(57)【要約】【課題】  弱日射時の太陽電池の発電電力を無駄にせず、強日射時は高効率で動作させ、もって簡単な構成で信頼性の高い、かつ高効率な電動機運転装置を提供する。【解決手段】  太陽電池と、該太陽電池からの電力を変換して電動機に供給する電力変換手段と、前記太陽電池と並列に接続された電力を蓄電するための蓄電手段とを有する電動機運転装置において、前記太陽電池の出力だけで前記電動機を運転する単独電源モード期間を予め設定するためのタイマ手段と、前記太陽電池と前記蓄電手段と前記電力変換手段との接続点と前記蓄電手段との間に介挿された開閉手段と、前記太陽電池の出力値を検出する出力値検出手段と、前記単独電源モード期間内は前記開閉手段を開とし、前記単独電源モード期間外は前記出力値検出手段が出力する信号に基づいて前記開閉手段を制御する開閉制御手段とを設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、該太陽電池からの電力を変換して電動機に供給する電力変換手段と、前記太陽電池と並列に接続された電力を蓄電するための蓄電手段とを有する電動機運転装置において、
前記太陽電池の出力だけで前記電動機を運転する単独電源モード期間を予め設定するためのタイマ手段と、
前記太陽電池と前記蓄電手段と前記電力変換手段との接続点と前記蓄電手段との間に介挿された開閉手段と、
前記太陽電池の出力値を検出する出力値検出手段と、
前記単独電源モード期間内は前記開閉手段を開とし、前記単独電源モード期間外は前記出力値検出手段が出力する信号に基づいて前記開閉手段を制御する開閉制御手段と
を有することを特徴とする電動機運転装置。
【請求項２】
前記電力変換手段を、前記単独電源モード期間内は最大電力点追尾運転制御し、前記単独電源モード期間を過ぎてから前記開閉手段が開となるまでは定周波数運転制御する電力制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の電動機運転装置。
【請求項３】
前記電力制御手段は、前記単独電源モード期間を過ぎてから前記出力値検出手段で検出した電圧値が予め定めた放電禁止電圧に下降すると前記電力変換手段の運転を停止することを特徴とする請求項２に記載の電動機運転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池を電源とする電動機運転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化、化石燃料の枯渇、原発事故や放射性廃棄物による放射能汚染等が問題となっており、地球環境とエネルギーに対する関心が急速に高まっている。このような状況のもと、太陽電池等は無尽蔵かつクリーンなエネルギー源として期待されている。太陽電池を利用するためのシステム形態としては、数ワットから数千キロワットまで種々の規模がある。また、その種類も多岐にわたっており、例えば、電力を直接利用するもの、バッテリに蓄電するもの、商用電源と連系して利用するもの等が挙げられる。このうち、灌漑や飲料用に井戸や川等の水源から水を汲み上げて利用するソーラポンプシステムとして提案されているものは、特に、熱帯地方の日射量の多い地域や未電化地域では、運転コストや燃料運搬にかかる手間等が省けるという理由から特に有効である。また、地震等の災害時で、電力や水道の供給がストップした場合でも、水が確保できるという長所を有する。
【０００３】
図２は従来例であり本発明の適用対象でもあるソーラポンプシステムを用いた給水装置の構成を示す。同図において、非安定電池電源である太陽電池１の直流電力は、ポンプ運転装置８を介してポンプ３に供給される。井戸１５の水はポンプ３により第１の液体搬送パイプ１１を通って給水槽９に揚水され貯えられる。給水槽９内の水は第２の液体搬送パイプ１６およびバルブ１０を通って給水される。
【特許文献１】特開昭５６−１３２１２５公報
【特許文献２】特開昭５７−１５３５３１公報
