(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
家屋を含む施設に設けられ、少なくとも一対の配線を有する施設内配線に直流電源を供給する装置であって、
再生可能エネルギによって発電して直流での給電を行う発電装置に接続される正電源線及び負電源線と、
前記正電源線及び前記負電源線が接続され、前記施設内配線に接続される少なくとも一対の出力線を備えた出力部と、
前記発電装置から供給される電力を平滑化する平滑部と、を備え、
前記平滑部は、前記正電源線に正極が接続され、前記負電源線に負極が接続される蓄電池を備え、
前記発電装置の定格容量（ｋＷ）が前記蓄電池の定格容量（ｋＷｈ）を超えるものであり、前記蓄電池は、放電レート（Ｃ）が前記発電装置の定格容量を前記蓄電池の定格容量で除した値であり、且つ５Ｃ以上であることを特徴とする電源供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源供給装置であって、
前記施設内配線が三線式であって、一対のライブ電線と一本のニュートラル線を備えているときは、
前記出力部が、一対の前記ライブ電線に正の電圧を印加する一対の正出力線と、前記ニュートラル線に接続されるニュートラル出力線を備えていることを特徴とする電源供給装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電源供給装置であって、
前記平滑部は前記蓄電池を少なくとも１台備え、
前記正電源線及び前記負電源線が１対であり、
前記出力部は一対の前記正電源線及び前記負電源線からの電力を前記施設内配線に分配する分配器を備え、
前記分配器の正の出力を前記施設内配線の一対の前記ライブ電線に接続すると共に前記分配器の負の出力を前記施設内配線の前記ニュートラル線に接続し、
或いは、前記分配器の正の出力線を前記施設内配線のニュートラル線に接続すると共に前記分配器の負の出力を前記施設内配線の一対のライブ電線に接続してなることを特徴とする電源供給装置。
【請求項４】
請求項２に記載の電源供給装置であって、
前記平滑部は前記蓄電池を少なくとも１台備え、
前記正電源線及び前記負電源線が１対であり、
前記出力部は、前記正電源線及び前記負電源線に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータを備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの正の出力を前記施設内配線の一対の前記ライブ電線に接続すると共に前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負の出力を前記施設内配線の前記ニュートラル線に接続し、
或いは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの正の出力を前記施設内配線の前記ニュートラル線に接続すると共に前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負の出力を前記施設内配線の一対の前記ライブ電線に接続してなることを特徴とする電源供給装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源供給装置であって、
系統電力を直流化して前記正電源線及び前記負電源線に供給する直流化部を備えていることを特徴とする電源供給装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電源供給装置であって、
前記施設内配線に交流の系統電力の電力線が接続されているときは、
前記出力部からの出力と前記系統電力からの電力の前記施設内配線への供給を切り替える切替部とをさらに備えることを特徴とする電源供給装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電源供給装置であって、
前記施設内配線の一対の前記配線の間に設けられた一又は複数の負荷と、前記負荷の上流側に設けられ前記負荷のオンオフを行う施設内スイッチを備えた前記施設において、前記施設内スイッチの下流側に、前記負荷と並列に、アーク放電を防止するアーク放電防止部を接続してなることを特徴とする電源供給装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電源供給装置であって、
前記施設内配線の一対の前記配線と負荷とを接続する一対の差込電極を有するコンセントに、前記差込電極間に亘ってコンデンサと抵抗が直列に接続され、前記負荷に対して並列となるアーク放電防止部を備えていることを特徴とする電源供給装置。
【請求項９】
請求項５〜８（請求項６〜８は請求項５以上に従属するものに限る）のいずれか一項に記載の電源供給装置であって、
