JPH07281774A - 太陽電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は太陽電池システムに関し、特に、イン
バータを用いて直流駆動化した家電品に関し、その目的
は、商用交流電源と併用して、太陽電池を補助電源とし
て利用する場合の太陽電池エネルギーの有効利用に関す
るものである。 【構成】商用電源を整流する複数個の整流回路と、該整
流回路の出力と接続される複数個のインバータ回路と、
該インバータ回路の出力によって直流駆動化された複数
個の家電品において、該複数個の整流回路と該複数個の
インバータ回路の間に太陽光を受光して起電力を発生す
る太陽電池と、最適有効電力制御装置と、該複数個の家
電品に最適有効電力を分配する電力分配ユニットを備え
た太陽電池システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータを用いて直
流駆動化した家電品に関し、特に商用交流電源と併用し
て、太陽電池を補助電源として利用する場合の太陽電池
エネルギーの有効利用に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、太陽電池により太陽エネルギーを
電力に変換して利用するシステムが実用化されてきてい
る。太陽電池は、クリーンエネルギー源として最近特に
注目を集めているが、太陽光の照度に応じて発電能力が
変化することや、電流形の電池であるため、過負荷状態
では発電電力が低下するという問題があり、使い方が重
要な課題の一つとなっている。しかし、電力需要の増加
傾向等の背景から、特に消費電力量の多いルームエアコ
ン等の補助電源として応用する検討が盛んになってきて
おり、例えば図６に示す回路構成等が提案されている。
図６は、従来のインバータエアコンのコンバータ部３と
６個のパワートランジスタから成るインバータ部４の接
続点に逆流防止用ダイオード６を介して太陽電池５を接
続することにより、商用電源入力１を補助するものであ
る。この構成によれば、従来のインバータルームエアコ
ンと太陽電池５を逆流防止用ダイオード６を介して接続
していることから、太陽電池５が商用電源１の負荷にな
ることがなく、又、太陽電池５の出力は商用電源側１に
逆流することもない。しかし、この構成では太陽電池５
のエネルギーを効率よく電力に変換して取り出すための
制御が行われていない。

【０００３】図７に太陽電池のＶＩ特性を示す。太陽電
池は一般に図７に示す様に、定電流動作領域と定電圧動
作領域を有しており、照度に応じて最大電流（定電流動
作域の電流値）が変化する。然るにインバータルームエ
アコンは、一般に電圧駆動形のインバータを使用してお
り、しかも負荷は、外気温度や室内外ファンの風量によ
って大きく変化するため、太陽電池単独運転では安定し
た駆動を行うことは困難である。図７には、太陽光照度
に応じた太陽電池のＶＩ特性とそれぞれの状態における
臨界負荷線を記載している。電圧形インバータを安定し
て運転するには、太陽光照度の変化にかかわらず臨界負
荷線以下の負荷状態で、言い替えれば太陽電池として
は、定電圧動作領域にて使用しなければならない。臨界
負荷線以上の負荷に対しては、電圧が急降下してしま
い、圧縮機を即座に停止してしまう。従って、臨界負荷
線以上の負荷状態では、商用電源を太陽電池と直列に接
続して供給電力の増強を図っている。しかし、臨界負荷
線以下の負荷状態において、太陽電池のエネルギーを最
大の状態として使用するには太陽光照度に応じた太陽電
池ＶＩ特性の積（Ｖ×Ｉ）が最大となるように制御しな
ければならない。

【０００４】太陽電池のエネルギーを最大で制御する方
法として特開平３−２２６２３７号公報では最大電力追
尾制御を行っている。以下、図８で説明する。１は５０
／６０Ｈｚの商用交流電源、７は該電源１の交流電力を
直流に変換する第１の電力変換器としてのＡＣ／ＤＣコ
ンバータ、８は前記電源１に前記コンバータ７を介して
接続される第１の負荷としてインバータエアコン、９は
前記コンバータ７とエアコン８間の連系点Ａに接続され
該エアコン８に直流の電力を供給する太陽電池、１０は
該電池９の直流電力を交流に逆変換する第２の電力変換
器としてのインバータ、１１は前記電池９の出力電流
Ｉ、及び出力電圧Ｖを検出するとともに該電池９から最
大の発電電力を取り出せるように前記コンバータ７の出
力電圧及びインバータ１０の入力電圧を制御する最大電
力追尾装置、１２は昼間と夜間で商用交流電源１、或い
はインバータ１０に接続が切換わる切換えスイッチ１３
を介して前記、インバータ１０の出力側に接続されると
ともに該切換えスイッチ１３を介して前記電源１に連系
点Ｂで接続される第２の負荷としての電気温水器であ
る。

