JP5947270B2

JP5947270B2 - 電力供給システム

Info

Publication number: JP5947270B2
Application number: JP2013200279A
Authority: JP
Inventors: 洋一入内嶋; 寛田中; 統之井上; 浩巳今成; 弘後藤
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2033-09-26
Also published as: JP2015070637A

Description

本発明は、通信設備に電力を供給する電力供給システムに関する。

自然エネルギーを利用した発電装置と、発電装置に接続した鉛蓄電池と、を備える発電設備がある。鉛蓄電池は、発電装置の出力によって充電される。発電装置から電力会社の電力系統に供給される電力が変動する場合に、鉛蓄電池は、電力系統に放電する。また、鉛蓄電池では、充電状態を３０〜９０％に維持するために、雰囲気温度が基準温度から変動した場合に、温度の変動量に応じて電池電圧の規定範囲が変動されるようになっている（特許文献１参照）。

特許第４９４１６１８号公報

特許文献１に記載された発明は、電力設備から電力系統に供給される電力を安定させる発明である。すなわち、特許文献１に記載された発明は、商用電源から通信設備に供給させる電力が停電した場合でも、通信設備に電力を供給することが可能なシステムに関する発明ではない。

本発明は、商用電源が停電した場合でも電力を供給することができる電力供給システムを提供することを目的とする。

本発明の電力供給システムは、通信設備に電力を供給するシステムであって、前記通信設備に電力を供給する太陽電池と、前記通信設備に電力を供給する商用電源が停電した場合に稼働して、前記通信設備に電力を供給することが可能な発電機と、前記太陽電池によって供給された電力、及び前記発電機によって供給された電力により蓄電することが可能であり、蓄電した電力を前記通信設備に供給することが可能な蓄電池と、前記商用電源が停電した場合、前記蓄電池に蓄電された電力に対応した電圧値が所定の下限電圧値以下になると前記発電機を稼働させ、前記蓄電池に蓄電された電力に対応した電圧値が所定の上限電圧値になると前記発電機を停止させ、前記太陽電池の発電に関する条件に応じて前記下限電圧値と前記上限電圧値とを共に変化させる制御部と、を備える。

電力供給システムでは、前記太陽電池の発電に関する前記条件は、前記太陽電池の発電量の見込みであることが好ましい。前記制御部は、前記太陽電池の発電量が所定量未満と見込まれる場合には、前記太陽電池の発電量が前記所定量以上と見込まれる場合よりも、前記下限電圧値及び前記上限電圧値それぞれを低く設定することが好ましい。

前記制御部は、前記通信設備が配される地域の天気に関する情報を取得することに基づいて、前記太陽電池の発電に関する前記条件を取得することが好ましい。

前記蓄電池は、前記商用電源が停電した場合に、前記太陽電池によって供給される電力のみによって前記通信設備が稼働することが可能であると、蓄電した電力を前記通信設備に供給しないことが好ましい。

電力供給システムは、前記発電機の後段に接続される整流器をさらに備えることが好ましい。前記整流器から出力される電力が前記通信設備で必要とされる電力と前記蓄電池を蓄電させることが可能な電力とを有するように、前記発電機は発電することが好ましい。

前記太陽電池によって発電される最大の電力は、前記通信設備で必要とされる電力と、前記蓄電池を蓄電させることが可能な電力とを有することが好ましい。

本発明によれば、商用電源が停電した場合でも電力を供給することができる電力供給システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電力供給システムについて説明するための概略ブロック図である。発電機で発電される電力と、発電機で消費される燃料との関係の一例を示すグラフである。電力供給システムの動作の一例について説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電力供給システム１について説明するための概略ブロック図である。図２は、発電機１４で発電される電力と、発電機１４で消費される燃料との関係の一例を示すグラフである。

電力供給システム１は、負荷である通信設備１０に電力を供給する。図１に示すように、電力供給システム１は、太陽電池１１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、停電監視部１３と、発電機１４と、整流器１５と、蓄電池１６と、過放電防止部１７と、制御部１８と、を備える。太陽電池１１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、停電監視部１３と、発電機１４と、整流器１５と、蓄電池１６と、過放電防止部１７と、制御部１８とは、通信設備１０に隣接して配される。

