(57)【要約】【課題】太陽電池パネル等の簡易発電装置を用いた電力利用システムに適用され、簡易発電装置の発電電力と電力会社の系統電力の種々の組み合わせによる幅広い電力の活用を簡易に実現できる多機能電源装置を提供する。【解決手段】多機能電源装置１０は、電力制御部１１と、給電切替部２４と、設定入力・表示パネル２７と蓄電装置２９とにより構成されている。電力制御部１１が太陽電池パネル１とパワーコンディショナー２の間に介装され、パワーコンディショナー２が売分電盤５に接続されている。給電切替部２４は、電力制御部１１の制御を受けるものであり、電力会社３の系統電力の給電線に接続されると共に、買分電盤６を介して電力負荷４に接続されている。電力制御部１１には設定入力・表示パネル２７と蓄電装置２９が接続されている。【選択図】図１
2013223323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
簡易発電装置からの直流の発電電力をパワーコンディショナーを通して交流電力に変換して電力会社に送電し、一方電力会社からの系統電力を電力負荷に給電する電力利用システムに適用される多機能電源装置であって、
電力を蓄電する蓄電装置と、
前記簡易発電装置からの発電電力の全量を電力会社に売電するのみで、前記電力会社からの系統電力の前記電力負荷への給電を行わない発電電力全量売電モードと、前記発電電力の全量を電力会社に売電すると共に、前記系統電力を前記電力負荷に給電する発電電力売電消費モードと、前記発電電力の全量を前記蓄電装置に充電するのみで、前記系統電力の前記電力負荷への給電を行わない発電電力全量蓄電モードと、前記発電電力のみを前記電力負荷に給電すると共に残りの発電電力を前記蓄電装置に充電する発電電力消費蓄電モードと、前記系統電力のみを前記電力負荷に給電すると共に前記蓄電装置に充電可能にする買電消費蓄電モードの内のいずれか１つの動作モードを選択して入力可能な設定入力手段と、
前記発電電力全量売電モードと、前記発電電力売電消費モードと、前記発電電力全量蓄電モードと、前記発電電力消費蓄電モードと、前記買電消費蓄電モードの動作内容を記憶する動作モード記憶手段と、
直流入力電圧を所定電圧に昇圧して出力するスイッチング電源回路と、該スイッチング電源回路からの直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換装置と、前記簡易発電装置の接続を前記パワーコンディショナーと前記スイッチング電源回路のいずれか一方に切り替え可能な入力切替スイッチと、前記電力負荷の接続を前記系統電力の給電線と前記電力変換装置の出力側のいずれか一方に切り替え可能な出力切替スイッチと、前記入力切替スイッチ及び出力切替スイッチの切り替えを制御するスイッチ切替制御手段と、前記スイッチング電源回路と前記電力変換装置の動作の開始及び停止を制御する駆動制御手段と、前記蓄電装置への充電操作を制御する充電制御手段とを設けた機能制御装置と、を備えてなり、
前記設定入力手段により入力された動作モードに応じて前記動作モード記憶手段から読み出された動作内容に基づき、前記スイッチ切替制御手段による前記入力切替スイッチ及び出力切替スイッチの接続の切り替え制御、前記駆動制御手段による前記スイッチング電源回路及び電力変換装置の動作制御、及び前記充電制御手段による前記蓄電装置への充電制御が行われることを特徴とする多機能電源装置。
【請求項２】
前記発電電力全量売電モードにおいては、前記入力切替スイッチにより前記パワーコンディショナーに接続が切り替えられると共に、前記出力切替スイッチにより前記電力変換装置の出力側に接続が切り替えられ、さらに前記駆動制御手段の制御により前記スイッチング電源回路及び電力変換装置の動作が停止され、
前記発電電力売電消費モードにおいては、前記入力切替スイッチにより前記パワーコンディショナーに接続が切り替えられると共に、前記出力切替スイッチにより前記系統電力の給電線に接続が切り替えられ、さらに前記充電制御手段により系統電力を用いた前記蓄電装置への充電操作が制御され、
前記発電電力全量蓄電モードにおいては、前記入力切替スイッチにより前記スイッチング電源回路に接続が切り替えられると共に、前記出力切替スイッチにより前記電力変換装置の出力側に接続が切り替えられ、前記駆動制御手段の制御により前記スイッチング電源回路及び電力変換装置の動作が停止され、さらに前記充電制御手段により発電電力を用いた前記蓄電装置への充電操作が制御され、
前記発電電力消費蓄電モードにおいては、前記入力切替スイッチにより前記スイッチング電源回路に接続が切り替えられると共に、前記出力切替スイッチにより前記電力変換装置の出力側に接続が切り替えられ、前記駆動制御手段の制御により前記スイッチング電源回路及び電力変換装置の動作が開始され、さらに前記充電制御手段により発電電力を用いた前記蓄電装置への充電操作が制御され、
