JP3830337B2 - 太陽光発電システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電手段として電気二重層コンデンサと二次電池を用いた太陽光発電システムに係り、特に二次電池の劣化を抑制するようにした太陽光発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池の出力電力は、ほぼ日射強度に比例することが知られている。従って、太陽光発電の出力電力は、天候状態、特に太陽電池に対する日射強度によって大きく影響されるので不安定である。例えば、日射強度が急激に変動した場合は出力電力は大きく変動してしまう。
そのため、日射強度の急激な変動に対応するために、太陽光発電システムに蓄電手段を設置することが広く行われている。そのような太陽光発電システムの構成は種々あるが、その一構成例を図５に示す。
【０００３】
図５は、充電手段として、鉛蓄電池等の二次電池と、電気二重層コンデンサとを用いた太陽光発電システムの構成例を示す図であり、図中、１は太陽電池、２は定電圧定電流充電回路（以下、単に充電回路と記す）、３は電気二重層コンデンサ、４は二次電池、５、６、７はダイオード、８は比較回路、９は電源、１０はＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ、１１はドライブ回路、１２は出力調整回路を示す。
【０００４】
充電回路２は、太陽電池１の出力電力を、電気二重層コンデンサ３と、二次電池４に、電圧と電流を定格以内に制限しながら充電する回路であり、電気二重層コンデンサ３と二次電池４は、この充電回路２に並列に接続されている。なお、この種の充電回路は周知であるので、詳細な説明は省略する。
【０００５】
ダイオード５、６、７は逆流防止用のためのものであって、ダイオード５は、電気二重層コンデンサ３に蓄積された電力が充電回路２へ環流するのを防止するために設けられており、ダイオード６は、二次電池４からスイッチ１０を介して出力調整回路１２へ放電される電力が電気二重層コンデンサ３側に流入するのを防止するために設けられており、ダイオード７は、二次電池４に蓄積された電力が充電回路２側へ環流するのを防止するために設けられている。
【０００６】
比較回路８は、二次電池４の端子電圧と、電源９の基準電圧ＶREF1とを比較し、二次電池４の端子電圧が基準電圧ＶREF1より高いときには第１の所定の値を、基準電圧ＶREF1以下のときには第２の所定の値を出力する。この電源９の基準電圧ＶREF1は、二次電池４の端子電圧がこれ以下になった場合には過放電となって使用できなくなるという閾値電圧を設定すればよい。この比較回路８としてはヒステリシス特性を有するものを用いるのが望ましい。
【０００７】
なお、ここでは、第１の所定の値をハイレベル、第２の所定の値をローレベルとする。即ち、比較回路８は、二次電池４の端子電圧が基準電圧ＶREF1より高いときにはハイレベルを出力し、基準電圧ＶREF1以下のときにはローレベルを出力するものとする。
【０００８】
ドライブ回路１１は、比較回路８からハイレベルが出力された場合にはスイッチ１０をオンとする信号を出力し、比較回路８からローレベルが出力された場合にはスイッチ１０をオフとする信号を出力するものである。
【０００９】
出力調整回路１２は、その後段に接続される負荷（図示せず）に供給する電圧及び電流を調整するものであり、負荷が直流機器の場合にはＤＣ／ＤＣコンバータで構成され、負荷が交流機器の場合にはＤＣ／ＡＣインバータで構成される。この出力調整回路１２によって、定電圧で定電流の電力を負荷に供給することができる。
【００１０】
次に、図５に示す太陽光発電システムの動作を説明する。
いま、電気二重層コンデンサ３には電力がある程度蓄積されており、また、二次電池４にも電力がある程度蓄積されており、その端子電圧は電源９の基準電圧ＶREF1より高く、比較回路８からハイレベルが出力されているとする。このときには、スイッチ１０はドライブ回路１１によってオンとなされ、二次電池４からはスイッチ１０を介して出力調整回路１２に放電可能な状態にある。
【００１１】
従って、この状態では、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合については電気二重層コンデンサ３と二次電池４から供給される。なお、電気二重層コンデンサ３からの電力供給はダイオード６を介して行われ、二次電池４からの電力供給はスイッチ１０を介して行われる。
【００１２】
そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電されることになる。
【００１３】
その後、二次電池４からの放電が続き、その端子電圧が基準電圧ＶREF1以下になると、比較回路８からはローレベルが出力され、それに伴ってスイッチ１０はオフになるので、これ以上の二次電池４からの放電は停止され、この場合には、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合は電気二重層コンデンサ３から供給されることになる。このことから、電源９の基準電圧ＶREF1は二次電池４の放電停止電圧ということができる。従って、以下では基準電圧ＶREF1を放電停止電圧と称することにする。
【００１４】
そしてその後、二次電池４への充電が行われ、その端子電圧が放電停止電圧ＶREF1より高くなると、比較回路８からはハイレベルが出力され、スイッチ１０がオンとなり、二次電池４からも放電が行われることになる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電気二重層コンデンサはコンデンサであるので何回充放電を繰り返しても問題は生じないが、太陽光発電システムに使用される二次電池については過充電状態による劣化以外に、部分充放電状態での長期にわたる使用による劣化が大きいことが知られている。部分充放電状態とは、短時間の間に充電と放電が頻繁に繰り返される状態であり、この部分充放電状態は、負荷が急激に変動する場合にも生じるが、日射強度が急激に変化する場合に顕著に現れる。
【００１６】
従って、太陽光発電システムでは二次電池が長期にわたって部分充放電状態となることを避ける必要があり、図５に示す太陽光発電システムにおいては、二次電池４に加えて電気二重層コンデンサ３を設け、その電気二重層コンデンサ３の急速大電流充放電特性を利用することにより、日射強度が急激に変動した場合にも二次電池４が部分充放電状態になることを緩和するようにしているのである。
【００１７】
しかしながら、図５に示す太陽光発電システムを実験してみると、日射強度が急激に変動したとき、二次電池４が部分充放電状態になる場合があることが判明した。
【００１８】
そのようなデータの一例を図６に示す。図６（ａ）は日射強度を示し、図６（ｂ）のＡで示すグラフはそのときの電気二重層コンデンサ３の電流を示し、Ｂで示すグラフはそのときの二次電池４の電流を示している。日射強度は１ｍ2 あたりの太陽電池１の出力電力（ｋＷ）で表している。図６（ａ）、（ｂ）の横軸は共に時間で、両者の時間軸は同じである。なお、図では横軸の１目盛りは１分である。図の［MIN／DIV］はこのことを示している。また、電気二重層コンデンサ３及び二次電池４の電流は、出力調整回路１２の出力を一定に保った場合の変化を示しており、正の場合は充電状態にあり、負の場合は放電状態にある。
