(57)【要約】【課題】  気象条件や設置場所に左右されずに発電できる発電システムを提案する。【解決手段】  発電システム１０は、太陽電池等１２と発電機１４と制御装置１６とを備えるものである。発電機１４は、蓄電池２２を電源としてモーター２４で始動する。制御装置１６は、蓄電池２２に太陽電池等１２の発電により発生する電気を蓄電し、蓄電池２２が満充電時には、その発電電力２０を負荷２８側に出力する。また、発電機１４の発電電力２６を負荷２８側に出力し、太陽電池等１２の発電電力２０が発生しない場合その電気を蓄電池２２に蓄電し、蓄電池２２が満充電時には負荷２８側に出力する。これにより、気象条件や設置場所に左右され易い住宅用発電設備においても、安定した発電が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー源を利用して発電する第一発電機と、モーターの始動で発電する第二発電機と、第一発電機の発電電力を供給して前記モーターを始動し第二発電機の発電電力を負荷側に出力する制御装置とを備えることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記モーターの電源として蓄電池を設け、その蓄電池に前記制御装置が前記第一発電機の発電により発生する電気を蓄電することを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【請求項３】
前記制御装置に充放電コントローラーを備え、その充放電コントローラーが前記制御装置に入力される前記第一発電機及び／又は第二発電機の発電により発生する電気を前記蓄電池に充電し、満充電時には停止することを特徴とする請求項２記載の発電システム。
【請求項４】
負荷側にパワーコンディショナーを備え、前記第一発電機及び／又は第二発電機の発電電力を売電することを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー源を利用した発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化現象を防止するため、二酸化炭素の排出量削減などが挙げられている。その対策として、二酸化炭素排出の要因の一つとなっている石油の燃焼量を削減すべく、従来から自然エネルギー源を利用した太陽光発電や風力発電などの発電システムの活用が注目されていた。クリーンなエネルギー源である太陽光や風力を用いた発電システムは、二酸化炭素を排出しない発電であり、自然や生活環境を損なう心配もないため、今後においてもより一層の普及が求められているところである。
【０００３】
太陽光発電や風力発電の発電システムは、資源枯渇の心配が無い太陽光や風力をエネルギー源とするものである。また、負荷電力を自給でき、余剰電力を電力会社に売電することで、石油の燃焼量を削減することが可能となる。
【０００４】
ここで、従来の住宅用太陽光発電システムについて説明する。図４は、従来の住宅用発電設備の構成図である。
図４に示す従来の住宅用太陽光発電システムは、太陽電池１２で発電された直流の電力２０をパワーコンディショナー３４を介して、交流電力（発電電力）Ｇに変換し、住宅の負荷電力Ｌとして利用し、その余剰電力Ｐを電力会社３６へ売電するシステムである。発電電力Ｇが不足する場合は、電力会社３６から商用電力Ｑを買電できる。
【０００５】
上記太陽光発電システムにおいて多量の発電量を得るためには、太陽電池を多く備える必要があり、太陽電池を設置するための比較的大きな面積が必要であった。しかし、住宅用発電設備では太陽電池を設置できる面積は限られており、多量の発電量を得ることは出来なかった。また、太陽光発電や風力発電では、その発電量は気象条件や設置場所に左右され、また夜や風の無い状態では発電されないため、十分な電力を得られない場合があり、結局商用電力に頼らざるを得ないという問題があった。
【０００６】
現在、太陽光発電や風力発電の発電電力を無駄なく利用し売電できる発電システムが提供されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−３３２１０８
【０００７】
特許文献１の風力発電機による発電電力の供給接続装置は、風力発電機によって発電した電力を一旦バッテリーに蓄えた後、太陽光発電機による売電電圧付近まで昇圧させて、太陽光発電用のパワーコンディショナーを介して商用電力系統に売電するものである。太陽光発電機が十分な電圧を出力している場合はその電力を売電し、太陽光発電機の出力電圧が不十分である場合は、その旨を知らせる信号を受けてスイッチにより回路を切り換え、その代わりに蓄えておいた風力発電機による発電電力を売電する。太陽光発電機の電力が売電されない間は、売電に使用されない太陽光発電電力もバッテリーに蓄電する。上記供給接続装置によると、従来既知の太陽光発電用のパワーコンディショナーを使用でき、風力発電機用の新たなパワーコンディショナーを開発する必要がないため、安価な接続装置を提供にできる。また、効率的で安定した電力を供給できるため、商用電力系統へ売電することができる。
【０００８】