【特許文献３】特開昭６０−７４９９５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、図２の給水装置において、図１１のように太陽電池１の電源のみでポンプ３を運転するポンプ運転装置８を用いたものにおいては、太陽電池は、朝夕や曇りの日には発電電力が少なくなり、この時ポンプは動作しているが水が吐出口まで水が到達していないため、水を汲み上げられない。
【０００５】
このときの電力を無駄にしないために、図１２のように複数台のポンプを使う方法が特開昭５６−１３２１２５公報や特開昭５７−１５３５３１公報で提案されている。しかし、ポンプは一般に大きな容量の方が効率が良く、複数のポンプで同じ最大容量を持たせるようにすると、弱日射のときには、一部のポンプだけを動かすことにより、無駄になる電力が減るものの、弱日射、強日射時を通してみれば効率が悪く、またコストも高い。
【０００６】
また、図１３のように、太陽電池の電力を蓄電池に蓄えながらポンプを運転する方法も特開昭６０−７４９９５公報で提案示されている。しかし、太陽電池の動作電圧が、蓄電池電圧に固定されてしまい、太陽電池を最大出力点で動作させることができないので、効率よく太陽エネルギーを利用することができない。
【０００７】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、太陽電池の電力を利用して電動機を運転する電動機運転装置において、電動機の台数を１台にして、良好な効率を確保しつつ、さらに弱日射時の太陽電池のように発電電力が少ない場合でもその電力を無駄にしないようにし、かつ、ある程度以上の電力が得られるときは太陽電池を最大出力状態で動作させ、効率よくエネルギーを利用し、もって簡単な構成で信頼性の高い、かつ高効率な電動機運転装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明では、太陽電池と、該太陽電池からの電力を変換して電動機に供給する電力変換手段と、前記太陽電池と並列に接続された電力を蓄電するための蓄電手段とを有する電動機運転装置において、前記太陽電池の出力だけで前記電動機を運転する単独電源モード期間を予め設定するためのタイマ手段と、前記太陽電池と前記蓄電手段と前記電力変換手段との接続点と前記蓄電手段との間に介挿された開閉手段と、前記太陽電池の出力値を検出する出力値検出手段と、前記単独電源モード期間内は前記開閉手段を開とし、前記単独電源モード期間外は前記出力値検出手段が出力する信号に基づいて前記開閉手段を制御する開閉制御手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、蓄電手段を設けることにより、弱日射時の太陽エネルギーを無駄にすることなく給水することができる。すなわち、図３は、晴天時の１日の太陽電池の発電量の変化であるが、従来、１台のポンプで、蓄電手段なしで貯水槽に汲み上げ、給水する場合、弱日射時の発電電力であるａ，ｂの部分が無駄になっていた。これに対し、本発明の場合、弱日射時の発電電力は蓄電手段に蓄電するため、無駄になる部分はほとんどない。また、蓄電手段に十分蓄電されている時には、蓄電手段に蓄電されている電力を補って運転するため、容量の小さい蓄電手段でよく、さらに、太陽電池の発電電力を直接使う分には、充放電の損失がなく効率がよい。また、太陽電池の電力だけで運転できる時には、蓄電手段を切り離し、図４のＣ部分のように太陽電池の最大出力点電圧で運転できるので、太陽電池の利用効率が良い。また、１台のポンプを使用することにより、小さな容量のポンプを２台使用するよりも、液体を効率よく搬送でき、また装置のコストを下げることができる。
【発明の効果】
【００１０】
すなわち、本発明によれば、太陽電池を用いたソーラポンプシステムにおいて、蓄電手段と開閉手段を設けて、この開閉手段と電力変換手段の運転を制御することにより、以下のような効果がある。
【００１１】
