(57)【要約】【課題】主に小型風力発電機と太陽光発電設備を備えた風力・太陽光ハイブリッド発電システムを提供すること。【解決手段】太陽光発電設備１０と風力発電設備２０を備え、且つこれら発電設備が商用電力系統から独立している風力・太陽光発電システムであって、太陽光発電設備１０を負荷太陽電池１１−１と蓄電池充電用太陽電池１１−２を備え、該負荷太陽電池１１−１で発電された直流電力Ｐ１DCを第１のインバータ３２で交流電力Ｐ１ACに変換して負荷３３に供給し、蓄電池充電用太陽電池１１−２で発電された直流電力Ｐ２DCと風力発電設備２０の風力発電機２１で発電され直流に変換された直流電力Ｐ３DCとを蓄電池３５に充電し、蓄電池３５に充電された直流電力を第２のインバータ３８で交流電力に変換し、負荷３９に供給する。【選択図】図３
2007116809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電設備と風力発電設備を備え、且つこれら発電設備が商用電力系統から独立している風力・太陽光発電システムであって、
前記太陽光発電設備を負荷供給用と蓄電池充電用に区分し、該負荷供給用太陽光発電設備で発電された直流電力を第１のインバータで交流電力に変換して負荷に供給し、該蓄電池充電用太陽光発電設備で発電された直流電力と前記風力発電設備で発電され直流に変換された直流電力とを蓄電池に充電し、該蓄電池に充電された直流電力を第２のインバータで交流電力に変換し、負荷に供給するように構成したことを特徴とする風力・太陽光ハイブリッド発電システム。
【請求項２】
太陽光発電設備と風力発電設備を備え、且つこれら発電設備が商用電力系統に連系される風力・太陽光発電システムであって、
前記太陽光発電設備を負荷供給用と蓄電池充電用に区分し、該負荷供給用太陽光発電設備で発電された直流電力を第１のインバータで交流電力に変換し前記商用電力系統に供給し、該蓄電池充電用太陽光発電設備で発電された直流電力と前記風力発電設備で発電され直流に変換された直流電力とを蓄電池に充電し、該蓄電池に充電した直流電力を第２のインバータで交流電力に変換し、負荷に供給するように構成したことを特徴とする風力・太陽光ハイブリッド発電システム。
【請求項３】
請求項２に記載の風力・太陽光ハイブリッド発電システムにおいて、
前記第１のインバータは、前記商用電力系統が停電している場合は該商用電力系統に逆潮流しないようにする連系保護機能、及び該商用電力系統を使用しないときは自立運転機能を備えていることを特徴とする風力・太陽光ハイブリッド発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自然エネルギーである風力と太陽光により発電する風力・太陽光ハイブリッド発電システムに関し、発電した電力は通常は負荷で消費するとともに、商用電力系統が使用できない災害時等にはバックアップ電源として利用できる風力・太陽光ハイブリッド発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風力発電、太陽光発電といった自然エネルギーに由来する発電設備は、発電に際して二酸化炭素の発生がなく地球温暖化防止対策の一つの手段として近年普及が進んでいる。太陽光発電は日射があれば発電するので設置場所に制限されることが少なく、市街地も含め最も普及が進んでいる。一方、風力発電について、特に大型風力発電は山頂や海岸など風況の良い場所に設置され、市街地等住宅地においては１ｋＷ以下の小型風力発電の設置が見込まれている。
【０００３】
日中に日射がある時は太陽光発電設備が発電するのに対して、風力発電設備が発電するのは日射のない（悪天候、夜間等）場合が多いので、風力発電と太陽光発電は相補的な関係がある。そのため、市街地等では小型の風力発電設備と太陽光発電設備を一緒にしたハイブリッド発電システムの普及が期待されている。
【０００４】
