JP2010288387A - 直流給電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】直流給電の有利な点を生かしつつ、ユーザにとって使用性が良好な直流給電システムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、直流電圧を供給する直流給電手段と、この直流給電手段から負荷までの給電路中に設けられた前記直流電圧を電圧の異なる複数の直流電圧に変換する電圧変換手段4と、この電圧変換手段4によって変換される所定の直流電圧を設定できる電圧設定手段5とを備えていることを特徴とする直流給電システムである。
【選択図】図2
【解決手段】本発明は、直流電圧を供給する直流給電手段と、この直流給電手段から負荷までの給電路中に設けられた前記直流電圧を電圧の異なる複数の直流電圧に変換する電圧変換手段4と、この電圧変換手段4によって変換される所定の直流電圧を設定できる電圧設定手段5とを備えていることを特徴とする直流給電システムである。
【選択図】図2
Description
本発明は、直流電力の給電に際し、使用する直流機器に対応した電圧を得ることができる直流給電システムに関する。
現在、家庭用の商用系統電源は交流であり、また、オフィスや店舗の電源も交流が使われていることが多い。また、太陽光発電等で直流電力を自家発電した場合も直流電力を一度交流に変換し、それから各機器に供給している。
しかしながら、近時のテレビ、パソコン、電話機、ゲーム機等のディジタル家電を始めとする家庭で用いられる電化製品は、ほとんどが機器の内部で一度交流から直流に変換され駆動するようになっている。専ら交流で駆動するのは、商用周波数点灯型の白熱電灯、ジュール熱を用いる電気ポットや交流電動機を用いる掃除機、扇風機等に限られる。したがって、電化製品の多くでは、交流から直流に変換するため変換ロスが生じている。また、ノート型パソコン等では、交流から直流に変換するためACアダプタを用いるようになっており、このACアダプタは一般的には変換効率が悪いので変換ロスが大きく、さらに、取扱い上、邪魔になる等の不便も生じている。
ところで、このような交流から直流に変換することによる変換ロスを低減するため、機器への電力供給を直流で行う直流給電の利点が再認識され、直流給電の試みが進められている。
一方、商用交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を直流系機器ユニットに給電する直流配電システムが提案されている(特許文献1、特許文献2及び特許文献3参照)。
しかしながら、特許文献1、特許文献2及び特許文献3に示されたものは、単に、商用交流電力を直流電力に変換する技術的開示があるにとどまり、使用する機器に対応するため、直流電圧を電圧の異なる複数の直流電圧に変換し、この直流電圧を設定できるものではない。したがって、使用する機器に対応する着目がなされておらず、これに対する具体的な技術的手段が示されていない。
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、直流給電の有利な点を生かしつつ、ユーザにとって使用性が良好な直流給電システムを提供することを目的とする。
請求項1に記載の直流給電システムは、直流電圧を供給する直流給電手段と;この直流給電手段から負荷までの給電路中に設けられた前記直流電圧を電圧の異なる複数の直流電圧に変換する電圧変換手段と;この電圧変換手段によって変換される所定の直流電圧を設定できる電圧設定手段と;を具備していることを特徴とする。
本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り用語の定義及び技術的意味は次による。直流給電手段には、例えば、太陽光発電機等の直接的に直流電圧を供給する手段や商用交流電源を整流して直流電圧として供給するAC/DCコンバータ等が含まれ、発電源によって規定されるものではない。
