JP2003219578A - 無停電電源システム - Google Patents

無停電電源システム

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JP2003219578A
JP2003219578A JP2002008969A JP2002008969A JP2003219578A JP 2003219578 A JP2003219578 A JP 2003219578A JP 2002008969 A JP2002008969 A JP 2002008969A JP 2002008969 A JP2002008969 A JP 2002008969A JP 2003219578 A JP2003219578 A JP 2003219578A
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power
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switch
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Yutaka Kuwata
豊 鍬田
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NTT Power and Building Facilities Inc
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定して負荷に電力を供給することができる
無停電電源システムを提供すること。 【解決手段】 負荷20にAC100Vの商用交流電力
を供給する商用電源10と、自然エネルギーを利用して
交流電力を発生する発電装置12と、発電装置12から
供給される交流電力を負荷に必要なレベルの安定した交
流電力に変換する交流電源装置14と、商用電源10出
力と交流電源装置14の出力とを切り替えて負荷20に
交流電力を供給するスイッチ16と、スイッチ16の切
替制御を行うスイッチ切替装置18とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は無停電電源システム
に係り、特に太陽光、風力等の自然エネルギーを利用し
た無停電電源システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電源システムにあっては、商用交
流AC100Vを受電して負荷に電力を供給するように
構成されていた。負荷には一般に直流50Vに変換して
電力供給を行う。また、負荷側には例えば、負荷容量が
直流50V,2A(100W)で1時間程度のバックア
ップを可能とするには2AH(2A×1h)程度のバッ
クアップ用蓄電池を備えるように構成されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の電源システムで
は、電力会社からの電線が敷設されている場所では容易
に交流電力の供給を受けることができるが、電力会社か
らの電線が敷設されていない山上や僻地等不便な地域で
は、交流電力の供給を受けるためには負荷が設置されて
いる場所から電力会社から電力の供給を受けられる場所
まで電線を敷設し、出迎え受電をする必要があった。
【0004】また、山上等では雷害を受けやすく、停電
後の復旧に時間がかかり、商用電源が不安定となり、長
時間停電した場合には、負荷がダウンしてしまうという
問題が有った。本発明はこのような事情に鑑みてなされ
たものであり、安定して負荷に電力を供給することがで
きる無停電電源システムを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1に記載の発明は、負荷に商用交流電力を供給
する商用電源と、交流電力を発生する発電装置と、蓄電
池と、前記発電装置の出力を直流電力に変換して前記蓄
電池を充電するコンバータと、前記コンバータ出力また
は蓄電池出力を安定な交流電力に変換するインバータと
を有する交流電源装置と、前記商用電源出力と交流電源
装置の出力とを切り替えて負荷に交流電力を供給するス
イッチと、前記蓄電池電圧を監視し、該監視結果に基づ
いて前記スイッチの切替制御を行うスイッチ切替装置と
を有することを特徴とする。
【0006】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の無停電電源システムにおいて、前記スイッチ切
替装置は、前記蓄電池電圧が負荷に電源供給し得る下限
値である第1の電圧レベル以下に低下した場合には前記
スイッチを商用電源側へ切り替え、前記蓄電池電圧が前
記第1の電圧レベルより高い、負荷に安定して電力供給
し得る基準電圧レベルである第2の電圧レベル以上に高
くなった場合には前記スイッチを交流電源装置側に切り
替えるように制御することを特徴とする。
【0007】また、請求項3に記載の発明は、請求項1
または2のいずれかに記載の無停電電源システムにおい
て、前記発電装置は太陽光、風力等の自然エネルギーを
利用した発電装置であることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係る無
停電電源システムの構成を図1に示す。本実施形態に係
る無停電電源システムは、本発明では従来の負荷に自然
エネルギーを利用するため太陽電池から得られる電力を
安定な交流電力に変換する交流電源装置を付加して負荷
