JP7461012B2

JP7461012B2 - カーポート型太陽電池充電ユニットのネットワークシステム

Info

Publication number: JP7461012B2
Application number: JP2019229255A
Authority: JP
Inventors: 栄造渡辺
Original assignee: 株式会社シリコンプラス
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2024-04-03
Anticipated expiration: 2039-12-19
Also published as: JP2021097558A

Description

本発明は、太陽電池充電ユニットのネットワークシステムに関する。

近年、電気自動車やハイブリッド車（以下、電気自動車等と記す）が注目され、電気自動車等に充電が可能な充電スタンドの整備が必要とされている。電気自動車等のバッテリ充電には、バッテリの充電状態の把握や管理が必要とされる。例えば、特許文献１には、電気自動車等が充電用駐車スペースに駐車した際にバッテリ充電の可否を判断し、自動充電を行う技術が報告されている。

特開２００６－７４８６８号公報

従来の充電スタンドは商用電源を用いた蓄電器を使用しているが、近年の環境保全の観点から再生エネルギの活用が積極的に進められ、なかでも、太陽光発電を利用する充電スタンドの設置と普及が考えられている。

ところで、電気自動車等が長距離走行するには、走行中に電気自動車等に備わる蓄電池に複数回の充電を行う必要がある。そのため、充電スタンド等の充電拠点を整備することが電気自動車等の普及のために必要であり、例えば、一般住宅の屋根上を使うような太陽光発電を、電気自動車等のバッテリ充電が可能な充電スタンドとして利用することが考えられる。

しかし、太陽光発電システムを一般家庭に設置する場合、太陽電池モジュールを一般住宅用家屋の屋根に組み付けようとすると、法律上、建築基準に基づく制約を受けるため、太陽光発電システムの一般家庭への普及促進を望むことが難しい。

また、近年、大量に電力を消費する産業用途等に大規模太陽光発電システム（メガソーラ）を用いる発電事業が進められている。メガソーラの場合、固定価格買取制度（ＦＩＴ）により、発電した電力の「全量買取」が選択できることから、安定した収益が見込まれている。

尤も、固定価格買取制度は、２０１９年以降、順次終了し、売電単価が大きく低下することが予想されることから、メガソーラで発電した電力を売電に回すのではなく、そのまま施設内で電力を使用することも検討されている。

本発明の目的は、太陽光発電を利用する充電スタンドを普及させ、電気自動車等を外出先でも充電が可能となる太陽電池充電ユニットのネットワークシステムを提供することにある。

かくして本発明によれば、太陽電池モジュール、当該太陽電池モジュールにより発電された電力を蓄電する蓄電池及び充電用電力を電気自動車に供給する充電器と、を備えた複数の太陽電池充電ユニットと、前記複数の太陽電池充電ユニットと通信ネットワークを介して相互に通信可能に構成された管理装置と、を有することを特徴とする太陽電池充電ユニットのネットワークシステムが提供される。

ここで、前記太陽電池充電ユニットは、駐車スペース及び屋根部を有する建屋、当該建屋の当該屋根部に設置された太陽電池モジュール、当該太陽電池モジュールにより発電された電力を蓄電する蓄電池、充電用電力を電気自動車に供給する充電器と、当該電気自動車に搭載された車両側通信装置と通信を行う通信装置と、を備えたカーポート型太陽電池充電ユニットを含むことが好ましい。

前記通信装置は、前記通信ネットワークを介して前記車両側通信装置と前記管理装置とが通信可能に構成される、ことが好ましい。

前記太陽電池充電ユニットは、複数の太陽電池モジュールから構成される太陽電池アレイを有する大規模太陽光発電システム型太陽電池充電ユニットを含むことが好ましい。

前記管理装置は、前記電気自動車の充電を行うユーザの認証を行う認証サーバを備えることが好ましい。

本発明によれば、太陽光発電を利用する充電スタンドを普及させ、電気自動車等を外出先でも充電が可能となる太陽電池充電ユニットのネットワークシステムが提供される。

本実施の形態に係る太陽電池充電ユニットのネットワークシステムの一例であるカーポート型太陽電池充電ユニットのネットワークシステムの基本構成を説明する図である。カーポート型太陽電池充電ユニットの構成の一例を説明する図である。本実施の形態に係るカーポート型太陽電池充電ユニットのネットワークシステムの動作を説明する図である。本実施の形態に係る太陽電池充電ユニットのネットワークシステムの一例であるメガソーラ型太陽電池充電ユニットのネットワークシステムの基本構成を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。すなわち、実施の形態の例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に記載がない限り、本発明の範囲を限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するための一例であり、実際の大きさを表すものではない。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。