【００１９】
図６（ａ）、（ｂ）から、二次電池４は、日射強度の変動に伴って、充電状態と放電状態を繰り返していることが分かる。このような状態が継続すると部分充放電状態となり、劣化が早まることになる。即ち、図５に示す太陽光発電システムでは、日射強度の変動が長く続くと、電気二重層コンデンサ３を設けたことによる二次電池４の部分充放電状態を緩和する効果は低下してしまうのである。そして、実験の結果、このような二次電池４の部分充放電状態を緩和する効果の低下は、電気二重層コンデンサ３の蓄電容量が、二次電池４の蓄電容量の数分の１程度になった場合に顕著となることが判明した。
【００２０】
そこで、本発明は、日射強度が変動して、太陽電池の出力電力が変動した場合にも二次電池の部分充放電状態を従来より緩和することができる太陽光発電システムを提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る太陽光発電システムは、充電手段として電気二重層コンデンサと二次電池とを備える太陽光発電システムにおいて、二次電池の端子電圧が第１の所定の電圧以上、あるいはそれより高く、且つ、電気二重層コンデンサの端子電圧が第２の所定の電圧未満、あるいはそれ以下である場合、及び二次電池の端子電圧が第１の所定の電圧以上、あるいはそれより高く、且つ、放電指令信号で定められた時間範囲である場合の２つの場合のみに二次電池の放電を可能としたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ発明の実施の形態について説明するが、まず、太陽光発電システムを実際に運用する場合に、電気二重層コンデンサと、二次電池の充放電をどのように制御するのが望ましいかを考えると次のようである。
【００２３】
まず、負荷の使用電力量は午後に多くなることが一般的である。このことは、例えば夏の時期の午後にはクーラーによる使用電力量が増大することからも明らかである。そこで、基本的には、負荷の使用電力量が多くなる時間帯には二次電池からの放電を可能とし、それ以外の時間帯には二次電池には充電を行い、電気二重層コンデンサから放電するようにすればよい。
【００２４】
しかし、負荷の使用電力量が多くない時間帯であっても、電気二重層コンデンサの蓄電量が減少して、負荷へ供給する電力量が、充電回路の出力電力と電気二重層コンデンサからの放電だけでは賄えない場合には、二次電池から放電する必要がある。
【００２５】
また、負荷の使用電力量が多い時間帯で、二次電池からの放電が可能となされている時間帯であっても、二次電池の蓄電量が減少し、二次電池の端子電圧が放電停止電圧以下になった場合には、二次電池からの放電を停止して、充電回路の出力電力と電気二重層コンデンサからの放電だけで負荷への電力供給を賄う必要がある。
【００２６】
本発明に係る太陽光発電システムは以上の動作を行うものであり、その一実施形態を図１に示す。図１において、１３は比較回路、１４は電源、１５は制御回路を示す。なお、図１において、図５に示すものと同等な構成要素については同一の符号を付し、重複する説明は必要最小限に止めることにする。
【００２７】
比較回路１３は、電気二重層コンデンサ３の端子電圧と、電源１４の基準電圧ＶREF2とを比較し、電気二重層コンデンサ３の端子電圧が基準電圧ＶREF2未満のときには第１の所定の値を、基準電圧ＶREF2以上のときには第２の所定の値を出力する。この電源１４の基準電圧ＶREF2は、電気二重層コンデンサ３の端子電圧がこれ未満になった場合には使用できなくなるという限界の電圧（以下、この電圧を使用限界電圧と記す）を設定すればよい。この比較回路１３としてはヒステリシス特性を有するものを用いるのが望ましい。
【００２８】
なお、ここでは、第１の所定の値をハイレベル、第２の所定の値をローレベルとする。即ち、比較回路１３は、電気二重層コンデンサ３の端子電圧が使用限界電圧ＶREF2未満のときにはハイレベルを出力し、使用限界電圧ＶREF2以上のときにはローレベルを出力するものとする。
【００２９】
制御回路１５には、比較回路８の出力、比較回路１３の出力、及び放電指令信号が入力される。上述したように、負荷の使用電力量が多くなる時間帯には二次電池４からの放電を可能とするのがよいのであるが、そのための信号が放電指令信号である。ここでは、放電指令信号は、負荷の使用電力量が多くなる時間帯にはハイレベル、それ以外の時間帯にはローレベルになるものとする。従って、例えば午後１時〜午後４時の時間帯に負荷の使用電力量が増大するものとすると、放電指令信号は午後１時〜午後４時の時間帯はハイレベル、それ以外の時間帯はローレベルとなされる。なお、放電指令信号はタイマによって２値の信号を出力する論理回路等の適宜な手段で生成することができる。
【００３０】
そして、制御回路１５は、比較回路８の出力信号、比較回路１３の出力信号、及び放電指令信号に基づいて、スイッチ１０のオン／オフを制御するためのスイッチ制御信号を生成して、スイッチ１０のドライブ回路１１に出力する。具体的には、図１に示す構成では、比較回路８の出力信号をＧ３、比較回路１３の出力信号をＧ２、放電指令信号Ｇ１、スイッチ制御信号をＧＴで表し、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の３つの信号のレベルを上記のように定義した場合、スイッチ制御信号ＧＴを
ＧＴ＝Ｇ３＊（Ｇ１＋Ｇ２） …(1)
で定義する。ここで、「＊」は論理積、「＋」は論理和を表す。
【００３１】
このような制御回路１５は、(1)式の論理演算を行う論理回路を用いて構成できることは当然であるが、マイクロプロセッサを用いて構成してもよい。そして、後者の場合には、放電指令信号はマイクロプロセッサの内部で発生させることができる。
【００３２】
以下、動作を説明する。なお、以下ではハイレベルを１で表し、ローレベルを０で表すことにする。
【００３３】
（１）Ｇ１＝０，Ｇ２＝０，Ｇ３＝０の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が多くない時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧以上で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧以下である場合である。
この場合にはＧＴ＝０となり、スイッチ１０はオフとなって二次電池４からの放電は行われない。従って、この場合には、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合は電気二重層コンデンサ３から供給されることになる。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電される。
【００３４】
（２）Ｇ１＝０，Ｇ２＝０，Ｇ３＝１の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が多くない時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧以上で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧より高い場合である。
