(57)【要約】【課題】  簡便な手段により、太陽電池の最大出力をコンデンサに充電し得る充電装置の簡略化。【解決手段】  太陽電池より得られた電気エネルギーをコンデンサに充電する装置であって、複数個の太陽電池およびスイッチを備え、太陽電池の直並列接続数が異なる複数種の直並列回路を構成可能とした太陽電池群Ｇ１〜Ｇ３と、複数個のスイッチのうちから所定のスイッチを選択することにより、前記太陽電池の最大出力が得られるように太陽電池群Ｇ１〜Ｇ３の直並列回路を選定する切り替え指令信号Ｌ１を前記太陽電池群Ｇ１〜Ｇ３へ送出する制御部Ｓとを具備する。【選択図】  図１
2005229673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池より得られた電気エネルギーをコンデンサに充電する装置であって、複数個の太陽電池およびスイッチを備え、太陽電池の直並列接続数が異なる複数種の直並列回路を構成可能とした太陽電池群と、複数個のスイッチのうちから所定のスイッチを選択することにより、前記太陽電池の最大出力が得られるように太陽電池群の直並列回路を選定する切り替え指令信号を前記太陽電池群へ送出する制御部とを具備したことを特徴とする太陽電池によるコンデンサの充電装置。
【請求項２】
複数個のコンデンサおよびスイッチを備えたコンデンサ群を有し、複数個のスイッチのうちから所定のスイッチを選択することにより、前記太陽電池の最大出力に適合したコンデンサの個数を選定する切り替え指令信号を前記制御部からコンデンサ群へ送出する請求項１に記載の太陽電池によるコンデンサ充電装置。
【請求項３】
前記コンデンサが電気二重層コンデンサである請求項１又は２に記載の太陽電池によるコンデンサの充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池によるコンデンサの充電装置に関し、詳しくは、太陽電池の最大出力が得られるようにその太陽電池の発電電力をコンデンサに充電する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンな新エネルギー源として太陽光発電システムが利用されつつある。この太陽光発電システムでは、太陽電池の発電電力を蓄電池などの二次電池に貯蔵することにより、有効な電源として用いられている。つまり、日射強度が十分に確保できる場合には、太陽電池の発電電力でもって負荷を駆動し、日射強度が不十分な場合には、二次電池に貯蔵された貯蔵電力でもって負荷を駆動するようにし、日照の有無にかかわらず負荷に安定した電力供給を可能にしている。
【０００３】
ところで、前述した二次電池は、放電しても電圧がそれほどまでは下がらない。このような特性から判断されるように二次電池は定電圧デバイスであり、この定電圧デバイスへの充電は定電圧源からほとんど損失なく行うことができる。一方、コンデンサは、前述の二次電池と同様に電気エネルギーを貯蔵し得るが、このコンデンサは、放電すると電圧が極端に低下する。このようにコンデンサは、二次電池と異なり、定電圧デバイスではないことから、定電圧源から初期電荷を有しないコンデンサに充電するに際しては、その充電効率が５０％以上になり得ない。
【０００４】
このようなことから、太陽電池の発電電力をコンデンサに充電しようとしても、充電開始時には太陽電池の発電能力をほとんど使用せず、充電終了に近づくほど有効に使用することになり、利用可能電力を有効に利用し得ないことになる。
【０００５】
そこで、太陽電池とコンデンサの間に定電流出力型のレギュレータを介在させてコンデンサを充電する手段が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このレギュレータによる定電流源を介することにより、コンデンサの充電効率が飛躍的に向上し、太陽電池の最大出力でコンデンサを充電することが行われる。
