(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を直流電圧に変換する複数の太陽光パネルを有し、前記複数の太陽光パネルによる直流電圧を出力する太陽光モジュールから出力された前記直流電圧を入力し、入力した前記直流電圧を交流電圧に変換し、変換した前記交流電圧を光源を点灯させる光源点灯装置に供給する電力変換部と、
前記太陽光モジュールの出力する前記直流電圧の大きさを検出する直流電圧検出回路と、
前記太陽光モジュールから出力される前記直流電圧を、前記電力変換部を介することなく直接に前記光源点灯装置に送電可能な直流電圧送電経路と、
前記直流電圧検出回路の検出する前記直流電圧の大きさに応じて、前記太陽光モジュールから出力される前記直流電圧を前記直流電圧送電経路を介して直接に前記光源点灯装置に送電させる直接送電モードと、前記電力変換部の変換した前記交流電圧を前記電力変換部から前記光源点灯装置に供給させる交流電圧供給モードとを切り替える切替制御部と
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記電力変換部は、
複数の前記光源点灯装置に前記交流電圧を供給し、
前記直流電圧送電経路は、
複数の前記光源点灯装置ごとに分岐すると共に、それぞれの分岐に、制御を受けることによりオンとなることで前記太陽光モジュールから出力される前記直流電圧の前記光源点灯装置への送電を導通するスイッチ部が配置され、
前記切替制御部は、
前記直接送電モードに切り替えるときには、それぞれの前記分岐に配置された前記スイッチ部をオンにする制御を実行すると共に、前記電力変換部の動作を停止させることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記切替制御部は、
前記直流電圧検出回路の検出する前記直流電圧の大きさが、予め設定された第１の閾値よりも大きいときには前記直接送電モードに切り替え、前記第１の閾値以下のときには前記交流電圧供給モードに切り替えることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電源装置。
【請求項４】
前記電源装置は、さらに、
前記電力変換部の出力端に接続し、制御を受けることで外部の交流電源の出力する交流電圧を前記出力端に供給し、前記出力端を介して前記外部の交流電源による前記交流電圧を前記光源点灯装置に供給する外部電圧供給部を備え、
前記切替制御部は、
前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値を有し、前記直流電圧検出回路の検出する前記直流電圧の大きさが前記第２の閾値未満になった場合には、前記外部電圧供給部を制御することにより、前記外部の交流電源の出力する交流電圧を前記電力変換部の前記出力端に供給させることを特徴とする請求項３記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電を用いてＬＥＤを点灯させる電源装置に関し、例えば電力変換効率を改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、低炭素社会の実現に向け、太陽光発電を利用した電力システムが急速に普及している。また、照明業界では、白熱電球・蛍光灯照明器具と比較して省電力で長寿命のＬＥＤ照明器具のニーズが高まっている。現在主流の太陽光発電システムは、太陽光パネルを組み合わせた太陽光モジュールで太陽光を直流電圧に変換し、その出力電圧を電力変換装置に入力する。電力変換装置はその入力された直流電圧を昇圧回路で昇圧し、インバータ駆動回路で及びＡＣフィルター回路で商用周波数の交流電圧に変換する装置である。この電力変換装置は一般的にパワーコンディショナーと呼ばれている。パワーコンディショナーから出力された商用交流電圧が各機器に分配される仕組みである（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１は太陽光発電でＬＥＤ照明器具を点灯させるシステムであるが、太陽光モジュールから出力された直流電圧を昇圧回路によって昇圧し、定電流回路によって一定の直流電流を生成しＬＥＤに流すことでＬＥＤを発光させる（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１６８３０号公報