この場合には、ＧＴ＝０となり、スイッチ１０はオフとなって二次電池４からの放電は行われない。従って、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合は電気二重層コンデンサ３から供給されることになる。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電される。
このような動作を行わせるのは次のような理由による。即ち、この場合には、二次電池４にはある程度電力が蓄積され、放電可能な状態となっているが、負荷での使用電力量も多くなく、しかも電気二重層コンデンサ３にもある程度電力が蓄積されて使用できる状態であるので、二次電池４からの放電は行わずに、負荷での使用電力量が多くなる時間帯に備えて充電を行わせ、電気二重層コンデンサ３から放電を行うようにするのである。
【００３５】
（３）Ｇ１＝０，Ｇ２＝１，Ｇ３＝０の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が多くない時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧未満で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧以下である場合である。この場合には、ＧＴ＝０となり、スイッチ１０はオフとなって二次電池４からの放電は行われない。
この場合は、電気二重層コンデンサ３も、二次電池４も使用できない状態にあるので、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給されるだけである。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電される。なお、図１に示す構成では、電気二重層コンデンサ３からの放電を強制的に停止するための手段は設けられていないが、端子電圧が使用限界電圧未満である場合には電気二重層コンデンサ３からは放電は行われない。
【００３６】
（４）Ｇ１＝０，Ｇ２＝１，Ｇ３＝１の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が多くない時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧未満で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧より高い場合である。この場合には、ＧＴ＝１となり、スイッチ１０はオンとなって二次電池４からの放電が可能となる。
これは、例えば、上記（２）の場合において電気二重層コンデンサ３から放電を行っている間に電気二重層コンデンサ３の端子電圧が使用限界電圧未満になってしまった場合に相当する。
従って、この場合は、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合は二次電池４から供給されることになる。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電される。つまり、この場合には負荷での使用電力量は多くはないが、電気二重層コンデンサ３が使用できない状態にあり、しかし二次電池４は使用可能な状態にあるので、二次電池４からの放電を可能とするのである。
【００３７】
（５）Ｇ１＝１，Ｇ２＝０，Ｇ３＝０の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が増大する時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧以上で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧以下である場合である。
この場合にはＧＴ＝０となり、スイッチ１０はオフとなって二次電池４からの放電は行われない。従って、この場合には、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合は電気二重層コンデンサ３から供給されることになる。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電される。
つまり、この場合には負荷での使用電力量が多いのであるが、二次電池４は使用できる状態になく、電気二重層コンデンサ３は使用できる状態であるので、二次電池４からは放電させず、電気二重層コンデンサ３から放電するようにするのである。
【００３８】
（６）Ｇ１＝１，Ｇ２＝１，Ｇ３＝０の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が増大する時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧未満で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧以下である場合である。この場合には、ＧＴ＝０となり、スイッチ１０はオフとなって二次電池４からの放電は行われない。
即ち、この場合は、負荷での使用電力量は多いのであるが、二次電池４は使用できない状態にあるのでスイッチ１０をオフして放電を停止させるのである。また、電気二重層コンデンサ３も使用できない状態にあるので、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給されるだけである。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電される。
【００３９】
（７）Ｇ１＝１，Ｇ２＝０，Ｇ３＝１の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が増大する時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧以上で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧より高い場合である。
この場合には、ＧＴ＝１となり、スイッチ１０はオンとなって二次電池４からの放電が可能となる。従って、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合は電気二重層コンデンサ３及び二次電池４から供給されることになる。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４は充電される。
即ち、この場合には、負荷での使用電力量が増大し、しかも電気二重層コンデンサ３も、二次電池４も使用可能であるので、電気二重層コンデンサ３と二次電池４の両方から放電させるようにするのである。
【００４０】
（８）Ｇ１＝１，Ｇ２＝１，Ｇ３＝１の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が増大する時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧未満で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧より高い場合である。この場合には、ＧＴ＝１となり、スイッチ１０はオンとなって二次電池４からの放電が可能となる。
これは、例えば、上記（７）の場合において電気二重層コンデンサ３から放電を行っている間に電気二重層コンデンサ３の端子電圧が使用限界電圧未満になってしまった場合に相当する。