【特許文献１】特開平７−８７６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述した特許文献１では、常に、太陽電池の最大出力をコンデンサに充電するために、太陽電池とコンデンサとの間にレギュレータを介在させた回路構成となっている。従来では、このようにレギュレータを必要とすることから、コンデンサの充電装置が大型化あるいは複雑化する傾向にあり、その充電装置の簡略化を実現することが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、簡便な手段により、太陽電池の最大出力をコンデンサに充電し得る充電装置の簡略化にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、太陽電池より得られた電気エネルギーをコンデンサに充電する装置であって、複数個の太陽電池およびスイッチを備え、太陽電池の直並列接続数が異なる複数種の直並列回路を構成可能とした太陽電池群と、複数個のスイッチのうちから所定のスイッチを選択することにより、前記太陽電池の最大出力が得られるように太陽電池群の直並列回路を選定する切り替え指令信号を前記太陽電池群へ送出する制御部とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
ここで、前述の「太陽電池の直並列接続数が異なる複数種の直並列回路」とは、例えば８個の太陽電池を使用した場合、８直列回路、２並列４直列回路、４並列２直列回路および８並列回路などのように、直列回路と並列回路の組み合わせを異ならせた回路構成を意味する。この回路構成を実現するために、複数個の太陽電池とスイッチを回路構成することで太陽電池群を形成する。
【００１０】
本発明に係る太陽電池によるコンデンサの充電装置では、制御部からの切り替え指令信号により太陽電池群のスイッチを選択し、その選択されたスイッチのＯＮにより複数個の太陽電池で直並列接続数が異なる複数種の直並列回路を構成することが可能となる。この制御部による切り替えで、常に、太陽電池の最大出力が得られるような直並列回路を選定してコンデンサを充電することができる。
【００１１】
前述の構成では、複数個の太陽電池およびスイッチで回路構成した太陽電池群を形成することにより、太陽電池の最大出力が得られるように最適制御するようにしているが、この最適制御をより一層適正に実行するためには、複数個のコンデンサおよびスイッチを備えたコンデンサ群を有し、前記制御部からコンデンサ群へ送出される切り替え指令信号により、複数個のスイッチのうちから所定のスイッチを選択することで、前記太陽電池の最大出力に適合したコンデンサの個数を選定するようにすればよい。
【００１２】
なお、前述の構成において使用するコンデンサとしては、電気二重層コンデンサが好ましい。電気二重層コンデンサは、二次電池と同等もしくはそれ以上の容量でもって電気エネルギーを貯蔵し得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数個の太陽電池およびスイッチを備え、太陽電池の直並列接続数が異なる複数種の直並列回路を構成可能とした太陽電池群と、複数個のスイッチのうちから所定のスイッチを選択することにより、前記太陽電池の最大出力が得られるように太陽電池群の直並列回路を選定する切り替え指令信号を前記太陽電池群へ送出する制御部とを具備したことにより、従来のようなレギュレータが不要となることから、簡単な回路構成でもって太陽電池の最大出力が得られるようにコンデンサに充電することができるので、回路構成の簡素化が可能となって、装置のコンパクト化も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の実施形態で、太陽電池によるコンデンサの充電装置の概略構成を示す。この実施形態の充電装置は、同図に示すように複数個の太陽電池（セル）およびスイッチで回路構成された太陽電池群Ｇ１〜Ｇ３と、複数個のコンデンサ（例えば、電気二重層コンデンサ）およびスイッチで回路構成されたコンデンサ群Ｈ１と、前述の太陽電池群Ｇ１〜Ｇ３およびコンデンサ群Ｈ１のそれぞれに独立して切り替え指令信号Ｌ１，Ｌ２を送出する制御部Ｓで主要部が構成されている。
【００１５】
太陽電池群Ｇ１〜Ｇ３は、複数個のスイッチのうちから所定のスイッチを選択する切り替え指令信号Ｌ１が制御部Ｓから入力されると、その切り替え指令信号Ｌ１により複数個の太陽電池で直並列接続数が異なる複数種の直並列回路を構成可能としている。つまり、太陽電池群Ｇ１〜Ｇ３を８個の太陽電池（セル）で構成した場合、直並列接続数を異ならせた複数種の直並列回路としては、図２に示すように８個の太陽電池Ｄ１〜Ｄ８を直列接続した回路〔同図（ａ）参照〕、２個の太陽電池Ｄ１とＤ２，Ｄ３とＤ４，Ｄ５とＤ６，Ｄ７とＤ８からなる並列回路を４つ直列接続した回路〔同図（ｂ）参照〕、４個の太陽電池Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ５〜Ｄ８からなる並列回路を２つ直列接続した回路〔同図（ｃ）参照〕、８個の太陽電池Ｄ１〜Ｄ８を並列接続した回路〔同図（ｄ）参照〕がある。
