JP3609963B2 - 独立型太陽光発電方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電装置で発生した電力を負荷または電力変換装置等に供給する独立型太陽光発電方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の独立型太陽光発電システムのブロック構成図を図２に示す。１１は太陽光発電装置、１５−１，１５−２，１５−３は逆流阻止ダイオード、１２は負荷または電力変換装置、１４は電力蓄積装置、１３は充電器である。
【０００３】
太陽光発電装置１１で発生した電力は、逆流阻止ダイオード１５−１、充電器１３を介して電力蓄積装置１４に供給されるとともに、逆流阻止ダイオード１５−２を介して負荷または電力変換装置１２に供給される。太陽光発電装置１１の発電電力が負荷または電力変換装置１２の消費電力を下回った場合には、電力蓄積装置１４から逆流阻止ダイオード１５−３を介して不足分の電力を負荷または電力変換装置１２に供給する。
【０００４】
上記の構成を用いることにより、夜間、天候不順等により太陽光発電装置１１の発電電力が、負荷または電力変換装置１２の消費電力を下回った場合にも、負荷または電力変換装置１２に電力蓄積装置１４から電力を供給する事が可能となり、信頼性の高い独立型太陽光発電システムを構築することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
独立型太陽光発電システムでは、夜間もしくは長期の天候不順の場合にも負荷または電力変換装置に安定した電力を供給するために、大容量のバックアップ用電力蓄積装置が必要である。電力蓄積装置の定格容量は太陽光発電装置の定格容量に比べ大きく設計するため、例えば連続不日照補償日数を１０日程度でシステム設計した場合、快晴時の日中においても電力蓄積装置への１時間あたりの充電量は電力蓄積装置の容量の３％程度（０．０３Ｃ）と低率な電流値となる。電力蓄積装置として蓄電池、特にニッケル水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池等を用いた場合、このような低率充電では充電効率が大幅に低下し、電力蓄積装置が満充電に至らない場合があるため、システムが所望の信頼性を発揮できないという問題が生ずる。
【０００６】
この問題を解決するため、太陽光発電装置の容量を大きく設定することにより充電電力を増加させる方法等が考えられるが、この場合太陽光発電装置の大容量化に伴う高価格化や、充電器を流れる電流の増大による充電器を構成するスイッチング素子、リアクトル、コンデンサ等の大型化とそれに伴う充電器の高価格化を余儀なくされるという問題が生じる。
【０００７】
また太陽光発電装置の発電電力は、日射量に伴い変動するため、太陽光発電装置からの発電電力のみで電力蓄積装置を常時安定した電流・電圧で充電することは困難である。このような不安定な電流・電圧によって充電を行った場合、電力蓄積装置の電圧・温度が不規則に変動し、電力蓄積装置として蓄電池を用いた場合には満充電の検出が困難となる。その結果、過充電による電力蓄積装置の劣化・破壊、さらには電力蓄積装置の充電不足によるシステムの信頼性の低下が避けられない。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、発電電力の一定しない太陽光発電装置、例えば太陽電池の発電電力を一旦電気二重層キャパシタに蓄えることで、大容量の太陽電池を用いることなく、蓄電池を所望の電流・電圧で安全且つ高効率で充電を行うとともに、複数の充電器を流れる電力を低減させ、充電器の小型化、低価格化も実現することが可能な独立型太陽光発電方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の独立型太陽光発電方法は、太陽光発電装置の発電電力を蓄積する電力蓄積装置が満充電となった後、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め定められた放電中止電力量に達するまでの期間に、複数の充電器は前記太陽光発電装置あるいは前記電力蓄積装置から供給される電力によって、充電対象である任意の個数の蓄電池を定電流で充電し、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め決められた放電中止電力量に達した場合は、前記複数の充電器による前記充電対象である任意の個数の蓄電池の充電を中止することにより、前記電力蓄積装置の充電を行い、前記電力蓄積装置が満充電となった場合には前記複数の充電器により、再度前記充電対象である任意の個数の蓄電池の充電を開始するパルス定電流充電を実行することを特徴とする。
【００２０】
また本発明の独立型太陽光発電方法は、太陽光発電装置の発電電力を蓄積する電力蓄積装置が満充電となった後、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め定められた放電中止電力量に達するまでの期間に、複数の充電器は前記太陽光発電装置あるいは前記電力蓄積装置から供給される電力によって、充電対象である任意の個数の蓄電池を定電圧で充電し、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め決められた放電中止電力量に達した場合は、前記複数の充電器による前記充電対象である任意の個数の蓄電池の充電を中止することにより、前記電力蓄積装置の充電を行い、前記電力蓄積装置が満充電となった場合には前記複数の充電器により、再度前記充電対象である任意の個数の蓄電池の充電を開始するパルス定電圧充電を実行することを特徴とする。
【００２１】