前記直流化部は、三相三線式の電力線により供給される系統電力を直流化するものであり、前記系統電力を全波整流する三相ダイオード整流回路を備えていることを特徴とする電源供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭やオフィス等の電源として直流電源を供給する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や風力発電等の再生可能エネルギの利用は、環境問題を解決するための手段として有力であり、従来より多くの場面で利用されている。例えば、特許文献１においては、太陽電池パネルを用いて太陽光発電を行うと共に、リチウムイオン電池を用いて発電された電力を充電し、太陽光発電を行っていない時間帯にリチウムイオン電池に蓄電された電力を用いる例が開示されている。
【０００３】
このような例は、特許文献１を挙げるまでもなく、数多くの実施例があり、実際の現場においても数多くの実例が存在する。また、蓄電手段の一つとして、電気自動車を用いることも試みられており、自治体等においては、災害時の一時的な電源確保の手段として電気自動車を利用する試みも行われている。
【０００４】
一方で、近年において、電気自動車やハイブリッド車が普及しているが、このような車両は数年から十数年で廃車となるため、これらの車両に利用されていた蓄電池の回収の問題が生じる。近年、これらの車両に用いられている蓄電池の主流はリチウムイオン電池であり、この使用後のリチウムイオン電池の取り扱いが重要となる。
【０００５】
しかしながら、これらの廃蓄電池は、電池の劣化状態を示すＳＯＨ（Ｓｔａｔｅｓ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）が低下しており、再度蓄電池として使用する際には蓄電性能の劣化のために、有力な用途は見つかっていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１８２５４１号公報
【特許文献２】特開２０１９−１１５１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明者等は、廃蓄電池の用途として、特許文献２に示す直流電源システムを提案している。当該直流電源システムにおいては、電気自動車で使用されていた廃蓄電池を用いて、蓄電を主目的とするのではなく、太陽光発電等の再生可能エネルギの平滑化に用いている。当該直流電源システムでは、蓄電容量が劣化し、一般的には蓄電池としては使用し難い蓄電池であっても、十分に再生可能エネルギ平滑化の手段として利用可能であるとの知見を得た。
【０００８】
一方で、特許文献２においても、再生可能エネルギの利用は、パワーコンディショナを介して負荷に供給することがメインであり、一部直接直流電源が接続可能な機器への供給に止まっている（特許文献２の段落００５８及び図１、図５等参照）。
【０００９】
このように、再生可能エネルギの利用においては、パワーコンディショナ等を用いて電流を交流化して用いることが主流となっている。これは、家庭や事業所等の施設内の配線が交流を前提とした配線となっており、施設内で使用される機器も交流電源を利用するものがほとんどであることに起因する。
【００１０】
しかしながら、パワーコンディショナで直流を交流に変換する際には、変換損失のためにエネルギを損失しており、電源の供給の際に貴重な再生可能エネルギの損失が不可避となっている。また、パワーコンディショナは、発電装置の定格容量に応じた規模の設備が必要となり、多くの電力を発電するためには大型の設備が必要となるため、設置費用が高騰するという不都合も生じる。
【００１１】
本発明は、再生可能エネルギを用いて発電し、電力を供給する装置の改良を目的とし、さらに詳しくは、変換損失等のエネルギ損失を低減し、効率よく電力を供給する装置を提供することを目的とする。また、本発明は、他の目的として、電気自動車やハイブリッド車等の普及によって、今後大量に発生する廃蓄電池の再利用のための用途の拡大も目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の電源供給装置は、家屋を含む施設に設けられ、少なくとも一対の配線を有する施設内配線に直流電源を供給する装置であって、再生可能エネルギによって発電して直流での給電を行う発電装置に接続される正電源線及び負電源線と、前記正電源線及び前記負電源線が接続され、前記施設内配線に接続される少なくとも一対の出力線を備えた出力部と、前記発電装置から供給される電力を平滑化する平滑部と、を備え、前記平滑部は、前記正電源線に正極が接続され、前記負電源線に負極が接続される蓄電池を備え、前記発電装置の定格容量（ｋＷ）が前記蓄電池の定格容量（ｋＷｈ）を超えるものであり、前記蓄電池は、放電レート（Ｃ）が前記発電装置の定格容量を前記蓄電池の定格容量で除した値であり、且つ５Ｃ以上であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の電源供給装置によれば、再生可能エネルギによって発電された電力が、直流のまま施設内配線に供給される。即ち、従来のようにパワーコンディショナを用いることなく施設内の負荷に供給されるため、変換損失を伴うことなく電力を供給することができる。また、パワーコンディショナの設置のための費用や設置場所も不要となる。
【００１４】
通常、施設内配線からの電源の供給は、コンセントと呼ばれる差し込み口から行われるが、本発明の電源供給装置によれば、当該コンセントから直接直流電源が供給される。また、前記施設内配線については、単相二線式、単相三線式、三相三線式、又は三相四線式の各種配線において対応が可能である。
