JP2002139527A

JP2002139527A - 太陽光発電装置およびその制御方法

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Publication number: JP2002139527A
Application number: JP2000332896A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Takehara; 信善竹原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】定額電灯契約が適用可能な小規模負荷に太陽
光発電装置をつなぐと、売買電力量を計量する必要が生
じるが、電力メータを備えることは経済的に負担が大き
い。【解決手段】定額電灯契約が適用可能な小規模な負荷
30、太陽電池1、太陽電池が出力する直流電力を交流電
力に変換する電力変換器201、負荷30を接続するための
第一の接続部205、並びに、系統5に接続するための第二
の接続部206を有する系統連系型インバータ2の制御部20
2は、系統5から流入する電力および系統5へ流出する電
力を電力測定部203により個々に測定し、それら測定結
果を個々にメモリに記録し、測定された流入電力および
流出電力に関する情報を、表示器204に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽光発電装置およ
びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】住宅用の太陽光発電システムの実用化が
急速に進展し、多数の太陽光発電システムが市場で運転
されるようになった。

【０００３】住宅用の太陽光発電システムの典型例を図
11に示す。住宅用の太陽光発電システムには、売電用4S
および買電用4Bの電力量計が備えられ、売り買いそれぞ
れを個別に記録できるようになっている。電力会社との
契約種別は、使用量に応じて電気料金が変わる「従量電
灯」というタイプが主である。光発電を所有しない家で
は、買電用の電力量計4Bだけが備えられているから、光
発電システムを導入したときに売電用の電力量計4Sを追
加するのが一般的である。

【０００４】なお、図11において、1は太陽電池、2は系
統連系型インバータ、3は負荷、および、5は商用電力系
統（以下「系統」と呼ぶ）である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】日本の電力会社には、
街灯や公衆電話ボックスなどに適用される「定額電灯契
約」という契約形態がある。これは負荷の電力使用量が
事実上固定値と考えられるものに対して電力量計を装備
せずに電力料金を定額として徴収するものである。

【０００６】このような定額電灯契約を結んでいる小規
模負荷に太陽光発電装置をつなぐと、一般的に、電力会
社への逆潮流が生じるため、その売り買いの電力量を計
量する必要がある。しかし、そのための電力メータを住
宅の場合のように備えることは経済的にも大きな負担
で、事実上「定額電灯負荷」に太陽光発電システムを適
用する道を閉ざしている。

【０００７】また、上記のような制約条件があるため、
市販されている「ソーラー街灯」なる商品は、特開平10
-189262号公報に示されるように、蓄電池をもち、商用
電力を利用できないようになっている。従って、「ソー
ラー街灯」の設置後、定期的な蓄電池の保守・交換が必
要である。

【０００８】特開平10-155247号公報には電話ボックス
を対象としたシステムが開示されているが、これも蓄電
池を利用するもので、保守の必要性がある。

【０００９】本発明は、上述の問題を解決するためのも
のであり、太陽光発電装置を定額電灯契約が適用可能な
小規模負荷に適用可能にすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的を
達成する一手段として、以下の構成を備える。

【００１１】本発明にかかる太陽光発電装置は、定額電
灯契約が適用可能な小規模な負荷、太陽電池、前記太陽
電池が出力する直流電力を交流電力に変換する電力変換
手段、前記負荷を接続するための第一の接続手段、並び
に、電力系統に接続するための第二の接続手段を有する
太陽光発電装置であって、前記電力系統から流入する電
力および前記電力系統へ流出する電力を測定可能な位置
に設置された電力検出手段と、測定される流入電力およ
び流出電力を個々にメモリに記録し、測定された前記流
入電力および前記流出電力に関する情報を、外部に表示
するための表示手段に表示する制御手段とを有すること
を特徴とする。

【００１２】本発明にかかる制御方法は、定額電灯契約
が適用可能な小規模な負荷、太陽電池、前記太陽電池が
出力する直流電力を交流電力に変換する電力変換手段、
前記負荷を接続するための第一の接続手段、並びに、電
力系統に接続するための第二の接続手段を有する太陽光
発電装置の制御方法であって、前記電力系統から流入す
る電力および前記電力系統へ流出する電力を測定可能な
位置に設置された電力検出手段により、流入電力および
流出電力を個々に測定し、それら測定結果を個々にメモ
リに記録し、測定された前記流入電力および前記流出電
力に関する情報を、外部に表示するための表示手段に表
示することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる一実施形態
の太陽光発電装置を図面を参照して詳細に説明する。