従来の主に小型風力発電設備と太陽光発電設備を備えたハイブリッド発電設備について述べる。図１及び図２は従来の風力・太陽光ハイブリッド発電設備の概略システム構成例を示す図である。風力発電は設置点の地形や季節風等の変動要因が大きいため、一般には蓄電設備を設置して出力の変動を抑える方法が採用される。市街地等で風力発電の規模が大きくできない場所では、図１に示すように、太陽電池１０１で発電された直流電力を太陽電池コントローラ１０２を介して蓄電池１０３に充電すると共に、風力発電機１０４で発電され交流電力を風車コントローラ１０５で直流に変換し、該変換した直流電力を蓄電池１０３に充電する。蓄電池１０３に充電された直流電力の放電はコントローラ１０６で制御され、インバータ（ＤＣ／ＡＣ）１０７で直流電力から交流電力に変換され商用電力系統１０８や負荷１０９に供給している。商用電力系統１０８に連系していない独立型では負荷１０９のみに交流電力を供給している。
【０００５】
また、風力発電が期待できる設置場所では、図２に示すように風力発電機２０１のみで発電された交流電力を風車コントローラ２０２で直流電力に変換し、該直流電力を蓄電池２０３に充電し、この蓄電池２０３に充電された直流電力をコントローラ２０４で放電制御し、インバータ（ＤＣ／ＡＣ）２０５で直流電力から交流電力に変換し、商用電力系統２０９や負荷２１０に供給している。太陽電池２０６で発電された直流電力は接続箱２０７を通ってインバータ（ＤＣ／ＡＣ）２０８で交流電力に変換され、上記の風力発電２０１による交流電力とともに商用電力系統２０９や負荷２１０に供給している。商用電力系統２０９に連系していない独立型では負荷２１０へのみ交流電力を供給している図２に相当する例として特許文献１参照。
【特許文献１】特開２０００−１１６００７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１及び図２に示す構成の従来の風力・太陽光ハイブリッド発電システムは、地震等の災害で商用電力系統１０８や商用電力系統２０９が使用できない場合を想定したものではないので、商用電力系統１０８や商用電力系統２０９が使用できないときは、これらの風力・太陽光ハイブリッド発電システムを運用する場合、下記のような問題点がある。
【０００７】
図１に示す構成の風力・太陽光ハイブリッド発電システムでは、風力発電機１０４と太陽電池１０１とで発電した直流電力をまず蓄電池１０３に充電する。蓄電池１０３に必要な充電量が確保されてからコントローラ１０６を介して蓄電池１０３からの直流電力をインバータ１０７で交流電力に変換するので、十分に蓄電池１０３がされていないと晴天時においても太陽電池１０１で発電された電力を負荷１０９に供給できない。
【０００８】
また、図１の風力・太陽光ハイブリッド発電システムでは、負荷１０９の容量は蓄電池１０３の容量に制限される。負荷１０９の容量が大きい場合、蓄電池１０３の容量も大きくする必要がある。特殊な場合（防災センターのバックアップ電源等）を除けば、蓄電池１０９の設置場所は重量と大きさに制限があるので大きな蓄電池設備を設置できない。よって、負荷１０９の容量も蓄電池１０３の容量に見合ったものに制限される。
【０００９】
また、図２に示す構成の風力・太陽光ハイブリッド発電システムでは、蓄電池２０３に充電するのは風力発電機２０１だけであり、市街地等で風況が良い場所は限られているので、小型の風力発電機２０１だけでは所定容量の蓄電池２０３を充電するのは現実的ではない。市街地等における蓄電池２０３を設置する防災システムを念頭においた風力と太陽光のハイブリッド発電システムでは蓄電池２０３に充電を行うのは限られた風況の良い場所のみが有効である。
【００１０】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、主に小型風力発電機と太陽光発電設備を備えたハイブリッド発電を市街地等に設置する場合、設置場所の制限が少ない太陽光発電設備を主体とする風力・太陽光ハイブリッド発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、太陽光発電設備と風力発電設備を備え、且つこれら発電設備が商用電力系統から独立している風力・太陽光発電システムであって、前記太陽光発電設備を負荷供給用と蓄電池充電用に区分し、該負荷供給用太陽光発電設備で発電された直流電力を第１のインバータで交流電力に変換して負荷に供給し、該蓄電池充電用太陽光発電設備で発電された直流電力と前記風力発電設備で発電され直流に変換された直流電力とを蓄電池に充電し、該蓄電池に充電された直流電力を第２のインバータで交流