【００１５】
ここで、施設内で使用される負荷は、交流から直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ（以下ＡＤコンバータと略称する。）を介して電源が供給されるか、機器内にＡＤコンバータを内蔵しているものが多い。このように、施設内で使用される負荷の多くが直流電源に対応可能であることから、本発明の電源供給装置による電源の供給が可能となる。一方で、交流電源のみに対応可能な機器については、ＤＣをＡＣに変換するインバータを接続する等、個別に対応すればよい。また、一部のコンセントについて、交流電源を供給するようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明の電源供給装置において、前記施設内配線が三線式であって、一対のライブ電線と一本のニュートラル線を備えているときは、前記出力部が、一対の前記ライブ電線に正の電圧を印加する一対の正出力線と、前記ニュートラル線に接続されるニュートラル出力線を備えるものとすることができる。
【００１７】
当該構成において、前記平滑部は前記蓄電池を少なくとも１台備え、前記正電源線及び前記負電源線が１対であり、前記出力部は一対の前記正電源線及び前記負電源線からの電力を前記施設内配線に分配する分配器を備えるときは、前記分配器の正の出力を前記施設内配線の一対の前記ライブ電線に接続すると共に前記分配器の負の出力を前記施設内配線の前記ニュートラル線に接続し、或いは、前記分配器の正の出力線を前記施設内配線のニュートラル線に接続すると共に前記分配器の負の出力を前記施設内配線の一対のライブ電線に接続することができる。
【００１８】
又は、当該構成において、前記平滑部は前記蓄電池を少なくとも１台備え、前記正電源線及び前記負電源線が１対であり、前記出力部は、前記正電源線及び前記負電源線に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータを備えるときは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの正の出力を前記施設内配線の一対の前記ライブ電線に接続すると共に前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負の出力を前記施設内配線の前記ニュートラル線に接続し、或いは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの正の出力を前記施設内配線の前記ニュートラル線に接続すると共に前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負の出力を前記施設内配線の一対の前記ライブ電線に接続してもよい。
【００１９】
また、本発明の電源供給装置において、前記発電装置の定格容量が前記蓄電池の定格容量を超えるものであるときは、前記蓄電池は、放電レートが前記発電装置の定格容量を前記蓄電池の定格容量で除した値以上としている。
【００２０】
発電装置の定格容量（公称最大出力）が蓄電池の定格容量を超える場合、蓄電池の放電レートが小さいと、発電装置の電力の増減に蓄電池の平滑化の能力が追従せず、施設内配線に供給される電力が低下するおそれがある。しかしながら、当該構成によれば、放電レートが高い蓄電池を用いることにより、発電装置の電力の増減に蓄電池の平滑化の能力が追従可能となるため、上記不都合が解消される。ここで、放電レートとは、蓄電池の放電スピードのことであり、定電流放電測定の場合、蓄電池の理論容量を１時間で完全放電させる電流の大きさが１Ｃと定義されている。
【００２１】
また、本発明の電源供給装置において、系統電力を直流化して前記正電源線及び前記負電源線に供給する直流化部を備えていてもよい。当該構成によれば、再生可能エネルギによる発電量が不十分な場合に、系統電力から電力を補充することが可能となる。
【００２２】
また、本発明の電源供給装置において、前記施設内配線に交流の系統電力の電力線が接続されているときは、前記出力部からの出力と前記系統電力からの電力の前記施設内配線への供給を切り替える切替部とをさらに備えることが好ましい。
【００２３】
当該切替部により、施設内配線に供給される電力を、直流と交流に切り替えることができる。この場合、施設内においては、時間帯によって直流電源と交流電源が切り替えられることになるが、予め施設内の各機器を直流交流の両対応が可能なものとすればよい。
【００２４】
また、本発明の電源供給装置において、前記施設内配線の一対の前記配線の間に設けられた一又は複数の負荷と、前記負荷の上流側に設けられ前記負荷のオンオフを行う施設内スイッチ（開閉接点）を備えた前記施設において、前記施設内スイッチの下流側に、前記負荷と並列に、アーク放電を防止するアーク放電防止部を接続してもよい。
【００２５】
施設内に供給される電源が直流電源の場合、施設内に設けられたスイッチをオンオフするとアーク放電が生じるおそれがあるが、前記施設内スイッチ（開放接点）の下流側に、負荷と並列にアーク放電防止部を接続することにより、当該アーク放電が抑制され、施設内スイッチ等の設備の負担を軽減することができる。
