(57)【要約】【課題】照明を含む負荷に対して、蓄電池に充電された電力を残容量に応じて簡易に効率よく提供すること。【解決手段】コンバータ２を介して供給される太陽電池１が発生した電力を用いて充電を行なうとともに、負荷４への供給電力が不足する際に放電を行なう組電池３と、太陽電池１が発生した電力または組電池３から放電される電力を用いて動作する負荷４とから構成され、負荷４が重要負荷としての環境観測装置４１および照明４２とから構成される場合、照明４２を、１つ以上の発光ダイオードが直列に接続された組ダイオード４２ａと、電流制限抵抗４２ｂとから構成する。そして、組ダイオード４２ａを構成する発光ダイオードの直列数は、組ダイオード４２ａの順方向電圧が、組電池３の最高充電電圧より小さく、かつ、組電池３の最低放電電圧に対して所定の範囲内にある値となるように定められる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の直流電源が発生した電力を用いて充電および放電を行なう蓄電池と、前記所定の直流電源または前記蓄電池から供給される電力を用いて動作する照明を含む負荷とから構成される電力供給システムであって、
前記照明は、１つ以上の発光ダイオードが直列に接続された組ダイオードであり、
前記組ダイオードを構成する前記発光ダイオードの直列数は、当該組ダイオードの順方向電圧が前記蓄電池の最高充電電圧より小さく、かつ、当該蓄電池の最低放電電圧に対して所定の範囲内にある値となるように定められることを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
前記負荷が、前記組ダイオードからなる照明のみである場合、前記組ダイオードを構成する前記発光ダイオードの直列数は、当該組ダイオードの順方向電圧が前記蓄電池の最低放電電圧に近接した値となるように定められることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記所定の直流電源または前記蓄電池から前記組ダイオードへの電力供給が所定の時間内のみ行なわれるように制御する電力供給制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記所定の直流電源は、太陽光によって電力を発生する太陽電池であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、太陽電池と蓄電池とを組み合わせた太陽電池システムは、電源インフラの確保が困難な場所などに設置される負荷の電源として用いられている。例えば、太陽電池システムでは、昼間は、太陽電池によって発電された電力が負荷に供給されるとともに、余剰電力で蓄電池が充電され、夜間は、蓄電池からの放電で負荷に必要な電力が賄われる。
【０００３】
このような太陽電池システムの具体的な構成例について、図４を用いて説明する。図４は、従来技術を説明するための図である。
【０００４】
図４に示すように、従来の太陽電池システムは、太陽電池と、コンバータと、組電池とから構成され、さらに太陽電池システムから供給される電力を用いて動作する負荷と接続される。
【０００５】
太陽電池は、太陽光により電力を発生する装置であり、組電池は、複数の蓄電池が直列あるいは並列にて接続された構成となっている。また、コンバータは、太陽電池が発生した直流電力を組電池および負荷が受容できる電圧に変換する装置である。
【０００６】
このような構成からなる太陽電池システムにおいては、太陽電池の発電電力が十分大きく、コンバータの出力電力が負荷の所要電力を超える場合、余剰分が組電池へ供給されることで、組電池を構成する蓄電池にて充電が行なわれる。逆に、太陽電池の発電電力では負荷への供給電力が不足する場合、組電池の放電によって不足分の電力が補われる。これにより、太陽電池システムは、太陽光のない夜間だけでなく、天候が悪化した昼間においても、負荷に電力を供給することが可能となる。
【０００７】
また、太陽電池の発電電力を一旦、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）に蓄えたのちに蓄電池へ所望の電圧・電流を供給することにより、蓄電池の過充電や充電不足を回避して効率よく充電することが可能となる独立型太陽光発電システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
