JP2006254682A - 太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システム - Google Patents
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Abstract
【課題】太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、安定な出力を確保でき、しかも出力制御が容易な電源システムを提供する。
【解決手段】太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）電力需要（Ｐｂ）が電力需要閾値（ＰｂＳ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）電力需要（Ｐｂ）が電力需要闘値（ＰｂＳ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする電源システムに係る。
【選択図】なし
【解決手段】太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）電力需要（Ｐｂ）が電力需要閾値（ＰｂＳ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）電力需要（Ｐｂ）が電力需要闘値（ＰｂＳ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする電源システムに係る。
【選択図】なし
Description
本発明は、太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムに関する。
太陽電池は日射を利用したクリーンなエネルギー源という長所を有する反面、出力が天候状態により変動し易く、安定な出力を継続的に制御し難いという短所がある。
従来、上記問題を改善するために、太陽電池と化学電池との組み合わせを含む電源システムが提案されている。例えば、特許文献１には、太陽電池と化学電池とを含み、両電池を化学電池の電圧が太陽電池の半導体接合を逆方向にバイアスするように直列接続したことを特徴とする太陽電池電源装置が開示されている。
しかしながら、従来の電源システムは、その出力を自由に調整することが困難であり、多様な電力需要に対応したピークカットを行うことが容易ではない。また、太陽電池の交直変換器（パワーコンディショナー）と化学電池の交直変換機とを別々に設置する必要がある。
従って、太陽電池を用いた電源システムにおいて、安定な出力を確保でき、しかも出力制御が容易に行える技術の開発が望まれている。
なお、本出願に関連する従来技術として、例えば、非特許文献１には、風力発電の出力平滑化手段として、風力発電装置とレドックスフロー電池とを組み合わせた電源システムが開示されている。
特開平８−１３０８３７号公報
エネルギー・資源学会誌、第２０〜２３頁（２００４年１１月）、「レドックスフロー電池の多機能化と適用例」
本発明は、太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、安定な出力を確保でき、しかも出力制御が容易な電源システムを提供することを提供することを主な目的とする。
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、太陽電池とレドックスフロー電池とを直列に接続し、更に特定の手段を有する電源システムが上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、下記の電源システムに係る。
１．太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）電力需要（Ｐｂ）が電力需要閾値（ＰｂＳ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）電力需要（Ｐｂ）が電力需要闘値（ＰｂＳ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする電源システム。
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）電力需要（Ｐｂ）が電力需要閾値（ＰｂＳ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）電力需要（Ｐｂ）が電力需要闘値（ＰｂＳ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする電源システム。
２．太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする電源システム。
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする電源システム。
３．太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）電力需要（Ｐｂ）が電力需要閾値（ＰｂＳ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）上記（２）の条件を満たさない場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする電源システム。
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）電力需要（Ｐｂ）が電力需要閾値（ＰｂＳ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）上記（２）の条件を満たさない場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする電源システム。
４．太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段と、