電力に変換し、負荷に供給するように構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、太陽光発電設備と風力発電設備を備え、且つこれら発電設備が商用電力系統に連系される風力・太陽光発電システムであって、前記太陽光発電設備を負荷供給用と蓄電池充電用に区分し、該負荷供給用太陽光発電設備で発電された直流電力を第１のインバータで交流電力に変換し前記商用電力系統に供給し、該蓄電池充電用太陽光発電設備で発電された直流電力と前記風力発電設備で発電され直流に変換された直流電力とを蓄電池に充電し、該蓄電池に充電した直流電力を第２のインバータで交流電力に変換し、負荷に供給するように構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の風力・太陽光ハイブリッド発電システムにおいて、前記第１のインバータは、前記商用電力系統が停電している場合は該商用電力系統に逆潮流しないようにする連系保護機能、及び該商用電力系統を使用しないときは自立運転機能を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、負荷供給用太陽光発電設備で発電された直流電力を第１のインバータで交流電力に変換し負荷に供給し、蓄電池充電用太陽光発電設備で発電された直流電力と風力発電設備で発電され直流に変換された直流電力とで蓄電池に充電するので、蓄電池が十分に充電されていない場合でも、負荷供給用太陽光発電設備で発電された電力を負荷に供給できる。また、この負荷の大きさに応じて負荷供給用太陽光発電設備の大きさを設定することができ、負荷容量の増設に容易に対応できる。また、蓄電池の充電は蓄電池充電用太陽光発電設備と風力発電設備で発電された電力で行い、この蓄電池容量にあった負荷にのみ供給することにより、蓄電池設備を制限することがない。また、太陽光発電設備と風力発電設備は相補的な関係を有するので小容量の風力発電設備しか設置できない風況の市街地等でも安定して蓄電池を充電できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、負荷供給用太陽光発電設備で発電された直流電力を第１のインバータで交流電力に変換し商用電力系統に供給し、蓄電池充電用太陽光発電設備で発電された直流電力と風力発電設備で発電され直流に変換された直流電力で蓄電池を充電するので、蓄電池が十分に充電されていない場合でも、負荷供給用太陽光発電設備で発電された電力を商用電力系統に供給（連系）できる。また、蓄電池の充電は蓄電池充電用太陽光発電設備と風力発電設備で発電された電力で行うので、請求項１に記載の発明と同様、蓄電池設備を制限することなく、小容量の風力発電設備しか設置できない風況の市街地等でも安定して蓄電池を充電できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、第１のインバータは、商用電力系統が停電している場合は該商用電力系統に逆潮流しないようにする連系保護機能、及び該商用電力系統を使用しないときは自立運転機能を備えているので、地震等の災害時に商用電力系統が使用できない時にバックアップ用の防災用電源システムとして活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図３は本発明に係る風力・太陽光ハイブリッド発電システムの概略構成例を示す図である。本風力・太陽光ハイブリッド発電システムは商用電力系統と連系しない非連系独立型、所謂商用電力を使用しなくても負荷に電力を供給することが可能な独立型の風力・太陽光ハイブリッド発電システムである。図示するように、本風力・太陽光ハイブリッド発電システムは負荷用太陽電池１１−１と蓄電池充電用太陽電池１１−２を備えた太陽光発電設備１０、風力発電機２１を備えた風力発電設備２０を備えている。
【００１８】
日中の日射がある場合、太陽光発電設備１０の負荷用太陽電池１１−１と蓄電池充電用太陽電池１１−２で発電された直流電力はそれぞれ接続箱３１で集電され、負荷供給直流電力Ｐ１DCと蓄電池充電用直流電力Ｐ２DCとなる。負荷供給直流電力Ｐ１DCは第１のインバータ（ＤＣ／ＡＣ）３２により交流電力Ｐ１ACに変換され、負荷３３に供給される。蓄電池充電用直流電力Ｐ２DCは太陽電池コントローラ３４により蓄電池３５に充電される。