【特許文献２】特開２００９−２００３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＬＥＤは直流で点灯する発光素子である為、例えば特許文献１の太陽光発電システムでＬＥＤ照明装置を点灯させる場合、太陽光モジュール出力の直流電圧をパワーコンディショナーの昇圧回路で昇圧し、インバータ駆動回路で高周波電圧に変換し、ＡＣフィルター回路で商用交流電圧に変換する為、電力損失が発生する。更にパワーコンディショナーから出力された商用交流電圧をＬＥＤ照明装置で再度直流電圧に変換する為、回路による電力損失は更に上乗せされてしまう課題がある。
【０００６】
また、例えば特許文献２の太陽光発電システムでＬＥＤ照明を点灯させる場合においては夜間や曇天時など太陽光モジュールの出力電圧が低い場合、所定のＬＥＤ電流が供給できない為、蓄電池等電力を貯めておく装置が必要になる課題がある。
【０００７】
そこで本発明は、太陽光モジュール１００から出力された直流電圧の変換損失を少なくする電源装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の電源装置は、
太陽光を直流電圧に変換する複数の太陽光パネルを有し、前記複数の太陽光パネルによる直流電圧を出力する太陽光モジュールから出力された前記直流電圧を入力し、入力した前記直流電圧を交流電圧に変換し、変換した前記交流電圧を光源を点灯させる光源点灯装置に供給する電力変換部と、
前記太陽光モジュールの出力する前記直流電圧の大きさを検出する直流電圧検出回路と、
前記太陽光モジュールから出力される前記直流電圧を、前記電力変換部を介することなく直接に前記光源点灯装置に送電可能な直流電圧送電経路と、
前記直流電圧検出回路の検出する前記直流電圧の大きさに応じて、前記太陽光モジュールから出力される前記直流電圧を前記直流電圧送電経路を介して直接に前記光源点灯装置に送電させる直接送電モードと、前記電力変換部の変換した前記交流電圧を前記電力変換部から前記光源点灯装置に供給させる交流電圧供給モードとを切り替える切替制御部と
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、太陽光モジュールに基づく電力をＬＥＤ照明装置に供給する際の電力変換の損失を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１における太陽光発電によるＬＥＤ照明システム１０００のシステム構成図。
【図２】実施の形態１におけるＬＥＤ照明システム１０００の配置例を示す図。
【図３】実施の形態１におけるパワコン２００の回路ブロック図。
【図４】実施の形態１におけるＬＥＤ照明装置６００の回路ブロック図。
【図５】実施の形態１におけるＬＥＤ照明システム１０００の動作シーケンス図。
【図６】実施の形態１におけるＬＥＤ照明装置一台の場合のＬＥＤ照明システム１０００の構成図。
【図７】実施の形態２における太陽光発電によるＬＥＤ照明システム１０００の配置図。
【図８】図７の交直切替回路を具体的に示す図。
【図９】実施の形態２における太陽光発電によるＬＥＤ照明システム１０００の別の配置図。
【図１０】図９の交直切替回路を具体的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の太陽光発電によるＬＥＤ照明システム１０００（電源装置）を示す。
図２は、図１のＬＥＤ照明システム１０００を３階建の建造物に設置した例を示す図である。
【００１２】
図１の太陽光発電によるＬＥＤ照明システム１０００について説明する。
ＬＥＤ照明システム１０００は、
（１）太陽光パネル１０１が複数組み合わされた太陽光モジュール１００と、
（２）太陽光モジュール１００に接続される電力変換装置２００（パワーコンディショナー：以下パワコン２００と呼ぶ）と、
（３）パワコン２００の出力端に接続され、制御回路５００からの制御を受けることにより、ＬＥＤ照明装置への交流電圧と直流電圧との供給を切り替える交直切替回路３００と、