【００２６】
また、本発明の電源供給装置において、前記施設内配線の一対の前記配線と負荷とを接続する一対の差込電極を有するコンセントに、前記差込電極間に亘ってコンデンサと抵抗が直列に接続され、前記負荷に対して並列となるアーク放電防止部を備えていてもよい。この場合、コンセントの外部にコンデンサ及び抵抗を配置するタイプとしてもよく、コンセントの内部にコンデンサ及び抵抗を配置するタイプとしてもよい。
【００２７】
また、本発明の電源供給装置において、前記直流化部は、三相三線式の電力線により供給される系統電力を直流化するものであり、前記系統電力を全波整流する三相ダイオード整流回路を備えるものとしてもよい。当該構成によれば、三相交流を力率１００％で整流することが可能であり、送電電力を有効に活用することが可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の電源供給装置によれば、再生可能エネルギを用いて発電し、電力を供給する装置において、変換損失等のエネルギ損失を低減し、効率よく電力を供給する装置を提供することができる。また、本発明は、電気自動車やハイブリッド車等の普及によって、今後大量に発生する廃蓄電池の再利用のための用途の拡大を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の電源供給装置を三線式の施設内配線に適用した状態を示す説明図。
【図２】（Ａ）は第一実施形態の電源供給装置の電力と時刻との関係を示すグラフ、（Ｂ）は比較例における電力と時刻との関係を示すグラフ。
【図３】第一実施形態の電源供給装置を異なる環境で用いた場合の構成を示す説明図。
【図４】第一実施形態の電源供給装置の入力部を三相三線式の施設内配線に適用し、出力部を単相三線式の施設内配線に適用した状態を示す説明図。
【図５】第二実施形態の電源供給装置の構成を示す説明図。
【図６】第三実施形態の電源供給装置を単相二線式の施設内配線に適用した状態を示す説明図。
【図７】第四実施形態の電源供給装置を三線式の施設内配線に適用した状態を示す説明図。
【図８】施設内に設けられたアーク放電防止部を示す説明図。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）はコンセント差込タイプのアーク放電防止部を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
次に、本発明の電源供給装置の実施形態の一例について、図１から図９を参照して説明する。図１は、本実施形態の電源供給装置１を三線式の施設内配線４１に適用した第一実施形態を示す説明図である。
【００３２】
第一実施形態の電源供給装置１は、家屋や事業所等の施設４０に設けられている施設内配線４１に直接直流電源を供給する装置である。言い換えれば、電源供給装置１は、施設４０内のコンセント（図９参照）に直流電源を供給することを可能にする装置である。
【００３３】
家電製品等の電気機器は、施設４０内のコンセントから交流電源を取得しているが、電気機器の内部で直流に変換して電力を消費するものが多い。このような電気機器は、内部又は外部にＡＤコンバータ（ＡＣアダプタ）を有している。
【００３４】
ＡＤコンバータは、整流回路を含んでおり、交流が入力されれば整流された直流となる。一方で、ＡＤコンバータに直流が入力された場合、電源が整流されているので、整流回路を通過して負荷に供給される。このように、ＡＤコンバータに直流が入力された場合でも、交流が入力された場合と同様に特に支障なく負荷に電源が供給されることがわかる。
【００３５】
図１に示す通り、第一実施形態の電源供給装置１は、電力会社から供給される交流の系統電力からの電力線３１を施設内配線４１に接続している施設４０に設置されている。電源供給装置１は、発電装置２に接続される正電源線１１及び負電源線１２と、これらの配線に接続され、施設内配線４１に接続される出力部１３と、正電源線１１及び負電源線１２に亘って接続された平滑部である蓄電池ユニット１４を備えている。発電装置２は、太陽光発電等の再生可能エネルギによって発電して直流での給電を行うものである。
【００３６】
また、電源供給装置１は、系統電力の電力線３１に接続され、交流を直流に変換して直流化する直流化部１５と、系統電力と発電装置２からの電力とを切り替える切替部１６を備えている。直流化部１５は、ダイオードブリッジを用いた整流回路が内蔵されており、蓄電池ユニット１４を備えることにより、平滑用のコンデンサを省くことができる。
【００３７】
切替部１６は、電源供給装置１内に設けられた第一スイッチ１７と、系統電源と施設内配線４１とを接続する電力線３１に設けられた第二スイッチ１８と、これらのスイッチのオンオフを行う制御部１９とを備えている。
【００３８】
正電源線１１及び負電源線１２は、電源供給装置１内において発電装置２からの電力が入力され、第一スイッチ１７を介して出力部１３の分配器２０に接続されている。また、正電源線１１には蓄電池ユニット１４の正極が接続され、負電源線１２には蓄電池ユニット１４の負極が接続されている。
