JP6035565B2

JP6035565B2 - 給電システム

Info

Publication number: JP6035565B2
Application number: JP2012163466A
Authority: JP
Inventors: 浩司冨樫
Original assignee: グローバル・リンク株式会社
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: JP2014023412A

Description

本発明は、蓄電池に蓄えた太陽電池の発電電力および商用電源からの供給電力を利用して負荷に高圧給電する給電システムに関するものである。

従来から、太陽電池の発電電力を使用することで商用電源からの商用電力の使用量を削減するとともに、商用電源の供給が停止した場合に、引き続きこの商用電源の供給停止直前までに蓄電池に蓄電しておいた電力を負荷に供給可能にする給電システムが広く提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開平１０-２８５８２５号公報

しかしながら、従来の給電システムで使用される蓄電池は、一般に太陽電池を含む給電システムの規模に応じた容量のものが用いられ、蓄電池１個分が放出する出力電力、出力電圧には自ら限界がある。このため、例えば高電圧運転を必要とする負荷に対する電力供給には対応できないという不都合があった。また、必要とする十分に高い出力電圧、出力電力を得るには、蓄電池の設置数、つまり同時に稼動させる蓄電池の接続数を増やす必要があり、給電システムの高価格化や大型化が避けられない。さらには、かかる蓄電池の設置数の増加は、これらの設置空間の確保に困難を来たす場合があるという不都合があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄電池に蓄えた太陽電池の発電電力および商用電源からの供給電力を利用して発電機を高速運転することで、これまで蓄電池の出力電力のみを使用することによっては運転できなかった高電圧負荷を、十分に運転可能にする給電システムを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る給電システムは、太陽電池の発電電力及び商用電源からの供給電力を蓄電する蓄電池と、該蓄電器に蓄電された充電電力を電源として駆動されるモータと、該モータに変速機を介して連結されて高速運転される発電機と、を備え、前記モータの回転を前記変速機のギヤ比に応じた速度に変換して前記発電機に伝え、該発電機の発電電力を前記蓄電池の放電電力のみでは運転不可の高電圧負荷に供給することを特徴とする。

この構成によれば、日照時に蓄電池に蓄電した太陽電池の発電電力および夜間等に商用電源から蓄電池に蓄電した供給電力を用いてモータを駆動し、このモータの回転を変速機で高速回転に変換して発電機に伝えることにより、この発電機にその回転数に応じた高電圧を誘起させ、誘起されたこの高電圧出力により高電圧負荷の運転を可能にする。

本発明によれば、太陽電池の発電電力および商用電源の供給電力を蓄電した蓄電池の出力電力にもとづき発電機を高速運転できるので、その発電機が誘起する高電圧を高電圧負荷に対し供給することで、この高電圧負荷の運転を容易に可能にする。

以上、本発明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。

本発明の実施形態による給電システムを概念的に示すブロック図である。図１に示す給電システムの具体例を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施の形態にかかる給電システムを、図１および図２を参照して説明する。

図１に示す本実施形態の給電システムは、太陽電池１１と、商用電源（商用電力系統）１２と、蓄電池１３と、モータ１４と、変速機１５と、発電機１６と、を備えて構成される。これらのうち太陽電池１１は、太陽の光エネルギを直接電力に変換するものであり、今日では再生エネルギとして広く実用化されている。この太陽電池（セル）１１は必要なレベルの電圧が得られるように、複数枚が直列または並列に接続（連設）されてモジュール化され、さらに強化ガラスにより覆うなどして太陽電池パネルとなっている。

また、商用電源１２は電力会社から電力需用家への電力の供給源であり、日本では５０Ｈｚおよび６０Ｈｚの２系統で、供給電圧はＡＣ１００ボルトである。蓄電池１３は直流電力を蓄える電池であり、太陽光や風力等によって発生した電力を蓄えて、負荷に供給する。自然エネルギである太陽光や風力等を利用して得られる電力は一般的に不安定であり、常に一定値ではない。しかし、その不安定な電力を蓄電池１３に一旦蓄電することにより、この蓄電池によって平滑化および安定化された電力を出力させることができる。また、蓄電池１３はいつでも何処でも電力を取り出して使用することができ、特に緊急時の電源として極めて有用である。

