(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物と、当該植物にその樹液に漬かるように取り付けられ且つ当該樹液に溶け易い／溶け難い材質を有した陰極／陽極とを備えたことを特徴とする植物電池。
【請求項２】
土地に生えている樹木と、当該樹木にその樹液に漬かるように取り付けられ且つ当該樹液に溶け易い／溶け難い材質を有した陰極／陽極とを備えていることを特徴とする二次電池設備。
【請求項３】
請求項１の植物電池又は請求項２の二次電池設備と、前記植物電池等に対して充放電を行なう充放電装置とを備え、前記充放電装置は、前記植物電池等から出力された電力を蓄える出力コンデンサと、充電時に入力電力を前記植物電池等に与える一方、放電時に前記植物電池等の出力段に前記出力コンデンサを接続し、当該出力コンデンサに蓄えられた電力を出力する切り替え手段とを有していることを特徴とする蓄電ユニット。
【請求項４】
請求項３記載の蓄電ユニットにおいて、前記植物電池等の充放電状態及び／又は負荷状態を監視すると共に当該監視結果に基づいて前記切り替え手段を制御する制御手段を更に備えたことを特徴とする蓄電ユニット。
【請求項５】
太陽光発電、風力発電、バイオマス発電その他の再生可能電力を発電する再生可能電力発電装置と、前記再生可能電力発電装置の出力段に接続されたコンバータと、少なくとも前記コンバータを通じて入力された電力を充電する請求項３、４又は５の蓄電ユニットと、電力系統に接続されており且つ前記蓄電ユニットから放電された直流電力を交流電力に変換して前記電力系統に供給する連系インバータとを備えていることを特徴とする再生可能電力電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力を蓄電する蓄電技術に係り、具体的には、植物電池、植物電池設備、これを利用した蓄電ユニット又は再生可能電力電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池の種類としては鉛蓄電池、ニッカド電池、リチウムイオン電池等がある。このような二次電池は、携帯電話、ビデオカメラ等の小型電子機器用の電池や自動車用のバッテリー等に広く使用されているが、これ以外に、電力の途絶が許されない病院等の施設に非常用電源として二次電池が設置される場合、太陽光発電や風力発電等の再生可能電力発電において出力が自然条件に大きく左右され不安定であるという欠点を緩和するために二次電池が併用される場合等がある（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−３８０８０４号公報
【特許文献２】特開平０７−３３６９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の二次電池については、資源保護及び環境保護の観点から使用済み電池がリサイクルの対象になっているものの、有害物質が含まれているケースが多く、適正に処理することが困難という問題がある。
【０００５】
本発明は上記した背景の下で創作されたものであって、その目的とするところは、使用済電池を容易に適正処理することが可能な植物電池、植物電池設備、これらを利用した蓄電ユニット若しくは再生可能電力蓄電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る植物電池は、植物と、当該植物にその樹液に漬かるように取り付けられ且つ当該樹液に溶け易い／溶け難い材質を有した陰極／陽極とを備えている。
【０００７】
上記発明による場合、植物の茎、葉又は根等自体が電池容器、当該植物内の樹液自体が電解液となり、化学電池と同様の原理で電力の充電又は放電をすることが可能となる。また、部品点数が少なく構造が簡単であることから低コスト化を図ることが可能となる。更に、使用済み品については陰極及び陽極を取り外すだけで地中に埋める等の処理をすることができ、それ故、自然環境や人体に何ら影響を与えることなく容易に適正処理することが可能となる。
【０００８】
本発明に係る植物電池設備は、土地に生えている樹木と、当該樹木にその樹液に漬かるように取り付けられ且つ当該樹液に溶け易い／溶け難い材質を有した陰極／陽極とを備えている。
