JP2012105435A

JP2012105435A - 給電装置

Info

Publication number: JP2012105435A
Application number: JP2010251074A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Iinuma; 朋也飯沼
Original assignee: Kokuyo Co Ltd
Current assignee: Kokuyo Co Ltd
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2012-05-31

Abstract

【課題】直流の給電装置に於いて、エネルギーロスを小さくすることと、一時的に電力需要が増大した場合の対応が容易にすることとの両立を図る。
【解決手段】ソーラーパネル２からの電力を受け付ける直流入力端３ａと直流電力を最終的に出力する出力端３ｂとの間に、前記直流入力端３ａに入力された直流電力を蓄電することなく前記出力端に導くための主系路３１と、前記直流入力端３ａに入力される直流電力を蓄電器３２５に蓄積しその蓄積した電力を前記出力端３ｂに導くための蓄電系路３２とを並設し、商用電力を受け付ける交流入力端３ｃと前記出力端３ｂとの間に、前記交流入力端３ｃに入力された交流電力を直流電力に変換して前記出力端に導くための補助系路３３を設け、主系路３１と蓄電系路３２と補助系路３３とを統合する統合手段３４を設けて電力需要増大に対処出来るようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、オフィス等で好適に使用される給電装置に関する。

近年、オフィス等において、太陽光等の自然エネルギーを電力に変換し、環境への負荷を低く保ちつつ快適なオフィス環境や生産性の高いワークスタイルを実現することが望まれてきている。

従来、自然エネルギーを利用した給電装置として、屋根や屋上等に設置した太陽電池等の自家発電機により発電した直流電力を、インバータを用いて交流電力に変換し、商用電力とともに使用するものが種々開発されている（例えば、特許文献１を参照）。

ところが、このようなものにおいては、まず、直流電力をインバータにより交流電力に変換する際に２０〜３０％程度のエネルギーロスが発生し、さらに、パーソナルコンピュータ等直流電力を使用する機器を利用する際にはＡＣアダプタを用いて交流電力を再度直流電力に変換する必要がある。そのため、総合的にエネルギーロスが大きく、環境負荷を低減するという目的のためにはさらに何らかの改良が望まれている。

なお、このようなエネルギーロスをさらに低減するために、例えば、自家発電機により発電した直流電力を蓄電器に蓄電し、その蓄電器から適宜電力を取り出してパーソナルコンピュータ等の機器に供給することも考えられている。しかしながら、単にこれだけのものでは、蓄電器から供給できる電力に限りがあり一時的に電力需要が増大した場合に対応が難しいという問題がある。

特開２００５−３１２２８７号公報

本発明は以上の点に着目し、エネルギーロスを小さくすることと、一時的に電力需要が増大した場合の対応が容易である給電装置を実現することとの両立を図ることを目的とする。

すなわち本発明の給電装置は、自家発電機からの電力を受け付ける直流入力端と直流電力を最終的に出力する出力端との間に、前記直流入力端に入力された直流電力を蓄電することなく前記出力端に導くための主系路と、前記直流入力端に入力される直流電力を蓄電器に蓄積しその蓄積した電力を前記出力端に導くための蓄電系路とを並設し、商用電力を受け付ける交流入力端と前記出力端との間に、前記交流入力端に入力された交流電力を直流電力に変換して前記出力端に導くための補助系路を設け、前記主系路の電力を優先的に前記出力端に導き、主系路の給電能力が不足した場合に前記蓄電系路の電力を前記主系路の電力と併せて前記出力端に導き、前記主系路及び前記蓄電系路の給電能力が不足した場合に補助系路の電力を前記主系路及び前記蓄電系路の電力と併せて前記出力端に導くための統合手段を設けていることを特徴とする。

このようなものであれば、電力需要が大きくない場合には主系路からの直流電力を優先的に出力端に供給し、電力需要が大きくなり主系路から供給される直流電力だけでは不足する場合には蓄電器に蓄積しておいた電力を蓄電系路から出力端に供給し、さらに電力需要が大きくなり主系路及び蓄電系路から供給される直流電力だけでは不足する場合に初めて補助系路を介して商用電力を直流電力に変換して供給する。従って、自家発電機により発電した電力を優先的に供給することにより環境負荷を低く保ちつつ、主系路からの直流電力を優先的に供給し需要増大時に蓄電系路から直流電力を供給するようにすることで一時的に電力需要が増大した場合にも容易に対応できる。