【００３９】
蓄電池ユニット１４は、第一実施形態では、エンジン駆動とモータ駆動とを併用するハイブリッド車に搭載可能な蓄電池ユニットである。特に廃車となったハイブリッド車（或いは電気自動車）から回収された蓄電池ユニット１４は、ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅｓ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）が低下しているが、本発明の電源供給装置１において重要な蓄電池のレートスピード特性（充放電レートの特性）はＳＯＨとは無関係で、ほぼ一定の値を保っている。従って、このようなＳＯＨが低下した蓄電池ユニットを用いても電力の平滑化に支障がないため、積極的にこのような蓄電池ユニットを再利用することができる。
【００４０】
第一実施形態においては、発電装置２の定格容量が蓄電池ユニット１４の定格容量を超えたものとなっている。また、蓄電池ユニット１４は、発電装置２の定格容量を自身の定格容量で除した値以上となる放電レートを有するものを採用している。
【００４１】
蓄電池ユニット１４の放電レートの測定は、蓄電池ユニット１４を満充電状態にした上で、所定負荷にて放電を行い、放電許容範囲まで放電してその時間を測定し、推定することができる。第一実施形態においては、放電レートが５Ｃ以上となる蓄電池ユニット１４を採用している。
【００４２】
第一実施形態においては、発電装置２の定格容量は５ｋＷ、蓄電池ユニット１４の定格容量は１ｋＷｈとなっている。蓄電池ユニット１４の放電レートは５Ｃであるので、当該放電レートは、発電装置２の定格容量を蓄電池ユニット１４の定格容量で除した値（５）以上の値となっている。
【００４３】
蓄電池ユニット１４の内部は、当該蓄電池ユニット１４が使用されていた車両のメーカーにより内部構造が異なっているが、一般に、複数のセル（単体の蓄電池）と制御部が組み合わされたものとなっている。第１の実施形態では、１台の電源供給装置に、蓄電池ユニット１４を１台用いているが、少なくとも１台備えていればよく、複数組み合わせて用いてもよい。
【００４４】
電源供給装置１の出力部１３は、正電源線１１及び負電源線１２からの電力を施設内配線４１に分配する分配器２０を備えている。施設内配線４１は、図１においては、一般家庭に多く見られる単相三線式であり、一対のライブ電線４１ａと一本のニュートラル線４１ｂを備えている。ニュートラル線４１ｂは、アースＥによって接地されている。
【００４５】
電源供給装置１の出力部１３は、分配器２０からの出力線として、一対のライブ電線４１ａに接続されて正の電圧を印加する一対の正出力線２１と、ニュートラル線４１ｂに接続されるニュートラル出力線２２を備えている。第一実施形態の分配器２０は、この一対のライブ電線４１ａに供給される電源を調整してバランスを保つＤＣバランス機能を備えている。
【００４６】
発電装置２は、第一実施形態では、再生可能エネルギとして、太陽電池パネルによって発電を行う太陽光発電を採用している。再生可能エネルギとしては、太陽光発電のみならず、風力発電、バイオマス発電、水力発電、地熱発電、或いは潮力発電等、環境負荷の小さい様々な発電技術によって生成されたエネルギを利用することができる。
【００４７】
施設４０としては、一般家庭や、中小の事業所、大規模な工場等の様々な規模の施設４０を含む。また、再生可能エネルギの利用促進を図る地域や、災害等で通常の電力会社からの系統電力が遮断された地域等にも適用が可能である。特に、災害時は、避難所となる学校や公民館等に適用することが可能となる。
【００４８】
次に、第一実施形態の電源供給装置１の作動について説明する。まず、発電装置２からの電力のみが施設内配線４１に供給される場合について説明する。この場合、制御部１９によって、第一スイッチ１７がオン（閉）となり、第二スイッチ１８がオフ（開）となる。これにより、系統電力からの電力が遮断され、発電装置２のみから電力が供給される。
【００４９】
発電装置２によって十分な電力が供給されている場合は、発電装置２から正電源線１１及び負電源線１２に直流の電力が供給される。正電源線１１及び負電源線１２には、蓄電池ユニット１４が接続されているため、発電装置２の出力に変動があった場合でも、この蓄電池ユニット１４によって平滑化され、安定した電力の供給が行われる。
【００５０】
蓄電池ユニット１４の下流側では、第一スイッチ１７を介して分配器２０に電力が供給され、分配器２０によって一対の正出力線２１とニュートラル出力線２２に電力が分配される。これにより、施設内配線４１のライブ電線４１ａと一本のニュートラル線４１ｂに直流の電力が供給され、施設４０内のコンセントに直流の電力が直接供給される。
【００５１】
この状態から、発電装置２の発電量が一時的に減少した場合、蓄電池ユニット１４から一時的に電力が供給されるため、施設内配線４１には安定した電力の供給が行われる。このとき、発電装置２の発電量が大幅に減少した場合においても、蓄電池ユニット１４から電力が供給されるが、蓄電池ユニット１４の放電レートが５Ｃ以上なので、施設内配線４１には安定した電力を供給することができる。
【００５２】