さらに、太陽電池の発電電力を一旦、電気二重層コンデンサに蓄えたのちに複数の蓄電池へ所望の電圧・電流を分配して供給することにより、個々の蓄電池を流れる電力を低減させ、システムを構成する蓄電池の小型化・低価格化を実現することが可能となる独立型太陽光発電システムも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
一方、太陽電池システムや独立型太陽光発電システムに接続される負荷は、太陽電池あるいは組電池から供給される電力により動作するが、不日照が継続して太陽電池の発電電力が不足する状態が長期間続くと、組電池（蓄電池）の残容量が低下し、ついには放電終止となり負荷への電力供給が停止されるため、動作を停止する。
【００１０】
ここで、負荷が、夜間に点灯して街路灯として機能する照明と、例えば、日射量や気温を計測する気象観測装置とから構成され、気象観測が防災上重要であることなどを理由に、照明の稼動よりも気象観測装置の稼動を優先したい場合がある。
【００１１】
このような場合、組電池の残容量に閾値を設定し、残容量が閾値を下回ったときは気象観測装置のみに組電池からの電力を供給するようにして、優先度の高い気象観測装置の稼動期間を延長させる必要がある。
【００１２】
このため、例えば、照明への給電線にスイッチを介挿し、組電池の電圧が予め設定した電圧を下回ったときにスイッチをオフにする方法を太陽電池システムや独立型太陽光発電システムに適用することにより、組電池の残容量が低下したときは、照明の動作を停止させて気象観測装置だけを動作させることで、気象観測装置の稼動期間を延長させることができる。すなわち、組電池（蓄電池）に充電された電力を残容量に応じて効率よく負荷に提供することが可能となる。
【００１３】
また、負荷が照明のみからなる場合でも、同様の方法を太陽電池システムや独立型太陽光発電システムに適用することで、組電池の残容量が低下したときは、照明の動作を停止させて組電池の過放電を回避することができ、組電池（蓄電池）に充電された電力を残容量に応じて効率よく負荷に提供することが可能となる。
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−２５０６４６号公報
【特許文献２】特開２００１−０６９６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、上記した従来の技術を実行するためには、組電池の電圧を計測するＡ／Ｄコンバータなどの電圧計測装置、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチおよび電圧計測装置が計測した電圧値をもとにスイッチの開閉を判断してスイッチへ信号を送る制御回路が必要となる。
【００１６】
すなわち、蓄電池に充電された電力を残容量に応じて効率よく照明を含む負荷に提供するためには、電圧計測装置、ＦＥＴなどのスイッチおよび制御回路を太陽電池システムや独立型太陽光発電システムに組み込む必要があり、システムを構成するためのコストが高くなるとともに、システムを構成する要素が多くなるため故障率が上昇する可能性があるという課題があった。
【００１７】
なお、太陽電池の代わりに、単なる直流電源（例えば、ＡＣアダプタや、１次電池など）が蓄電池に充電のための電力を供給するシステムにおいて蓄電池に充電された電力を残容量に応じて効率よく照明を含む負荷に提供する場合でも、同様の課題があった。
【００１８】
そこで、この発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、照明を含む負荷に対して、蓄電池に充電された電力を残容量に応じて簡易かつ効率よく提供することが可能となる電力供給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】