次に、図１及び図２に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施の形態に係る太陽電池充電ユニットのネットワークシステムの一例であるカーポート型太陽電池充電ユニットのネットワークシステムの基本構成を説明する図である。図２は、カーポート型太陽電池充電ユニットの構成の一例を説明する図である。
本実施の形態に係るカーポート型太陽電池充電ユニットのネットワークシステムは、複数のカーポート型太陽電池充電ユニット１と、前記複数のカーポート型太陽電池充電ユニット１とインターネット５０を介して相互に通信可能に構成された管理装置６０と、から構成されている。

カーポート型太陽電池充電ユニット１は、駐車スペース１１及び屋根部１２を有する建屋１０、当該建屋１０の屋根部１２に設置された太陽電池モジュール１３、当該太陽電池モジュール１３により発電された電力を蓄電し、充電用電力を電気自動車４０に供給する機能を備えるコントロールユニット２０と、電気自動車４０への充電端末である充電スタンド３０を有している。電気自動車４０は、車載バッテリ４１と車両側通信装置４２を備えている。尚、本実施の形態における電気自動車４０には、内燃機関を設けずに電動機のみで走行する電気自動車と、内燃機関と電動機とを動力源として搭載しているハイブリッド車も含むものとする。

コントロールユニット２０は、コントローラ２１、太陽電池モジュール１３と接続されたＤＣ／ＤＣコントローラ２２、蓄電池２３、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４、データ処理部２５、電気自動車４０の車両側通信装置４２と通信可能な通信装置２６とを有している。コントローラ２１は、蓄電池２３の充放電動作の制御、インターネット５０を介して管理装置６０と通信可能な通信装置２６の制御や、様々なデータ処理を行うデータ処理部２５の制御を行う。

太陽電池モジュール１３から出力された電力は、ＤＣ／ＤＣコントローラ２２に提供される。ＤＣ／ＤＣコントローラ２２は、太陽電池モジュール１３から出力される直流電力に対して過電流防止、逆流防止、過充電防止等の制御を行い、例えば、ニッケル－水素蓄電池やリチウムイオン二次電池等の蓄電池２３に電流を提供する。蓄電池２３は、ＤＣ／ＤＣコントローラ２２を経由した電流により充電され、太陽電池モジュール１３が出力した電力により蓄電池２３が充電される。

蓄電池２３からは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４に電力が出力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は、蓄電池２３から出力される電圧を、最大電圧４００Ｖ、最大電流７５Ａの直流にして直流充電スタンド３０に供給する。直流充電スタンド３０では、通常の充電スタンドと同様の処理がなされ、充電コネクタ３１を介して電気自動車４０の車載バッテリ４１へ急速充電が行われる。使用する直流充電スタンド３０の情報がコントローラ２１に与えられ、コントローラ２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４を動作させる。

尚、図示しないが、コントロールユニット２０は、ＤＣ／ＡＣインバータを設けてもよい。ＤＣ／ＡＣインバータは、直流電力を、例えば、１００Ｖ又は２００Ｖの交流電力に変化する。ＤＣ／ＡＣインバータからの交流電力は、例えば、３線２００Ｖの交流電源として交流充電スタンドに供給され、通常の充電スタンドと同様の処理がなされ、電気自動車４０への充電が行われる。