【００１４】［系統連系型インバータ］図1は系統連系
型インバータ2の構成例を示すブロック図である。

【００１５】●接続端子実施形態の系統連系型インバータ2には、少なくとも負
荷接続端子205、系統接続端子206の二系統の交流端子が
必要である。個人住宅用インバータの場合、負荷接続端
子と系統接続端子とは共用できるが、実施形態では売買
電力量を記録しなければならないので、必ず、系統5用
および負荷30用の二系統の接続端子205および206が必要
になる。

【００１６】接続端子の形状は防水などの配慮があれ
ば、どのようなものでもよく、通常用いられる圧着端子
が接続可能な端子台や、コネクタやコンセント形状のも
のも使用可能である。

【００１７】また、上記交流端子のほかには、太陽電池
1との接続や表示装置の接続のための端子を必要に応じ
て備えればよい。また、太陽電池モジュールの裏面にイ
ンバータを取り付けて使用する、所謂ACモジュールタイ
プの場合、外観上は太陽電池の接続端子は見えない場合
が多い。

【００１８】●電力変換器電力変換器201そのものに特別な特徴はなく、公知公用
のインバータ回路が適用できる。多くの場合、太陽電池
1の出力電圧は系統5の電圧よりもずっと低いので、絶縁
トランスや昇圧チョッパ回路などの昇圧手段と、フルブ
リッジ回路によるインバータ回路の組み合わせが好んで
用いられる。

【００１９】●電力計測器電力計測器203の電流検出器は、図1に示すように系統5
の接続ラインに、また、図10に示すように負荷30の接続
ラインおよび電力変換器の出力端に取り付けられる。こ
れにより、電流および電圧を検出し、それを乗算し積分
することで電力を得て、電気をいくら売っているか、あ
るいは、買っているかという情報をメモリを有する制御
部202に送り込み、メモリに記憶させる。

【００２０】●メモリおよび制御部停電によりデータが消えると、取引電力量が不明になり
電気料金が計算できないという不都合が生じる。そこ
で、停電の場合にデータが消失しないように、不揮発性
のメモリが必要である。このためには、磁気ディスク装
置や半導体によるフラッシュメモリなどが好適である。
本実施形態において必要な記憶容量は僅かであるから、
消費電力が小さいフラッシュメモリのような不揮発性の
半導体メモリが望ましい。

【００２１】また、制御部202には、メモリを内蔵する
ワンチップマイクロコンピュータが好んで用いられる。

【００２２】●計時部夜間と昼間とで電気料金が異なる「時間帯別電灯」とい
う契約形態がある。この契約を適用するには、電力会社
によって決められている夜間と昼間との時間帯を区別す
る必要がある。このための、計時部207には電子的に時
刻を得ることができるリアルタイムクロックICが利用で
きる。なお、「時間帯別電灯」契約を利用しない場合、
計時部207は不要である。

【００２３】●表示器表示部204には、液晶ディスプレイやLEDなどの数字表示
器の利用が一般的である。表示器204の表示は、電力会
社の検針員から容易に観える必要がある。そのため、イ
ンバータ2の取付位置が電柱上などの場合、ケーブルな
どを介して、人が観察可能な位置に表示器204を設置す
るのが望ましい。インバータ2の設置位置が、表示器204
の表示が観える位置にある場合は、インバータ2の表面
に表示器204を配置すればよい。また、通信装置などを
使用して、遠隔表示することも当然可能である。

【００２４】図7は表示器204に表示される売買表示の一
例を示す図、図8は時間帯別の売買表示の一例を示す図
である。これらのように、数桁の数字を表示できるもの
であれば、表示器204の形状や素子の種別は問わない。