図２は、発電装置２の発電量が一時的に減少した場合の負荷に対する電力の供給状態を示すグラフである。図２（Ａ）は、第一実施形態の電源供給装置１における発電装置２の出力（実線）と、蓄電池ユニット１４による平滑化後に負荷に供給される電力（点線）を示すグラフである。図２（Ｂ）は、蓄電池ユニット１４に代えて放電レートが１Ｃのテスト用蓄電池（図示省略）を用いた場合の発電装置２の出力（実線）と、テスト用蓄電池による平滑化後に負荷に供給される電力を示すグラフである。いずれのグラフも、横軸が時刻であり、縦軸が電力をとなっている。
【００５３】
図２（Ａ）に示すように、第一実施形態の電源供給装置１によれば、発電装置２の発電量が一時的に減少した場合であっても、蓄電池ユニット１４の平滑作用及び放電作用により、負荷に供給される電力は一定となる。一方で、放電レートが１Ｃの蓄電池の場合、図２（Ｂ）に示すように、不足した電力を補うために蓄電池から供給される電力が追いつかず、負荷に供給される電力に変動が生じる。このように、蓄電池の放電レートの相違によって、負荷に供給される電力の安定化の度合いが異なるため、蓄電池の放電レートが所定の関係式（放電レートを発電装置２の定格容量を蓄電池ユニット１４の定格容量で除した値以上とする）を満たすものとすることが重要となる。
【００５４】
この状態から、さらに発電装置２の発電量が大幅に減少し、蓄電池ユニット１４の蓄電容量では不足する電力を補えない場合は、直流化部１５内のスイッチ回路（図示省略）が作動し、系統電力からの電力が電源供給装置１に導入される。具体的には、系統電力の電力線３１から直流化部１５に電力が供給され、直流化部１５から正電源線１１及び負電源線１２に電力が供給される。これにより、発電装置２のみでは不足する電力を系統電力から補充することができる。
【００５５】
また、発電装置２が太陽光発電を主とするものであって、夜間等で発電装置２からの電力が期待できない時間帯は、切替部１６によって系統電力からの電力に切り替える。具体的には、制御部１９によって、第二スイッチ１８をオン、第一スイッチ１７をオフにする。これにより、系統電力からの電力が施設内配線４１に供給され、発電装置２からの電力は遮断される。
【００５６】
以上の作動により、再生可能エネルギを用いた発電装置２の発電量が大きい場合は、第一実施形態の電源供給装置１によって、施設内配線４１に直流の電力が供給され、施設４０内の負荷によって直流の電力として消費される。従って、従来のように直流で発電された電力を、パワーコンディショナ等を用いて交流に変換する必要がないため、変換の際の損失を解消し、効率よく再生可能エネルギを利用することができる。
【００５７】
なお、上記第一実施形態においては、分配器２０の正出力線２１をライブ電線４１ａに接続し、ニュートラル出力線２２をニュートラル線４１ｂに接続しているが、これに限らず、正出力線２１をニュートラル線４１ｂに接続し、ニュートラル出力線２２を一対のライブ電線４１ａに接続するようにしてもよい。
【００５８】
この場合、ライブ電線４１ａを−１００Ｖ等の電圧とし、ニュートラル線４１ｂをアース電圧とすればよい。当該配線の極性は、施設内配線４１内に接続される負荷の極性に合わせればよいため、必要に応じて正負の極性を変更すればよい。
【００５９】
次に、第一実施形態の電源供給装置１を、災害発生後の施設４０に設置する場合について説明する。災害が発生して停電が長引くような状況においては、迅速な電源供給が急務となる。発電装置２においては、現在では大型のトレーラーに太陽光発電装置及び備蓄電源としての蓄電池を設けたものが実用化されている。
【００６０】
第一実施形態の電源供給装置１では、このような臨時に設置が可能な発電装置２との組み合わせで、少なくとも日中の電源確保を行うことができる。具体的には、電源供給装置１を被災地の施設４０に設置し、正電源線１１及び負電源線１２に発電装置２の直流電源を接続する。当該構成によれば、発電装置２において発電された電力を変換することなく直流電源として施設４０に供給することができるので、効率のよい電力の供給を実現することができる。
【００６１】
次に、本発明の第一実施形態の電源供給装置１を、環境の異なる施設４０に設置する場合について、図３を参照して説明する。施設４０は、施設内配線４１に直流電源のみを供給する施設となっている。このような施設４０には、系統電力からの交流電源が供給されないか、或いは系統電力からの電力を直流に変換して施設内配線４１に供給する形態となる。
【００６２】
電源供給装置１としては、上記第一実施形態における電源供給装置１と同様の構成となっている。一方で、第一の実施形態と異なるところは、系統電力から施設内配線４１への直接の電源供給が行われていない点である。
【００６３】
第一実施形態の電源供給装置１によれば、このような状況においても、発電装置２からの電力と系統電力からの電力を組み合わせて、安定した電力を施設内配線４１に供給することができる。
【００６４】
第一実施形態における電源供給装置１においては、系統電力として、三相三線式の電力を導入することも可能である。この場合は、図４に示すように、直流化部１５ａの内部回路として、整流回路１５ｂで整流を行う。
【００６５】