なお、本発明において、「自家発電機」とは、太陽電池、風力発電機、燃料電池等に代表される自然エネルギーを直流電力に変換する機能を有するものや、振動発電機、人力発電機等、主として発電の際に二酸化炭素をほとんど又は全く排出しない発電装置全般を示す概念である。また、本発明でいう「蓄電」には、電圧平準化を目的とした一時的な電荷の蓄積は含まれない。

このような給電装置の好適な一例として、前記自家発電機が太陽電池であるものが挙げられる。

電力需要の増大に伴い主系路からの直流電力の供給量が需要に対して不足する場合に蓄電経路から直流電力を供給させるようにするための統合手段の構成として、前記統合手段が、少なくとも前記主系路の電圧に基づき、前記主系路と前記蓄電系路との統合状態を制御するものが挙げられる。

電力需要の増大に伴い主系路及び蓄電系路からの直流電力の供給量が需要に対して不足する場合に補助経路から商用電力を直流電力に変換して供給させるようにするための統合手段の構成として、前記統合手段が、前記主系路及び前記蓄電系路の電圧に基づき、前記主系路と前記蓄電系路と前記補助系路との統合状態を制御するものが挙げられる。

環境負荷をなるべく低く保ちつつ出力端に接続した電気機器にさらに安定して直流電力を供給できるようにするための態様として、前記蓄電系路が複数並設されているものが挙げられる。

そして、天候等の条件に関わらず自然エネルギーに由来する直流電力を安定して出力端に供給できるようにするための態様として、前記直流入力端が、複数種類の自家発電機からの電力を受け付けることが可能であるものが挙げられる。

本発明によれば、エネルギーロスを小さくすることと、一時的に電力需要が増大した場合の対応が容易である給電装置を実現することとの両立を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る自家発電エネルギー利用システムの概略図。同実施形態に係る給電装置の概略図。同実施形態に係るワークステーションの斜視図。

本発明の一実施形態を、図１〜図３を参照しつつ以下に示す。

この実施形態の自家発電エネルギー利用システムは、図１に示すように、直流電力を出力する自家発電機たる太陽電池すなわちソーラーパネル２と、このソーラーパネル２から供給された直流電力を貯蔵可能な蓄電器３２５を有し、所定電圧の直流電力を出力する給電装置３と、この給電装置３から出力される直流電力の供給を受けるワークステーション４とをそれぞれ１つずつ具備してなるエネルギー利用ユニット１を複数組有する。すなわち、本実施形態では、前記給電装置３と前記ワークステーション４とを１対１に対応させている。

ソーラーパネル２は、図１に示すように、複数のセルを配線して板状に保持してなるものであり、屋根、屋上、庭等に設置されている。この実施形態では、例えば、好天時に５３ボルトの直流電力を出力するように設定されている。

給電装置３は、例えば、図２に示すように、ソーラーパネル２からの電力を受け付ける直流入力端３ａと直流電力を最終的にワークステーション４に出力する出力端３ｂとの間に、前記直流入力端３ａに入力された直流電力を蓄電することなく前記出力端３ｂに導くための主系路３１と、前記直流入力端３ａに入力される直流電力を蓄電器３２５に蓄積しその蓄積した電力を前記出力端３ｂに導くための蓄電系路３２とを並設したものである。そして、直流用の系路である前記主系路３１と蓄電系路３２以外に、商用電力９を受け付ける交流入力端３ｃと前記出力端３ｂとの間に、前記交流入力端３ｃに入力された交流電力を直流電力に変換して前記出力端３ｂに導くための補助系路３３を設けている。加えて、前記主系路３１の電力を優先的に前記出力端３ｂに導き、主系路３１の給電能力が不足した場合に前記蓄電系路３２の電力を前記主系路３１の電力と併せて前記出力端３ｂに導き、前記主系路３１及び前記蓄電系路３２の給電能力が不足した場合に補助系路３３の電力を前記主系路３１及び前記蓄電系路３２の電力と併せて前記出力端３ｂに導くための統合手段３４を備えている。本実施形態では、前記統合手段３４は、前段側の統合回路３４１と、後段側の統合回路３４２とを利用して形成している。

