JPH06351266A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 太陽電池の発電電力を最大限に活用し、か
つ、蓄電池の信頼性を確保して充放電電圧を最適に制御
することを可能とする。 【構成】 昼間、太陽電池２８の発電電力がインバータ
１５に供給されるが、最大出力電力制御回路２０によっ
て双方向コンバータ４を制御し、太陽電池２８が最大の
発電電力を発生するようにする。余剰の電力は双方向コ
ンバータ４を介して単相商用電源１に回生する。また、
昼間でも雨天あるいは曇天等で太陽電池の発電出力が低
下したときには、蓄電池３２の電力をインバータ１５に
供給し、電力不足のときには、商用電源１から双方向コ
ンバ−タ４を介して電力を補充する。夜間では、直流電
源２１の電圧を基準に双方向コンバ−タ４が制御され、
商用電源１からインバータ１５に電力が供給される。ま
た、充電電流制御回路２２によって双方向コンバ−タ４
が制御され、最適な電圧で蓄電池３２が充電される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧縮機駆動用インバ−
タの直流電源として、商用交流電圧を直流変換するコン
バータのほかに、太陽電池と蓄電池を備えた空気調和機
に係り、太陽電池の余剰電力の商用電源系統への回生
や、商用電源系統から蓄電池への充電を可能とした空気
調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、太陽電池と蓄電池とを備え、かか
る直流電源からの直流電力をインバータで交流電力に変
換して負荷に供給するようにしたシステムとして、例え
ば特開平３−７４１４７号公報に記載の太陽光発電シス
テムが知られている。

【０００３】かかる装置は、ディ−ゼル発電機も備えて
おり、日照時では、太陽電池の直流出力をインバ−タで
交流電力に変換して負荷電力を賄うとともに、その余剰
電力を蓄電池に充電して夜間や日照不足に備え、雨天が
続いて蓄電池の保有電力量が大幅に低下すると、ディ−
ゼル発電機の交流電力を充電器で直流電力に変換し、こ
れによって蓄電池の充電を行なうようにしていた。

【０００４】図１１はかかる従来例の太陽光発電システ
ムを示す構成図であって、６０は太陽光、６１は太陽電
池、６２はインバータ、６３は充電器、６４はディーゼ
ル発電機、６５は蓄電池、６６は負荷である。

【０００５】同図において、日照時の太陽光６０は、設
置地点で太陽光エネルギを最大に取り出せる傾斜角度に
設置した太陽電池６１に入射する。太陽電池６１に入射
した太陽光６０は、電気エネルギに変換されて直流電力
となる。この直流電力は、白抜きの実線矢印で示すよう
に、インバータ６２で交流電力に変換されて負荷６６に
供給され、また、太陽電池６１の出力の余剰電力（負荷
６６を賄った分以外の余った電力）は蓄電池６５の充電
に用いられる。

【０００６】ディ−ゼル発電機６４の交流電力は、破線
矢印で示すように、直接負荷６６に供給されるととも
に、夜間では、その余剰電力（負荷６６を賄った分以外
の余った電力）を充電器６３を経由して蓄電池６５に供
給するものがある。

【０００７】蓄電池６５は停電を防止するために設けら
れたものであり、太陽電池６１のディ−ゼル発電機６４
の余剰電力で充電され、その充電電力を必要に応じて放
電する。即ち、負荷６６の容量がディ−ゼル発電機６４
の発電電力と太陽電池６１の出力電力との総和よりも大
きいときには、蓄電池６５が白抜きの破線矢印のように
放電し、その直流電力をインバータ６２で交流電力に変
換して負荷６６に供給するようにする。これにより、負
荷６６が大きい場合でも、停電しないようにする。ま
た、負荷６６の容量が太陽電池６１の発電電力よりも小
さいときには、この発電電力で負荷６６を賄うととも
に、白抜きの実線矢印で示すように、太陽電池６１の余
剰電力で蓄電池６５を充電し、太陽電池６１から充分な
発電電力が得られないとき、その不足分を蓄電池６５の
電力で補うようにすることができる。このように、曇天
や雨天が続くような場合でも、停電の発生を防止するこ
とができる。

【０００８】図１２は上記従来例の太陽光発電システム
の動作を示す図であり、横軸は１日の時刻を、縦軸は各
電力を示している。また、図中実線で示す曲線は従来例
のシステムを設置する地域の最大負荷電力特性を示し、
一点鎖線はディ−ゼル発電機６４の最大出力を示してい
る。

【０００９】同図において、ディ−ゼル発電機６４の出
力電力で負荷６６を充分賄える場合には、点のハッチン
グで示す余剰電力が生じ、この余剰電力が蓄電池６５の
充電可能な電力である。また、負荷６６の容量がディ−
ゼル発電機６４の出力電力を超える場合には、右下りの
斜線でハッチングした分の不足電力が生じ、この不足電
力分を蓄電池６５で賄うことになる。即ち、太陽電池６
１から発電電力が得られない不日照時では、ディ−ゼル
発電機６４と蓄電池６５とで全負荷を賄い、また、夜間
でのディ−ゼル発電機６４の余剰電力量（点のハッチン
グで示す領域）により、ディ−ゼル発電機６４の出力電
力以上の負荷電力量（右下りの斜線でハッチングした領
域）を賄っていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、次のような問題が生じていた。

【００１１】（イ）蓄電池は、一般に、満充電時、酸素
あるいは水素等のガス発生を発生するが、蓄電池内部の
ガス圧が上昇したり、蓄電池の温度が上昇すると、蓄電
池へのストレスが増大するし、過放電や蓄電池残量によ
って蓄電池の特性に変化が生じる。

