JP2016032379A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】商用電力系統のない環境下でも安定して電力を供給する。
【解決手段】電力供給システムは、太陽光エネルギーから発電するソーラーパネル１０と、ソーラーパネル１０で発電した電力を蓄電する本体バッテリー２１と、本体バッテリー２１に蓄電された電力を負荷６０に供給するインバーター２２と、本体バッテリー２１に対しソーラーパネル１０とは別経路で充電する補助バッテリー３１と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は電力供給システムに関し、特に商用電力系統を必要としない完全独立型の電力供給システムに関する。

従来から、自然エネルギーを利用した電力供給システムが国内外の多くの企業により提供されている。自然エネルギーの代表例としては太陽光エネルギーがあり、それを利用した電力供給システムの需要は、緊急停電用よりもむしろ日常使用型（昼夜連続使用）のほうで主流となっている。太陽光エネルギーを利用した電力供給システムでは、気候や日照時間などの自然環境により発電量が変動するため、負荷に対し安定して電力を供給することが重要となる。

たとえば、特許文献１では、自然エネルギーを利用した発電による電力の変動によらずに経済的な運用を行う提案がなされている（段落００１０〜００１２）。特許文献１の技術では、太陽電池システム（２０）で発電した電力を売電しながら、負荷（８０）に対して燃料電池システム（１０）と蓄電部（３０）とから電力を供給し、蓄電部の蓄電量が一定量を下回った場合に、商用電源（９０）からの買電価格と太陽電池システムなどによる売電価格などとを比較し、買電価格が安いときにのみ商用電源から蓄電部を充電したり（第２実施形態）、太陽電池システムが現在発電中であるかどうかを判定し、太陽電池システムが発電していないときにのみ商用電源から蓄電部を充電したりしており（第３実施形態）、商用電源からの買電を控えるようにしている。

特許文献２では、自然エネルギーを利用して発電した電力を、電力変換のロスを生じさせることなく、安定して電力を取り出す提案がなされている（段落０００７）。特許文献２の技術では、自然エネルギーを利用した発電装置（２）から発電される電力を、可変電圧電源（５）と定電圧電源（６）とを用いて電圧変換・電流変換せずにそのまま使用しており、発電装置による電力の不足分を商用電源で補い、商用電源からの電力消費を削減しようとしている（段落０００９、００１７〜００１８、００３０）。

特開２０１３−１１５８７１号公報 特開２０１４−０３２５２７号公報

このように、特許文献１、２の技術を含めた現在の電力供給システムでは、自然エネルギーを利用するといっても、自然環境に伴う電力供給の不安定さという問題が根底に存在し、その不安定な部分を、商用電力系統に依存せざるを得ない状況にある。そして商用電力系統と連系する場合には、非常に長いケーブルを使用する必要があり、商用電力系統から離れた遠隔の場所では、昼夜連続使用が難しく、システム自体がなかなか普及してこなかったという経緯もある。
したがって、本発明の主な目的は、商用電力系統のない環境下でも安定して電力を供給することができる電力供給システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によれば、
自然エネルギーから発電する発電部と、
前記発電部で発電した電力を蓄電する蓄電部と、
前記蓄電部に蓄電された電力を負荷に供給する供給部と、
前記蓄電部に対し前記発電部とは別経路で充電する補助充電部と、
を有することを特徴とする電力供給システムが提供される。

本発明によれば、補助充電部を有しており、発電部のほかに補助充電部から蓄電部に対し充電可能であるから、商用電力系統のない環境下でも安定して電力を供給することができる。

電力供給システムの概略構成を示す図（側面図）である。 図１の電力供給システムを別の角度からみた図（背面図）である。 電力供給システムの制御構成を概略的に示すブロック図である。 電力供給処理の工程を概略的に示すフローチャートである。 図３の変形例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。

図１および図２に示すとおり、電力供給システム１は主に、ソーラーパネル１０、本体ユニット２０、補助ユニット３０から構成されている。
ソーラーパネル１０は太陽光エネルギーから発電するものであり、基本的に複数枚のパネルで構成され、各パネルが太陽光に向けて傾斜した状態で設置される。
ソーラーパネル１０は自然エネルギーから発電する発電部の一例であり、当該発電部として、たとえば風力エネルギーから発電する発電装置（風車）や、ソーラーパネルと風車とを組み合わせたハイブリッド型発電装置などが使用されてもよい。
本体ユニット２０と補助ユニット３０はソーラーパネル１０の下方空間で互いに隣接して設置されている。

図３に示すとおり、ソーラーパネル１０と本体ユニット２０とはコネクター４０を介して接続され、本体ユニット２０と補助ユニット３０とはコネクター５０を介して接続されている。ソーラーパネル１０、本体ユニット２０および補助ユニット３０はコネクター４０、５０を介して互いに着脱自在となっている。