（１）弱日射時の電力を蓄電して使用することにより、太陽エネルギーを効率よく利用でき、ポンプを複数台数使う方法に比べ、ポンプ効率も高めることができる。
（２）蓄電手段に蓄電されている時には、弱日射時の電力を直接インバータに供給し、足りない分を蓄電手段から補充するため、直接利用した分には、充放電の損失がなく、いったん発電電力を蓄電するシステムに比べ、電力の利用の効率が良い。
（３）太陽電池の電力のみで運転するときには、開閉手段により蓄電手段を切り離すことができ、太陽電池の最大出力点追尾制御を行なうことができるため、太陽電池の利用効率を高めることができる。
（４）制御装置が簡単である。
（５）必要な蓄電手段の容量が比較的小さいので、安いコストで実現可能である。
（６）蓄電手段に深放電のできるニッケル水素電池や電気二重層コンデンサを用いれば、蓄電手段を小型化・軽量化、長寿命化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記電力変換手段を、前記単独電源モード期間内は最大電力点追尾運転制御し、前記単独電源モード期間を過ぎてから前記開閉手段が開となるまでは定周波数運転制御する電力制御手段を有することを特徴とする。
【００１３】
また、前記電力制御手段は、前記単独電源モード期間を過ぎてから前記出力値検出手段で検出した電圧値が予め定めた放電禁止電圧に下降すると前記電力変換手段の運転を停止することを特徴とする請求項２に記載の電動機運転装置。
前記非安定電源は、太陽電池であり、前記電動機は電動ポンプであることを特徴としている。また、前記出力値検出手段は、出力電圧検出手段と、出力電流検出手段からなることを特徴としている。
【００１４】
図１に本発明の一実施形態に係る電圧制御方法を用いた太陽光発電システムの基本構成を示す。この太陽光発電システムは例えば図２に示す給水システムに適用される。図１において、非安定電源である太陽電池１の直流電力は、電力変換手段２にて電力が変換され、負荷３に供給される。電力変換手段２、出力値検出手段４、蓄電手段５、開閉手段６および制御手段７は、本発明の特徴とする電動機運転装置８（図２参照）を構成する。２０は逆流防止手段である。
【００１５】
太陽電池１としては、アモルファスシリコン系等の非晶質シリコン、単結晶シリコン、多結晶シリコンあるいは化合物半導体を用いた太陽電池等がある。通常は、複数の太陽電池を直流を直並列に組み合わせて、所望の電圧、電流が得られるようにアレイやストリングを構成する。
【００１６】
電力変換手段２としては、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ等のスイッチング素子を用いたＤＣ／ＤＣコンバータ、自励式電圧型ＤＣ／ＡＣコンバータなどがある。これらは、負荷３として直流ポンプを使用するか交流ポンプを使用するかによって決まる。この電力変換手段２は、前記スイッチング素子のゲートパルスのオン／オフデューティ比を変えることで、入出力電圧、出力周波数などを制御できる。
【００１７】
ポンプ３としては、直流ポンプと交流ポンプがあり、直流ポンプは、直結する場合や、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続する場合がある。しかし、直流ポンプは、一般に整流子などの接触部分があり、寿命を考えて、接触部分のない交流ポンプが多用される。特に大規模システムの場合は、交流ポンプが好んで使用される。また、ポンプには、遠心ポンプ、軸流ポンプ等の種類があり、用途に応じて選べばよい。なお、ポンプ３として直流ポンプを太陽電池１に直結して用いる場合、電力変換手段２は、単なる開閉手段となり、後述する開閉手段６と同様に構成される。
【００１８】