【００１２】（ロ）太陽電池では、その出力電流に応じ
て発電電力も異なって、最大発電電力を得るための出力
電流，出力電圧が存在しており、このため、蓄電池に最
適な充放電電圧と太陽電池から最大発電電力が得られる
ための出力電圧とは必ずしも一致しない。上記従来例で
は、太陽電池６１に蓄電池６５が直接接続されており、
このため、太陽電池６１の余剰電力で蓄電池６５の充電
を行なうとき、その充電電圧は太陽電池６１の出力電圧
と一致するから、最適な充電電圧以上の電圧が蓄電池６
５に印加されることになり、蓄電池６５の寿命に悪影響
を及ぼすことになるし、太陽電池の発電電力を有効に活
用できないことになる。

【００１３】（ハ）太陽電池と蓄電池とを備え、太陽電
池の余剰電力を商用電源系統に回生する分散電源システ
ムにおいては、上記従来例のように商用電源系統として
のディ−ゼル発電機の出力電力や負荷容量を検出するこ
とが困難であることから、個々の発電システムで単独に
発電電力の出力調整がなされることになる。

【００１４】（ニ）太陽電池や蓄電池の直流電圧系統に
インバ−タ等の直流負荷を設置した場合の直流電圧の制
御については、考慮されていなかった。

【００１５】本発明の目的は、かかる問題を解消し、太
陽電池や蓄電池の直流電圧系統に直流負荷であるインバ
−タを直接接続して直流電圧の制御を可能とし、太陽電
池の発電電力を最大に活用して、かつ、蓄電池の信頼
性，寿命を確保することができるようにした空気調和機
を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、圧縮機モータを駆動するインバータの直
流電源として、商用電源系統の交流電力を直流電力に変
換する双方向コンバータのほかに、太陽電池と蓄電池と
を用いた空気調和機であって、該双方向コンバータの動
作制御手段を設け、該太陽電池の動作電圧を最大発電電
力が得られる電圧に設定し、また、該蓄電池の充電電圧
を最適充電電流で充電されるような電圧値に設定するよ
うに、該動作制御手段が該双方向コンバータの動作を制
御する。

【００１７】また、本発明は、昼間、太陽電池を最大発
電電力を出力するように制御して、その発電電力をイン
バータに供給し、余剰電力は商用電源系統へ回生し、ま
た、昼間でも、雨天あるいは曇天等の太陽電池の発電出
力が低下した場合には、蓄電池から電力を供給するよう
にして、電力が不足したときには、商用電源系統から双
方向コンバ−タを介して補充する。夜間では、料金の安
い深夜時間帯に商用電源系統から深夜電力により、蓄電
池に最適な充電電圧になるように双方向コンバ−タを制
御して充電する。この場合、インバ−タに電力を供給す
る必要があるときには、蓄電池の電力をインバータに供
給し、不足分については、商用電源系統で補うようにす
る。

【００１８】

【作用】日照時、太陽電池の発電電力をインバータに供
給する場合には、コンバータの制御により、この発電電
力は常に最大とされ、その余剰電力は商用電源系統に回
生されるので、太陽電池の発電電力を効率よく利用でき
る。太陽電池の最大発電電力が負荷に必要な電力より不
足しているときには、蓄電池の電力で補われ、さらに不
足の場合には、商用電源系統から補われる。このとき、
双方向コンバータの出力直流電圧が蓄電池の放電電圧に
等しくなるように、上記動作制御手段によって双方向コ
ンバータが制御される。

【００１９】夜間では、日没によって太陽電池の出力電
圧が低下すると、蓄電池が放電を開始し、この放電電力
がインバータに供給される。このとき、電力が不足する
と、これが商用電源系統から補充される。また、電気料
金が安い深夜時間帯では、商用電源系統の電力が双方向
コンバータで直流電力に変換されて蓄電池の充電が行な
われる。このとき、動作制御手段によって双方向コンバ
ータが制御されることにより、双方向コンバータの出力
直流電圧が、蓄電池の最適な充電電圧に等しくなるよう
に、調整される。

【００２０】このように、太陽電池が発電する時間帯と
蓄電池を充電する時間帯を別に設けたので、双方向コン
バ−タは商用電源系統との電力の授受に伴って直流電圧
系統に接続される太陽電池を最大出力電圧点に、また、
蓄電池の充電電圧を最適点になるように直流電圧を調整
することが可能である。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図１は本発明による空気調和機の一実施例を示す構
成図であって、１は単相商用電源、２はリアクタ、３は
入力電流検出手段、４は双方向コンバータ、５〜８はト
ランジスタ、９〜１２は整流用ダイオード、１３は直流
電源電圧検出手段、１４は平滑用コンデンサ、１５はイ
ンバータ、１６は圧縮機モータ、１７はインバータ駆動
手段、１８は電流制御回路、１９は切換手段、２０は最
大出力電力制御回路、２１は直流電源、２２は充電電流
制御回路、２３はタイマ、２４は制御回路、２５は誤差
増幅器、２６は乗算器、２７は商用電源電圧検出手段、
２８は太陽電池、２９は流入阻止用ダイオード、３０は
開閉スイッチ、３１は太陽電池出力電流検出手段、３２
は蓄電池、３３は充電用スイッチ、３４は流入阻止用ダ
イオード、３５は蓄電池充放電電流検出手段である。