に必要な電力を安定に得ることを実現したものである。
【0009】同図において、本実施形態に係る無停電電
源システムは、負荷20にAC100Vの商用交流電力
を供給する商用電源10と、交流電力を発生する発電装
置12と、発電装置12から供給される交流電力を負荷
に必要なレベルの安定した交流電力に変換する交流電源
装置14と、商用電源10出力と交流電源装置14の出
力とを切り替えて負荷20に交流電力を供給するスイッ
チ16と、スイッチ16の切替制御を行うスイッチ切替
装置18とを有している。
【0010】交流電源装置14は、蓄電池144と、発
電装置12の出力を直流電力に変換して蓄電池144を
充電するコンバータ140と、コンバータ140出力ま
たは蓄電池144出力を安定な交流電力に変換するイン
バータ142とを有する。発電装置12は本実施形態で
は、太陽光を受光して太陽光エネルギーを電気エネルギ
ーに変換して発電する太陽電池を含んで構成され、交流
電力を発生する。
【0011】インバータ142はコンバータ140出
力、または蓄電池144に蓄積された電気エネルギーを
負荷20が必要とするAC100Vの交流電力に変換す
る機能を有している。インバータ142の電力容量とし
ては、負荷20内における実際の負荷としての機器が必
要とする電力容量と同容量が必要である。また、蓄電池
144としては長時間の不日照が継続した場合にも負荷
20に対して電力供給が可能なように大きな容量が必要
で、必ず一日に一度は充放電を行うため、充放電に耐え
られるサイクル用途の電池が必要である。
【0012】さらに、コンバータ140としては、大容
量の蓄電池144を充電すると共に、インバータ142
で必要とする電力を供給できる電力容量が必要である。
一方、負荷20は図2に示すように、供給される交流電
力を機器204の必要とする直流電力に変換するコンバ
ータ200と、コンバータ200の出力である直流電力
を受電する実際の負荷としての機器204と、停電時に
機器204に給電する短時間バックアップ用の蓄電池2
02とを有している。
【0013】スイッチ切替装置18は、交流電源装置1
4内の蓄電池144の蓄電池電圧を監視し、該監視結果
に基づいてスイッチ16の切替制御を行う。すなわち、
スイッチ切替装置18は、蓄電池144の蓄電池電圧が
負荷20に電源供給し得る下限値である第1の電圧レベ
ル以下に低下した場合にはスイッチ16を商用電源側
(接点16A)へ切り替え、蓄電池144の蓄電池電圧
が第1の電圧レベルより高い、負荷20に安定して電力
供給し得る基準電圧レベルである第2の電圧レベル以上
に高くなった場合にはスイッチ16を交流電源装置14
側(接点16B)に切り替えるように制御する。
【0014】具体的な構成としては、負荷20が100
Wの電力を必要とする場合に交流電源装置14における
インバータ142の出力容量は100Wで、インバータ
142の効率を80%とするとインバータ142の入力
容量は125Wが必要となる。また、例えば、5日間
(120時間)の不日照を想定すると蓄電池144の容
量としては125W×120時間が必要であり、電池電
圧を50Vとすると300AHの容量が必要である。
【0015】さらに、コンバータ140の出力容量とし
ては、インバータ142の入力容量125Wに加えて蓄
電池144を充電するための容量50Wを見込むと、最
低でも175Wが必要である。コンバータ140の効率
を90%とするとコンバータ140の入力電力は約19
5Wとなる。
【0016】また、発電装置12内の太陽電池容量は太
陽電池が設置される場所の日照条件にもよるが、仮にコ
ンバータ140出力容量の約10倍を見込むと約195
0W分の出力を供給できる太陽電池容量が必要となる。
太陽電池において発電時に蓄電池144を充分に充電で
きるようにコンバータ140は発電装置12内の太陽電
池出力を全て変換できるようにコンバータ140の入力
容量を約1950Wとし出力容量を1750Wに設計す
る。
【0017】上記構成において、正常時、すなわち、発
電装置12及び交流電源装置14の電力供給能力により
負荷20に電力供給が可能である場合、具体的には、蓄
電池144の蓄電池電圧が第1の電圧レベルより高い、
負荷20に安定して電力供給し得る基準電圧レベルであ
る第2の電圧レベル以上に高くなった場合にはスイッチ
切替装置18の制御下にスイッチ16は接点16B側に
切り替えられる。発電装置12では、太陽光を受光して
発電装置12内の太陽電池により発電し、交流電力を発
生して交流電源装置14に供給する。
【0018】交流電源装置14ではコンバータ140
は、発電装置12より供給された交流電力を直流電力に
変換し、この直流電力をインバータ142に供給すると
共に、蓄電池144に充電する。インバータ142はコ
ンバータ140から供給される直流電力を安定した交流
電力(AC100V)に変換してスイッチ16を介して
負荷20に供給する。
【0019】ここで、不日照時には、発電装置12は発
電機能がないので、蓄電池144から供給される直流電
力をインバータ142が安定した交流電力(AC100
V)に変換してスイッチ16を介して負荷20に供給す
る。このようにして、不日照時(夜間、曇りの時等)に
も負荷20へ安定に電カ供給を行う。
【0020】一方、不日照時間が長時間継続し、蓄電池
144の蓄電池電圧が負荷20に電源供給し得る下限値
である第1の電圧レベル以下に低下した場合にはスイッ
チ切替装置18によりスイッチ16が接点16A側に切