（３）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）以上の場合には、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、レドックスフロー電池の動作を停止する手段と、
（４）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）未満であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が放電可能下限値（Ｖｒｆ−ｌ）以上の場合には、太陽電池の動作を停止するとともに、レドックスフロー電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（５）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）未満であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が放電可能下限値（Ｖｒｆ−ｌ）未満の場合には、両電池の動作を停止する手段とを、
有することを特徴とする電源システム。
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段と、
（３）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）以上の場合には、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、レドックスフロー電池の動作を停止する手段と、
（４）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）未満であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が放電可能下限値（Ｖｒｆ−ｌ）以上の場合には、太陽電池の動作を停止するとともに、レドックスフロー電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（５）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）未満であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が放電可能下限値（Ｖｒｆ−ｌ）未満の場合には、両電池の動作を停止する手段とを、
有することを特徴とする電源システム。
本発明の電源システムは、太陽電池とレドックスフロー電池とを直列接続し、１）電力需要（Ｐｂ）と電力需要闘値（ＰｂＳ）との関係、及び２）レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）と太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）との関係、の少なくとも１種に基づいて出力方式を制御する手段を有するため、安定な出力を確保でき、しかも出力制御が容易である。従って、多用な電力需要に対応したピークカットを容易に行うことができる。
本発明の電源システムは、太陽電池の交直変換器（パワーコンディショナー）に逆充電回路を付加することにより、レドックスフロー電池の交直変換器としても利用できるため、各電池に独立の交直変換器を設置しなくても電源システムを運転することができる。
本発明の電源システムは、太陽電池とレドックスフロー電池とが直列接続されており、１）電力需要（Ｐｂ）と電力需要闘値（ＰｂＳ）との関係、及び２）レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）と太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）との関係、の少なくとも１種に基づいて出力方式（モード）を制御する手段を有する。
本発明の電源システムにおいて、太陽電池は特に限定されない。また、レドックスフロー電池も限定的ではなく、例えば、電池活物質として正・負極共にバナジウムを使用し、これを希硫酸に溶解させて電解液としたバナジウム系レドックスフロー電池が好適に使用できる。
以下、本発明の電源システムについて、実施態様１〜４に分けて説明する。
実施態様１
実施態様１の電源システムは、太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）電力需要（Ｐｂ）が電力需要閾値（ＰｂＳ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）電力需要（Ｐｂ）が電力需要闘値（ＰｂＳ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする。
実施態様１の電源システムは、太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）電力需要（Ｐｂ）が電力需要閾値（ＰｂＳ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）電力需要（Ｐｂ）が電力需要闘値（ＰｂＳ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする。
実施態様１の電源システムは、電力需要（Ｐｂ）が電力需要閾値（ＰｂＳ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段を有する。Ｐｂ≧ＰｂＳの場合は、電力需要が閾値と同じか又は闘値に比べて多いため、太陽電池とレドックスフロー電池との両方から外部機器に電力を供給することにより、安定な電源出力を確保する。
また、電力需要（Ｐｂ）が電力需要闘値（ＰｂＳ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する。Ｐｂ＜ＰｂＳの場合は、電力需要が少ないため、太陽電池のみで安定な電源出力を確保し、余剰電力をレドックスフロー電池の充電に用いてレドックスフロー電池の使用に備える。なお、太陽電池のみから外部機器に電力を供給するこの出力方法は、日照条件、電力供給先の規模等を考慮し、電力供給が不安定とならない範囲内で採用することが好ましい。