前記主系路３１は、前記直流入力端３ａから導入される直流電力を平準化し安定した電圧の直流電力とする制限回路３１１と、この制限回路３１１から出力される直流電力が過大になるのを抑制する保護回路３１２と、出力端３ｂ側から直流入力端３ａ側に電流が逆流することを防止するための逆流防止回路３１３とを直列に配したものである。そして、この逆流防止回路の出力端子を、コネクタ３１４を介して前段側の統合回路３４１の第１の入力端子３４１ａに接続している。

前記蓄電系路３２は、本実施形態では、複数、具体的には３系列備えている。各蓄電系路３２は、いずれも、前記直流入力端３ａから導入される直流電力を平準化し蓄電器３２５の充電に適した電圧の直流電力とする充電回路３２１と、この充電回路３２１から出力される直流電力が過大になるのを抑制する保護回路３２２と、出力端３ｂ側から直流入力端３ａ側に電流が逆流することを防止するための逆流防止回路３２３とを主体として構成されたものである。本実施形態の説明において、第１、第２及び第３の蓄電経路にはそれぞれ符号３２ａ、３２ｂ及び３２ｃを付す。また、第１〜第３の蓄電経路３２ａ〜３２ｃを総称する場合には、単に「蓄電系路３２」と称する。第１の蓄電系路３２ａの逆流防止回路３２３の出力端子は、コネクタ３２４を介して第１の蓄電器３２５ａの入出力端子、及び前段側の統合回路３４１の第２の入力端子３４１ｂに接続している。第２の蓄電系路３２ｂの逆流防止回路３２３の出力端子は、コネクタ３２４を介して第２の蓄電器３２５ｂの入出力端子、及び前段側の統合回路３４１の第３の入力端子３４１ｃに接続している。そして、第３の蓄電系路３２ｃの逆流防止回路３２３の出力端子は、コネクタを介して第３の蓄電器３２５ｃの入出力端子、及び前段側の統合回路３４１の第４の入力端子３４１ｄに接続している。本実施形態では、蓄電器３２５は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池を利用している。

前段側の統合回路３４１は、前記主系路３１の電圧すなわち第１の入力端子３４１ａに入力される電圧に基づき、前記主系路３１と前記蓄電系路３２との統合状態を制御する。具体的には、例えば、第１の入力端子３４１ａに入力される電圧が所定電圧以上であれば主系路３１からの直流電力のみを出力端子３４１ｅから出力する一方、第１の入力端子３４１ａに入力される電圧が所定電圧未満に降下した際には、主系路３１からの直流電力と第１〜第３の蓄電系路３２からの直流電力とを併せて出力端子３４１ｅから出力する。そして、この前段側の統合回路３４１の出力端子３４１ｅは、ヒューズ３４３を挟んで後段側の統合回路３４２の第１の入力端子３４２ａに接続している。

前記補助系路３３は、前記交流入力端３ｃから導入される交流電力を所定の電圧の直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路３３１を主体として構成されたものである。そして、このＡＣ／ＤＣ変換回路３３１の出力端子を、コネクタ３３２を介して後段側の統合回路３４２の第２の入力端子３４２ｂに接続している。

後段側の統合回路３４２は、前記主系路３１及び前記蓄電系路３２の電圧、すなわち第１の入力端子３４２ａに入力される電圧に基づき、前記主系路３１と前記蓄電系路３２と前記補助系路３３との統合状態を制御する。具体的には、例えば、第１の入力端子３４２ａに入力される電圧が所定電圧以上であれば主系路３１及び蓄電系路３２から第１の入力端子３４２ａに入力される直流電力のみを出力端子から出力する一方、第１の入力端子３４２ａに入力される電圧が所定電圧未満に降下した際には、第１の入力端子３４２ａに入力される直流電力と補助経路から第２の入力端子３４２ｂに入力される直流電力とを併せて出力端子から出力する。また、この後段側の統合回路３４２の出力端子が本発明の出力端３ｂである。そして、この出力端３ｂからワークステーション４に直流電力が供給される。