【００１９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、このシステムは、所定の直流電源が発生した電力を用いて充電および放電を行なう蓄電池と、前記所定の直流電源または前記蓄電池から供給される電力を用いて動作する照明を含む負荷とから構成される電力供給システムであって、前記照明は、１つ以上の発光ダイオードが直列に接続された組ダイオードであり、前記組ダイオードを構成する前記発光ダイオードの直列数は、当該組ダイオードの順方向電圧が前記蓄電池の最高充電電圧より小さく、かつ、当該蓄電池の最低放電電圧に対して所定の範囲内にある値となるように定められることを要件とする。
【発明の効果】
【００２０】
開示のシステムによれば、太陽電池の発電電力不足により放電を続ける蓄電池の残容量が減少して、電圧が組ダイオードの順方向電圧まで低下すると、自動的に組ダイオードの点灯が停止されるので、照明を含む負荷に対して、蓄電池に充電された電力を残容量に応じて簡易かつ効率よく提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る電力供給システムの実施例を詳細に説明する。
【実施例】
【００２２】
まず、本実施例における電力供給システムの構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施例における電力供給システムの構成を示す図である。
【００２３】
図１に示すように、本実施例における電力供給システムは、太陽電池１と、コンバータ２と、組電池３と、負荷４と、タイマー付きスイッチ５とから構成される。
【００２４】
太陽電池１は、太陽光により電力を発生する装置である。例えば、本実施例における太陽電池１は、最大９０Ｗの発電能力を有する。なお、太陽電池１は、特許請求の範囲に記載の「所定の直流電源」に対応する。
【００２５】
コンバータ２は、太陽電池１が発生した直流電力を組電池３および負荷４が受容できる電圧に変換する装置である。例えば、本実施例におけるコンバータ２は、最高１６Ｖを出力できるＤＣ／ＤＣコンバータである。
【００２６】
組電池３は、複数の蓄電池が直列あるいは並列にて接続された構成となっており、太陽電池１が発生した電力を用いて充電および放電を行なう。例えば、本実施例における組電池３は、「定格電圧：１．２Ｖ、定格容量：１００Ａｈ」のニッケル水素蓄電池セルが、１０個直列接続され、１２００Ｗｈの蓄電能力がある。１個のニッケル水素蓄電池セルは、最高充電電圧（VH）が１．６Ｖであり、放電終止電圧（VL）が１．０Ｖであることから、本実施例における組電池３は、「最高充電電圧（Ｖｃｈａｒｇｅ）：１６Ｖ、放電終止電圧（Ｖｃｕｔ）：１０Ｖ」となる。なお、以下では、組電池３の放電終止電圧（Ｖｃｕｔ）を、最低放電電圧（Ｖｃｕｔ）と記載する。
【００２７】
ここで、太陽電池１の発電電力が十分大きく、コンバータ２の出力電力が負荷４の所要電力を超える場合、余剰分がコンバータ２から組電池３へ供給されることで、組電池３を構成するニッケル水素蓄電池セルにて充電が行なわれる。逆に、太陽電池１の発電電力では負荷４への供給電力が不足する場合、組電池３の放電によって不足分の電力が補われる。
【００２８】
負荷４は、太陽電池１あるいは組電池３から供給される電力により動作する装置であり、不日照が継続して太陽電池１の発電電力が不足する状態が長期間続き、組電池３の残容量が低下して放電終止となると、動作を停止する。
【００２９】
ここで、本実施例における負荷４は、図１に示すように、環境観測装置４１と照明４２とから構成される。環境観測装置４１は、日射量や気温を計測する装置であり、照明４２は、夜間に点灯して街路灯として機能する。なお、環境観測装置４１の観測対象は、上記した気象データの他、紫外線量、粉塵、光化学スモッグなどの環境汚染物資や、河川水量、地震震度などの防災用監視情報であってもよい。
【００３０】
なお、本実施例における環境観測装置４１は、気象観測が防災上重要であることなどを理由に、照明４２の稼動よりもその稼動が優先される重要負荷として設定されている。さらに、環境観測装置４１は、「Ｖｃｈａｒｇｅ〜Ｖｃｕｔ」の範囲で動作可能な装置である。
【００３１】
