(57)【要約】【課題】待機電力の削減、余剰電力の有効利用、及びバッテリの過充電／過放電防止を複合的に実現することができる太陽光発電システムを提供する。【解決手段】通常、太陽電池１の太陽光発電電力は、インバータ４を介して交流負荷５に供給されると共にバッテリ３に充電される。電源制御装置６は、交流負荷５へ流れる交流電流値が電流閾値未満になり、かつ所定時間が経過したら、インバータ４を停止させて待機電力を削減させ、バッテリ３の過放電を抑止する。また、バッテリ充電監視回路１６がバッテリ３の充電状態を常時監視し、バッテリ３が充電完了した後の余剰電力は、出力切替回路１７を介して、ヒータ１８に給電されて温水タンク１９の温水に蓄熱し、給湯機器２０及び冷暖房機器２１に供給される。または、余剰電力は冷却装置２２に冷熱として蓄熱し、冷温供給機器２３に供給される。よって、余剰電力の有効利用を実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池で発電された太陽光発電電力が、インバータを介して交流負荷に供給されると共にバッテリに充電される太陽光発電システムであって、
前記インバータから前記交流負荷へ流れる交流電流値を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段が検出した交流電流値と電流閾値との比較結果に基づいて前記インバータの起動／停止を制御し、待機電力を削減させる電源制御手段と
を備えることを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
前記電源制御手段は、前記交流電流値が前記電流閾値未満であって、かつ所定時間を経過したとき、前記インバータを停止させて前記待機電力を削減させることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項３】
前記電源制御手段は、前記待機電力の削減中に前記インバータを周期的に断続運転させ、前記交流電流値が前記電流閾値以上になったとき該インバータを起動させることを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
前記電源制御手段は、前記インバータが起動した後は、該インバータを周期的に断続運転させる周期運転指令手段の電源を遮断することにより前記待機電力を削減させることを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電システム。
【請求項５】
前記電源制御手段は、前記バッテリの充電が完了した後は、該バッテリの充電状態を監視するバッテリ充電監視手段の電源を遮断することにより前記待機電力を削減させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項６】
前記待機電力の削減中に前記インバータを手動起動させるための手動復帰手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項７】
前記待機電力の削減中に前記インバータを起動させるための外部復帰手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項８】
前記バッテリ充電監視手段が監視した前記バッテリの充電状態が充電完了であるとき、前記太陽光発電電力の余剰電力は加熱手段へ給電されて温水タンク内に蓄熱されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項９】
前記温水タンク内に蓄熱された熱エネルギーは、給湯機器または冷暖房機器の少なくとも一方へ供給されることを特徴とする請求項８に記載の太陽光発電システム。
【請求項１０】
前記バッテリ充電監視手段が監視した前記バッテリの充電状態が充電完了であるとき、前記太陽光発電電力の余剰電力は冷却手段へ給電されて冷熱として蓄熱されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項１１】
前記冷却手段が冷熱として蓄熱した熱エネルギーは、冷温供給機器へ供給されることを特徴とする請求項１０に記載の太陽光発電システム。
【請求項１２】
前記加熱手段または前記冷却手段へ給電された前記余剰電力は、任意のタイミングで、前記交流負荷及び前記バッテリへの給電系統へ切替できることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項１３】
前記太陽電池の電力系統システムが、独立した電力系統によって完結された独立型太陽光発電システムとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項１４】
太陽電池で発電された太陽光発電電力が、インバータを介して交流負荷に供給されると共にバッテリに充電される太陽光発電システムにおける電源制御装置であって、
前記インバータから前記交流負荷へ流れる交流電流値を検出し、