しかし、上記供給接続装置では、風が吹かない日や雨・曇りの日等のように発電条件を満たさない日は、バッテリーへの蓄電が不足するおそれがあり、売電することはできないという欠点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の欠点を解決するために、気象条件や設置場所に左右されずに発電できる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】
【００１０】
本発明の発電システムは、エネルギー源を利用して発電する第一発電機と、モーターの始動で発電する第二発電機と、第一発電機の発電電力を供給して前記モーターを始動し第二発電機の発電電力を負荷側に出力する制御装置とを備えるようにしたものである。
【００１１】
また、前記モーターの電源として蓄電池を設け、その蓄電池に前記制御装置が前記第一発電機の発電により発生する電気を蓄電するようにしたものである。
また、前記制御装置に充放電コントローラーを備え、その充放電コントローラーが前記制御装置に入力される前記第一発電機及び／又は第二発電機の発電により発生する電気を前記蓄電池に充電し、満充電時には停止するようにしたものである。
また、負荷側にパワーコンディショナーを備え、前記第一発電機及び／又は第二発電機の発電電力を売電するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発電システムは、石油資源を使用せず、太陽光や風力等のエネルギー源を利用した発電システムである。この発電システムにより、負荷電力を自給し、余剰電力を電力会社に売電することによって、石油の燃焼量を削減することができ、二酸化炭素の排出を削減できる。
【００１３】
また、本発明の発電システムは、太陽光発電や風力発電等により得た電力を利用してモーター発電を行い、その発電電力を負荷側に出力するものであるため、負荷側に電力を安定供給できる。
【００１４】
また、太陽光発電や風力発電等の発電により発生する電気を蓄電池に蓄電しておくことにより、その蓄電池を電源としてモーター発電を行うことができる。これにより、太陽光発電や風力発電等の発電条件を満たさないような日があっても発電が可能となる。従来の発電システムのように気象条件や設置場所に左右されることはない。
【００１５】
また、制御装置に充放電コントローラーを備えることにより、発電により発生する電気を自動的に蓄電池に充電ができ、満充電時には発電される太陽光発電や風力発電の発電電力とモーター発電の発電電力を負荷側に出力できることから、住宅用の発電設備を用いた発電においても多量の発電量を得ることができ、売電も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、発電条件を満たさない日においても発電を可能とするとともに、住宅用発電設備においても負荷電力の自給及び電力会社への売電を実現するものである。
【実施例１】
【００１７】
本発明の発電システムを図に基づいて説明する。図１は、本発明の発電システムの構成図である。図２は、図１の一の実施形態を示す図である。
本発明の発電システム１０は、第一発電機としての太陽電池又は風力発電機１２（以下、「太陽電池等１２」という。）と、第二発電機としての発電機１４と、制御装置１６とを備えるものである。
太陽電池等１２は、太陽光又は風力のエネルギー源１８を電気エネルギーに変換するものである。なお、太陽電池は直流の電気を発生し、風力発電機は交流の電気を発生し、発電電力２０が発生する。
【００１８】
発電機１４は、蓄電池２２を電源としてモーター２４で始動する。モーター２４は、蓄電池２２の電圧上昇過程において、必要トルクが得られた電圧から回転しはじめ徐々に定格回転まで上昇する。また、図示しない操作スイッチをオン・オフしてモーター２４を始動・停止するようにしてもよい。
なお、図１において、モーター２４は発電機１４に連結され結合しているものとする。また、発電機１４の発電電力２６は制御装置１６に出力されるようになっている。
【００１９】
制御装置１６は、太陽電池等１２及び発電機１４の発電電力２０，２６を出入力制御するものである。本実施例では、太陽電池等１２の発電により発生する電気を蓄電池２２に蓄電し、蓄電池２２が満充電時にはその発電電力２０及び発電機１４の発電電力２６を負荷２８側に出力する。また、太陽電池等１２の発電電力２０が発生しない場合は、発電機１４の発電により発生する電気を蓄電池２２に蓄電し、蓄電池２２が満充電時にはその発電電力２６を負荷２８側に出力する。
本発明の発電システム１０では、制御装置１６が蓄電池２２に蓄電することにより、発電機１４による発電を得ることができる。風が吹かない日や雨・曇りの日等のように発電条件を満たさない日であっても、蓄電池２２が充電された状態にあれば、いつでも発電できる。また、２４時間運転が可能な発電機１４を使用する場合、２４時間継続して発電することも可能となる。これにより、住宅用の発電設備でも商用電力に頼らずに負荷電力の自給が可能となり、その余剰電圧を商用電力へ売電することも可能となる。
【００２０】
次に、本発明の実施形態の一例を図２に基づいて説明する。