太陽電池１１は、通信設備１０に電力を供給する商用電源が停電しているか否かにかかわらず、発電可能な光を受ける場合には発電する。太陽電池１１は、発電した電力を通信設備１０に供給する。太陽電池１１によって発電される最大の電力は、通信設備１０で必要とされる電力と、蓄電池１６を蓄電させることが可能な電力とを有する。太陽電池１１で発電された電力は、優先的に通信設備１０に供給される。通信設備１０で必要とされる電力以上の電力を太陽電池１１が発電する場合には、通信設備１０には余剰の電力は、蓄電池１６に充電される。また、非停電時において、太陽電池１１から通信設備１０に電力が供給される場合、太陽電池１１からの電力では通信設備１０で必要な電力に足りないと、商用電源から電力が供給される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、太陽電池１１の後段に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、ＭＰＰＴ（ＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇ）機能を備える。

停電監視部１３は、商用電源が停電したか否かを監視する。停電監視部１３は、監視の結果を制御部１８に供給する。

発電機１４は、通信設備１０に電力を供給する商用電源が停電した場合に稼働して、通信設備１０に電力を供給することが可能である。発電機１４は、商用電源が停電した場合に、制御部１８の制御に基づいて稼働する。整流器１５は、発電機１４の後段に接続される。整流器１５は、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータである。整流器１５から出力される電力が通信設備１０で必要とされる電力と蓄電池１６を蓄電させることが可能な電力とを有するように、発電機１４は発電する。

ここで、例えば、通信設備１０が７５０Ｗを必要とし、整流器１５では１００Ｗの電力の損失があるとする。また、発電機１４が１ｋＷの電力を発電する場合、発電機１４は、図２から０．８２リットル／ｋＷｈの燃料を消費する。すなわち、発電機１４は、１ｋＷ出力で１時間当たり０．８２リットルの燃料を消費する。また、発電機１４が２．１ｋＷの電力を発電する場合、発電機１４は、図２から０．５２リットル／ｋＷｈの燃料を消費する。すなわち、発電機１４は、２．１ｋＷ出力で１時間当たり１．０９リットルの燃料を消費する。このような例示の場合の発電機１４では、通信設備１０で必要とされる電力のみを発電する場合（１ｋＷ出力）の方が、通信設備１０で必要とされる電力と蓄電池１６を充電させることが可能な電力とを有する場合（２ｋＷ出力）よりも、１ｋＷ当たりの消費燃料が多くなる。したがって、発電機１４が発電を行う場合、出力を大きくしたほうが経済的に有利になる。また、発電機１４が発電を行う場合、出力を大きくしたほうが、蓄電池１６にも充電を行えるので、通信設備１０への電力の供給の観点で有利になる。

蓄電池１６は、太陽電池１１によって供給された電力、及び発電機１４によって供給された電力により蓄電されることが可能である。蓄電池１６は、蓄電した電力を通信設備１０に供給することが可能である。蓄電池１６は、商用電源が停電した場合に、太陽電池１１によって供給される電力のみによって通信設備１０が稼働することが可能であると、蓄電した電力を通信設備１０に供給しない。蓄電池１６には、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池又はニッケル水素蓄電池等を初めとする様々な種類の蓄電池が利用される。

過放電防止部１７は、蓄電池１６が過放電するのを防止する。過放電防止部１７は、例えば、スイッチである。過放電防止部１７は、蓄電池１６の電圧に基づいて、制御部１８によって制御される。

制御部１８は、商用電源が停電した場合、蓄電池１６に蓄電された電力に対応した電圧値が所定の下限電圧値以下になると発電機１４を稼働させ、蓄電池１６に蓄電された電力に対応した電圧値が所定の上限電圧値になると発電機１４を停止させる。制御部１８は、太陽電池１１の発電に関する条件に応じて下限電圧値と上限電圧値とを共に変化させる。太陽電池１１の発電に関する条件は、太陽電池１１の発電量の見込みである。制御部１８は、太陽電池１１の発電量が所定量未満と見込まれる場合には、太陽電池１１の発電量が所定量以上と見込まれる場合よりも、下限電圧値及び上限電圧値それぞれを低く設定する。

例えば、太陽電池１１の発電量が所定量以上と見込まれる場合には、下限電圧値と上限電圧値とは、それぞれ第１電圧（第１の下限電圧値）Ｖ１と第２電圧（第１の上限電圧値）Ｖ２とになる。また、太陽電池１１の発電量が所定量未満と見込まれる場合には、下限電圧値と上限電圧値とは、それぞれ第３電圧（第２の下限電圧値）Ｖ３と第４電圧（第２の上限電圧値）Ｖ４になる。ここで、Ｖ３＜Ｖ１、Ｖ４＜Ｖ２である。なお、第３電圧Ｖ３は、蓄電池１６が過放電した場合の電圧よりも大きい電圧である。