【００２２】同図において、単相商用電源１はリアクタ
２を介して双方向コンバータ４に接続されている。この
双方向コンバータ４は、ブリッジ状に接続された整流用
ダイオード９〜１２とこれら整流用ダイオード９〜１２
毎に並列に設けられた自己消弧形半導体スイッチング素
子としてのトランジスタ５〜８とからなり、これら整流
用ダイオード９〜１２は単相商用電源１からの単相交流
電圧を全波整流する。双方向コンバータ４から出力され
る全波整流電圧は平滑用コンデンサ１４で平滑され、直
流電圧を発生する。従って、双方向コンバータ４と平滑
用コンデンサ１４とは直流電圧源として機能する。

【００２３】双方向コンバータ４の出力端子は圧縮機モ
ータ１６の駆動用のインバータ１５に接続され、また、
双方向コンバータ４の出力端子とインバータ１５の入力
端子との接続点に、開閉スイッチ３０及び流入阻止用ダ
イオード２９を介して太陽電池２８が、充電用スイッチ
３３と流入阻止用ダイオード３４との並列回路を介して
蓄電池３２が夫々接続されている。これら太陽電池２８
と蓄電池３２も、インバータ１５に対して、直流電源と
して機能する。ここで、開閉スイッチ３０は太陽電池２
８を双方向コンバータ４やインバータ１５に接続した
り、これらから切り離したりするためのものであり、流
入阻止用ダイオード２９は双方向コンバータ４や蓄電池
３２からの直流電流が太陽電池２８に流入するのを阻止
するためのものである。また、充電用スイッチ３３は双
方向コンバータ４からの直流電流によって蓄電池３２の
充電を可能とするためのものであり、流入阻止用ダイオ
ード３４は、充電用スイッチ３３をオフにして充電を行
なわない場合、双方向コンバータ４や太陽電池２８から
の直流電流が蓄電池３２に流入するのを阻止するための
ものである。

【００２４】直流電源電圧検出手段１３は、以上の各直
流電源の電圧変動Ｖｄを検出する。以下では、直流電源
電圧検出手段１３の検出出力を検出電圧信号Ｖｄとい
う。また、太陽電池２８の出力端子に接続された太陽電
池出力電流検出手段３１は太陽電池２８の出力電流Ｉｓ
を検出し、蓄電池３２に接続された蓄電池充放電電流検
出手段３５は蓄電池３２の充放電電流Ｉｂを検出する。
さらに、太陽電池出力電流検出手段３１の検出出力を検
出電流信号Ｉｓといい、蓄電池充放電電流検出手段３５
の検出出力を検出電流信号Ｉｂという。

【００２５】インバータ１５はトランジスタやダイオ−
ドで構成されており、双方向コンバータ４や太陽電池２
８，蓄電池３２から直流電源電圧が供給されて、インバ
−タ駆動手段１７の制御のもとに、その出力端子に接続
されている負荷としての圧縮機モータ１６を駆動する。
圧縮機モータ１６で駆動される図示しない圧縮機は空気
調和機の冷凍サイクル（図示せず）の一部を構成してお
り、圧縮機モ−タ１６の回転数操作は、冷凍サイクルの
状態や冷暖房負荷の状態などに従ってインバ−タ駆動手
段１７がインバータ１５の出力電圧や周波数を調整する
ことにより、行なわれる。

【００２６】最大出力電力制御回路２０は、直流電源電
圧検出手段１３の検出電圧信号Ｖｄと太陽電池出力電流
検出手段３１の検出電流信号Ｉｓとから、太陽電池２８
の出力電圧をその最大発電電力を得るに必要な電圧値と
するための最大電力制御電圧指令Ｖｃ１を生成する。ま
た、充電電流制御回路２２は、直流電源電圧検出手段１
３の検出電圧信号Ｖｄと蓄電池充放電電流検出手段３５
の検出電流信号Ｉｓとから、蓄電池３２の充電電圧を最
適な充電電流Ｉｓを流すに必要な電圧値とするための最
適充電電流制御電圧指令Ｖｃ３を生成する。さらに、直
流電源２１は、太陽電池２８が発電電力を発生できない
夜間であって、かつ蓄電池３２が充放電しないときの双
方向コンバータ４の整流動作時、双方向コンバータ４の
出力直流電圧を所定の電圧値にするための整流時直流電
圧指令Ｖｃ２を出力する。これら最大電力制御電圧指令
Ｖｃ１，最適充電電流制御電圧指令Ｖｃ３及び整流時直
流電圧指令Ｖｃ２は、タイマ２３からの出力情報や直流
電源の検出電圧信号Ｖｄ，蓄電池３２の検出電流信号Ｉ
ｂなどに応じて制御動作する制御回路２４によって制御
される切換手段１９により、適宜選択されて誤差増幅器
２５に供給される。誤差増幅器２５には、また、直流電
源電圧検出手段１３による検出電圧信号Ｖｄが供給さ
れ、これと切換手段１９からの電圧指令との誤差信号が
求められる。

【００２７】誤差増幅器２５の出力信号は乗算器２６に
供給されて、単相商用電源１の電圧Ｖａｃを検出する商
用電源電圧検出手段２７の出力、即ち検出出力信号Ｖａ
ｃと乗算され、双方向コンバータ４の入力信号Ｉａｃの
基準となる入力電流指令Ｉｃが作成される。この入力電
流指令Ｉｃは、双方向コンバータ４の入力電流Ｉａｃを
検出する入力電流検出手段３の出力、即ち検出電流信号
Ｉａｃとともに、電流制御回路１８に供給される。電流
制御回路１８では、入力電流指令Ｉｃと入力信号Ｉａｃ
とに応じた双方向コンバータ４のトランジスタ５〜８の
オン／オフ制御信号が形成され、これにより、入力電流
Ｉａｃが入力電流指令Ｉｃと等しくなるように、これら
トランジスタ５〜８が相互にオン／オフ制御される。