ここで、太陽電池モジュール１３の表面側（受光面）は、複数の太陽電池セルによって構成されている。その表面には強化ガラス板が設けられている。また、太陽電池モジュール１３の外周縁部は、ゴム製ガスケットにより封止され、さらに、金属製フレームが取り付けられている。太陽電池セルの構造は特に限定されず、例えば、アモルファスシリコーン（ａ－Ｓｉ）型太陽電池が挙げられる。一般に、アモルファスシリコーン（ａ－Ｓｉ）型太陽電池は、標準青板ガラス基板上にＳｉＯ_２とＳｎＯ_２の２層からなる透明電極、ｐ／ｉ／ｎ（又はｎ／ｉ／ｐ）型のアモルファスシリコーン層からなる発電膜及びＡｌからなる裏面電極を順次積層した構成となっている。アモルファスシリコーン層の積層数としては、前述した２層構造以外、１層、３層、４層以上も可能である。また、太陽電池セルとしてシリコーン結晶層を採用することも可能である。シリコーン結晶層としては、シリコーン単結晶、シリコーン多結晶のいずれをも適用可能である。さらに、太陽電池セルには化合物半導体層を備えることも可能である。化合物半導体層の組成としては、２元系ではＧａＡｓやＣｄＳ等、３元系ではＣｕＩｎＳｅ_２等が挙げられる。

データ処理部２５には、ＩＤ、パスワード、住所、ＧＰＳ位置情報、供給可能な最大電力量又は蓄電池容量、管理者に関する情報等のカーポート型太陽電池充電ユニット１の属性情報、動作モード、売電可能電力量等の基本情報が収納され処理される。さらに、データ処理部２５には、他のカーポート型太陽電池充電ユニット１の基本情報も格納され、これらは、通信装置２６及びインターネット５０を介して電気自動車４０の車両側通信装置４２へ提供される。

管理装置６０は、電気自動車４０の充電を行うユーザの認証を行う認証サーバ６１を備え、認証サーバ６１は、電気自動車４０の充電を行うユーザの認証を行い、ユーザの認証が成功したとき、ユーザへのサービスの提供を許可するように構成される。

ユーザの認証は、認証サーバ６１にアクセスして充電サービスの提供を受けようとするユーザの個人情報に基づき行われる。ユーザは、各カーポート型太陽電池充電ユニット１に関連付けられた特定ユーザと、特定ユーザに限定されない一般ユーザが挙げられる。ユーザの個人情報は電子決済に関する情報を含むことにより、電子決済システムと連携して各カーポート型太陽電池充電ユニット１の利用時の決済が実行される。

また、管理装置６０は、サービスサーバ６２を有する。サービスサーバ６２は、認証サーバ６１でサービスの提供が許可されているユーザに対して、インターネット５０を介してサービスを提供する。また、サービスに関する情報は、インターネット５０を介して、複数のカーポート型太陽電池充電ユニット１との間で共有される。ユーザに提供されるサービスとしては、例えば、充電電力量や充電料金等を通知する充電関連サービス、地図更新サービス、コンテンツサービス、商業施設の案内サービス等が挙げられる。さらに、複数のカーポート型太陽電池充電ユニット１が設置される位置を示すＧＰＳ位置情報、供給可能な最大電力量（蓄電池容量）、売電単価、売電可能電力量、充電予約スケジュール、充電予約スケジュールに基づく充電可能時間帯や充電待ち時間の通知等が挙げられる。

本実施形態では、それぞれのカーポート型太陽電池充電ユニット１の現在の充電能力をサービスサーバ６２に登録すると、サービスサーバ６２は車両側通信装置４２からインターネット５０を介してカーポート型太陽電池充電ユニット１の位置情報と現在の充電能力とを、電気自動車４０を使用するユーザに提供する。これにより、外出先のカーポートで電気自動車等に充電が可能となるカーポート型太陽電池充電ユニットのネットワークシステムが利用される。

電気自動車４０に搭載された車両側通信装置４２は、例えば、カーナビゲーション装置が挙げられる。カーナビゲーション装置は、管理装置６０のサービスサーバ６２から提供される情報に基づき、目的のカーポート型太陽電池充電ユニット１までの走行ルートを表示する。また、車両側通信装置４２は、例えば、所定のローカル情報アプリをインストールすることにより、インターネット５０を介して、地域情報や生活情報の提供を受けることができる。地域情報としては、例えば、その地域の当番医、町内清掃日、ごみ出し可能日、お祭り開催情報等が挙げられる。生活情報としては、例えば、コンビニの店舗情報、商品情報、無料配布物情報等が挙げられる。

さらに、グーグルマップやヤフーマップ等のインターネット上のリンクや、既存のロケーション検索ソフトとして、例えば、Ｇｅｎａｖｉｓ店舗検索ストアファインダー、ＧＯＧＡＳｔｏｒｅＬｏｃａｔｏｒ等を利用することも可能である。

