JP2006025481A - 独立電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電量を表示していないために自然エネルギーによってどの程度の発電が行われたかがわからないという課題があった。
【解決手段】太陽電池１で発電された電力は電力調整回路２で充電量が調整された後、蓄電池３に充電される。電力センサ４は蓄電池への充電電力を計測し、電力調整回路センサ５は電力調整回路２の調整量を計測する。太陽電池１での発電量がすべて蓄電池３に充電されているかを電力調整回路２の状態から求め、すべて蓄電池３に充電されている時は蓄電池３への充電量を発電量とし、そうでない時は、設置位置と現在時刻から演算された晴天時の発電量を発電量とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光や風力などの自然エネルギーを利用して発電した電力を蓄電池に充電するとともに、照明などの外部負荷に電力を供給する独立電源装置に関する。

従来、この種の独立電源装置は、太陽光と風力の自然エネルギーを利用して発電した電力が多い場合はその電力を電光パネル表示器に供給し文字を表示し、余剰電力を蓄電池に充電する。また、発電した電力が少ない場合は不足分を蓄電池から供給し、電光パネル表示器に文字を表示するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、風車の回転により発電する風力発電機の電源は三相の交流電源であり、該交流電源を充電コントローラーにより直流に変換すると共に、過充電を防止できるように制御し、太陽光を受けて発電する太陽電池の電源は直流電源であり、該直流電源を充放電コントローラーにより太陽電池への電流の逆流を防止すると共に、過充電、過放電を防止できるように制御し、該制御して得られる前記風力発電機と太陽電池による電力を相互に補完できるように結線してバッテリーへ入力する構成が記載されている。
実用新案登録第３０５５０２８号公報（第３頁、図５）

このような従来の独立電源装置は、自然エネルギーを利用して発電した電力量を表示していないので、自然エネルギーでどの程度の発電が行われたかがわからないという課題があり、発電量を表示することが要求されている。特に、近年地球環境保護の気運が高まり自然エネルギーを利用した発電が注目をあびるようになり、発電量を表示する要求はますます高くなってきている。

そこで本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、発電量を表示することができる独立電源装置を提供することを目的としている。

本発明の独立電源装置は上記目的を達成するために光エネルギーにて発電する太陽電池と、前記太陽電池にて発電された電力を充電する蓄電池と、前記太陽電池にて発電された電力の前記蓄電池への充電量を調整する電力調整回路と、前記蓄電池への充電量を計測する電力センサと、前記電力調整回路の出力値を計測する電力調整回路センサと、前記太陽電池にて発電された電力を表示する表示手段と、前記電力センサの計測値と前記電力調整回路センサの計測値とから前記太陽電池の発電量を演算し前記表示手段に表示する発電量演算手段を有することを特徴としたものである。

また、発電量演算手段は独立電源の設置位置（経度・緯度）を入力する設置位置入力手段と、現在月日および現在時刻を計測する時計と、前記設置位置入力手段に入力された経度・緯度と前記時計の月日時刻とから晴天時の日射量を演算する晴天時日射量演算手段と、日射量と前記太陽電池の発電量の関係を記録したデータベースと、前記晴天時日射量演算手段で演算された日射量と前記データベースのデータから晴天時の太陽電池発電量を演算する晴天時発電量演算手段と、電力調整回路センサの計測値と前記晴天時発電量演算手段で演算された晴天時発電量と電力センサの計測値とから表示手段に表示する太陽電池発電量を決定する表示決定手段を備えたことを特徴としたものである。

また、表示決定手段は電力調整回路センサの計測値があらかじめ定められた値より大きい場合は晴天時発電量演算手段で演算された晴天時発電量を表示手段に表示し、小さい場合は電力センサの計測値を表示手段に表示することを特徴としたものである。

また、発電量演算手段は日射量を計測する日射量センサと、日射量と太陽電池の発電量との関係を記録したデータベースと、前記日射量センサで計測された日射量と前記データベースのデータから発電量を演算する日射発電量演算手段と、電力調整回路センサの計測値と前記日射発電量演算手段で演算された発電量と電力センサの計測値とから表示手段に表示する太陽電池発電量を決定する表示決定手段を備えたことを特徴としたものである。

また、データベースに記録されたデータは日射量センサの計測値と電力センサの計測値と電力調整回路センサの計測値とからデータベース更新手段によって更新されることを特徴としたものである。