また本発明の独立型太陽光発電方法は、太陽光発電装置の発電電力を蓄積する電力蓄積装置が満充電となった後、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め定められた放電中止電力量に達するまでの期間、複数の充電器は前記太陽光発電装置あるいは前記電力蓄積装置から供給される電力によって、充電対象である任意の個数の蓄電池を定電流で充電を行うステップと、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め決められた放電中止電力量に達した場合は、前記複数の充電器による前記充電対象である任意の個数の蓄電池の充電を中止し前記電力蓄積装置の充電を行うステップと、前記電力蓄積装置が満充電になった際には複数の充電器により充電対象である任意の個数の蓄電池を選択し充電を開始するステップと、前記充電対象である任意の個数の蓄電池のうち満充電に達した蓄電池を充電対象から外し、充電対象となっていなかった蓄電池のうちから新たに充電対象となる蓄電池を選択し充電を開始するステップとを具備することを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、上記独立型太陽光発電方法において、負荷への給電は、充電対象である任意の個数の蓄電池以外の蓄電池の出力側に接続されたスイッチをオンにすることで行うことを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、上記独立型太陽光発電方法において、負荷への給電は、充電対象となっている蓄電池が充電されている場合には前記充電対象となっている蓄電池の出力側に接続されたスイッチをオンにすることで行われ、前記充電対象となっている蓄電池が充電されていない場合には前記充電対象となっている蓄電池の出力側に接続されたスイッチをオフとし、前記充電対象となっている蓄電池以外の蓄電池の出力側に接続されたスイッチをオンにすることで行われることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態例を詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施形態例である独立型太陽光発電システムのブロック構成図であり、１は太陽光発電装置の一例としての太陽電池、２は電力変換装置の一例としてのコンバータ、３は電力検出器、４は電力蓄積装置の一例としての電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）、５は負荷、６−１〜６−ｐ〜６−ｎは充電器、７−１〜７−ｑ〜７−ｎはＮｉ−ＭＨ蓄電池（ニッケル水素蓄電池）、８−１〜８−ｒ〜８−ｎは逆流阻止ダイオード、９−１〜９−ｓ〜９−ｎはスイッチである。ｎは接続される蓄電池数である。
【００２６】
すなわち、太陽電池１は太陽光により電力を発生する。太陽電池１の出力側にはコンバータ２の入力側が接続され、コンバータ２の出力側には電力検出器３を介してＥＤＬＣ４と充電器６−１〜６−ｐ〜６−ｎの入力側がそれぞれ並列に接続され、充電器６−１〜６−ｐ〜６−ｎの出力側にはそれぞれ対応してＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎが接続される。前記Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎにはそれぞれ対応した逆流阻止ダイオード８−１〜８−ｒ〜８−ｎ及びスイッチ９−１〜９−ｓ〜９−ｎを介して負荷５が共通に接続される。
【００２７】
前記コンバータ２は、太陽電池１から最大の電力を取り出せるように、電圧と電流を常時変化させる機能である最大電力追従制御機能を有し、太陽電池１が最も効率よく太陽光を電力に変換する条件で発電動作させる機能を有する。またコンバータ２は出力電圧を所望の一定電圧とする機能も有する。
【００２８】
ＥＤＬＣ４が満充電になった後、ＥＤＬＣ４の電圧が予め決められた放電中止電圧Ｖ１に達するまでの期間、充電器６−１〜６−ｐ〜６−ｎは太陽電池１あるいはＥＤＬＣ４から供給される電力によってＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎのうち充電対象であるｍ個（１≦ｍ≦ｎ）のＮｉ−ＭＨ蓄電池を定電流もしくは定電圧充電し、ＥＤＬＣ４の電圧が予め決められた放電中止電圧Ｖ１に達した場合は充電対象であるｍ個のＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの充電を中止する。これによりＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの充電を行っていない場合には太陽電池１で発電された電力はＥＤＬＣ４の充電に費やされることになり、ＥＤＬＣ４が満充電になった際には充電器６−１〜６−ｐ〜６−ｎのより充電対象であるｍ個のＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの充電を再度行う、いわゆる間欠的なパルス定電流充電を実行することを特徴とする。
【００２９】
充電対象であるｍ個のＮｉ−ＭＨ蓄電池のうち少なくとも１つのＮｉ−ＭＨ蓄電池が満充電に達した場合には充電対象から除外し、充電対象となっていない他のＮｉ−ＭＨ蓄電池を順次順番通り充電を行っていくことを特徴とする。
【００３０】
負荷５への給電は、Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの充電が行われていない場合は、ｎ個のＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎのうち充電対象となっていないｎ−ｍ個のＮｉ−ＭＨ蓄電池から逆流阻止ダイオード８−１〜８−ｒ〜８−ｎ、スイッチ９−１〜９−ｓ〜９−ｎを介して行われ、Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの充電が行われている場合には同時に充電器６−１〜６−ｐ〜６−ｎから負荷５へ電力が供給される。