従って、この場合は、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合は二次電池４から供給されることになる。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電される。
つまり、この場合には負荷での使用電力量が多いので、電気二重層コンデンサ３は使用できない状態にあるが、二次電池４は使用可能な状態にあるので、二次電池４からの放電を可能とするのである。
【００４１】
次に、この太陽光発電システムで実験を行った場合のデータの例を図２、図３、図４に示す。なお、図２〜図４において、（ａ）は日射強度を示し、（ｂ）のＡで示すグラフはそのときの電気二重層コンデンサ３の電流を示し、Ｂで示すグラフはそのときの二次電池４の電流を示している。日射強度は１ｍ2 あたりの太陽電池１の出力電力（ｋＷ）で表している。図２〜図４の横軸は共に時間で、両者の時間軸は同じであるが、横軸の１目盛りは図２は１分、図３は５分、図４は１分である。また、図２及び図３に示す電気二重層コンデンサ３及び二次電池４の電流は、出力調整回路１２の出力を一定に保った場合の変化を示しており、正の場合は充電状態にあり、負の場合は放電状態にある。
【００４２】
図２は、負荷での使用電力が多くない時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧以上である場合を示している。図２から明らかなように、この場合には二次電池４の電流は常に正であり、充電状態にあることが分かる。また、電気二重層コンデンサ３の電流は、正になる場合もあり、負になる場合もあり、充電と放電を繰り返していることが分かる。即ち、出力調整回路１２に供給する電力が充電回路２の出力電力だけでは足りない場合には電気二重層コンデンサ３から放電が行われ、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４は充電されるのである。
【００４３】
図３は、二次電池４の端子電圧は放電停止電圧より高く、使用可能な状態にはあるが放電を停止している状態において、電気二重層コンデンサ３から放電を行っている場合に、日射強度の弱い時間が続き、図３のｔ1 で示すときに電気二重層コンデンサ３の端子電圧が使用限界電圧未満になった場合の例を示している。上述したように、このような場合にはｔ1 の時にＧＴ＝１となり、二次電池４の放電が可能となるが、実際、図３ではｔ1 の時に放電状態となっている。その後、二次電池４の放電はしばらく続くが、日射強度が強くなると電気二重層コンデンサ３の電流は正となり、充電されていることが分かる。
【００４４】
図４は、二次電池４の端子電圧が放電停止電圧より高く、且つ図のｔ2 の時刻に放電指令信号がローレベルからハイレベルになった場合を示している。また、この場合には、図のＣで示すように出力調整回路１２から負荷へ供給する電流を１Ａから２Ａへと２倍にしている。
この場合、二次電池４は放電指令信号がローレベルの期間は充電状態にあるが、放電指令信号がハイレベルになると放電状態となり、充電回路２からの電力量だけで足りない分は電気二重層コンデンサ３と二次電池４の両方から放電されていることが分かる。そして、図の場合には、二次電池４の放電が開始されることに伴って、電気二重層コンデンサ３の放電が徐々に少なくなり、日射強度が強い場合には充電状態になっていることが分かる。
【００４５】
図２〜図４の何れの場合においても、二次電池４が部分充放電状態となることは避けられていることが分かる。従って、図１に示す構成では、従来に比して二次電池４の劣化を回避できることになる。
【００４６】
以上のように、この太陽光発電システムでは、
▲１▼二次電池４の端子電圧が電源９で定められる第１の所定の電圧より高く、即ち放電停止電圧より高く、且つ電気二重層コンデンサ３の端子電圧が電源１４で定められる第２の所定の電圧未満、即ち使用限界電圧未満である場合、
▲２▼二次電池４の端子電圧が電源９で定められる第１の所定の電圧より高く、即ち放電停止電圧より高く、且つ放電指令信号で定められた時間範囲である場合
の２つの場合のみに二次電池４の放電を可能としたので、日射強度が急激に変動し、それに伴って太陽電池１の出力電力が変動した場合でも、二次電池４が部分充放電状態となることを従来よりも回避できるので、二次電池４の部分充放電状態による劣化を低減することができる。実際、図２、図３、図４から理解できるように、二次電池４は充電と放電を短時間の間に頻繁に繰り返すことはなく、部分充放電状態を回避することができ、以て部分充放電状態による劣化を減少させることができることが分かる。
【００４７】
また、二次電池４を、主に、電力需要ピーク用に使用した場合にも、電気二重層コンデンサ３の蓄電エネルギーが小さくなったときには二次電池４が放電可能となるので、蓄電手段としての機能を損なうことがない。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図１では、一つの充電回路２で電気二重層コンデンサ３と二次電池４とを充電するようにしているが、充電回路を２つ設けて、一方で電気二重層コンデンサ３を充電し、他方で二次電池４を充電するようにしてもよい。
また、放電指令信号により二次電池４の放電を可能とする時間範囲は、天候や負荷の条件等に応じて適宜変更させてもよいことは当然である。
【００４９】
更に、上記の説明では、比較回路８は、二次電池４の端子電圧が放電停止電圧ＶREF1より高いときにはハイレベルを出力し、放電停止電圧圧ＶREF1以下のときにはローレベルを出力するものとしたが、二次電池４の端子電圧が放電停止電圧ＶREF1以上のときにハイレベルを出力し、放電停止電圧圧ＶREF1未満のときにローレベルを出力するようにしてもよい。
【００５０】
同様に、比較回路１３については、電気二重層コンデンサ３の端子電圧が使用限界電圧ＶREF2未満のときにはハイレベルを出力し、使用限界電圧ＶREF2以上のときにはローレベルを出力するものとしたが、電気二重層コンデンサ３の端子電圧が使用限界電圧ＶREF2以下のときにはハイレベルを出力し、使用限界電圧ＶREF2より高いときにはローレベルを出力するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽光発電システムの一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示す太陽光発電システムで実験を行った場合のデータの例を示す図である。
【図３】図１に示す太陽光発電システムで実験を行った場合のデータの他の例を示す図である。
【図４】図１に示す太陽光発電システムで実験を行った場合のデータの更に他の例を示す図である。
【図５】従来の太陽光発電システムの構成例を示す図である。
【図６】本発明が解決しようとする課題を説明するための図である。
【符号の説明】
１…太陽電池、２…定電圧定電流充電回路、３…電気二重層コンデンサ、４…二次電池、５、６、７…ダイオード、８…比較回路、９…電源、１０…スイッチ、１１…ドライブ回路、１２…出力調整回路、１３…比較回路、１４…電源、１５…制御回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電手段として電気二重層コンデンサと二次電池を用いた太陽光発電システムに係り、特に二次電池の劣化を抑制するようにした太陽光発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池の出力電力は、ほぼ日射強度に比例することが知られている。従って、太陽光発電の出力電力は、天候状態、特に太陽電池に対する日射強度によって大きく影響されるので不安定である。例えば、日射強度が急激に変動した場合は出力電力は大きく変動してしまう。