【０００９】
上記発明による場合、樹木の茎、葉又は根等自体が電池容器、当該樹木内の樹液自体が電解液となることから、上記植物電池と同様の効果を奏する。加えて、樹木が土地に生えている状態で利用可能であることから、特別な電池設置場所が不要となり、大容量化の場合の低コスト化を図ることが可能となる。
【００１０】
本発明に係る蓄電ユニットは、上記植物電池又は二次電池設備と、前記植物電池等に対して充放電を行なう充放電装置とを備えている。特に充放電装置は、植物電池等から出力された電力を蓄える出力コンデンサと、充電時に入力電力を植物電池等に与える一方、放電時に植物電池等の出力段に出力コンデンサを接続し、出力コンデンサに蓄えられた電力を出力する切り替え手段とを有している。
【００１１】
上記発明による場合、植物電池等から放電された電力が出力コンデンサに一旦蓄えられて出力される構成になっているので、大容量化を図ることが可能になる。
【００１２】
上記蓄電ユニットの充放電装置の切り替え手段については、充電時に複数の植物電池等を並列接続された状態に切り替える一方、放電時に複数の植物電池等を直列接続された状態に切り替える機能を更に有したものを使用すると良い。
【００１３】
上記発明による場合、放電時に植物電池等が直列状態にされる構成になっているので、高電圧出力が可能となり、これに伴って出力段に電圧コンバータが不要となり、この点で低コスト化を図ることが可能となる。
【００１４】
上記蓄電ユニットについては、前記植物電池等の充放電状態及び／又は負荷状態を監視すると共に当該監視結果に基づいて前記切り替え手段を制御する制御手段を更に備えた構成にすることが好ましい。
【００１５】
上記発明による場合、植物電池等の充放電状態や負荷電流等の負荷状態に応じた最適な充放電が行なわれる構成となっているので、高効率出力化や長寿命化等を図ることが可能となる。
【００１６】
本発明に係る再生可能電力電源システムは、太陽光発電、風力発電、バイオマス発電その他の再生可能電力を発電する再生可能電力発電装置と、再生可能電力発電装置の出力段に接続されたコンバータと、少なくとも前記コンバータを通じて入力された電力を充電する前記蓄電ユニットと、電力系統に接続されており且つ前記蓄電ユニットから放電された直流電力を交流電力に変換して前記電力系統に供給する連系インバータとを備えている。
【００１７】
上記発明による場合、太陽光発電、風力発電、バイオマス発電等の再生可能電力を前記蓄電ユニットに充電し、充電された直流電力を連係インバータにより交流電力に変換して電力系統に供給する構成となっているので、出力が自然条件等に大きく左右され不安定であるという再生可能電力発電の欠点が緩和されるだけでなく、使用済みの植物電池等の処理を容易に行なうことが可能であることから、ひいては再生可能エネルギーの利用を広げて低炭素社会の実現が可能となり、地球温暖化防止に資することになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の植物電池（植物電池設備）の第１実施例を説明するための図であって、同植物電池の模式的正面図である。
【図２】図１に係る植物電池の電気的特性を測定するための測定回路図である。
【図３】図１に係る植物電池の使用方法を説明するための図であって、（Ａ）は充電時の電池接続図、（Ｂ）は放電時の電池接続図である。
【図４】本発明の植物電池（植物電池設備）の第２実施例を説明するための図であって、同植物電池の模式的正面図である。
【図５】図４に係る植物電池の電気的特性を測定するための測定回路図である。
【図６】図４に係る植物電池の使用方法を説明するための図であって、（Ａ）は充電時の電池接続図、（Ｂ）は放電時の電池接続図である。
【図７】本発明の蓄電ユニットの実施形態を説明するための図であって、同蓄電ユニットの構成図である。
【図８】本発明の再生可能電力電源システムの実施形態を説明するための図であって、同システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の植物電池の実施形態を図１乃至図６を参照して説明する。図１に示された第１実施例に係る植物電池１は、鉢植えのカジュマル（高さ：約３００ｍｍ）を利用した例であって、植物１０（本案例ではカジュマル）と、前記植物１０の幹に上下方向に間隔を開けて取り付けられた陽極２０及び陰極３０とを備えている。
