JP2013201795A - 蓄電装置付き太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】平時において公共施設等の電力消費をまかなうことができると共に、災害時には各家庭の電源確保を行うことができる、蓄電型太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】太陽光発電システムは、１以上の太陽光発電装置からの電力を、太陽光発電システム制御部を介して、１以上の蓄電装置、負荷及び／または電力系統へ供給する太陽光発電システムである。太陽光発電装置は、太陽光発電システム制御部に接続されており、蓄電装置は、太陽光発電システム制御部と分離可能に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電装置で発電した電力を蓄電装置に蓄え、その蓄電装置を分離して個々に家庭で利用可能とした、蓄電装置付き太陽光発電システムに関する。

近年、環境問題や将来に亘る化石燃料の枯渇等の問題により、自然エネルギーである太陽光を利用した太陽光発電が注目されている。太陽光発電は、災害時の緊急電源対策としても有用であり、蓄電池を備えた太陽光発電システム（以下、蓄電型太陽光発電システムと呼ぶ）が実用化されている。比較的大型のもの、持ち運び可能なものなど、様々な蓄電型太陽光発電システムが存在する。

図８は、特許文献１に記載の、従来の可搬型太陽光発電装置を示した図である。可搬型太陽光発電装置１１２は、可搬型の太陽電池パネル部１１３と可搬型電源部１１４より構成されている。太陽電池パネル部１１３は、複数個の太陽電池セル（図示せず）にて形成されたもので、結線１１６の先端にはプラグ部１１７を備えている。可搬型電源部１１４は、筺体１１８の内部にコンバータ部１１９とインバータ部１２０と蓄電池１２１を内蔵しており、充電用ジャック部１２８と負荷用コンセント１３０を備える。

充電する場合には、充電用ジャック部１２８に、太陽電池パネル部１１３のプラグ部１１７を挿入する。太陽電池パネル部１１３で発電された電力は、コンバータ部１１９を介して蓄電池１２１に時間とともに充電される。一方、放電する場合は、蓄電池１２１に充電された電力を、インバータ部１２０によりＡＣ１００Ｖに変換し、負荷用コンセント１３０から負荷に電力を供給する。

図９は、特許文献２に記載の、従来のバッテリ併用型太陽光発電設備の概略ブロック図である。このバッテリ併用型太陽光発電設備は、太陽電池２０１を逆流阻止ダイオード２０２を介して連系装置であるインバータ２０３に接続している。太陽電池２０１とインバータ２０３との接続点（逆流阻止ダイオード２０２のカソード側）とバッテリ２０４との間に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータブロック２０５を挿入している。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータブロック２０５と並列にスイッチ２１３が接続されている。インバータ２０３は、負荷２０６に接続され、電力系統２０７と連系して負荷２０６へ電力を供給するようになっている。負荷２０６は、電力系統２０７にスイッチ２０８を介して接続されている。電力系統２０７と連系しない場合はスイッチ２０８をオフにする。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータブロック２０５は、バッテリ２０４の充電時の入力電圧制御用ＤＣ／ＤＣコンバータと、バッテリ２０４からの放電時の出力電圧制御用ＤＣ／ＤＣコンバータを備えている。

このような構成により、太陽電池２０１の発生電力をバッテリ２０４に充電することや、負荷２０６に供給することができる。太陽電池２０１の発生電力が不足するときは、バッテリ２０４から放電して負荷２０６に供給することも可能である。また、太陽電池２０１の発生電力が負荷２０６の消費電力よりも大きいときには、余剰電力を電力系統２０７に逆潮流させることも可能である。電力系統２０７によりバッテリ２０４を充電することも可能である。この時はスイッチ２１３を閉じる。

特開２００３−０９２４２３号公報 特開平６−２６６４５８号公報

災害時の緊急電源対策としては、各家庭に特許文献１に記載の可搬型太陽光発電装置を導入することが考えられる。災害時に、各家庭で電源確保ができるという利点がある。しかし、平時は使用せず死蔵されてしまう可能性が高く、装置の有効活用ができないという問題がある。

一方、公共施設等に特許文献２に記載のバッテリ併用型太陽光発電設備のような比較的大型の発電システムを導入することも考えられる。災害時に有用であるだけでなく、平時でも、当該公共施設の電力消費をまかなうことや余った電力を売電して利益を得ることができるため、設備を常に有効活用できる。しかし、災害時はその公共施設等に行かなければ電気を使用できず、避難する必要が無い場合の各家庭の電源確保ができないという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、平時において公共施設等の電力消費をまかなうことができると共に、災害時には各家庭の電源確保を行うことができる、蓄電装置付き太陽光発電システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、本発明にかかる太陽光発電システムは、１以上の太陽光発電装置からの電力を、太陽光発電システム制御部を介して、１以上の蓄電装置、負荷及び／または電力系統へ供給する太陽光発電システムであって、太陽光発電装置は、太陽光発電システム制御部に接続されており、蓄電装置は、太陽光発電システム制御部と分離可能に接続されていることを特徴とする。