前記検出した交流電流値と電流閾値との比較結果に基づいて前記インバータの起動／停止を制御し、待機電力を削減させること
を特徴とする電源制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システム及び電源制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、一般的な独立型太陽光発電システムの構成を示すブロックである。図６に示すように、一般的な独立型太陽光発電システムにおいては、太陽電池１０１で発電された直流電力は、充電回路１０２を介して、バッテリ１０３に充電されると共にインバータ１０４に供給される。そして、この直流電力は、インバータ１０４によって所望の電圧の交流電力に変換されて、家電製品などの交流負荷１０５に供給される。また、雨天や夜間などで太陽電池１０１が発電していないときは、バッテリ１０３に充電された直流電力がインバータ１０４に供給され、インバータ１０４によって交流電力に変換されて交流負荷１０５に供給される。
【０００３】
ここで、太陽電池１０１が発電していないときで、交流負荷１０５への供給電力がゼロのときは、バッテリ１０３が切り離されてインバータ１０４の消費電力を最小にするようにして、無駄な消費電力の削減化を図っている。また、太陽電池１０１が発電を行う昼間において、交流負荷１０５で消費されなかった電力（直流電力）を太陽電池１０１から充電回路１０２を介してバッテリ１０３へ充電することにより、太陽電池１０１の発電電力を無駄なくバッテリ１０３へ回収している。さらに、図６では図示されていないが、太陽電池の発電電圧を昇圧する第１コンバータとバッテリの電圧を昇圧する第２コンバータとを並列にしてインバータに接続することにより、太陽電池からインバータへ供給される発電電力の電圧変換を１回のみにして、太陽電池の発電電力の変換効率の低下を防止する技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１５３４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述の図６や特許文献１に開示された独立型太陽光発電システムは、交流負荷１０５の負荷状態に係わらず（つまり、交流負荷１０５が無負荷の状態であっても）、インバータ１０４は常に動作している。そのため、インバータ１０４は常に待機電力を消費し続けているので、独立型太陽光発電システムとしては電力の無駄な消費が多くなり、バッテリ１０３が過放電となるおそれがある。また、太陽電池１０１の発電中において交流負荷１０５で消費されなかった電力は、バッテリ１０３へ充電し続けられるため、バッテリ１０３が過充電となってそのバッテリ１０３の寿命を低下させてしまうおそれもある。また、バッテリ３の充電完了後の余剰電力も有効に利用されていない。
【０００６】
すなわち、従来の独立型太陽光発電システムにおいては、交流負荷１０５が無負荷であるときの待機電力の削減、太陽電池１０１の発電中における過充電によって生じるバッテリ１０３の寿命低下の回避、及び発電中の太陽電池１０１からバッテリ１０３への充電完了後の余剰電力の利用方法などについては全く考慮されていない。言い換えると、従来の技術では、電力会社からの商用電力を利用しない独立型太陽光発電システムにおける電力資源が無駄に消費され、かつ、バッテリの寿命を低下させる要因となっている。なお、上記従来例では独立型太陽光発電システムについて述べたが、商用電力と系統連系している系統連系型太陽光発電システムを含めた一般的な太陽光発電システムにおいては、待機電力の削減、余剰電力の有効利用、及びバッテリの寿命低下の回避などについては考慮されていない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、使い勝手のよい太陽光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】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は、太陽電池で発電された太陽光発電電力が、インバータを介して交流負荷に供給されると共にバッテリに充電される太陽光発電システムであって、前記インバータから前記交流負荷へ流れる交流電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段が検出した交流電流値と電流閾値との比較結果に基づいて前記インバータの起動／停止を制御し、待機電力を削減させる電源制御手段とを備える太陽光発電システムを提供する。
【０００９】
好ましい形態としては、前記電源制御手段は、前記交流電流値が前記電流閾値未満であって、かつ所定時間を経過したときに、前記インバータを自動停止させて前記待機電力を削減させる。また、前記電源制御手段は、前記待機電力の削減中に前記インバータを周期的に断続運転させ、前記交流電流値が前記電流閾値以上になったときに該インバータを自動起動させる。