【００１６】
このように太陽電池の直並列接続数が異なるように直列回路と並列回路を組み合わせた回路構成を選択できるようにするため、例えば、図３〜図５に示すように太陽電池Ｄ１〜Ｄ８とスイッチＳＷ１〜ＳＷ２１で回路構成された三種類の太陽電池群Ｇ１〜Ｇ３がある。なお、図３〜図５中に表記された抵抗は、スイッチの損失抵抗を示す。
【００１７】
図３の太陽電池群Ｇ１は、２並列４直列回路または８直列回路のいずれかを選択可能とした回路構成であり、同図に示すスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ７，ＳＷ８，ＳＷ１０，ＳＷ１１のみをＯＮすれば、２並列４直列回路を構成することができ、また、スイッチＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ９，ＳＷ１２のみをＯＮすれば、８直列回路を構成することができる。
【００１８】
図４の太陽電池群Ｇ２は、８直列回路、２並列４直列回路または４並列２直列回路のいずれかを選択可能とした回路構成であり、同図に示すスイッチＳＷ３，ＳＷ１５，ＳＷ６，ＳＷ９，ＳＷ１８，ＳＷ１２のみをＯＮすれば、８直列回路を構成することができ、また、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ１５，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ７，ＳＷ８，ＳＷ１８，ＳＷ１０，ＳＷ１１のみをＯＮすれば、２並列４直列回路を構成することができ、さらに、スイッチＳＷ１３，ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ１４，ＳＷ１６，ＳＷ７，ＳＷ８，ＳＷ１０，ＳＷ１１，ＳＷ１７のみをＯＮすれば、４並列２直列回路を構成することができる。
【００１９】
図５の太陽電池群Ｇ３は、８直列回路、２並列４直列回路、４並列２直列回路または８並列回路のいずれかを選択可能とした回路構成であり、同図に示すスイッチＳＷ３，ＳＷ１５，ＳＷ６，ＳＷ２１，ＳＷ９，ＳＷ１８，ＳＷ１２のみをＯＮすれば、８直列回路を構成することができ、また、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ１５，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ２１，ＳＷ７，ＳＷ８，ＳＷ１８，ＳＷ１０，ＳＷ１１のみをＯＮすれば、２並列４直列回路を構成することができ、また、スイッチＳＷ１３，ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ１４，ＳＷ２１，ＳＷ１６，ＳＷ７，ＳＷ８，ＳＷ１０，ＳＷ１１，ＳＷ１７のみをＯＮすれば、４並列２直列回路を構成することができ、さらに、スイッチＳＷ１３，ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ１４，ＳＷ１９，ＳＷ１６，ＳＷ７，ＳＷ８，ＳＷ１０，ＳＷ１１，ＳＷ１７，ＳＷ２０のみをＯＮすれば、８並列回路を構成することができる。
【００２０】
前述した図３〜図５の太陽電池群Ｇ１〜Ｇ３は、太陽電池の設置条件に応じて、その太陽電池の最大出力を得るために必要とする回路構成が８直列回路、２並列４直列回路、４並列２直列回路または８並列回路のいずれの組み合わせを必要とするかによって適宜選択して使用すればよい。つまり、２並列４直列回路または８直列回路の二つの組み合わせだけでよければ、図３の太陽電池群Ｇ１で回路構成すればよい。また、８直列回路、２並列４直列回路または４並列２直列回路の三つの組み合わせを必要とする場合には、図４の太陽電池群Ｇ２で回路構成すればよい。さらに、８直列回路、２並列４直列回路、４並列２直列回路または８並列回路の四つの組み合わせを必要とする場合には、図５の太陽電池群Ｇ３で回路構成すればよい。
【００２１】
なお、図３〜図５に示す太陽電池群Ｇ１〜Ｇ３は、８個の太陽電池Ｄ１〜Ｄ８を使用して直並列回路を構成する組み合わせの一つの例示であり、太陽電池の個数および直並列回路の組み合わせ数もこれに限定されるものでない。