【００２０】
陽極２０については、植物１０（本案例ではカジュマル）内の樹液に溶け易い材質を有した電極であって、前記植物１０の幹の外面に樹液に漬かるように約１０ｍｍ差し込んで取り付けられている。本案例ではステンレス製の木ネジ（直径約４ｍｍ：長さ約１６ｍｍ
ｍ）を用いている。
【００２１】
陰極３０については、植物１０（本案例ではカジュマル）内の樹液に溶け難い材質を有した電極であって、前記植物１０の幹の外面に樹液に漬かるように約１７ｍｍ差し込んで取り付けられている。本案例では鉄製の木ネジ（直径約３ｍｍ：長さ約２０ｍｍ）を用いている。
【００２２】
このような構造を有した植物電池１の無負荷状態での端子電圧の時間的変化を測定した。その実験結果は表１に示す通りである。また、植物電池１の端子間にＤＣ１２Ｖを３時間印加し、その後の植物電池１の無負荷状態での端子電圧の時間的変化を測定した。この場合の測定回路は図２に示しており、その実験結果は表２に示す通りである。
【００２３】
【表１】
0005414768.tif 000002
【００２４】
【表２】
0005414768.tif 000003
【００２５】
更に、図３（Ａ）に示すように１０本の植物電池１を並列接続し、その両端にＤＣ１２Ｖを４時間印加し、その後、図３に示すように植物電池１を直列接続に変更し、電解コンデンサ（１００Ｖ、３３３０μＦ）に充電し、その充電電圧が７．６Ｖになったところでスイッチをオンにして、充電電圧をＬＥＤ回路（ＬＥＤと電流制限抵抗（10ｋΩ）の直列回路）の両端に印加する。この場合のスイッチをオンした時点を基準としてＬＥＤの点灯状態や出力電流の変化（減少）を測定した。その実験結果は表３に示す通りである。
【００２６】
【表３】
0005414768.tif 000004
【００２７】
次に、植物の種類のみを変更した第２実施例を説明する。図４に示された第２実施例に係る植物電池１は、切断した生竹（長さ：約３００ｍｍ、直径約５０ｍｍ：厚み約６ｍｍ）を利用した例であって、植物１０（本案例では前記生竹）と、前記植物１０の幹に水平方向に間隔を開けて取り付けられた陽極２０及び陰極３０とを備えている。
【００２８】
陽極２０については、植物１０（本案例では前記生竹）内の樹液に溶け易い材質を有した電極であって、前記植物１０の幹の外面に樹液に漬かるように約５ｍｍ差し込んで取り付けられている。本案例ではステンレス製の木ネジ（直径約３ｍｍ：長さ約１０ｍｍ）を用いており、水平方向に間隔を開けて合計３個取り付けられている。
【００２９】
陰極３０については、植物１０（本案例では前記生竹）内の樹液に溶け難い材質を有した電極であって、前記植物１０の幹の外面に樹液に漬かるように約５ｍｍ差し込んで取り付けられている。本案例では鉄製の木ネジ（直径約３ｍｍ：長さ約１２ｍｍ）を用いており、水平方向に間隔を開けて合計３個取り付けられている。
【００３０】
このような構造を有した植物電池１の無負荷状態での端子電圧の時間的変化を測定した。その実験結果は表４に示す通りである。また、植物電池１の端子間にＤＣ１２Ｖを３０分間印加し、その後の植物電池１の無負荷状態での端子電圧の時間的変化を測定した。この場合の測定回路は図５に示しており、その実験結果は表５に示す通りである。
【００３１】
【表４】
0005414768.tif 000005
【００３２】
【表５】
0005414768.tif 000006
【００３３】
更に、図６（Ａ）に示すように４本の植物電池１を並列接続し、その両端にＤＣ１２Ｖを３時間印加し、その後、図６（Ｂ）に示すように植物電池１を直列接続に変更し、電解コンデンサ（１００Ｖ、３３３０μＦ）に充電し、その充電電圧が３．９Ｖになったところでスイッチをオンにして、充電電圧をＬＥＤ回路（ＬＥＤと電流制限抵抗（10ｋΩ）との直列回路）の両端に印加する。この場合、ＬＥＤは約３分間点灯した。
【００３４】
