JP3619289B2 - 電力供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に交流もしくは直流の主電源、及びこの主電源に並列的に接続した太陽電池等の補助直流電源から電力供給を行うように成した電力供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
近年、無尽蔵かつ無公害の太陽光エネルギーを有効利用するために、太陽電池により発電を行わせて、その発電電力で電気機器を作動させることが行われている。例えば、太陽電池による発電電力は直流電力であるので、通常は商用電源で動作する負荷に太陽電池からの発電電力を供給するためには、太陽電池と負荷とを直流電力を交流電力に変換するインバータを介して接続し、太陽電池側の回路を交流側に系統連系して電力供給する太陽光発電システムが一般に採用されている。
【０００３】
しかしながら、上述した従来のシステムでは以下に示すような問題がある。すなわち、インバータを用いて太陽電池側の回路を交流側と系統連系するようなシステムでは、負荷電流が小さくなったり停電したような場合に、商用電源側に太陽電池で発電された電力が逆潮流する可能性があり、これを極力防止するため、商用電源側が停電時に太陽電池による発電電力で負荷が単独作動しないようにする保護回路を設けたり、電圧や周波数が変動したときに商用電源側を保護するといった、いわゆる保護協調回路等が必要となり、これにより装置全体が大型化・複雑化するのである。
【０００４】
そこで、本発明はこのような問題を解消するために案出されたのであって、簡便な構成で、交流電源や直流電源などの主電源の電力及び発電手段の発電電力を有効に活用することができ、長寿命の優れた電力供給装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電力供給装置は、交流の主電源と、該主電源に対して並列的に設けた補助直流電源との双方から負荷へ電力供給を行う電力供給装置であって、前記主電源と前記負荷とを前記主電源の交流出力を直流出力に変換する出力変換手段を介して接続するとともに、前記補助直流電源と前記負荷とを前記出力変換手段からの出力電圧より高い電圧に昇圧する昇圧手段を介して接続して成り、前記出力変換手段は、前記負荷への電圧を安定化する電圧安定化回路を含むとともに、前記主電源及び前記補助直流電源の双方から前記負荷へ電力が供給されるとき、前記負荷の電圧が上昇しないように、前記電圧安定化回路からの出力電圧を制御することを特徴とする。
【０００６】
なお、出力変換手段は例えば整流・平滑回路や電圧安定化回路等を含む。
【０００７】
また、直流の主電源と、該主電源に対して並列的に設けた補助直流電源との双方から負荷へ電力供給を行う電力供給装置であって、前記主電源と前記負荷とを前記負荷への電圧を安定化する電圧安定化回路を介して接続するとともに、前記補助直流電源と前記負荷とを前記補助直流電源の出力電圧を前記主電源より高い電圧に昇圧する昇圧手段を介して接続して成り、前記電圧安定化回路は、前記主電源及び前記補助直流電源の双方から前記負荷へ電力が供給されるとき、前記負荷の電圧が上昇しないように、この電圧安定化回路からの出力電圧を制御することを特徴とする。
【０００８】
上記構成の電力供給装置によれば、補助直流電源の出力電圧が主電源の出力電圧より高く制御するので、通常は補助直流電源から負荷へ電力が供給される。補助直流電源だけでは負荷への電力が賄えない場合には、主電源及び補助直流電源の双方から負荷へ電力が供給される。すなわち、主電源＋補助直流電源で電力が供給されたとき、電力供給過多で負荷の電圧が上昇したら、主電源の出力変換手段（電圧安定化回路等を含む）が出力を絞るので、補助電源からの制御されていない電力が優先して使われることになる。このような制御をしているために補助電源優先の電力供給が実現される。
【０００９】
例えば、特に主電源として商用電源を、補助直流電源として太陽電池を用い、交通信号機等のランプに電力供給するような場合に、昼間は太陽電池からの発電電力が優先的に供給され、昼間の商用電源による電力消費を極力低減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る具体的な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