【００２５】●太陽電池太陽電池1の種類としては、公知公用の結晶系シリコン
太陽電池セルを用いたアルミフレーム付き太陽電池モジ
ュールや、薄膜系太陽電池セルを用いた可撓性のあるフ
レキシブル太陽電池モジュールなどが適用できる。

【００２６】太陽電池1の電力容量は自由に選択できる
が、一般的には、負荷容量の二から三倍程度にするのが
望ましい。

【００２７】太陽電池1の取付位置や方法に制限はな
い。日当たりが良い場所に、風などで飛ばされないよう
堅牢に据え付ければよい。とくにフレキシブル太陽電池
は電柱などの支持物へ貼り付けることが可能で、機械的
にも堅牢で美しいシステムが実現できる。

【００２８】●負荷負荷30は定額電灯契約の可能な小容量の負荷で、具体的
には、街灯もしくは公衆電話ボックスが一般的である。
これらの負荷のほとんどは蛍光灯や電球などの照明装置
で、夜間に自動点灯される。このため一定期間、例えば
一年間の電力使用量がほぼ一定になるので定額電灯契約
ができる。

【００２９】●系統系統5は、必要に応じて随意選べばよい。電圧は100Vま
たは200Vの何れでもよいし、相数は単相でも三相でもよ
い。周波数も問わない。しかし「定額電灯契約」が結べ
るのは、事実上、単相100V系で、電力変換器201の出力
電圧などもそれに合わせた設定にする必要がある。

【００３０】以下、実施形態を小規模負荷に適用した具
体的な例を説明する。

【００３１】

【第1実施例】第1実施例は、代表的な小規模負荷である
電話ボックスに実施形態を適用した例である。

【００３２】図2は電話ボックスを示す図である。この
電話ボックスの壁はガラス製で、そこには、小型の系統
連系型インバータ2とシリコン多結晶の太陽電池1（出力
16V、3A、48W）を一体化したACモジュールが、電話ボッ
クス内部からボルトで取り付けられている。負荷30は照
明で、壁に穴をあけて引き込まれた負荷接続線302を介
して、ACモジュールに接続されている。ACモジュールと
電力系統（100V、60Hz）とは、系統接続線301を介して
接続されている。

【００３３】図3はACモジュールを裏面および横方向か
ら観た図である。特徴は、ACモジュールの裏面に取り付
けられた系統連系型インバータ2の上面に表示器204があ
り、電話ボックスのガラス壁を通して電話ボックス内部
から表示器204の表示が観えることである。アルミニウ
ム製のフレーム103の固定穴102にはねじ溝が切ってあ
り、ガラス壁に開けられた穴を使用してねじ止め可能で
ある。

【００３４】第1実施例のような取り付け形態では、系
統連系型インバータ2の高さh1（図3参照）は、モジュー
ルのフレーム103の高さh2よりも小さい方がよい。そう
であれば、フレーム103を壁に固定した時にフレーム103
が、あたかも系統連系型インバータ2を覆う保護筐体の
ようになり、外観的にも美しい。

【００３５】さて、元々定額電灯契約を結んでいた電話
ボックスに対してこのような系統連系型の太陽光発電装
置を適用するには、電力会社との契約種別を「定額電
灯」から「従量電灯」に変更する必要がある。これを実
施する際、本実施形態の太陽光発電装置によれば、新た
に電力量計を設置する必要がなく、大変容易である。

【００３６】電力量の取引に使用される電力量計は通
常、不正な操作ができないように、そのねじが封印され
ている。第1実施例の電力量計測機能を有する系統連系
型インバータ2にも、そのような配慮が必要である。電
話ボックスのガラス面に直接取り付ける第1実施例の方
法であれば、電話ボックス内部から容易に検針が可能な
上、人は系統連系型インバータ2に容易に触れることは
できない。このため電力量を不正に操作することが難し
いという利点もある。

【００３７】なお、上記のような効果を享受するために
は、電話ボックスの壁全体がガラスである必要はなく、
表示部204を可視にする範囲だけがガラスのような光透
過性のある材料でできていればよい。