そのため、日射強度の急激な変動に対応するために、太陽光発電システムに蓄電手段を設置することが広く行われている。そのような太陽光発電システムの構成は種々あるが、その一構成例を図５に示す。
【０００３】
図５は、充電手段として、鉛蓄電池等の二次電池と、電気二重層コンデンサとを用いた太陽光発電システムの構成例を示す図であり、図中、１は太陽電池、２は定電圧定電流充電回路（以下、単に充電回路と記す）、３は電気二重層コンデンサ、４は二次電池、５、６、７はダイオード、８は比較回路、９は電源、１０はＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ、１１はドライブ回路、１２は出力調整回路を示す。
【０００４】
充電回路２は、太陽電池１の出力電力を、電気二重層コンデンサ３と、二次電池４に、電圧と電流を定格以内に制限しながら充電する回路であり、電気二重層コンデンサ３と二次電池４は、この充電回路２に並列に接続されている。なお、この種の充電回路は周知であるので、詳細な説明は省略する。
【０００５】
ダイオード５、６、７は逆流防止用のためのものであって、ダイオード５は、電気二重層コンデンサ３に蓄積された電力が充電回路２へ環流するのを防止するために設けられており、ダイオード６は、二次電池４からスイッチ１０を介して出力調整回路１２へ放電される電力が電気二重層コンデンサ３側に流入するのを防止するために設けられており、ダイオード７は、二次電池４に蓄積された電力が充電回路２側へ環流するのを防止するために設けられている。
【０００６】
比較回路８は、二次電池４の端子電圧と、電源９の基準電圧ＶREF1とを比較し、二次電池４の端子電圧が基準電圧ＶREF1より高いときには第１の所定の値を、基準電圧ＶREF1以下のときには第２の所定の値を出力する。この電源９の基準電圧ＶREF1は、二次電池４の端子電圧がこれ以下になった場合には過放電となって使用できなくなるという閾値電圧を設定すればよい。この比較回路８としてはヒステリシス特性を有するものを用いるのが望ましい。
【０００７】
なお、ここでは、第１の所定の値をハイレベル、第２の所定の値をローレベルとする。即ち、比較回路８は、二次電池４の端子電圧が基準電圧ＶREF1より高いときにはハイレベルを出力し、基準電圧ＶREF1以下のときにはローレベルを出力するものとする。
【０００８】
ドライブ回路１１は、比較回路８からハイレベルが出力された場合にはスイッチ１０をオンとする信号を出力し、比較回路８からローレベルが出力された場合にはスイッチ１０をオフとする信号を出力するものである。
【０００９】
出力調整回路１２は、その後段に接続される負荷（図示せず）に供給する電圧及び電流を調整するものであり、負荷が直流機器の場合にはＤＣ／ＤＣコンバータで構成され、負荷が交流機器の場合にはＤＣ／ＡＣインバータで構成される。この出力調整回路１２によって、定電圧で定電流の電力を負荷に供給することができる。
【００１０】
次に、図５に示す太陽光発電システムの動作を説明する。
いま、電気二重層コンデンサ３には電力がある程度蓄積されており、また、二次電池４にも電力がある程度蓄積されており、その端子電圧は電源９の基準電圧ＶREF1より高く、比較回路８からハイレベルが出力されているとする。このときには、スイッチ１０はドライブ回路１１によってオンとなされ、二次電池４からはスイッチ１０を介して出力調整回路１２に放電可能な状態にある。
【００１１】
従って、この状態では、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合については電気二重層コンデンサ３と二次電池４から供給される。なお、電気二重層コンデンサ３からの電力供給はダイオード６を介して行われ、二次電池４からの電力供給はスイッチ１０を介して行われる。
【００１２】
そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電されることになる。
【００１３】
その後、二次電池４からの放電が続き、その端子電圧が基準電圧ＶREF1以下になると、比較回路８からはローレベルが出力され、それに伴ってスイッチ１０はオフになるので、これ以上の二次電池４からの放電は停止され、この場合には、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合は電気二重層コンデンサ３から供給されることになる。このことから、電源９の基準電圧ＶREF1は二次電池４の放電停止電圧ということができる。従って、以下では基準電圧ＶREF1を放電停止電圧と称することにする。
【００１４】
そしてその後、二次電池４への充電が行われ、その端子電圧が放電停止電圧ＶREF1より高くなると、比較回路８からはハイレベルが出力され、スイッチ１０がオンとなり、二次電池４からも放電が行われることになる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電気二重層コンデンサはコンデンサであるので何回充放電を繰り返しても問題は生じないが、太陽光発電システムに使用される二次電池については過充電状態による劣化以外に、部分充放電状態での長期にわたる使用による劣化が大きいことが知られている。部分充放電状態とは、短時間の間に充電と放電が頻繁に繰り返される状態であり、この部分充放電状態は、負荷が急激に変動する場合にも生じるが、日射強度が急激に変化する場合に顕著に現れる。
【００１６】
従って、太陽光発電システムでは二次電池が長期にわたって部分充放電状態となることを避ける必要があり、図５に示す太陽光発電システムにおいては、二次電池４に加えて電気二重層コンデンサ３を設け、その電気二重層コンデンサ３の急速大電流充放電特性を利用することにより、日射強度が急激に変動した場合にも二次電池４が部分充放電状態になることを緩和するようにしているのである。
【００１７】
しかしながら、図５に示す太陽光発電システムを実験してみると、日射強度が急激に変動したとき、二次電池４が部分充放電状態になる場合があることが判明した。
【００１８】
そのようなデータの一例を図６に示す。図６（ａ）は日射強度を示し、図６（ｂ）のＡで示すグラフはそのときの電気二重層コンデンサ３の電流を示し、Ｂで示すグラフはそのときの二次電池４の電流を示している。日射強度は１ｍ2 あたりの太陽電池１の出力電力（ｋＷ）で表している。図６（ａ）、（ｂ）の横軸は共に時間で、両者の時間軸は同じである。なお、図では横軸の１目盛りは１分である。図の［MIN／DIV］はこのことを示している。また、電気二重層コンデンサ３及び二次電池４の電流は、出力調整回路１２の出力を一定に保った場合の変化を示しており、正の場合は充電状態にあり、負の場合は放電状態にある。
【００１９】
図６（ａ）、（ｂ）から、二次電池４は、日射強度の変動に伴って、充電状態と放電状態を繰り返していることが分かる。このような状態が継続すると部分充放電状態となり、劣化が早まることになる。即ち、図５に示す太陽光発電システムでは、日射強度の変動が長く続くと、電気二重層コンデンサ３を設けたことによる二次電池４の部分充放電状態を緩和する効果は低下してしまうのである。そして、実験の結果、このような二次電池４の部分充放電状態を緩和する効果の低下は、電気二重層コンデンサ３の蓄電容量が、二次電池４の蓄電容量の数分の１程度になった場合に顕著となることが判明した。