電力需要（Ｐｂ）の測定方法は限定的ではないが、例えば、ＰＴ等の計器用変圧器、電圧計、電力計などを用いて実測すればよい。なお、前記ＰＴはPotential Transformerの略語であり、電力機器の電圧測定に用いる計器用変圧器の一種である。
電力需要闘値（ＰｂＳ）は予め定められる電力需要の最小値であり、例えば、契約電力に定数（例えば、０．２〜０．８）を乗じて設定する。
Ｐｂ実測値とＰｂＳとの比較、Ｐｂ≧ＰｂＳの場合に両電池から外部機器に電力を供給する（即ち、両電池を放電状態にする）制御、並びに、Ｐｂ＜ＰｂＳの場合にレドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する（即ち、太陽電池を放電状態とし、レドックスフロー電池を充電状態とする）制御、を行う手段としては、例えば、電子計算機を用いればよい。具体的には、下記の要件を具備する電子計算機が好適に使用できる。
（イ）Ｐｂ測定装置が接続されている、
（ロ）ＰｂＳが予め入力されている、
（ハ）測定したＰｂとＰｂＳとの大小関係を判定するプログラムが格納されている、
（ニ）Ｐｂ≧ＰｂＳと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、両電池が外部機器に対して放電状態となる回路を形成する、
（ホ）Ｐｂ＜ＰｂＳと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、太陽電池が外部機器に対して放電状態となり、且つ、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する回路を形成する。
（イ）Ｐｂ測定装置が接続されている、
（ロ）ＰｂＳが予め入力されている、
（ハ）測定したＰｂとＰｂＳとの大小関係を判定するプログラムが格納されている、
（ニ）Ｐｂ≧ＰｂＳと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、両電池が外部機器に対して放電状態となる回路を形成する、
（ホ）Ｐｂ＜ＰｂＳと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、太陽電池が外部機器に対して放電状態となり、且つ、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する回路を形成する。
図１に本発明の電源システムにおいて好適に使用し得る回路及びスイッチ配置の一例を示す。例えば、図１の回路において、スイッチ３、４及び５を閉じる場合には、両電池は、外部機器に対して放電状態となる。また、図１の回路において、スイッチ３、６及び７を閉じる場合には、太陽電池が外部機器に対して放電状態となり、且つ、太陽電池の電力を用いてレドックスフロー電池が充電状態となる。
実施態様２
実施態様２の電源システムは、太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする。
実施態様２の電源システムは、太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする。
実施態様２の電源システムは、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段を有する。Ｖｒｆ≧Ｖｐｖの場合は、レドックスフロー電池の端子電圧が太陽電池の端子電圧と同じか又は多いため、太陽電池とレドックスフロー電池との両方から外部機器に電力を供給することにより、安定な電源出力を確保する。特に、天候により太陽電池の端子電圧がレドックスフロー電池の端子電圧よりも低くなっている場合には有効である。
また、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する。Ｖｒｆ＜Ｖｐｖの場合は、レドックスフロー電池の出力が低いため、太陽電池のみで安定な電源出力を確保し、余剰電力をレドックスフロー電池の充電に用いてレドックスフロー電池の使用に備える。なお、太陽電池のみから外部機器に電力を供給するこの出力方法は、日照条件、電力供給先の規模等を考慮し、電力供給が不安定とならない範囲内で採用することが好ましい。
各電池の端子電圧（Ｖｒｆ、Ｖｐｖ）の測定方法は限定的ではないが、例えば、端子電圧測定装置等を用いて実測すればよい。
Ｖｒｆ実測値とＶｐｖ実測値との比較、Ｖｒｆ≧Ｖｐｖの場合に両電池から外部機器に電力を供給する（即ち、両電池を放電状態にする）制御、並びに、Ｖｒｆ＜Ｖｐｖの場合にレドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する（即ち、太陽電池を放電状態とし、レドックスフロー電池を充電状態とする）制御、を行う手段としては、例えば、電子計算機を用いればよい。具体的には、下記の要件を具備する電子計算機が好適に使用できる。
（イ）端子電圧測定装置が接続されている、
（ロ）測定したＶｒｆとＶｐｖとの大小関係を判定するプログラムが格納されている、
（ハ）Ｖｒｆ≧Ｖｐｖと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、両電池が外部機器に対して放電状態となる回路を形成する、
（ニ）Ｖｒｆ＜Ｖｐｖと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、太陽電池が外部機器に対して放電状態となり、且つ、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する回路を形成する。
（イ）端子電圧測定装置が接続されている、
（ロ）測定したＶｒｆとＶｐｖとの大小関係を判定するプログラムが格納されている、
（ハ）Ｖｒｆ≧Ｖｐｖと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、両電池が外部機器に対して放電状態となる回路を形成する、
（ニ）Ｖｒｆ＜Ｖｐｖと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、太陽電池が外部機器に対して放電状態となり、且つ、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する回路を形成する。