また、光エネルギーにて発電する太陽電池と、前記太陽電池にて発電された電力を充電する蓄電池と、前記太陽電池にて発電された電力の前記蓄電池への充電量を調整する電力調整回路と、前記太陽電池にて発電された電力を消費する負荷と、前記負荷で消費される電力量を計測する電力センサと、前記太陽電池にて発電された電力を前記蓄電池へ充電するか前記負荷で消費するかを切り替えるスイッチと、前記電力センサの計測値を記憶する記憶手段と前記記憶手段に記憶された値を表示する表示手段を備えたことを特徴としたものである。

本発明によれば、発電量を表示することができるという効果のある独立電源装置を提供できる。

本発明の第１の実施の形態は、光エネルギーにて発電する太陽電池と、前記太陽電池にて発電された電力を充電する蓄電池と、前記太陽電池にて発電された電力の前記蓄電池への充電量を調整する電力調整回路と、前記蓄電池への充電量を計測する電力センサと、前記電力調整回路の出力値を計測する電力調整回路センサと、前記太陽電池にて発電された電力を表示する表示手段と、前記電力センサの計測値と前記電力調整回路センサの計測値とから前記太陽電池の発電量を演算し前記表示手段に表示する発電量演算手段を備えたものである。それにより、発電量として蓄電池への充電量を計測する電力センサの計測値を太陽電池の発電量として表示する場合と演算にて求められた太陽電池の発電量を表示する場合に分けるという作用を有する。

また、発電量演算手段は独立電源の設置位置（経度・緯度）を入力する設置位置入力手段と、現在月日および現在時刻を計測する時計と、前記設置位置入力手段に入力された経度・緯度と前記時計の月日時刻とから晴天時の日射量を演算する晴天時日射量演算手段と、日射量と前記太陽電池の発電量の関係を記録したデータベースと、前記晴天時日射量演算手段で演算された日射量と前記データベースのデータから晴天時の太陽電池発電量を演算する晴天時発電量演算手段と、電力調整回路センサの計測値と前記晴天時発電量演算手段で演算された晴天時発電量と電力センサの計測値とから表示手段に表示する太陽電池発電量を決定する表示決定手段とから構成されている。それにより、設置位置と現在時刻から演算された晴天時発電量を太陽電池発電量の演算に使用するという作用を有する。

また、表示決定手段は電力調整回路センサの計測値があらかじめ定められた値より大きい場合は晴天時発電量演算手段で演算された晴天時発電量を表示手段に表示し、小さい場合は電力センサの計測値を表示手段に表示することを特徴としている。それにより、蓄電池への充電状況に応じて発電量の表示方法を変更するという作用を有する。

また、発電量演算手段は日射量を計測する日射量センサと、日射量と太陽電池の発電量との関係を記録したデータベースと、前記日射量センサで計測された日射量と前記データベースのデータから発電量を演算する日射発電量演算手段と、電力調整回路センサの計測値と前記日射発電量演算手段で演算された発電量と電力センサの計測値とから表示手段に表示する太陽電池発電量を決定する表示決定手段とから構成されている。これにより、日射量を計測することにより太陽電池の発電量を予測するという作用を有する。

また、データベースに記録されたデータは日射量センサの計測値と電力センサの計測値と電力調整回路センサの計測値とからデータベース更新手段によって更新される。これにより、日射量と太陽電池発電量のデータを蓄積するという作用を有する。

また、光エネルギーにて発電する太陽電池と、前記太陽電池にて発電された電力を充電する蓄電池と、前記太陽電池にて発電された電力の前記蓄電池への充電量を調整する電力調整回路と、前記太陽電池にて発電された電力を消費する負荷と、前記負荷で消費される電力量を計測する電力センサと、前記太陽電池にて発電された電力を前記蓄電池へ充電するか前記負荷で消費するかを切り替えるスイッチと、前記電力センサの計測値を記憶する記憶手段と前記記憶手段に記憶された値を表示する表示手段とから構成されている。これにより、太陽電池で発電した電力をすべて負荷で消費し、その電力を表示するという作用を有する。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例による独立電源装置について図１に基づいて説明する。図１は本発明の実施例１による独立電源装置の構成図を示している。図１に示すように、太陽電池１で発電された電力は電力調整回路２で充電量が調整された後、蓄電池３に充電される。電力センサ４は蓄電池への充電電力を計測し、電力調整回路センサ５は電力調整回路２の調整量（０〜１００％）を計測する。

電力調整回路２は太陽電池１で発生した電力のうち蓄電池３への充電量を制御する回路で、電力調整回路センサ５での計測値が１００％なら太陽電池１で発生した電力すべてを蓄電池３に充電しているが、それ以下の値の時は太陽電池１で発生した電力のうち一部は蓄電池３へ充電されずに電力調整回路２で熱に変換されている。また、電力調整回路センサ５での計測値が８０％の時に蓄電池３に充電される電力が太陽電池１で発生した電力の８０％となるわけではない。