【００３１】
太陽電池１の容量、充電器６−１〜６−ｐ〜６−ｎ及びＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの個数ｎ、個々のＮｉ−ＭＨ蓄電池容量、一度に充電を行うＮｉ−ＭＨ蓄電池の個数ｍ等は例えば以下のようにして設定する。
【００３２】
負荷５の容量が例えば３０Ｗであり終夜給電が必要な場合、太陽電池１の容量は３５０Ｗ程度必要である。連続不日照補償日数を１５日間とするとＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの総容量は１０．８ｋＷｈ（１２Ｖ−９００Ａｈ）となる。充電器６−１〜６−ｐ〜６−ｎを安価で小形の部品を用いて構成できる場合の電流値が９．０Ａ程度で、Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎを最も効率よく充電できる電流量が０．１ＣＡである場合、個々のＮｉ−ＭＨ蓄電池の容量は１２Ｖ−９０Ａｈであり、ｎ＝１０となる。
【００３３】
太陽電池１が定格で発電した場合、充電に用いられる電流は負荷電力を差し引いた３２０Ｗであり、１つのＮｉ−ＭＨ蓄電池（１２Ｖ、９０Ａｈ）を０．１ＣＡ充電するのに１３０Ｗ程度必要であるから、余剰な発電電力を生じさせず、常に効率よく太陽電池を利用するためには
（太陽電池の発電電力）＜（負荷電力、充電に必要な電力）
という条件を満たすことが必要であるので、ｍ≧３（１３０Ｗ×３＝３９０Ｗ）となる。
【００３４】
次にｍ＝３の場合における独立型太陽光発電システムの動作を図３と図４及び図５を用いて説明する。図３は本発明の一実施形態例である独立型太陽光発電システムの太陽電池の発電量と電気二重層キャパシタ及び蓄電池の充放電動作の関係を示す特性図であり、図４及び図５は本発明の一実施形態例である独立型太陽光発電システムにおけるＮｉ−ＭＨ蓄電池とＥＤＬＣの充放電動作を示すフローチャートである。
【００３５】
太陽電池１から晴天時の日中には最大３５０Ｗの発電電力が得られる。Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎはそれぞれ１２Ｖ−９０Ａｈである。Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの充電順位ｆｎ を定義すると（ｎはＮｉ−ＭＨ蓄電池番号）、図１でのｍ，ｎの値をそれぞれｍ＝３，ｎ＝１０とした場合、初期状態での充電対象のＮｉ−ＭＨ蓄電池は７−１〜７−３であり、充電順位ｆｎ はそれぞれｆ１ ＝１，ｆ２ ＝２，ｆ３ ＝３と表され、一方放電対象のＮｉ−ＭＨ蓄電池は７−４〜７−１０であり、充電順位ｆｎ はそれぞれｆ４ ＝４〜ｆ１０＝１０と表すことができる。
【００３６】
充電順位ｆｎ ≧４であるＮｉ−ＭＨ蓄電池は７−４〜７−１０に対応するスイッチ９−４〜９−１０をオン（ＯＮ）にし（図４のステップＳＴ２）、負荷５に給電を行う（図３の期間Ａ）。コンバータ２を最大電力追従制御（ＭＰＰＴモード）で動作させ（ステップＳＴ３）太陽電池１から電力を取り出し、一旦容量３２Ｖ−５０ＦのＥＤＬＣ４の充電を行う（図３の期間Ａ）。太陽電池１の出力電力Ｐが３５０Ｗ得られる場合では、約１分間でＥＤＬＣ４は満充電に達する。ＥＤＬＣ４の満充電はＥＤＬＣ電圧Ｖｅが最大定格電圧Ｖｈと等しくなったことで判断される（ステップＳＴ４）。Ｎｉ−ＭＨ蓄電池と負荷への給電に必要な電力が太陽電池１の発電電力Ｐを下回り、発電電力をロスすることがないように発電電力Ｐを電力検出器３で計測し、同時に充電を行うＮｉ−ＭＨ蓄電池の数を判断する（ステップＳＴ５）。なお最大電力追従制御（ＭＰＰＴモード）で動作させるのは、太陽電池１の発電電力Ｐは図３に示されるように一定ではないので、各時刻で電力を最大に取れるように電流や電圧を制御するためである。
【００３７】
ステップＳＴ５で、太陽電池１の発電電力が負荷と２個のＮｉ−ＭＨ蓄電池の充電に必要な電力以上（Ｐ＞３１０Ｗ）と判断されると、３個のＮｉ−ＭＨ蓄電池を同時に充電するため充電順位ｆｎ ≦３となっているＮｉ−ＭＨ蓄電池に対応する充電器を動作（ＯＮ）させ（ステップＳＴ６）、発電電力Ｐを負荷へ供給するために充電順位ｆｎ ≦３となっているＮｉ−ＭＨ蓄電池に対応するスイッチをオン（ＯＮ）にする（ステップＳＴ７）。太陽電池１あるいはＥＤＬＣ４から供給される電力によって充電順位ｆ１ 〜ｆ３のＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１ 〜７−３ は定電流充電され（図３の期間Ｂ）、かつ負荷５にも逆流阻止ダイオード８−１ 〜８−３とスイッチ９−１ 〜９−３を通して給電される。
【００３８】
ステップＳＴ８で充電順位がｆ１ 〜ｆ３ であるＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１ 〜７−３が満充電に達する前に、ステップＳＴ９でＥＤＬＣ電圧のＶｅが放電中止電圧Ｖ１以下になった場合は、充電順位が３以下のＮｉ−ＭＨ蓄電池に対応するスイッチをオフ（ＯＦＦ）とし（ステップＳＴ１０）、充電順位が３以下のＮｉ−ＭＨ蓄電池に対応する充電器を停止（ＯＦＦ）させる（ステップＳＴ１１）。これにより再度ＥＤＬＣ４が充電され（図３の期間Ａ）、ＥＤＬＣ４が満充電となった後（ステップＳＴ４）にステップＳＴ５で再度同時に充電を行うＮｉ−ＭＨ蓄電池の数を判断する。
【００３９】