前記買電消費蓄電モードにおいては、前記入力切替スイッチにより前記スイッチング電源回路に接続が切り替えられると共に、前記出力切替スイッチにより前記系統電力の給電線に接続が切り替えられ、さらに前記充電制御手段により系統電力を用いた前記蓄電装置への充電操作が制御される、
ことを特徴とする請求項１に記載の多機能電源装置。
【請求項３】
系統電力を用いて前記蓄電装置へ充電を行うための充電開始時期及び充電期間を入力可能な充電条件入力手段と、該充電条件入力手段により入力された充電時期及び充電期間を記憶する充電条件記憶手段とを設け、前記充電制御手段の制御により、該充電条件記憶手段に記憶された充電時期及び充電期間において系統電力を用いた前記蓄電装置への充電が行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の多機能電源装置。
【請求項４】
系統電力を用いた前記蓄電装置への充電開始を指令する充電開始指令手段を設け、該充電開始指令手段の指令を受けて、前記充電制御手段の制御により、直ちに系統電力を用いた前記蓄電装置への充電が行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の多機能電源装置。
【請求項５】
前記設定入力手段、充電条件入力手段、及び充電開始指令手段への入力操作が、外部からの有線又は無線送信装置による送信入力により行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の多機能電源装置。
【請求項６】
前記電力変換装置が、前記スイッチング電源回路からの直流電力を単相交流電力に変換するインバータと、前記スイッチング電源回路からの直流電力を前記インバータからの交流電力の半分の大きさの直流電力として出力し、該インバータの出力と合わせて単相三線出力を形成する単相三線中性発振回路とにより構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の多機能電源装置。
【請求項７】
前記系統電力が停電状態であるか否かを検知する停電状態検知手段を設け、前記発電電力売電消費モードあるいは買電消費蓄電モードが実行されている状態において前記停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じて前記機能制御装置の制御により前記発電電力消費蓄電モードの実行に切り替えられることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の多機能電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池パネル等の簡易発電装置からの直流発電電力を、パワーコンディショナーによって交流電力に変換して売電盤を通して電力会社に送電し、一方、電力会社からの系統電力を買分電盤を通して電力負荷に給電する電力利用システムに適用される多機能電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
新たな電力源として期待されている太陽電池パネル等の簡易発電装置を用いた電力利用システムは、家屋等に設置された太陽電池パネルで発電された直流電力をパワーコンディショナーで交流電力に変換して電力会社に売却し、家庭等では別途電力会社から給電される系統電力を使用するようになっている。この電力利用システムでは、停電時には系統電力の給電が停止されるため、太陽電池パネルで発電が行われていても直ちにその電力を使用できないという問題がある。この場合、例えば特許文献１等に示すように、パワーコンディショナーに設けた非常用電源コンセントに電力ケーブルを接続することにより、通常より低い電流容量の範囲での電力の使用は可能であったが、必要な電力全部がまかなわれず家庭用電気機器の一部しか使用することができなかった。そのため、種々の電気機器が電力不足のため停止するという不具合が発生した。特に、一時的に電力供給が停止することにより、連続通電が必要になるパソコン等の機器には重大な問題が生じることもあった。
【０００３】