請求項2に記載の直流給電システムは、商用交流電源と;この商用交流電源が接続され、その交流電力に基づいて、少なくとも2種類の電源電圧を供給する制御手段と;この制御手段から負荷までの給電路中に設けられた前記制御手段より供給された少なくとも2種類の電源電圧から交流電圧と直流電圧とを分離して取出す取出し手段と;取出された直流電圧を電圧の異なる複数の直流電圧に変換する電圧変換手段と;この電圧変換手段によって変換される所定の直流電圧を設定できる電圧設定手段と;を具備していることを特徴とする。
2種類の電源電圧を供給するとは、例えば、直流電圧に交流電圧が重畳して供給される場合や電圧の異なる2つの交流電圧がそれぞれ別の給電路で供給される場合が含まれる。制御手段とは、例えば、交流/直流重畳回路等であり、少なくとも2種類の電源電圧を供給する手段であれば、特定の回路に限定されるものではない。また、取出し手段とは、例えば、交流/直流分離回路等であるが、交流電圧と直流電圧とを分離して取出すことができる手段であればよく、格別限定されるものではない。
請求項3に記載の直流給電システムは、直流電圧を供給する直流給電手段と;この直流給電手段に接続された複数の給電路と;前記直流給電手段から負荷までの複数の給電路中のそれぞれに設けられた前記直流電圧を電圧の異なる複数の直流電圧に変換する電圧変換手段と;この電圧変換手段によって変換される所定の直流電圧を設定できる電圧設定手段と;を具備していることを特徴とする。このような構成により、複数の給電路を負荷に応じて所定の電圧に設定することが可能となる。
請求項1に記載の発明によれば、エネルギの変換ロスが低減でき、また、機器の規定電圧に対応した電圧が設定できるのでユーザにとって使用性が良好な直流給電システムを提供することができる。
請求項2に記載の発明によれば、商用交流電源を用いるので、直流で駆動する機器及び交流で駆動する機器の双方に対応して使用することが可能となる。また、直流で駆動する機器については、規定電圧に対応した電圧が設定できる。
請求項3に記載の発明によれば、複数の給電路について、機器の規定電圧に対応した電圧が設定できるのでユーザにとって使用性が良好な直流給電システムを提供することができる。
以下、本発明の第1の実施形態に係る直流給電システムについて図1乃至図5を参照して説明する。なお、各図において、同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。
図1に示すように、この直流給電システムは、独立系の給電システムであり、直流発電手段として家屋の屋根に設置された太陽電池アレイ1、この太陽電池アレイ1に接続された接続箱2、制御盤3、この制御盤3に接続された電圧変換手段4、さらに、この電圧変換手段4に接続された電圧設定手段5を備えている。また、制御盤3には、蓄電手段としてアルカリ蓄電池6が接続されており、給電路の末端には、負荷として例えば、LED照明器具L、エアコンA及びパソコンPCが接続されている。なお、エアコンAの給電路には、補助電源として屋外に設置された燃料電池7が接続されている。
太陽電池アレイ1は、複数の太陽電池モジュールを並べて接続したものであり、太陽電池モジュールは、複数のセルを配列して屋外で利用できるように樹脂や強化ガラスで封止して構成したものである。この太陽電池アレイ1は、太陽光発電機であり、太陽の光エネルギを直接電気に変換し直流電力を発生させる機能を有する。
接続箱2は、太陽電池アレイ1からの出力を電気的に束ねて集電するものであり、避雷素子や太陽電池アレイ1に電流が逆流しないようにする逆流防止用のダイオード等が内蔵されている。接続箱2が接続された制御盤3は、システム全体の制御を実行するもので、制御部、ブレーカ等を備え、電力の監視や蓄電池6の電力制御等を行うようになっている。
電圧変換手段4は、制御盤3を通じて太陽電池アレイ1から給電される直流電力を電圧の異なる複数の所定の電圧に変換するもので、例えば、DC−DCコンバータから構成されている。
この電圧変換手段4に接続された電圧設定手段5は、例えば、コンセントボックスであり、このコンセントボックスには、電圧の異なる複数の直流電圧が供給される接続端子としてコンセントがその電圧に応じて複数個設けられている。
アルカリ蓄電池6は、日射量の少ないときや夜間の太陽電池アレイ1が発電しない場合に、負荷の要求する電力を補うため電力を貯蔵するものである。
