JPH0984278A - 無停電太陽光電源装置 - Google Patents

無停電太陽光電源装置

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JPH0984278A
JPH0984278A JP7262377A JP26237795A JPH0984278A JP H0984278 A JPH0984278 A JP H0984278A JP 7262377 A JP7262377 A JP 7262377A JP 26237795 A JP26237795 A JP 26237795A JP H0984278 A JPH0984278 A JP H0984278A
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JP
Japan
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power source
battery
power supply
uninterruptible
solar
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JP7262377A
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Noboru Kubo
昇 久保
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 充電可能な電池、太陽電池を中心に形成し交
流電源をさらに前記充電可能な電池の充電に利用するこ
とにより、太陽電池の出力と交流電源間に相互補完の関
係を形成させて、電源としての信頼性を一層向上させた
無停電太陽光電源装置を提供する。 【構成】 本発明による無停電太陽光電源装置は、充電
可能な電池3と、太陽電池1と、前記太陽電池1の出力
を前記充電可能な電池3に接続する過充電制御機能をも
つ太陽電池接続回路と、交流電源4と、前記交流電源4
を前記充電可能な電池3に接続する充電器5と、前記電
池3への充電器5からの入力電流および前記充電可能な
電池3の電圧を監視して前記交流電源からの充電を制御
する交流充電制御回路と、前記充電可能な電池3の出力
に接続されている負荷とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池、充電可
能な電池および交流電源を利用した無停電太陽光電源装
置に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】無停電電
源装置として、商用電源断に対応してシステムの運用を
確保するために、発動発電機を利用した大規模な装置が
あり、病院や緊急通信システムなどの施設で利用されて
いる。太陽電池の利用は、水力、化石燃料や、原子力エ
ネルギーを利用する商用電源を補完できかつ、太陽から
のクリーンなエネルギーを利用できるので推奨されてい
る。また独立型太陽光発電システムは商用電源がない隔
絶した場所の電源として広く利用されている。本件発明
者等は、前記独立型太陽光発電システムとして、太陽電
池パネルを屋根とし、インバータ、二次電池を一体化し
たシステムを提案して、特願平7−125854号(発
明の名称,太陽光発電器)として出願している。本発明
の目的は、充電可能な電池、太陽電池を中心に形成し交
流電源をさらに前記充電可能な電池の充電に利用するこ
とにより、太陽電池の出力と交流電源間に相互補完の関
係を形成させて、電源としての信頼性を一層向上させた
無停電太陽光電源装置を提供することにある。
【0003】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による無停電太陽光電源装置は、充電可能な
電池と、太陽電池と、前記太陽電池の出力を前記充電可
能な電池に接続する過充電制御機能をもつ太陽電池接続
回路と、交流電源と、前記交流電源を前記充電可能な電
池に接続する充電器と、前記充電可能な電池への充電器
からの入力電流および前記充電可能な電池の電圧を監視
して前記交流電源からの充電を制御する交流充電制御回
路と、前記充電可能な電池の出力に接続されている負荷
とから構成されている。
【0004】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明によ
る無停電太陽光電源装置の実施の形態を説明する。図1
は本発明による無停電太陽光電源装置のブロック図であ
る。充電可能な電池である二次電池3には太陽電池1か
らの電力が過充電制御機能をもつ太陽電池接続回路(過
充電コントローラ2)を介して接続されている。前記二
次電池3は、充電器5を介して交流電源4により充電さ
れる。交流充電制御回路が、前記電池3への充電器5か
らの入力電流および前記電池3の電圧を監視して前記交
流電源4からの充電を制御する。交流充電制御回路は、
電流監視6、電圧監視7およびそれらにより開閉される
リレー6a,7aを含んでいる。負荷9,10,11は
前記電池3に接続されている。なお交流の負荷があって
も、負荷には前記交流電源4から直接に交流電力が接続
されることはない。
【0005】
【実施例】以下図2を参照して、実施例について詳しく
説明する。太陽電池1としては、最大出力64W,最適
動作電圧17.5V,最適動作電流は3.66Aのもの
を使用した。この出力は過充電コントローラ2を介して
二次電池3に接続されている。過充電コントローラ2の
出力電圧は14.9Vであって、二次電池電圧が14.