【００１０】
また、本発明によれば、使い勝手のよい太陽光発電システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、交流負荷の未使用時において、インバータを含めた太陽光発電システム全体の待機電力を削減することにより、バッテリの過放電を防止することができる。また、バッテリの充電が完了した後の余剰電力を温熱や冷熱として蓄熱することにより、過充電防止によるバッテリの長寿命化と、余剰電力の有効利用とを併せて実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に適用される独立型太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す独立型太陽光発電システムにおいて、インバータが自動停止するまでの各部の動作状態を示したタイムチャートである。
【図３】図１に示す独立型太陽光発電システムにおいて、インバータが自動起動するまでの各部の動作状態を示したタイムチャートである。
【図４】図１に示す独立型太陽光発電システムにおいて、インバータの待機電力を削減させるための電源制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。
【図５】図１に示す独立型太陽光発電システムにおいて、余剰電力によって蓄熱するまでの各部の動作状態を示したタイムチャートである。
【図６】一般的な独立型太陽光発電システムの構成を示すブロックである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
《概要》
本発明の実施形態では、太陽光発電システムとして、商用電力と系統連系を行わないで、独立した電力系統により太陽電池の電力系統システムを完結させる独立型太陽光発電システムについて説明する。すなわち、本発明の実施形態に係る独立型太陽光発電システムでは、図１を参照すると、従来の独立型太陽光発電システムと同様に、基本的には、太陽電池１で発電された太陽光発電電力は、インバータ４を介して交流電力として交流負荷５に供給されると共に、交流負荷５で使用されなかった電力（すなわち、太陽光発電電力と交流電力との差分電力）は、バッテリ充電電力としてバッテリ３に充電されるように構成されている。
【００１４】
本実施形態の独立型太陽光発電システムでは、このような基本的な構成に加えて、図１に示すように、交流負荷５の停止時にはインバータ４を自動停止させ、かつ、交流負荷５の再起動時はインバータ４を自動起動させる自動停止／自動起動機能が付加されている。これにより、交流負荷５が停止しているときにはインバータ４を停止させて待機電力を低減させることで、バッテリ３の不要な過放電を防止することができる。
【００１５】
また、太陽電池１で発電された太陽光発電電力が交流負荷５で消費されず、かつバッテリ３の充電完了によって蓄電されなかった余剰電力は、ヒータ１８に給電することによって温水タンク１９に温水として蓄熱し、給湯機器２０や冷暖房機器２１より温水を供給する温水供給機能が付加されている。さらに、上記の余剰電力を冷却装置２２に給電して冷熱を蓄熱し、冷熱供給機器２３より冷熱を供給する冷熱供給機能が付加されている。これらの機能により、余剰電力によってバッテリ３が過充電するのを防止することができると共に、余剰電力の有効利用を図ることができる。
【００１６】
すなわち、本実施形態の独立型太陽光発電システムは、従来の独立型太陽光発電システムに対して、待機電力を低減させるためのインバータの自動停止／自動起動機能と、余剰電力を有効に利用するための温水供給機能及び冷熱供給機能とが付加されたことにより、待機電力の削減、余剰電力の有効利用、及びバッテリの過充電／過放電防止を複合的に実現することができる。
【００１７】
以下、本発明に係る独立型太陽光発電システムの実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
《第１実施形態》
〈独立型太陽光発電システムの構成〉
先ず、本発明の第１実施形態に係る独立型太陽光発電システムの構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に適用される独立型太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。すなわち、図１は、本発明の第１実施形態に係る独立型太陽光発電システムにおいて、インバータ４を含めたシステム全体の待機電力の削減、余剰電力を蓄熱して熱源としての有効利用、及びバッテリ３の過充電／過放電の防止などを複合的に実現させるように構成した複合式の独立型太陽光発電システムの構成を示している。
【００１９】