【００２０】
そこで、本発明は、日射強度が変動して、太陽電池の出力電力が変動した場合にも二次電池の部分充放電状態を従来より緩和することができる太陽光発電システムを提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る太陽光発電システムは、充電手段として電気二重層コンデンサと二次電池とを備える太陽光発電システムにおいて、二次電池の端子電圧が第１の所定の電圧以上、あるいはそれより高く、且つ、電気二重層コンデンサの端子電圧が第２の所定の電圧未満、あるいはそれ以下である場合、及び二次電池の端子電圧が第１の所定の電圧以上、あるいはそれより高く、且つ、放電指令信号で定められた時間範囲である場合の２つの場合のみに二次電池の放電を可能としたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ発明の実施の形態について説明するが、まず、太陽光発電システムを実際に運用する場合に、電気二重層コンデンサと、二次電池の充放電をどのように制御するのが望ましいかを考えると次のようである。
【００２３】
まず、負荷の使用電力量は午後に多くなることが一般的である。このことは、例えば夏の時期の午後にはクーラーによる使用電力量が増大することからも明らかである。そこで、基本的には、負荷の使用電力量が多くなる時間帯には二次電池からの放電を可能とし、それ以外の時間帯には二次電池には充電を行い、電気二重層コンデンサから放電するようにすればよい。
【００２４】
しかし、負荷の使用電力量が多くない時間帯であっても、電気二重層コンデンサの蓄電量が減少して、負荷へ供給する電力量が、充電回路の出力電力と電気二重層コンデンサからの放電だけでは賄えない場合には、二次電池から放電する必要がある。
【００２５】
また、負荷の使用電力量が多い時間帯で、二次電池からの放電が可能となされている時間帯であっても、二次電池の蓄電量が減少し、二次電池の端子電圧が放電停止電圧以下になった場合には、二次電池からの放電を停止して、充電回路の出力電力と電気二重層コンデンサからの放電だけで負荷への電力供給を賄う必要がある。
【００２６】
本発明に係る太陽光発電システムは以上の動作を行うものであり、その一実施形態を図１に示す。図１において、１３は比較回路、１４は電源、１５は制御回路を示す。なお、図１において、図５に示すものと同等な構成要素については同一の符号を付し、重複する説明は必要最小限に止めることにする。
【００２７】
比較回路１３は、電気二重層コンデンサ３の端子電圧と、電源１４の基準電圧ＶREF2とを比較し、電気二重層コンデンサ３の端子電圧が基準電圧ＶREF2未満のときには第１の所定の値を、基準電圧ＶREF2以上のときには第２の所定の値を出力する。この電源１４の基準電圧ＶREF2は、電気二重層コンデンサ３の端子電圧がこれ未満になった場合には使用できなくなるという限界の電圧（以下、この電圧を使用限界電圧と記す）を設定すればよい。この比較回路１３としてはヒステリシス特性を有するものを用いるのが望ましい。
【００２８】
なお、ここでは、第１の所定の値をハイレベル、第２の所定の値をローレベルとする。即ち、比較回路１３は、電気二重層コンデンサ３の端子電圧が使用限界電圧ＶREF2未満のときにはハイレベルを出力し、使用限界電圧ＶREF2以上のときにはローレベルを出力するものとする。
【００２９】
制御回路１５には、比較回路８の出力、比較回路１３の出力、及び放電指令信号が入力される。上述したように、負荷の使用電力量が多くなる時間帯には二次電池４からの放電を可能とするのがよいのであるが、そのための信号が放電指令信号である。ここでは、放電指令信号は、負荷の使用電力量が多くなる時間帯にはハイレベル、それ以外の時間帯にはローレベルになるものとする。従って、例えば午後１時〜午後４時の時間帯に負荷の使用電力量が増大するものとすると、放電指令信号は午後１時〜午後４時の時間帯はハイレベル、それ以外の時間帯はローレベルとなされる。なお、放電指令信号はタイマによって２値の信号を出力する論理回路等の適宜な手段で生成することができる。
【００３０】
そして、制御回路１５は、比較回路８の出力信号、比較回路１３の出力信号、及び放電指令信号に基づいて、スイッチ１０のオン／オフを制御するためのスイッチ制御信号を生成して、スイッチ１０のドライブ回路１１に出力する。具体的には、図１に示す構成では、比較回路８の出力信号をＧ３、比較回路１３の出力信号をＧ２、放電指令信号Ｇ１、スイッチ制御信号をＧＴで表し、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の３つの信号のレベルを上記のように定義した場合、スイッチ制御信号ＧＴを
ＧＴ＝Ｇ３＊（Ｇ１＋Ｇ２） …(1)
で定義する。ここで、「＊」は論理積、「＋」は論理和を表す。
【００３１】
このような制御回路１５は、(1)式の論理演算を行う論理回路を用いて構成できることは当然であるが、マイクロプロセッサを用いて構成してもよい。そして、後者の場合には、放電指令信号はマイクロプロセッサの内部で発生させることができる。
【００３２】
以下、動作を説明する。なお、以下ではハイレベルを１で表し、ローレベルを０で表すことにする。
【００３３】
（１）Ｇ１＝０，Ｇ２＝０，Ｇ３＝０の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が多くない時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧以上で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧以下である場合である。
この場合にはＧＴ＝０となり、スイッチ１０はオフとなって二次電池４からの放電は行われない。従って、この場合には、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合は電気二重層コンデンサ３から供給されることになる。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電される。
【００３４】
（２）Ｇ１＝０，Ｇ２＝０，Ｇ３＝１の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が多くない時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧以上で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧より高い場合である。
この場合には、ＧＴ＝０となり、スイッチ１０はオフとなって二次電池４からの放電は行われない。従って、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合は電気二重層コンデンサ３から供給されることになる。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電される。