各カーポート型太陽電池充電ユニット１の蓄電池２３は太陽電池モジュール１３から出力された電力によって充電される。このとき、充電スタンド３０に電気自動車４０が接続されている場合には電気自動車４０も一緒に充電される。カーポート型太陽電池充電ユニット１を一般ユーザに開放する場合、管理装置６０の認証サーバ６１に対して一般開放である旨を通知する。管理装置６０が、カーポート型太陽電池充電ユニット１の一般開放を設定すると、第三者は車両側通信装置４２からインターネット５０を介して管理装置６０にアクセスして、電気自動車４０を充電可能な、一般に開放された個人のカーポート型太陽電池充電ユニット１を検索することができる。

一般ユーザが一般に開放された個人のカーポート型太陽電池充電ユニット１を利用して電気自動車４０の充電が行われると、充電結果及び蓄電池２３の残量が管理装置６０に通知される。その後、管理装置６０は決済処理を行い、決済結果は車両側通信装置４２に通知される。

図３は、本実施の形態に係るカーポート型太陽電池充電ユニットのネットワークシステムの動作を説明する図である。
図３に示すように、カーポート型太陽電池充電ユニットのネットワークシステムでは、まず、認証サーバ６１が車両側通信装置４２の認証要求に対してユーザの認証を行う。車両側通信装置４２には認証画面が表示され、ユーザの認証（ユーザ名、パスワードの入力又はユーザの新規登録）を行う（ステップＳ１）。

ステップＳ１にてユーザの認証が成功した場合、認証サーバ６１によりサービスの提供が許可され、サービスサーバ６２によりサービスが提供される（ステップＳ２）。提供されるサービスとしては、充電情報等の充電関連サービス、地図更新サービス等の地域情報の提供、案内サービス等の生活情報の提供、さらに、インターネット接続サービス、コンテンツサービス等が挙げられる。

次に、カーポート型太陽電池充電ユニット１の充電スタンド３０に電気自動車４０を接続し、車載バッテリ４１に充電操作が行われる（ステップＳ３）。充電操作を終えると、蓄電池２３の残量が閾値以上（例えば、１０％以上）であり、充電サービスが継続できる場合は、さらにサービスサーバ６２によりサービスが提供される（ステップＳ４、Ｓ２～Ｓ３）。蓄電池２３の残量が閾値以下（例えば、１０％未満）の場合は、充電スタンド３０の充電コネクタ３１がユーザにより抜去され（ステップＳ５）、処理を終了する。

このように、本実施の形態に係るカーポート型太陽電池充電ユニット１のネットワークシステムは、個人の家にそれぞれ設けられた複数のカーポート型太陽電池充電ユニット１が、インターネット５０を介して通信可能に構成され、各カーポート型太陽電池充電ユニット１から提供される充電サービスに関する情報が、管理装置６０から一般ユーザに開放される。一般ユーザは、電気自動車４０に設けた車両側通信装置４２から、各カーポート型太陽電池充電ユニット１の充電サービスに関する情報を取得することができる。

これにより、個人の家にそれぞれ設けられた複数のカーポート型太陽電池充電ユニット１を、カーポートの所有者による使用に止まらず一般に広く開放して、電気自動車４０を外出先のカーポート型太陽電池充電ユニット１で充電が可能となるネットワークシステムを拡大し、太陽光発電を利用する充電スタンドの普及を図ることができる。

図４は、本実施の形態に係る太陽電池充電ユニットのネットワークシステムの一例である大規模太陽光発電システム（メガソーラ）型太陽電池充電ユニット２のネットワークシステムの基本構成を説明する図である。
図４に示すように、本実施の形態に係るメガソーラ型太陽電池充電ユニット２のネットワークシステムは、メガソーラ発電施設１３０と充電ステーション１４０とを備えた複数のメガソーラ型太陽電池充電ユニット２と、前記複数のメガソーラ型太陽電池充電ユニット２とインターネット５０を介して相互に通信可能に構成された管理装置６０と、から構成されている。ここで、メガソーラ型太陽電池充電ユニット２は、１メガワット（１０００ｋｗ）以上の最大出力を持つ太陽光発電施設である。通常、一般住宅３０００軒の電力を賄えると考えられ、１メガワット当たり約２ヘクタールの土地が必要とされている。