一方、ステップＳＴ８で充電順位がｆ１ 〜ｆ３ であるＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−３のうち少くともひとつが満充電となると、満充電になったＮｉ−ＭＨ蓄電池に対応する充電器をオフ（ＯＦＦ）とし（ステップＳＴ１２）、満充電になったＮｉ−ＭＨ蓄電池の充電順位ｆｎ をｆｎ ＝１０とする（ステップＳＴ１３）。また満充電に至らなかった全てのＮｉ−ＭＨ蓄電池について、充電順位ｆｎ の小さい順から再度１〜９の充電順位を与え（ステップＳＴ１４）、新たに充電順位ｆｎ ＝３となったＮｉ−ＭＨ蓄電池に対応する充電器をオン（ＯＮ）にする（ステップＳＴ１５）。このような制御を行うことで、常に充電の対象となるＮｉ−ＭＨ蓄電池の数は３個と一定し、全てのＮｉ−ＭＨ蓄電池に対して順番通り充電と放電を行うことが可能となる。
【００４０】
またステップＳＴ５でＰ≦３１０Ｗであると判断されるとステップＳＴ１６において再度充電を行う蓄電池数が決定され、２個の場合はステップＳＴ１７へ移行して、ステップＳＴ１７〜ステップＳＴ２８が上記ステップＳＴ６〜ステップＳＴ１５と同様に処理され、１個の場合はステップＳＴ２９へ移行して、ステップＳＴ２９〜ステップＳＴ４０が上記ステップＳＴ６〜ステップＳＴ１５と同様に処理される。
【００４１】
上述のような繰り返し充放電制御を行うことで、複数のＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎについて所望の電流・電圧により間欠充電を行うことが可能となるため、Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの満充電検出が容易になり、Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの過充電・充電不足といった危険を回避することが可能となる。またＮｉ−ＭＨ蓄電池を分割することで充電器を流れる電流を低減させ、充電器の小型化、低価格化も実現することが可能となる。
【００４２】
以上本発明の実施形態例につき説明したが、本発明は、必ずしも上述した手段及び手法に限定されるものではなく、本発明にいう目的を達成し、本発明にいう効果を有する範囲において適宜に変更実施することが可能なものである。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、太陽光発電装置の発電電力を電気二重層キャパシタに一旦蓄えてから複数の蓄電池の充電を行うため、大容量の太陽光発電装置を用いることなく所望の電流・電圧によって複数の蓄電池の充電を行うことが可能となる。そのため満充電検出が容易になり、複数の蓄電池の過充電・充電不足といった危険を回避することが可能となる。また蓄電池を分割することで充電器を流れる電流を低減させ、充電器の小型化、低価格化も実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る独立型太陽光発電システムのブロック構成図である。
【図２】従来の独立型太陽光発電システムのブロック構成図である。
【図３】本発明の一実施形態例である独立型太陽光発電システムの太陽電池の発電量と電気二重層キャパシタ及び蓄電池の充放電動作の関係を示す特性図である。
【図４】本発明の一実施形態例である独立型太陽光発電システムのＮｉ−ＭＨ蓄電池と電気二重層キャパシタの充放電動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態例である独立型太陽光発電システムのＮｉ−ＭＨ蓄電池と電気二重層キャパシタの充放電動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 太陽電池
２ コンバータ
３ 電力検出器
４ 電気二重層キャパシタ
５ 負荷
６−１〜６−ｐ〜６−ｎ 充電器
７−１〜７−ｑ〜７−ｎ Ｎｉ−ＭＨ蓄電池
８−１〜８−ｒ〜８−ｎ 逆流阻止ダイオード
９−１〜９−ｓ〜９−ｎ スイッチ
１１ 太陽光発電装置
１２ 負荷又は電力変換装置
１３ 充電器
１４ 電力蓄積装置
１５−１，１５−２，１５−３ 逆流阻止ダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電装置で発生した電力を負荷または電力変換装置等に供給する独立型太陽光発電方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の独立型太陽光発電システムのブロック構成図を図２に示す。１１は太陽光発電装置、１５−１，１５−２，１５−３は逆流阻止ダイオード、１２は負荷または電力変換装置、１４は電力蓄積装置、１３は充電器である。
【０００３】
太陽光発電装置１１で発生した電力は、逆流阻止ダイオード１５−１、充電器１３を介して電力蓄積装置１４に供給されるとともに、逆流阻止ダイオード１５−２を介して負荷または電力変換装置１２に供給される。太陽光発電装置１１の発電電力が負荷または電力変換装置１２の消費電力を下回った場合には、電力蓄積装置１４から逆流阻止ダイオード１５−３を介して不足分の電力を負荷または電力変換装置１２に供給する。
【０００４】
上記の構成を用いることにより、夜間、天候不順等により太陽光発電装置１１の発電電力が、負荷または電力変換装置１２の消費電力を下回った場合にも、負荷または電力変換装置１２に電力蓄積装置１４から電力を供給する事が可能となり、信頼性の高い独立型太陽光発電システムを構築することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