発電量演算手段６は、電力センサ４の計測値と電力調整回路センサ５の計測値とから太陽電池の発電量を演算し表示手段７に表示する。

一般に表示手段７としてはＬＣＤや７セグメントＬＥＤなどが用いられる。

発電量演算手段６の構成および動作を説明すると、晴天時日射量演算手段８にて設置位置入力手段９に入力されている独立電源が設置されている地点の緯度φ、経度λおよび時計１０の現在時刻（月・日・時・分）から晴天時の日射量が演算される。

一般的に、緯度φ、経度λおよび現在時刻から晴天時の日射量Ｑは以下のようにして演算される。

先ず、式（１）

により元旦からの通し日数ｄｎに基いて定めたθｏを用いて、当該日の太陽赤緯δ、地心太陽距離ｒ／ｒ＊、均時差Ｅｑを以下の式（２）から（４）により求める。

日本標準時間ＪＳＴから、太陽の時角ｈを式（５）で求める。

太陽高度αを式（６）で求める。

そして、晴天時の日射量Ｑを式（７）で求める。

データベース１１には日射量と太陽電池１での発電量の関係を示したデータが記録されており、晴天時発電量演算手段１２は晴天時日射量演算手段８で演算された日射量Ｑをデータベース１１と照合して日射量Ｑの時の太陽電池１の発電量Ｗｇを演算する。

表示決定手段１３は、電力調整回路センサ５の計測値ＣをもとにＣの値が１００％のときは電力センサ４の計測値Ｗｓを表示手段７に表示し、Ｃの値が１００でない時は、晴天時発電量演算手段１２で演算した発電量Ｗｇを表示する。

このように、電力調整回路センサ５の計測値が１００％の時は太陽電池１での発生電力がすべて充電されているので電力センサ４の計測値を表示手段７に表示し、１００％でない時は太陽電池１での発生電力の一部が充電されていないので晴天時発電量演算手段１２で演算した発電量を表示することにより太陽電池１での発電量を正確に表示している。

（実施例２）
また、図２は本発明の第２の実施例による独立電源装置の構成図を示している。なお、実施例１と同一部分については同一の符号を記し詳細な説明は省略する。図２に示すように、実施例２は実施例１に対して発電量演算手段１４の構成および動作が異なるものである。

発電量演算手段１４の構成および動作を説明すると、データベース１５には日射量と太陽電池１での発電量の関係を示したデータが記録されており、日射発電量演算手段１６は日射量センサ１７の計測値Ｑをデータベース１５と照合して日射量Ｑの時の太陽電池１の発電量Ｗｇを演算する。

表示決定手段１８は、電力調整回路センサ５の計測値ＣをもとにＣの値が１００％のときは電力センサ４の計測値Ｗｓを表示手段７に表示し、Ｃの値が１００でない時は、日射発電量演算手段１６で演算した発電量Ｗｇを表示する。

また、データ−ベース更新手段１９は電力センサ４の計測値、電力調整回路センサ５の計測値、日射量センサ１７の計測値をもとに電力調整回路センサ５の計測値が１００％である時の電力センサ４の計測値と日射量センサ１７の計測値を日射量と太陽電池１での発電量の関係データとしてデータベースに書き込むことによってデータベース１５の更新を行う。

このように、電力調整回路センサ５の計測値が１００％の時は太陽電池１での発生電力がすべて充電されているので電力センサ４の計測値を表示手段７に表示し、１００％でない時は太陽電池１での発生電力の一部が充電されていないので日射発電量演算手段１６で演算した発電量を表示することにより太陽電池１での発電量を正確に表示している。

また、データベース１５のデータはデータベース更新手段１９にて電力センサ４の計測値、電力調整回路センサ５の計測値、日射量センサ１７の計測値をもとに日射量と太陽電池発電量の関係を求め、更新することにより太陽電池１での発電量と日射量の関係をより正確にし、表示手段７に表示される発電量の精度を高めている。

（実施例３）
また、図３は本発明の第３の実施例による独立電源装置の構成図を示している。なお、実施例１あるいは実施例２と同一部分については同一の符号を記し詳細な説明は省略する。図３に示すように、太陽電池１で発電された電力はスイッチ２０がＯＮしている時は蓄電池３に充電されるがスイッチ２１がＯＮしている時は負荷２２で消費される。