タイマー付きスイッチ５は、太陽電池１あるいは組電池３から照明４２に対して電力を供給するための給電線に取り付けられ、例えば、照明４２が夜間のみに点灯されるように「午後６時から翌日の午前６時まで」のみオンとなるように設定されている。なお、タイマー付きスイッチ５は、特許請求の範囲に記載の「電力供給制御手段」に対応する。ここで、本実施例では、タイマー付きスイッチ５を「電力供給制御手段」として用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、照度計および照度計の測定結果に基づいて動作するスイッチを「電力供給制御手段」として用いる場合であってもよい。すなわち、昼間において照度計の測定結果が所定の照度を下回った場合、照明４２に対して電力を供給するための給電線に取り付けられるスイッチをオンとすることで、照度が低下した期間において、照明４２をオンとするように設定してもよい。
【００３２】
このように、本実施例における電力供給システムは、コンバータ２を介して供給される太陽電池１が発生した電力を用いて充電を行なうとともに、太陽電池１の発電電力では負荷４への供給電力が不足する場合に放電を行なう組電池３と、コンバータ２を介して供給される太陽電池１が発生した電力または組電池３から放電される電力を用いて動作する負荷４（重要負荷としての環境観測装置４１および照明４２）とから構成される。
【００３３】
ここで、本実施例における電力供給システムは、照明４２を含む負荷４に対して、組電池３に充電された電力を残容量に応じて簡易かつ効率よく提供することが可能となることに主たる特徴がある。
【００３４】
この主たる特徴について、図１とともに、図２を用いて説明する。なお、図２は、本実施例における照明を設置するための条件を説明するための図である。
【００３５】
本実施例における照明４２は、図１に示すように、１つ以上の発光ダイオードが直列に接続された組ダイオード４２ａと、組ダイオード４２ａに供給される電圧を調整するために用いられる電流制限抵抗４２ｂとから構成される。
【００３６】
ここで、組電池３は、重要負荷である環境観測装置４１と組ダイオード４２ａとの両方に電力を供給できるが、組ダイオード４２ａを構成する発光ダイオードは、順方向電圧を越える電圧を印加しないと発光しない。
【００３７】
したがって、適当な数の発光ダイオードを直列に接続すれば、所定の電圧を超える電圧を印加しないと発光しない（電力を消費しない）照明４２を作成することができる。
【００３８】
このため、組ダイオード４２ａを構成する発光ダイオードの直列数は、組ダイオード４２ａの順方向電圧が、組電池３の最高充電電圧（Ｖｃｈａｒｇｅ）より小さく、かつ、組電池３の最低放電電圧（Ｖｃｕｔ）に対して所定の範囲内にある値となるように定められる。
【００３９】
具体的には、発光ダイオードの直列数を「ｎ」、発光ダイオード単体の順方向電圧を「Ｖ１」とすると、条件式『「最低放電電圧」＜「組ダイオード４２ａの順方向電圧：ｎ×Ｖ１」＜「定格電圧」』を、「ｎ」および「Ｖ１」が満たすように決定する。ここで、本実施例では、定格電圧１．２Ｖのニッケル水素蓄電池を１０本直列接続しているので、組電池３の定格電圧は１２Ｖとなる。したがって、本実施例では、「ｎ×Ｖ１」が、「最低放電電圧：１０Ｖ」と最高充電電圧の１６Ｖより小さい「定格電圧：１２Ｖ」との間の値となるように設定される。なお、異なる種類の発光ダイオードを組み合わせる場合には、同じ種類同士の発光ダイオードについて、その直列数と発光ダイオード単体の順方向電圧とをかけた積の和が上記条件式を満たすように発光ダイオードの種類とその直列数を定めればよい。
【００４０】
そこで、例えば、図２に示すように、順方向電圧が１．９Ｖの発光ダイオードで照明４２を作成する場合、発光ダイオードの直列数を「６」とすることで、組ダイオード４２ａの順方向電圧は、最高充電電圧の１６Ｖより小さい定格電圧の１２Ｖと最低放電電圧の１０Ｖとの間にあり、かつ、最低放電電圧となる可能性があると判定することができる最低放電電圧より若干高い値である「１．９×６＝１１．４Ｖ」となる。
【００４１】
すなわち、本実施例では、組電池３の性能に応じて、順方向電圧が１．９Ｖの発光ダイオードの直列数を６個と定めて組ダイオード４２ａを構成する。これにより、太陽電池１の発電電力不足により放電を続ける組電池３の残容量が減少して、電圧が１１．４Ｖまで低下すると、徐々に組ダイオード４２ａの発光が弱くなったのちに自動的に発光が停止され、組電池３の電圧が１１．４Ｖまで低下したのちは、自動的に環境観測装置４１のみに対し電力が継続して供給されるので、重要負荷の稼動期間を延長することができる。
【００４２】