【００１９】
風力発電設備２０の風力発電機２１で発電された交流電力は風車コントローラ３６により直流電力Ｐ３DCとなり、上記蓄電池充電用直流電力Ｐ２DCと一緒に蓄電池３５に充電される。蓄電池３５に充電された直流電力は放電用コントローラ３７から第２のインバータ（ＤＣ／ＡＣ）３８で交流電力Ｐ３ACに変換され負荷３９に供給される。
【００２０】
風力・太陽光ハイブリッド発電システムを図３のように構成することにより、晴天時において蓄電池３５に十分充電されていない状態でも太陽光発電設備１０の負荷用太陽電池１１−１で発電された負荷供給直流電力Ｐ１DCを第１のインバータ（ＤＣ／ＡＣ）３２により交流電力Ｐ１ACに変換して、負荷３３に供給できる。また、負荷の容量が大きく、蓄電池３５で容量を賄うと蓄電池３５の容量が大規模になってしまう場合は、太陽光発電設備１０の負荷用太陽電池１１−１の容量を負荷容量に合うように設置すればよい。蓄電池３５に充電された電力は、比較的小規模な負荷である夜間照明用等に用いる。
【００２１】
また、蓄電池３５からの直流電力を交流電力Ｐ３ACに変換する第２のインバータ３８の交流側を交流１００Ｖ用にすると、この第２のインバータ３８に交流１００Ｖのコンセント４０を設けることで、通常の家庭用電力を取り出すことができ、夜間において負荷３９以外にも電力の使用が可能となる。
【００２２】
図４は本発明に係る風力・太陽光ハイブリッド発電システムの他の概略構成例を示す図である。本風力・太陽光ハイブリッド発電システムは太陽光発電設備１０で発電した電力を商用電力系統４１に連系させた連系独立型の風力・太陽光ハイブリッド発電システムである。図４において、図３と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。本風力・太陽光ハイブリッド発電システムは、太陽光発電設備１０に系統連系用太陽電池１１−３と蓄電池充電用太陽電池１１−２を備えている。
【００２３】
通常は、系統連系用太陽電池１１−３で発電された直流電力は接続箱３１で集電され、第１のインバータ（系統連系インバータ）３２で交流電力Ｐ４ACに変換され、商用電力系統４１に供給（連系）される。よって、第１のインバータ（系統連系インバータ）３２は、商用電力系統４１が停電している場合に商用電力系統４１に逆潮流しないようにする連系保護機能を備える必要がある。また、自立運転機能を備えることで、商用電力系統４１が使用できない時も日中に日射があれば太陽光発電設備１０の系統連系用太陽電池１１−３で発電した電力を使用することができる。なお、図４において、太陽光発電設備１０の蓄電池充電用太陽電池１１−２と風力発電設備２０の風力発電機２１で発電された電力は、図３と同様に運用される。
【００２４】
図５は図３に示す風力・太陽光ハイブリッド発電システムにおいて、使用する各機器の容量等を具体的に示した図である。市街地の公園等では、園内にある池の水を浄化する目的で水中ポンプを備え、曝気を行ったり、また、公園内の街灯を時間設定して点灯したりしている。図５は太陽光発電設備１０と風力発電設備２０を備えた風力・太陽光ハイブリッド発電システムを水中ポンプによる曝気と街灯による夜間照明のために適用した例を示す。
【００２５】
ここでは負荷として水中ポンプ４２を設置している。太陽光発電設備１０に水中ポンプ４２に駆動電力を供給するための負荷用（水中ポンプ用）太陽電池１１−１を備えている。該水中ポンプ用太陽電池１１−１で発電された直流電力は接続箱３１に集電され、負荷供給直流電力Ｐ１DCとして第１のインバータ（ＤＣ／ＡＣ）３２で三相３線、２００Ｖの交流電力Ｐ１ACに変換され、負荷である水中ポンプ４２に供給される。水中ポンプ４２は、出力：３．７ｋＷ、全揚程：１５ｍ、吐出し量：５００Ｌ／ｍｉｎとし、この仕様に合うように負荷用（水中ポンプ用）太陽電池１１−１の定格出力を約２倍（７．５ｋＷ）としている。
【００２６】
太陽光発電設備１０の蓄電池充電用太陽電池１１−２の定格出力を７２０Ｗとしている。また、風力発電設備２０の風力発電機２１の定格出力を８００Ｗ（４００Ｗ×２台、定格速度：１２．５ｍ）を設置している。蓄電池充電用太陽電池１１−２で発電された直流電力は太陽電池コントローラ３４を介して蓄電池３５に充電され、風力発電機２１で発電した交流電力は風車コントローラ３６で直流電力に変換され同じく蓄電池３５に充電される。
