(57)【要約】【課題】自然エネルギーを利用した発電装置より発電される電力を、電力変換のロスが生じることなく、最大限のエネルギーを取り出せる条件で電力を取り出すことができ、安定した電源の出力を可能とし、また、発電装置をソーラーパネル、他の電源を商用電源とすると、ソーラーパネルの発電分だけ商用電源からの電力消費を削減可能としうる自然エネルギーによる発電装置の発電システムを提供することを目的とする【解決手段】自然エネルギーを利用した発電装置につき、決められた電力量で安定的に出力でき、効率よく出力しうる様構成された発電システムであり、少なくとも一台の発電装置と、最大電力点における電圧値と電流値を随時検出し、検出値で出力出来る様制御する最大電力量検出制御装置と、電圧値が不足しているときには可変電圧電源により賄い、電流値が不足しているときには定電圧電源により賄うことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境の変化に伴い発電電力が変動する自然エネルギーを利用した発電装置につき、該発電装置からの発電電力を、負荷側に出力するに際し、決められた電力量で安定的に出力できると共に、前記自然エネルギーを前記環境の変化に関わらず無駄なく利用できて効率よく出力しうる様構成された発電システムであり、
少なくとも一台の前記環境の変化に伴い発電電力が変動する自然エネルギーを利用した発電装置と、
前記自然エネルギーを利用した発電装置による発電電力量が、環境の変化に関わらず取り出せる所定時点での取り出し最大電力量を示す最大電力点を随時検出すると共に、該最大電力点における電圧値と電流値を随時検出し、前記検出した値での発電電力を出力出来る様制御する最大電力量検出制御装置と、
前記最大電力量検出制御装置により検出された最大電力点における電圧値が、前記負荷側の決められた電力量の電圧値より不足しているときには、該不足分の電力量における電圧値を可変電圧電源により賄い、
前記最大電力量検出制御装置により検出された最大電力点における電流値が、前記負荷側の決められた電力量の電流値より不足しているときには、該不足分の電力量における電流値を定電圧電源により賄う、
ことを特徴とした自然エネルギーによる発電装置の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、太陽光を利用したソーラーパネル発電装置における電力変動（たとえば、明るければ発電電力が増大し、暗くなると発電電力が減少する）において、他の種類の電源と合成することで、その出力を常時安定化させ、さらに気候などの環境に応じて光の量が変化する太陽光を効率よく利用してその時点における最大限の発電量を取り出せる自然エネルギーによる発電装置の発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光あるいは風力などの自然エネルギーによる発電装置の発電出力は、一般的には、いまだ不安定な出力状況であり、また自然の環境条件によって前記出力状況が大きく変化してしまうのが現状であり、これをいかに安定化させて出力できるかが今後の課題であった。
【０００３】
そして、そのままでは安定した電源として使うことができないと言われているため、蓄電池等に蓄えて使う方法が考えられているが、かかる場合、充放電において電力ロスをもたらしてしまうとの課題もある。
また、自然エネルギーによる発電装置（たとえばソーラーパネルや風力発電機など）は、電力を取り出すときの電流・電圧の条件で、取り出せる電力が変化するため、最適な条件で電力を取り出す制御が不可欠である。
【０００４】
たとえば、あるソーラーパネルでは、直射日光直下にて、出力を短絡すると出力電流は最大となり、５．２９Ａを取り出すことができるが（図３の点Ａ参照）、電圧は０Ｖとなり、取り出せる電力も０Ｗである。
また、出力を開放すると、出力電圧は最大の２２．５９Ｖとなるが（図３の点B参照）、電流は０Ａであり、このときも出力電力は０Ｗとなってしまう。
【０００５】
出力電圧が１８．１４Ｖのとき、出力電流は４．９７Ａとなり（図２の点Ｐ参照）、このとき、最大電力となる約９０Ｗを取り出すことができる（最大電力点）。この電圧より高くても低くても、出力電力はこれより小さくなる。