独立型太陽光発電システムでは、夜間もしくは長期の天候不順の場合にも負荷または電力変換装置に安定した電力を供給するために、大容量のバックアップ用電力蓄積装置が必要である。電力蓄積装置の定格容量は太陽光発電装置の定格容量に比べ大きく設計するため、例えば連続不日照補償日数を１０日程度でシステム設計した場合、快晴時の日中においても電力蓄積装置への１時間あたりの充電量は電力蓄積装置の容量の３％程度（０．０３Ｃ）と低率な電流値となる。電力蓄積装置として蓄電池、特にニッケル水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池等を用いた場合、このような低率充電では充電効率が大幅に低下し、電力蓄積装置が満充電に至らない場合があるため、システムが所望の信頼性を発揮できないという問題が生ずる。
【０００６】
この問題を解決するため、太陽光発電装置の容量を大きく設定することにより充電電力を増加させる方法等が考えられるが、この場合太陽光発電装置の大容量化に伴う高価格化や、充電器を流れる電流の増大による充電器を構成するスイッチング素子、リアクトル、コンデンサ等の大型化とそれに伴う充電器の高価格化を余儀なくされるという問題が生じる。
【０００７】
また太陽光発電装置の発電電力は、日射量に伴い変動するため、太陽光発電装置からの発電電力のみで電力蓄積装置を常時安定した電流・電圧で充電することは困難である。このような不安定な電流・電圧によって充電を行った場合、電力蓄積装置の電圧・温度が不規則に変動し、電力蓄積装置として蓄電池を用いた場合には満充電の検出が困難となる。その結果、過充電による電力蓄積装置の劣化・破壊、さらには電力蓄積装置の充電不足によるシステムの信頼性の低下が避けられない。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、発電電力の一定しない太陽光発電装置、例えば太陽電池の発電電力を一旦電気二重層キャパシタに蓄えることで、大容量の太陽電池を用いることなく、蓄電池を所望の電流・電圧で安全且つ高効率で充電を行うとともに、複数の充電器を流れる電力を低減させ、充電器の小型化、低価格化も実現することが可能な独立型太陽光発電方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の独立型太陽光発電方法は、太陽光発電装置の発電電力を蓄積する電力蓄積装置が満充電となった後、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め定められた放電中止電力量に達するまでの期間に、複数の充電器は前記太陽光発電装置あるいは前記電力蓄積装置から供給される電力によって、充電対象である任意の個数の蓄電池を定電流で充電し、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め決められた放電中止電力量に達した場合は、前記複数の充電器による前記充電対象である任意の個数の蓄電池の充電を中止することにより、前記電力蓄積装置の充電を行い、前記電力蓄積装置が満充電となった場合には前記複数の充電器により、再度前記充電対象である任意の個数の蓄電池の充電を開始するパルス定電流充電を実行することを特徴とする。
【００２０】
また本発明の独立型太陽光発電方法は、太陽光発電装置の発電電力を蓄積する電力蓄積装置が満充電となった後、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め定められた放電中止電力量に達するまでの期間に、複数の充電器は前記太陽光発電装置あるいは前記電力蓄積装置から供給される電力によって、充電対象である任意の個数の蓄電池を定電圧で充電し、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め決められた放電中止電力量に達した場合は、前記複数の充電器による前記充電対象である任意の個数の蓄電池の充電を中止することにより、前記電力蓄積装置の充電を行い、前記電力蓄積装置が満充電となった場合には前記複数の充電器により、再度前記充電対象である任意の個数の蓄電池の充電を開始するパルス定電圧充電を実行することを特徴とする。
【００２１】
また本発明の独立型太陽光発電方法は、太陽光発電装置の発電電力を蓄積する電力蓄積装置が満充電となった後、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め定められた放電中止電力量に達するまでの期間、複数の充電器は前記太陽光発電装置あるいは前記電力蓄積装置から供給される電力によって、充電対象である任意の個数の蓄電池を定電流で充電を行うステップと、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め決められた放電中止電力量に達した場合は、前記複数の充電器による前記充電対象である任意の個数の蓄電池の充電を中止し前記電力蓄積装置の充電を行うステップと、前記電力蓄積装置が満充電になった際には複数の充電器により充電対象である任意の個数の蓄電池を選択し充電を開始するステップと、前記充電対象である任意の個数の蓄電池のうち満充電に達した蓄電池を充電対象から外し、充電対象となっていなかった蓄電池のうちから新たに充電対象となる蓄電池を選択し充電を開始するステップとを具備することを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、上記独立型太陽光発電方法において、負荷への給電は、充電対象である任意の個数の蓄電池以外の蓄電池の出力側に接続されたスイッチをオンにすることで行うことを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、上記独立型太陽光発電方法において、負荷への給電は、充電対象となっている蓄電池が充電されている場合には前記充電対象となっている蓄電池の出力側に接続されたスイッチをオンにすることで行われ、前記充電対象となっている蓄電池が充電されていない場合には前記充電対象となっている蓄電池の出力側に接続されたスイッチをオフとし、前記充電対象となっている蓄電池以外の蓄電池の出力側に接続されたスイッチをオンにすることで行われることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態例を詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施形態例である独立型太陽光発電システムのブロック構成図であり、１は太陽光発電装置の一例としての太陽電池、２は電力変換装置の一例としてのコンバータ、３は電力検出器、４は電力蓄積装置の一例としての電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）、５は負荷、６−１〜６−ｐ〜６−ｎは充電器、７−１〜７−ｑ〜７−ｎはＮｉ−ＭＨ蓄電池（ニッケル水素蓄電池）、８−１〜８−ｒ〜８−ｎは逆流阻止ダイオード、９−１〜９−ｓ〜９−ｎはスイッチである。