前記ワークステーション４としては、本実施形態では、矩形状の天板４２を有する第１のワークステーション４ａと、円形状の天板４７を有する第２のワークステーション４ｂとを用意している。第１のワークステーション４ａは、図３に示すように、設置床面から起立させて設けた脚構造体４１と、この脚構造体４１に支持させてなり配線挿通空間を挟んで反使用端縁を互いに対向させて配した２枚の前記矩形状の天板４２と、前記配線挿通空間の両端近傍から起立させて設けた対をなす支柱４３と、これら対をなす支柱４３の上端間に架設してなり前記給電装置３から供給された直流電力の供給を受けて発光するＬＥＤ照明装置４４と、前記支柱４３の中間部間及び下端部間にそれぞれ架設してなり電気機器に前記給電装置３から供給された直流電力を交流に変換することなく給電するための２本の給電レール４５とを備えている。

前記給電レール４５は、図示は省略するが、前記天板の幅方向に延伸し前方に開口するレール本体と、前記開口内に設けられるとともに前記給電装置３の出力端３ｂの正極に接続してなり長手方向に延伸する正極と、前記開口内の前記正極と異なる位置に設けられるとともに前記給電装置３の出力端３ｂの負極に接続してなり長手方向に延伸する負極とを有する。この給電レール４５には、前記給電装置３から供給された直流電力を交流に変換することなく利用可能な電気機器、例えば、パーソナルコンピュータ５１や、扇風機５２や、ワットメータ５３や、スポット照明５４や、カップホルダ５５や、スピーカ付きサウンドプレーヤ５６や、ＵＳＢ給電コンセント５７や、照明操作パネル５８等の電気機器を接続可能である。なお、給電レール４５に供給される直流電圧と電気機器の作動電圧とが異なる場合には、例えば、給電レール４５にＤＣ／ＤＣコンバータ４６を内蔵する電源装置の入力端子を接続した上で、該電源装置の出力端子を電気機器の受電ソケットに接続するようにしている。

一方、第２のワークステーション４ｂは、図１に示すように、設置床面から起立させて設けた脚構造体４７と、この脚構造体４７に支持させてなる前記円形状の第１の天板４８と、この第１の天板４８の天板の上方に配設した第２の天板４９と、この第２の天板４９の下面に配設した図示しない照明装置とを少なくとも備えている。以下の説明において、第１及び第２のワークステーション４ａ、４ｂを区別せずに述べる場合には、単に「ワークステーション４」と称する。

本実施形態に係る自家発電エネルギー利用システムの使用態様を以下に述べる。

晴天時の昼間は、日光の照射量が大きいので、ソーラーパネル２の出力がワークステーション４の天板４２、４８上等に搭載された電気機器による需要を十分まかなえる程度に大きい。このとき、主系路３１からの直流電力のみがワークステーション４に供給される。また、主系路３１からの直流電力のうち、消費されない余剰の電力は第１〜第３の蓄電系路３２に蓄積される。

一方、夜間や、曇天時や、晴天時であっても朝夕は日光の照射量が小さいか又は皆無であり、ソーラーパネル２の出力が小さいので、主系路３１からのソーラーパネル２の出力のみをワークステーション４に供給した場合、ワークステーション４の天板４２、４８上等に搭載された電気機器による需要をまかなうことができず、電圧が降下する。そこで、まず、第１〜第３の蓄電系路３２の蓄電器３２５に十分な量の電力が蓄積されている場合には、これら第１〜第３の蓄電系路３２の蓄電器３２５から電力を供給する。さらに、第１〜第３の蓄電系路３２の蓄電器３２５に十分な量の電力が蓄積されておらず、後段側の統合回路３４２の第１の入力端子３４２ａに入力される直流電圧が降下している場合には、商用電源９からの電力を、交流を直流に変換した上で補助系路３３から供給する。

以上に述べたように、本実施形態の構成によれば、電力需要が大きくない場合には主系路３１からの直流電力を優先的に出力端３ｂに供給し、電力需要が大きくなり主系路３１から供給される直流電力だけでは不足する場合には蓄電器３２５に蓄積しておいた電力を蓄電系路３２から出力端３ｂに供給し、さらに電力需要が大きくなり主系路３１及び蓄電系路３２から供給される直流電力だけでは不足する場合に初めて補助系路３３を介して商用電力９を直流電力に変換して供給するので、ソーラーパネル２により発電した電力を優先的に供給することにより環境負荷を低く保ちつつ、主系路３１からの直流電力を優先的に供給し需要増大時に蓄電系路３２から直流電力を供給するようにすることで一時的に電力需要が増大した場合にも容易に対応できる給電装置３を実現できる。