【００３８】

【第2実施例】第2実施例は、代表的な小規模負荷である
街灯に実施形態を適用した例である。

【００３９】図4は街灯を示す図である。負荷30は20Wの
蛍光灯で、ポール401に取り付け金具で据え付けられて
いる。太陽電池1は、結晶シリコン太陽電池（50W）で、
その裏面に系統連系型インバータ2が取り付けられたAC
モジュールである。

【００４０】ACモジュールは、系統（100V、60Hz）と系
統接続線301を介して接続され、負荷30と負荷接続線302
を介して接続されている。負荷接続端子と系統接続端子
とは別々で、系統側からみて最初に接続される機器が系
統連系型インバータ2になるように配置されている。

【００４１】ポール401の先端部に、ACモジュールを取
り付け金具で据え付けて、図4に示すような構成にす
る。こうすることで、日当たりが良く発電量が多いこと
が期待されるとともに、系統連系型インバータ2に人が
容易に触れることができないので、安全性が高いという
効果がある。

【００４２】第2実施例では、元々結ばれていた定額電
灯契約を時間帯別電灯契約（夜間帯は23時から翌朝7時
まで、昼間帯は7時から23時まで）に変更する。なお、
このような時間帯は電力会社によって異なるのでそれに
合わせる必要がある。上記のように契約種別を変更する
際に、本実施形態の太陽光発電装置では、新たに高価な
時間帯別専用の電力量計を付加する必要がなく、大変容
易である。

【００４３】表示部204は、図4に示すように、検針員が
容易に観察できる位置、つまりポール401の下部に取り
付け、表示用信号線303で表示信号および必要な電力を
供給する。このような遠隔表示は大変便利で、さらに必
要があれば、無線通信手段などを使用する遠隔検針など
も可能である。

【００４４】また、従来の太陽光発電装置を用いる街灯
は蓄電池が必要になり、その保守は大変面倒であった
が、第2実施例では蓄電池の保守は全く不要になる。

【００４５】このように、本実施形態は、街灯が負荷で
あるような太陽光発電装置にも効果的である。

【００４６】

【第3実施例】第3本実施例では、本実施形態を街灯へ適
用する別の形態を説明する。つまり、フレキシブル太陽
電池を使用した街灯用の太陽光発電装置である。

【００４７】図5は街灯を示す図である。契約種別は、
第2実施例と同様に「時間帯別電灯」とする。図5に示す
街灯の特徴は、太陽電池1にアモルファスシリコンを利
用した可撓性があるタイプを使用することである。これ
によって、屋外用両面テープ（例えばスリーエム製）を
使用して、太陽電池1を電柱401へ貼り付けることが可能
になる。このような太陽電池1の設置方法を利用すれ
ば、第2実施例のような取付金具が不要になり、場所も
とらず、さらに太陽電池1の背面に風が回り込むことも
ないので風に対して著しく強く、外観も美しいという利
点がある。さらに、太陽電池1の表面保護フィルムの表
面に適度な凹凸を設けることで貼紙などを防ぐ効果も期
待できる。

【００４８】図6は太陽電池1の構造を示す図である。太
陽電池素子601は、充填樹脂602により封止され、その表
面に保護用樹脂フィルム603がある。フレキシブル太陽
電池は、この他にも特開平10-229214号公報に示される
ものなど、多くの公知例があり、そのような太陽電池モ
ジュールも「電柱用街灯システム」に適用できると思わ
れる。

【００４９】その表面に表示器204が設けられた系統連
系型インバータ2は、ベルト状取り付け部材402により、
検針員が表示を視認容易な、電柱401の位置に固定され
る。

【００５０】図9は時間帯別売買電力量の記録動作を示
すフローチャートで、制御部202によって実行される処
理である。

【００５１】ステップS1で電力検出器203および計時部2
07から電力Pおよび時刻Tを得る。そして、時刻が夜間帯
か昼間帯か(S2)、並びに、売電状態か買電状態か(S3ま
たはS4)を判断し、メモリの特定の領域（Wns、Wnb、Wds
またはWdbの何れかに対応するアドレス）に電力Pを加え
る(S5〜S8)。もし「時間帯別電灯」契約でなければ、時
刻の判定(S2)は不要で、売電状態か買電状態かだけを判
断し、所定の記憶領域に対して上記の更新動作を実行す
ればよい。