【００２８】次に、この実施例の動作を詳細に説明する
が、まず、双方向コンバータ４の出力直流電圧の設定値
について説明する。

【００２９】太陽電池２８から電力を取り出す場合に
は、制御回路２４によって開閉スイッチ３０をオンし、
最大出力電圧制御回路２０からの最大電力制御電圧指令
Ｖｃ１に応じて電流制御回路１８が双方向コンバータ４
を制御することにより、太陽電池２８の出力電圧を最大
電力が得られる値にする。このとき、充電用スイッチ３
３はオフ状態にされ、予め太陽電池２８の出力電圧より
も出力電圧が低く設定された蓄電池３２からは電力が供
給されないようにする。また、太陽電池２８を電源とし
て圧縮機モータ１６を駆動する場合には、太陽電池２８
の発電電力をインバータ１５に供給する。負荷が小さく
てその余剰電力が発生したときには、これを双方向コン
バータ４を介して単相商用電源１に回生し、また、太陽
電池２８の発電電力だけでは圧縮機モータ１６の駆動の
ための電力が不足の場合には、単相商用電源１から双方
向コンバータ４を介して電力を補充する。

【００３０】日没となって太陽電池２８の発電電力が得
られないときには、その出力電圧も同時に低下する。こ
れにより、蓄電池３２がインバータ１５の直流電源とな
り、この蓄電池３２から流入阻止用ダイオード３４を介
してインバータ１５に電力が供給される。このとき、制
御回路２４により、切換手段１９が充電電流制御回路２
２から出力される最適充電電流制御電圧指令Ｖｃ３を選
択した状態にあり、これにより、電流制御回路１８の後
述の制御によって双方向コンバータ４の出力電圧が蓄電
池３２の出力電圧に等しくされて、この不足分の電力が
双方向コンバータ４から補われる。

【００３１】深夜時間帯であるときには、タイマ２３の
出力情報により、制御回路２４は開閉スイッチ３０をオ
フすることによって太陽電池２８を開放し、充電用スイ
ッチ３３をオンすることにより、双方向コンバータ４の
出力電流によって蓄電池３２の充電が行なわれるが、こ
のとき、切換手段１９が充電電流制御回路２２から出力
される最適充電電流制御電圧指令Ｖｃ３を選択した状態
にあり、これにより、蓄電池３２の充電電流が最適とな
るように、双方向コンバータ４の出力電圧（即ち、充電
電圧）が電流制御回路１８によって調整される。

【００３２】ここで、双方向コンバータ４は入力電圧を
降圧する機能を備えていないため、双方向コンバータ４
の出力側の直流電圧の設定値は単相商用電源１の波高値
より大きいことが必要である。

【００３３】図２は図１における電流制御回路１８の一
具体例を示す構成図であって、３６は誤差増幅器、３
７，３８三角波発生回路、３９，４０は電圧比較器、４
１，４２は反転回路、４３はドライブ回路である。

【００３４】同図において、乗算器２６（図１）からの
入力電流指令Ｉｃと入力電流検出手段３（図１）からの
検出電流信号Ｉａｃとが誤差増幅器３６に供給され、こ
れらの誤差信号ΔＩが出力される。この誤差信号ΔＩ
は、電圧比較器３９で三角波発生回路３７からの三角波
電圧Ｘと電圧比較され、また、電圧比較器４０で三角波
発生回路３８からの三角波電圧Ｙと電圧比較される。こ
れら三角波発生回路３７，３８から出力される三角波電
圧Ｘ，Ｙは互いに１８０度位相の異なっている。

【００３５】電圧比較器３９，４０では、三角波電圧
Ｘ，Ｙのレベルが誤差信号ΔＩのレベル以下のとき低レ
ベル、三角波電圧Ｘ，Ｙのレベルが誤差信号ΔＩのレベ
ルを超えるとき高レベルとなる信号を出力する。この三
角波電圧Ｘ，Ｙと誤差信号ΔＩとのレベル関係を図３
（ｃ）に示す。但し、図３（ｃ）は、説明の便宜上、誤
差信号ΔＩの代りに入力電流指令Ｉｃを示している。

【００３６】従って、電圧比較器３９，４０からは、誤
差信号ΔＩに応じてデューティ比が変化する互いに１８
０度位相が異なるＰＷＭ（パルス幅変調）信号が得られ
る。電圧比較器３９から出力されるＰＷＭ信号は、直接
ドライブ回路４３に供給されるとともに、反転回路４１
でレベル反転されてドライブ回路４３に供給される。ま
た、電圧比較器４０から出力されるＰＷＭ信号は、直接
ドライブ回路４３に供給されるとともに、反転回路４２
でレベル反転されてドライブ回路４３に供給される。

【００３７】ドライブ回路４３では、供給されるこれら
ＰＷＭ信号から図１の双方向コンバータ４におけるトラ
ンジスタ５〜８の駆動信号が形成される。即ち、電圧比
較器３９から供給されるＰＷＭ信号からトランジスタ５
の駆動信号が形成され、反転回路４１から供給されるＰ
ＷＭ信号からトランジスタ６の駆動信号が形成されるの
であるが、トランジスタ５，６が同時にオンして直流電
圧を短絡しないようにするために、トランジスタ５の駆
動信号を示す第３図（ｄ）とトランジスタ６の駆動信号
を示す第３図（ｅ）とから明らかなように、トランジス
タ５，６の駆動信号の間にデットタイムＴｄを設け、こ
れら駆動信号が同時に高レベルにならないようにしてい
る。同様にして、トランジスタ７の駆動信号は反転回路
４２から供給されるＰＷＭ信号から形成され、トランジ
スタ８の駆動信号は電圧比較器４０から供給されるＰＷ
Ｍ信号から形成されるが、トランジスタ７の駆動信号を
示す第３図（ｆ）とトランジスタ８の駆動信号を示す第
３図（ｇ）とから明らかなように、トランジスタ７，８
の駆動信号の間に、これらが同時に高レベルとならない
ようにするデットタイムＴｄを設ける。