また、本実施例では、コストが高く故障率が上昇する可能性のある電圧計測装置、制御回路およびＦＥＴなどのスイッチを設置することなく、発光ダイオードを直列接続するだけで重要負荷の稼動期間を延長することができる。したがって、上記した主たる特徴の通り、照明４２を含む負荷４に対して、組電池３に充電された電力を残容量に応じて簡易かつ効率よく提供することが可能となる。
【００４３】
また、タイマー付きスイッチ５を設置することで、夜間にのみ照明４２に対して電力を供給することができ、発光ダイオードを直列接続した組ダイオード４２ａによって照明を構成することにより実現された節電効果を、さらに高めることができる。
【００４４】
なお、本実施例では、負荷４を構成する重要負荷が環境観測装置４１である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、防犯カメラなどである場合であってもよいし、重要負荷がなく、照明４２だけから負荷４が構成される場合であってもよい。
【００４５】
ここで、重要負荷がなく、順方向電圧が１．９Ｖの発光ダイオードを６個の直列接続した組ダイオード４２ａだけから負荷４が構成される場合、１１．４Ｖまで組電池３の電圧が低下すると、自動的に組ダイオード４２ａの発光が停止されることから、自動的に組電池３からの放電が止まり、組電池３の過放電を容易に防ぐことが可能となる。
【００４６】
さらに、重要負荷がなく、順方向電圧が１．９Ｖの発光ダイオードを直列接続した組ダイオード４２ａだけから負荷４が構成される場合、組電池３の充電量をもう少し低い電圧まで使うことができる。すなわち、最低放電電圧は、これ以上放電を継続すると組電池３が劣化すると判断される基準となる値であるが、最低放電電圧を下回ると直ちに劣化が生じてしまうものではなく、例えば、単セル当たり「０．９Ｖ」までならば、すなわち、１０個のセルが接続される組電池３では「９Ｖ」までならば、放電を継続しても、劣化が生じる可能性は低い。そこで、図３に示すように、発光ダイオードの直列数を５個とすることにより、負荷４は、組電池３の最低放電電圧（Ｖｃｕｔ）である１０Ｖに近接し、１０Ｖを若干下回る９．５Ｖまで、放電を続ける組電池３からの電力を消費することができる。なお、図３は、変形例を説明するための図である。  
【００４７】
なお、本実施例では、組電池３を構成する蓄電池が、ニッケル水素蓄電池である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、組電池３を構成する蓄電池が、例えば、鉛蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池やリチウムイオン蓄電池などである場合であってもよい。
【００４８】
また、本実施例では、組電池３が充電する際に用いる電力が太陽電池１から供給される場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、極めて電力事情の悪い場所において、組電池３が充電する際に用いる電力がＡＣアダプタや１次電池などの直流電源から供給される場合であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明に係る電力供給システムは、照明を含む負荷が直流電源または蓄電池から供給される電力を用いて動作する場合に有用であり、特に、照明を含む負荷に対して、蓄電池に充電された電力を残容量に応じて簡易に効率よく提供することに適する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施例における電力供給システムの構成を示す図である。
【図２】本実施例における照明を設置するための条件を説明するための図である。
【図３】変形例を説明するための図である。
【図４】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  太陽電池
２  コンバータ
３  組電池
４  負荷
４１  環境観測装置
４２  照明
４２ａ  組ダイオード
４２ｂ  電流制限抵抗
５  タイマー付きスイッチ
【図１】
2010051106.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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