上記実験を含めて多種多様の実験を行なった結果、以下のような知見が得られるに至った。１）カジュマルや生竹だけに限定されず、アロエ、サボテン、月桂樹等の植物についても同様の結果が得られている。２）その電池原理は、陽極／陰極と樹液（電解液）との間のイオン化傾向の差に伴う化学反応によるもので、言わば、従前の化学電池と同様であり、使用する電極の材質との組み合わせが適当である限り、どのような種類の植物や樹木も二次電池として利用可能であると推定される。３）土地から切り離された植物、例えば、上記例のような鉢植えや樹木から切り取られた形態のものであっても二次電池としての機能が実現される。４）上記例のカジュマルや生竹については二次電池として利用しても直ぐに枯れたりすることはないが、影響を受け易い植物等も存在しており、その場合は使用する電極の大きさや形状等を工夫すると良いと推測される。
【００３５】
本発明の植物電池１については、後記する植物電池設備１’、蓄電ユニット１００及び再生可能電力蓄電システム１０００を含めて、上記知見をベースとして創作されたものである。
【００３６】
なお、植物電池１が従前の化学電池類似のものである以上、化学電池に関する技術分野において周知の大容量化技術や高電圧化技術等を同様に適用することが可能であると推測され、同技術を用いて植物電池１を設計変更すれば良い。この点は次に説明する植物電池設備１’についても全く同様である。
【００３７】
次に、本発明の植物電池設備１’の実施形態を図１乃至図６を借りて説明する。植物電池設備１’は、土地に生えている樹木１０’（本案例ではカジュマル又は生竹）と、当該樹木１０’にその樹液に漬かるように取り付けられ且つ当該樹液に溶け易い／溶け難い材質を有した陰極３０及び陽極２０とを備えている。図１及び図２に係る植物電池１と異なるのは、植物１０の代わりに樹木１０’が土地に生えた状態で使用されている点のみである。これ以外の植物電池設備１’の構成は植物電池１と同一であるので、その説明については省略する。このような構造をなした植物電池設備１’についても上記表１乃至表５のものと同様の実験結果が得られている。
【００３８】
上記した植物電池１（又は植物電池設備１’）による場合、部品点数が少なく構造が簡単であることから低コスト化を図ることが可能となる。特に、植物１０（又は樹木１０’）の幹自体が電池容器となっており、電解液を収容する部品が不要であるだけでなく、陰極２０及び陽極３０をその幹に差し込むだけで取り付けられることから、組み立て作業も極めて簡単となっている。更に、使用済み品については陰極２０及び陽極３０を取り外すだけで地中に埋める等の処理をすることができ、それ故、自然環境や人体に何ら影響を与えることなく容易に適正処理することが可能となる。
【００３９】
以下、上記植物電池設備１’を利用した蓄電ユニット１００の実施形態の一例を図７を参照して説明する。
【００４０】
図７に示された蓄電ユニット１００は、バッテリー１１０と、バッテリー１１０に対して充放電を行なう充放電装置１２０と、バッテリー１１０に入力される入力電力とバッテリー１１０から出力される出力電力とが充放電装置１２０を介して入出力される入出力端子IN／OUTと、バッテリー１１０の充放電状態等を監視すると共に当該監視結果に基づいて充放電装置１２０を制御する制御装置１３０（制御手段）とを備えている。
【００４１】
バッテリー１１０については、複数の植物電池設備１’により構成された二次電池集合体である。各植物電池設備１’同士の接続状態は、後記する切り替え回路１２２により決定される。バッテリー１１０の電圧や電流は、バッテリー１１０に備えられた各種センサーにより検出され、その検出信号１１１が制御装置１３０に出力されている。
【００４２】
なお、同一の植物電池設備１’を複数個組み合わせるだけでなく、充放電等の電気的特性が同一である限り、異なる種類のものを組み合わせて使用する形態であっても良い。また、植物電池設備１’の代わりに植物電池１を用いても勿論かまわない。
【００４３】
入力端子INについては、バッテリー１１０に充電する直流の入力電力を入力するための端子であり、充放電装置１２０を介してバッテリー１１０の入力側に接続されている。一方、出力端子OUTについては、バッテリー１１０から放電された電力を出力するための端子であり、充放電装置１２０を介してバッテリー１１０出力側に接続されている。
【００４４】