【００３８】なお、図３（ａ）は単相商用電源１の電圧
Ｖａｃを示すものであって、これは商用電源電圧検出手
段２７により検出電圧信号Ｖａｃとして検出される。ま
た、図３（ｂ）は双方向コンバータ４の入力電流Ｉａｃ
を示すものであって、これは入力電流検出手段３により
検出電流信号Ｉａｃとして検出される。図３（ａ），
（ｂ）は双方向コンバータ４が整流動作を行なって場合
を示しており、この場合には、これら電圧Ｖａｃと入力
電流Ｉａｃとは同相であり、入力電流指令Ｉｃもこれら
と同相である。双方向コンバータ４の入力電流Ｉａｃの
波形には、図３（ｂ）に示すように、トランジスタ５〜
８のスイッチング動作に応じてギザギザが生ずる。この
ギザギザの部分の振幅や幅が上記ＰＷＭ信号のデューテ
ィ比に応じて異なり、これにより、平滑用コンデンサ１
４に流れる入力電流Ｉａｃの大きさが変化することにな
り、平滑用コンデンサ１４で平滑されて得られる直流電
圧は、誤差増幅器２５からの誤差信号に応じて異なるこ
とになる。従って、前述のように、双方項コンバータ４
の出力電圧を蓄電池３２の出力電圧に等しくすることも
できる。

【００３９】また、図３は双方向コンバータ４が整流動
作を行なう場合を示したものであるが、これとは逆に、
双方向コンバータ４が太陽電池２８の発電電力を単相商
用電源１に送り返すための回生動作を行なうときには、
直流電源電圧検出手段１３の検出電圧信号Ｖｄが大きく
なることにより、誤差増幅器２５の出力電圧が正から負
に変化し、乗算器２６から得られる入力電流指令Ｉｃが
単相商用電源１の電圧Ｖａｃとは逆位相になるだけであ
って、電流制御回路１８の動作は上記の整流動作のとき
と全く同様である。

【００４０】このようにして、スイッチング動作をする
電力の可逆運転機能をもつ双方向コンバータ４では、そ
の変調波（即ち、図２での三角波信号Ｘ，Ｙ）の周波数
を高周波域に選択することにより、リアクタ２に流れる
単相商用電源１の電流が低次高調波を含まれない品質の
高い波形となる。また、高調波電流が問題になるときに
は、リアクタ２と単相商用電源１との間に、交流端子間
を結ぶバイパスコンデンサを設ければよく、そのレベル
を容易に抑制することができる。

【００４１】図４は図１における最大出力電力制御回路
２０の一具体例を示す構成図であって、４４は乗算器、
４５，４６は微分回路、４７，４８は正負判定回路、４
９は排他的論理和回路、５０は積分回路である。

【００４２】同図において、直流電源電圧検出手段１３
（図１）からの検出電圧信号Ｖｄと太陽電池出力電流検
出手段３１（図１）からの検出電流信号Ｉｓとが乗算器
４４で乗算され、太陽電池２８（図１）の発電電力Ｐｓ
が算出される。乗算器４４から出力される発電電力Ｐｓ
を表わす信号は、微分回路４５で微分された後、正負判
定回路４７によって正負のレベルの２値信号に変換され
る。この２値信号のレベルは発電電力Ｐｓの増減方向を
表わしている。また、検出電圧信号Ｖｄも、微分回路４
６で微分された後、正負判定回路４８によって正負のレ
ベルの２値信号に変換される。この２値信号のレベルは
太陽電池２８の出力電圧Ｖｓの増減方向を表わしてい
る。これら正負判定回路４７，４８からの２値信号は排
他的論理和回路４９に供給される。この排他的論理和回
路４９の出力信号は、太陽電池２８の発電電力Ｐｓと出
力電圧Ｖｓの増減方向が等しいか、逆かを表わしてお
り、誤差成分として積分回路５０に供給される。この積
分回路５０の出力信号が上記の最大電力制御電圧指令Ｖ
ｃ１である。

【００４３】図５は太陽電池２８の出力特性を説明する
図であり、太陽電池２８の出力電流Ｉｓに対する出力電
圧Ｖｓ，出力電力Ｐｓの関係を示している。

【００４４】同図より明らかなように、出力電流Ｉｓの
変化に伴って出力電圧Ｖｓは低下するが、出力電力Ｐｓ
には出力電流Ｉｓの変化に伴って最大になる点Ｐ０が存
在する。例えば、太陽電池２８が出力電圧Ｖ６，出力電
力Ｐ６で動作しているとき、図１でのインバータ１５の
負荷が増大するか、あるいは双方向コンバータ４の単相
商用電力１への回生電力が増大した場合、太陽電池２８
の動作状態が図５の出力電力特性曲線上の点Ｐ６から点
Ｐ５，Ｐ２を経て最大電力を取り出し得る最大出力電力
動作点Ｐ０に移行し、太陽電池２８の発電電力Ｐｓは最
大となる。さらに負荷や回生電力が増大し続けると、太
陽電池２８の動作状態は出力電力特性曲線上の点Ｐ０か
ら点Ｐ１，Ｐ４を経て点Ｐ３に移行し、太陽電池２８の
発電電力Ｐｓが減少する。最大出力電力制御回路２０の
目的は、太陽電池２８が最大動作点Ｐ０で、即ち発電電
力Ｐｓが最大となる出力電圧点Ｖ０で動作するように、
双方向コンバータ４（図１）の出力電圧を設定するため
の最大電力制御電圧指令Ｖｃ１を算出することにある。