【０００５】以上の構成を有する電源システムにおい
て、商用交流電源１の交流電力はコンバータ７によって
直流電力に変換され、インバータエアコン８に供給され
る。又、太陽電池９は連系点Ａに接続されて前記コンバ
ータ７の出力と並列に前記エアコン８へ電力を供給す
る。この時最大電力追尾装置１１は、前記太陽電池９の
出力電圧Ｖ、及び出力電流Ｉの検出値を乗算してこの
値、即ち電力値が常に最大となるようにコンバータ７の
出力電圧を制御するため、連系点Ａの電圧は常に最適動
作電圧となる。

【０００６】又、前記インバータエアコン８の需要電力
が前記太陽電池９の発電電力を上回る場合は前記太陽電
池９の発電電力を最大にして該エアコン８に供給すると
ともに、不足分を商用交流電源１から供給する。一方、
太陽電池９の発電電力が前記エアコン８の需要電力を上
回る場合には、該太陽電池９による余剰電力が発生する
が、前記コンバータ７はこの余剰電力の商用電源１側へ
の逆潮流を阻止するため、このままでは太陽電池９を最
大動作点で動作させることができなくなる。この場合は
インバータ１０を動作させて太陽電池９から電気温水器
１２に電力を供給することで余剰電力を吸収する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】太陽電池は、太陽光の
照射量により発電能力が大きく変化するため、ルームエ
アコンの様に太陽光の照射量に係わらず電力が必要にな
る負荷に対しては、単独で使用することができなく商用
電源と協調をとって利用しなければならない。太陽光の
照射量が十分大きくルームエアコンに必要とされる電力
以上の発電能力があるときには、太陽電池単独駆動を行
い、曇り等で発電電力が低下したときは、商用電源と合
わせて駆動することが最も適当な利用方法であるが、前
述したように実開平３−３０２１号公報の構成では、太
陽電池５のエネルギーを効率よく電力に変換して取り出
すための制御が行われていない。

【０００８】又、特開平３−２２６２３７号公報では最
大電力追尾制御を行っているが、前記スイッチ１３は、
昼間はａ側に接続されて、前記電気温水器１２には太陽
電池９の余剰電力が発生したときのみその発電電力の余
剰分を供給するようになされ、太陽電池９が発電しない
夜間にはｂ側に接続されて該温水器１２へは商用交流電
源１からの深夜電力が供給され、かつ前記エアコン８に
も商用交流電源１から電力が供給される。従って、昼間
の太陽電池９の余剰電力が発生したときのみ、エアコン
８以外の負荷である電気温水器１２を運転できるシステ
ムになっている。

【０００９】本発明の目的は、太陽電池の発電電力を負
荷に見合った最適有効電力として制御し、その最適有効
電力を分配する電力分配ユニットを介して、複数個の家
電品に電力を供給する太陽電池有効利用システムを提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、複数個の家
電品の商用電源を整流する整流回路と、インバータ回路
の間に太陽電池を接続するとともに、太陽電池と複数個
の家電品内の整流回路との間に、太陽電池が常に負荷に
見合った電力で動作するように制御する最適有効電力制
御装置と、複数個の家電品に最適有効電力を分配する電
力分配ユニットを備えることにより達成される。

【００１１】

【作用】太陽電池の発電電力が複数個の家電品の負荷の
総和よりも小なるときは太陽電池の発電出力を最大とな
るように制御し、太陽電池の発電出力が前記複数個の家
電品の負荷の総和よりも大なるときは、太陽電池の発電
出力を複数個の家電品の負荷の総和と同等まで低下させ
る。又、電力分配ユニットは太陽電池の発電電力を最適
有効電力制御装置を介して接続後、複数個の家電品の整
流回路に接続され、使用されている家電品へ優先して太
陽電池の発電出力供給する。又は、各家電品の使用状況
にかかわらず太陽電池の発電出力を平均化して供給す
る。この際、太陽電池の発電出力は最大となるように制
御され、電力分配ユニットを介して複数個の家電品を自
動で運転する様に制御する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１、図２、図３
により説明する。１は５０／６０Ｈｚの商用電源、９は
太陽電池、１４は最適有効電力制御装置、１５は電力分
配ユニット、１６はインバータルームエアコン、１７は
インバータサニタリーエアコン、１８はインバータ除湿
乾燥ユニット、１９はインバータ冷蔵庫を示し、それぞ
れインバータによって圧縮機の回転数を可変し、システ
ムの能力を制御できる家電品である。２０はインバータ
ルームエアコン１６の内部に配置された整流回路、２１
はインバータサニタリーエアコン１７の内部に配置され
た整流回路、２２インバータ除湿乾燥ユニット１８の内
部に配置された整流回路、２３はインバータ冷蔵庫１９
の内部に配置された整流回路を示している。