また、夏季のように電力需要が増加する場合には、電力会社等から電力消費制限の要請即ち節電要請が出されることがあるが、これに対して太陽電池パネルを備えた一般家庭等ではどの電気製品を通電したり通電停止したりすればよいかの判断は容易ではなく、そのため電力消費制限に対する適正な対応が困難であり、無用の混乱が生じるおそれがある。また、太陽電池パネルを備えた一般家庭等でも、発電された電力を専ら電力会社に売電したり、あるいは専ら備え付けの蓄電池に充電したいような幅広い要求もあるが、従来の電力利用システムでは、これら多様な要求に対してに的確に応えられなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９５１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題を解決しようとするものであり、太陽電池パネル等の簡易発電装置を用いた電力利用システムに適用され、簡易発電装置の発電電力と電力会社の系統電力の種々の組み合わせによる幅広い電力の活用を簡易かつ安価に実現できる多機能電源装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明の特徴（請求項１の発明に相当）は、簡易発電装置からの直流の発電電力をパワーコンディショナーを通して交流電力に変換して電力会社に送電し、一方電力会社からの系統電力を電力負荷に給電する電力利用システムに適用される多機能電源装置であって、電力を蓄電する蓄電装置と、簡易発電装置からの発電電力の全量を電力会社に売電するのみで、電力会社からの系統電力の電力負荷への給電を行わない発電電力全量売電モードと、発電電力の全量を電力会社に売電すると共に、系統電力を電力負荷に給電する発電電力売電消費モードと、発電電力の全量を蓄電装置に充電するのみで、系統電力の電力負荷への給電を行わない発電電力全量蓄電モードと、発電電力のみを電力負荷に給電すると共に残りの発電電力を蓄電装置に充電する発電電力消費蓄電モードと、系統電力のみを電力負荷に給電すると共に蓄電装置に充電可能にする買電消費蓄電モードの内のいずれか１つの動作モードを選択して入力可能な設定入力手段と、発電電力全量売電モードと、発電電力売電消費モードと、発電電力全量蓄電モードと、発電電力消費蓄電モードと、買電消費蓄電モードの動作内容を記憶する動作モード記憶手段と、直流入力電圧を所定電圧に昇圧して出力するスイッチング電源回路と、該スイッチング電源回路からの直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換装置と、簡易発電装置の接続をパワーコンディショナーとスイッチング電源回路のいずれか一方に切り替え可能な入力切替スイッチと、電力負荷の接続を系統電力の給電線と電力変換装置の出力側のいずれか一方に切り替え可能な出力切替スイッチと、入力切替スイッチ及び出力切替スイッチの切り替えを制御するスイッチ切替制御手段と、スイッチング電源回路と電力変換装置の動作の開始及び停止を制御する駆動制御手段と、蓄電装置への充電操作を制御する充電制御手段とを設けた機能制御装置と、を備えてなり、設定入力手段により入力された動作モードに応じて動作モード記憶手段から読み出された動作内容に基づき、スイッチ切替制御手段による入力切替スイッチ及び出力切替スイッチの切り替え制御、駆動制御手段によるスイッチング電源回路及び電力変換装置の動作制御、及び充電制御手段による蓄電装置への充電制御が行われることにある。
【０００７】
ここで、簡易発電装置とは、一般家庭や工場等に設置される太陽電池パネル、小規模水力発電装置、風力発電装置等のような小電力を発電するものである。また、上記電力利用システムとは、簡易発電装置の所有者と電力会社との間に適用されるもので、簡易発電装置で発電された電力は専ら電力会社に送電して売却され、一方、所有者の家庭や工場等で使用される電力については、電力会社からの系統電力が利用されるものである。
【０００８】
上記発電電力全量売電モードは、簡易発電装置からの発電電力の全量を電力会社に売電することのみが求められ、電力負荷への系統電力の給電が必要ない場合に選択される利用形態である。上記発電電力売電消費モードは、簡易発電装置からの発電電力の全量を電力会社に売電し、一方電力会社からの系統電力の給電を受けて電力負荷を駆動させるものであり、太陽電池パネルを設置した一般家庭などで通常行われている利用形態である。上記発電電力全量蓄電モードは、簡易発電装置からの発電電力の全量を蓄電装置に充電することのみが求められ、電力負荷への系統電力の給電が必要ない場合に選択される利用形態である。また、上記発電電力消費蓄電モードは、系統電力を利用することなく、簡易発電装置からの発電電力のみを電力負荷で使用すると共に残りの電力を蓄電装置に充電させるものであり、節電要請時に適正に対応できると共に、停電時にも影響されることなく対応できる利用形態である。上記買電消費蓄電モードは、夜間等の簡易発電装置からの発電電力を期待できないとき等に、系統電力のみを利用して電力負荷に給電すると共に蓄電装置に充電可能にする利用形態である。
【０００９】
本発明においては、必要とされる用途に応じて使用者によって選択された上記５つの動作モードのいずれか１つが設定入力装置において入力されると、機能制御装置の各制御手段によって動作モード記憶手段に記憶された該当する動作モードが読み取られる。読み取られて動作モードに応じてスイッチ切替制御手段により入力切替スイッチ及び出力切替スイッチの切り替え制御が行われ、駆動制御手段によりスイッチング電源回路と電力変換装置の動作の開始あるいは停止制御が行われ、充電制御手段により蓄電装置への充電操作の制御が行われる。その結果、本発明によれば、設定入力装置の入力操作により、上記５つの動作モードを簡単に切り替えて実行させることができるので、多機能電源装置の採用によって上記電力利用システムの多様な利用が簡易に確保され、電力利用システムの利用価値が簡易かつ安価に高められる。