【００４５】次に、図５，図６及び図７により、図４に
示した最大出力電力制御回路２０の動作を説明する。但
し、図５の太陽電池２８の動作状態を、その出力電力特
性曲線上の最大出力電力動作点Ｐ０付近の領域１、出力
電圧Ｖｓが高くて出力電力Ｐｓが小さい領域２、出力電
圧Ｖｓが低くて出力電力Ｐｓが大きい領域３の３つの動
作状態に分けて、最大出力電力制御回路２０の動作を説
明する。

【００４６】図６は双方向コンバータ４が整流動作を行
っている場合の最大出力電力制御回路２０の動作を説明
する図であり、同図（ａ）は太陽電池２８の動作状態が
図５での領域１にあるときの動作を示す図、図６（ｂ）
は同じく図５での領域２にあるときの動作を示す図、図
６（c）は同じく図５での領域３にあるときの動作を示
す図である。

【００４７】太陽電池２８が図５の領域１の状態にある
ときには、図６（ａ）において、双方向コンバータ４
（図１）は整流動作を行なっているので、単相商用電源
１（図１）の交流電圧Ｖａｃと双方向コンバータ４の入
力電流Ｉａｃとは同相であり、太陽電池２８の出力電圧
Ｖｓ（直流電圧検出手段（図１）の検出電圧信号Ｖｄに
等しい）は最大電圧Ｖ１，中間電圧Ｖ０，最低電圧Ｖ２
を推移し、これに同期して、太陽電池２８の出力電力Ｐ
ｓも最低電力Ｐ１、最大出力電力Ｐ０、最低電力Ｐ２を
推移する。

【００４８】図４に示した最大出力電力制御回路２０で
は、上記のようにして最大電力制御電圧指令Ｖｃ１が得
られるが、ここで、排他的論理和回路４９の出力信号Ｖ
ｃ０の正レベルは電力制御電圧指令Ｖｃ１を高くする方
向に作用し、これにより、双方向コンバータ４は、太陽
電池２８の出力電圧Ｖｓが低い電圧Ｖ２のときには、こ
の出力電圧Ｖｓを上昇させるように動作する。また、排
他的論理和回路４９の出力信号Ｖｃ０の負レベルは電力
制御電圧指令Ｖｃ１を低くする方向に作用し、双方向コ
ンバータ４は、太陽電池２８の出力電圧Ｖｓが高い電圧
Ｖ１のときには、この出力電圧Ｖｓを降下させるように
動作する。従って、太陽電池２８が図５（ａ）の領域１
の状態にあるときには、電力制御電圧指令Ｖｃ１は、太
陽電池９の出力電圧Ｖｓが最大出力電圧Ｖ０付近で安定
化するように、収束する。

【００４９】太陽電池２８が図５の領域２の状態にある
ときには、図６（ｂ）において、太陽電池２８の出力電
圧ＶｓがＶ３と高いときも、Ｖ４と低いときも、発電電
力Ｐｓの増減方向と出力電圧Ｖｓの増減方向とが逆であ
るから（図５）、排他的論理和回路４９の出力信号Ｖｃ
０は正レベルとなり、この出力電圧Ｖｓを上昇させる方
向に電力制御電圧指令Ｖｃ１を上昇させる。これによ
り、太陽電池２８の動作状態は図５の領域１へと遷移す
る。

【００５０】太陽電池２８が図５の領域３の状態にある
ときには、図６（c）において、太陽電池２８の出力電
圧ＶｓがＶ５と高いときも、Ｖ６と低いときも、発電電
力Ｐｓの増減方向と出力電圧Ｖｓの増減方向とが同じあ
るから（図５）、排他的論理和回路４９の出力信号Ｖｃ
０は負レベルとなり、この出力電圧Ｖｓを減少させる方
向に電力制御電圧指令Ｖｃ１を降下させる。これによ
り、太陽電池２８の動作状態は図５の領域１へと遷移す
る。

【００５１】以上のようにして、最大出力電力制御回路
２０により、常に太陽電池２８が最大発生電力Ｐ０とな
る出力電圧点Ｖ０で動作するように、双方向コンバータ
４の出力電圧を制御する最大電力制御電圧指令Ｖｃ１が
算出される。

【００５２】図７は双方向コンバータ４が太陽電池２８
の発電電力を単相商用電源１に回生する回生動作を行な
っている場合の最大出力電力制御回路２０の動作を説明
する図であり、同図（ａ）は太陽電池２８の動作状態が
図５の領域１にある場合の動作を、図７（ｂ）は同じく
図５の領域２にある場合の動作を、図７（c）は同じく
図５の領域３にある場合の動作を夫々示している。

【００５３】この場合、双方向コンバータ４は回生動作
を行なっているので、図７に示すように、単相商用電源
１の交流電圧Ｖａｃと双方向コンバータ４の入力電流Ｉ
ｓと互いに逆相である。これ以外の点については、図６
に示した整流動作の場合と全く同様であり、最大出力電
力制御回路２０は、常に太陽電池２８が最大発電電力Ｐ
０となる出力電圧点Ｖ０で動作するように、双方向コン
バータ４の出力電圧を制御する最大電力制御電圧指令Ｖ
ｃ１を算出する。