以下に、一実施例として、交通信号機のランプへの主電源である商用電源からの電力供給路に補助直流電源である太陽電池を接続し、商用電源と太陽電池との双方から負荷のランプへ電力供給を行う電力供給装置について説明する。
【００１１】
図１に示すように、電力供給装置Ｓは、商用電源１と負荷Ｌとを商用電源１の交流出力を直流出力に変換する出力変換手段１０（整流・平滑回路２，整流・平滑回路２の出力側に接続された電圧安定化回路４，主電源側電圧検出器７）を介して接続するとともに、太陽電池３とランプＬとを電圧安定化回路４からの出力電圧より高い電圧に制御する昇圧手段１１（入力側電圧検出器６，昇電圧回路５，出力側電圧検出器８）を介して接続したことを特徴とする。なお、実際にはランプＬは赤・黄・青の３つのランプの内いずれかのランプが常に点灯できるように構成されているが、本実施例では簡単のため切り替えスイッチや他のランプについては図示を省略している。
【００１２】
ここで、太陽電池３において発電された電力は、昇電圧回路５により太陽電池３で発生する電圧より高くなるように制御される。例えば電圧安定化回路４からの出力電圧が１００Ｖの場合１０６Ｖ程度としている。理論的には、この昇圧の度合いは電圧安定化回路４からの出力電圧より高ければ何Ｖでもよいが、太陽電池３の発電量がランプＬの消費電力より大きくなったとき、ランプの電圧が押し上げられるようになりランプ寿命に悪影響を及ぼすことになるので、このような点を考慮して設定される。また、太陽電池３の発生電圧は予め太陽電池３の最大出力発生電圧に近い値になるように、入力側電圧検出器６の信号を昇電圧回路５へフィードバック制御している。
【００１３】
一方、商用電源１の電力は整流・平滑回路２により直流に変換してから、電圧安定化回路４を介してランプＬへ供給している。ランプＬへ印加される電圧は、主電源側電圧検出器７のフィードバック信号を電圧安定化回路４でフィードバック制御している。
【００１４】
また、出力側電圧検出器８の信号は、主電源側電圧検出器７の設定電圧より高く設定されているため、主電源側電圧検出器７により検出され、電圧安定化回路４により安定化された電圧でランプＬが動作している間は、昇電圧回路５に対してフィードバック信号を出さず、太陽電池３で発電された電力は昇電圧回路５により昇圧されてランプＬへ供給される。このようにして、昼間は主に太陽電池３からランプＬに電力が供給される。なお、太陽電池３のみでランプＬへの電力供給が賄えない場合は、商用電源１からも電力供給がなされる。なお、主電源側から太陽電池３への逆流はなされない。
【００１５】
例えば、商用電源１の電圧をＡＣ１００Ｖとすると、整流・平滑回路２により直流に変換された電圧は、整流・平滑回路２内の平滑用コンデンサの働きで交流ピーク電圧に近い約１４０Ｖの直流電圧となる。ランプＬは直流１００Ｖ用のものを使用するので、直流１４０Ｖを加えると定格オーバーとなってしまう。
【００１６】
したがって、この直流１４０Ｖを１００Ｖまで降下させて加える必要があるが、電圧安定化回路４は電圧を下げるだけでなく、ランプＬへの電圧を一定にする安定化回路になっていて、その出力電圧を主電源側電圧検出器７で検出し、電圧安定化回路４へフィードバックし、一定の電圧がランプＬへ印加できるようになっている。
【００１７】
図１から明らかなように、太陽電池３の電圧を昇圧する昇電圧回路５の出力は、電圧安定化回路４の出力に並列に接続されており、ランプＬへは商用電源１側と太陽電池３側の双方から電力が供給されることになる。
【００１８】
しかしながら、このような構成により、太陽電池が発電し、その電力が加わったとき、主電源側電圧検出器７は電圧安定化回路４に対してフィードバック信号を出力し、ランプＬの電圧が上昇しないように制御しているが、出力側電圧検出器８は設定電圧が主電源側電圧検出器７より高いため動作せず、すなわち、ランプＬで一定の電力が消費され、供給する側は商用電源１側のみ制御されるため、太陽電池３側の電力が優先してランプＬで消費されることになる。
【００１９】
このように、出力側電圧検出器８は通常フィードバック信号を発しないが、ランプＬが取り外されたときや電圧安定化回路４との並列接続が断たれたようなときに、昇電圧回路５が無制限に電圧を上昇させないようにするために設けている。また、太陽電池３の発電量がランプＬの消費量より多くなったとき、ランプＬの電圧は電圧安定化回路４の設定電圧より上昇するが、このとき出力側電圧検出器８から信号が昇電圧回路５にフィードバックされ、ランプＬに印加される電圧がランプＬに有害な影響を与えることを極力防止する。