出力値検出手段４は、電圧検出手段４１および電流検出手段４２を具備する。  電圧検出手段４１は電源１の出力電圧を抵抗で分圧し、その電圧値信号を出力設定手段に送る。この際、ノイズの混入等を避けるために検出信号の送信回路は、入出力間の絶縁を完全に行なえるフォトカプラ等で、電源１の出力回路と絶縁しておくことが望ましい。また、制御手段７の出力設定手段７１および開閉制御手段７２がディジタル回路で構成されているときには、電圧検出手段４１は、電圧値信号をＡ／Ｄ変換によりディジタル値に変換して出力設定手段７１および開閉制御手段７２に送る。
【００１９】
電流検出手段４２は、ホール素子または標準抵抗等で電流を電圧に変換し、電圧検出手段４１と同様に検出信号をアナログ値またはディジタル値として制御手段７の出力設定手段７１および開閉制御手段７２に送り込む。
【００２０】
これらの検出手段４１，４２をディジタル回路で実現する場合に用いられるＡ／Ｄコンバータは十分高速かつ高精度であることが好ましく、具体的には、１０ビット以上の分解能を持ち、５０ＫＨｚ以上のサンプリング速度を持つものが好ましい。このようなＡ／Ｄコンバータを用いることにより、０．１％以下の誤差で、かつ１秒以下の応答を持った制御系を構成できる。
【００２１】
蓄電手段５は、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、電気二重層コンデンサなどが使用でき、システムの規模と蓄電容量にあわせて選択するとよい。深放電できる比較小容量のもので
よい。特にニッケル水素電池は１００％深放電可能で小型・長寿命であり、電気二重層コンデンサでは、寿命が半永久的であるという特性が得られる。この蓄電手段の端子電圧は、おおむね電源１の最大出力点電圧に合わせておくのが望ましい。
【００２２】
開閉手段６は、リレーや、ソリッドステートリレーなどや、あるいは、トランジスタ等のスイッチング素子など、外部信号により開閉でき、電流容量や耐電圧が、太陽電池や負荷の容量や電圧に耐えうるものなら何でもよい。
【００２３】
制御手段７は、出力設定手段７１、開閉制御手段７２および電力制御手段７３を具備する。
出力設定手段７１は、上記出力検出手段４から供給される検出信号をもとに演算を行って、太陽電池１の出力電圧設定値を決定し、太陽電池１の出力電圧がこの設定値になるように、電力変換装置２の通流率等を制御する。この出力設定手段７１は、アナログ回路でも実現できるが、ディジタル回路で実現し、演算をソフトウエア化する方が、パラメータの変更などは容易である。この場合は、制御用マイクロコンピュータとして具体化され、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力ポート、数値演算器等により構成することができる。
【００２４】
開閉制御手段７２は、上記出力検出手段４からの検出信号をもとに演算を行ない、開閉手段６および電力制御手段７３に信号を出す。この開閉制御手段７２は、オペアンプなどのアナログ回路でも実現できるが、上記制御用マイクロコンピュータにこの機能を盛り込むとよい。
【００２５】
逆流防止手段２０は、蓄電池５から太陽電池１へ電流が逆流するのを防止する。これには、整流用ダイオード、ショットキバリアダイオードなどがあり、低圧のシステムでは、順方向電圧降下による損失を考えて、ショットキバリアダイオードを、高圧では、耐圧を考慮して整流用ダイオードを用いるとよい。
【００２６】
電力制御手段７３は、いわゆるゲート駆動回路であり、瞬時値電流比較、正弦波／三角波比較方式等により、ゲートパルスを発生する。これにより電池電源の出力設定手段７１の出力に一致するように、電力変換装置２の通流率を制御する。この電力制御手段７３はアナログ回路でもディジタル回路でも構成できる。市販の電力変換手段ではこのような電力制御手段の一部または全部に相当するものを内蔵するものも多く、それらは、最近ではほとんどがディジタル化されており、ＣＰＵやＤＳＰを装備している。使用する電力変換手段が電力制御手段の一部または全部を含んでいる場合、制御手段７の電力制御手段７１は、その電力変換手段を動作させるために必要な信号を作成する。その場合は、上記制御用マイクロコンピュータにこの機能を盛り込むとよい。
【００２７】