【００１０】
本発明において、発電電力全量売電モードにおいては、入力切替スイッチによりパワーコンディショナーに接続が切り替えられると共に、出力切替スイッチにより電力変換装置の出力側に接続が切り替えられ、さらに駆動制御手段の制御によりスイッチング電源回路及び電力変換装置の動作が停止される。発電電力売電消費モードにおいては、入力切替スイッチによりパワーコンディショナーに接続が切り替えられると共に、出力切替スイッチにより系統電力の給電線に接続が切り替えられ、さらに充電制御手段により系統電力を用いた蓄電装置への充電操作が制御される。発電電力全量蓄電モードにおいては、入力切替スイッチによりスイッチング電源回路に接続が切り替えられると共に、出力切替スイッチにより電力変換装置の出力側に接続が切り替えられ、駆動制御手段の制御によりスイッチング電源回路及び電力変換装置の動作が停止され、さらに充電制御手段により発電電力を用いた蓄電装置への充電操作が制御される。発電電力消費蓄電モードにおいては、入力切替スイッチによりスイッチング電源回路に接続が切り替えられると共に、出力切替スイッチにより電力変換装置の出力側に接続が切り替えられ、駆動制御手段の制御によりスイッチング電源回路及び電力変換装置の動作が開始され、さらに充電制御手段により発電電力を用いた蓄電装置への充電操作が制御される。買電消費蓄電モードにおいては、入力切替スイッチによりスイッチング電源回路に接続が切り替えられると共に、出力切替スイッチにより系統電力の給電線に接続が切り替えられ、さらに充電制御手段により系統電力を用いた蓄電装置への充電操作が制御される（請求項２の発明に相当）。
【００１１】
本発明において、系統電力を用いて蓄電装置へ充電を行うための充電開始時期及び充電期間を入力可能な充電条件入力手段と、充電条件入力手段により入力された充電時期及び充電期間を記憶する充電条件記憶手段とを設け、充電制御手段の制御により、充電条件記憶手段に記憶された充電時期及び充電期間において系統電力を用いた蓄電装置への充電が行われてもよい（請求項３の発明に相当）。これにより、発電電力売電消費モードや買電消費蓄電モードのように系統電力が電力負荷に給電されている状態においては、充電条件入力手段により充電開始時期及び充電期間が入力され充電条件記憶手段に記憶されていると、充電制御手段の制御によって充電開始時期及び充電期間に系統電力を用いた蓄電装置への充電が自動的に行われる。このように、系統電力による蓄電装置への充電の時期と充電期間が自由に選択できることにより、系統電力の充電への利用が便利になり、特に安価な深夜電力等を利用して安価に蓄電装置に充電を行うことができる。
【００１２】
本発明において、系統電力を用いた蓄電装置への充電開始を指令する充電開始指令手段を設け、充電開始指令手段の指令を受けて、充電制御手段の制御により、直ちに系統電力を用いた蓄電装置への充電が行われてもよい（請求項４の発明に相当）。これにより、発電電力売電消費モードや買電消費蓄電モードのように系統電力が電力負荷に給電されている状態においては、充電開始指令手段により充電開始が指令されると、充電制御手段の制御により直ちに系統電力を用いた蓄電装置への充電が行われる。このように、充電開始指令手段から充電開始指令を行うことにより、直ちに系統電力による蓄電装置への充電が行われるため、蓄電装置の蓄電量の低下に気がついたときや蓄電装置の蓄電量を多くする必要があるようなときに迅速に対応できる。
【００１３】
本発明において、設定入力手段、充電条件入力手段、及び充電開始指令手段への入力操作が、外部からの有線又は無線送信装置による送信入力であってもよい（請求項５の発明に相当）。これにより、多機能電源装置を含む電力利用システムから離れた場所においても、設定入力手段、充電条件入力手段、及び充電開始指令手段への入力操作が可能であるため、多機能電源装置の適正な利用形態の実行が一層簡易に可能にされる。
【００１４】
本発明において、電力変換装置が、スイッチング電源回路からの直流電力を単相交流電力に変換するインバータと、スイッチング電源回路からの直流電力をインバータからの交流電力の半分の大きさの直流電力として出力し、インバータの出力と合わせて単相三線出力を形成する単相三線中性発振回路とにより構成されてもよい（請求項６の発明に相当）。ここで、単相三線中性発振回路が、第１及び第２トランジスタが直列接続されて、一端側がスイッチング電源回路からの入力端で他端側がアース端となっており、第１トランジスタと第２トランジスタの接続部に平滑回路が接続されて出力端につなげられ、第１及び第２トランジスタの制御端子側にそれぞれデューティ比１／２のパルス信号を入力して第１及び第２トランジスタを交互にオン・オフさせる信号生成回路が接続されたものであることが好ましい。