次に、図2に示すブロック図において、制御盤3は、制御部3aを備えており、制御盤3からは48Vの直流電圧が供給されるようになっている。この制御盤3と接続された負荷であるエアコンAとの給電路には、電圧変換手段4が介在している。この電圧変換手段4は、制御スイッチ4aを備えており、このスイッチ4aの動作によって、当該給電路に燃料電池7の接続又は非接続が行われるようになっている。一方、エアコンAは、直流で駆動する機器であり、制御スイッチ4aを動作させる制御信号を送信する制御部Aaが設けられている。
LED照明器具Lは、例えば、室内の天井面等に設置されるもので、点灯回路を内蔵し、光源として複数のLEDが用いられて直流で動作するようになっており、制御盤3側とは、速結端子等により接続されて給電路が構成されている。
続いて、電圧変換手段4は、例えば、スイッチング方式のDC−DCコンバータで構成されており、複数の直流電圧を生成するため4個のDC−DCコンバータが用いられている。これらDC−DCコンバータは、供給された48Vの直流電圧をそれぞれ3V、5V、9V、12Vに変換して出力するようになっている。そして、この変換された直流電圧は、各部屋に据付けられたコンセントボックスの接続端子、すなわち、複数配列されたコンセントCに出力されるようになっている。ここで、仮に、パソコンPCの規定電圧が直流5Vであれば、ユーザは、パソコンPCのプラグを5VのコンセントCに直接接続して使用することができる。また、直流12Vの規定電圧の機器であれば、12VのコンセントCに接続して使用することができる。3V、9Vについても同様である。
したがって、ユーザは、機器の規定電圧に応じてコンセントCを選択して所定の直流電圧を設定できるものであり、コンセントボックスは、電圧設定手段4を構成しているものである。なお、電圧変換手段4を介さないで48Vの直流電圧をそのまま供給するためのコンセントC1が接続されている。
次に、本実施形態の直流給電システムの動作を主として図2を参照して説明する。太陽電池アレイ1で発生した発電電力が給電経路を介して負荷に供給される。また、この電力は、制御盤3を介して蓄電池6に貯えられる。したがって、日射量の少ないときや夜間等、発電電力が負荷の要求する電力を下回る場合には、蓄電池6から負荷に電力が供給され要求電力を満たすこととなる。
まず、負荷としてエアコンAが接続されている場合、定常運転時は、制御スイッチ4aが図示X接点に接触し、給電路に燃料電池7が介在しないようになっており、エアコンAは48Vの直流電圧で運転される。しかしながら、始動時等においては、大きな電力を必要とし、48Vでは不足する場合がある。この場合には、エアコンAの制御部Aaから電力増加要求の制御信号が電圧変換手段4に送信される。この制御信号により制御スイッチ4aが動作し、接点が切換わり図示Y接点に接触し、給電路に燃料電池7が接続されるようになる。したがって、大きな電力を必要とする場合には、燃料電池7からの電圧が補充されて48Vにプラスされることとなる。
このように、ここでは燃料電池7及び制御スイッチ4aを含んで電圧変換手段4が構成され、エアコンAの制御部Aaによって電圧設定手段5が構成されている。なお、エアコンAの制御部Aaからの制御信号が制御盤3に送信され、これに基づいて電圧変換手段4が動作するように構成してもよい。
次に、前述したように、電圧設定手段5としてのコンセントボックスには、電圧の異なる複数の直流電圧が供給されているコンセントCが配列されているので、ユーザは、機器の規定電圧に応じて、いずれかのコンセントCを選択して接続することによって、所定の直流電圧を設定することができる。したがって、機器の規定電圧に対応して直接コンセントCに接続して機器を使用することが可能となる。
なお、直流発電手段としては、太陽電池アレイに限らず、燃料電池、風力発電やミニ水力発電等が単独又はこれらを混在させて適用することができる。また、電圧変換手段4は、制御盤3の中に配設してもよく、さらに、供給される直流電圧は、48Vに限らず、変換される電圧も3V、5V、9V、12Vに限らない。直流給電システムの利用環境に応じて適宜設定できるものである。