第１電圧Ｖ１は、夜間又は太陽電池１１の発電量が所定量以上と見込まれる場合の、蓄電池１６の下限電圧である。第２電圧Ｖ２は、夜間又は太陽電池１１の発電量が所定量以上と見込まれる場合の、蓄電池１６の回復電圧である。第３電圧Ｖ３は、太陽電池１１の発電量が所定量未満と見込まれる場合の、蓄電池１６の下限電圧である。第４電圧Ｖ４は、太陽電池１１の発電量が所定量未満と見込まれる場合の、蓄電池１６の回復電圧である。第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とに設定するか、又は第３電圧Ｖ３と第４電圧Ｖ４とに設定するかの選択は、例えば、現在時刻と、前日又は当日の天気に関する情報とに基づいて選択される。これは、天気が回復することに期待し電圧を下げることでその時間を長くとることにより、発電機１４の起動を延長し、すなわち燃料の節約を図る。

制御部１８は、通信設備１０が配される地域の天気に関する情報を取得することに基づいて、太陽電池１１の発電に関する条件を取得する。天気に関する情報は、例えば、気象センサで取得したデータ又は天気予報等である。気象センサは、通信設備１０と共に配される。気象センサで取得したデータとは、例えば、気温、湿度、気圧、照度、感雨又は紫外線等のデータである。

天気に関する情報に基づいて太陽電池１１の発電量が所定量未満と見込まれる場合には、制御部１８は、所定の第１時刻（朝又は昼）になると、第３電圧Ｖ３及び第４電圧Ｖ４に設定する。天気に関する情報に基づいて太陽電池１１の発電量が所定量以上と見込まれる場合には、制御部１８は、所定の第１時刻（朝又は昼）になると、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２に設定する。制御部１８は、所定の第２時刻（夕方）になると、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２に設定する。上述した所定量は、予め設定される。

蓄電池１６の電圧が第１電圧Ｖ１又は第３電圧Ｖ３以下になると、蓄電池１６から通信設備１０への電力の十分な供給ができなくなるため、制御部１８は、発電機１４を起動させる。これにより、発電機１４によって発電された電力は、通信設備１０へ供給されると共に、蓄電池１６の充電に利用される。ここで、蓄電池１６の電圧が第１電圧Ｖ１又は第３電圧Ｖ３以下になると、発電機１４を起動させて蓄電池１６を充電させるので、蓄電池１６が過放電することがなく、蓄電池１６の寿命を延ばすことができる。

蓄電池１６の電圧が第２電圧Ｖ２又は第４電圧Ｖ４になると、蓄電池１６の電圧が回復したことになるため、制御部１８は、発電機１４を停止させる。これにより、太陽電池１１又は蓄電池１６から通信設備１０に電力を供給する。以降、商用電源の停電が復旧するまで、上記の事項を繰り返す。

太陽電池１１の発電量が所定量未満と見込まれる場合に、第３電圧Ｖ３（＜Ｖ１）及び第４電圧Ｖ４（＜Ｖ２）に設定する理由は、太陽電池１１で発電された電力のみによって通信設備１０を稼働させることが不可能であり、発電機１４又は蓄電池１６から通信設備１０に電力を供給する可能性が高いからである。また、その理由は、発電機１４が稼働する機会を先送りしたほうが、発電機１４の稼働回数を減少させて、燃料を節約できるからである。

次に、電力供給システム１の動作について説明する。図３は、電力供給システム１の動作の一例について説明するための図である。図３の横軸は、時間を示す。図３の縦軸は、発電量と、蓄電池１６の電圧とを示す。図３の線Ａは、蓄電池１６の電圧を示す。図３のＢは、太陽電池１１の概略の発電量を示す。図３のＣは、発電機１４の概略の発電量を示す。

停電が発生するまでは、通信設備１０には太陽電池１１及び商用電源から電力が供給される。
停電が発生した場合（時刻Ｔ１）には、太陽電池１１又は蓄電池１６から通信設備１０に電力が供給される。太陽電池１１で発電された電力のみで通信設備１０を稼働させることができる場合には、蓄電池１６から通信設備１０に電力が供給されない。太陽電池１１で発電された電力のみで通信設備１０を稼働させることができない場合には、蓄電池１６からも通信設備１０に電力が供給される。なお、太陽電池１１が発電を開始するより前（図３に示すＢ１の発電が始まるよりも前）に、制御部１８は、太陽電池１１の発電量の見込みに基づいて、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の組み合わせと、第３電圧Ｖ３及び第４電圧Ｖ４の組み合わせとのうち、どちらか一方を選択する。本実施形態では、停電が発生すると直ぐに発電機１４を稼働させることはないので、発電機１４の燃料が節約される。