図１に本発明の電源システムにおいて好適に使用し得る回路及びスイッチ配置の一例を示す。例えば、図１の回路において、スイッチ３、４及び５を閉じる場合には、両電池は、外部機器に対して放電状態となる。また、図１の回路において、スイッチ３、６及び７を閉じる場合には、太陽電池が外部機器に対して放電状態となり、且つ、太陽電池の電力を用いてレドックスフロー電池が充電状態となる。
実施態様３
実施態様３の電源システムは、太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）電力需要（Ｐｂ）が電力需要閾値（ＰｂＳ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）上記（２）の条件を満たさない場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする。
実施態様３の電源システムは、太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）電力需要（Ｐｂ）が電力需要閾値（ＰｂＳ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）上記（２）の条件を満たさない場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする。
実施態様３の電源システムは、電力需要（Ｐｂ）が電力需要閾値（ＰｂＳ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段を有する。Ｐｂ≧ＰｂＳ且つＶｒｆ≧Ｖｐｖの場合は、電力需要が閾値と同じか又は闘値に比べて多く、且つレドックスフロー電池の端子電圧が太陽電池の端子電圧よりも高いため、太陽電池とレドックスフロー電池との両方から外部機器に電力を供給することにより、安定な電源出力を確保する。
また、「電力需要（Ｐｂ）が電力需要閾値（ＰｂＳ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）以上」の前記条件を満たさない場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する。例えば、Ｐｂ＜ＰｂＳの場合は、電力需要が少ないため、太陽電池のみで安定な電源出力を確保し、余剰電力をレドックスフロー電池の充電に用いてレドックスフロー電池の使用に備える。またＶｒｆ＜Ｖｐｖの場合は、レドックスフロー電池の出力が低いため、太陽電池のみで安定な電源出力を確保し、余剰電力をレドックスフロー電池の充電に用いてレドックスフロー電池の使用に備える。なお、太陽電池のみから外部機器に電力を供給するこの出力方法は、日照条件、電力供給先の規模等を考慮し、電力供給が不安定とならない範囲内で採用することが好ましい。
電力需要（Ｐｂ）の測定方法、端子電圧（Ｖｒｆ、Ｖｐｖ）の測定方法等については、前記の通りである。
Ｐｂ実測値とＰｂＳとの比較；Ｖｒｆ実測値とＶｐｖ実測値との比較；Ｐｂ≧ＰｂＳであり、且つ、Ｖｒｆ≧Ｖｐｖの場合に両電池から外部機器に電力を供給する（即ち、両電池を放電状態にする）制御；並びに；前記条件を満たさない場合にレドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する（即ち、太陽電池を放電状態とし、レドックスフロー電池を充電状態とする）制御、を行う手段としては、例えば、電子計算機を用いればよい。具体的には、下記の要件を具備する電子計算機が好適に使用できる。
（イ）Ｐｂ測定装置が接続されている、
（ロ）ＰｂＳが予め入力されている、
（ハ）測定したＰｂとＰｂＳとの大小関係を判定するプログラムが格納されている、
（ニ）端子電圧測定装置が接続されている、
（ホ）測定したＶｒｆとＶｐｖとの大小関係を判定するプログラムが格納されている、
（ヘ）Ｐｂ≧ＰｂＳ且つＶｒｆ≧Ｖｐｖと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、両電池が外部機器に対して放電状態となる回路を形成する、
（ト）上記（ヘ）に該当しない場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、太陽電池が外部機器に対して放電状態となり、且つ、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する回路を形成する。
（イ）Ｐｂ測定装置が接続されている、
（ロ）ＰｂＳが予め入力されている、
（ハ）測定したＰｂとＰｂＳとの大小関係を判定するプログラムが格納されている、
（ニ）端子電圧測定装置が接続されている、
（ホ）測定したＶｒｆとＶｐｖとの大小関係を判定するプログラムが格納されている、
（ヘ）Ｐｂ≧ＰｂＳ且つＶｒｆ≧Ｖｐｖと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、両電池が外部機器に対して放電状態となる回路を形成する、
（ト）上記（ヘ）に該当しない場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、太陽電池が外部機器に対して放電状態となり、且つ、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する回路を形成する。
図１に本発明の電源システムにおいて好適に使用し得る回路及びスイッチ配置の一例を示す。例えば、図１の回路において、スイッチ３、４及び５を閉じる場合には、両電池は、外部機器に対して放電状態となる。また、図１の回路において、スイッチ３、６及び７を閉じる場合には、太陽電池が外部機器に対して放電状態となり、且つ、太陽電池の電力を用いてレドックスフロー電池が充電状態となる。
実施態様４
実施態様４の電源システムは、太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段と、
