気噴出管
３７が隙間をもって挿通されており、該空気噴出管３７
は、下端開口の空気噴出孔３８が揚水管３３内において
下端開口部３４より若干上側の中間所定位置に位置さ
れ、上部側が揚水管３３より上方に延出され駆動装置１
６に導かれた状態で設けられている。

【００１３】駆動装置１６は、フロート１４，１４に固
定されたケーシング４３内に、別途設けられた太陽電池
２，２，…に接続され該太陽電池２，２，…の直流の発
電電力を交流電力に変えるインバータ４と、該インバー
タ４で交流に変換された太陽電池２，２，…の発電電力
で駆動されるコンプレッサ５とを有している。このコン
プレッサ５は、その空気の吐出側を空気噴出管３７に連
通させている。

【００１４】ここで、コンプレッサ５を駆動し空気噴出
管３７に圧縮空気を供給させると、供給された圧縮空気
が空気噴出管３７の空気噴出孔３８から噴出し、気泡と
なって、揚水管３３内で下から上へ移動し、よって、揚
水管３３内に上方への水流すなわちエアリフトが生じ
て、揚水管３３の下端開口部３４から内部隙間部３１内
の水が汲み上げられ上部開口部３５から外部に排出され
る。

【００１５】これにより、強制的にフィルタカートリッ
ジ１５の側部外側の水すなわち特にアオコ等の藻類を多
く含む水面１０ａ近傍の水が、外円筒部１９の図示せぬ
流入孔から処理部３０に至り該処理部３０を半径方向内
方に通過して内円筒部２５の集水孔２４から内部隙間部
３１に至る。そして、上記処理部３０の通過時に、処理
部３０を構成する濾過材に担持された好気性微生物によ
り、アオコ等の藻類や有機質浮遊物質、溶解性有機物質
等が分解されることで水が浄化される。

【００１６】このようにして、処理部３０で浄化された
水が揚水管３３から外部に再び排出され、このような水
の環流で水域１０が浄化される。

【００１７】そして、この太陽電池システムは、図１に
示すように、２直列で５並列に接続された複数の太陽電
池２，２，…を有しており、これら太陽電池２，２，…
に、並列接続された複数（図示例は５台）の水質浄化装
置１，１，…のそれぞれのインバータ３およびコンプレ
ッサ４が接続されている。ここで、インバータ３は入力
電圧に応じて出力電圧が変動するものである。

【００１８】図１に示すように、２直列５並列に接続さ
れた太陽電池２，２，…のなかの所定の２個直列接続さ
れた１組の太陽電池２（２ａ），２（２ａ）の出力のみ
が、他の太陽電池２，２，…とは別系統で取り出される
ように回路が構成されている（図中ＧＮＤ線は省略）。

【００１９】すなわち、前記１組の太陽電池２（２
ａ），２（２ａ）の出力側は、分岐し一方でダイオード
５を介して、複数の水質浄化装置１，１，…に接続され
ており、他方でＮＰＮトランジスタ６のコレクタ側に接
続されている。このトランジスタ６のエミッタ側は抵抗
７に接続されている。また、トランジスタ６のベース
は、発振回路８に接続されている。この発振回路８は、
周期的にＯＮ信号をトランジスタ６に出力する。ここ
で、トランジスタ６に代えて、ＦＥＴやリレー等の他の
スイッチング素子を用いることも可能である。発振回路
８がトランジスタ６をＯＮしない状態においては、該１
組の太陽電池２（２ａ），２（２ａ）の発電電力は、他
の太陽電池２，２，…の発電電力と同様に、ダイオード
５を介して負荷である水質浄化装置１，１，…に向け供
給される。