【００２０】
これにより、例えば図２に示すように、太陽電池からの入力電力が０の場合、すなわち夜間などの場合、商用電源からだけでは約７５Ｗの消費があるが、太陽電池に光が照射され太陽電池の発電電力が増加すると、商用電源からの入力電力が徐々に低減されることがわかる。
【００２１】
なお、主電源は直流電源でもよく、この場合には整流・平滑回路は不要となるが、上記実施例のごとく電圧安定化回路を主電源に接続することにより上記実施例と同様な作用効果を奏することは明らかである。
【００２２】
また、上記実施例では赤・黄・青・の信号灯ランプが昼夜連続していずれかのランプが点灯しており、屋外に設置されるよう交通信号機において太陽電池を併設した装置について説明したが、これに限定されるものではない。
【００２３】
また、本実施例において補助直流電源として太陽電池を利用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、水力や風力等周知の各種発電手段が適用できる。例えば水力や風力のごとく風や水の流速や流量により発電電力が変化するため、太陽電池と同様にして発電機の出力を直流に変換した後に昇電圧回路により主電源の安定化出力電圧以上に昇圧することにより、上記実施例と同様に主電源からの入力電力を補助発電電源の発電量に応じて低減させることが可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電力供給装置によれば、既存の負荷機器への電力供給路に容易に適用させることが可能であり、補助直流電源からの電力供給がある場合には、商用電源からの供給電力を極力節減することができる。
【００２５】
また、例えば整流・平滑回路で直流にして制御しているので、交流側への連係の必要はなく、商用電源側の保護や協調制御システムが不要となり、交流系統連系に比べ安価で簡単な電力供給装置を提供できる。
【００２６】
さらに、太陽電池などの補助直流電源はそれに接続される例えば昇電圧回路で電圧を上昇させて主電源と負荷に接続するため、補助直流電源自体は低い電圧（例えば２０Ｖ以下）で発電されてもよく、補助直流電源に特に太陽電池を用いる場合などにおいて、補助直流電源を人が触れる所に設置しても感電や漏電等の危険性がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施例のブロック構成図である。
【図２】太陽電池から昇電圧回路への入力電力と交流電源からの出力電力との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１ ・・・ 商用電源（主電源）
２ ・・・ 整流・平滑回路
３ ・・・ 太陽電池（補助直流電源）
４ ・・・ 電圧安定化回路
５ ・・・ 昇電圧回路
６ ・・・ 入力側電圧検出器
７ ・・・ 主電源側電圧検出器
１０ ・・・ 出力変換手段
１１ ・・・ 昇圧手段
Ｌ ・・・ ランプ（負荷）
Ｓ ・・・ 電力供給装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に交流もしくは直流の主電源、及びこの主電源に並列的に接続した太陽電池等の補助直流電源から電力供給を行うように成した電力供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
近年、無尽蔵かつ無公害の太陽光エネルギーを有効利用するために、太陽電池により発電を行わせて、その発電電力で電気機器を作動させることが行われている。例えば、太陽電池による発電電力は直流電力であるので、通常は商用電源で動作する負荷に太陽電池からの発電電力を供給するためには、太陽電池と負荷とを直流電力を交流電力に変換するインバータを介して接続し、太陽電池側の回路を交流側に系統連系して電力供給する太陽光発電システムが一般に採用されている。
【０００３】
しかしながら、上述した従来のシステムでは以下に示すような問題がある。すなわち、インバータを用いて太陽電池側の回路を交流側と系統連系するようなシステムでは、負荷電流が小さくなったり停電したような場合に、商用電源側に太陽電池で発電された電力が逆潮流する可能性があり、これを極力防止するため、商用電源側が停電時に太陽電池による発電電力で負荷が単独作動しないようにする保護回路を設けたり、電圧や周波数が変動したときに商用電源側を保護するといった、いわゆる保護協調回路等が必要となり、これにより装置全体が大型化・複雑化するのである。
