JPH02296920A

JPH02296920A - 太陽電池揚水発電システム

Info

Publication number: JPH02296920A
Application number: JP1116090A
Authority: JP
Inventors: Meiji Takabayashi; 明治高林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-05-11
Filing date: 1989-05-11
Publication date: 1990-12-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は太陽電池を備えた揚水発電システムに関し、特
に、集合住宅において屋上に設置された上水道タンクに
揚水する装置に関する。

［従来の技術〕従来太陽電池による発電システムは、無公害、無騒音で
あることなどから、様々な分野への応用が考案されてい
る。例えば、時計、電卓などの電気製品から、無人電波
中継器、家屋の屋根の発電システムなど様々である。

一方、例えば鉄筋コンクリート造りの数階建て以上の集
会住宅においては、上水道を１階の世帯のみならず、２
階以上の世帯にも給水するために、屋上に貯水タンクを
設けているものが多い。

この場合には、まず上水道水を揚水ポンプにより、屋上
の貯水タンクに汲み上げ、さらにこの屋上の貯水タンク
より、各世帯に上水を給水する。

これによって、水圧の低下を生じることなく、給水する
ことが可能である。

さらに従来、太陽電池で発電した電力により、揚水する
システムが考案されており、上記集合住宅への応用も容
易に類推できる。第５図は、太陽電池揚水システムの従
来例を示す図である。同図において、集合住宅ｌでは、
太陽電池パネル２の発電した電力は、太陽電池出カケー
プル３及び給電ケーブル８を経由して揚水ポンプ６に供
給される。揚水ポンプ６は、上水道７から給水される上
水を揚水バイブ５を経由して屋上貯水タンク４に汲み上
げる。さらに屋上貯水タンク４に蓄えられた上水は、必
要に応じて、上水道給水パイプ９を経由して、各世帯に
送られる。

このような太陽電池揚水システムにより、外からの電力
の供給なしに、上水を屋上に設置した貯水タンクに汲み
上げることができ、省エネルギーとなっていた。

［発明が解決しようとしている課題］しかしながら、上記従来例では、最も日射量の少ない時
期でも十分な揚水ができるように、太陽電池の出力を設
定するため、日射量の多い時期、あるいは、発電量に比
して、全世帯の使用水量が少ない時期などには余剰な電
力が発生してまり。

従来、上方の揚水される貯水容器の容量に限界があるた
め、余剰電力があっても揚水を中止し、その後、余剰電
力を放置してしまうため、太陽電池の発生電力を有効に
利用しているとはいえなかった。この余剰電力を蓄えて
お（ために、蓄電池の設置も考えられているが、大容量
の蓄電池はコストが高いうえ、定期的な検査も頻繁に必
要となるので、好ましくないという問題がある。

［発明の目的］本発明は上記の問題点に鑑み、高価で定期点検を頻繁に
要する蓄電池を用いずに、余剰電力を蓄えることのでき
る、実用的な太陽電池揚水発電システムを提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明は、上述した課題を解決するための手段として、太陽電池と、下方貯水容器と、上方貯水容器と、前記太陽電池の発生電力により、前記下方貯水容器から
前記上方貯水容器に揚水する手段と、前記上方貯水容器
の水を前記下方貯水容器に落水させ、この時の水力エネ
ルギーによって発電する手段と、を有することを特徴と
する太陽電池揚水発電システムを提供するものである。

［作用］上述した構成の本発明によれば、例えば、下方貯水容器
として、地上に上水道水等の貯水タンクを設置し、上方
貯水容器として、ビルの屋上等に同じく貯水タンクを設
置し、太陽電池の発生電力により、モーター等の揚水手
段により、地上から屋上の貯水タンクに上水道等を揚水
することができる。また、太陽電池の余剰電力分も揚水
しておくことにより、夜間等に、地上の貯水タンクに落
水させ、その時の水力エネルギーにより、夜間照明等に
、余剰電力分も有効に利用することができる。すなわち
、従来の様に余剰電力が未利用のままにされることもな
く、また蓄電池に蓄える必要もない。

［実施例］第１図は、本発明を集合住宅の上水道水の揚水に応用し
た例を示す。同図において集合住宅ｌの各戸に上水道水
を給水するため、昼間の太陽光ｌＯを太陽電池パネル２
で受け、これによって、発電した電力を揚水発電機１１
に送る。揚水発電機１１は、地上貯水タンク１２内の上
水道水を屋上貯水タンク４へ汲み上げる。屋上貯水タン
ク４内に蓄えられた上水道水は、必要に応じ、上水道給
水パイプ９を経由して、各戸に供給される。

一方、例えば夜間など、外灯の照明が必要なときには太
陽電池パネル２から揚水発電機１１への給電を止め、さ
らに落水バルブ１４を開けることにより、−旦屋上貯水
タンク４内に蓄えられた上水道水は地上貯水タンク１２
に落とされる。このとき、揚水発電機１１が水力エネル
ギーによって回転されることにより発電し、この電力を
照明灯１５に供給することにより、照明がなされる。