【００５４】図８は日射量に応じた太陽電池２８の出力
電圧Ｖｓと発電電力ＷＬとの関係を示す図である。

【００５５】同図において、出力電圧Ｖｓの変化に対し
て、発電電力ＷＬは最大点を有しているが、太陽電池２
８に照射する数点の日射量が増加するにつれて、発電電
力ＷＬの最大点がＰ０５，Ｐ０４，Ｐ０３，Ｐ０２，Ｐ
０１と大きくなるとともに、かかる最大発電電力を生ず
る出力電圧Ｖｓも高くなる。ここで、図８の電圧ｃは得
られる最大発電電力が最小であるときの出力電圧Ｖｓと
する。太陽電池２８に照射する数点の日射量の取り得る
範囲内での最大発電電力に対する出力電圧Ｖｓの範囲を
斜線でハッチングして示す。また、電圧ａは、双方向コ
ンバータ４が入力電圧を降圧動作を行なう機能を備えて
いないことにより、双方向コンバータ４が出力可能な最
低電圧である単相商用電源１の波高値に等しい直流電圧
である。

【００５６】この実施例では、単相商用電源１の波高値
に対する直流電圧ａと太陽電池２８の出力可能な最低の
出力電圧ｃとの間に、電圧ｂとして、蓄電池３２の出力
電圧を設定する。

【００５７】そこで、図１において、昼間、太陽電池２
８から電力を取り出すことが可能な場合には、制御回路
２４によって開閉スイッチ３０をオンし、上記のように
最大出力電力制御回路１８が制御動作することにより、
太陽電池２８は図８の電圧ｃよりも高い出力電圧Ｖｓで
動作して最大発電電力を出力する。このとき、蓄電池３
２の出力電圧ｂは太陽電池２８のかかる出力電圧Ｖｓよ
りも低く設定されているので、蓄電池３２からは電力が
供給されない。また、圧縮機モータ１６がインバータ１
５によって駆動されるときには、インバータ１５は太陽
電池２８の発電電力を消費するが、その余剰電力が発生
したときには、双方向コンバータ４を介して単相商用電
源１に余剰電力が回生される。逆に、太陽電池２８から
の発電電力だけでは不足のときには、単相商用電源１か
ら電力が補充されるのであるが、このときには、太陽電
池２８を発電電圧Ｐ０１〜Ｐ０５の出力電圧Ｖｓで動作
させる。

【００５８】一方、日没によって太陽電池２８の発電電
力がなくなったときには、その出力電圧Ｖｓも同時に図
８の電圧ｂ以下に低下する。このため、蓄電池３２が直
流電圧源となり、流入阻止用ダイオード３４を介して電
力をインバータ１５に供給する。このとき、切換手段１
９が、充電電流制御回路２２から出力される最適充電電
流制御電圧指令Ｖｃ３を選択するように、制御回路２４
によって切り換えられており、これにより、不足の電力
は双方向コンバータ４を介して自動的に単相商用電源１
から供給される。

【００５９】図９は図１における充電電流制御回路２２
の一具体例を示す構成図であって、５１は誤差増幅器、
５２はゲイン調整回路、５３は誤差積分器である。

【００６０】同図において、制御回路２４（図１）から
の充電電流指令値Ｉｂcと蓄電池充放電電流検出手段３
５（図１）からの検出電流信号Ｉｂとを誤差増幅器５１
に供給し、これらの誤差信号を得る。この誤差信号はゲ
イン調整回路５２でレベル調整され、直流電源電圧検出
手段１３（図１）からの検出電圧信号Ｖｄとともに誤差
積分器５３に供給されて最適充電電流制御電圧指令Ｖｃ
３が生成される。

【００６１】そこで、図１において、深夜時間帯に蓄電
池３２に充電を行なう場合、タイマ２３から深夜時間帯
であることを示す情報が供給されると、制御回路２４は
開閉スイッチ３０をオフにして太陽電池２８を開放し、
充電用スイッチ３３をオンして蓄電池３２の充電を行な
わせるのであるが、このとき、上記のようにして、充電
電流制御回路２２は蓄電池３２が最適な充電電圧で充電
できるような最適充電電流制御電圧指令Ｖｃ３を出力
し、これによって双方向コンバータ４が直流電圧を調整
しながら蓄電池３２を充電させる。

【００６２】図１０は以上説明した実施例の一動作例を
示すタイムチャ−トである。図１０（ａ）は太陽電池２
８の発電電力Ｐｓの約３時間毎の平均値を示している。
ここで、第１日目，第２日目及び第５日目は豊富な日射
量に恵まれたものとしており、これにより、７時〜１７
時で充分な発電電力Ｐｓが得られている。また、第３日
目及び第４日目では、曇天のため、それほど多くの発電
電力を得ることができなかったことを示している。

【００６３】図１０（ｂ）はインバータ１５の入力電力
ＷＬを示しており、図１０（c）は双方向コンバータ４
の電力Ｐａｃを示している。ここで、この電力Ｐａｃの
正成分は回生電力であり、負成分は整流電力である。

【００６４】図１０（ｄ）は蓄電池３２の充放電電力Ｐ
ｂを示すものであり、ここで、深夜時間帯の一定の時間
０時〜６時では、充放電電力Ｐｂが振幅変動のないもの
となっているが、これは充電電力である。この充電時間
や時刻は任意に設定してもよい。図１０（ｅ）は蓄電池
３２の貯蔵蓄電量Ｐａｈを示すものである。

【００６５】以上のように、この実施例では、安い深夜
料金時間帯の電力と太陽電池の発電電力を有効に活用で
きるので、空気調和機の電気代を大幅に節約できる効果
がある。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
安い深夜料金時間帯の電力を蓄電池に充電し、かつ太陽
電池の発電電力を有効に活用できるので、電気代を大幅
に節約できる。