本発明の別の一態様によれば、太陽光発電装置は、太陽光発電システム制御部から分離可能であっても良い。

本発明の別の一態様によれば、太陽光発電装置は、蓄電装置と接続して蓄電装置に電力を供給して充電可能であっても良い。

本発明の別の一態様によれば、蓄電装置は、インバータを備えていても良い。

本発明の別の一態様によれば、蓄電装置は、他の蓄電装置と接続し、出力を統合する機能を有していても良い。

本発明の別の一態様によれば、太陽光発電システム制御部は、複数の蓄電装置を同時に充電することができても良い。

本発明の別の一態様によれば、太陽光発電システム制御部から蓄電装置への電力供給は、無接点給電により行われても良い。

上記手段によれば、平時において公共施設等の電力消費をまかなうことができると共に、災害時には各家庭の電源確保を行うことができる、蓄電装置付き太陽光発電システムを提供することが可能である。

本発明にかかる蓄電型太陽光発電システムの構成を示す図である。 太陽光発電装置の構成を示す図である。 蓄電装置の構成を示す図である。 太陽電池モジュールの構造を模式的に示した図である。 太陽光発電装置を複数並べて設置した様子を示した図である。 太陽光発電装置と蓄電装置を直接接続して利用している状況を示した図である。 ２台の蓄電装置を接続して並列稼動させている状況を示した図である。 従来の可搬型太陽光発電装置を示した図である。 従来のバッテリ併用型太陽光発電設備の概略ブロック図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

図１は、本発明にかかる蓄電型太陽光発電システム１の構成を示す図である。蓄電型太陽光発電システム１は、太陽光発電システム制御部２、太陽光発電装置３、蓄電装置４から構成される。太陽光発電システム制御部２は、負荷や系統に電力を供給する。

太陽光発電システム制御部２には、複数の太陽光発電装置３や、複数の蓄電装置４を接続することができる。また、これらの太陽光発電装置３や蓄電装置４は、自由に着脱が可能であり、持ち運びも可能である。さらに、太陽光発電システム制御部２から蓄電装置４への電力供給は、接点により直接接続して供給しても良いし、無接点給電装置を用いて供給しても良い。無接点給電装置は、電磁誘導等を利用して、配線等の接続が無くても、指定された場所に置くだけで電力供給可能とする装置である。無接点給電にすれば、蓄電装置４の着脱が簡単に行えるようになる。

図１を用いて太陽光発電システム制御部２の構成を説明する。太陽光発電システム制御部２は、切換え部２１とインバータ２２から構成される。

切換え部２１は、太陽光発電装置３から供給された電力を、インバータ２２に供給するか、蓄電装置４に供給するかを切替える機能を有する。切換え部２１は、太陽光発電システム制御部２に１以上の蓄電装置４が接続されている場合、それぞれに電力を供給し、充電させることができる。また、切換え部２１は、蓄電装置４の中のひとつでも充電が完了していない場合は、蓄電装置４に電力を供給し、インバータ２２には電力を供給しない。それ以外の場合、すなわち、接続された蓄電装置４が全て満充電の場合や、蓄電装置４が１つも接続されていない場合は、インバータ２２へと電力供給を切り替える。このような制御を行うことで、蓄電装置４を速やかに充電し、満充電状態に保つことを最優先とし、災害発生時に備えることが可能となる。

インバータ２２は、切換え部２１から供給された直流を、交流に変換する機能を有する。一般的な電気機器は、交流１００Ｖでの電力供給を行うよう設計されているためである。インバータ２２で交流に変換された電力は、負荷に供給する。あるいは、系統に逆潮流させ、売電することができる。

図２は、太陽光発電装置３の構成を示す図である。太陽光発電装置３は、太陽電池モジュール３１と、ＭＰＰＴ部３２から構成される。

太陽電池モジュール３１は、太陽光を利用して発電を行う装置であり、太陽電池セルを複数個直列して接続したものである。太陽電池モジュール３１の出力は、ＭＰＰＴ部３２に送る。

ＭＰＰＴ部３２は、太陽電池モジュール３１の発電特性に合わせ、最大のエネルギーを得るよう発電電力ポイントを制御する機能を有する。この制御は一般にＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）と呼ばれている。ＭＰＰＴ部３２の出力は、太陽光発電システム制御部２内の切換え部２１に接続される。