時刻Ｔ２において、蓄電池１６の電圧Ａが所定の下限電圧値になったので、制御部１８は、発電機１４を起動させる。ここでは、時刻Ｔ２は夜なので、所定の下限電圧値は第１電圧Ｖ１である。発電機１４によって発電された電力は、通信設備１０の稼働に利用されると共に、蓄電池１６の充電に利用される。これにより、蓄電池１６の電圧は、上昇する。また、発電機１４は、通信設備１０の稼働に利用される電力と、蓄電池１６の充電に利用される電力とを発電するので、通信設備１０の稼働に利用される電力のみを発電する場合に比べて、１ｋＷｈ当たり燃料消費を低くすることができる。

時刻Ｔ３において、蓄電池１６の電圧Ａが所定の上限電圧値になったので、制御部１８は、発電機１４を停止させる。ここで、時刻Ｔ３は夜なので、所定の上限電圧値は第２電圧Ｖ２である。時刻Ｔ３以降は、蓄電池１６から通信設備１０に電力が供給される。これにより、発電機１４は燃料を消費することがなくなる。

また、時刻Ｔ３以降では、蓄電池１６の電圧Ａが所定の下限電圧値になった場合に発電機１４が起動すること（時刻Ｔ４，Ｔ６）と、蓄電池１６の電圧Ａが所定の上限電圧値になった場合に発電機１４を停止させること（時刻Ｔ５，Ｔ７）と、が繰り返される。

時刻Ｔ８において、太陽電池１１が発電を開始した場合、発電された電力は、通信設備１０の稼働に利用されると共に、蓄電池１６の充電に利用される。なお、時刻Ｔ８よりも前に、制御部１８は、太陽電池１１の発電量の見込みに基づいて、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の組み合わせと、第３電圧Ｖ３及び第４電圧Ｖ４の組み合わせとのうち、どちらか一方を選択する。これにより、蓄電池１６の電圧は上昇する。蓄電池１６の電圧が第１電圧Ｖ１又は第３電圧Ｖ３以下にならない限り発電機１４を稼働させないので、発電機１４で消費される燃料が節約される。

上述した電力供給システム１によれば、一例として次の効果が奏される。
すなわち、電力供給システム１は、通信設備１０に電力を供給する太陽電池１１と、通信設備１０に電力を供給する商用電源が停電した場合に稼働して、通信設備１０に電力を供給することが可能な発電機１４と、太陽電池１１によって供給された電力、及び発電機１４によって供給された電力により蓄電することが可能であり、商用電源が停電した場合に蓄電した電力を通信設備１０に供給することが可能な蓄電池１６と、を備える。これにより、電力供給システム１は、商用電源が停電した場合でも、通信設備１０に電力を供給することができる。

また、電力供給システム１は、商用電源が停電した場合、蓄電池１６に蓄電された電力に対応した電圧値が所定の下限電圧値以下になると発電機１４を稼働させ、蓄電池１６に蓄電された電力に対応した電圧値が所定の上限電圧値になると発電機１４を停止させる。さらに、電力供給システム１は、太陽電池１１の発電に関する条件に応じて下限電圧値と上限電圧値とを共に変化させる。これにより、電力供給システム１は、太陽電池１１の発電に関する条件に応じて発電機１４を稼働させる基準を変更するので、発電機１４の燃料の消費を抑えることができる。また、電力供給システム１は、発電機１４の燃料消費を抑えることができるので、商用電源が停電した場合でも、長時間、通信設備１０に電力を供給することができる。

また、電力供給システム１では、下限電圧値は、蓄電池１６が過放電しない電圧値に設定される。これにより、電力供給システム１は、蓄電池１６の能力の低下を抑えることができる。

また、電力供給システム１は、太陽電池１１の発電量が所定量未満と見込まれる場合には、太陽電池１１の発電量が所定量以上と見込まれる場合よりも、下限電圧値及び上限電圧値それぞれを低く設定する。具体的には、商用電源が停止し、且つ、蓄電池１６の電圧Ｖが第１電圧Ｖ１を下回った場合でも、太陽電池１１から通信設備１０に電力を供給することができるときには、発電機１４は起動しない。すなわち、蓄電池１６の電圧Ｖが第３電圧Ｖ３（＜Ｖ１）以下になった場合に、発電機１４は起動する。また、太陽電池１１から通信設備１０に電力を供給することができない場合には、太陽電池１１から通信設備１０への電力の供給が期待できる場合に比べて、低い電圧（第４電圧Ｖ４（＜Ｖ２））で発電機１４は停止する。このため、電力供給システム１は、発電機１４の燃料の消費を抑えることができる。