充放電装置１２０については、バッテリー１１０から放電された電力を一旦蓄える出力コンデンサ１２１と、充電時に入力端子INを介して入力された入力電力をバッテリー１１０に出力する一方、放電時にバッテリー１１０の出力側に出力コンデンサ１２１を接続し、出力コンデンサ１２１に蓄えられた電力を出力端子OUTに出力する切り替え回路１２２（切り替え手段）とを有している。
【００４５】
出力コンデンサ１２１については、複数のコンデンサにより構成されたコンデンサ集合体である。各コンデンサの接続状態及びバッテリー１１０、出力端子OUTとの接続状態は、切り替え回路１２２により決定される。
【００４６】
切り替え回路１２２については、制御装置１４０から出力された制御信号１３１に従って動作するリレー回路であって、バッテリー１１０、出力コンデンサ１２１及び入出力端子IN／OUTの互いの結線状態を切り替えるようになっている。
【００４７】
具体的には、制御信号１３１が充電指令を示す時（充電時）には、バッテリー１１０を構成する植物電池設備１’を並列状態にするともに各植物電池設備１’と入力端子INとの間を接続し、これによりバッテリー１１０に入力電力を与えて充電されるようにリレー接点を切り替える。一方、制御信号１３１が放電指令を示す時（放電時）には、バッテリー１１０を構成する各植物電池設備１’又はその一部を直列状態にするとともに、直列接続された植物電池設備１’と出力コンデンサ１２１との間を接続し、これによりバッテリー１１０に充電された全電力を放電して出力コンデンサ１２１に一旦蓄えるようにリレー接点を切り替える。その後、上記放電指令を受けて所定時間経過後に、植物電池設備１’と出力コンデンサ１２１との間を切り離し、と同時に出力コンデンサ１２１と出力端子OUTとの間を接続し、これにより出力コンデンサ１２１に蓄えられた電力を出力端子OUTを通じて出力するようにリレー接点を切り替える。
【００４８】
制御装置１３０については、予めプロクラムされた制御用コンピュータであって、入力ポートには検出信号１１１が入力されており、出力ポートには切り替え回路１２２のリレー接点が接続されている。即ち、上記各種センサー等から出力された検出信号１１１を通じてバッテリー１１０の充放電状態を監視し、検出信号１１１に基づいて制御信号１３１を生成して放電装置１２０を制御している。
【００４９】
制御装置１３０は具体的には以下の機能を発揮するようになっている。まず、バッテリー１１０の出力電圧や出力電流が所定値未満であるときには、バッテリー１１０が不足状態にあると判定し、充電指令を生成して充放電装置１２０に出力する。一方、バッテリー１１０の出力電圧や出力電流が所定値以上であるときには、バッテリー１１０が充電状態又は過充電状態にあると判定し、放電指令を生成して充放電装置１２０に出力する。
【００５０】
このような充電指令、放電指令が制御装置１３０から繰り返し出力されると、これに応じて上記した通りに充放電装置１２０が動作し、バッテリー１１０の充放電が連続して行われる。バッテリー１１０の電池容量、負荷容量及び出力コンデンサ１２１の容量のバランスが適正である限り、蓄電ユニット１００から直流電力が連続して安定して出力される。
【００５１】
なお、放電装置１２０には、検出信号１１１に加えて負荷電流の異常を検知する過電流センサーから出力された過負荷検出信号αが入力されている。過負荷検出信号αが過負荷状態を示すときには、放電装置１２０は、過負荷状態であると判定し、このときには充電指令を生成するか又は充放電装置１２０の動作を強制的に停止させるようになっている。
【００５２】
次に、上記蓄電ユニット１００の利用例である再生可能電力電源システム１０００の実施形態を図８を参照して説明する。これは、太陽光発電、風力発電、バイオマス発電等により得られた再生可能電力を蓄電ユニット１００に蓄え、蓄えられた電力を負荷７００だけでなく商用電力系統の電力系統６００を通じて他の負荷にも供給するという内容になっている。具体的には以下の通りである。
【００５３】
再生可能電力電源システム１０００は、太陽光発電、風力発電、バイオマス発電その他の再生可能電力を発電する再生可能電力発電装置２００と、再生可能電力発電装置２００の出力段に接続されたコンバータ３００と、コンバータ２００を通じて入力された再生可能電力を充電する蓄電ユニット１００と、電力系統６００に接続されており且つ蓄電ユニット１００から放電された直流電力を交流電力に変換して電力系統６００に供給する連系インバータ４００と、蓄電ユニット１００にて生成された充電指令／放電指令等に基づいてコンバータ３００及び連係インバータ４００を制御する制御ユニット５００とを備えている。