また、太陽光発電装置３は、太陽電池モジュール３１を太陽の方向に向けて支持するための架台を備えている。太陽光発電装置３のこのような物理的構造に関しては、後述する。

図３は、蓄電装置４の構成を示す図である。蓄電装置４は、充電制御部４１、切換え部４２、蓄電池４３、インバータ４４、同期制御部４５から構成される。

充電制御部４１は、太陽光発電システム制御部２内の切換え部２１から供給された電力を入力とし、蓄電池４３への充電を制御する機能を有する。

切換え部４２は、充電制御部４１から蓄電池４２に電力を供給するか、蓄電池４２からインバータ４４へと電力を供給するかを切り替える機能を有する。

蓄電池４３は、化学反応を用いて電気の蓄積、放出が可能な電池である。鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン二次電池などがある。これらのいずれを用いてもかまわない。

インバータ４４は、切換え部４２から供給された直流を、交流に変換する機能を有する。インバータ４４の出力は、負荷へと供給される。これにより、蓄電装置４に交流１００Ｖ用の電気機器を接続して使用することが可能である。

同期制御部４５は、複数の蓄電装置４を並列させて使用するときに、他の蓄電装置４と接続して、蓄電装置４間の同期を取る機能を有する。詳細は後述する。なお、他の蓄電装置４と同期を取る必要が無ければ、同期制御部４５を省略しても良い。

図４は、太陽電池モジュール３１の構造を模式的に示した図である。図４（ａ）に示すように、太陽電池モジュール３１は板状の形状である。太陽電池モジュール３１の裏面には、ＭＰＰＴ部３２が取り付けられている。また、ＭＰＰＴ部３２からは配線３３が伸び、その先端にはコネクタ３４が取り付けられている。また、太陽電池モジュール３１は、架台３５の上に取り付けられている。図４（ａ）では、架台３５は、折りたたまれた状態を示している。折りたたまれて状態では、架台３５の横枠部３５ａを把持して、容易に持ち運ぶことができる。また、図４（ｂ）に示すように、架台３５を展開して、太陽電池モジュール３１に角度を付けて太陽の方向に向くように支持することが可能である。これにより、効率よく発電可能である。

図５は、太陽光発電装置３を複数並べて設置した様子を示した図である。通常はこのように、架台３３を折りたたんだ図４（ａ）の状態の太陽光発電装置３を、複数並べて、例えば建物の屋根の上に設置する。各太陽光発電装置３は、配線５を介して、太陽光発電システム制御部２に接続されている。一方、災害時等は、前記の通り太陽光発電装置３をそれぞれ分離して取り外すことが可能となっており、太陽光発電装置３は、図４（ｂ）に示すように、単体でも太陽の方向に向けて角度を付けて設置できる。

蓄電装置４は、前記の通り、太陽光発電システム制御部２から取り外すことが可能である。これにより、通常は蓄電型太陽光発電システム１を公共施設に設置しておき、災害時等には、蓄電装置４のみを取り外して各家庭に持ち帰ることが可能である。従って、災害時等に、公共施設に集まらなくても、各家庭に蓄電装置４を持ち帰り、非常用電源として用いることが可能となる。

さらに前記の通り、太陽光発電装置３も、太陽光発電システム制御部２から取り外すことが可能である。これにより上記と同様、通常は蓄電型太陽光発電システム１を公共施設に設置しておき、災害時等には、太陽光発電装置３と蓄電装置４を取り外して各家庭に持ち帰り、各家庭で非常用電源として用いることも可能である。

図６は、太陽光発電装置３と蓄電装置４を直接接続して利用している状況を示した図である。このように、太陽光発電装置３と蓄電装置４は、太陽光発電システム制御部２を介さず直接接続しても機能する。従って、災害時等に、公共施設に集まらなくても、各家庭に太陽光発電装置３と蓄電装置４をセットで持ち帰り、蓄電装置４を非常用電源として用いることができると共に、蓄電装置４への充電も各家庭で行えるようになる。すなわち、蓄電装置４に蓄電した電力がなくなった場合も、蓄電装置４を充電するために公共施設まで行かなくてもすむ。

図７は、２台の蓄電装置４を接続して並列稼動させている状況を示した図である。左側の蓄電装置を蓄電装置４、右側を蓄電装置４’とする。インバータ４４の出力を蓄電装置４’に入力し、蓄電装置４’の内部で、インバータ４４’の出力と接続する。これにより、２台の蓄電装置の出力を統合して負荷へと電力を供給する。また、同期制御部４５と同期制御部４５’を相互に接続する。インバータ４４とインバータ４４’の出力は交流であるので、出力を統合するには交流の位相を合わせる必要がある。同期制御部４５と同期制御部４５’により、位相を合わせる制御を行う。このように、複数の蓄電装置４を並列稼動させることで、より大きな電力供給が可能となる。

