JP3149024U

JP3149024U - 商用電力注入型太陽電池直流連系利用システム

Info

Publication number: JP3149024U
Application number: JP2008007568U
Authority: JP
Inventors: 實村野; 伊藤　雄三; 雄三伊藤
Original assignee: 實村野
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2018-10-01

Abstract

【課題】安価な回路方式の商用電力注入型の太陽電池直流連系システムを提供する。【解決手段】太陽電池１からの出力は直流負荷５に逆流防止ダイオ−ド４を通して供給される。日照の変化による出力電圧変動に対して安定に継続して太陽電池電力を使用可能とするためには、商用電源２からの電力供給が必要で定電圧機能付きコンバ−タ３を通じて直流負荷５に接続される。日照が低下すると直流負荷端子電圧が低下する。これを定電圧機能付きコンバ−タ３が検出し端子電圧が一定になるように昇圧し直流負荷５に電流を供給する。直流負荷５が増加した場合は同様に端子電圧が低下し、これを同じように定電圧機能付きコンバ−タ３が検出し端子電圧が一定になるように昇圧し直流負荷５に電流を供給する。太陽電池１と定電圧機能付きコンバ−タ３からの電圧は直流負荷５に並列接続されるのでそれぞれの回路に逆向きの電流の流入阻止のため逆流防止ダイオ−ド４を装置する。【選択図】図４

Description

本考案は直流負荷に電力を供給する太陽電池と商用電源の交流直流変換回路から成る簡易型電力連系回路に関する。

特開平０７−１８４３３１、「冷蔵庫」、株式会社日立製作所。特開平１１−２１５７１５、「起電力パワ−コンデショナ」、三洋電機株式会社。桑野幸徳、武岡明夫編著、「太陽電池活用ガイドブック」、１４６〜１４７頁、パワ−社、１９９２年１１月２５日発行。桜井薫、小針和久、福本敬夫共著、「太陽光発電の家」、１５〜２０頁、パワ−社、１９９２年９月３０日発行。

地球温暖化防止に対する有効性を有する電気エネルギ−発生技術として太陽電池利用が再び注目されている。回路方式には種々あり［特許文献１］、［特許文献２］、［非特許文献１］及び［非特許文献２］に示されている。大別すると発生した直流電力をそのまま直流で使用する方法とインバ−タなどで交流に変換した後に使用する方法がある。また太陽電池単独使用で回路を構成している場合と商用電源との接続を行なって使用する場合がある。

従来の太陽電池利用システムを図１から図３で示す。図１は太陽電池ＰＢ電力を利用する回路として一番簡単で代表的なもので直流負荷直結方式と呼ばれるものである。負荷は直流で蓄電池の充電や直流で点灯するランプなどがある。中間部のバッテリ−ＢＴは直流電力の充電用で、日照条件の変化に対する平準化の目的と非日照時での充電された電力利用に有効性がある。
図２はＡＣ１００Ｖ商用電源切り換え方式と呼ばれ、商用電力利用方法の１つで三方切換スイッチＳＷ３を挟み太陽電池側と商用電源側のいずれかに接続される。太陽電池側にインバ−タＩＮＶを装置するため一般交流電気製品が利用可能であるが、ＳＷ３切換時に瞬時停電が生ずる欠点がある。また電気出力容量がインバ−タＩＮＶの定格容量で決まり、一般家庭の電気負荷を全て賄うとすれば容量の大きい太陽電池及びインバ−タが必要となり設置コストが高価となる欠点がある。

図３は今日社会的に一番普及している太陽電池利用システムで太陽電池・商用電源完全連系方式と呼ばれ、商用電源との電力連系が可能で逆潮流機能が備わっている。太陽電池容量は自由に選定可能で使用電力が不足の場合は商用電源側からも給電される。但し、高価なパワ−コンディショナ−と多数の保護継電器や特殊な分電盤を必要とする。従って設置コストは高価となる欠点がある。