（３）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）以上の場合には、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、レドックスフロー電池の動作を停止する手段と、
（４）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）未満であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が放電可能下限値（Ｖｒｆ−ｌ）以上の場合には、太陽電池の動作を停止するとともに、レドックスフロー電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（５）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）未満であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が放電可能下限値（Ｖｒｆ−ｌ）未満の場合には、両電池の動作を停止する手段とを、
有することを特徴とする。
実施態様４の電源システムは、太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段と、
（３）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）以上の場合には、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、レドックスフロー電池の動作を停止する手段と、
（４）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）未満であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が放電可能下限値（Ｖｒｆ−ｌ）以上の場合には、太陽電池の動作を停止するとともに、レドックスフロー電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（５）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）未満であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が放電可能下限値（Ｖｒｆ−ｌ）未満の場合には、両電池の動作を停止する手段とを、
有することを特徴とする。
実施態様４の電源システムは、太陽電池及びレドックスフロー電池の端子電圧の放電可能下限値（順に、Ｖｐｖ−ｌ，Ｖｒｆ−ｌ）とレドックスフロー電池の端子電圧の充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）とを規定し、それらの値を分岐点として各電池の動作を制御する。端子電圧（Ｖｐｖ、Ｖｒｆ）は、実施態様２に記載の通り、端子電圧測定装置を用いて実測できる。
実施態様４の電源システムは、太陽電池及びレドックスフロー電池の端子電圧の放電可能下限値（順に、Ｖｐｖ−ｌ，Ｖｒｆ−ｌ）を０以外の数値に設定する。両電池は、究極的には端子電圧が０に至るまで放電可能であるが、安定な出力を確保し、且つ出力制御を容易に行う観点から、放電可能下限値として０以外の数値を閾値として設定する。なお、Ｖｐｖ−ｌとＶｒｆ−ｌとは同じでも異なっていてもよい。
例えば、太陽電池の放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）は、これ以上放電すると、充電する際に時間・エネルギーを過度に要すると考えられる値に設定できる。具体的には、電池の放電容量を考慮して設定すればよく、一例としては、放電容量が２５％の時の端子電圧を放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）とする。
レドックスフロー電池の放電可能下限値（Ｖｒｆ−ｌ）も同様に、これ以上放電すると、充電ポンプを起動して電池を充電する際に時間・エネルギーを過度に要すると考えられる値に設定できる。具体的には、電池の放電容量を考慮して設定すればよく、一例としては、放電容量が２５％の時の端子電圧を放電可能下限値（Ｖｒｆ−ｌ）とする。
実施態様４の電源システムは、レドックスフロー電池の端子電圧の充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）を予め設定する。レドックスフロー電池は、究極的には放電容量が１００％に至るまで充電可能であるが、１００％程度まで充電すると発電効率が低下する。従って、Ｖｒｆ−ｕは電池の発電効率を最大とする観点から閾値として設定する。一例としては、放電容量が７５％の時の端子電圧を充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）とする。
実施態様４の電源システムは、Ｖｐｖ−ｌ、Ｖｒｆ−ｌ及びＶｒｆ−ｕを分岐として各電池の動作を制御する、下記（Ａ）〜（Ｄ）の手段を有する。
（Ａ）の手段は、太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段である。図３は、実施態様４で採用する分岐条件と各電池の動作を示している。図３に示された４領域のうち、右下の領域の場合に本手段を採用する。
Ｖｐｖ≧Ｖｐｖ−ｌ、且つ、Ｖｒｆ＜Ｖｒｆ−ｕの場合には、太陽電池は放電可能であり、レドックスフロー電池は充電可能である。そのため、太陽電池のみで安定な電源出力を確保し、余剰電力をレドックスフロー電池の充電に用いてレドックスフロー電池の使用に備える。なお、太陽電池のみから外部機器に電力を供給するこの出力方法は、日照条件、電力供給先の規模等を考慮し、電力供給が不安定とならない範囲内で採用することが好ましい。
（Ｂ）の手段は、太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）以上の場合には、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、レドックスフロー電池の動作を停止する手段である。図３に示された４領域のうち、右上の領域の場合に本手段を採用する。