さらにまた、図3に示すように、コンセントボックスのコンセントのプラグ差込口Csの配列や形状を電圧によって変えるのが好適である。これによって、規定電圧の異なる差込口に接続してしまうような誤接続が解消される。この場合、勿論、機器側のプラグの変更とのマッチングが必要となる。
次に、電圧設定手段5の変形例について図4及び図5を参照して説明する。図4は、コンセントボックスの前面側を示しており、図5は、ブロック図を示している。
(変形例1)図4(a)は、コンセントの上側に左右スライド式の操作ノブKを設け、この操作ノブKの操作によって、所定の電圧を選択して設定できるようにしたものである。この操作ノブKは、スナップアクションによって、3V、5V、9V、12Vの各位置でスライドが節度的に停止するようになっている。
したがって、機器の規定電圧に応じて、操作ノブKを操作し、コンセントCの電圧を3V、5V、9V、12Vのいずれかに設定し、機器のプラグを接続して規定電圧での使用が可能となる。
(変形例2)図4(b)は、コンセントの上側に左右スライド式の操作ノブKを設けた点では、前記変形例1と同じであるが、スライドのストローク間において、例えば、3V〜12Vの間において任意に電圧を設定できるようにしたものである。したがって、複数の電圧を任意に設定できるものであり、機器の規定電圧に対応する幅を広くできるものである。この場合は、電圧変換手段4としてのDC−DCコンバータは可変出力式のものを適用するのが好ましい。なお、電圧の設定状態が分るように、電圧値が表示されるインジケータIcが設けられている。
(変形例3)図5に示すように、直流で駆動する機器をコンセントC等の接続端子に接続した場合に、その機器の規定電圧に応じて自動的に接続端子に供給電圧を出力するものである。例えば、図に示すように、本変形例は、電圧変換回路、動作電圧判定回路及び負荷電流検出回路を備えている。そして、直流機器をコンセントCに接続した場合、直流機器に流れる負荷電流の有無等を負荷電流検出回路によって検出する。次いで、負荷電流検出回路の検出結果に応じて動作電圧判定回路によって出力電圧を決定する。本変形例によれば、負荷を接続することにより自動的に直流電圧が設定できるので、電圧設定の煩わしさが解消できる。
以上のように本実施形態によれば、エネルギの変換ロスが低減でき、また、機器の規定電圧に対応した電圧が設定できるのでユーザにとって便利であり、使用性が良好な直流給電システムを提供することができる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る直流給電システムについて図6及び図7を参照して説明する。なお、第1の実施形態と同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。
図6に示すように、本実施形態では、第1の実施形態の直流発電手段としての太陽電池アレイ1に加え、交流の商用系統電力10を電源系統として接続するものである。したがって、直流と交流の2系統の電力が給電される。交流の電力は、制御盤3を通じてコンセントC等の接続端子に給電される。
なお、図7に示すように、コンセントボックスには、直流用DCと交流用ACのコンセントCを区分けして配列するようにしてもよい。
本実施形態によれば、直流で駆動する機器及び交流で駆動する機器の双方に対応して使用することが可能となる。例えば、交流で駆動する機器と直流で駆動する機器とが混在する場合において有効な給電システムとなる。
続いて、本発明の第3の実施形態に係る直流給電システムについて図8乃至図12を参照して説明する。なお、第1の実施形態と同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。本実施形態は、直流電圧と交流電圧の双方を供給するものである。
(実施例1)図8に示すように、直流給電システムは、交流の商用系統電力10に接続された制御盤3、この制御盤2にコンセントC等の接続端子を介して接続されたアダプタ11を備えている。制御盤3は、システム全体の制御を実行するもので、制御部3a、交流/直流重畳回路3bが設けられている。交流/直流重畳回路3bは、商用系統電力10から給電される交流電力を整流して生成した直流電圧に交流電圧を重畳して図示aのような波形で出力する。