また、本実施形態では、ソーラーパネル２として太陽電池を利用しているので、発電の際には二酸化炭素が発生せず、環境負荷を効果的に低く保つことができる。

さらに、本実施形態では、前記統合手段３４を構成する前段側の統合回路３４１が、前記主系路３１の電圧に基づき、前記主系路３１と前記蓄電系路３２との統合状態を制御するので、電力需要の増大に伴い主系路３１からの直流電力の供給量が需要に対して不足する場合に蓄電系路３２から直流電力を供給させることで、一時的に電力需要が増大した場合に好適に対応することができる。

加えて、本実施形態では、前記統合手段３４を構成する後段側の統合回路３４２が、前記主系路３１及び前記蓄電系路３２の電圧に基づき、前記主系路３１と前記蓄電系路３２と前記補助系路３３との統合状態を制御するので、電力需要がさらに増大し主系路３１及び蓄電系路３２からの直流電力の総供給量が需要に対して不足する場合には、補助系路３３から商用電力９を直流電力に変換して供給させることができ、従って、さらに効果的に一時的に電力需要が増大した場合に対応することができる。

そして、本実施形態では、前記蓄電系路３２が３系列並設されているので、環境負荷をなるべく低く保ちつつ、第１〜第３のいずれかの蓄電系路３２に不具合が発生した場合であっても、残りの蓄電系路３２からは電力を供給することができ、従って、出力端３ｂに接続した電気機器にさらに安定して直流電力を供給できる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。

例えば、自家発電機として、ソーラーパネル以外に、風力発電機や、燃料電池等を利用してもよく、また、複数種類の自家発電機からの直流電力を入力端に入力するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、前記統合手段が、前記主系路の電圧に基づき、前記主系路と前記蓄電系路との統合状態を制御するようにしているが、前記主系路及び前記蓄電系路の双方の電圧に基づき、前記主系路と前記蓄電系路との統合状態を制御するようにしてもよい。

加えて、上述した実施形態では、前記蓄電系路を３系列並設しているが、蓄電系路の数は１系列又は２系列でもよく、４系列以上であってもよい。ここで、蓄電系路を複数系列設ける場合には、各蓄電系路の蓄電器同士を相互補完的に接続するための相互補完回路をさらに設けてもよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

２…ソーラーパネル（自家発電機）
３…給電装置
３１…主系路
３２（３２ａ〜３２ｃ）…蓄電系路
３３…補助系路
３４…統合手段

Claims

自家発電機からの電力を受け付ける直流入力端と直流電力を最終的に出力する出力端との間に、前記直流入力端に入力された直流電力を蓄電することなく前記出力端に導くための主系路と、前記直流入力端に入力される直流電力を蓄電器に蓄積しその蓄積した電力を前記出力端に導くための蓄電系路とを並設し、
商用電力を受け付ける交流入力端と前記出力端との間に、前記交流入力端に入力された交流電力を直流電力に変換して前記出力端に導くための補助系路を設け、
前記主系路の電力を優先的に前記出力端に導き、主系路の給電能力が不足した場合に前記蓄電系路の電力を前記主系路の電力と併せて前記出力端に導き、前記主系路及び前記蓄電系路の給電能力が不足した場合に補助系路の電力を前記主系路及び前記蓄電系路の電力と併せて前記出力端に導くための統合手段を設けていることを特徴とする給電装置。
前記自家発電機が太陽電池である請求項１記載の給電装置。
前記統合手段が、少なくとも前記主系路の電圧に基づき、前記主系路と前記蓄電系路との統合状態を制御するものである請求項１又は２記載の給電装置。
前記統合手段が、前記主系路及び前記蓄電系路の電圧に基づき、前記主系路と前記蓄電系路と前記補助系路との統合状態を制御するものである請求項１、２又は３記載の給電装置。
前記蓄電系路が複数並設されている請求項１、２、３又は４記載の給電装置。
前記直流入力端が、複数種類の自家発電機からの電力を受け付けることが可能である請求項１、２、３、４又は５記載の給電装置。