【００１３】以上の構成を有する太陽電池システムにお
いて、商用電源１の交流電力はインバータルームエアコ
ン１６、インバータサニタリーエアコン１７、インバー
タ除湿乾燥ユニット１８、インバータ冷蔵庫１９内にそ
れぞれ内蔵されているノイズフィルタ２７、力率改善回
路２６を介して整流回路２０〜２３によって直流電力に
変換される。尚、力率改善回路については家電品の容量
によって設置される。又、太陽電池９は最適有効電力制
御装置１４から、電力分配ユニット１５を介して、イン
バータルームエアコン１６、インバータサニタリーエア
コン１７、インバータ除湿乾燥ユニット１８、インバー
タ冷蔵庫１９内の整流回路２０〜２３の出力と並列にイ
ンバータルームエアコン１６、インバータサニタリーエ
アコン１７、インバータ除湿乾燥ユニット１８、インバ
ータ冷蔵庫１９へ電力を供給する。尚、最適有効電力制
御装置１４と電力分配ユニット１５は一体のユニットに
収納される。インバータルームエアコン１６、インバー
タサニタリーエアコン１７、インバータ除湿乾燥ユニッ
ト１８、インバータ冷蔵庫１９は、商用電源１又は、太
陽電池９の電力をインバータ２４を介して圧縮機２５を
駆動し、それぞれの各家電品を運転する。

【００１４】太陽電池９の電力は、図６の従来技術で述
べた様に定電流動作領域と定電圧動作領域を有してお
り、照度に応じて最大電流（定電流動作領域の電流値）
が変化する特性を持っている。従って日射量による太陽
電池の出力電力と各家電品の負荷の総和に応じて最適有
効電力制御装置１４と電力分配ユニット１５を制御す
る。以下、図４及び図５にて説明する。

【００１５】図４は最適有効電力制御装置と各家電品が
対のシステム図を示す。最適有効電力制御装置１４が、
インバータルームエアコン１６、インバータサニタリー
エアコン１７、インバータ除湿乾燥ユニット１８、イン
バータ冷蔵庫１９と対で構成されている。最適有効電力
制御装置１４は、日射量によって異なる太陽電池９の出
力電圧、及び出力電流の検出値を乗算して電力値を計算
している。電力分配ユニット１５は、インバータルーム
エアコン１６、インバータサニタリーエアコン１７、イ
ンバータ除湿乾燥ユニット１８、インバータ冷蔵庫１９
の負荷を負荷電流として検出し、最適有効電力制御装置
１４で検出した出力電流と比較する。太陽電池９の出力
電流がインバータルームエアコン１６、インバータサニ
タリーエアコン１７、インバータ除湿乾燥ユニット１
８、インバータ冷蔵庫１９のそれぞれの負荷電流よりも
大きい場合には、太陽電池９の出力電流を低下させてイ
ンバータルームエアコン１６、インバータサニタリーエ
アコン１７、インバータ除湿乾燥ユニット１８、インバ
ータ冷蔵庫１９のそれぞれの出力電流と等価になるよう
に、最適有効電力制御装置１４を制御する。又、太陽電
池９の出力電流がインバータルームエアコン１６、イン
バータサニタリーエアコン１７、インバータ除湿乾燥ユ
ニット１８、インバータ冷蔵庫１９のそれぞれの負荷電
流よりも小さい場合には、太陽電池９の出力が最大とな
るように、言い替えれば太陽電池９の出力電圧、及び出
力電流の検出値を乗算した値が最大となるように、最適
有効電力制御装置１４を制御する。これらの制御を各家
電品毎に単独で制御するものである。尚、この実施例に
おいては、負荷となる家電品を４台としているが特に台
数には制限がない。

【００１６】図５は電力分配ユニットによる家電品制御
システム図を示す。図４と同様に最適有効電力制御装置
１４では、日射量によって異なる太陽電池９の出力電
圧、及び出力電流の検出値を乗算して電力値を計算して
いる。電力分配ユニット１５は、インバータルームエア
コン１６、インバータサニタリーエアコン１７、インバ
ータ除湿乾燥ユニット１８、インバータ冷蔵庫１９のそ
れぞれの負荷を負荷電流として電力分配器１５´で検出
し、総和を算出して、最適有効電力制御装置１４で検出
した出力電流と比較する。太陽電池９の出力電流がイン
バータルームエアコン１６、インバータサニタリーエア
コン１７、インバータ除湿乾燥ユニット１８、インバー
タ冷蔵庫１９の負荷電流の総和よりも大きい場合には、
太陽電池９の出力電流を低下させて負荷電流の総和と等
価になるように、最適有効電力制御装置１４を制御す
る。又、太陽電池９の出力電流が負荷電流の総和よりも
小さい場合には、太陽電池９の出力が最大となるよう
に、言い替えれば太陽電池９の出力電圧、及び出力電流
の検出値を乗算した値が最大となるように、最適有効電
力制御装置１４を制御する。尚、この実施例において
も、負荷となる家電品を４台としているが特に台数には
制限がない。