モータ１４は交流モータで、このモータ１４の出力軸には変速機１５を介して発電機１６の駆動軸が連係されている。変速機１５は複数個のギヤを組み合わせたものからなり、モータ１４の回転数をギヤ比に応じた回転数に変換して発電機１６に伝える。ここで使用する変速機１５として、ギヤ比が調整可能または調整不可能な構成のものを任意に選んで用いることができる。なお、本実施形態では変速機１５のギヤ比が、例えば１０対１とした場合には、モータ１４の回転数に比べて発電機１６の回転数を１０倍速く回転（高速回転）させることができる。従って、発電機１６はその回転数相当レベルの高電圧を発生する。

図２は、図１に示す給電システムの詳細を示し、前記太陽電池１１は分配器１７を介してインバータ１８に接続されている。また、このインバータ１８は分電盤１９を介して商用電源１２に接続されている。これらのうち分配器１７は、太陽電池１１の発電電力を前記インバータ１８へ供給するとともに、蓄電池１３の充電回路へも供給する。

インバータ１８は分配器１７を通じて入力された直流電力を商用周波数の交流電力に変換する。分電盤１９はインバータ１８で得られた交流電力および蓄電池１３の放電電力を後述のインバータ２５で交流変換した交流電力を、商用電源（商用電力系統）１２からの商用電力に重畳させるように機能する。

前記分配器１７にはスイッチ２１を介して充電器２０が接続され、この充電器２０に前記蓄電池１３が接続されている。充電器２０はスイッチ２１が閉じられている場合に、太陽電池１１の発電電力を分配器１７を通じて蓄電池１３に供給し、これを充電するように機能する。

インバータ１８と分電盤１９とを結ぶ交流線路２４の途中には、スイッチ２２を介して整流器２３が接続され、この整流器２３はさらに充電器２０に接続されている。整流器２３はスイッチ２２が閉じられたとき、前記インバータ１８の交流出力電力や商用電源からの交流電力を整流するものであり、この整流による直流出力電力を充電器２０が蓄電池１３に蓄電可能にしている。

また、この蓄電池１３にはインバータ２５が接続され、このインバータ２５はスイッチ２６を介して前記交流線路２４に接続されている。これにより、スイッチ２６が閉じられることで、蓄電池１３に前述のように蓄電された電力は放電されてインバータ２５に入力され、このインバータ２５は放電電力を交流変換し、この交流変換された電力を交流線路２４に供給可能にしている。

前記交流線路２４にはモータ（交流モータ）１４が接続され、このモータ１４の出力軸には変速機１５の入力軸が連結されている。そして、この変速機１５の出力軸には発電機（交流発電機または直流発電機）１６の駆動軸が連結されている。これによりモータ１４の回転が変速機１５の所定のギヤ比に従って高められ、発電機１６はモータ１４の回転数に比べて高い所定の回転速度で運転される。従って、発電機１６はその速度に応じた高レベルの電圧を出力する。

かかる構成になる給電システムでは、日照時に太陽電池１１の発電電力が分配器１７を通じてインバータ１８に入力され、インバータ１８で交流変換された交流電力が交流線路２４で商用電源１２からの交流電力と合わせてモータ１４に供給される。この場合において、スイッチ２１が閉じられている場合には、太陽電池１１の発電電力は分配器１７を介して充電器２０に供給され、充電器２０はその分配電力（直流電力）を蓄電器１３に蓄電させる。

一方、日中、夜間を問わず商用電源１２からの交流電力は分電盤１９および交流線路２４に供給されている。ここで、スイッチ２２が閉じられると、この交流線路２４上の交流電力は整流器２３に入力されて直流電力に変換され、この直流電力を充電器２０が蓄電池１３に蓄電する。従って、蓄電池１３は太陽電池１１の発電電力のみでなく、商用電源１２からの交流電力をも蓄電する。なお、スイッチ２１が開かれた場合には、商用電源１２からの交流電力のみが蓄電池１３に蓄電される。