太陽電池単体の特性向上はやや頭打ちの感が否めないが、しかしながら徐々に発電効率向上が伺える。他方利用方法は［特許文献１］および［特許文献２］に示されるように個別の直流負荷に電力供給する回路を構成し利用して事例がある。
炭酸ガスを排出しないエネルギ−変換器である太陽電池の利用を増大させるためには、現行の太陽電池利用システムの安定電力供給機能を備え低価格化が可能となるように改善されなければならない。本考案では簡便で信頼性ある新しい太陽電池利用システム回路を提案する。

現在、政府推奨の太陽電池利用システムでは、商用電源との電力連系が可能なシステムでそれには種々の装置が必要で、中でも中心的役割を持つパワ−コンディッショナ−は高価な装置であり、加えて電力の売買を行なうためには複数の積算電力量計やブレ−カ−などが装置されなければならないなどにより、取り付け設置する側にとって多大な費用負担を強いるシステムである。

太陽電池利用システム回路が有する環境優位性を最大限発揮させ、普及させるために解決すべき課題は購入設備価格の引き下げで、これに付随して一般家庭や事業所の電気製品の直流使用化への改変である。家電製品の中にはそのまま直流電源で動作可能な電気コンロ、電気スト−ブ、白熱球やＬＥＤ照明器具などがあるが、直流使用化については電気製品製造メ−カ−に委ねられることが多く本考案の範疇外であるため、既に直流使用可能な機器のもとでの回路提案をする。

課題解決の手段として太陽電池利用システムを構成する部品点数の大幅な縮減が必要である。従って発生した直流電力をそのまま活用することは機器の効率向上の視点から適切で有効な方策である。

同時に負荷消費電力に比べ太陽電池発生電力では不足する場合には商用電力からの電力供給が安定に行なわれる回路条件が必要である。

本考案を実現するために、図４に示す商用電力注入型太陽電池利用システム回路を提案する。太陽電池１からの出力は直流負荷５に逆流防止ダイオ−ド４を通して供給される。日照変化による発生電力を平準化するために充放電蓄電池６や電圧リップルを吸収コンデンサ７のいずれかまたは両方が接続される。但し、蓄電池とコンデンサは必ずしも取付ける必要はない。

日照の変化による出力電圧変動に対して安定に継続して太陽電池電力を使用可能とするためには、商用電源２からの電力供給が必要で定電圧機能付きコンバ−タ３を通じて直流負荷５に接続される。日照が低下すると直流負荷端子電圧が低下する。これを定電圧機能付きコンバ−タ３が検出し端子電圧が一定になるように昇圧し直流負荷５に電流を供給する。直流負荷５が増加した場合は同様に端子電圧が低下し、これを同じように定電圧機能付きコンバ−タ３が検出し端子電圧が一定になるように昇圧し直流負荷５に電流を供給する。太陽電池１と定電圧機能付きコンバ−タ３からの電圧は直流負荷５に並列接続されるのでそれぞれの回路に逆向きの電流の流入阻止のため逆流防止ダイオ−ド４を装置する。

考案の効果

本考案で提案する該太陽電池利用システム回路は全て低価格で購入できる回路部品で構成され且つ部品点数も縮減されている。これにより設備購入価格は従来型の太陽電池・商用電源完全連系方式に比べ大幅に低減可能となる。また日照変動や直流負荷変動の場合でも安定に電力供給可能な特性を有する。また太陽電池は高価な回路要素であるので取付け枚数の選択は設置コストに直接反映し、どれだけの電力を太陽電池側が分担するかでコストに強く影響が出る。
以上のような視点で作られる該太陽電池利用システム回路は製造・設置コストが低減され低価格化に効果を有する。

考案の実施するための最良の形態

本太陽電池システムをより安価に構成するために直流負荷電力に対する太陽電池の電力容量と商用電力容量との容量比率を最適化することが重要である。太陽電池に比較して商用電力装置は簡単・安価な整流装置で製作されることを考慮すれば、直流負荷の使用電力の最低値に電池電池容量を合致させることが適切なシステム構成に不可欠である。

