JP3165178U - 集合住宅等の電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】戸別の入居者が自らバルコニー等に設置した太陽電池アレイが発生する電力を、各戸の複数の電力負荷に過不足なく、安価かつ効率的に分配供給可能にする集合住宅等の電力供給装置を提供する。【解決手段】戸別のバルコニー１上に太陽光を受けて直流電力を発生する太陽電池アレイ１１を設置し、この直流電力をインバータ１３により交流電力に変換し、このインバータ１３が出力する交流電力を戸別ごとの分電盤３８によって複数の電力負荷に分配供給する。【選択図】図２

Description

本考案は、マンションなどの集合住宅や複数の企業が入居するビルディング等（以下、集合住宅等という）において、戸別のバルコニーに設置された太陽電池アレイ（太陽電池パネル）から得た電力を、戸別ごとの複数の電力負荷に分配供給する集合住宅等の電力供給装置に関するものである。

今日では、地球環境対策の一環として、太陽電池アレイを利用して太陽エネルギを直流電力に変換し、この直流電力をインバータで交流電力に変換して、家庭の低圧系統に接続された電力負荷に供給可能にする太陽光発電装置が、広く実用されるに至っている。（例えば、特許文献１を参照）。

この太陽光発電装置では、太陽電池アレイが住宅の屋根やビルディングの屋上に設置され、太陽光の照射方向に向けるようにして設置される。太陽電池アレイは、複数個の太陽電池モジュールを平面配置状態にて一体化したものである。これらの太陽電池モジュールは直列に接続してストリングとされ、太陽電池アレイの配置枚数に応じてこのストリングを一列にしたり、二列以上にしたりしてサイズや容量などが設定される。

また、太陽電池アレイが発電した電力を取り出すための電力ケーブルは、そのストリングの数に応じて設けられ、その発生した電力を電力ケーブルおよび接続箱を介してインバータに送出される。インバータでは、電力ケーブルを介して太陽電池アレイから供給される直流電力を受け、この直流電力を例えば１１０ボルトに昇圧された商用周波数の交流電力に変換する。

この交流電力は、低圧系統に接続された照明灯、冷蔵庫、パソコン、事務機器等の電力負荷に供給される。このような太陽光発電システムは、前述のように住宅の屋根やビルディングの屋上に設置され、商用電源（低圧系統）の電力需要の高い期間などに不足する電力を補う場合等には特に有用である。

特開平０９−０４５９５０号公報

しかしながら、かかる従来の太陽光発電装置は、一戸建ての住宅やビルディングの屋上に設置された太陽電池アレイを中心として構成され、その設備や規模が比較的大掛かりとなっている。特に、集合住宅やビルディングの屋上に太陽電池アレイを設置する太陽光発電装置はその集合住宅やビルディングの管理者によって管理され、その太陽電池アレイが発生する電力をインバータによって交流変換し、その交流電力を全戸に配電するように用いられるため、太陽電池やインバータ等の容量、設備が大掛かりとなり、その設備の維持管理コストや戸別ごとの電力利用料金の負担率が高いものとなっていた。

一方、今日では、太陽電池アレイの電力変換効率の向上および大量生産によるコストの大幅な値下げによって、集合住宅等の入居者の中には、太陽電池アレイ等を戸別ごとにつまり独自に設置することにより、各戸で必要とする容量の電力を得て、この電力で消費電力の全部または一部をまかない、商用電力の使用量（電力会社からの買電量）を低減したいという機運が高まりつつある。

本考案は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、集合住宅やビルディングの戸別の入居者がバルコニーに自ら設置した太陽電池アレイが発生する電力を、複数の電力負荷に安価かつ効率的に分配供給することができる集合住宅等の電力供給装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本願の請求項１に係る集合住宅等の電力供給装置は、集合住宅等の戸別のバルコニーに設置され、このバルコニー上で太陽光を受けて直流電力を発生する太陽電池アレイと、該太陽電池アレイが発生する直流電力を充電するリチュームイオン電池と、前記太陽電池アレイが発生する直流電力または前記リチュームイオン電池が放電する直流電力を交流電力に変換するインバータと、該インバータが出力する交流電力を前記戸別ごとの複数の電力負荷に分配供給する分電盤と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、集合住宅等の全戸を管理する管理者が屋上等に設置した太陽電池アレイからではなく、この集合住宅に入居している各戸の入居者が独自に購入してバルコニー上に設置した太陽電池アレイから、入居者が必要とする電力を入居者の家屋内や事務所内の複数の電力負荷に割安に分配供給することができる。従って、その太陽電池アレイや、充電用のリチュームイオン電池、交流変換用のインバータは入居者の都合、つまり日常の消費電力量や経済的事情に合った容量のものを用意することで、売電を含めて電力利用効率を最大限に高めることができる。