図１に示すように、本発明の第１実施形態に適用される独立型太陽光発電システムは、太陽電池１から充電回路２を経由して出力切替回路１７に接続されている。そして、この出力切替回路１７の第１出力端子から、インバータ４に接続されると共にバッテリ充電監視回路（バッテリ充電監視手段）１６を経由してバッテリ３に接続されている。また、インバータ４の出力側は、ＣＴ（電流検出手段）７を経由して交流負荷５に接続されている。さらに、この出力切替回路１７の第１出力端子から、独立型太陽光発電システムの全体を制御する電源制御装置（電源制御手段）６に接続されている。
【００２０】
また、出力切替回路１７の第２出力端子から、温水タンク１９内のヒータ（加熱手段）１８と冷却装置（冷却手段）２２とに接続されている。さらに、温水タンク１９から給湯機器２０及び冷暖房機器２１が接続され、冷却装置２２から冷温供給機器２３が接続されている。なお、出力切替回路１７には、充電モードと蓄熱モードとを手動で切替えることができる充電／蓄熱モード手動切替スイッチ２４が接続されている。
【００２１】
また、電源制御装置６から、ＣＴ７、インバータ運転接点８、手動復帰接点（手動復帰手段）９、及び外部復帰接点（外部復帰手段）１０が接続されている。この電源制御装置６は、ＣＴ７が検出した交流負荷５へ流れる交流電流値の電流監視値、手動復帰接点９の信号、及び外部復帰接点１０の信号をそれぞれ受信してインバータ運転接点８を動作させ、インバータ４を起動／停止させる機能を備えている。
【００２２】
電源制御装置６内の電流監視制御回路１１は、ＣＴ７を介して、交流負荷５へ流れる交流電流値を監視する電流監視機能と、インバータ４から交流負荷５へ流れる交流電流の通電時間をカウントするタイマ機能とを備えていて、交流負荷５の運転状態を示す信号を連続運転指令回路１２へ送信する。なお、電源制御装置６の電源はバッテリ３から供給されている。
【００２３】
また、電源制御装置６に設けられた電流監視制御回路１１は、周期運転指令回路（周期運転指令手段）１３に起動信号を出力してインバータ４を周期的に断続運転させる機能を備えている。なお、周期運転指令回路１３は、周期運転指令回路電源１５から電源が供給されている。また、図中の２つのダイオード１４は、連続運転指令回路１２及び周期運転指令回路１３のそれぞれで増幅された信号が他方の増幅回路に流れ込むことを防止する機能を備えていて、連続運転指令回路１２と周期運転指令回路１３の動作の独立性を保つために設けられたものである。
【００２４】
すなわち、本実施形態の独立型太陽光発電システムは、従来の独立型太陽光発電システムに加えて、電源制御装置６の電流監視制御回路１１が、インバータ４から交流負荷５へ流れる交流電流値（電流監視値）をＣＴ７で監視し、その交流電流値が電流閾値未満であって、かつ所定時間を経過した場合には、インバータ４を自動停止させることによって待機電力の削減化を図っている。
【００２５】
また、電源制御装置６の連続運転指令回路１２が、インバータ４を自動的に再起動させるために、インバータ４を周期的に断続運転させ、そのときに交流負荷５に流れる交流電流値が電流閾値以上であった場合には、自動的にインバータ４を連続運転に切り替えるようにしている。
【００２６】
なお、交流負荷５を任意に使用できるようにするために、インバータ４に手動復帰接点９を設け、この手動復帰接点９を手動で操作することによってインバータ４を任意に起動させる機能と、外部復帰接点１０により、交流負荷５の起動スイッチ（図示せず）と連動させて、インバータ４を自動起動させる機能とが付加された構成となっている。ここで、外部復帰接点１０は交流負荷５側に設けられているが、この外部復帰接点１０の信号が電源制御装置６の連続運転指令回路１２で受信されることによってインバータ運転接点８を動作させて、インバータ４を自動起動させることができる。
【００２７】
すなわち、本実施形態の独立型太陽光発電システムは、太陽電池１で発電された太陽光発電電力のうち、交流負荷５で交流電力として使用されなかった電力（つまり、太陽光発電電力と交流電力との差分である差分電力）をバッテリ充電電力としてバッテリ３に充電する基本的な構成に加えて、バッテリ充電監視回路１６、出力切替回路１７、ヒータ１８、温水タンク１９、及び冷却装置２２などが追加されている。これによって、バッテリ３の充電完了後の余剰電力は、ヒータ１８へ給電されて温水タンク１９内の水を加温することによって温水として蓄熱され、温熱源として給湯機器２０や冷暖房機器２１に利用できるように構成されている。また、前記の余剰電力を冷却装置２２に給電して、冷水や氷などの冷熱として蓄熱し、冷熱源として冷温供給機器２３に供給できるように構成されている。
【００２８】
〈独立型太陽光発電システムの動作〉
次に、図１に示す本実施形態に係る独立型太陽光発電システムの動作について説明する。図２は、図１に示す独立型太陽光発電システムにおいて、インバータが自動停止するまでの各部の動作状態を示したタイムチャートである。すなわち、図２は、横軸が時間軸であり、縦軸は上段から、インバータ４の運転／停止状態、交流負荷５の運転／停止状態、及び各時刻における交流電流値の概略波形と電流閾値とを示している。したがって、図２のタイムチャートを参照して、図１に示す独立型太陽光発電システムにおけるインバータ４の待機電力削減のための動作概要を説明する。