ｎは接続される蓄電池数である。
【００２６】
すなわち、太陽電池１は太陽光により電力を発生する。太陽電池１の出力側にはコンバータ２の入力側が接続され、コンバータ２の出力側には電力検出器３を介してＥＤＬＣ４と充電器６−１〜６−ｐ〜６−ｎの入力側がそれぞれ並列に接続され、充電器６−１〜６−ｐ〜６−ｎの出力側にはそれぞれ対応してＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎが接続される。前記Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎにはそれぞれ対応した逆流阻止ダイオード８−１〜８−ｒ〜８−ｎ及びスイッチ９−１〜９−ｓ〜９−ｎを介して負荷５が共通に接続される。
【００２７】
前記コンバータ２は、太陽電池１から最大の電力を取り出せるように、電圧と電流を常時変化させる機能である最大電力追従制御機能を有し、太陽電池１が最も効率よく太陽光を電力に変換する条件で発電動作させる機能を有する。またコンバータ２は出力電圧を所望の一定電圧とする機能も有する。
【００２８】
ＥＤＬＣ４が満充電になった後、ＥＤＬＣ４の電圧が予め決められた放電中止電圧Ｖ１に達するまでの期間、充電器６−１〜６−ｐ〜６−ｎは太陽電池１あるいはＥＤＬＣ４から供給される電力によってＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎのうち充電対象であるｍ個（１≦ｍ≦ｎ）のＮｉ−ＭＨ蓄電池を定電流もしくは定電圧充電し、ＥＤＬＣ４の電圧が予め決められた放電中止電圧Ｖ１に達した場合は充電対象であるｍ個のＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの充電を中止する。これによりＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの充電を行っていない場合には太陽電池１で発電された電力はＥＤＬＣ４の充電に費やされることになり、ＥＤＬＣ４が満充電になった際には充電器６−１〜６−ｐ〜６−ｎのより充電対象であるｍ個のＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの充電を再度行う、いわゆる間欠的なパルス定電流充電を実行することを特徴とする。
【００２９】
充電対象であるｍ個のＮｉ−ＭＨ蓄電池のうち少なくとも１つのＮｉ−ＭＨ蓄電池が満充電に達した場合には充電対象から除外し、充電対象となっていない他のＮｉ−ＭＨ蓄電池を順次順番通り充電を行っていくことを特徴とする。
【００３０】
負荷５への給電は、Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの充電が行われていない場合は、ｎ個のＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎのうち充電対象となっていないｎ−ｍ個のＮｉ−ＭＨ蓄電池から逆流阻止ダイオード８−１〜８−ｒ〜８−ｎ、スイッチ９−１〜９−ｓ〜９−ｎを介して行われ、Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの充電が行われている場合には同時に充電器６−１〜６−ｐ〜６−ｎから負荷５へ電力が供給される。
【００３１】
太陽電池１の容量、充電器６−１〜６−ｐ〜６−ｎ及びＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの個数ｎ、個々のＮｉ−ＭＨ蓄電池容量、一度に充電を行うＮｉ−ＭＨ蓄電池の個数ｍ等は例えば以下のようにして設定する。
【００３２】
負荷５の容量が例えば３０Ｗであり終夜給電が必要な場合、太陽電池１の容量は３５０Ｗ程度必要である。連続不日照補償日数を１５日間とするとＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの総容量は１０．８ｋＷｈ（１２Ｖ−９００Ａｈ）となる。充電器６−１〜６−ｐ〜６−ｎを安価で小形の部品を用いて構成できる場合の電流値が９．０Ａ程度で、Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎを最も効率よく充電できる電流量が０．１ＣＡである場合、個々のＮｉ−ＭＨ蓄電池の容量は１２Ｖ−９０Ａｈであり、ｎ＝１０となる。
【００３３】
太陽電池１が定格で発電した場合、充電に用いられる電流は負荷電力を差し引いた３２０Ｗであり、１つのＮｉ−ＭＨ蓄電池（１２Ｖ、９０Ａｈ）を０．１ＣＡ充電するのに１３０Ｗ程度必要であるから、余剰な発電電力を生じさせず、常に効率よく太陽電池を利用するためには
（太陽電池の発電電力）＜（負荷電力、充電に必要な電力）
という条件を満たすことが必要であるので、ｍ≧３（１３０Ｗ×３＝３９０Ｗ）となる。
【００３４】