また、本願の請求項２に係る集合住宅等の電力供給装置の前記太陽電池アレイは、複数が列設され、折り畳み可能に連結されていることを特徴とする。
この構成により給電能力を増加できると共に、折り畳んで運搬及び保管ができるので便利であるし、狭い設置場所（例えば、バルコニー）への搬入も容易となる。

また、本願の請求項３に係る集合住宅等の電力供給装置の前記太陽電池アレイは、折り畳み可能な載置台を備え、受光面の向きを調整可能に取り付けられていることを特徴とする。
この構成により、太陽電池アレイは、設置台により容易に設置することができる。また、設置台は折り畳み可能なので、運搬も容易であるし、設置場所への搬入も容易である。また、太陽電池アレイの向きを太陽光に対し最適な向きに調整することができる。

本考案によれば、集合住宅やビルディングの戸別の入居者が自らバルコニー等に設置した太陽電池アレイが発生する電力を、複数の電力負荷に安価かつ効率的に分配供給することができる。

以上、本考案について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。

本考案の実施形態による集合住宅等の電力供給装置を示す概念図である。 図１に示す電力供給装置の設置例を示す説明図である。 図２に示す電力供給装置の斜視図である。 図３に示す電力供給装置の回路図である。

以下、本考案の一実施の形態にかかる集合住宅等の電力供給装置を図１乃至図４を参照して説明する。

図１は本実施形態による集合住宅等の給電ステムの概念図、図２はその詳細な説明図である。同図において、符号Ｈは、マンションなどの集合住宅であり、南側の壁面側には戸別ごとにバルコニー１が水平方向に延設されている。この戸別のバルコニー１には、入居者が自身で購入した太陽電池アレイ（太陽電池パネル）１１が設置されている。この太陽電池アレイ１１をバルコニー１に設置した入居者の住宅では、電力会社が供給する商用電力と太陽電池アレイ１１が発電する電力の一方または両方を使用可能である。太陽電池アレイ１１が発生する電力が消費電力量を上回る場合には，その上回った分の発生電力を商用系統側に売電することが可能である。

太陽電池アレイ１１は、図示のように受光面を太陽光線の入射方向に向けるようにして、バルコニー１上に設置される。この太陽電池アレイ１１は小形、軽量であるにも拘らず大容量で発電効率（電力変換効率）の高いものが次々と市場に提供されており、本実施形態で用いる太陽電池アレイ１１は軽量で、搬送、取扱いおよび設置が容易で、折り畳みおよび折り畳み解除可能な構成とされている。従って、一般ユーザである集合住宅Ｈの入居者でも、容易にバルコニー１に搬入して容易に設置および組み付けが可能である。

また、バルコニー１上に太陽電池アレイ１１を設置するための設置台２の組付けやこの設置台２への太陽電池アレイの載置、さらには太陽電池アレイ１１とリチュームイオン電池１２とインバータ１３との電気接続なども、例えば電力ケーブル１４、１５のプラグをコンセントに挿し込むなどの簡易な方法で、入居者自身が実施できるものとする。その設置台２のサイズや重量、電力ケーブル１４、１５の長さや太さは、太陽電池アレイ１１、リチュームイオン電池１２、インバータ１３の重量、容量、サイズなどに応じて決められる。

載置台２は、太陽電池アレイ１１の受光面とは反対の裏面側に、折り畳み可能に設けられていると、太陽電池アレイ１１と一体であり、折り畳むことができるので設置場所への搬入も容易となるし、設置も容易となるので好ましい。
また、太陽電池アレイ１１は、載置台２に向きが調整可能に取り付けラれていると、受光面を太陽光に対し最適な向きに調整できるので、設置場所や太陽の位置に応じて対応できる。

リチュームイオン電池１２は太陽電地アレイ１１が発生する直流電力を充電するものであり、インバータ１３はその直流電力を交流電力に変換して電力負荷に供給可能にするものである。バルコニー１に臨む集合住宅Ｈ等の外壁面には集電箱３が設けられ、この集電箱３内には、インバータ１３が出力する交流電力を室内系統に給電するコンセント６が設置されている。このコンセント６にはインバータ１３に接続された電力ケーブル４端のプラグ５が差し込まれる。