【００５２】以上述べてきたように、本実施形態によれ
ば、次の優れた効果を得ることができ、産業上の利用価
値は高い。

【００５３】（1）電力量計を内蔵したインバータを使
用するので、定額電灯契約を従量電灯契約などの電力量
計を必要とする契約へ変更することが容易であり、太陽
光発電を利用し難かった小規模負荷にも容易に系統連系
型の太陽光発電装置を適用できる。

【００５４】（2）「ソーラー街灯」の場合は、蓄電池
が不要になり、蓄電池の保守を不要にしてコストダウン
が図れる。

【００５５】（3）電柱などの支持物にフレキシブル太
陽電池を貼り付け設置する場合、支持架台が不要でコス
ト的にも安く、風を背面から受けることがないので強風
に対しても強く、美観も優れた太陽光発電装置にするこ
とができる。

【００５６】（4）ガラス壁の電話ボックスのガラス壁
面にACモジュールを取り付ける場合、容易に電力量の検
針が可能な上、人が系統連系型インバータに容易に触れ
ることができないので、安全かつ電力量の不正操作を防
ぐことができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
太陽光発電装置を定額電灯契約が適用可能な小規模負荷
に適用可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】系統連系型インバータ2の構成例を示すブロッ
ク図、

【図２】電話ボックスを示す図、

【図３】ACモジュールを裏面および横方向から観た図、

【図４】街灯を示す図、

【図５】街灯を示す図、

【図６】太陽電池の構造を示す図、

【図７】表示器に表示される売買表示の一例を示す図、

【図８】時間帯別の売買表示の一例を示す図、

【図９】時間帯別売買電力量の記録動作を示すフローチ
ャート、

【図１０】電力計測部の配置例を示す図、

【図１１】住宅用の太陽光発電システムの典型例を示す
図である。

【符号の説明】

101 配線用穴 102 固定用穴 103 金属フレーム 301 系統接続線 302 負荷接続線 303 表示手段接続線 401 支持物 402 取り付けバンド 601 薄膜太陽電池素子 602 充填樹脂 603 表面保護フィルム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定額電灯契約が適用可能な小規模な負
荷、太陽電池、前記太陽電池が出力する直流電力を交流
電力に変換する電力変換手段、前記負荷を接続するため
の第一の接続手段、並びに、電力系統に接続するための
第二の接続手段を有する太陽光発電装置であって、前記電力系統から流入する電力および前記電力系統へ流
出する電力を測定可能な位置に設置された電力検出手段
と、測定される流入電力および流出電力を個々にメモリに記
録し、測定された前記流入電力および前記流出電力に関
する情報を、外部に表示するための表示手段に表示する
制御手段とを有することを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項２】前記制御手段は、計時手段により電気料
金の異なる時間帯を区別して前記流入電力および流出電
力を測定し記録し、それらの情報を前記表示手段に表示
することを特徴とする請求項1に記載された太陽光発電
装置。
【請求項３】前記太陽電池は可撓性を有し、支持物に
対して貼り付け設置可能であることを特徴とする請求項
1または請求項2に記載された太陽光発電装置。
【請求項４】前記太陽電池、および、系統連系型のイ
ンバータである前記電力変換装置が一体化されているこ
とを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載され
た太陽光発電装置。
【請求項５】前記負荷は街路照明装置であることを特
徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載された太陽
光発電装置。
【請求項６】前記負荷は電話ボックスであることを特
徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載された太陽
光発電装置。
【請求項７】定額電灯契約が適用可能な小規模な負
荷、太陽電池、前記太陽電池が出力する直流電力を交流
電力に変換する電力変換手段、前記負荷を接続するため
の第一の接続手段、並びに、電力系統に接続するための
第二の接続手段を有する太陽光発電装置の制御方法であ
って、前記電力系統から流入する電力および前記電力系統へ流
出する電力を測定可能な位置に設置された電力検出手段
により、流入電力および流出電力を個々に測定し、それら測定結果を個々にメモリに記録し、測定された前記流入電力および前記流出電力に関する情
報を、外部に表示するための表示手段に表示することを
特徴とする制御方法。