Ｖｒｆ≧Ｖｒｆ−ｕのうち、特にＶｒｆ＞Ｖｒｆ−ｕの状態は、過充電により充電可能上限値を過渡的に超えた場合、新品のレドックスフロー電池を採用した場合等が該当する。Ｖｐｖ≧Ｖｐｖ−ｌ、且つ、Ｖｒｆ≧Ｖｒｆ−ｕの場合には、太陽電池は放電可能であり、レドックスフロー電池は十分に充電されている。そのため、太陽電池のみで安定な電源出力を確保し、レドックスフロー電池は動作を停止させる。なお、太陽電池のみから外部機器に電力を供給するこの出力方法は、日照条件、電力供給先の規模等を考慮し、電力供給が不安定とならない範囲内で採用することが好ましい。
（Ｃ）の手段は、太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）未満であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が放電可能下限値（Ｖｒｆ−ｌ）以上の場合には、太陽電池の動作を停止するとともに、レドックスフロー電池から外部機器に電力を供給する手段である。図３に示された４領域のうち、左上の領域の場合に本手段を採用する。
Ｖｐｖ＜Ｖｐｖ−ｌ、且つ、Ｖｒｆ≧Ｖｒｆ−ｌの場合には、レドックスフロー電池は放電可能であるため、レドックスフロー電池から外部機器に電力を供給する。太陽電池は、端子電圧が放電可能下限値未満であるため、動作を停止させる。但し、かかる動作停止は、放電動作の停止を意味しており、日照がある限り太陽電池は充電（自己充電）可能である。即ち、自己充電により太陽電池の端子電圧が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）以上になれば、図３の右上領域（Ｖｒｆ≧Ｖｒｆ−ｕ）又は右下領域（Ｖｒｆ＜Ｖｒｆ−ｕ）に移行し、上記（Ｂ）又は（Ａ）の手段を採用するモードとなる。
（Ｄ）の手段は、太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）未満であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が放電可能下限値（Ｖｒｆ−ｌ）未満の場合には、両電池の動作を停止する手段である。図３に示された４領域のうち、左下の領域の場合に本手段を採用する。
Ｖｐｖ＜Ｖｐｖ−ｌ、且つ、Ｖｒｆ＜Ｖｒｆ−ｌの場合には、両電池の動作はともに停止する。但し、かかる動作停止は、放電動作の停止を意味しており、日照がある限り太陽電池は充電（自己充電）可能である。即ち、自己充電により太陽電池の端子電圧が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）以上になれば、図３の右下領域に移行し、上記（Ａ）の手段を採用するモードとなる。
１）Ｖｐｖ実測値とＶｐｖ−ｌとの比較、２）Ｖｒｆ実測値と、Ｖｒｆ−ｕ及びＶｒｆ−ｌとの比較、３）前記比較に基づく各電池の動作制御、を行う手段としては、例えば、電子計算機を用いればよい。具体的には、下記の要件を具備する電子計算機が好適に使用できる。
（イ）端子電圧測定装置が接続されている、
（ロ）両電池の放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ，Ｖｒｆ−ｌ）が予め入力されている、
（ハ）レドックスフロー電池の充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）が予め入力されている、
（ニ）測定した端子電圧（Ｖｐｖ，Ｖｒｆ）と放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ，Ｖｒｆ−ｌ）との大小関係を判定するプログラムが格納されている、
（ホ）測定した端子電圧（Ｖｒｆ）と充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）との大小関係を判定するプログラムが格納されている、
（ヘ）Ｖｐｖ≧Ｖｐｖ−ｌ、且つ、Ｖｒｆ＜Ｖｒｆ−ｕと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、太陽電池が外部機器に対して放電状態となり、且つ、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する回路を形成する、
（ト）Ｖｐｖ≧Ｖｐｖ−ｌ、且つ、Ｖｒｆ≧Ｖｒｆ−ｕと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、太陽電池が外部機器に対して放電状態となり、且つ、レドックスフロー電池の動作を停止する（回路から外す）回路を形成する、
（チ）Ｖｐｖ＜Ｖｐｖ−ｌ、且つ、Ｖｒｆ≧Ｖｒｆ−ｌと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、太陽電池の動作を停止し（回路から外す）、レドックスフロー電池が外部機器に対して放電状態となる回路を形成する、
（リ）Ｖｐｖ＜Ｖｐｖ−ｌ、且つ、Ｖｒｆ＜Ｖｒｆ−ｌと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、両電池の動作を停止する（回路から外す）回路を形成する。
（イ）端子電圧測定装置が接続されている、
（ロ）両電池の放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ，Ｖｒｆ−ｌ）が予め入力されている、
（ハ）レドックスフロー電池の充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）が予め入力されている、
（ニ）測定した端子電圧（Ｖｐｖ，Ｖｒｆ）と放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ，Ｖｒｆ−ｌ）との大小関係を判定するプログラムが格納されている、
（ホ）測定した端子電圧（Ｖｒｆ）と充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）との大小関係を判定するプログラムが格納されている、