最大電力を取り出すため、たとえば多くのパワーコンディショナーでは、ＭＰＰＴ（最大電力点追従）と呼ばれる処理が行われているのである（図４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１-１８１０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するため、また本件発明者らが従来発明した発明をさらに改良すべく創案されたものであり、自然エネルギーを利用した発電装置より発電される電力を、電圧変換・電流変換せずにそのまま使用できる様構成して発電装置における電力変換のロスが生じさせることなく、また前記発電装置から最大限のエネルギーを取り出せる条件（電圧・電流）で、電力を取り出すことができ、さらには、他の電源と組み合わせて、電力を合成することで、安定した電源の出力を可能とし、また、前記発電装置からの電力が絶えず優先でき、不足分のみ他の電源から補え、すなわち、発電装置をソーラーパネルとし、他の電源を、商用電源とすると、ソーラーパネルの発電分だけ、商用電源からの電力消費を削減することが可能としうる自然エネルギーによる発電装置の発電システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の自然エネルギーによる発電装置の発電システムは、
環境の変化に伴い発電電力が変動する自然エネルギーを利用した発電装置につき、該発電装置からの発電電力を、負荷側に出力するに際し、決められた電力量で安定的に出力できると共に、前記自然エネルギーを前記環境の変化に関わらず無駄なく利用できて効率よく出力しうる様構成された発電システムであり、
少なくとも一台の前記環境の変化に伴い発電電力が変動する自然エネルギーを利用した発電装置と、
前記自然エネルギーを利用した発電装置による発電電力量が、環境の変化に関わらず取り出せる所定時点での取り出し最大電力量を示す最大電力点を随時検出すると共に、該最大電力点における電圧値と電流値を随時検出し、前記検出した値での発電電力を出力出来る様制御する最大電力量検出制御装置と、
前記最大電力量検出制御装置により検出された最大電力点における電圧値が、前記負荷側の決められた電力量の電圧値より不足しているときには、該不足分の電力量における電圧値を可変電圧電源により賄い、
前記最大電力量検出制御装置により検出された最大電力点における電流値が、前記負荷側の決められた電力量の電流値より不足しているときには、該不足分の電力量における電流値を定電圧電源により賄う、
ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の自然エネルギーによる発電装置の発電システムであれば、本発明の発電装置から発電される電力を、電圧変換・電流変換せずにそのまま使用するため、発電装置において電力変換のロスがない。また、前記発電装置から最大限の自然エネルギーを取り出せる条件（電圧・電流）で、電力を取り出すことができる。さらには、他の電源と組み合わせて、電力を合成することで、安定した電源の出力を可能とされる。また、前記発電装置からの電力が優先され、不足分のみ他の電源から補える。たとえば、発電装置をソーラーパネルとし、他の電源を、商用電源とすると、ソーラーパネルの発電分だけ、商用電源からの電力消費を削減することが可能となるなど優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の概略構成を示す概略構成説明図である。
【図２】発電装置による電流―電圧の関係を示すグラフ（１）である。
【図３】発電装置による電流―電圧の関係を示すグラフ（２）である。
【図４】発電装置による電力―電圧の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を図に示す実施例に基づき説明する。
【００１２】
図１において符号１は本発明の発電システムを示すものであり、本発明の発電システム１は、環境の変化に伴い発電電力が変動する自然エネルギーを利用した発電装置２につき、該発電装置２からの発電電力を、負荷３側に出力するに際し、決められた電力量で安定的に出力できると共に、前記自然エネルギーを前記環境の変化に関わらず無駄なく利用できて効率よく出力しうる様構成された発電システムである。
【００１３】
そして、該発電システム１は、少なくとも一台の前記環境の変化に伴い発電電力が変動する自然エネルギーを利用した発電装置２を有している。しかし、該発電装置２を複数直列に繋いで構成しても構わない。
【００１４】
また、符号４は最大電力量検出制御装置であり、主にコンピュータ装置などで構成される。該最大電力量検出制御装置４は、前記発電装置２による発電電力量が、環境の変化に関わらず取り出すことのできる、所定時点での取り出し最大電力量を示す最大電力点を随時演算し、検出している。
【００１５】
当該検出については一般的にＭＰＰＴ法（最大電力点追従法）との手法を採用し、前記したようにＰＣなどによる最大電力量検出制御装置４により演算、検出できるものとなっている。図４はその最大電力点を示した図であり、最大電力点を点Ｐとして示してある。
【００１６】