かかる蓄電池１３の充電作業中においても、モータ１４は交流線路２４を通じて交流電力を受けて回転し、この回転が変速機１５を介して発電機１６に伝えられる。このためこの発電機１６は変速機１５において設定された所定のギヤ比に対応する速度にて運転され、その運転速度に応じた所定レベルの交流電力または直流電力を発生する。

また、周辺が暗くなるタイミング例えば夜間において、太陽電池１１が電力を発生しない場合、或いは商用電源１２からの電力供給が遮断された場合（停電した場合）には、交流線路２４上の交流電圧電力レベルが零に低下する。従って、モータ１４の駆動電力が得られず、モータ１４による発電機１６の駆動が行なえなくなる。この場合には、前記スイッチ２１、２２を開いた状態で、スイッチ２６を閉じる。これにより蓄電池１３はインバータ２５に対し放電を開始し、このインバータ２５は蓄電池１３が放出する直流電力を前記商用電源１２の周波数、位相に一致した交流電力に変換し、交流線路２４に供給する。このためこの交流線路２４に接続された前記モータ１４が駆動され、このモータ１４の駆動トルクが変速機１５に伝えられる。

前記変速機１５はギヤ比が任意に設定可能になっており、通常のギヤ比に比べて十分大きい値に設定されている。このため、発電機１６はそのギヤ比に応じてモータ１４の回転数より十分に高い速度で回転する。この結果、発電機１６は高電圧出力状態となり、高電圧負荷の運転が可能になる。つまり、蓄電器１３の放電電力のみを電源として、種々の高電圧負荷を運転することができる。

なお、変速機１５自体が前述のようなギヤ比の設定手段を持たない場合には、図２において、鎖線で示すように変速機１５をバイパスするようにモータ１４と発電機１６とを直接連係させることができる。これにより、太陽電池１１の発電電力および商用電源１２から交流電力が正規に得られる場合には、その交流電力を用いてモータ１４により発電機１６を直接運転することができる。

以上のように、本実施形態による給電システムは、太陽電池１１の発電電力および商用電源１２からの供給電力を蓄電池１３に蓄電し、この蓄電池１３に蓄電された充電電力を電源としてモータ１４を駆動し、このモータ１４に変速機１５を介して発電機１６を連結して、この発電機１６から前記変速機１５のギヤ比に応じた高電圧を取り出して負荷に供給可能にした構成である。

従って、この構成によれば、日照時に蓄電池１３に蓄電した太陽電池１１の発電電力および夜間等に商用電源１２から蓄電池１３に蓄電した供給電力を用いて、モータ１４を駆動し、このモータ１４の回転を変速機１５を介して発電機１６に伝えることにより、この発電機１６を変速機１５のギヤ比に応じた任意の高速度で運転することができる。従って、この発電機１６にその高速回転に応じたレベルの高電圧を出力させることができ、以ってこの高電圧出力により高電圧負荷の運転を簡単に実現できることとなる。

１１太陽電地
１２商用電源（系統）
１３蓄電池
１４モータ
１５変速機
１６発電機
１７分配器
１８、２５インバータ
１９分電盤
２０充電器
２１、２２、２６、２８スイッチ
２３整流器
２４交流線路
２７バイパス線路

Claims

太陽電池の発電電力及び商用電源からの供給電力を蓄電する蓄電池と、
該蓄電器に蓄電された充電電力を電源として駆動されるモータと、
該モータに変速機を介して連結されて高速運転される発電機と、を備え、
前記モータの回転を前記変速機のギヤ比に応じた速度に変換して前記発電機に伝え、
該発電機の発電電力を前記蓄電池の放電電力のみでは運転不可の高電圧負荷に供給することを特徴とする給電システム。