【００２７】
蓄電池は密閉型鉛蓄電池で定格容量８４０Ａｈ（２１０Ａｈ×４台、ＤＣ１２Ｖ用、２直列×２列）としている。この蓄電池３５で蓄電された直流電力を第２のインバータ３８である正弦波インバータにより電圧１００Ｖの交流電力Ｐ３ACに変換し、負荷である街灯（４０Ｗ×６台）４３に供給している。なお、街灯４３への交流電力Ｐ３ACの供給はタイマーにて制御され、１日５時間点灯する。上記蓄電池３５の容量（８４０Ａｈ）では、８日程度は発電がなくても街灯４３に交流電力Ｐ３ACを供給することが可能である。この第２のインバータ３８（正弦波インバータ）には交流１００Ｖのコンセント４０が設置されており、通常の家庭用電化製品やパソコンなどの電源として使用できる。
【００２８】
また、災害時に飲料用水が入手できない場合、第１のインバータ３２（三相３線、電圧２００Ｖ）を例えば非常用浄水装置等の電源として用いれば、現地で飲料水が製造できる。
【００２９】
図５に示す風力・太陽光ハイブリッド発電システムにおいて、第１のインバータ３２に商用電力系統と連系させる連系保持機能と自立運転機能を併せ持たせることにより、商用電力系統と連系する連系型の風力・太陽光ハイブリッド発電システムとすることができる。このような連系型の風力・太陽光ハイブリッド発電システムとすることにより、通常、日中日射がある時に負荷用太陽電池１１−１で発電した直流電力は、第１のインバータ３２で交流電力に変換され、商用電力系統に供給（連系）する。地震等の災害時で商用電力系統が使用できない場合は、第１のインバータ３２を自立運転に変える。このように第１のインバータ３２を自立運転とすれば、負荷用太陽電池１１−１で発電した直流電力は上記の非常用浄水装置の電源等として使用できる。このような系統連系用インバータとして、２００Ｖ三相３線、１００単相３線などのＪＥＴの認証品がある。
【００３０】
風力発電機２１は８００Ｗと１ｋＷ以下とし蓄電池充電用に限定し、不足分を蓄電池充電用太陽電池１１−２で賄うことにより、風力・太陽光ハイブリッド発電システムを市街地等の風況が良くない設置場所に設置して作用効果を十分に発揮させることが可能となる。また、風力発電設備２０の風力発電機２１はモニュメントとしても優れており、太陽光発電設備１０の太陽電池１１と合わせて住民への自然エネルギー活用の啓発としての役割も期待できる。
【００３１】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の風力・太陽光ハイブリッド発電設備の概略システム構成例を示す図である。
【図２】従来の風力・太陽光ハイブリッド発電設備の概略システム構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る非連系型の風力・太陽光ハイブリッド発電システムの概略構成例を示す図である。
【図４】本発明に係る連系型の風力・太陽光ハイブリッド発電システムの概略構成例を示す図である。
【図５】本発明に係る風力・太陽光ハイブリッド発電システムの概略構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０      太陽光発電設備
１１−１  負荷用太陽電池
１１−２  蓄電池充電用太陽電池
１１−３  系統連系用太陽電池
２０      風力発電設備  
２１      風力発電機
３１      接続箱
３２      第１のインバータ（ＤＣ／ＡＣ）
３３      負荷
３４      太陽電池コントローラ
３５      蓄電池
３６      風車コントローラ
３７      放電用コントローラ
３８      第２のインバータ（ＤＣ／ＡＣ）
３９      負荷
４０      コンセント
４１      商用電力系統
４２      水中ポンプ
【図１】
2007116809.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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