【００２０】他方、発振回路８の制御でトランジスタ６
がＯＮされた状態においては、該１組の太陽電池２（２
ａ），２（２ａ）の発電電力は、他の太陽電池２，２の
発電電力とは別に、負荷である水質浄化装置１，１，…
とは切り離されて抵抗７に電流を流す。ここで、この抵
抗７には、抵抗値の低いものが使用されており、その結
果、太陽電池２（２ａ），２（２ａ）の出力電圧は低下
し、抵抗７に接続されたコントローラ９が短絡電流に相
当する値を測定できるようになっている。太陽電池２
（２ａ），２（２ａ）の出力電流は、抵抗７を通すこと
により、電圧出力の信号（Ｖ＝ＩＲ）に変えることがで
き、これをコントローラ９が検出する。すなわち、コン
トローラ９は、発振回路８で周期的にＯＮ信号がトラン
ジスタ６に出力されることで、周期的に短絡電流を計測
し、該短絡電流に基づいて太陽電池２（２ａ），２（２
ａ）の電圧を求め、これらから太陽電池２（２ａ），２
（２ａ）の発電電力、ひいてはその積算によりすべての
太陽電池２，２，…の発電電力を求めることになる。そ
して、このように負荷から切り離された短絡電流と所定
の関係があり該短絡電流に基づいて求められた太陽電池
２，２，…の発電電力は、そのとき太陽電池２，２，…
が発電し得る最大の発電電力に相当し、これは日射量に
相当する。

【００２１】ここで、例えば、発振回路８が、図３に示
すように、トランジスタ６の制御波形を、１秒間の内の
最初の１０ｍＳにトランジスタ６をＯＮするようにし、
残りの０．９９秒間は負荷である水質浄化装置１，１，
…に電力を供給するよう制御すれば、短絡電流を測定す
るための損失は太陽電池２，２，…が５並列になってい
ることから０．２％となる。

【００２２】そして、コントローラ９は、短絡電流に基
づいて求めた太陽電池２，２，…の発電電力すなわち日
射量に基づいて、電力供給を行う負荷である水質浄化装
置１，１，…の駆動台数を制御する。すなわち、太陽電
池２，２，…の発電電力は、日射量と負荷特性である水
質浄化装置１，１，…の台数とによって決まることにな
る。例えば、図４に示すように、太陽電池２，２，…の
出力特性は、日射量に応じて異なる曲線を描くことにな
る。ここで、図４においてＡの曲線は日射量が１０００
Ｗ／ｍ²のときの太陽電池２，２，…の出力特性を、Ｂ
の曲線は日射量が８００Ｗ／ｍ²のときの太陽電池２，
２，…の出力特性を、Ｃの曲線は日射量が６００Ｗ／ｍ
²のときの太陽電池２，２，…の出力特性を、Ｄの曲線
は日射量が４００Ｗ／ｍ²のときの太陽電池２，２，…
の出力特性を、Ｅの曲線は日射量が２００Ｗ／ｍ²のと
きの太陽電池２，２，…の出力特性をそれぞれ示してい
る（それぞれ外気温は０℃）。

【００２３】また、負荷特性も、水質浄化装置の駆動台
数に応じて異なる線を描くことになる。ここで、図４に
おいてＦの線は駆動する水質浄化装置１が１台の場合、
図４においてＧの線は駆動する水質浄化装置１が２台の
場合、図４においてＨの線は駆動する水質浄化装置１が
３台の場合をそれぞれ示している。

【００２４】そして、出力特性に負荷特性を示す線を重
ね合わせたときの交点が、太陽電池２，２，…の発電す
る電圧・電流となる。すなわち、日射量が１０００Ｗ／
ｍ²と大きいときは、３台の水質浄化装置１，１，…を
駆動すると、交点Ｉで示すように、太陽電池に最も大き
な発電電力が得られることになる。他方、日射量が２０
０Ｗ／ｍ²と小さいときは、１台の水質浄化装置１を駆
動すると、交点Ｊで示すように、太陽電池２，２，…に
最も大きな発電電力が得られることになる。

【００２５】上記にしたがい、コントローラ９には、短
絡電流に基づいて求めた日射量に相当する太陽電池２，
２，…の発電電力と、これに対し最も大きな発電電力を
得ることができる水質浄化装置１，１，…の駆動台数と
の関係が予めマップとして記憶されており、このマップ
から、短絡電流に基づいて求めた太陽電池２，２，…の
発電電力に対し最も大きな発電電力を得ることができる
水質浄化装置１，１，…の駆動台数を求め、この台数の
水質浄化装置１を駆動するように、対応する水質浄化装
置１のインバータ３を制御する。