また、電力供給システム１は、通信設備１０が配される地域の天気に関する情報を取得することに基づいて、太陽電池１１の発電に関する条件を取得する。これにより、電力供給システム１は、通信設備１０が配される地域の天候に応じて、所定の下限電圧値と所定の上限電圧値とを設定することができる。

また、電力供給システム１において、蓄電池１６は、商用電源が停電した場合に、太陽電池１１によって供給される電力のみによって通信設備１０が稼働することが可能であると、蓄電した電力を通信設備１０に供給しない。これにより、電力供給システム１は、通信設備１０には余剰な電力を蓄電池１６の充電に利用することができる。

また、電力供給システム１において、整流器１５から出力される電力が通信設備１０で必要とされる電力と蓄電池１６を蓄電させることが可能な電力とを有するように、発電機１４は発電する。これにより、発電機１４で使用される燃料の効率を高めることができる。

また、電力供給システム１において、太陽電池１１によって発電される最大の電力は、通信設備１０で必要とされる電力と、蓄電池１６を蓄電させることが可能な電力とを有する。これにより、電力供給システム１は、発電機１４を稼働させない時間が生じる可能性があるので、発電機１４の燃料の消費を抑えることが可能になる。

なお、上述した電力供給システム１では、発電機１４の停止中は、発電機１４自体のセルモータ起動用蓄電池（図示せず）を充電することはできない。このため、電力供給システム１は、蓄電池１６からセルモータ起動用蓄電池（図示せず）に充電することができる回路（図示せず）を備えている。

また、上述した電力供給システム１では、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２、第３電圧Ｖ３及び第４電圧Ｖ４は、整流器１５の出力側において最大電力となるよう考慮し、発電機１４の燃料効率が最も効率的になる値に設定される。発電機１４一般の特性として、発電機１４の燃費は、電力供給先の負荷によって変動する。このため、負荷を決定づける第１〜４電圧Ｖ１〜Ｖ４は、一定の経験及び知見に基づいて設定される。

また、上述した実施形態では、所定の下限電圧値は、第１電圧Ｖ１と第３電圧Ｖ３であると説明した。上述した実施形態では、所定の上限電圧値は、第２電圧Ｖ２と第４電圧Ｖ４であると説明した。しかしながら、本発明は、この実施形態に限定されることはない。すなわち、所定の下限電圧値及び所定の上限電圧値は、それぞれ３つ以上であってもよい。

１電力供給システム
１０通信設備
１１太陽電池
１４発電機
１５整流器
１６蓄電池
１８制御部

Claims

通信設備に電力を供給する電力供給システムであって、
前記通信設備に電力を供給する太陽電池と、
前記通信設備に電力を供給する商用電源が停電した場合に稼働して、前記通信設備に電力を供給することが可能な発電機と、
前記太陽電池によって供給された電力、及び前記発電機によって供給された電力により蓄電することが可能であり、蓄電した電力を前記通信設備に供給することが可能な蓄電池と、
前記商用電源が停電した場合、前記蓄電池に蓄電された電力に対応した電圧値が所定の下限電圧値以下になると前記発電機を稼働させ、前記蓄電池に蓄電された電力に対応した電圧値が所定の上限電圧値になると前記発電機を停止させ、前記太陽電池の発電に関する条件に応じて前記下限電圧値と前記上限電圧値とを共に変化させる制御部と、
を備える電力供給システム。
前記太陽電池の発電に関する前記条件は、前記太陽電池の発電量の見込みであり、
前記制御部は、前記太陽電池の発電量が所定量未満と見込まれる場合には、前記太陽電池の発電量が前記所定量以上と見込まれる場合よりも、前記下限電圧値及び前記上限電圧値それぞれを低く設定する
請求項１に記載の電力供給システム。
前記制御部は、前記通信設備が配される地域の天気に関する情報を取得することに基づいて、前記太陽電池の発電に関する前記条件を取得する
請求項１又は２に記載の電力供給システム。
前記蓄電池は、前記商用電源が停電した場合に、前記太陽電池によって供給される電力のみによって前記通信設備が稼働することが可能であると、蓄電した電力を前記通信設備に供給しない
請求項１から３のいずれか１項に記載の電力供給システム。
前記発電機の後段に接続される整流器をさらに備え、
前記整流器から出力される電力が前記通信設備で必要とされる電力と前記蓄電池を蓄電させることが可能な電力とを有するように、前記発電機は発電する
請求項１から４のいずれか１項に記載の電力供給システム。
前記太陽電池によって発電される最大の電力は、前記通信設備で必要とされる電力と、前記蓄電池を蓄電させることが可能な電力とを有する
請求項１から５のいずれか１項に記載の電力供給システム。