り替えられ、商用電源10よりスイッチ16を介して負
荷20に商用交流電力(AC100V)が供給される。
負荷20においては、商用電源10、または交流電源装
置14から供給される交流電力をコンバータ200が直
流電力に変換し、実際の負荷である機器204に供給す
ると共に、蓄電池202に充電する。
【0021】なお、交流電源装置14における蓄電池1
44を25個組で構成した場合、蓄電池144の放電時
に蓄電池電圧が低下して最低使用電圧である第一の電圧
レベル(例えば、40V)にまでに低下すると、スイッ
チ切替装置18はスイッチ16を商用電源側(接点16
A)へ切り替えて負荷20へ電力供給する。不日照が改
善されて発電装置12が太陽光により再び発電を開始し
て蓄電池144が充電されて蓄電池144の蓄電池電圧
が上昇し、第2の電圧レベル(例えば、53V)にまで
充電されると、スイッチ切替装置18は、スイッチ16
を交流電源装置側(接点16B)へ切り替えて負荷20
へ安定な交流電力を供給する。
【0022】スイッチ16の切替時間内には負荷20に
内蔵している短時間パックアップ用の蓄電池202から
実際の負荷である機器204に直流電力が供給される。
したがって、スイッチ16による切替時間内においても
瞬断を生ずることなく、機器204には継続して電力供
給が行われる。このように本発明の実施形態によれば、
太陽が不日照時にも安定に負荷に電力を供給できる無停
電電源システムを実現できる。
【0023】本発明の実施形態では、自然エネルギーと
して太陽電池を用いた場合について説明したが、風力発
電等の他の自然エネルギーを利用した場合についても、
適用できることは言うまでもない。なお、本実施形態で
は一例としてスイッチ16を切り替える第一の電圧レベ
ルを46V、第2の電圧レベルを53Vとする例につい
て説明した。
【0024】これは一般に25個組の蓄電池では蓄電池
144の充電電圧は53.75Vから56.5Vまでの
間(単セル当たりでは2.15Vから2.26V)まで
と開きがあるので25個組電池の場合には充電が完了さ
れた時点で交流電源装置14側ヘスイッチ16を切り替
えるため第2の電圧レベルを充電完了時の電圧より低
く、最低使用電圧より高い電圧レベルに設定すればよ
い。したがって、53.75Vより低い53Vで設定し
ておけば、充電電圧の影響を受けずに第2の電圧レベル
を設定できる。
【0025】以上に説明したように、本発明の実施形態
によれば、商用電源システムの負荷の方には手をつけな
いので負荷のセキュリティーが守られる。また、従来の
商用電源システムに交流電源装置を追加するだけで自然
エネルギーを利用して電源供給することが可能となる。
さらに、交流電源装置故障時には商用電源からの電源供
給を可能とするので信頼性の向上が図れる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、安定して負荷に電力を
供給できる無停電電源システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態に係る無停電電源システム
の構成を示すブロック図。
【図2】 図1における負荷の具体的構成を示すブロッ
ク図。
【符号の説明】
10…商用電源、12…発電装置、14…交流電源装
置、16…スイッチ、18…スイッチ切替装置、20…
負荷、200…コンバータ、202…蓄電池、204…
機器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5G003 AA06 AA07 BA01 CA11 CC02 DA05 DA07 DA13 GB06 5G015 FA00 GA07 GA15 HA13 JA04 JA21 JA34 JA52 JA64 KA01 5H007 BB05 CB02 DA06 DC05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負荷に商用交流電力を供給する商用電源
    と、 交流電力を発生する発電装置と、 蓄電池と、前記発電装置の出力を直流電力に変換して前
    記蓄電池を充電するコンバータと、前記コンバータ出力
    または蓄電池出力を安定な交流電力に変換するインバー
    タとを有する交流電源装置と、 前記商用電源出力と交流電源装置の出力とを切り替えて
    負荷に交流電力を供給するスイッチと、 前記蓄電池電圧を監視し、該監視結果に基づいて前記ス
    イッチの切替制御を行うスイッチ切替装置と、 を有することを特徴とする無停電電源システム。
  2. 【請求項2】 前記スイッチ切替装置は、前記蓄電池電
    圧が負荷に電源供給し得る下限値である第1の電圧レベ
    ル以下に低下した場合には前記スイッチを商用電源側へ
    切り替え、前記蓄電池電圧が前記第1の電圧レベルより
    高い、負荷に安定して電力供給し得る基準電圧レベルで
    ある第2の電圧レベル以上に高くなった場合には前記ス
    イッチを交流電源装置側に切り替えるように制御するこ
    とを特徴とする請求項1に記載の無停電電源システム。
  3. 【請求項3】 前記発電装置は太陽光、風力等の自然エ
    ネルギーを利用した発電装置であることを特徴とする請
    求項1または2のいずれかに記載の無停電電源システ
    ム。
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