本体ユニット２０は主に本体バッテリー２１、インバーター２２、チャージコントローラー２３、メインコントローラー２４から構成されている。
本体バッテリー２１はいわゆる二次蓄電池で構成されている。本体バッテリー２１はソーラーパネル１０で発電した電力を蓄電する蓄電部の一例であり、本体バッテリー２１としては、たとえば鉛蓄電池やリチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などが使用され、好ましくは鉛蓄電池が使用される。
インバーター２２は、本体バッテリー２１に蓄電された電力を負荷６０に供給する供給部の一例であって、特に本体バッテリー２１に蓄電された電力を、直流電力から交流電力に変換し、当該交流電力を負荷６０に対し供給（出力）するものである。
チャージコントローラー２３は本体バッテリー２１への充電量を調整し、安定化するものである。

メインコントローラー２４は本体バッテリー２１に対する充電部（充電源）を切り換える制御部の一例であって、切換えスイッチ２５と検出部２６とを有している。
切換えスイッチ２５は本体バッテリー２１に対し、ソーラーパネル１０を接続するのか、補助ユニット３０（補助バッテリー３１）を接続するのかを、切り換えるスイッチである。
検出部２６は本体バッテリー２１、ソーラーパネル１０および補助ユニット３０（補助バッテリー３１）の各部に接続され、本体バッテリー２１の充電残量やソーラーパネル１０の発電量、補助バッテリー３１の充電残量などを検出するセンサである。
メインコントローラー２４は、検出部２６の検出結果に基づき、切換えスイッチ２５の作動を制御し、本体バッテリー２１に対する充電部を、ソーラーパネル１０とするのか、補助ユニット３０（補助バッテリー３１）とするのかを、自動で切り換えるようになっている。

なお、電力供給システム１では、負荷６０として、平均消費電力が４０Ｗ程度までの機器が好適な対象とされ、たとえば商用電力系統のない建築もしくは土木現場に設置される計測器や電光掲示板など、または業務用もしくは家庭用の冷蔵庫や照明などの機器が好適な対象とされる。

補助ユニット３０は主に、補助バッテリー３１、充電器３２、通報通信ボックス３３から構成されている。
補助バッテリー３１も本体バッテリー２１と同様にいわゆる二次蓄電池で構成されている。補助バッテリー３１は本体バッテリー２１に対しソーラーパネル１０と別経路で充電する補助充電部の一例であり、補助バッテリー３１としては、たとえば鉛蓄電池やリチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などが使用され、好ましくは鉛蓄電池が使用される。
充電器３２は補助バッテリー３１を充電する機器であり、商用電力系統に接続されることで補助バッテリー３１を充電することができる。
通報通信ボックス３３は、補助バッテリー３１から本体バッテリー２１に対し充電する旨を外部の通信機器に通報する通報部の一例であって、外部の通信機器との間での無線通信を行うものである。
外部の通信機器としては、たとえば、ネットサーバーやパソコン／タブレット端末などが使用される。無線通信の方式としては、Ｗｉ−Ｆｉ(登録商標)基地局（アクセスポイント）を経由してネットワークと接続されるＷｉ−Ｆｉ通信などの無線ＬＡＮや、携帯基地局を経由してネットワークと接続される携帯通信などを用いることができる。

次に、電力供給システム１を用いた電力供給処理について説明する。

「電力供給処理」とは、メインコントローラー２４があらかじめ記憶された一定のプログラムにしたがって行う処理であって、本体バッテリー２１に対するソーラーパネル１０からの充電と補助ユニット３０からの充電とを制御して、２４時間体制で電力を供給しうるための処理である。

ソーラーパネル１０と本体ユニット２０とがコネクター４０を介して接続され、ソーラーパネル１０から本体バッテリー２１に対し充電されている状態において、メインコントローラー２４は、図４に示すとおり、検出部２６の検出結果に基づき、本体バッテリー２１の充電残量が基準値以下となっているかどうかを繰り返し判断する（ステップＳ１）。
その後、本体バッテリー２１の充電残量が基準値以下になると、検出部２６の検出結果に基づき、ソーラーパネル１０の発電量が基準値以下となっているかどうかを繰り返し判断する（ステップＳ２）。
その後、ソーラーパネル１０の発電量が基準値以下になると、切換えスイッチ２５を作動させ（切り換え）、コネクター４０を介したソーラーパネル１０との接続を遮断し、逆にコネクター５０を介した補助ユニット３０との接続を許可する（ステップＳ３）。その結果、ソーラーパネル１０から本体バッテリー２１に対する充電が停止する。
その後、通報通信ボックス３３から外部の通信機器に対し、補助バッテリー３１から本体バッテリー２１に対し補助的な充電を開始する旨を通報させ（ステップＳ４）、補助バッテリー３１から本体バッテリー２１に対する充電を開始させる（ステップＳ５）。