【００５４】
再生可能電力発電装置２００については、太陽電池パネル（太陽光発電の場合）、風力発電機（風力発電の場合）又はバイオマス発電設備（バイオマス発電の場合）等に相当する装置である。
【００５５】
コンバータ３００については、再生可能電力発電装置２００の出力電圧を蓄電ユニット１００の定格入力電圧に調整するためのＤＣ−ＤＣコンバータであり、そのオンオフ動作は制御ユニット５００により制御されている。なお、コンバータ３００としての機能を再生可能電力発電装置２００等に担当させる形態であってもよく、その場合はコンバータ３００を省略することも可能である。
【００５６】
連系インバータ４００については、電力系統６００の末端に接続された電力インバータであって、再生可能電力発電装置２００から出力された再生可能電力の直流を商用周波数の交流に変換するとともに、電力系統６００上の商用周波数のゼロクロスを検知してスイッチングさせ、これにより当該項交流変換後の再生生可能電力を電力系統６００上に同期して供給するようになっている。また、負荷７００及び電力系統６００に出力される負荷電流を電流センサー等により検出し、その検出値を制御ユニット５００に出力している。
【００５７】
制御ユニット５００については、電力電源システム１０００の全体をシーケンス制御するコンピュータ等の制御機器であって、蓄電ユニット１００の制御装置１３０から出力された充電指令を受けると、連係インバータ４００をオフ、コンバータ３００をオンにさせ、再生可能電力発電装置２００から出力された再生可能電力を蓄電ユニット１００に充電させる一方、蓄電ユニット１００の制御装置１３０から出力された放電指令を受けると、コンバータ３００をオフ、連係インバータ３００をオンにさせ、蓄電ユニット１００に充電された再生可能電力を放電し、連係インバータ４００を通じて電力系統６００等に出力するようになっている。また、負荷電流の大きさが異常値を示したとき等は、過負荷検出信号αを生成して連係インバータ４００とともに蓄電ユニット１００を強制的に停止させるようになっている。
【００５８】
上記した構成の再生可能電力電源システム１０００による場合、太陽光発電、風力発電、バイオマス発電等の再生可能電力を蓄電ユニット１００に充電し、充電された直流電力を連係インバータ４００により交流電力に変換して電力系統６００に供給する構成となっているので、出力が自然条件等に大きく左右され不安定であるという再生可能電力発電の欠点が緩和される。しかも使用済みの植物電池等の処理も容易に行なうことが可能であることから、再生可能エネルギーの利用を広げて低炭素社会の現実的な実現が可能となり、地球温暖化防止に資することになる。特に平地が狭く山脈や丘陵地が多い我が国には有意義である。
【００５９】
なお、本発明に係る植物電池、植物電池設備及び蓄電ユニットについては再生可能電力電源システムだけの適用に止まらず、例えば、電力系統とは切り離した形での家庭用簡易二次電池にも当然に適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１（１’）植物電池（植物電池設備）
１０（１０’）    植物
２０    陽極
３０    陰極
１０００  再生可能電力電源システム
１００  蓄電ユニット
１１０  バッテリー
１２０  充放電装置
１３０  制御装置（制御手段）
２００  再生可能電力発電装置
３００  コンバータ
４００  連系インバータ
５００  制御ユニット
６００  電力系統
７００  負荷
【図１】
0005414768.tif 000007
【図２】
0005414768.tif 000008
【図３】
0005414768.tif 000009
【図４】
0005414768.tif 000010
【図５】
0005414768.tif 000011
【図６】
0005414768.tif 000012
【図７】
0005414768.tif 000013
【図８】
0005414768.tif 000014