【００２９】
図２に示すように、時刻ｔ０以降におけるインバータ４及び交流負荷５の運転／停止状態において、時刻ｔ１からｔ２の期間、及び時刻ｔ３からｔ４の期間においては、それぞれ、交流負荷５が停止して交流電流値が電流閾値より小さくなっている。しかし、それぞれの期間（ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４）は、あらかじめ設定した所定時間より短いので、インバータ４はそのまま運転を継続している。ところが、時刻ｔ５からｔ６の期間では、交流負荷５が停止して交流電流値が電流閾値より小さくなり、かつ交流電流値が電流閾値より小さい時間が所定時間より長くなっているので、時刻ｔ６においてインバータ４は停止する。
【００３０】
すなわち、交流負荷５の連続運転中（時刻ｔ０〜ｔ１）において、ＣＴ７で監視している交流電流値（電流監視値）が電流閾値以上の場合は、インバータ４は連続運転している。また、交流負荷５の断続運転中（時刻ｔ１〜ｔ４）においては、ＣＴ７で監視している交流電流値が電流閾値未満であっても、交流負荷５の停止時間（時刻ｔ１〜ｔ２、及び時刻ｔ３〜ｔ４）が所定時間以下（図２では、時間軸で１目盛り及び２目盛り）のときは、インバータ４はそのまま連続運転している。
【００３１】
ところが、交流負荷５が時刻ｔ５で停止して、ＣＴ７で監視している交流電流値が電流閾値未満となり、かつ所定時間以上（時刻ｔ５〜ｔ６の３目盛りの時間以上）経過したときには、時刻ｔ６においてインバータ４を停止させる。これにより、時刻ｔ６以降においてはインバータ４の待機電力を削減させることができる。ここで、ＣＴ７で監視している交流負荷５の交流電流値と比較される電流閾値は、交流負荷５の待機電流を超過した値に設定することで、独立型太陽光発電システムの安定した使用性を確保することができる。
【００３２】
次に、本発明の独立型太陽光発電システムによって削減できる待機電力量について説明する。例えば、インバータ４の定格出力電力が５００Ｗで電力変換効率が９０％である場合において、電力変換損失の５０％程度が待機電力であると仮定したときの削減できる待機電力量について説明する。
【００３３】
インバータ４の待機電力は、（５００Ｗ×（１−０．９））／２＝２５Ｗである。したがって、交流負荷５の停止した無負荷状態が１０時間経過した場合には、２５Ｗ×１０ｈ＝２５０Ｗｈの待機電力量を削減することができる。ここで、独立型太陽光発電システムが１２Ｖのバッテリ３を使用している場合は、（２５Ｗ／１２Ｖ）×１０ｈ＝２１Ａｈ程度のバッテリ３の電力量を削減できることになる。
【００３４】
次に、待機電力を削減するために停止しているインバータ４に対して、そのインバータ４の待機電力の削減状態を維持しながら、交流負荷５の負荷状態に応じてインバータ４を自動起動させる方法について図３を参照しながら説明する。図３は、図１に示す独立型太陽光発電システムにおいて、インバータ４が自動起動するまでの各部の動作状態を示したタイムチャートである。
【００３５】
すなわち、図３は、横軸が時間軸であり、縦軸は上段から、インバータ４の運転／停止状態、交流負荷５の運転／停止状態、及び各時刻における交流電流値の概略波形と電流閾値とを示している。この図では、電源制御装置６の周期運転指令回路１３によりインバータ４を周期的に断続運転させ、その時に交流負荷５に流れる電流（交流電流値）を電流監視制御回路１１で監視することにより、交流負荷５の運転／停止状態を検知して、インバータ４の運転／停止状態を切り替えることを示している。言い換えると、電源制御装置６に備えられた電流監視制御回路１１が周期運転指令回路１３に起動信号を出力し、インバータ４を周期的に断続運転させている。
【００３６】
図３に示すように、インバータ４を周期的に断続運転させて、時刻がｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８の各期間のように、交流負荷５の交流電流値が電流閾値未満であれば、インバータ４を周期運転モード（すなわち、擬似停止状態による待機電力の削減状態）とする。そして、時刻ｔ９において交流負荷５が運転を開始し、時刻ｔ１０において交流負荷５へ流れる交流電流値が電流閾値以上になった場合には、電源制御装置６の連続運転指令回路１２によってインバータ４を連続運転させる。なお、図中の時刻ｔ９〜ｔ１０までの破線は、交流負荷５の運転開始の操作から、インバータ４が自動起動するまでの期間を示したものである。
【００３７】
以上のような動作により、インバータ４が連続運転を開始した時刻ｔ１０以降は、図１に示す周期運転指令回路電源１５を遮断して周期運転指令回路１３の電源を断ち、インバータ４の周期運転の動作を停止させる。これによって、交流負荷５の連続運転中における電源制御装置６の電力消費を減少させて、待機電力を低減させることができる。
【００３８】