9Vに達すると太陽電池1をシャントする。二次電池3
はシール形サイクルサービス用バッテリであって、定格
は12Vで100Ah/5HRである。交流電源4とし
て例えばAC100V,50/60Hz(商用電源)が
適している。交流電源4はリレー接点6a,7aの並列
回路を介して充電器5に接続されている。充電器5は出
力電圧12V,出力電流10A,充電可能鉛蓄電池25
〜200Ah,入力電圧は90〜135VAC(48〜
62Hz)で、消費電流3Aである。そして、充電電圧
は13.8〜14.8Vにプリセット可能であり、充電
終始電圧は13.1〜14.2Vにプリセット可能であ
る。
【0006】電流監視6とリレー6aとして直流電流計
メータリレーが使用され、その定格は20A,電源AC
100Vであり、消費電力は3Wである。電圧監視7と
リレー7aとして電圧監視のために過放電コントローラ
を使用する。その定格は定格電圧12V,最大負荷電流
10A,消費電力0.4Wである。そして出力遮断電圧
の調整範囲は10V〜12Vである。リレー7aとして
一般のリレーが用いられる。ただし、長期連続通電のた
めAuメッキのツイン接点を使用し、接点電流の最大値
をAC100V,5Aとしており、コイルはDC12
V,消費電力0.9Wである。過放電コントローラ8は
負荷が直流の場合には前記電圧監視7と同様のものを使
用する。負荷が交流の場合にはインバータ9が過放電警
報,過放電出力遮断の機能をもっていることが多い。イ
ンバータ9の例として出力800W,出力電圧100V
RMS±5%,出力波形は疑似サイン波形であって、出
力周波数は50Hz±0.01%,入力電圧11〜15
VDCである。低電圧警報は約10.7Vであり、低電
圧出力遮断は10V,無負荷電流0.4A以下で行われ
る。
【0007】交流充電制御回路は、前述したように電流
監視6,電圧監視7およびそれらにより開閉されるリレ
ー6a,7aを含んでいる。電圧監視7により二次電池
3の電圧を監視し一定の値(例えば10.8V )より低下し
た場合にリレー7aにより交流電源4を接続し充電器5
を通して二次電池3を充電する。充電が開始される電流
監視6とそのリレー6aもオンとなり充電がすすみ、二
次電池3の電圧が上昇しかつ充電電流が減少(例えば0.
5A以下)になればリレーにより商用電源を遮断する。こ
の制御動作は二次電池3の状態のみを監視して行われて
おり、太陽電池1からの充電の動作とは独立している。
【0008】本発明の無停電太陽光電源装置は、商用電
源などの交流電源4と太陽光電源1が等価な電源として
利用可能であり、かつ両電源の弱点を補い合っており、
利用者は従来より優れた電源として無停電太陽光電源を
考えることができる。そして、これは集中型の商用電源
と分散型の太陽光電源が系統ネットワークのなかで最適
な結合をしているとはいえ、あたかも集中型の大型コン
ピュータと分散型のパソコンが高速通信を介して有機的
なネットワークを形成しているのと同様である。その観
点から次のような用途が考えられる。 1)遠隔計測用無停電太陽光電源 遠隔地での気象データ、地震データ、公害物質量などの
自動計測 災害による停電が発生しても太陽光電源が動作していれ
ば測定は継続できる。 2)パソコン用無停電太陽光電源 現在ある無停電電源装置(UPS)は5分から10分程
度の停電補償を想定しているが、数時間から数十時間の
停電補償を想定することができる。また無停電太陽光電
源の構成上、災害時停電や瞬時停電やサージ電圧のパソ
コンへの影響を最小限にできる。 3)ネットワーク・サーバ用無停電太陽光電源 ネットワーク・サーバは一日24時間稼働が必須であ
り、電源に対する負荷が大きいので、商用電源を主、太
陽光電源を従とした使い方になると思われるが、今後コ
ンデンサ電池やリチウムイオン電池などの高性能、大容
量の二次電池が利用できるようになれば有効に活用でき
る。現在無停電電源装置で使用されている鉛電池やアル
カリ電池でも、充電器出力電流量を負荷電流と同じ程度
に大きくし、かつ充電開始電圧を蓄電池の満充電近くに
してやれば、常に蓄電池が満充電近くで動作するので、
蓄電池寿命が長くなり、突然の停電の場合も蓄電池余裕
度が最大になる。つまり、これは現在の無停電電源のよ
うに充電器を整流器として使うのと同じことである。 4)家庭用無停電太陽光電源 マルチメディアの進展に伴い、家庭にパソコンや情報端
末が入ってきた場合に、瞬時停電やサージ電圧の影響を
なくすとともに、非常時の電源として有効なので、無停
電太陽光電源が各家庭に導入されることが期待できる。
コンデンサ電池が利用できるようになれば、エネルギー
取り出し効率が90%近くあるので、夜間の商用電力を
貯蔵して使えるようになり、商用電力使用量を節約でき
る。そして雨が多ければ商用電源の中の水力発電、日照
りが続けば太陽光発電というように安定した電源を確保
することができる。 5)防災無線用無停電太陽光電源 現在、防災無線はCVCFにより数分から数十分のバッ