図４に示すように、整流回路１５ｂは、三相ダイオード整流回路であり、複数のダイオード１５ｃを組み合わせた簡易な回路によって三相交流を全波整流することができる。具体的には、整流回路１５ｂは、３本の電力線３１にそれぞれ接続される入力線１５ｄと、入力線１５ｄと電力線３１との接続部の上流側及び下流側に、一方向に向けてダイオード１５ｃを配置したものとなっている。当該構成により、三相交流を力率１００％で整流することが可能であり、送電電力を有効に活用することが可能となる。
【００６６】
また、後段の蓄電池ユニット１４が不安定な直流電力を平滑化し、電源回路に用いられる複雑なスイッチング機構や、コイル及びコンデンサ等を用いる必要がないため、高調波が発生しない。
【００６７】
また、当該直流化部１５ａを用いることにより、従来の高圧受電設備の多くが力率８５％程度であったところ、力率１００％となるため、この力率に応じて決定される電気料金を大幅に削減することができる。また、直流化部１５ａによって設備費用が大幅に低減されるので、本発明の電源供給装置の導入がしやすくなるという利点がある。
【００６８】
次に、本発明の第二実施形態の電源供給装置１ａについて、図５を参照して説明する。第二実施形態の電源供給装置１ａは、分配器２０ではなく、ＤＣコンバータ２５（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を用いている。なお、第二実施形態において、第一実施形態と同様の構成については、上記と同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６９】
ＤＣコンバータ２５は、正出力線２１が、２本に分岐されて施設内配線４１の一対のライブ電線４１ａに接続され、ニュートラル出力線２２（負出力線）が施設内配線４１のニュートラル線４１ｂに接続される。第二実施形態においては、発電装置２から供給される電源を分配器２０ではなくＤＣコンバータ２５を用いて施設内配線４１に供給しているため、装置の構成を簡易なものとすることができる。
【００７０】
なお、この第二実施形態においても、ＤＣコンバータ２５の正出力線２１をニュートラル線４１ｂに接続し、ニュートラル出力線２２（負出力線）を一対のライブ電線４１ａに接続してもよい。この場合も、直流電源における正負の極性は、施設４０内で使用される負荷の極性に応じて適宜変更することができる。
【００７１】
次に、本発明の第三実施形態について、図６を参照して説明する。第三実施形態の電源供給装置１ｂは、図６に示すように、施設内配線４１が単相二線式の施設４０に電力を供給する装置である。
【００７２】
第三実施形態において、第一実施形態と異なるところは、分配器２０に代えてＤＣコンバータ２５を用いている点である。また、第二スイッチ１８ａが、三線式ではなく二線式のものとなっている。なお、その他の構成は、上記第一実施形態と同様の構成となっている。本発明の電源供給装置は、この第三実施形態の電源供給装置１ｂように、施設内配線４１が単相二線式であっても対応が可能である。
【００７３】
次に、本発明の第四実施形態の電源供給装置１ｃについて、図７を参照して説明する。第四実施形態の電源供給装置１ｃは、発電装置２が、太陽光発電のみならず、風力発電、水力発電等、複数の再生可能エネルギを組み合わせて、常時安定した電源の供給を行うことができる場合に用いられる。
【００７４】
この第四実施形態の電源供給装置１ｃでは、図７に示すように、系統電力からの電源の供給を必要としないため、上記各実施形態のような直流化部１５は不要となる。なお、その他の構成は、上記第一実施形態と同様の構成となっている。
【００７５】
第四実施形態の電源供給装置１ｃは、再生可能エネルギの利用促進が図られた状況において用いられる電源供給装置であり、系統電力からの配線を必要としないので、施設４０への設置が容易となる。なお、第四実施形態の電源供給装置１ｃにおいて、第二実施形態と同様に、発電装置２に接続される正電源線１１及び負電源線１２を複数の系統（２系統）に分けて施設内配線４１に接続するようにしてもよい。
【００７６】
次に、アーク放電防止部として、施設４０に設置される例について、図８を参照して説明する。図８に示すように、電源供給装置１〜１ｃに接続された施設内配線４１のうち、１本のライブ電線４１ａとニュートラル線４１ｂに複数の負荷４３が接続されている。この負荷４３は、本実施形態では室内照明であり、当該室内照明のオンオフ用の施設内スイッチ４２が設けられている。
【００７７】
アーク放電防止器２６は、施設内スイッチ４２の下流の位置に、負荷４３と並列に設けられている。アーク放電防止器２６の内部には、アーク放電防止用のコンデンサ２６ａと抵抗２６ｂが直列に接続されて施設内配線４１に接続されている。
【００７８】
このように、アーク放電防止器２６を施設内スイッチ４２の下流の位置に設けることにより、複数の負荷４３の上流側に設けられた施設内スイッチ４２のオンオフの際に、アーク放電の発生を抑止することができる。なお、負荷４３は室内照明に限らず、他の電気機器であってもよい。
【００７９】