以下に各部の詳細を説明する。

第２図には第１図の実施例の電気系統の一例を示す。太
陽電池パネル２の発電した電力はまず。

ＤＣ−ＡＣコンバータ１７により、直流から交流１００
　Ｖ、　　５０Ｈｚに変換される。ココテ１００　Ｖ　
、　５０Ｈｚに変換するのは、例えば太陽電池パネル２
が故障したときなどでも、家庭用電源で揚水発電機１１
を駆動し、上水道の断水を防ぐことが比較的簡単にでき
るためである。交流１００　Ｖに変換された電力は、ス
イッチ１８を経由してポンプ１１内の、ＡＣ電動発電機
１９に供給され、タービン２０を回転させる。このとき
、スイッチ１８は昼間の太陽光発電可能時間にはａ側に
倒れ、またＡＣ電動発電機１９によって発電するときに
はｂ側に接続される。夜間の照明等の必要な時間には、
落水によりタービン２０が回転し、ＡＣ電動発電機１９
の発電した電力は照明灯１５に供給される。

（実施例１）第１図に示した太陽電池揚水発電システムを応用した第
１の実施例について述べる。

例えば、集合住宅１に２０戸の世帯があり、１戸あたり
の月平均使用水量が３０ｍ３とすれば、１日当り、最低
２０ｍ３の上水道水を屋上貯水タンクに汲み上げる必要
がある。更にまた、夜間照明をするための発電用の水量
も必要であることから、システムとしては、１日５０ｍ
３の上水道水を汲み上げる能力を有することが好適であ
る。

また、ＤＣ−ＡＣコンバータ１７、及び揚水発電機の総
合効率を７０％、太陽電池パネル２のモジュール効率を
１０％、屋上タンクの高さを２０ｍとすると、約１００
ＭＪ／日の太陽光を太陽電池パネル２で受光する必要が
ある。太陽電池パネルの出力は、日射量の少ない時期に
おいても、各戸に十分な上水道水を供給できる出力とす
る必要があるため、１日の日射量がＩＯＭＪ／ｍ”　　
（東京の２月の全天日射量の月平均日量に相当）のとき
には、１０１１１２の太陽電池パネルを設置する必要が
ある。

また、太陽光の照度は最大１　ｋＷ／ｍ”程度であるこ
とから％ＤＣ−ＡＣコンバータ１７の容量、及び揚水発
電機１９の出力は、１０ｋＷ程度のもので良い。

屋上貯水タンク４の容量としては、１日の揚水量が５０
ｍ３であることから、６０ｍ”あれば十分である。また
これに対応して地上貯水タンクも６０ｍ１程度とする。

このような太陽電池揚水発電システムにおいて、１日の
揚水１５０ｍ”の内、２０がは上水道水として各戸に供
給し、さらに３０ｍ”を落水発電用に用いることとする
と、揚水発電機の発電効率を９０％としたとき、約２０
０　Ｗの出力を得ることができ、集合住宅の外灯、階段
などの照明を行なうには十分の出力を得ることができた
。

（実施例２）第３図には、本発明の第２の実施例を示す。本実施例に
おいては、昼間発電した電力を、上水道水の揚水のみな
らず、各戸の家庭用電源への供給にも用いる。

しかし、ＤＣ−ＡＣコンバータ１７によって交流に変換
された電力または、電動発電機１９によって発電された
電力は、そのままでは電圧１周波数、位相が家庭用ＡＣ
電源系統と微妙に異なるため、直接接続することができ
ない。

そこで第３図に示すごとく、系統接続回路２１を経由し
て、家庭用ＡＣ電源系統２２に接続する。該系統接続回
路２１は家庭用ＡＣ電源系統２２と位相９周波数のそろ
った同期信号２３をＤＣ−ＡＣコンバータ１７に送信す
る。ＤＣ−ＡＣコンバータ１７の交流出力は該同期信号
による外部励起とする。これによって太陽電池パネル２
の発電する電力の家庭用ＡＣ電源系統への接続が可能と
なった。

一方、ＡＣ電動発電機１９と、家庭用ＡＣ電源系統２２
との接続は、以下の様に行なうことができた。すなわち
、系統接続回路２１内にダミー負荷を設け、これを調節
することにより、ＡＣ電動発電機１９の出力周波数９位
相、電圧を家庭用ＡＣ電源系統に合わせる。該系統に接
続後はＡＣ電動発電機１９は、系統に同期して回転する
様になるので、接続前に一度上記の様な調節をする。

以上説明した様なりＣ−ＡＣコンバータ１７及びＡＣ電
動発電機１９と、家庭用ＡＣ電源系統２２とを接続する
系統接続回路２１の１例を第４図に示す。同図において
、５ＹＮＣは同期信号２３へ出力され、また、ＤＣ−Ａ
Ｃコンバータ１７及びＡＣ電動発電機１９の出力はＩＮ
に入力される。Ｂ及びＷは家庭用ＡＣ電源系統２２へ接
続される。