【０００４】
そこで、本発明はこのような問題を解消するために案出されたのであって、簡便な構成で、交流電源や直流電源などの主電源の電力及び発電手段の発電電力を有効に活用することができ、長寿命の優れた電力供給装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電力供給装置は、交流の主電源と、該主電源に対して並列的に設けた補助直流電源との双方から負荷へ電力供給を行う電力供給装置であって、前記主電源と前記負荷とを前記主電源の交流出力を直流出力に変換する出力変換手段を介して接続するとともに、前記補助直流電源と前記負荷とを前記出力変換手段からの出力電圧より高い電圧に昇圧する昇圧手段を介して接続して成り、前記出力変換手段は、前記負荷への電圧を安定化する電圧安定化回路を含むとともに、前記主電源及び前記補助直流電源の双方から前記負荷へ電力が供給されるとき、前記負荷の電圧が上昇しないように、前記電圧安定化回路からの出力電圧を制御することを特徴とする。
【０００６】
なお、出力変換手段は例えば整流・平滑回路や電圧安定化回路等を含む。
【０００７】
また、直流の主電源と、該主電源に対して並列的に設けた補助直流電源との双方から負荷へ電力供給を行う電力供給装置であって、前記主電源と前記負荷とを前記負荷への電圧を安定化する電圧安定化回路を介して接続するとともに、前記補助直流電源と前記負荷とを前記補助直流電源の出力電圧を前記主電源より高い電圧に昇圧する昇圧手段を介して接続して成り、前記電圧安定化回路は、前記主電源及び前記補助直流電源の双方から前記負荷へ電力が供給されるとき、前記負荷の電圧が上昇しないように、この電圧安定化回路からの出力電圧を制御することを特徴とする。
【０００８】
上記構成の電力供給装置によれば、補助直流電源の出力電圧が主電源の出力電圧より高く制御するので、通常は補助直流電源から負荷へ電力が供給される。補助直流電源だけでは負荷への電力が賄えない場合には、主電源及び補助直流電源の双方から負荷へ電力が供給される。すなわち、主電源＋補助直流電源で電力が供給されたとき、電力供給過多で負荷の電圧が上昇したら、主電源の出力変換手段（電圧安定化回路等を含む）が出力を絞るので、補助電源からの制御されていない電力が優先して使われることになる。このような制御をしているために補助電源優先の電力供給が実現される。
【０００９】
例えば、特に主電源として商用電源を、補助直流電源として太陽電池を用い、交通信号機等のランプに電力供給するような場合に、昼間は太陽電池からの発電電力が優先的に供給され、昼間の商用電源による電力消費を極力低減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る具体的な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
以下に、一実施例として、交通信号機のランプへの主電源である商用電源からの電力供給路に補助直流電源である太陽電池を接続し、商用電源と太陽電池との双方から負荷のランプへ電力供給を行う電力供給装置について説明する。
【００１１】
図１に示すように、電力供給装置Ｓは、商用電源１と負荷Ｌとを商用電源１の交流出力を直流出力に変換する出力変換手段１０（整流・平滑回路２，整流・平滑回路２の出力側に接続された電圧安定化回路４，主電源側電圧検出器７）を介して接続するとともに、太陽電池３とランプＬとを電圧安定化回路４からの出力電圧より高い電圧に制御する昇圧手段１１（入力側電圧検出器６，昇電圧回路５，出力側電圧検出器８）を介して接続したことを特徴とする。なお、実際にはランプＬは赤・黄・青の３つのランプの内いずれかのランプが常に点灯できるように構成されているが、本実施例では簡単のため切り替えスイッチや他のランプについては図示を省略している。
【００１２】
ここで、太陽電池３において発電された電力は、昇電圧回路５により太陽電池３で発生する電圧より高くなるように制御される。例えば電圧安定化回路４からの出力電圧が１００Ｖの場合１０６Ｖ程度としている。理論的には、この昇圧の度合いは電圧安定化回路４からの出力電圧より高ければ何Ｖでもよいが、太陽電池３の発電量がランプＬの消費電力より大きくなったとき、ランプの電圧が押し上げられるようになりランプ寿命に悪影響を及ぼすことになるので、このような点を考慮して設定される。また、太陽電池３の発生電圧は予め太陽電池３の最大出力発生電圧に近い値になるように、入力側電圧検出器６の信号を昇電圧回路５へフィードバック制御している。