（４）太陽光モジュール１００が出力する直流電圧の大きさを検出する直流電圧検出回路４００と、
（５）直流電圧検出回路４００が検出する電圧に基づいて、パワコン２００（電力変換部）及び交直切替回路３００を制御する制御回路５００（切替制御部）と、
（６）交直切替回路３００に接続される複数のＬＥＤ照明装置６００（光源点灯装置）とからなる。このＬＥＤ照明システム１０００は、図２に示すように、建造物（例えば、３階建ての建造物）の屋上に、太陽光モジュール１００、パワコン２００、交直切替回路３００、直流電圧検出回路４００、制御回路５００が設置され、建造物の中の各フロアにそれぞれ光源をＬＥＤとするＬＥＤ照明装置６００ａ，６００ｂ・・６００ｎ等が設置される。ＬＥＤ照明装置は特に区別の必要がない場合にはＬＥＤ照明装置６００という場合がある。
【００１３】
（交直切替回路３００）
交直切替回路３００は、
（１）太陽光モジュール１００の出力からＬＥＤ照明装置間の配線に接続されるスイッチＳＷ１、ＳＷ２と、
（２）パワコン２００の出力とＬＥＤ照明装置間の配線に接続されるスイッチＳＷ３、ＳＷ４と、
（３）商用電源配線とスイッチＳＷ３・ＳＷ４との間に接続される「スイッチＳＷ５、ＳＷ６」（外部電圧供給部）からなる。
（４）交直切替回路３００は、制御回路５００による制御によって、スイッチＳＷ１からスイッチＳＷ６を切り替えて、ＬＥＤ照明装置に供給される電源を、太陽光モジュール１００からの直流電圧、パワコン２００からの交流電圧または商用交流電源１（外部の交流電源）からの交流電圧に切り換える。スイッチＳＷ１からスイッチＳＷ６は、ＭＯＳＦＥＴやトランジスタ又はリレー等のスイッチを使用する。
（５）なお、図１の直流ライン７００とスイッチＳＷ１、ＳＷ２とは、太陽光モジュール１００から出力される直流電圧を、パワコン２００を介することなく直接にＬＥＤ照明装置に送電可能な直流電圧送電経路を構成する。
【００１４】
（制御回路５００）
制御回路５００は、直流電圧検出回路４００によって検出された直流電圧レベルに応じて、パワコン２００の出力や、スイッチＳＷ１からスイッチＳＷ６の切替を制御する。制御回路５００は、直流電圧検出回路４００の検出する直流電圧の大きさに応じて、太陽光モジュール１００から出力される直流電圧を、直流ライン７００とスイッチＳＷ１、ＳＷ２から構成される直流電圧送電経路を介して直接にＬＥＤ照明装置に送電させる直接送電モードと、パワコン２００の変換した交流電圧をパワコン２００からＬＥＤ照明装置に供給させる交流電圧供給モードとを切り替える。
【００１５】
図３は、図１に示したパワコン２００の内部回路を示す回路ブロック図である。パワコン２００の内部回路は、昇圧回路２１０と、インバータ駆動回路２２０と、ＡＣフィルター回路２３０と、それらの回路を制御する昇圧制御回路や、インバータ制御回路等で構成される。図３の構成は一例であり、図３の回路構成に限定されるものではない。直流電圧が入力され、出力に商用周波数の交流電圧が出力される回路であれば他の回路構成でも良い。
【００１６】
図４は、図１のＬＥＤ照明装置６００の内部回路を示す回路ブロック図である。ＬＥＤ照明装置６００は、昇圧回路６１０と、定電流回路６２０と、それら回路を制御する昇圧制御回路や定電流制御回路で構成される。ＬＥＤ照明装置６００は、交直切替回路３００により交流電圧が供給される場合でも、直流電圧が供給される場合でも、いずれの電圧によっても動作可能である。
【００１７】
（動作の説明）
次に、太陽光出力変化によるＬＥＤ照明システム１０００の全体動作を説明する。
【００１８】
図５は、１日における、太陽光モジュール１００から出力される直流電圧の変化の例である。（ａ）〜（ｆ）は、以下を示している。
図５（ａ）は、太陽光モジュール１００が出力する出力電圧波形の波形図であり、
図５（ｂ）は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフ状態を示す状態図であり、
図５（ｃ）は、スイッチＳＷ３、ＳＷ４のオン／オフ状態を示す状態図であり、
図５（ｄ）は、スイッチＳＷ５、ＳＷ６のオン／オフ状態を示す状態図であり、
図５（ｅ）は、パワコン２００の出力電圧波形を示す波形図であり、
図５（ｆ）は、ＬＥＤ照明装置６００に入力される入力電圧波形を示す波形図である。
【００１９】