電力センサ２３は負荷２２で消費される電力を計測するもので、この計測値は記憶手段２４に記憶され、表示手段２５で表示される。負荷２２には一般に抵抗が用いられる。

次に動作について説明する。通常はスイッチ２０がＯＮ、スイッチ２１がＯＦＦになっており太陽電池１で発生した電力は蓄電池３に充電されている。そして、一定時間間隔（１分に５秒程度）でスイッチ２０がＯＦＦ、スイッチ２１がＯＮとなり太陽電池１で発生した電力は負荷２２で消費される。この状態の時に記憶手段２４は電力センサ２３の計測値を記憶する。

このように、一定時間間隔で太陽電池１で発生した電力を負荷２２で消費することにより、太陽電池で発生した電力を計測し表示している。

なお、本実施例では太陽電池で発生した電力を表示しているが、同一の方法で、風力発電など自然エネルギーで発電する電力を表示することができるのは言うまでも無い。

本発明は、独立電源以外にも太陽電池から蓄電池に充電を行う一般の電力線と系統連携させる発電装置の用途にも適用できる。

本発明の実施例１による独立電源装置の構成図 本発明の第２の実施例による独立電源装置の構成図 本発明の第３の実施例による独立電源装置の構成図

符号の説明

１ 太陽電池
２ 電力調整回路
３ 蓄電池
４ 電力センサ
５ 電力調整回路センサ
６ 発電量演算手段
７ 表示手段
８ 晴天時日射量演算手段
９ 設置位置入力手段
１０ 時計
１１ データベース
１２ 晴天時発電量演算手段
１３ 表示決定手段
１４ 発電量演算手段
１５ データベース
１６ 日射発電量演算手段
１７ 日射量センサ
１８ 表示決定手段
１９ データベース更新手段
２０ スイッチ
２１ スイッチ
２２ 負荷
２３ 電力センサ
２４ 記憶手段
２５ 表示手段

Claims (6)

1. 光エネルギーにて発電する太陽電池と、前記太陽電池にて発電された電力を充電する蓄電池と、前記太陽電池にて発電された電力の前記蓄電池への充電量を調整する電力調整回路と、前記蓄電池への充電量を計測する電力センサと、前記電力調整回路の出力値を計測する電力調整回路センサと、前記太陽電池にて発電された電力を表示する表示手段と、前記電力センサの計測値と前記電力調整回路センサの計測値とから前記太陽電池の発電量を演算し前記表示手段に表示する発電量演算手段を備えた独立電源装置。
2. 発電量演算手段は独立電源の設置位置（経度・緯度）を入力する設置位置入力手段と、現在月日および現在時刻を計測する時計と、前記設置位置入力手段に入力された経度・緯度と前記時計の月日時刻とから晴天時の日射量を演算する晴天時日射量演算手段と、日射量と前記太陽電池の発電量との関係を記録したデータベースと、前記晴天時日射量演算手段で演算された日射量と前記データベースのデータから晴天時の太陽電池発電量を演算する晴天時発電量演算手段と、電力調整回路センサの計測値と前記晴天時発電量演算手段で演算された晴天時発電量と電力センサの計測値とから表示手段に表示する太陽電池発電量を決定する表示決定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の独立電源装置。
3. 表示決定手段は電力調整回路センサの計測値があらかじめ定められた値より大きい場合は晴天時発電量演算手段で演算された晴天時発電量を表示手段に表示し、小さい場合は電力センサの計測値を表示手段に表示することを特徴とする請求項１あるいは２記載の独立電源装置。
4. 発電量演算手段は日射量を計測する日射量センサと、日射量と太陽電池の発電量との関係を記録したデータベースと、前記日射量センサで計測された日射量と前記データベースのデータから発電量を演算する日射発電量演算手段と、電力調整回路センサの計測値と前記日射発電量演算手段で演算された発電量と電力センサの計測値とから表示手段に表示する太陽電池発電量を決定する表示決定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の独立電源装置。
5. データベースに記録されたデータは日射量センサの計測値と電力センサの計測値と電力調整回路センサの計測値とからデータベース更新手段によって更新されることを特徴とする請求項１あるいは４記載の独立電源装置。
6. 光エネルギーにて発電する太陽電池と、前記太陽電池にて発電された電力を充電する蓄電池と、前記太陽電池にて発電された電力の前記蓄電池への充電量を調整する電力調整回路と、前記太陽電池にて発電された電力を消費する負荷と、前記負荷で消費される電力量を計測する電力センサと、前記太陽電池にて発電された電力を前記蓄電池へ充電するか前記負荷で消費するかを切り替えるスイッチと、前記電力センサの計測値を記憶する記憶手段と前記記憶手段に記憶された値を表示する表示手段を備えた独立電源装置。

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