【００１３】
一方、商用電源１の電力は整流・平滑回路２により直流に変換してから、電圧安定化回路４を介してランプＬへ供給している。ランプＬへ印加される電圧は、主電源側電圧検出器７のフィードバック信号を電圧安定化回路４でフィードバック制御している。
【００１４】
また、出力側電圧検出器８の信号は、主電源側電圧検出器７の設定電圧より高く設定されているため、主電源側電圧検出器７により検出され、電圧安定化回路４により安定化された電圧でランプＬが動作している間は、昇電圧回路５に対してフィードバック信号を出さず、太陽電池３で発電された電力は昇電圧回路５により昇圧されてランプＬへ供給される。このようにして、昼間は主に太陽電池３からランプＬに電力が供給される。なお、太陽電池３のみでランプＬへの電力供給が賄えない場合は、商用電源１からも電力供給がなされる。なお、主電源側から太陽電池３への逆流はなされない。
【００１５】
例えば、商用電源１の電圧をＡＣ１００Ｖとすると、整流・平滑回路２により直流に変換された電圧は、整流・平滑回路２内の平滑用コンデンサの働きで交流ピーク電圧に近い約１４０Ｖの直流電圧となる。ランプＬは直流１００Ｖ用のものを使用するので、直流１４０Ｖを加えると定格オーバーとなってしまう。
【００１６】
したがって、この直流１４０Ｖを１００Ｖまで降下させて加える必要があるが、電圧安定化回路４は電圧を下げるだけでなく、ランプＬへの電圧を一定にする安定化回路になっていて、その出力電圧を主電源側電圧検出器７で検出し、電圧安定化回路４へフィードバックし、一定の電圧がランプＬへ印加できるようになっている。
【００１７】
図１から明らかなように、太陽電池３の電圧を昇圧する昇電圧回路５の出力は、電圧安定化回路４の出力に並列に接続されており、ランプＬへは商用電源１側と太陽電池３側の双方から電力が供給されることになる。
【００１８】
しかしながら、このような構成により、太陽電池が発電し、その電力が加わったとき、主電源側電圧検出器７は電圧安定化回路４に対してフィードバック信号を出力し、ランプＬの電圧が上昇しないように制御しているが、出力側電圧検出器８は設定電圧が主電源側電圧検出器７より高いため動作せず、すなわち、ランプＬで一定の電力が消費され、供給する側は商用電源１側のみ制御されるため、太陽電池３側の電力が優先してランプＬで消費されることになる。
【００１９】
このように、出力側電圧検出器８は通常フィードバック信号を発しないが、ランプＬが取り外されたときや電圧安定化回路４との並列接続が断たれたようなときに、昇電圧回路５が無制限に電圧を上昇させないようにするために設けている。また、太陽電池３の発電量がランプＬの消費量より多くなったとき、ランプＬの電圧は電圧安定化回路４の設定電圧より上昇するが、このとき出力側電圧検出器８から信号が昇電圧回路５にフィードバックされ、ランプＬに印加される電圧がランプＬに有害な影響を与えることを極力防止する。
【００２０】
これにより、例えば図２に示すように、太陽電池からの入力電力が０の場合、すなわち夜間などの場合、商用電源からだけでは約７５Ｗの消費があるが、太陽電池に光が照射され太陽電池の発電電力が増加すると、商用電源からの入力電力が徐々に低減されることがわかる。
【００２１】
なお、主電源は直流電源でもよく、この場合には整流・平滑回路は不要となるが、上記実施例のごとく電圧安定化回路を主電源に接続することにより上記実施例と同様な作用効果を奏することは明らかである。
【００２２】
また、上記実施例では赤・黄・青・の信号灯ランプが昼夜連続していずれかのランプが点灯しており、屋外に設置されるよう交通信号機において太陽電池を併設した装置について説明したが、これに限定されるものではない。
【００２３】
また、本実施例において補助直流電源として太陽電池を利用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、水力や風力等周知の各種発電手段が適用できる。例えば水力や風力のごとく風や水の流速や流量により発電電力が変化するため、太陽電池と同様にして発電機の出力を直流に変換した後に昇電圧回路により主電源の安定化出力電圧以上に昇圧することにより、上記実施例と同様に主電源からの入力電力を補助発電電源の発電量に応じて低減させることが可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電力供給装置によれば、既存の負荷機器への電力供給路に容易に適用させることが可能であり、補助直流電源からの電力供給がある場合には、商用電源からの供給電力を極力節減することができる。