図５（ａ）に示すように、昼間は晴天とすると、昼間は太陽光モジュール１００から出力される直流電圧レベルは大きくＶ１とする。夕方になると太陽光は少しずつ減少してゆき、夜間にはゼロになる。朝方には太陽光は少しずつ上昇してゆき、昼間にはまた所定の直流電圧レベルＶ１になる。
【００２０】
ＬＥＤ照明装置６００は、直流電圧レベルＶ１で所望の明るさが出るように設計されている。
【００２１】
図５において、昼間では、太陽光モジュール１００は、ＬＥＤ照明装置６００を点灯させるに十分な電圧が発生する。制御回路５００は、交直切替回路３００のスイッチＳＷ１・ＳＷ２を短絡（オン）、スイッチＳＷ３からスイッチＳＷ６は開放（オフ）する。よって、ＬＥＤ照明装置６００ａ等は、太陽光モジュール１００の出力の直流電圧のみの電力供給で動作する。この時、制御回路５００は、パワコン２００の出力動作を停止させる。
【００２２】
図５において、夕方になり、太陽光モジュール１００出力電圧が少しずつ低下してゆくと、直流電圧検出回路４００の第一の閾値電圧Ｖ（１）に到達する。この第一の閾値電圧Ｖ（１）は、ＬＥＤ照明装置６００が所望の明るさを維持できなくなるレベルに設定する。第一の閾値電圧Ｖ（１）に到達すると、直流電圧検出回路４００から制御回路５００に信号が入力される。制御回路５００はこの信号を入力すると、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ５、ＳＷ６を開放し、スイッチＳＷ３、ＳＷ４を短絡する。よって、ＬＥＤ照明装置６００ａ等は、パワコン２００の出力電圧での電力供給で動作する。
【００２３】
図５において、夕方から夜間になるにつれ太陽光出力電圧は更に減少し、パワコン２００も所望の出力電圧を出力できなくなってくる。パワコン２００の動作限界入力電圧を第二の閾値Ｖ（２）に設定する。
【００２４】
図５において、太陽光モジュール１００の出力電圧が低下して、第二の閾値電圧Ｖ（２）未満になると、直流電圧検出回路４００は、制御回路５００に制御信号を出力する。制御回路５００は、この制御信号を入力すると、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を開放し、スイッチＳＷ３からスイッチＳＷ６を短絡する。これにより、ＬＥＤ照明装置６００は、商用電源の電力供給で動作する。この時、制御回路５００はパワコン２００の出力動作を停止させる。
【００２５】
図５において、夜間から日の出になり、太陽光モジュール１００の出力電圧が上昇し、第二の閾値電圧Ｖ（２）に達する（太陽光モジュール１００の出力電圧が第二の閾値電圧Ｖ（２）以上となる）と、直流電圧検出回路４００から制御回路５００に制御信号が出力され、この制御信号を契機として、制御回路５００はスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ５、ＳＷ６を開放し、スイッチＳＷ３、ＳＷ４を短絡し、ＬＥＤ照明装置６００はパワコン２００の電力供給で動作する。
【００２６】
図５において、夜間から日の出になり、太陽光モジュール１００の出力電圧が上昇し、第二の閾値電圧Ｖ（２）を越え、パワコン２００での電力供給でＬＥＤ照明装置６００を点灯している状態で第一の閾値電圧Ｖ（１）に達すると（第一の閾値電圧を超えると）、直流電圧検出回路４００は制御回路５００に制御信号を出力し、この制御信号を契機として、制御回路５００は、スイッチＳＷ１・ＳＷ２を短絡し、スイッチＳＷ４からスイッチＳＷ６を開放する。よって、ＬＥＤ照明装置６００は、太陽光モジュール１００の出力電圧のみの電力供給で動作する。この時、制御回路５００は、パワコン２００の出力動作を停止させる。
【００２７】
このように、太陽光モジュール１００が出力する出力電圧が第一の閾値電圧Ｖ（１）を超えるときは、制御回路５００は、交直切替回路３００を動作させて、太陽光モジュール１００が出力する出力電圧を直接にＬＥＤ照明装置６００に入力させるとともに、パワコン２００の出力動作を停止させる。したがって、パワコン２００による電力変換ロスを低減させることができる。
【００２８】
なお、実施の形態１では、ＬＥＤ照明システム１０００を三階建ての建造物に設置する場合について説明したが、他の建造物に設置してもよいことは明らかである。