以上のように、本発明にかかる蓄電型太陽光発電システム１は、例えば地域の公共施設に設置し、平時はその施設の電力消費をまかなったり、売電したりすることができる。また、災害時等には、蓄電装置４を取り外して、地域の各家庭に持ち帰ることができる。これにより、地域の住民は、公共施設に集まらなくても、各家庭に交流電源を確保することが可能になる。さらに、太陽光発電装置３も取り外し可能であることから、蓄電装置４の充電も各家庭で行える。

このように、本発明にかかる蓄電型太陽光発電システム１は、平時と災害時でその構成を変え、いずれの状況においても柔軟に運用できるという効果を有する。言い替えれば、平時と災害時のいずれにおいても、無駄なく発電した電力を活用できるという効果を奏する。従って、災害時のために導入した発電システムが、平時は死蔵されている、というようなことがない。

上記の実施形態においては、太陽光発電装置３内にＭＰＰＴ部を設けたが、太陽光発電システム制御部２および蓄電装置４にＭＰＰＴ部を設けても良い。

上記の実施形態においては、蓄電装置４にインバータ４４や動機制御部４５を設けたが、交流出力が不要な場合は、これらを設けなくても良い。また、インバータ４４や動機制御部４５代わりに、あるいは並列してＤＣ／ＤＣ変換部を設け、蓄電池４３の出力電圧とは異なる電圧の直流を出力できるようにしても良い。例えば、蓄電装置４にＵＳＢ端子を付け５Ｖを供給できるようにしても良い。

上記の実施形態においては、蓄電装置４は、太陽光発電システム制御部２から充電のための電力の供給を受けるのみであったが、蓄電装置４から放電した電力を太陽光発電システム制御部２に向けて供給できるようにしても良い。

上記の実施形態においては、蓄電装置４の充電は、太陽光発電装置３から供給された電力のみで行っているが、電力系統から電力を供給して充電を行うことが可能な構成としても良い。

以上、本発明の実施形態およびその変形例について具体的に説明を行ったが、本発明はそれらに限定されるものではない。また、上記の実施形態において、添付図面に図示されている構成等については、あくまで一例であり、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

上記の実施形態の説明では、本発明の機能を実現するための各構成要素をそれぞれ異なる部位であるとして説明を行っているが、実際にこのように明確に分離して認識できる部位を有していなければならないわけではない。上記の実施形態の機能を実現する蓄電型太陽光発電システムが、機能を実現するための各構成要素を、例えば実際にそれぞれ異なる部位を用いて構成していてもかまわないし、あるいは、全ての構成要素を一つの部位に実装していてもかまわない。例えば、太陽光発電システム制御部２において、切換え部２１とインバータ２２が一体として実装されていても良い。すなわち、どういう実装形態であれ、機能として各構成要素を有していれば良い。

１ 蓄電型太陽光発電システム
２ 太陽光発電システム制御部
３ 太陽光発電装置
４ 蓄電装置
５ 配線
２１ 切換え部
２２ インバータ
３１ 太陽電池モジュール
３２ ＭＰＰＴ部
３３ 配線
３４ コネクタ
３５ 架台
３５ａ 横枠部
４１ 充電制御部
４２ 切換え部
４３ 蓄電池
４４ インバータ
４５ 同期制御部

Claims (7)

1. １以上の太陽光発電装置からの電力を、太陽光発電システム制御部を介して、１以上の蓄電装置、負荷及び／または電力系統へ供給する太陽光発電システムであって、
   前記太陽光発電装置は、前記太陽光発電システム制御部に接続されており、
   前記蓄電装置は、前記太陽光発電システム制御部と分離可能に接続されている
   太陽光発電システム。
2. 前記太陽光発電装置は、前記太陽光発電システム制御部から分離可能である
   請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 前記太陽光発電装置は、前記蓄電装置と接続して該蓄電装置に電力を供給して充電可能である
   請求項２に記載の太陽光発電システム。
4. 前記蓄電装置は、インバータを備えている
   請求項１に記載の太陽光発電システム。
5. 前記蓄電装置は、他の該蓄電装置と接続し、出力を統合する機能を有する
   請求項４に記載の太陽光発電システム。
6. 前記太陽光発電システム制御部は、複数の前記蓄電装置を同時に充電することができる
   請求項１に記載の太陽光発電システム。
7. 前記太陽光発電システム制御部から前記蓄電装置への電力供給は、無接点給電により行われる
   請求項１に記載の太陽光発電システム。