Ｆ＋　、Ｖ＋　、Ａ＋はそれぞれ入力周波数、電圧。

電流を検出するためのメータであり、また、Ｒ＋はダミ
ー負荷である。またＴ、は、系統接続回路２１と、家庭
用ＡＣ電源系統２２とを直流的に絶縁するためのトラン
スである。同図においてスイッチＳＷｌをＯＮとすれば
、系統への接緋が行なわれるが、接続前にダミー負荷を
調節し、周波数、電圧を適正（家庭用ＡＣ電源系統２２
と同じ値）なものとした上で、さらに位相を合わせるた
めに電圧計Ｖ２の指示をゼロとする。

以上の様な太陽電池揚水発電システムにおいて、モジュ
ール変換効率１０％、面積３０ｍ２の太陽電池パネル２
を実施例１と同様な集合住宅に取り付け、太陽電池パネ
ル２またはＡＣ電動発電機１９から、終日一定の電力を
家庭用ＡＣ電源系統２２に供給し、昼間の余剰電力で上
水道水も揚水する。

集合住宅１における１日の上水道水の使用量が２０ｍ５
のとき、１日平均発電ｆｉ２０ＭＪの内、５ＭＪが揚水
のために用いられ、残り１５ＭＪを家庭用ＡＣ電源系統
２２へ供給できた。これを２４時間で消費したとき、利
用できる効率を７０％として、約２００Ｗの電力を供給
することができた。

（実施例３）第３の実施例として、太陽電池パネル２に、より起電力
の大きい単結晶シリコン太陽電池を用いて、夜間におい
て、より大電力の機器を使えるようにした。

モジュール効率１８％、面積５０Ｉ１１２の太陽電池パ
ネルを実施例１と同様のシステムに取り付けると、太陽
電池パネル２の１日の発電量は９０ＭＪ／日となる。Ｄ
Ｃ−ＡＣコンバータ１７及び揚水ポンプ６の総合効率を
８０％とすれば、１日３７０　ｍ’上水道水を揚水可能
であり、このうち計２０ｍ”の水を全戸で使用したとし
ても、３５０ｍ”の水を夜間発電用に用いられる。落水
時の発電効率を９０％、夜間１０時間の電力供給に用い
たとすると、平均１．７ｋＷの出力を得ることができ、
集合住宅の管理用電力、照明などに用いることができた
。

［他の実施例１以上説明した太陽電池揚水発電システムにおいて、太陽
電池パネルは固定しても良いし、あるいは、太陽光を追
尾するよう追尾機構を設けても良い。

また、揚水ポンプとしてタービンの例を示したが、これ
を限定するものではな（、揚水及び落水による発電が可
能なものなら何でも良い。

また本システムを集合住宅に設置する例を示したが、こ
れも限定するものではなく、例えば、集合事務所、鉄塔
などでも良い。

［発明の効果Ｊ以上説明した様に、集合住宅における屋上貯水タンクへ
の揚水を、太陽電池パネルからの電力により行ない、さ
らに、必要に応じて屋上貯水タンクの水を地上貯水タン
クに落水し、この時の水力エネルギーで発電し、電力を
得るようにすることにより、 ■　余剰電力の有効利用ができる。

■　蓄電池など高価で頻繁に定期点検の必要なものを用
いることなく、昼間発電した電力を蓄えておくことがで
きる。

■　水力エネルギーとして蓄えたエネルギーの電力への
変換は、揚水に用いたポンプを逆に利用するだけなので
構造が非常に簡単である。

等の効果を持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は５本発明の第１の実施例。第２図は、本発明の第１の実施例における電気系統図。第３図及び第４図は、本発明の第２の実施例。第５図は、従来例を示す。ｌ・・・集合住宅、２・・・太陽電池パネル、３・・・太陽電池用カケープル、４・・・屋上貯水タンク、５・・・揚水バイブ、６・・・揚水ポンプ、７・・・上水道、８・・・給電ケーブル、９・・・上水道給水バイブ、Ｏ・・・太陽光、 ■・・・揚水・発電機、２・・・地上貯水タンク、３・・・コントロールボックス、４・・・落水バルブ、５・・・照明灯、６・・・揚落水バイブ、７・・・ＤＣ−ＡＣコンバータ、８・・・スイッチ、９・・・ＡＣ電動発電機、０・・・タービン、ｌ・・・系統接続回路、２・・・家庭用ＡＣ電源系統、３・・・同期信号。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）太陽電池と、下方貯水容器と、上方貯水容器と、前記太陽電池の発生電力により、前記下方貯水容器から
前記上方貯水容器に揚水する手段と、前記上方貯水容器
の水を前記下方貯水容器に落水させ、この時の水力エネ
ルギーによって発電する手段と、を有することを特徴と
する太陽電池揚水発電システム。
（２）前記揚水する手段と、発電する手段とが同一の装
置であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池揚
水発電システム。