アダプタ11には、交流/直流分離回路12、この交流/直流分離回路12の直流側端子に接続された電圧変換手段4及び電圧設定手段5が設けられている。交流/直流分離回路12は、直流電圧に交流電圧が重畳された図示aの波形から直流電圧と交流電圧とを分離し取出すものである(図示b、c)。取出された直流電圧は、第1の実施形態と同様な電圧変換手段4及び電圧設定手段5へと出力される。一方、交流電圧は、そのままアダプタのコンセント等へ出力される。したがって、直流で駆動する機器及び交流で駆動する機器の双方に対応して使用することができる。
交流/直流分離回路12は、基本的には、図9に示すように、インダクタLとキャパシタcを用いて構成されている。直流側の電圧変換手段4には、インダクタLを介して直流電圧に交流電圧が重畳された電圧源が接続されており、交流側の接続端子にはキャパシタcを介して同様に電圧源が接続されている。そして、インダクタLは、直流成分に対しては、低インピーダンスであり、交流成分に対しては高インピーダンスであるから、直流側の電圧変換手段4には直流電圧を取出すことができ(図8、b)、反対にキャパシタcは、直流成分に対しては、高インピーダンスであり、交流成分に対しては低インピーダンスであるから、交流側の接続端子には交流電圧を取出すことができる(図8、c)。
このように構成されたアダプタ11には、前記交流/直流分離回路12、電圧変換手段4及び電圧設定手段5が内蔵されており、図10に示すように、前面側に、直流用DCと交流用ACのコンセントC2を備えており、背面側には、壁面等に据付けられたコンセントCに接続される差込プラグ(図示しない)が設けられている。また、直流用DCのコンセントC2の上側には、スライド式の操作ノブKが設けられており、所定の電圧を選択して設定できるようになっている。
このような構成によれば、コンセントC等の接続端子には、直流電圧に交流電圧が重畳された電圧が供給されており、アダプタ11を接続することにより、この電圧から直流電圧と交流電圧とを取出すことができ、また、直流電圧は、複数の所定の電圧に設定できる。したがって、商用系統電力10を用いて直流で駆動する機器及び交流で駆動する機器の双方に対応して使用することが可能となる。
なお、商用系統電力10を用いて直流電圧を取出す場合、例えば、同じ位相であって電圧の異なる2種類の交流電圧を生成し、この2種類の交流電圧の差分から直流電圧を分離して取出すようにしてもよい。この場合にも直流電圧と交流電圧を取出すことが可能である。
(実施例2)図11に示すように、本実施例では、交流/直流分離回路12、電圧変換手段4及び電圧設定手段5をコンセントボックスに設けたものである。コンセントボックスは壁面等に埋め込まれるため、前面側には、直流用DCと交流用ACのコンセントC及び電圧設定手段5としてのスライド式の操作ノブKが現れることとなる。したがって、これらコンセントCに直流で駆動する機器及び交流で駆動する機器を接続することにより、双方に対応して使用することが可能となる。
(実施例3)図12に示すように、直流で駆動する機器としてパソコンPCが示されている。このパソコンPCには、交流/直流分離回路12及び電圧変換手段4が内蔵されている。したがって、パソコンPCを直流電圧に交流電圧が重畳された電圧が供給されているコンセントCに接続すると、交流/直流分離回路12によって、直流電圧が取出され、電圧変換手段4によって規定電圧に変換され、パソコンPC内のシステムに供給されるようになる。
次に、本発明の第4の実施形態に係る直流給電システムについて図13及び図14を参照して説明する。なお、第1の実施形態と同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。
(実施例1)図13に示すように、直流給電システムは、交流の商用系統電力10に接続された制御盤3を備えており、この制御盤3からは、直流の電力と交流の電力とが給電されるようになっている。制御盤3には、制御部3a、交流/直流変換手段13としてのAC−DCコンバータが設けられている。また、電圧変換手段4としてのDC−DCコンバータ及び電圧設定手段5が複数の給電路のそれぞれに設けられている。そして、直流給電路の末端には、負荷としてLED照明器具L、パソコンPCが接続されている。一方、交流給電路の末端には、白熱電灯I、電気ポットPが接続されている。