次にｍ＝３の場合における独立型太陽光発電システムの動作を図３と図４及び図５を用いて説明する。図３は本発明の一実施形態例である独立型太陽光発電システムの太陽電池の発電量と電気二重層キャパシタ及び蓄電池の充放電動作の関係を示す特性図であり、図４及び図５は本発明の一実施形態例である独立型太陽光発電システムにおけるＮｉ−ＭＨ蓄電池とＥＤＬＣの充放電動作を示すフローチャートである。
【００３５】
太陽電池１から晴天時の日中には最大３５０Ｗの発電電力が得られる。Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎはそれぞれ１２Ｖ−９０Ａｈである。Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの充電順位ｆｎ を定義すると（ｎはＮｉ−ＭＨ蓄電池番号）、図１でのｍ，ｎの値をそれぞれｍ＝３，ｎ＝１０とした場合、初期状態での充電対象のＮｉ−ＭＨ蓄電池は７−１〜７−３であり、充電順位ｆｎ はそれぞれｆ１ ＝１，ｆ２ ＝２，ｆ３ ＝３と表され、一方放電対象のＮｉ−ＭＨ蓄電池は７−４〜７−１０であり、充電順位ｆｎ はそれぞれｆ４ ＝４〜ｆ１０＝１０と表すことができる。
【００３６】
充電順位ｆｎ ≧４であるＮｉ−ＭＨ蓄電池は７−４〜７−１０に対応するスイッチ９−４〜９−１０をオン（ＯＮ）にし（図４のステップＳＴ２）、負荷５に給電を行う（図３の期間Ａ）。コンバータ２を最大電力追従制御（ＭＰＰＴモード）で動作させ（ステップＳＴ３）太陽電池１から電力を取り出し、一旦容量３２Ｖ−５０ＦのＥＤＬＣ４の充電を行う（図３の期間Ａ）。太陽電池１の出力電力Ｐが３５０Ｗ得られる場合では、約１分間でＥＤＬＣ４は満充電に達する。ＥＤＬＣ４の満充電はＥＤＬＣ電圧Ｖｅが最大定格電圧Ｖｈと等しくなったことで判断される（ステップＳＴ４）。Ｎｉ−ＭＨ蓄電池と負荷への給電に必要な電力が太陽電池１の発電電力Ｐを下回り、発電電力をロスすることがないように発電電力Ｐを電力検出器３で計測し、同時に充電を行うＮｉ−ＭＨ蓄電池の数を判断する（ステップＳＴ５）。なお最大電力追従制御（ＭＰＰＴモード）で動作させるのは、太陽電池１の発電電力Ｐは図３に示されるように一定ではないので、各時刻で電力を最大に取れるように電流や電圧を制御するためである。
【００３７】
ステップＳＴ５で、太陽電池１の発電電力が負荷と２個のＮｉ−ＭＨ蓄電池の充電に必要な電力以上（Ｐ＞３１０Ｗ）と判断されると、３個のＮｉ−ＭＨ蓄電池を同時に充電するため充電順位ｆｎ ≦３となっているＮｉ−ＭＨ蓄電池に対応する充電器を動作（ＯＮ）させ（ステップＳＴ６）、発電電力Ｐを負荷へ供給するために充電順位ｆｎ ≦３となっているＮｉ−ＭＨ蓄電池に対応するスイッチをオン（ＯＮ）にする（ステップＳＴ７）。太陽電池１あるいはＥＤＬＣ４から供給される電力によって充電順位ｆ１ 〜ｆ３のＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１ 〜７−３ は定電流充電され（図３の期間Ｂ）、かつ負荷５にも逆流阻止ダイオード８−１ 〜８−３とスイッチ９−１ 〜９−３を通して給電される。
【００３８】
ステップＳＴ８で充電順位がｆ１ 〜ｆ３ であるＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１ 〜７−３が満充電に達する前に、ステップＳＴ９でＥＤＬＣ電圧のＶｅが放電中止電圧Ｖ１以下になった場合は、充電順位が３以下のＮｉ−ＭＨ蓄電池に対応するスイッチをオフ（ＯＦＦ）とし（ステップＳＴ１０）、充電順位が３以下のＮｉ−ＭＨ蓄電池に対応する充電器を停止（ＯＦＦ）させる（ステップＳＴ１１）。これにより再度ＥＤＬＣ４が充電され（図３の期間Ａ）、ＥＤＬＣ４が満充電となった後（ステップＳＴ４）にステップＳＴ５で再度同時に充電を行うＮｉ−ＭＨ蓄電池の数を判断する。
【００３９】
一方、ステップＳＴ８で充電順位がｆ１ 〜ｆ３ であるＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−３のうち少くともひとつが満充電となると、満充電になったＮｉ−ＭＨ蓄電池に対応する充電器をオフ（ＯＦＦ）とし（ステップＳＴ１２）、満充電になったＮｉ−ＭＨ蓄電池の充電順位ｆｎ をｆｎ ＝１０とする（ステップＳＴ１３）。また満充電に至らなかった全てのＮｉ−ＭＨ蓄電池について、充電順位ｆｎ の小さい順から再度１〜９の充電順位を与え（ステップＳＴ１４）、新たに充電順位ｆｎ ＝３となったＮｉ−ＭＨ蓄電池に対応する充電器をオン（ＯＮ）にする（ステップＳＴ１５）。このような制御を行うことで、常に充電の対象となるＮｉ−ＭＨ蓄電池の数は３個と一定し、全てのＮｉ−ＭＨ蓄電池に対して順番通り充電と放電を行うことが可能となる。
【００４０】
またステップＳＴ５でＰ≦３１０Ｗであると判断されるとステップＳＴ１６において再度充電を行う蓄電池数が決定され、２個の場合はステップＳＴ１７へ移行して、ステップＳＴ１７〜ステップＳＴ２８が上記ステップＳＴ６〜ステップＳＴ１５と同様に処理され、１個の場合はステップＳＴ２９へ移行して、ステップＳＴ２９〜ステップＳＴ４０が上記ステップＳＴ６〜ステップＳＴ１５と同様に処理される。
【００４１】
上述のような繰り返し充放電制御を行うことで、複数のＮｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎについて所望の電流・電圧により間欠充電を行うことが可能となるため、Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの満充電検出が容易になり、Ｎｉ−ＭＨ蓄電池７−１〜７−ｑ〜７−ｎの過充電・充電不足といった危険を回避することが可能となる。またＮｉ−ＭＨ蓄電池を分割することで充電器を流れる電流を低減させ、充電器の小型化、低価格化も実現することが可能となる。
【００４２】