また、上述したようなインバータ４の自動起動の機能以外において、インバータ４の連続運転を可能とするために、図１に示すように手動復帰接点９を設けることもできる。すなわち、この手動復帰接点９により、インバータ４を手動で連続運転の状態にする機能を実現することができる。また、交流負荷５に外部復帰接点１０を設け、この外部復帰接点１０に交流負荷５の起動接点を接続して外部復帰接点１０と連動させることにより、インバータ４を任意に自動起動させる機能を実現させることもできる。なお、手動復帰接点９及び外部復帰接点１０の信号を、電源制御装置６の連続運転指令回路１２へ直接入力することにより、任意のタイミングで確実にインバータ４を動作させることが可能となる。
【００３９】
図４は、図１に示す独立型太陽光発電システムにおいて、インバータの待機電力を削減させるための電源制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。したがって、図４を参照しながら、インバータ４の待機電力を削減させるための動作の流れを説明する。先ず、インバータ４が連続運転中であるとき（ステップＳ１）、電源制御装置６は、交流負荷５へ流れる交流電流値が電流閾値未満であり、かつ所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００４０】
ここで、交流電流値が電流閾値未満ではないとき、または交流電流値が電流閾値未満であっても所定時間が経過していないときは（ステップＳ２でＮｏ）、ステップＳ２の判定を継続する。一方、ステップＳ２において、交流負荷５へ流れる交流電流値が電流閾値未満であり、かつ所定時間が経過したときには（ステップＳ２でＹｅｓ）、電源制御装置６はインバータ４を自動停止させる（ステップＳ３）。これによって、インバータ４の待機電力を削減させることができる。
【００４１】
その後、電源制御装置６は、インバータ４を周期的に断続運転させる周期運転モードを開始する（ステップＳ４）。そして、電源制御装置６は、インバータ４の手動復帰接点９が入り（ＯＮ）になっているか否かを判定し（ステップＳ５）、手動復帰接点９がＯＮになっていなければ（ステップＳ５でＮｏ）、インバータ４の外部復帰接点１０が入り（ＯＮ）になっているか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００４２】
ここで、インバータ４の外部復帰接点１０がＯＮになっていなければ（ステップＳ６でＮｏ）、電源制御装置６は、インバータ４の周期運転を継続させ（ステップＳ７）、交流負荷５へ流れる交流電流値が電流閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。このとき、交流電流値が電流閾値以上でなければ（ステップＳ８でＮｏ）、ステップＳ５に戻って前述のステップＳ５〜ステップＳ８の処理を繰り返すが、交流電流値が電流閾値以上であれば（ステップＳ８でＹｅｓ）、電源制御装置６は、インバータ４の連続運転を再開させる（ステップＳ９）。
【００４３】
なお、ステップＳ５において手動復帰接点９がＯＮになっているとき（ステップＳ５でＹｅｓ）、または、ステップＳ６においてインバータ４の外部復帰接点１０がＯＮになっているときは（ステップＳ６でＹｅｓ）、電源制御装置６は、直ちにインバータ４の連続運転を再開させる（ステップＳ９）。
【００４４】
図５は、図１に示す独立型太陽光発電システムにおいて、余剰電力によって蓄熱するまでの各部の動作状態を示したタイムチャートである。すなわち、図５は、横軸が時間軸であり、縦軸は上段から、太陽電池１によって発電された太陽光発電電力、インバータ４から交流負荷５へ出力される交流電力、太陽電池１からバッテリ３へ充電されるバッテリ充電電力、及び余剰電力としてヒータ１８や冷却装置２２へ供給される蓄熱電力を示している。
【００４５】
したがって、図５を参照しながら、余剰電力を利用した熱変換及び蓄熱の機構について説明する。図５に示すように、時刻ｔ１において太陽電池１が発電を開始して太陽光発電電力が発生した後は、その太陽光発電電力は全てバッテリ充電電力としてバッテリ３に充電される。そして、交流負荷５が時刻ｔ２において起動し時刻ｔ３において停止するまでの期間は、太陽電池１によって発電された太陽光発電電力から交流負荷５で消費される交流電力を差し引いた差分電力がバッテリ充電電力となってバッテリ３に充電される。
【００４６】
また、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間は、交流負荷５が停止して交流電力がゼロになるので、太陽電池１によって発電された太陽光発電電力が全てバッテリ充電電力となってバッテリ３に充電される。
【００４７】
ここで、図1に示すバッテリ充電監視回路１６が、バッテリ３の充電電圧と充電電流とを常時監視することにより、バッテリ３の充電状態をリアルタイムで検出している。したがって、時刻ｔ４において、バッテリ充電監視回路１６がバッテリ３の充電完了を検出した後は、電源制御装置６が出力切替回路１７の経路を切替え、太陽光発電電力を余剰電力として出力切替回路１７からヒータ１８または冷却装置２２へ給電する。