メガソーラ発電施設１３０は、複数の太陽電池モジュール１３５を直列接続して太陽電池ストリングス１３２を構成し、さらにこの太陽電池ストリングス１３２を並列接続することによって、大規模な太陽電池アレイ１３１が構成される。太陽電池アレイ１３１で得られた直流電力は、電気を集める中継点としての接続箱１３３を経て集電箱１３４に集電され、充電ステーション１４０へ送られる。尚、集電箱１３４に集電された太陽電池アレイ１３１により発電された電力の一部は、図示しないＤＣ／ＡＣ変換装置等を備えた受変電設備を介して電力系統（電気会社）へ送られる。

充電ステーション１４０は、メガソーラ発電施設１３０により発電された電力を蓄電池２３に蓄電し、充電用電力を電気自動車４０に供給する機能を備えるコントロールユニット２０と、電気自動車４０への充電端末である複数の直流充電スタンド３０を有している。コントロールユニット２０の構造及び機能については、図２において説明したのでここでは省略する。太陽電池モジュール１３から出力された電力は、蓄電池２３に充電される。充電された電力は蓄電池２３から直流充電スタンド３０を介して電気自動車４０の車載バッテリ４１へ急速充電が行われる。

このように、本実施の形態に係るメガソーラ型太陽電池充電ユニット２のネットワークシステムは、既存の複数のメガソーラ型太陽電池充電ユニット２が、インターネット５０を介して通信可能に構成され、各メガソーラ型太陽電池充電ユニット２から提供される充電サービスに関する情報を、管理装置６０から一般ユーザに開放される。一般ユーザは、電気自動車４０に設けた車両側通信装置４２から、各メガソーラ型太陽電池充電ユニット２の充電サービスに関する情報を取得することができる。

これにより、既存の複数のメガソーラ型太陽電池充電ユニット２を、メガソーラ発電施設１３０で発電した電力を売電に回すことに止まらず一般に広く開放して、電気自動車４０を外出先のメガソーラ型太陽電池充電ユニット２を備えた充電ステーション１４０で充電が可能となるネットワークシステムを拡大し、太陽光発電を利用の普及を図ることができる。

１…カーポート型太陽電池充電ユニット、２…メガソーラ型太陽電池充電ユニット、１０…建屋、１１…駐車スペース、１２…屋根部、１３，１３５…太陽電池モジュール、２０…コントロールユニット、２１…コントローラ、２２…ＤＣ／ＤＣコントローラ、２３…蓄電池、２４…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２５…データ処理部、２６…通信装置、３０…直流充電スタンド、３１…充電コネクタ、４０…電気自動車、４１…車載バッテリ、４２…車両側通信装置、１３０…メガソーラ発電施設、１３１…太陽電池アレイ、１３２…太陽電池ストリングス、１３３…接続箱、１３４…集電箱、１４０…充電ステーション

Claims

駐車スペース及び屋根部を有する建屋と当該建屋の当該屋根部に設置された太陽電池モジュール、
当該太陽電池モジュールにより発電された電力を蓄電する蓄電池、
充電用電力を電気自動車に供給する充電器、
当該電気自動車に供給可能な最大電力量または蓄電池容量を含む基本情報を収納するデータ処理部、
当該電気自動車に搭載された車両側通信装置と通信ネットワークを介して通信を行う通信装置とを備えた複数のカーポート型太陽電池充電ユニットと、
前記複数のカーポート型太陽電池充電ユニットと前記通信ネットワークを介して相互に通信可能に構成され、前記電気自動車への充電を含むサービスの提供を受けようとするユーザの認証を行う認証サーバ、
当該カーポート型太陽電池充電ユニットに予め登録された充電能力、前記データ処理部に収納された当該カーポート型太陽電池充電ユニットが設置される位置を示す位置情報、供給可能な最大電力量、充電予約スケジュール、当該充電予約スケジュールに基づく充電可能時間帯を含むサービスの情報を、複数の当該カーポート型太陽電池充電ユニットの間で共有すると共に、当該認証サーバで当該サービスの提供が許可されたユーザに対し、当該通信ネットワークを介して当該サービスの情報を提供するサービスサーバ、を有する管理装置と、
を有することを特徴とするカーポート型太陽電池充電ユニットのネットワークシステム。