【００６７】また、昼間に使用する商用電源系統の電力
は少なくてすむので、ピ−クカットに効果的であり、分
散電源が一般家庭に多数普及した場合に電力系統の管理
が容易になるし、充電時の充電電流を最適に制御できる
ので、蓄電池の寿命と高信頼性を確保できる。

【００６８】さらに、蓄電池の充電回路が不要なため、
構成の簡略化とコストの低減とを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す空気調和機の構成図

【図２】電流制御回路の構成図

【図３】電流制御回路の動作を説明する図

【図４】太陽電池の最大出力電力制御回路の構成図

【図５】太陽電池の出力特性を説明する図

【図６】整流動作を行っている場合の最大出力電力制御
回路の動作を説明する図

【図７】回生動作を行っている場合の最大出力電力制御
回路の動作を説明する図

【図８】太陽電池の出力電圧と出力電流を示す図

【図９】充電電流制御回路を説明する図

【図１０】各部の動作タイムチャ−ト

【図１１】従来例における太陽光発電システムの構成図

【図１２】従来例におけるタイムチャ−ト

【符号の説明】

１ 単相商用電源 ３ 入力電流検出手段 ４ 双方向コンバ−タ １３ 直流電源電圧検出手段 １４ 平滑用コンデンサ １５ インバ−タ １６ 圧縮機モータ １８ 電流制御回路 １９ 切換手段 ２０ 最大出力電力制御回路 ２１ 直流電源 ２２ 充電電流制御回路 ２５ 誤差増幅器 ２６ 乗算器 ２７ 単相商用電源電圧検出手段 ２８ 太陽電池 ３１ 太陽電池出力電流検出手段 ３２ 蓄電池 ３３ 充電スイッチ ３５ 蓄電池充放電電流検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｐ 7/63 ３０２ Ｎ 9178−5Ｈ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源として商用電源系統に接続され
   たコンバータと太陽電池と蓄電池とを備え、該直流電源
   からの直流電力をインバータで交流電力に変換して圧縮
   機モータに供給することにより、該圧縮機モータを駆動
   するようにした空気調和機において、 該コンバータは双方向コンバータであって、該双方向コ
   ンバータの動作制御手段を設け、 該動作制御手段により、該太陽電池から最大発電電力が
   得られるための最大出力動作点電圧の設定、及び該蓄電
   池の最適充電電流に対する最適充電電圧の設定を可能と
   したことを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】 請求項１において、 昼間では、前記インバータの電力供給源を前記太陽電池
   として、前記太陽電池の発電出力が前記インバ−タの出
   力電力よりも大なるときには、前記太陽電池の余剰電力
   を前記コンバータを介して前記商用電源系統に回生し、
   前記太陽電池の発電出力が前記インバ−タの出力電力よ
   りも小なるときには、その不足電力を蓄電池の充電電力
   で補充し、さらに、電力が不足する場合には、前記商用
   電源系統の交流電力を前記コンバータで変換して得られ
   る直流電力で補充し、 夜間の深夜料金時間帯では、前記インバ−タの状態に係
   らず、前記コンバータが前記商用電源系統の交流電力を
   変換して得られる直流電力で前記蓄電池を充電すること
   を特徴とする空気調和機。
3. 【請求項３】 請求項１において、 前記蓄電池の電圧を、前記太陽電池の最大出力動作点電
   圧の取り得る最低値近傍に設定し、かつ、前記商用電源
   系統の電圧の全波整流電圧以上とすることを特徴とする
   空気調和機。
4. 【請求項４】 請求項１において、 前記動作制御手段は、 前記太陽電池の出力電圧，出力電流及び前記蓄電池の入
   出力電圧，入出力電流を検出する検出手段と、 検出された前記太陽電池の出力電圧，出力電流から前記
   最大出力動作点電圧を設定するための第１の電圧指令を
   形成する最大出力電力制御手段と、 検出された前記蓄電池の入力電圧，入力電流から前記最
   適充電電圧を設定するための第２の電圧指令を形成する
   充電電流制御手段と、 該第１，第２の電圧指令を選択する切換得手段と、 該切換手段からの第１または第２の電圧指令と前記商用
   電源系統の電圧とに応じた指令電流を生成する生成手段
   と、 該電流指令と前記商用電源系統の電流とに応じて前記コ
   ンバータを制御する電流制御手段とからなることを特徴
   とする空気調和機。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記最大出力電力制御手段は、 検出された前記太陽電池の出力電流と出力電圧とを乗算
   し、前記太陽電池の発生電力を検出する乗算器と、 該乗算器の出力信号を微分する第１の微分回路と、 該第１の微分回路の出力信号の正負を検出し、前記太陽
   電池の発電電力の増減傾向を判定する第１の正負判定回
   路と、 検出された前記太陽電池の出力電圧を微分する第２の微
   分回路と、 該第２の微分回路の出力信号の正負を検出し、前記太陽
   電池の出力電圧の増減傾向を判定する第２の正負判定回
   路と、 該第１，第２の正負判定回路の出力信号が供給される排
   他的論理和回路と、 該排他的論理和回路の出力信号を積分する積分回路とか
   らなることを特徴とする空気調和機。
6. 【請求項６】 請求項１において、 前記蓄電池に、 前記コンバータの出力直流電圧の低下とともに放電を可
   能とし、かつ前記太陽電池の出力電流の流入を阻止する
   放電用ダイオードと、 充電時オンする充電スイッチとを設けたことを特徴とす
   る空気調和機。