ディジタル化された場合の電力制御手段７３は前述の出力設定手段７１および開閉制御手段７２と類似の構成であり、これらを兼用することも可能である。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
図１の構成において、太陽電池１としてアモルファス太陽電池モジュール（ＵＳＳＣ社製、商品名ＵＰＭ−８８０）を１０個直列にして使用し、電力変換手段２としては、自己消弧型スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ    Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）を用い、フルブリッジ３相インバータを構成した。ＩＧＢＴは、高耐圧高速スイッチング素子であり、数１００Ｗから数１０ＫＷクラスまでのインバータに好んで用いられる。この出力に交流３相モータ直結マグネットポンプ３を接続した。
【００２９】
ポンプによる液体搬送系は、図５のように構成した。水は、ＦＲＰ（強化プラスチック）の貯水槽１７に貯え、この容器１７の高さ０．１ｍのところに液体取り入れ口１８を設けた。また、液体の搬送経路１１は、内径５０ｍｍのビニルホースを使用し、ポンプ３は容器１７の底面を基準として高さ０．１ｍのところに設置し、その吸入口３１は貯水槽１７に接続し、吐出口３２から高さ１５ｍまでこのビニルホース１１を設置した。このビニルホース１１の途中には流量計１３を取り付け、先端は、内径７５ｍｍの硬質塩化ビニルのパイプ１２に挿入した。このようにして、汲み上げた水はポンプ３により１５ｍまで持ち上げられ、パイプ１２をドレンとして、貯水槽１７に戻した。
【００３０】
また、出力値検出手段４の電圧検出手段４１は太陽電池アレイ１の出力電圧を２０：１に抵抗分圧して、１０Ｖフルスケール１２ビット分解能のＡ／Ｄコンバータ（不図示）を用いてディジタル化し、制御手段７に８ビットのパラレルバス４３で送出する構成とした。
【００３１】
電流検出手段４２としては、１０ミリオームの標準抵抗を太陽電池アレイ１の出力回路に直列に挿入し、その両端の電圧を不図示のオペアンプで５００倍に増幅した後、前記電圧検出手段７１と同様のＡ／Ｄコンバータ（不図示）を用いて１２ビットのディジタル値に変換後、制御手段７に８ビットのパラレルバス４４で送出する構成とした。
【００３２】
制御手段７としては、ワンボードマイコン（インテル社製８０８６）を使用した。該ボードには汎用パラレル入出力ボード、メモリ、数値演算コプロセッサ、シリアルインタフェース等が装備されており、本実施例に適した構成である。
【００３３】
制御手段７による電力変換手段２の出力設定は、前記ワンボードマイコンのＣＰＵにより、特開平６−３４８３５２公報で示されるような電力制御方法を用いて太陽電池の最大出力点追尾（ＭＰＰＴ）制御を行なうように電力変換手段２の出力周波数を制御した。
【００３４】
また、制御手段７による開閉制御は、前記ＣＰＵにより電圧検出手段４１から入力される電圧値と電流検出手段４２から入力される電流値に基づいて電力値を算出し、この電力値と前記電圧値に基づいて開閉手段６の開閉の判定を行なう。また、この判定と連動して、ポンプ３の起動、停止およびリセットを行なうために、インバータ２の制御回路に、起動・停止、リセット信号をパラレル出力ポートから送出した。
【００３５】
電力変換手段２の電力制御は、公知の三角波比較方式のＰＷＭ（パルス幅変調）を用いた。キャリア周波数は２ＫＨｚとした。この電力制御は制御手段７からの出力設定指令で定まる周波数の正弦波と電力変換手段２の出力電流値を比較して、ゲートパルスのデューティ（オン時間／（オン時間＋オフ時間））を変化させる。
【００３６】
また、蓄電手段として、１２Ｖの鉛蓄電池を１３個直列接続した。
【００３７】
次に、本実施例のシステム制御方法について図６のフローチャートを参照しながら説明する。