しかして、当該最大電力点における電圧値と電流値、すなわち、環境の変化に伴い随時変動する前記最大電力点における電圧値と電流値を継続的に検出し、前記検出した値での発電電力が出力出来る様制御するのである。
【００１７】
次に、図１において符号５は可変電圧電源であり、符号６は定電圧電源を示す。
【００１８】
前記発電装置２につき、最大電力量検出制御装置４により検出された最大電力点における電圧値が、前記負荷３側の決められた電力量の電圧値より不足しているときには、該不足分の電力量における電圧値を前記可変電圧電源５により賄う様構成され、前記最大電力量検出制御装置４により検出された最大電力点における電流値が、前記負荷３側の決められた電力量の電流値より不足しているときには、該不足分の電力量における電流値は、定電圧電源６により賄う様構成されるのである。
【００１９】
具体例を挙げて説明すると、たとえば、発電装置２にソーラーパネル（開放電圧２２．５９Ｖ、短絡電流５．２９Ａ、最大出力動作電圧１８．１４Ｖ、最大出力動作電流４．９７Ａのパネルとする）を使用してなり、また定電圧電源６の出力電圧（ＶC）を２５Ｖとした場合の動作は、次のようになる。
【００２０】
出力電流ＩＯ≧５．２９Ａのときは、可変電圧電源５の電圧Ｖを２５−１８．１４＝６．８６Ｖに設定する。負荷３がなければ、ソーラーパネルの電圧は１８．１４Ｖよりも高くなる（最大２２．５Ｖ）が、負荷３があるため電流が流れ、ソーラーパネルの電圧が下がる。
【００２１】
ただし、定電圧電源６があるため、ＶＣの電圧以下には下がらない。そのため、ソーラーパネルの電圧は１８．１４Ｖに保たれ、このときのソーラーパネルの電流ＩＧは、５．２９Ａとなり、最大電力点での動作となる。また、定電圧電源６からの電流Ｉは、Ｉ＝ＩＯ−ＩＧとなり、不足分のみ定電圧電源６から補充されることになる。
【００２２】
出力電流が５．２９Ａよりも小さい場合は、ソーラーパネルから供給される電流も小さくなり、ソーラーパネルの出力電圧が上がるので（図２における点Ｑ）、その分だけ可変電圧電源５の電圧を下げる（電圧計７の電圧＝ＶＯがＶＣと等しくなるまでＶを下げる）。
【００２３】
以上のように、出力電圧ＶＯは定電圧電源６の電圧ＶＣによって決定される。つまり、ＶＯ＝ＶＣとなる（ただし、ＶＣ＞ＶＰとする）。
【００２４】
ここで、定電圧電源６の電圧ＶＣは、用途および利用環境等により使用者があらかじめ決めておくものとする。
【００２５】
たとえば、１００Ｖの電源が必要であれば、ＶＣ＝１００Ｖとし、２５Ｖの電源が必要ならＶＣ＝２５Ｖとしておく。
【００２６】
しかして、発電装置２の最大電力点における電圧と電流をＶＰ、ＩＰ、出力電圧、出力電流をＶＯ、ＩＯとし、可変電圧電源５の電圧をＶとすると、
Ｖ＝ＶＯ−ＶＰ        ただし、ＩＯ≧（最大出力動作電流）の場合
Ｖ＝ＶＯ−ＶＧ        ただし、ＩＯ＜（最大出力動作電流）の場合
この式を満たすように、Ｖを調整するものとする。
【００２７】
すなわち、先の例で説明すると、出力電圧ＶＯ＝２５Ｖの設定で、ソーラーパネル（開放電圧２２．５９Ｖ、短絡電流５．２９Ａ、最大出力動作電圧１８．１４Ｖ、最大出力動作電流４．９７Ａのパネルとする）なので、
Ｖ＝６．８６Ｖ          出力電流  ＩＯ≧５．２９Ａ  である場合…（１）
Ｖ＝ＶＯ−ＶＰ          出力電流  ＩＯ＜５．２９Ａ  である場合…（２）
となるように調整すればよい。
【００２８】
ここで、（１）の条件が成立しているとき、発電装置２は最大電力点で動作していることになる。また、このとき、出力電流のうち、発電装置２からの電流で不足する分は、定電圧電源５からの電流Ｉによって補われる。
（２）の条件が成立するのは、負荷３の電流を発電装置２の電流でまかなうことができる場合である。
【００２９】
最大電力点を求める方法には、あらかじめ発電装置２の特性がわかっている場合は、特性表を参照して最大電力点を決めることができる。あるいは、既に説明したように、一般的なＭＰＰＴの手法である山登り法などが利用可能である。この場合は、ＶG×ＩGが最大になるようにＶを調整すればよい。
【００３０】
なお、発電装置の出力電流がＩＯを上回る場合は、定電圧電源は不要となる。
また、可変電圧電源４あるいは定電圧電源５については、交流の商用電源を直流に変換したもの電源として使用することが考えられる。
【符号の説明】
【００３１】
１    発電システム
２    発電装置
３    負荷
４    最大電力量検出制御装置
５    可変電圧電源
６    定電圧電源
７    電圧計
【図１】
2014032527.tif 000003
【図２】
2014032527.tif 000004
【図３】
2014032527.tif 000005
【図４】
2014032527.tif 000006