太陽電池アレイ１１は、例えばシリコンなどの半導体の光電変換素子としての太陽電池モジュールを複数個分並設したものからなる。この太陽電池モジュールは複数個が直列接続および並列接続されて、耐候性の素材で被われている。具体的には、例えば太陽電池素子の受光面にガラス板や合成樹脂板などの光透過板を配置し、その裏面である非受光面にテフロン（登録商標）フィルムやＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの耐候性フィルムを被着して、これらの光透過板、太陽電池素子および耐候性フィルムの重ね構造としたものである。この重ね構造物は矩形体をなし、この矩形体の周面にはアルミニウムなどの枠体が装着されている。また、太陽電池モジュールの裏側には接続箱が設けられ、ここに太陽電池モジュールの出力電力を取り込むターミナルが設けられている。

一方、リチュームイオン電池１２は小型、軽量、高耐圧特性で、体積エネルギ率（Ｗｈ／Ｌ）および重量エネルギ率（Ｗｈ／Ｋｇ）が高い２次電池で、図３に示すように太陽電池アレイ１１にケーブル１４を介して接続される。このリチュームイオン電池１２は太陽電池アレイ１１が出力する電圧を充電し、インバータ１３に対し必要かつ安定した直流電力を供給する。さらに、リチュームイオン電池１２には電力ケーブル１５を介してインバータ１３が接続され、このインバータ１３はそのリチュームイオン電池１２を介して供給される直流電力を交流電力に変換する。このインバータ１３の出力側には、その交流出力波形を正弦波に整える交流コンデンサや交流リアクトル（いずれも、図示しない）が接続されている。

ところで、かかる構成になる集合住宅等の電力供給装置は比較的軽量化かつ小形化されており、太陽電池アレイ１１の重量が例えば８ｋｇ、これに接続されるリチュームイオン電池１２は５０ｋｇ、リチュームイオン電池１２に接続されるインバータ１３は４．５ｋｇであり、それぞれを入居者が一人または二人で持ち運びできる重量である。そしてリチュームイオン電池１２およびインバータ１３は筐体の底部にキャスタ１６、１７をそれぞれ備えている。これによりリチュームイオン電池１２およびインバータ１３は、これらの設置作業時には床面上に軽快に移動または走行させることができる。

さらに、リチュームイオン電池１２は筐体の天部に一対の把手１８が取り付けられ、インバータ１３は筐体の天部に提手１９が取り付けられている（図３参照）。従って、これらの把手１８や提手１９に手を掛けることで、作業員によるリチュームイオン電池１２やインバータ１３の揚げ降ろしを容易化できる。インバータ１３には低圧系統用負荷の電圧取り出し口であるプラグ挿し込み口２０が並設されている。このため、太陽電池アレイ１１とともに、リチュームイオン電池１２およびインバータ１３のそれぞれを別々に運搬可能にしている。

前述のように、太陽電池アレイ１１およびリチュームイオン電池１２は電力ケーブル１４により接続され、リチュームイオン電池１２およびインバータ１３は電力ケーブル１５により接続されている。このため、これらの電力ケーブル１４、１５の接続作業も、キャスタ１６、１７がリチュームイオン電池１２およびインバータ１３の移動を軽快に行えるようにしているため、容易である。従って、かかる構成の電力供給装置は集合住宅Ｈやビルディングのバルコニー１上に容易に搬入、設置が可能であり、住宅や事務所で使用する低圧系統用の電力負荷に対する給電を簡単かつローコストに実現できる。

図４は、本実施形態による集合住宅等の電力供給装置の電気系統を概念的に示す回路図である。この回路図においては、太陽電池アレイ１１とリチュームイオン電池１２およびインバータ１３との間に直流電力検出器３１が接続されている。また、インバータ１３と電力負荷３２との間に電力切替器３３、負荷電力検出器３４および分電盤３８が直列接続されている。電力切替器３３は開閉器３５を介して低圧系統３６に接続されている。分電盤３８は図２に示すように戸別の室内側に設置され、この室内側の複数の電力負荷にインバータ１３を介して得られる交流電力を分配供給するとともに、前記電力切替器３３および開閉器３５を収納している。図４に示す符号３７は、各電力検出器３１、３４が検出した電力値を比較する電力比較器である。

この回路では、太陽電池アレイ１１が発生する直流電力をリチュームイオン電池１２に充電するとともに、このリチュームイオン電池１２によって安定化された直流電力がインバータ１３に供給される。インバータ１３は、その直流電力を商用周波数の交流電力に変換し、図３に示したプラグ差込口２０にプラグ（図示しない）が挿し込まれた前記電力ケーブル４、この電力ケーブル４端のプラグ５、コンセント６および分電盤３８を通じて低圧系統用の電力負荷３２、例えば家庭用の冷蔵庫、照明灯やファックスなどの事務機器に供給可能にしている。