このような動作を行わせるのは次のような理由による。即ち、この場合には、二次電池４にはある程度電力が蓄積され、放電可能な状態となっているが、負荷での使用電力量も多くなく、しかも電気二重層コンデンサ３にもある程度電力が蓄積されて使用できる状態であるので、二次電池４からの放電は行わずに、負荷での使用電力量が多くなる時間帯に備えて充電を行わせ、電気二重層コンデンサ３から放電を行うようにするのである。
【００３５】
（３）Ｇ１＝０，Ｇ２＝１，Ｇ３＝０の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が多くない時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧未満で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧以下である場合である。この場合には、ＧＴ＝０となり、スイッチ１０はオフとなって二次電池４からの放電は行われない。
この場合は、電気二重層コンデンサ３も、二次電池４も使用できない状態にあるので、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給されるだけである。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電される。なお、図１に示す構成では、電気二重層コンデンサ３からの放電を強制的に停止するための手段は設けられていないが、端子電圧が使用限界電圧未満である場合には電気二重層コンデンサ３からは放電は行われない。
【００３６】
（４）Ｇ１＝０，Ｇ２＝１，Ｇ３＝１の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が多くない時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧未満で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧より高い場合である。この場合には、ＧＴ＝１となり、スイッチ１０はオンとなって二次電池４からの放電が可能となる。
これは、例えば、上記（２）の場合において電気二重層コンデンサ３から放電を行っている間に電気二重層コンデンサ３の端子電圧が使用限界電圧未満になってしまった場合に相当する。
従って、この場合は、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合は二次電池４から供給されることになる。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電される。つまり、この場合には負荷での使用電力量は多くはないが、電気二重層コンデンサ３が使用できない状態にあり、しかし二次電池４は使用可能な状態にあるので、二次電池４からの放電を可能とするのである。
【００３７】
（５）Ｇ１＝１，Ｇ２＝０，Ｇ３＝０の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が増大する時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧以上で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧以下である場合である。
この場合にはＧＴ＝０となり、スイッチ１０はオフとなって二次電池４からの放電は行われない。従って、この場合には、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合は電気二重層コンデンサ３から供給されることになる。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電される。
つまり、この場合には負荷での使用電力量が多いのであるが、二次電池４は使用できる状態になく、電気二重層コンデンサ３は使用できる状態であるので、二次電池４からは放電させず、電気二重層コンデンサ３から放電するようにするのである。
【００３８】
（６）Ｇ１＝１，Ｇ２＝１，Ｇ３＝０の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が増大する時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧未満で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧以下である場合である。この場合には、ＧＴ＝０となり、スイッチ１０はオフとなって二次電池４からの放電は行われない。
即ち、この場合は、負荷での使用電力量は多いのであるが、二次電池４は使用できない状態にあるのでスイッチ１０をオフして放電を停止させるのである。また、電気二重層コンデンサ３も使用できない状態にあるので、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給されるだけである。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電される。
【００３９】
（７）Ｇ１＝１，Ｇ２＝０，Ｇ３＝１の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が増大する時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧以上で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧より高い場合である。
この場合には、ＧＴ＝１となり、スイッチ１０はオンとなって二次電池４からの放電が可能となる。従って、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合は電気二重層コンデンサ３及び二次電池４から供給されることになる。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４は充電される。
即ち、この場合には、負荷での使用電力量が増大し、しかも電気二重層コンデンサ３も、二次電池４も使用可能であるので、電気二重層コンデンサ３と二次電池４の両方から放電させるようにするのである。
【００４０】
（８）Ｇ１＝１，Ｇ２＝１，Ｇ３＝１の場合の動作
これは、負荷での使用電力量が増大する時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧未満で、且つ二次電池４の端子電圧が放電停止電圧より高い場合である。この場合には、ＧＴ＝１となり、スイッチ１０はオンとなって二次電池４からの放電が可能となる。
これは、例えば、上記（７）の場合において電気二重層コンデンサ３から放電を行っている間に電気二重層コンデンサ３の端子電圧が使用限界電圧未満になってしまった場合に相当する。
従って、この場合は、出力調整回路１２には充電回路２からの出力電力が直接供給され、それだけでは不足する場合は二次電池４から供給されることになる。そして、日射強度が強く、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４が充電される。
つまり、この場合には負荷での使用電力量が多いので、電気二重層コンデンサ３は使用できない状態にあるが、二次電池４は使用可能な状態にあるので、二次電池４からの放電を可能とするのである。
【００４１】