【００１７】又、太陽電池９の出力電力が発生する昼間
の場合は、太陽電池９の出力電力を有効利用するため
に、常に運転を行っている冷蔵庫の他、ルームエアコン
を自動で運転させるように制御し、この際は電力分配ユ
ニット１５で太陽電池９の出力電力を優先的に分配する
ことも可能である。

【００１８】又、インバータサニタリーエアコン１７や
インバータ除湿乾燥ユニット１８の電源は、太陽電池９
の入力だけで制御し、商用電源１とは接続しない構成と
して、昼間の太陽電池９の余剰電力発生時のみ運転する
構成でも良い。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、太陽電池を商用電源と
合成して使用し、日射量や負荷に応じて最適有効電力制
御装置により、太陽電池の出力電力を調整し、太陽電池
単独運転モードと、商用電源と併用運転モードで直流駆
動化された家電品を駆動できるとともに、電力分配ユニ
ットにより、複数の直流駆動化された家電品へ太陽電池
の出力電力を供給できるシステムのため、太陽光発電電
力を有効に活用することが可能となる。

【００２０】また、余剰電力を利用していることによ
り、サニタリー空調や除湿乾燥ユニット等へ惜しみなく
電力を活用させることができるため、生活の質の向上を
促進させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】太陽電池のシステム構成図である。

【図２】ルームエアコン、サニタリーエアコン、除湿乾
燥ユニットシステム図である。

【図３】冷蔵庫のシステム図である。

【図４】最適有効電力制御装置と各家電品が対のシステ
ム図である。

【図５】電力分配ユニットによる家電品の制御システム
図である。

【図６】従来技術の太陽電池ルームエアコンの基本回路
構成図である。

【図７】太陽電池のＶ−Ｉ特性図である。

【図８】従来技術の太陽電池とエアコンと電気温水器か
ら構成するシステム図である。

【符号の説明】

１…商用電源、 ２…エアコン駆動部、 ３…整流回路部、 ４…インバータ部、 ５…太陽電池、 ６…逆流防止用ダイオード、 ７…ＤＣ／ＡＣコンバータ、 ８…ルームエアコン、 ９…太陽電池、 １０…ＤＣ／ＡＣインバータ、 １１…最大電力追尾装置、 １２…電気温水器、 １３…切換えスイッチ、 １４…最適有効電力制御装置、 １５…電力分配ユニット、 １６…ル−ムエアコン、 １７…サニタリ−エアコン、 １８…除湿乾燥ユニット、 １９…冷蔵庫、 ２０〜２３…整流回路、 ２４…インバータ、 ２５…圧縮機、 ２６…力率改善回路、 ２７…ノイズフィルタ、 ２８…電源、 ２９…制御回路、 ３０…室内制御回路、 ３１…室内外接続部、 ３２…室内外接続部、 ３３…太陽電池と室外機接続部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】商用電源を整流する複数個の整流回路と、
   該整流回路の出力と接続される複数個のインバータ回路
   と、該インバータ回路の出力によって直流駆動化された
   複数個の家電品において、該複数個の整流回路と該複数
   個のインバータ回路の間に太陽光を受光して起電力を発
   生する太陽電池と、最適有効電力制御装置と、該複数個
   の家電品に最適有効電力を分配する電力分配ユニットを
   備えたことを特徴とする太陽電池システム。
2. 【請求項２】請求項１において、前記最適有効電力制御
   装置は前記太陽電池の発電出力が前記複数個の家電品の
   負荷の総和よりも小なるときは該太陽電池の発電出力を
   最大となるように制御し、該太陽電池の発電出力が該家
   電品の負荷の総和よりも大なるときは該太陽電池の発電
   出力を該複数個の家電品の負荷の総和と同等まで低下さ
   せることを特徴とする太陽電池システム。
3. 【請求項３】請求項１において、前記電力分配ユニット
   は前記太陽電池の発電出力を前記最適有効電力制御装置
   を介して接続後、前記複数個の家電品の整流回路に接続
   され、使用されている家電品へ優先して該太陽電池の発
   電出力供給することを特徴とする太陽電池システム。
4. 【請求項４】請求項１又は３において、前記電力分配ユ
   ニットは前記太陽電池の発電出力を前記最適有効電力制
   御装置を介して接続後、前記複数個の家電品の整流回路
   に接続され、各家電品の使用状況にかかわらず該太陽電
   池の発電出力を平均化して供給することを特徴とする太
   陽電池システム。
5. 【請求項５】請求項１又は４において、前記太陽電池の
   発電出力が前記複数個の家電品の負荷の総和よりも大な
   るときは該太陽電池の発電出力を最大となるように制御
   し、かつ前記電力分配ユニットを介して該複数個の家電
   品を自動で運転することを特徴とする太陽電池システ
   ム。