【００２２】
また、前述のコンデンサ群Ｈ１は、図６に示すように複数個（例えば、７０個）のコンデンサＣ１〜Ｃ７０（例えば、電気二重層コンデンサ）およびスイッチＳＷ１〜ＳＷ７０で回路構成され、これら複数個のコンデンサＣ１〜Ｃ７０のうちから、太陽電池Ｄ１〜Ｄ８の最大出力に適合した個数を制御部の切り替え指令信号Ｌ２により選択する。つまり、複数個のスイッチＳＷ１〜ＳＷ７０のうちから所定のスイッチを選択する切り替え指令信号Ｌ２が制御部Ｓから入力されると（図１参照）、その切り替え指令信号Ｌ２により複数個のコンデンサＣ１〜Ｃ７０のうちから所定個数のコンデンサが選択される。例えば、スイッチＳＷ１のみをＯＮすれば、コンデンサＣ１〜Ｃ７０が使用され、スイッチＳＷ３のみをＯＮすれば、コンデンサＣ３〜Ｃ７０が使用されることになる。なお、図６中に表記された抵抗は、スイッチおよびコンデンサの損失抵抗を示す。
【００２３】
以上の構成からなるコンデンサの充電装置では、太陽電池群Ｇ１〜Ｇ３およびコンデンサ群Ｈ１を制御部Ｓにより以下の要領でもって最適制御する。
【００２４】
この充電装置では、制御部Ｓからの切り替え指令信号Ｌ１により太陽電池群Ｇ１〜Ｇ３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ２１を選択し、その選択されたスイッチのＯＮにより複数個の太陽電池Ｄ１〜Ｄ８で直並列接続数が異なる複数種の直並列回路（図２参照）を構成可能としている。つまり、前述したように例えば、８個の太陽電池Ｄ１〜Ｄ８を使用して、８直列回路、２並列４直列回路、４並列２直列回路または８並列回路を切り替え選択する場合には、図５に示す太陽電池群Ｇ３の回路構成を使用することになる。この場合、例えば図７に示すように充電開始の第一期間Ｘ１では、４並列２直列回路を構成し、第二期間Ｘ２では２並列４直列回路を構成し、第三期間Ｘ３では８直列回路を構成し、前述したようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ２１の切り替えでもって直並列回路を選定する。これにより、常に、太陽電池Ｄ１〜Ｄ８の最大出力となる最適電圧に近似するようにコンデンサＣ１〜Ｃ７０を充電することができる。
【００２５】
ここで、複数個の太陽電池Ｄ１〜Ｄ８およびスイッチＳＷ１〜ＳＷ２１で回路構成した太陽電池群Ｇ１〜Ｇ３を形成することにより、太陽電池Ｄ１〜Ｄ８の最大出力が得られるように最適制御するようにしているが、この最適制御をより一層適正に実行するために、コンデンサ群Ｈ１のうちから、太陽電池Ｄ１〜Ｄ８の最大出力に適合したコンデンサＣ１〜Ｃ７０の個数を制御部Ｓの切り替え指令信号Ｌ２により選定する。つまり、図７に示すように期間ｔ１，ｔ２，ｔ３において、太陽電池群Ｇ１〜Ｇ３に接続されたコンデンサＣ１〜Ｃ７０の個数を変更することにより、コンデンサＣ１〜Ｃ７０の充電電圧を太陽電池Ｄ１〜Ｄ８の最大出力となる最適電圧により一層近似させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態で、太陽電池によるコンデンサの充電装置を示す概略構成図である。
【図２】太陽電池群を構成する直並列回路の例示として、（ａ）は８直列回路、（ｂ）は２並列４直列回路、（ｃ）は４並列２直列回路、（ｄ）は８並列回路をそれぞれ示す回路図である。
【図３】太陽電池群の回路構成の一例を示す回路図である。
【図４】太陽電池群の回路構成の他例を示す回路図である。
【図５】太陽電池群の回路構成の他例を示す回路図である。
【図６】コンデンサ群の回路構成の一例を示す回路図である。
【図７】コンデンサの充電電圧と太陽電池の最適電圧との関係を示す波形図である。
【図８】太陽電池によるコンデンサの充電装置の従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２７】
Ｄ１〜Ｄ８  太陽電池
Ｇ１〜Ｇ３  太陽電池群
Ｃ１〜Ｃ７０  コンデンサ
Ｈ１  コンデンサ群
Ｓ  制御部
Ｌ１，Ｌ２  切り替え指令信号
【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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