【００４８】
すなわち、太陽電池１からバッテリ３への充電が完了して余剰電力が発生する時刻ｔ４以降においては、太陽電池１の発電が停止する時刻ｔ５までの期間は太陽光発電電力が全て余剰電力となり、この余剰電力が蓄熱電力としてヒータ１８または冷却装置２２へ給電される。これにより、温水タンク１９にはヒータ１８の加熱によって温水が蓄熱され、冷却装置２２には冷水または氷として冷熱が蓄熱される。
【００４９】
以上を要約すると、図５は、太陽電池１によって発電された太陽光発電電力と、交流負荷５へ供給された交流電力と、バッテリ３へ充電されるバッテリ充電電力と、ヒータ１８や冷却装置２２へ給電される蓄熱電力（余剰電力）との推移を示しており、太陽電池１で発電された太陽光発電電力は、交流負荷５が停止中の場合は、全てバッテリ充電電力としてバッテリ３に充電される（時刻ｔ１〜ｔ２）。次に、時刻ｔ２で交流負荷５が起動すると、太陽光発電電力の一部が交流電力として交流負荷５に消費され、太陽光発電電力と交流電力との差分電力が、バッテリ充電電力としてバッテリ３へ充電される（時刻ｔ２〜ｔ３）。
【００５０】
その後、時刻ｔ３において、再び交流負荷５が停止して交流電力がゼロになると、太陽光発電電力が全てバッテリ充電電力となってバッテリ３へ充電される（時刻ｔ３〜ｔ４）。
【００５１】
そして、バッテリ充電監視１６が、バッテリ３の充電電圧及び充電電流によってバッテリ３の充電完了を検出したとき以降(時刻ｔ４以降)においては、太陽光発電電力は全て余剰電力となり、出力切替回路１７を介して、ヒータ１８または冷却装置２２へ蓄熱電力として給電される。さらに、ヒータ１８が温水タンク１９内の水を加温することにより温熱源として利用され、冷却装置２２では冷水または氷として冷熱源が蓄熱されて利用される（時刻ｔ４〜ｔ５）。
【００５２】
ここで、時刻ｔ４以降においてはバッテリ３の充電が完了しているので、電源制御装置６は、バッテリの充電が完了した時刻ｔ４以降は、バッテリ３の充電状態を監視するバッテリ充電監視回路１６の電源を遮断してもよい。これによって、バッテリ充電監視回路１６で消費される電力を減らすことができるので、太陽光発電システム全体の待機電力を削減することが可能となる。
【００５３】
なお、図５では、時刻ｔ３で交流負荷５が停止してから、時刻ｔ４においてバッテリ３の充電完了が検出された後の余剰電力を蓄熱電力として利用する状態を示している。したがって、時刻ｔ４以降では太陽光発電電力の全てが余剰電力となり蓄熱電力として利用されることになる。
【００５４】
しかし、交流負荷５が時刻ｔ４を過ぎた時刻まで運転をしていて、交流電力が時刻ｔ４を過ぎた時刻まで交流負荷５に供給されている場合は、時刻ｔ４以降においては、太陽光発電電力から交流電力を差し引いた電力分が余剰電力となって蓄熱電力として利用されることになる。
【００５５】
また、交流負荷５が再起動したときは、バッテリ３から交流負荷５への給電が開始される。そして、バッテリ充電監視回路１６がバッテリ３の充電容量の低下を検出したときは、出力切替回路１７の切替えにより、太陽電池１によって発生された太陽光発電電力を、再度、インバータ４及びバッテリ３へ自動的に供給することができる。
【００５６】
なお、図１に示す充電／蓄熱モード手動切替スイッチ２４は、バッテリ３への充電モードとヒータ１８及び冷却装置２２への蓄熱モードとの優先切替の選択を可能としたスイッチである。したがって、充電／蓄熱モード手動切替スイッチ２４を操作することにより、手動にて、任意に、充電モードに切替えてバッテリ３を充電したり、蓄熱モードに切替えてヒータ１８や冷却装置２２へ給電したりすることが可能となる。
【００５７】
以上のようにして、余剰電力を蓄熱電力としてヒータ１８に供給し、温水タンク１９に蓄えられた温水は、給湯機器２０や冷暖房機器２１によって温熱源として利用される。また、余剰電力を蓄熱電力として冷却装置２２に供給することにより、冷却装置２２に蓄えられた冷水または氷は、冷温供給機器２３によって冷熱源として利用される。このようにして、太陽光発電電力の余剰電力は昼夜を問わず熱源として有効に利用することができる。特に、系統連系型太陽光発電システムに比べて電力資源が乏しい独立型太陽光発電システムにあっては、このような余剰電力の利用は、天然資源を有効活用する効果が著しく大きくなる。
【００５８】
すなわち、本実施形態に係る独立型太陽光発電システムは、一般的な独立型太陽光発電システムと比較して、待機電力の削減、使用性の向上、及び余剰電力の最適な配分などによるバッテリ３の過充電／過放電の防止と長寿命化を図ることができる。その結果、独立型太陽光発電システム全体の長寿命化と信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００５９】