アーク放電抑制の原理は次の通りである。施設内スイッチ４２をオフにすると、当該スイッチの接点間に継続して電流が流れようとするが、負荷４３とアーク放電防止器２６との間に閉回路が形成されている。これにより、施設内スイッチ４２の接点間にアーク放電を発生させるよりもコンデンサ２６ａから電流を流す方が抵抗が小さくなるため、コンデンサ２６から電流が流れ、施設内スイッチ４２の接点間のアーク放電が防止される。施設内スイッチ４２のオンの際も同様である。
【００８０】
また、アーク放電防止器２６は、図９に示すように、施設４０内に設けられたコンセント４４に差し込むタイプであってもよい。コンセント４４は、一対の施設内配線４１に接続され、電気機器等の負荷のプラグが差し込まれる差込電極４４ａを備えている。
【００８１】
図９（Ａ）に示すように、アーク放電防止器２６は、プラグ２６ｃと差込電極２６ｄを備えている。アーク放電防止器２６の内部は、図９（Ｂ）に示すように、プラグ２６ｃと差込電極２６ｄとを結ぶ配線に亘って、コンデンサ２６ａ及び抵抗２６ｂが直列に接続されている。
【００８２】
このアーク放電防止器２６をコンセント４４に差し込むことにより、アーク放電防止器２６の差込電極２６ｄに電気機器のプラグを差し込んだ際に、アーク放電を抑止することができる。なお、このアーク放電防止器２６は、コンセント４４の内部にコンデンサ２６ａ及び抵抗２６ｂを内蔵するタイプとしてもよい（図示省略）。
【００８３】
以上の各実施形態の電源供給装置によれば、蓄電池ユニット１４として、電気自動車やハイブリッド車で用いられていた廃蓄電池を有効に再利用することができる。従って、電気自動車やハイブリッド車等の普及によって、今後大量に発生する廃蓄電池の再利用のための用途の拡大が可能となる。また、装置としてパワーコンディショナを必要としないので、設置コストを削減することができる。
【００８４】
また、各実施形態の電源供給装置によれば、蓄電池ユニット１４が設けられているため、従来の再生可能エネルギ利用の電源供給装置に設けられているＰＦＣ回路から平滑用コンデンサを除去することができる。平滑用コンデンサは、一般に外形寸法が大きく、重量もあり、価格も高額であるため、再生可能エネルギの利用促進のネックになっていた。本発明の電源供給装置によれば、このような平滑用コンデンサを不要とできるので、再生可能エネルギのさらなる利用促進を図ることができる。
【００８５】
さらに、各実施形態の電源供給装置によれば、災害時に系統電力を利用できない場合であっても、既設の太陽光発電設備や、臨時に設置した太陽光発電装置で発電した電力を、直接直流電源として効率よく利用することができる。また、別途太陽光発電で生じた余剰電力を蓄電する蓄電装置と併用することで、昼夜を問わず災害時の非常用電力として、電力を有効活用することができる。
【００８６】
特に、スマートフォンやパーソナルコンピュータ等の直流での稼働や充電が可能な機器に対しては、パワーコンディショナ等による変換損失を生じることなく有効に電力を使用することができる。
【００８７】
なお、上記各実施形態において、第一スイッチ１７について、蓄電池ユニット１４とは別個に設けているが、蓄電池ユニット１４に内蔵されているスイッチ（図示省略）を利用してもよい。電気自動車やハイブリッド車に用いられている蓄電池ユニットには、出力のオンオフを行うスイッチが設けられている。当該スイッチを利用することにより、電源供給装置１の構成を簡素化することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ…電源供給装置
２…発電装置
１１…正電源線
１２…負電源線
１３…出力部
１４…蓄電池ユニット
１５，１５ａ…直流化部
１５ｂ…整流回路
１５ｃ…ダイオード
１５ｄ…入力線
１６…切替部
１７…第一スイッチ
１８，１８ａ…第二スイッチ
１９…制御部
２０…分配器
２１…正出力線
２２…ニュートラル出力線
２５…ＤＣコンバータ
２６…アーク放電防止器
２６ａ…コンデンサ
２６ｂ…抵抗
２６ｃ…プラグ
２６ｄ…差込電極
３１…電力線
４１…施設内配線
４１ａ…ライブ電線
４１ｂ…ニュートラル線
４２…施設内スイッチ
４３…負荷
４４…コンセント
４４ａ…差込電極
【要約】
【課題】再生可能エネルギを用いた直流電源供給装置を改良し、変換損失等のエネルギ損失を低減し、効率よく電力を供給する装置を提供する。また、電気自動車やハイブリッド車等の廃蓄電池の再利用を促進する。
【解決手段】
家屋を含む施設４０の施設内配線４１に直流電源を供給する電源供給装置１であって、再生可能エネルギによって発電する発電装置２に接続される正電源線１１及び負電源線１２と、施設内配線４１に接続される出力部１３と、正電源線１１及び負電源線１２に亘って接続された蓄電池ユニット１４として蓄電池ユニット１４を備える。また、系統電力の電力線３１に接続される直流化部１５と、電力を切り替える切替部１６を備える。蓄電池ユニット１４は、電気自動車やハイブリッド車等の廃蓄電池を再利用する。正電源線１１には蓄電池ユニット１４の正極が接続され、負電源線１２には負極が接続される。
【選択図】図１【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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