予め、太陽電池の出力だけでポンプを運転できる太陽電池出力単独運転モード期間を決めておく。パーソナルコンピュータ内部の時計により、現在の時刻が前記太陽電池出力単独運転モード期間であるか否かを判定する。この期間でない時刻であれば、開閉手段６を閉とし、蓄電池５を接続する。これにより、太陽電池１の出力電圧Ｖｐｖは蓄電池５の電圧またはそれ以下の電圧に固定される。この状態において、前記出力電圧Ｖｐｖが予め定めた放電許可電圧（充電禁止電圧）より小さいとき、インバータ２は停止しておき、蓄電池５に充電する（状態１）。このとき、電圧Ｖｐｖが前記放電許可電圧を越えたら、イン
バータ２を定周波数で運転し、太陽電池１の電力と蓄電池５の電力によってポンプ３は仕事を行なうようにする（状態２）。
【００３８】
さらに、インバータ運転中、電圧Ｖｐｖが蓄電開始電圧（放電禁止電圧）を下回ったらインバータを停止させ充電を開始する（状態３）。太陽電池出力単独モード期間でないときにこれら状態１，２，３を繰り返す。
【００３９】
前記内部時計の時刻が、予め定めた太陽電池出力単独運転モード期間になると、開閉手段６を開として、太陽電池１の電力のみでインバータ２を駆動する。そして、周波数を変更することにより最大出力点追尾制御を行なう。
【００４０】
本実施例では、上述のように、特開平６−３４８３５２公報で示されるような電力制御方法を用いて太陽電池の最大出力点追尾制御を行なった。これにより、太陽電池から、効率よく電力を得ることができる。なお、この最大出力点追尾制御の方法は、いろいろ提案されており、他の方法を用いることもできる。
【００４１】
このようにポンプを運転した結果、太陽電池の運転時間は、図７のＱ部分で６時間４０分となり、蓄電池がない場合のＰ部分の５時間５７分に比べ、運転時間は４３分も長かった。
【００４２】
［実施例２］
本実施例では、太陽電池１としてアモルファスシリコン太陽電池モジュール（ＵＳＳＣ社製商品名ＭＢＣ−１３１）を２０枚直列接続した。これを電力変換手段とその制御装置として、汎用インバータ（三菱電機製  商品名ＦＲＥＱＲＯＬ−Ｕ１００）を介して、交流３相モータ直結マグネットポンプ（三相電機製  商品名ＰＭＤ−６１３Ｂ２Ｍ）に接続した。本来、この汎用インバータの入力は、交流入力であるが、内部で交流を整流して直流に変換しているため、太陽電池のような直流でも動作可能である。
【００４３】
ポンプによる液体搬送は、図５のようにする。水は、ＦＲＰ（強化プラスチック）の取水用容器１７におよそ０．５ｍの高さに水面がくるように貯え、この容器１７の高さ０．１ｍのところに液体取り入れ口１８を設けた。また、液体の搬送経路は、内径２５ｍｍのビニルホース１１を使用し、ポンプ３は容器１７の底面から高さ０．１ｍのところに設置し、その吸入口３１は取水用容器１７に接続し、吐出口３２から、高さ２ｍまでこのビニルホース１１を設置した。このビニルホース１１の途中には流量計１３を取り付け、先端は、内径５０ｍｍの硬質塩化ビニルのパイプ１２に挿入した。このようにして、ポンプ３により汲み上げた水は２ｍまで持ち上げられ、パイプ１２をドレンとして、取水用容器１７に戻した。
【００４４】
また、制御手段７としてはパーソナルコンピュータ（日本電気製  商品名ＰＣ−９８０１ＤＡ）を用い、電圧検出手段４１は太陽電池モジュール１の出力電圧を１００：１に抵抗分圧して前記パーソナルコンピュータの拡張スロットに差し込まれた５Ｖフルスケール１２ビット分解能のＡ／Ｄ・Ｄ／Ａ変換・パラレル入出力ボード（アドテックシステムサイエンス製  製品名ＡＢ９８−５７Ｂ）のＡ／Ｄ変換ポートに電圧信号を送出する構成とした。電流検出手段４２としては、１０ミリオームの標準抵抗を太陽電池アレイ１に直列に挿入し、その両端の電圧をオペアンプで５００倍に増幅した後、前記電圧検出手段４１と同様のＡ／Ｄコンバータを用いて１２ビットのディジタル値に変換後、制御手段７に８ビットのパラレルバスで送出する構成とした。
【００４５】
出力設定手段７１として、このパーソナルコンピュータを使用し、この中のＣＰＵで演算した結果は、前述のＡ／Ｄ・Ｄ／Ａ変換・パラレル入出力ボードのＤ／Ａ変換端子から