また、余剰電力の有効活用の一つとして、余剰電力を熱エネルギーに変換することにより、温水タンク１９には温熱として蓄熱し、冷却装置２２には冷熱として蓄熱し、それぞれ蓄熱された熱エネルギーを、給湯機器２０、冷暖房機器２１、及び冷温供給機器２３に供給することにより、昼夜を問わず、太陽光発電電力の余剰電力を熱源として利用することができる。
【００６０】
以上述べたように、本実施形態の独立型太陽光発電システムによれば、インバータ４や周期運転指令回路１３やバッテリ充電監視回路１６などの待機電力を削減することにより、バッテリ３の過放電を防止することができる。また、余剰電力をヒータ１８や冷却装置２２に給電することにより、バッテリ３の過充電を防止することができると共に、バッテリ３の寿命低下を防止して独立型太陽光発電システムの長寿命化を図ることができる。さらに、太陽電池１で発電された太陽光発電電力のうち、交流負荷５で消費されないでバッテリ３の充電完了によって発生した余剰電力を、ヒータ１８に給電して温熱として蓄熱したり、冷却装置２２に給電して冷熱として蓄熱したりして利用することができる。これにより、余剰電力は給湯機器２０や冷暖房機器２１の温熱源として有効に利用することができると共に、冷温供給機器２３により冷熱源として有効に利用することが可能となる。
【００６１】
《第２実施形態》
本発明の第２実施形態では、太陽光発電システムや風力発電システムによって２次的に発生する余剰電力の利用方法の応用例について説明する。すなわち、独立型太陽光発電システムや系統連系型太陽光発電システムに限らず、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギー発電システムで発生した余剰電力を、温熱または冷熱として蓄熱し、蓄熱された熱エネルギーを給湯機器や冷暖房機器や工業用熱源として、さまざまな分野において利用することが可能である。
【００６２】
ちなみに、図１の太陽光発電システムにおいては、ヒータ１８を電熱ヒータのイメージで記載したが、電熱ヒータではなく、ヒートポンプ機能を有するいわゆるエコキュート（登録商標）システム等の冷凍サイクルに対して、第１実施形態で述べた余剰電力の利用方法を応用することができる。すなわち、第１実施形態で述べたような手法によって取り出された余剰電力を、エコキュートシステム等の冷凍サイクルの圧縮機に供給することにより、比較的安価に余剰電力を熱エネルギーとして回収するシステムを構築することができる。
なお、冷凍サイクルは、図示しない凝縮器と蒸発器の使い方によって、簡単に給湯機にも冷水機にも使え、さらには、冷暖房の空調機にも使える。
【００６３】
《まとめ》
以上、本発明に係る太陽光発電システムについて、独立型太陽光発電システムの実施形態を例に挙げて具体的に説明したが、本発明は前述した実施形態の内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。すなわち、本発明は、独立型太陽光発電システムに限らず、商用電力系統と連系する系統連系型太陽光発電システムにおいても、待機電力の削減、余剰電力の有効利用、及びバッテリの過充電／過放電防止などに応用することができる。また、独立型／連系型の太陽光発電システムに限らず、風力発電システムや潮力発電システムなどを含めた自然エネルギー発電システムにおいても同様に応用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、特に、商用電力を受電することができない海上、離島、山小屋などに設置された独立型太陽光発電システムとして有効に利用することができるが、これに限らず、商用電力系統と連系する系統連系型太陽光発電システムにおいても、待機電力の削減、余剰電力の有効利用、及びバッテリの過充電／過放電防止などを実現するために有効に利用することができる。また、太陽光発電システムに限らず、風力発電システムや潮力発電システムなどを含めた自然エネルギー発電システムにおいても利用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  太陽電池
２  充電回路
３  バッテリ
４  インバータ
５  交流負荷
６  電源制御装置（電源制御手段）
７  ＣＴ（電流検出手段）
８  インバータ運転接点
９  手動復帰接点（手動復帰手段）
１０  外部復帰接点（外部復帰手段）
１１  電流監視制御回路
１２  連続運転指令回路
１３  周期運転指令回路（周期運転指令手段）
１４  ダイオード
１５  周期運転指令回路電源
１６  バッテリ充電監視回路（バッテリ充電監視手段）
１７  出力切替回路
１８  ヒータ（加熱手段）
１９  温水タンク
２０  給湯機器
２１  冷暖房機器
２２  冷却装置（冷却手段）
２３  冷温供給機器
２４  充電／蓄熱モード手動切替スイッチ
【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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