（ヘ）Ｖｐｖ≧Ｖｐｖ−ｌ、且つ、Ｖｒｆ＜Ｖｒｆ−ｕと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、太陽電池が外部機器に対して放電状態となり、且つ、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する回路を形成する、
（ト）Ｖｐｖ≧Ｖｐｖ−ｌ、且つ、Ｖｒｆ≧Ｖｒｆ−ｕと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、太陽電池が外部機器に対して放電状態となり、且つ、レドックスフロー電池の動作を停止する（回路から外す）回路を形成する、
（チ）Ｖｐｖ＜Ｖｐｖ−ｌ、且つ、Ｖｒｆ≧Ｖｒｆ−ｌと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、太陽電池の動作を停止し（回路から外す）、レドックスフロー電池が外部機器に対して放電状態となる回路を形成する、
（リ）Ｖｐｖ＜Ｖｐｖ−ｌ、且つ、Ｖｒｆ＜Ｖｒｆ−ｌと判定した場合に、電源システムの回路スイッチの開閉指令を出し、両電池の動作を停止する（回路から外す）回路を形成する。
図１に本発明の電源システムにおいて好適に使用し得る回路及びスイッチ配置の一例を示す。例えば、図１の回路において、スイッチ３、６及び７を閉じる場合には、太陽電池が外部機器に対して放電状態となり、且つ、太陽電池の電力を用いてレドックスフロー電池が充電状態となる。スイッチ２及び３を閉じる場合には、太陽電池が外部機器に対して放電状態となり、レドックスフロー電池は動作を停止する。スイッチ１、４及び５を閉じる場合には、レドックスフロー電池が外部機器に対して放電状態となり、太陽電池は動作を停止する。また、全てのスイッチを開ける場合には、太陽電池及びレドックスフロー電池はともに動作を停止する。
その他の実施態様
本発明の電源システムの実施態様は、上記実施態様１〜４の通りであるが、必要に応じて、太陽電池のみを使用する場合（例えば、点検によるレドックスフロー電池停止時）には、図１記載の回路において、スイッチ２及び３を閉じればよい。逆に、レドックスフロー電池のみを使用する場合（例えば、点検による太陽電池停止時）には、レドックスフロー電池放電時は図１記載の回路においてスイッチ１、４及び５を閉じればよく、レドックスフロー電池充電時はスイッチ１、６及び７を閉じた上で、外部電源を使用して充電を行えばよい。
本発明の電源システムの実施態様は、上記実施態様１〜４の通りであるが、必要に応じて、太陽電池のみを使用する場合（例えば、点検によるレドックスフロー電池停止時）には、図１記載の回路において、スイッチ２及び３を閉じればよい。逆に、レドックスフロー電池のみを使用する場合（例えば、点検による太陽電池停止時）には、レドックスフロー電池放電時は図１記載の回路においてスイッチ１、４及び５を閉じればよく、レドックスフロー電池充電時はスイッチ１、６及び７を閉じた上で、外部電源を使用して充電を行えばよい。
Claims (4)
- 太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）電力需要（Ｐｂ）が電力需要閾値（ＰｂＳ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）電力需要（Ｐｂ）が電力需要闘値（ＰｂＳ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする電源システム。 - 太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする電源システム。 - 太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）電力需要（Ｐｂ）が電力需要閾値（ＰｂＳ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）以上の場合には、両電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（３）上記（２）の条件を満たさない場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段とを、
有することを特徴とする電源システム。 - 太陽電池とレドックスフロー電池との組み合わせを含む電源システムであって、
（１）太陽電池とレドックスフロー電池は、直列に接続されており、
（２）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）未満の場合には、レドックスフロー電池の極性を逆にすることにより、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、太陽電池の電力によりレドックスフロー電池を充電する手段と、
（３）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）以上であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が充電可能上限値（Ｖｒｆ−ｕ）以上の場合には、太陽電池から外部機器に電力を供給するとともに、レドックスフロー電池の動作を停止する手段と、
（４）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）未満であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が放電可能下限値（Ｖｒｆ−ｌ）以上の場合には、太陽電池の動作を停止するとともに、レドックスフロー電池から外部機器に電力を供給する手段と、
（５）太陽電池の端子電圧（Ｖｐｖ）が放電可能下限値（Ｖｐｖ−ｌ）未満であり、且つ、レドックスフロー電池の端子電圧（Ｖｒｆ）が放電可能下限値（Ｖｒｆ−ｌ）未満の場合には、両電池の動作を停止する手段とを、
有することを特徴とする電源システム。
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