図２の発電システム１０は、太陽電池等１２で発電された直流の電力を住宅の負荷電力として利用し、その余剰電力を電力会社に売電する住宅用発電システムである。なお、図２において、図１と同じ参照番号の構成部は図１の構成部と同じであるため、その構成部についての説明は省略する。
太陽電池等１２として、太陽電池アレイを用いる。太陽電池アレイは大きな電気を取り出すために太陽電池モジュールを複数枚組み合わせ架台に並べた物である。
【００２１】
制御装置１６は、接続箱３０と充放電コントローラー（チャージコントローラー）３２を備える。接続箱３０は、太陽電池アレイ１２の発電電力２０及び発電機１４の発電電力２６をパワーコンディショナー３４に出力する装置である。また、直流開閉器を内蔵し、電流の逆流を防止するとともにサージ（雷などによる突発的な過電流）を吸収するものである。
【００２２】
上記パワーコンディショナー３４は、直流電力を交流電力に変換するインバーターであり、直流電力を電力会社３６の系統に接続できるよう系統の電気方式（電圧，周波数，相数，線数）と整合が取れた交流電力に変換する機能を有する。
【００２３】
充放電コントローラー３２は、蓄電池２２に適正範囲の電気を蓄電するため電圧を監視するものであり、蓄電池２２が満充電状態になると充電を停止し、電圧が下がると充電を開始する。本実施例では、日の出とともに太陽電池等１２の電圧が上昇すると、充放電コントローラー３２の充電スイッチがオンし、蓄電池２２の充電を開始し、過充電設定電圧に達すると充電スイッチをオフにする。他方、蓄電池２２の電圧が下がり、過充電復帰電圧に達すると再び充電スイッチをオンにする。
図１において、充放電コントローラー３２により蓄電池２２が所定の電圧に充電されるとモーター２４が始動し、発電機１４は発電電力２６を発生する。発電電力２６は制御装置１６の接続箱３０に出力され、接続箱３０により負荷２８側（又はパワーコンディショナー３４）に供給される。
【００２４】
また、太陽電池等１２の発電電力２０が発生しない場合は、充放電コントローラー３２は、前記発電機１４の発電により発生する電気を蓄電池２２に蓄電し、蓄電池２２が満充電状態になると充電を停止し、電圧が下がると充電を開始する。蓄電池２２が満充電時には、太陽電池等１２の発電電力２０及び発電機１４の発電電力２６は負荷２８側に出力される。
【００２５】
モーター２４として三相交流モーターを使用する場合は、インバーター３８を介して、交流電圧をモーター２４に供給する。なお、モーター２４は直流型モーターであってもよい。
また、本実施例のように、発電機１４として交流型発電機を用いる場合は、整流器４０を介して発電電力２６を接続箱３０に出力する。発電機１４は、直流型であってもよい。
【００２６】
電力会社３６の配電網３６ａに上記本発明の発電設備を接続する。即ち、本発明の発電システムを系統に連系して使用する。これにより、太陽電池等１２及び発電機１４で発電した発電電力Ｇが負荷電力Ｌより多い場合（Ｇ＞Ｌ）は、自動的に電力会社３６の系統に流れ（逆潮流）、余剰電圧Ｐ（＝Ｇ−Ｌ）を売電することができる。逆に、発電電力Ｇが不足する場合（Ｇ＜Ｌ）は、自動的に電力会社３６の系統から商用電力Ｑ（＝Ｌ−Ｇ）を買電することができる。
本発明の発電システムによると、発電量が気象条件や設置場所に左右され易い住宅用発電設備であっても、発電機１４によるモーター発電によって安定した発電量を得ることができる。
【００２７】
本発明の発電システムは、上記の実施形態に限るものではない。蓄電池２２を用いない実施形態でも発電可能なものである（図３）。図３の場合、制御装置１６は、第一発電機１２の発電電力２０を供給してモーター２４を始動し、第二発電機１４の発電電力２６を負荷２８側に出力する。第二発電機１４として従来の太陽電池等１２の発電より多量の発電電力を出力する発電機１４を使用することにより、発電電力Ｇを負荷２８に安定供給できるとともにその余剰電力Ｐの買電も可能となる。
【００２８】
本発明における第一発電機の発電は、太陽光発電や風力発電に限るものではなく、廃棄物発電やバイオマス発電など太陽光や風力以外の他のエネルギー源を用いる発電機であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の発電システムの構成図である。
【図２】図１の一の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の発電システムの他の構成図である。
【図４】従来の住宅用発電設備の構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  発電システム
１２  太陽電池又は風力発電機
１４  発電機
１６  制御装置
１８  エネルギー源
２０  発電電力
２２  蓄電池
２４  モーター
２６  発電電力
２８  負荷
３２  充放電コントローラー
３４  パワーコンディショナー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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