、周波数設定信号として、汎用インバータ２の制御回路に信号を送出した。ポンプ３の起動、停止、リセットを行なうために、汎用インバータ２の制御回路に、起動・停止、リセット信号をこの入出力ボードのパラレル出力端子から送出した。
【００４６】
開閉制御手段７２も、このパーソナルコンピュータを使用し、このＣＰＵにより電圧値と電流値から電力値を算出し、この電力値と電圧値より開閉の判定を行なう。また、この判定と連動して、ポンプの起動、停止、リセットを行なうために、汎用インバータの制御回路に、起動・停止、リセット信号をこのボードのパラレル出力端子から送出した。
【００４７】
さらに、蓄電手段として、１２Ｖのニッケル水素電池（容量０．２Ａｈ）を２２個直列接続した。
【００４８】
本実施例のシステム制御方法は図８のとおりである。
すなわち、太陽電池１の発電電力が不足してポンプ３が水を汲み上げられないときであって蓄電池５が充分に充電されていないとき、つまり、発電電力は、予め定めた太陽電池出力単独運転モード電力値以下で、電圧Ｖｐｖが予め定めた放電許可電圧より下回る時は、インバータ２は停止しておき、開閉手段６は閉とし、蓄電手段６に蓄電する（状態１）。このとき、電圧がＶｐｖ予め定めた放電許可電圧（充電禁止電圧）を越えたら、インバータ２を運転し、太陽電池１の電力と蓄電池５の電力によってポンプ３は仕事を行なう（状態２）。
【００４９】
さらに、インバータ運転中、電圧Ｖｐｖが蓄電開始電圧（放電禁止電圧）を下回ったらインバータを停止させ充電を開始する（状態３）。このように、太陽電池出力単独運転モード電力値以下のとき、これら状態１，２，３を繰り返す。
【００５０】
太陽電池１の発生電力が、予め定めた太陽電池出力単独運転モード電力値以上になると、開閉手段６を開として、太陽電池１の電力のみでインバータ２を駆動する。そして、周波数を変更することにより最大出力点追尾制御を行なう。
【００５１】
このような構成で運転した結果、日射量約６．０ＫＷｈ（ｄａｙ・ｍ３  ）の晴天日で比較した場合、積算流量は図９のように約１４．５ｍ３  となり、蓄電池がない場合の約１２．１ｍ３  や、スイッチがない場合の約１３．１ｍ３  に比べて、本実施例の方が高く効率の良い運転ができた。
【００５２】
本実施例では、ニッケル水素電池を用いてシステムを組んだ結果、蓄電手段の重量は、約０．７ｋｇとなった。このシステムに鉛蓄電池を用いて同等の蓄電性能を得る場合には約２．１ｋｇとなり、軽量化を実現することができた。
【００５３】
また、曇天日や雨天時でポンプで汲み上げられない日でも、蓄電池に電力を貯えて、満充電になったときに、ポンプを運転することができる。
【００５４】
［実施例３］
本実施例では、図１における太陽電池１としてアモルファスシリコン太陽電池モジュール（ＵＳＳＣ社製商品名ＭＢＣ−１３１）を２０枚直列接続した。これを電力変換手段２とその制御装置として、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して、直流ポンプ３に接続した。
【００５５】
ポンプによる液体搬送経路は実施例１と同じようにする。
【００５６】
このＤＣ／ＤＣコンバータ２は、外部信号により、直流電圧を変化させることができる。
【００５７】
電圧検出手段４１は太陽電池アレイの出力電圧を２０：１に抵抗分圧して、出力設定手段７１および開閉制御手段７２に８ビットのパラレルバスで送出する構成とした。
【００５８】
電流検出手段４２としては、１０ミリオームの標準抵抗を太陽電池アレイ回路に直列に挿入し、その両端の電圧をオペアンプで５００倍に増幅した後、前記設定手段７１に送出する構成とした。
【００５９】