このような構成によれば、商用系統電力10からの交流電力は、交流/直流変換手段13としてのAC−DCコンバータで所定の直流電圧に変換される。具体的には、例えば、48Vの直流電圧に変換される。さらに、この直流電圧は、電圧設定手段5の設定によってDC−DCコンバータで所定の電圧に変換される。電圧設定手段5は、前記48Vの電圧を0〜48Vの間で段階的に、又は任意に設定できるものであり、給電路に接続する負荷に応じて適宜設定するものである。例えば、負荷がLED照明器具Lであれば、その給電路は48Vに設定し、負荷がパソコンPCであれば、その給電路は5Vに設定する。
以上のように本実施形態によれば、商用系統電力10を用いて直流で駆動する機器及び交流で駆動する機器の双方に対応して使用することが可能となる。また、複数の給電路を負荷に応じて所定の電圧に設定することができる。
(実施例2)図14に示すように、本実施例では、実施例1における制御盤3の部分を主として交流電力供給に関係する部分である制御盤3と直流電力供給に関係する部分である直流ユニット14に分割したものである。制御盤3には、制御部3a、ブレーカ等が配設され、直流ユニット14には、交流/直流変換手段13としてのAC−DCコンバータ、電圧変換手段4、電圧設定手段5等が配設される。
本実施例によっても実施例1と同様な効果を奏するものであり、また、直流ユニット14の設置場所の自由度が広がるものである。
次に、本発明の第5の実施形態に係る直流給電システムについて図15を参照して説明する。なお、第1の実施形態と同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。
本実施形態では、太陽電池アレイ1を複数に分割し、例えば、6Vごとの発電電圧を発生するようにしたものであり、この電圧は、制御盤3内の電圧変換手段で合成されたり、降圧されたりして電圧変換され、また、この変換された電圧を電圧設定手段によって給電路に接続する負荷に応じて適宜供給できるようにしたものである。本実施形態によっても所期の効果を奏することが可能となる。
なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
1・・・太陽電池アレイ、4・・・電圧変換手段(DC−DCコンバータ)、
5・・・電圧設定手段(コンセントボックス等)、10・・・商用系統電力
5・・・電圧設定手段(コンセントボックス等)、10・・・商用系統電力
Claims (3)
- 直流電圧を供給する直流給電手段と;
この直流給電手段から負荷までの給電路中に設けられた前記直流電圧を電圧の異なる複数の直流電圧に変換する電圧変換手段と;
この電圧変換手段によって変換される所定の直流電圧を設定できる電圧設定手段と;
を具備していることを特徴とする直流給電システム。 - 商用交流電源と;
この商用交流電源が接続され、その交流電力に基づいて、少なくとも2種類の電源電圧を供給する制御手段と;
この制御手段から負荷までの給電路中に設けられた前記制御手段より供給された少なくとも2種類の電源電圧から交流電圧と直流電圧とを分離して取出す取出し手段と;
取出された直流電圧を電圧の異なる複数の直流電圧に変換する電圧変換手段と;
この電圧変換手段によって変換される所定の直流電圧を設定できる電圧設定手段と;
を具備していることを特徴とする直流給電システム。 - 直流電圧を供給する直流給電手段と;
この直流給電手段に接続された複数の給電路と;
前記直流給電手段から負荷までの複数の給電路中のそれぞれに設けられた前記直流電圧を電圧の異なる複数の直流電圧に変換する電圧変換手段と;
この電圧変換手段によって変換される所定の直流電圧を設定できる電圧設定手段と;
を具備していることを特徴とする直流給電システム。
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