【００２５】
また、例えば整流・平滑回路で直流にして制御しているので、交流側への連係の必要はなく、商用電源側の保護や協調制御システムが不要となり、交流系統連系に比べ安価で簡単な電力供給装置を提供できる。
【００２６】
さらに、太陽電池などの補助直流電源はそれに接続される例えば昇電圧回路で電圧を上昇させて主電源と負荷に接続するため、補助直流電源自体は低い電圧（例えば２０Ｖ以下）で発電されてもよく、補助直流電源に特に太陽電池を用いる場合などにおいて、補助直流電源を人が触れる所に設置しても感電や漏電等の危険性がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施例のブロック構成図である。
【図２】太陽電池から昇電圧回路への入力電力と交流電源からの出力電力との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１ ・・・ 商用電源（主電源）
２ ・・・ 整流・平滑回路
３ ・・・ 太陽電池（補助直流電源）
４ ・・・ 電圧安定化回路
５ ・・・ 昇電圧回路
６ ・・・ 入力側電圧検出器
７ ・・・ 主電源側電圧検出器
１０ ・・・ 出力変換手段
１１ ・・・ 昇圧手段
Ｌ ・・・ ランプ（負荷）
Ｓ ・・・ 電力供給装置
Claims (2)
- 交流の主電源と、該主電源に対して並列的に設けた補助直流電源との双方から負荷へ電力供給を行う電力供給装置であって、
前記主電源と前記負荷とを前記主電源の交流出力を直流出力に変換する出力変換手段を介して接続するとともに、前記補助直流電源と前記負荷とを前記出力変換手段からの出力電圧より高い電圧に昇圧する昇圧手段を介して接続して成り、
前記出力変換手段は、前記負荷への電圧を安定化する電圧安定化回路を含むとともに、前記主電源及び前記補助直流電源の双方から前記負荷へ電力が供給されるとき、前記負荷の電圧が上昇しないように、前記電圧安定化回路からの出力電圧を制御することを特徴とする電力供給装置。 - 直流の主電源と、該主電源に対して並列的に設けた補助直流電源との双方から負荷へ電力供給を行う電力供給装置であって、
前記主電源と前記負荷とを前記負荷への電圧を安定化する電圧安定化回路を介して接続するとともに、前記補助直流電源と前記負荷とを前記補助直流電源の出力電圧を前記主電源より高い電圧に昇圧する昇圧手段を介して接続して成り、
前記電圧安定化回路は、前記主電源及び前記補助直流電源の双方から前記負荷へ電力が供給されるとき、前記負荷の電圧が上昇しないように、この電圧安定化回路からの出力電圧を制御することを特徴とする電力供給装置。
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| JP3619289B2 true JP3619289B2 (ja) | 2005-02-09 |
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| JP19283495A Expired - Fee Related JP3619289B2 (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 電力供給装置 |
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| US20160181862A1 (en) * | 2013-09-27 | 2016-06-23 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Energizing a power supply in response to a disablement of a relay |
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1995
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