以上本発明の実施形態例につき説明したが、本発明は、必ずしも上述した手段及び手法に限定されるものではなく、本発明にいう目的を達成し、本発明にいう効果を有する範囲において適宜に変更実施することが可能なものである。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、太陽光発電装置の発電電力を電気二重層キャパシタに一旦蓄えてから複数の蓄電池の充電を行うため、大容量の太陽光発電装置を用いることなく所望の電流・電圧によって複数の蓄電池の充電を行うことが可能となる。そのため満充電検出が容易になり、複数の蓄電池の過充電・充電不足といった危険を回避することが可能となる。また蓄電池を分割することで充電器を流れる電流を低減させ、充電器の小型化、低価格化も実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る独立型太陽光発電システムのブロック構成図である。
【図２】従来の独立型太陽光発電システムのブロック構成図である。
【図３】本発明の一実施形態例である独立型太陽光発電システムの太陽電池の発電量と電気二重層キャパシタ及び蓄電池の充放電動作の関係を示す特性図である。
【図４】本発明の一実施形態例である独立型太陽光発電システムのＮｉ−ＭＨ蓄電池と電気二重層キャパシタの充放電動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態例である独立型太陽光発電システムのＮｉ−ＭＨ蓄電池と電気二重層キャパシタの充放電動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 太陽電池
２ コンバータ
３ 電力検出器
４ 電気二重層キャパシタ
５ 負荷
６−１〜６−ｐ〜６−ｎ 充電器
７−１〜７−ｑ〜７−ｎ Ｎｉ−ＭＨ蓄電池
８−１〜８−ｒ〜８−ｎ 逆流阻止ダイオード
９−１〜９−ｓ〜９−ｎ スイッチ
１１ 太陽光発電装置
１２ 負荷又は電力変換装置
１３ 充電器
１４ 電力蓄積装置
１５−１，１５−２，１５−３ 逆流阻止ダイオード
Claims (5)
- 太陽光発電装置の発電電力を蓄積する電力蓄積装置が満充電となった後、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め定められた放電中止電力量に達するまでの期間に、複数の充電器は前記太陽光発電装置あるいは前記電力蓄積装置から供給される電力によって、充電対象である任意の個数の蓄電池を定電流で充電し、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め決められた放電中止電力量に達した場合は、前記複数の充電器による前記充電対象である任意の個数の蓄電池の充電を中止することにより、前記電力蓄積装置の充電を行い、前記電力蓄積装置が満充電となった場合には前記複数の充電器により、再度前記充電対象である任意の個数の蓄電池の充電を開始するパルス定電流充電を実行することを特徴とする独立型太陽光発電方法。
- 太陽光発電装置の発電電力を蓄積する電力蓄積装置が満充電となった後、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め定められた放電中止電力量に達するまでの期間に、複数の充電器は前記太陽光発電装置あるいは前記電力蓄積装置から供給される電力によって、充電対象である任意の個数の蓄電池を定電圧で充電し、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め決められた放電中止電力量に達した場合は、前記複数の充電器による前記充電対象である任意の個数の蓄電池の充電を中止することにより、前記電力蓄積装置の充電を行い、前記電力蓄積装置が満充電となった場合には前記複数の充電器により、再度前記充電対象である任意の個数の蓄電池の充電を開始するパルス定電圧充電を実行することを特徴とする独立型太陽光発電方法。
- 太陽光発電装置の発電電力を蓄積する電力蓄積装置が満充電となった後、前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め定められた放電中止電力量に達するまでの期間、複数の充電器は前記太陽光発電装置あるいは前記電力蓄積装置から供給される電力によって、充電対象である任意の個数の蓄電池を定電流で充電を行うステップと、
前記電力蓄積装置に蓄えられた電力量が予め決められた放電中止電力量に達した場合は、前記複数の充電器による前記充電対象である任意の個数の蓄電池の充電を中止し前記電力蓄積装置の充電を行うステップと、
前記電力蓄積装置が満充電になった際には複数の充電器により充電対象である任意の個数の蓄電池を選択し充電を開始するステップと、
前記充電対象である任意の個数の蓄電池のうち満充電に達した蓄電池を充電対象から外し、充電対象となっていなかった蓄電池のうちから新たに充電対象となる蓄電池を選択し充電を開始するステップと
を具備することを特徴とする独立型太陽光発電方法。 - 負荷への給電は、充電対象である任意の個数の蓄電池以外の蓄電池の出力側に接続されたスイッチをオンにすることで行うことを特徴とする請求項１、２又は３記載の独立型太陽光発電方法。
- 負荷への給電は、充電対象となっている蓄電池が充電されている場合には前記充電対象となっている蓄電池の出力側に接続されたスイッチをオンにすることで行われ、前記充電対象となっている蓄電池が充電されていない場合には前記充電対象となっている蓄電池の出力側に接続されたスイッチをオフとし、前記充電対象となっている蓄電池以外の蓄電池の出力側に接続されたスイッチをオンにすることで行われることを特徴とする請求項１、２又は３記載の独立型太陽光発電方法。
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