次に、この太陽光発電システムで実験を行った場合のデータの例を図２、図３、図４に示す。なお、図２〜図４において、（ａ）は日射強度を示し、（ｂ）のＡで示すグラフはそのときの電気二重層コンデンサ３の電流を示し、Ｂで示すグラフはそのときの二次電池４の電流を示している。日射強度は１ｍ2 あたりの太陽電池１の出力電力（ｋＷ）で表している。図２〜図４の横軸は共に時間で、両者の時間軸は同じであるが、横軸の１目盛りは図２は１分、図３は５分、図４は１分である。また、図２及び図３に示す電気二重層コンデンサ３及び二次電池４の電流は、出力調整回路１２の出力を一定に保った場合の変化を示しており、正の場合は充電状態にあり、負の場合は放電状態にある。
【００４２】
図２は、負荷での使用電力が多くない時間帯であって、電気二重層コンデンサ３の端子電圧は使用限界電圧以上である場合を示している。図２から明らかなように、この場合には二次電池４の電流は常に正であり、充電状態にあることが分かる。また、電気二重層コンデンサ３の電流は、正になる場合もあり、負になる場合もあり、充電と放電を繰り返していることが分かる。即ち、出力調整回路１２に供給する電力が充電回路２の出力電力だけでは足りない場合には電気二重層コンデンサ３から放電が行われ、充電回路２の出力電力だけで出力調整回路１２へ供給する電力が十分に賄え、なお且つ電力が余る場合には、その余分な電力によって電気二重層コンデンサ３及び二次電池４は充電されるのである。
【００４３】
図３は、二次電池４の端子電圧は放電停止電圧より高く、使用可能な状態にはあるが放電を停止している状態において、電気二重層コンデンサ３から放電を行っている場合に、日射強度の弱い時間が続き、図３のｔ1 で示すときに電気二重層コンデンサ３の端子電圧が使用限界電圧未満になった場合の例を示している。上述したように、このような場合にはｔ1 の時にＧＴ＝１となり、二次電池４の放電が可能となるが、実際、図３ではｔ1 の時に放電状態となっている。その後、二次電池４の放電はしばらく続くが、日射強度が強くなると電気二重層コンデンサ３の電流は正となり、充電されていることが分かる。
【００４４】
図４は、二次電池４の端子電圧が放電停止電圧より高く、且つ図のｔ2 の時刻に放電指令信号がローレベルからハイレベルになった場合を示している。また、この場合には、図のＣで示すように出力調整回路１２から負荷へ供給する電流を１Ａから２Ａへと２倍にしている。
この場合、二次電池４は放電指令信号がローレベルの期間は充電状態にあるが、放電指令信号がハイレベルになると放電状態となり、充電回路２からの電力量だけで足りない分は電気二重層コンデンサ３と二次電池４の両方から放電されていることが分かる。そして、図の場合には、二次電池４の放電が開始されることに伴って、電気二重層コンデンサ３の放電が徐々に少なくなり、日射強度が強い場合には充電状態になっていることが分かる。
【００４５】
図２〜図４の何れの場合においても、二次電池４が部分充放電状態となることは避けられていることが分かる。従って、図１に示す構成では、従来に比して二次電池４の劣化を回避できることになる。
【００４６】
以上のように、この太陽光発電システムでは、
▲１▼二次電池４の端子電圧が電源９で定められる第１の所定の電圧より高く、即ち放電停止電圧より高く、且つ電気二重層コンデンサ３の端子電圧が電源１４で定められる第２の所定の電圧未満、即ち使用限界電圧未満である場合、
▲２▼二次電池４の端子電圧が電源９で定められる第１の所定の電圧より高く、即ち放電停止電圧より高く、且つ放電指令信号で定められた時間範囲である場合
の２つの場合のみに二次電池４の放電を可能としたので、日射強度が急激に変動し、それに伴って太陽電池１の出力電力が変動した場合でも、二次電池４が部分充放電状態となることを従来よりも回避できるので、二次電池４の部分充放電状態による劣化を低減することができる。実際、図２、図３、図４から理解できるように、二次電池４は充電と放電を短時間の間に頻繁に繰り返すことはなく、部分充放電状態を回避することができ、以て部分充放電状態による劣化を減少させることができることが分かる。
【００４７】
また、二次電池４を、主に、電力需要ピーク用に使用した場合にも、電気二重層コンデンサ３の蓄電エネルギーが小さくなったときには二次電池４が放電可能となるので、蓄電手段としての機能を損なうことがない。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図１では、一つの充電回路２で電気二重層コンデンサ３と二次電池４とを充電するようにしているが、充電回路を２つ設けて、一方で電気二重層コンデンサ３を充電し、他方で二次電池４を充電するようにしてもよい。
また、放電指令信号により二次電池４の放電を可能とする時間範囲は、天候や負荷の条件等に応じて適宜変更させてもよいことは当然である。
【００４９】
更に、上記の説明では、比較回路８は、二次電池４の端子電圧が放電停止電圧ＶREF1より高いときにはハイレベルを出力し、放電停止電圧圧ＶREF1以下のときにはローレベルを出力するものとしたが、二次電池４の端子電圧が放電停止電圧ＶREF1以上のときにハイレベルを出力し、放電停止電圧圧ＶREF1未満のときにローレベルを出力するようにしてもよい。
【００５０】
同様に、比較回路１３については、電気二重層コンデンサ３の端子電圧が使用限界電圧ＶREF2未満のときにはハイレベルを出力し、使用限界電圧ＶREF2以上のときにはローレベルを出力するものとしたが、電気二重層コンデンサ３の端子電圧が使用限界電圧ＶREF2以下のときにはハイレベルを出力し、使用限界電圧ＶREF2より高いときにはローレベルを出力するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽光発電システムの一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示す太陽光発電システムで実験を行った場合のデータの例を示す図である。
【図３】図１に示す太陽光発電システムで実験を行った場合のデータの他の例を示す図である。
【図４】図１に示す太陽光発電システムで実験を行った場合のデータの更に他の例を示す図である。
【図５】従来の太陽光発電システムの構成例を示す図である。
【図６】本発明が解決しようとする課題を説明するための図である。
【符号の説明】
１…太陽電池、２…定電圧定電流充電回路、３…電気二重層コンデンサ、４…二次電池、５、６、７…ダイオード、８…比較回路、９…電源、１０…スイッチ、１１…ドライブ回路、１２…出力調整回路、１３…比較回路、１４…電源、１５…制御回路。
Claims (1)
- 充電手段として電気二重層コンデンサと二次電池とを備える太陽光発電システムにおいて、
二次電池の端子電圧が第１の所定の電圧以上、あるいはそれより高く、且つ、電気二重層コンデンサの端子電圧が第２の所定の電圧未満、あるいはそれ以下である場合、
及び
二次電池の端子電圧が第１の所定の電圧以上、あるいはそれより高く、且つ、放電指令信号で定められた時間範囲である場合
の２つの場合のみに二次電池の放電を可能としたことを特徴とする太陽光発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000255020A JP3830337B2 (ja) | 2000-08-25 | 2000-08-25 | 太陽光発電システム |
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