【００２９】
図６は、ＬＥＤ照明装置６００が１台の場合を示す図である。以上の実施の形態１では、ＬＥＤ照明システム１０００として、複数のＬＥＤ照明装置６００ａ等を用いる場合について説明したが、図６に示すように、ＬＥＤ照明装置６００が１台の場合であっても構わない。
【００３０】
実施の形態２．
図７〜１０を参照して実施の形態２を説明する。実施の形態２は、交直切替回路３００を複数備える場合を説明する。
【００３１】
まず図７、図８を参照して説明する。
図７は、各フロアのＬＥＤ照明装置を対象として、各フロア用の交直切替回路３００を設ける場合を示している。図７では、ＬＥＤ照明システム１０００は、３階用の交直切替回路３００（３）、２階用の交直切替回路３００（２）、１階用の交直切替回路３００（１）を備えている。
図８は、図７の交直切替回路３００の具体構成を示す図である。図８では構成を単純化するために、１階と２階のみを示し、各階とも２台のＬＥＤ照明装置を備える場合を示した。図７、図８に示すように、ＬＥＤ照明システム１０００は、各フロアのＬＥＤ照明装置を対象として、各フロア用の交直切替回路３００を有している。
【００３２】
建造物の屋上に太陽光モジュール１００とパワコン２００と直流電圧検出回路４００と制御回路５００と交直切替回路３００（１）、３００（２）、３００（３）が設置されており、各交直切替回路から、各フロアに設置されているＬＥＤ照明装置に配線されている。
【００３３】
一般的に直流をスイッチで断続する場合、スイッチの接点にアークを引きやすく、最悪の場合、スイッチが切れなかったり、スイッチ接点が溶着してスイッチ素子が故障してしまう恐れがある。これは接続されている負荷が大きい程顕著にあらわれる。
【００３４】
そこで、交直切替回路３００を交直切替回路３００（１）〜３００（３）のように分割し、各フロア毎に直流を分配することで、交直切替回路３００の直流切替スイッチを流れる直流電流を減らすことができる。これによって直流切替スイッチへのストレスを低減できる。
【００３５】
また、図９、図１０は、各ＬＥＤ照明装置に直流切替回路部３００−１（ＳＷ１，ＳＷ２を有するスイッチ部）を設けた例を示す図である。図１０は、図９の直流切替回路部３００−１の具体構成を示す図である。図１０では単純化のために、３階のみを示し、２台のＬＥＤ照明装置６０３ａ，６０３ｂを示した。実施の形態２の図７、図８では、各フロアに交直切替回路３００（１）等を備える場合について説明したが、図９，図１０に示すように、交直切替回路３００の直流切替回路部３００−１を、各ＬＥＤ照明装置６００の近傍にそれぞれ配置してもよい。直流ライン７００とスイッチＳＷ１、ＳＷ２とから構成される直流電圧送電経路は、図１０に示すように、ＬＥＤ照明装置ごとに分岐すると共に、それぞれの分岐に、制御を受けることによりオンとなることで太陽光モジュール１００から出力される直流電圧のＬＥＤ照明装置への送電を導通する直流切替回路部３００−１（スイッチ部）が配置されている。制御回路５００は、実施の形態１で述べた直接送電モードに切り替えるときには、それぞれの分岐に配置された直流切替回路部３００−１のスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンにする制御を実行すると共に、パワコン２００の動作を停止させる。
【００３６】
このように、それぞれのＬＥＤ照明装置に対応させて直流切替回路部３００−１を設けることによって、直流切替時のスイッチ素子にかかるストレスは、１台のＬＥＤ照明装置分とすることができる。よって、直流切替時のスイッチ素子にかかるストレスをより小さくすることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０００  ＬＥＤ照明システム、１００  太陽光モジュール、２００  パワコン、３００  交直切替回路、４００  直流電圧検出回路、５００  制御回路、６００  ＬＥＤ照明装置、７００  直流ライン、ＳＷ１〜ＳＷ６  スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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