一方、直流電力検出器３１はリチュームイオン電池１２の両端に得られる電力を検出し、負荷電力検出器３４は電力負荷３２で消費される電力を検出している。これらの各電力検出器３１、３４で検出された電力は電力比較器３７に入力され、電力比較器３７はその電力値の差分に応じた切替制御信号を電力切替器３３に入力する。

電力比較器３７は、直流電力検出器３１で検出された電力値Ａが負荷電力検出器３４で検出された電力値Ｂよりも十分に大きい場合には（Ａ＞Ｂ）、インバータ１３からの交流電力を分電盤３８を通して電力負荷３２に供給するように電力切替器３３を切り替えるとともに、開閉器３５を介して低圧系統３６へも供給（売電）する。一方、直流電力検出器３１で検出した電力値Ａが負荷電力検出器３４で検出された電力値Ｂに等しい場合には（Ａ＝Ｂ）、電力切替器３３はインバータ１３から低圧系統３６への電力供給を遮断し、電力負荷３２への電力供給を継続するように切り替える。

一方、直流電力検出器３１で検出された電力値Ａが負荷電力検出器３４で検出された電力値Ｂよりも低下した場合には（Ａ＜Ｂ）、電力切替器３３はインバータ１３から電力負荷３２への交流電力の供給を停止するとともに、開閉器３５を介して低圧系統３６からの電力を分電盤３８を通して電力負荷３２へ供給するように切り替えられる。この場合に、リチュームイオン電池１２の充電を継続しながら、低圧系統３６の電力を購入して電力負荷３２に継続して電力が供給される。これにより、電力負荷３２は無停電で動作または駆動が継続される。

従って、かかる構成の集合住宅等の電力供給装置は取扱いが容易で、汎用性が高く、太陽電池アレイ１１、リチュームイオン電池１２およびインバータ１３を集合住宅Ｈ等の戸別のバルコニー１に設置するのみで、戸別ごとの電力消費量に合ったクリーンエネルギ電力供給装置を簡単かつ安価に構築できる。

以上のように、本実施形態による集合住宅等の電力供給装置は、集合住宅等の戸別ごとのバルコニー１１に、このバルコニー１１上で太陽光を受けて直流電力を発生する太陽電池アレイ１１を設置し、この太陽電池アレイ１１が発生する直流電力をリチュームイオン電池１２に充電し、太陽電池アレイが発生する直流電力またはリチュームイオン電池１２が放電する直流電力をインバータ１３により交流電力に変換し、このインバータ１３が出力する交流電力を戸別ごとの複数の電力負荷に分配供給するようにした構成である。

従って、この電力供給装置では、集合住宅やビルディングの戸別の入居者が自ら購入してバルコニー等に設置した太陽電池アレイが発生する電力を、複数の電力負荷に安価かつ効率的に分配供給することができることとなる。この結果、化石燃料を使用しないクリーンエネルギの利用が戸別ごとに実現可能になる。

本考案にかかる集合住宅等の電力供給装置は、集合住宅やビルディングの戸別の入居者が自らバルコニー等に設置した太陽電池アレイが発生する電力を、各戸の複数の電力負荷に安価かつ効率的に分配供給することができるという効果を有し、太陽エネルギから得た電力を戸別の電力負荷に供給可能にする太陽光発電の電力供給装置等に有用である。

Ｈ 集合住宅
１ バルコニー
２ 設置台
３ 集電箱
４ 電力ケーブル
５ プラグ
６ コンセント
１１ 太陽電池アレイ
１２ リチュームイオン電池
１３ インバータ
１４、１５ 電力ケーブル
１６、１７ キャスタ
１８ 把手
１９ 提手
２０ プラグ差込口
３１ 直流電力検出器
３２ 電力負荷
３３ 電力切替器
３４ 負荷電力検出器
３５ 開閉器
３６ 低圧系統
３７ 電力比較器

Claims (3)

1. 集合住宅等の戸別のバルコニーに設置され、このバルコニー上で太陽光を受けて直流電力を発生する太陽電池アレイと、
   該太陽電池アレイが発生する直流電力を充電するリチュームイオン電池と、
   前記太陽電池アレイが発生する直流電力または前記リチュームイオン電池が放電する直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   該インバータが出力する交流電力を、前記戸別ごとの複数の電力負荷に分配供給する分電盤と、
   を備えることを特徴とする集合住宅等の電力供給装置。
2. 前記太陽電池アレイは、複数が列設され、折り畳み可能に連結されていることを特徴とする請求項１記載の集合住宅等の電力供給装置。
3. 前記太陽電池アレイは、折り畳み可能な載置台を備え、受光面の向きを調整可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１または２記載の集合住宅等の電力供給装置。

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