【００２６】以上に述べたように、この太陽電池システ
ムによれば、コントローラ９が、周期的に、２直列５並
列とされた太陽電池２，２，…のうちの２直列１並列の
太陽電池２（２ａ），２（２ａ）について、短絡電流を
計測し、該短絡電流に基づいて太陽電池２，２，…の発
電電力を求めることになる。すると、このように負荷か
ら切り離された短絡電流に基づいて求められた太陽電池
２，２，…の発電電力は、そのとき太陽電池２，２，…
が発電し得る最大の発電電力に相当し、これは日射量に
相当する。このように、短絡電流に基づいて日射量に相
当する発電電力を検出することになるため、コストアッ
プを伴うことなく日射量を検出することが可能となる。
そして、コントローラ９が、日射量に相当する太陽電池
２，２，…の発電電力から、電力供給を行う水質浄化装
置１，１，…の駆動台数を制御することになるため、太
陽電池２，２，…を効率良く発電させることができ、シ
ステムの運転量を増加させることができる。

【００２７】なお、図５に示すように、コントローラ９
に代えて、抵抗７に発電量計測表示装置９ａを接続させ
てもよい。すなわち、この発電量計測表示装置９ａは、
短絡電流に相当する値を測定し、これを上記コントロー
ラ９と同様に電圧出力の信号に変えて、これらから太陽
電池２，２，…の発電電力を求めるとともに、求めた発
電電力の数値を表示させる。そして、例えば、この数値
を見て、作業員が駆動する水質浄化装置１，１，…の数
を調整したりする。このような発電量計測表示装置９ａ
は、既存の太陽電池システムへの後付けが容易となる。
勿論、この発電量計測表示装置９ａをコントローラ９と
合わせて設けることも可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項１
記載の太陽電池システムによれば、周期的に、複数の太
陽電池のうちの少なくとも一つについて、短絡電流を計
測し、該短絡電流に基づいて太陽電池の発電電力を求め
ると、負荷から切り離された短絡電流に基づいて求めら
れた太陽電池の発電電力は、そのとき太陽電池が発電し
得る最大の発電電力に相当し、これは日射量に相当す
る。このように、短絡電流に基づいて日射量に相当する
発電電力を検出することになるため、コストアップを伴
うことなく日射量を検出することが可能となる。

【００２９】本発明の請求項２記載の太陽電池システム
によれば、日射量に相当する太陽電池の発電電力から、
電力供給を行う負荷の台数を制御することになるため、
太陽電池を効率良く発電させることが可能となり、シス
テムの運転量を増加させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の太陽電池システムの一の実施の形態
の全体構成を示す回路図である。

【図２】 本発明の太陽電池システムの一の実施の形態
の水質浄化装置を示す側断面図である。

【図３】 本発明の太陽電池システムの一の実施の形態
の発振回路の特性を示すタイムチャートである。

【図４】 日射量別の太陽電池の発電電圧（横軸）およ
び発電電流（縦軸）と負荷特性とを示す特性線図であ
る。

【図５】 本発明の太陽電池システムの一の実施の形態
の他の例の一部構成を示す回路図である。

【図６】 従来の太陽電池システムの全体構成を示す回
路図である。

【符号の説明】

１ 水質浄化装置（負荷） ２ 太陽電池 ９ コントローラ ９ａ 発電量計測表示装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽電池を複数並列に接続させこれら太
   陽電池で負荷に電力供給を行う太陽電池システムにおい
   て、 前記複数の太陽電池のうちの少なくとも一つについて、
   周期的に短絡電流を計測し、該短絡電流に基づいて前記
   太陽電池の発電電力を求めることを特徴とする太陽電池
   システム。
2. 【請求項２】 前記負荷が複数台あり、求めた前記太陽
   電池の発電電力から、電力供給を行う前記負荷の台数を
   制御することを特徴とする請求項１記載の太陽電池シス
   テム。