本考案の商用電力注入型太陽電池利用システム回路での電力分担の関係を簡単な式で示す。直流負荷電力をＷＬとし、太陽電池からの供給電力をＷｐ、商用電力からの供給電力をＷｄとすれば、ＷＬ＝Ｗｐ＋Ｗｄとなる。いま直流負荷がΔＷだけ変化した場合には、ＷＬ＋ΔＷ＝Ｗｐ＋Ｗｓ＋ΔＷｓとなる。即ち、ＷＰは常に一定でΔＷは商用電力側でΔＷｓだけ補償する。また日照が変化した場合はＷｐはΔＷｐだけ変化することからＷＬ＝Ｗｐ−ΔＷｐ＋Ｗｄ＋ΔＷｄとなり、商用電力側でΔＷｄだけ補償する。
太陽電池に商用電力を直列に接続し電力を注入する回路方式が考えられるが、日照条件が極度に低い場合や夜間に於いては太陽電池の内部抵抗が大きいため太陽電池部での電力損失が大きく適切な回路とならない。

太陽電池利用システム回路では日照度の強弱に応じ発生電圧が変化する。このような場合について例えとして直流点灯蛍光灯が負荷の場合照明器具としての特性が充分発揮できるかどうかを確認する。直流蛍光灯の入力電圧変動と照度変化の関係について実験計測し検討を行なった。
計測の結果、定格入力電圧に対して電圧が８．３％減少した場合に照度は６．６％減少する。逆に電圧が８．３％増加すると照度が５．４％増加する。これより通常の照明機能を発揮するためには入力電圧を一定に保つことが重要である。

本考案の商用電力注入型太陽電池利用システム回路では商用電源から電力が投入されて入力電圧が一定に維持されことにより直流使用器具の正常な動作を発揮させることができる。定電圧機能付きコンバ−タ３は市販の直流定電圧電源装置で充分その機能を果たす。
これより本考案の該太陽電池利用システム回路は図４が最良の形態である。

図４に沿った小規模の商用電力注入型太陽電池利用システム回路を構成し本考案の動作確認を行なった。該太陽電池利用システム回路において一定負荷のもとで晴天時と日照条件が９１．７％に低下した場合について計測した。太陽電池単独での出力電流値を１００％にとると日照低下時には電圧は６７．９％に減少し出力電流値は約６９％に減少した。これに該太陽電池利用システム回路にすれば電圧は１００％に戻り商用電力側電流は約３３．５％であった。
以上のように該商用電力注入型太陽電池利用システム回路では日照変化に応じて負荷電力に一定の電力を供給する性能を有することが示された。

次に負荷が増加した場合について計測を行なった。太陽電池単独では負荷の増加前の電圧値及び電流値を１００％とすると負荷が増加した場合には電圧は９５．５％に低下し電流は８．６％増加した。これに該商用電力注入型太陽電池利用システム回路にすれば電圧は１００％に戻りその時商用電力側からは約７．１％の電流を供給した。

本考案による商用電力注入型太陽電池利用システム回路は市民の地球環境問題意識の高揚と回路構成が簡易で設置コストも低い特長により家庭や小規模事業所でこれまでにない多くの導入や利用が期待できる。

は直流負荷直結方式と呼ばれる太陽電池利用回路。

はＡＣ１００Ｖ商用電源切り換え方式と呼ばれる太陽電池利用回路。

は太陽電池・商用電源完全連系方式と呼ばれる太陽電池利用回路。

は本考案である商用電力注入型太陽電池利用システム回路である。

Claims

商用電源を簡易に直流連系する商用電力注入型太陽電池システムの回路に関する。
該太陽電池利用システム回路に接続される直流負荷として直流から交流に変換するインバ−タを含む回路。
該太陽電池利用システム回路には直流電圧の電圧リップルを吸収する静電容量と負荷平準化のための蓄電池についてはいずれか一方または両方を装置する場合と全く装置しない場合を含む回路。