テリのバックアップがあり、その後は自家発電で電気の
供給を受けるようになっているが、無停電太陽光電源を
利用すれば、自家発電の供給を受ける前により長時間の
電源供給を受けることができる。 6)商用電源不安定地域用無停電太陽光電源 開発途上国あるいは先進国においても、商用電源があっ
ても停電や電圧低下などがあり、一部不安定な地域があ
るので、そういうところでは太陽光電源を主とし、商用
電源を従とした無停電太陽光電源が有効である。
【0009】次に前述したデータの実施例装置に関連し
て数値を上げて利用例についてさらに説明する。ただ
し、 太陽電池 1 最大出力 64W 最適動作電圧 17.5V 最適動作電流 3.66A 二次電池 3 電圧 12V 容量 100Ah/5HR 充電器 5 出力電圧 12V 出力電流 10A 最大出力64Wの太陽電池による1日の発電量(年間平均) Pd(W)×Q×K ここで、Pd(W):太陽電池最大出力 Q:1日の日射量(kWh/m2 )(年間平均) 3.92 kWh/m2:東京で傾斜角 32.7 度 真南に設置した場合 K:補正係数 Kd : 直流補正係数 0.8 Kt : 温度補正係数 0.85 1KB : 蓄電池回路補正係数 0.8 ηINV : インバータ効率 0.9 1日の発電量(インバータがない場合) 64×3.92×0.8×0.85×0.8=136Wh 1日の発電量(インバータがある場合) 64×3.92×0.8×0.85×0.8×0.9=123Wh 利用例(1)計測器 DC12V 消費電力30W 1日24時間稼動 1日の消費電力量 30W×25h=720Wh 商用電源から供給する電力量 (720Wh−136Wh)÷0.85=687Wh (充電器効率:0.85) 負荷の消費電流 30W÷12V=2.5A(DC12V)
【0010】商用電源が停電した場合の給電時間の予測 100Ah×0.7=70Ah(使用可能容量) 70Ah÷2=35Ah(停電時の平均的残容量) 35Ah÷2.7A=13h(平均的ケース)(DC1
1V) 最悪ケースとして二次電池の電圧が下がり、商用電源か
らの充電開始直前,あるいは直後に停電した場合、充電
開始電圧を残容量が10Ahあるときの電圧に設定する
ことにより、次のように計算できる。 10Ah÷2.8A=3.6h(最悪ケース)(DC10.8V) 利用例(2)パソコン AC100V 消費電力100W 1日6時間使用 1日の消費電力量 100W×6h=600Wh 商用電源から供給する電力量 (600Wh−123Wh)÷0.85=561Wh 負荷の消費電流 100W÷0.9÷12V=9.3A(DC12V) (インバータ効率:0.9) 商用電源が停電した場合の給電時間の予測 35Ah÷10A=3.5h(平均的ケース)(DC11V) 10Ah÷10.3A=0.97h(最悪ケース)(DC10.8V)
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による無停電太陽光電源装置のブロック
図である。
【図2】本発明による無停電太陽光電源装置の実施例を
示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
1 太陽電池 2 過充電コントローラ 3 二次電池 4 商用(交流)電源 5 充電器 6 電流監視 7 電圧監視 8 過放電コントローラ 9 インバータ 10 交流負荷 11 直流負荷

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 充電可能な電池と、 太陽電池と、 前記太陽電池の出力を前記充電可能な電池に接続する過
    充電制御機能をもつ太陽電池接続回路と、 交流電源と、 前記交流電源を前記充電可能な電池に接続する充電器
    と、 前記充電可能な電池への充電器からの入力電流および前
    記充電可能な電池の電圧を監視して前記交流電源からの
    充電を制御する交流充電制御回路と、 前記充電可能な電池の出力に接続されている負荷とから
    構成した無停電太陽光電源装置。
JP7262377A 1995-09-14 1995-09-14 無停電太陽光電源装置 Pending JPH0984278A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100395950C (zh) * 2002-06-05 2008-06-18 欧姆龙株式会社 推挽电路方式的变电装置
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KR101256132B1 (ko) * 2011-03-31 2013-04-23 현대중공업 주식회사 컨테이너형 해수 담수화 장치

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