その後、検出部２６の検出結果に基づき、補助バッテリー３１の充電残量が基準値以下となっているかどうかを繰り返し判断する（ステップＳ６）。
その後、補助バッテリー３１の充電残量が基準値以下となると、再度、切換えスイッチ２５を作動させ（切り換え）、コネクター５０を介した補助ユニット３０との接続を遮断し、逆にコネクター４０を介したソーラーパネル１０との接続を許可する（ステップＳ７）。その結果、補助バッテリー３１から本体バッテリー２１に対する充電が停止する。
その後、ソーラーパネル１０から本体バッテリー２１に対する充電を再開させ（ステップＳ８）、ステップＳ１の処理に戻る。
なお、補助ユニット３０は本体ユニット２０に対し着脱自在であるため、補助バッテリー３１の充電は、補助ユニット３０を本体ユニット２０から分離し、充電器３２を介して商用電力系統に接続することで行うことができる。

以上の本実施形態によれば、本体バッテリー２１の充電残量およびソーラーパネル１０の発電量がともに基準値以下になると、本体バッテリー２１に対する充電部が自動でソーラーパネル１０から補助バッテリー３１に切り換わるため、商用電力系統のない環境下でも、負荷６０に対し安定して電力を供給することができる。すなわち、天候不順が続く場合や夜間など、ソーラーパネル１０の発電能力が低下し、本体バッテリー２１の充電残量が基準値以下に低下したときには、補助バッテリー３１から本体バッテリー２１へ自動で充電が行われ、安定的に負荷６０に電力が供給される。

このような構成から、電力供給システム１においては、通常のソーラーパネル１０の発電能力および本体バッテリー２１の充電容量により、一定の安全率をもって２４時間稼働可能な仕様が実現され、たとえば平均消費電力が４０Ｗ程度までの機器を、商用電力系統のない環境下でも、フル稼働できる完全独立型の電力供給システム（ソーラー発電システム）が提供される。

また、本体バッテリー２１に対する充電部がソーラーパネル１０から補助バッテリー３１に切り換わる際に、補助バッテリー３１から補助的な充電を開始する旨が通報されるから、外部の通信機器にタイムリーな通報がなされ、日常的には無人運転も可能となる。

さらに、補助バッテリー３１の充電残量が基準値以下になると、本体バッテリー２１に対する充電部が補助バッテリー３１からソーラーパネル１０に戻るから、補助バッテリー３１とソーラーパネル１０とで互いに充電または発電の不足分を補充することができ、より確実に、商用電力系統のない環境でも電力の供給を安定させることができる。
かかる場合に、事前に、補助バッテリー３１から補助的な充電を開始する旨が通報されるから、ユーザーはその通報を受け補助バッテリー３１の交換時期を把握することができ、継続的な電力供給を実現することができる。

なお、本実施形態は本発明の好ましい実施形態を示したものであり、種々の変形や改良がなされてもよい。
たとえば、補助バッテリー３１はエンジン発電機で構成されてもよいし、通報通信ボックス３３は本体ユニット２０に内蔵されてもよい。
また図５に示すとおり、補助ユニット３０が２つ以上設置され、補助ユニット３０ごとに、切換えスイッチ２５と接続され、いずれの補助バッテリー３１からも本体バッテリー２１に対し充電できるようにしてもよい。
かかる場合、仮に、一の補助バッテリー３１の充電残量が基準値以下となったり、その補助ユニット３０の交換がなされなかったりした場合でも、他の補助バッテリー３１で、本体バッテリー２１に対する充電を継続させることができる。

１ 電力供給システム
１０ ソーラーパネル
２０ 本体ユニット
２１ 本体バッテリー
２２ インバーター
２３ チャージコントローラー
２４ メインコントローラー
２５ 切換えスイッチ
２６ 検出部
３０ 補助ユニット
３１ 補助バッテリー
３２ 充電器
３３ 通報通信ボックス
４０、５０ コネクター
６０ 負荷

Claims (5)

1. 自然エネルギーから発電する発電部と、
   前記発電部で発電した電力を蓄電する蓄電部と、
   前記蓄電部に蓄電された電力を負荷に供給する供給部と、
   前記蓄電部に対し前記発電部とは別経路で充電する補助充電部と、
   を有することを特徴とする電力供給システム。
2. 請求項１に記載の電力供給システムにおいて、
   前記発電部の発電量と前記蓄電部の充電残量とを検出し、これらがともに基準値以下となった場合に、前記蓄電部に対する充電部を、前記発電部から前記補助充電部に切り換える制御部を有することを特徴とする電力供給システム。
3. 請求項１または２に記載の電力供給システムにおいて、
   前記補助充電部から前記蓄電部に対し充電する旨を通報する通報部を有することを特徴とする電力供給システム。
4. 請求項１または２に記載の電力供給システムにおいて、
   前記蓄電部と前記供給部とを含む本体ユニットを有し、
   前記補助充電部が蓄電可能で、かつ、前記本体ユニットに対し着脱自在であることを特徴とする電力供給システム。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力供給システムにおいて、
   前記補助充電部がエンジン発電機で構成されていることを特徴とする電力供給システム。

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