出力設定手段７１および開閉制御手段７２として、ＣＰＵに三菱電機製のＭ３７７１０を搭載したワンボードマイコンを使用した。該ボードには汎用パラレル入出力ボード、メモリ、シリアルインタフェース、Ａ／Ｄ変換器等が装備されており、本実施例に適した構成である。この中のＣＰＵで演算した結果は、出力電圧設定値として、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の制御回路に信号を送出した。また、ポンプの起動、停止、リセットを行なうために、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の制御回路に、起動・停止信号をこのボードのパラレル出力端子から送出した。
本実施例の制御方法は実施例２と同様である。
【００６０】
このような構成で運転した結果、太陽電池の動作電圧は図１０のようになり、常に蓄電池５の端子電圧で動作させる必要がある、開閉手段６なしに蓄電池５をつないだ従来のシステムに比べ、太陽電池１の利用効率がよかった。
【００６１】
上述の実施例によれば、太陽電池を用いたソーラポンプシステムにおいて、蓄電手段と開閉手段を設けて、この開閉手段と電力変換手段の運転を制御することにより、以下のような効果がある。
【００６２】
（１）弱日射時の電力を蓄電して使用することにより、太陽エネルギーを効率よく利用でき、ポンプを複数台数使う方法に比べ、ポンプ効率も高めることができる。
（２）蓄電手段に蓄電されている時には、弱日射時の電力を直接インバータに供給し、足りない分を蓄電手段から補充するため、直接利用した分には、充放電の損失がなく、いったん発電電力を蓄電するシステムに比べ、電力の利用の効率が良い。
（３）太陽電池の電力のみで運転するときには、開閉手段により蓄電手段を切り離すことができ、太陽電池の最大出力点追尾制御を行なうことができるため、太陽電池の利用効率を高めることができる。
（４）制御装置が簡単である。
（５）必要な蓄電手段の容量が比較的小さいので、安いコストで実現可能である。
（６）蓄電手段に深放電のできるニッケル水素電池や電気二重層コンデンサを用いれば、蓄電手段を小型化・軽量化、長寿命化できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態に係るポンプ運転装置の基本構成を示す。
【図２】本発明の適用対象の一例である太陽電池給水システムの構成を示す。
【図３】１日の発電量を表すグラフである。
【図４】１日の太陽電池の出力電圧の変化を表すグラフである。
【図５】本発明の一実施例に係るポンプシステムの構成を示す。
【図６】図５のシステムにおけるポンプ運転装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】図５のシステムにおけるポンプへの供給電力を表すグラフである。
【図８】本発明の第２および第３の実施例に係るポンプ運転装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施例２の構成で動作させた時の積算流量を表すグラフである。
【図１０】本発明の実施例３の構成で動作させた時の太陽電池の出力電圧を表すグラフである。
【図１１】従来のポンプシステムの第１の例を示す。
【図１２】従来のポンプシステムの第２の例を示す。
【図１３】従来のポンプシステムの第３の例を示す。
【符号の説明】
【００６４】
１：太陽電池（非安定電源）、２：電力変換手段、３：ポンプ、４：出力値検出手段、４１：電圧検出手段、４２：電流検出手段、５：蓄電手段、６：開閉手段、７：制御手段、７１：出力設定手段、７２：開閉制御手段、７３：電力制御手段、８：ポンプ運転装置、９：給水槽、１０：バルブ、１１：液体搬送パイプ、１２：ドレンパイプ、１３：流量計、１６：液体搬送パイプ、１７：貯水槽、２０：逆流防止手段、ａ，ｂ：従来無駄になっていた電力、Ａ：充電期間、Ｂ：放電期間、Ｃ：太陽電池出力単独運転、Ｐ：本発明での運転可能期間、Ｑ：従来の運転可能期間。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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