【００１５】
本発明においは、スイッチング電源回路において発電電力の直流電圧が所定の電圧に昇圧されてインバータと単相三線中性発振回路に出力される。インバータにおいては直流電力が交流電力に変換され、単相三線中性発振回路においては、入力端に入力されたスイッチング電源回路からの直流電力が、インバータの交流出力の半分の大きさの直流電力として出力される。単相三線中性発振回路の出力とインバータの出力と合わせて単相三線出力が得られ、電力負荷側に給電される。その結果、本発明においては、軽量なインバータと単相三線中性発振回路を用いて単相三線出力が得られるため、多機能電源装置が軽量にされ、その取り扱いが容易になると共に、オートトランスを用いた装置に比べて安価に提供できる。
【００１６】
本発明において、系統電力が停電状態であるか否かを検知する停電状態検知手段を設け、発電電力売電消費モードあるいは買電消費蓄電モードが実行されている状態において停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じて機能制御装置の制御により発電電力消費蓄電モードの実行に切り替えられることが好ましい（請求項７の発明に相当）。これにより、停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、機能制御装置の制御により発電電力売電消費モードあるいは買電消費蓄電モードが実行されている場合は、それにより系統電力が給電されている電力負荷への通電が一時的に停止される。しかし、機能制御装置の制御により直ちに上記動作モードから発電電力消費蓄電モードの実行に切り替えられることにより、電力負荷への給電が滞ることなく開始される。その結果、本発明においては、停電時に系統電力から簡易発電装置で発電された電力に自動的に切り替えられるため、中断することなく簡易発電装置の発電電力あるいは蓄電装置に充電された電力を電力負荷の駆動に効率よく活用することができ、常時通電が必要な電気機器の安定した使用が可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、電力利用システムに簡易な構成の多機能電源装置を適用することにより、発電電力全量売電モード、発電電力売電消費モード、発電電力全量蓄電モード、発電電力消費蓄電モード、買電消費蓄電モードの５つの動作モードのいずれか１つを簡単に選択して実行させることができるので、多機能電源装置によって上記電力利用システムの多様な利用が簡単に確保され、安価に電力利用システムの利用価値が高められる。また、本発明においては、発電電力売電消費モード、買電消費蓄電モードの実行中に、系統電力を蓄電装置の充電に有効に活用できる。さらに、本発明においては、発電電力売電消費モード、買電消費蓄電モードの実行中に停電状態となったときは、動作モードが自動的に発電電力消費蓄電モードに切り替えられるため、中断することなく簡易発電装置の発電電力を電力負荷の駆動に効率よく活用することができ、常時通電が必要な電気機器の安定した使用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例に係る陽電池パネルを設置した一般家庭の電力利用システムに多機能電源装置を適用したシステムの全体構成を概略的に示す模式図である。
【図２】多機能電源装置の概略構成を電力利用システムとの関係で示すブロック回路図である。
【図３】スイッチング電源回路の概略構成を示す回路図である。
【図４】単相三線中性発振回路の概略構成を示す回路図である。
【図５】単相インバータと単相三線中性発振回路との関係を説明する説明図である。
【図６】設定入力・表示パネルの概略構成を示す正面図である。
【図７】変形例である多機能電源装置の概略構成を電力利用システムとの関係で示すブロック回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、実施例１に係る簡易発電装置である太陽電池パネルを屋根に設置した一般家庭の電力利用システムに、電力利用システムのより有効な活用を可能にした多機能電源装置を適用したシステムの全体構成を模式図により説明したものである。図２は、多機能電源装置の概略構成をブロック回路図により示したものである。
【００２０】
上記電力利用システムは、図１に示すように、簡易発電装置である太陽電池パネル１の出力がパワーコンディショナー２に接続されて、太陽電池パネル１で発電された直流電力がパワーコンディショナー２において商用電源の周波数の交流電力に変換されて、売分電盤５を介して電力会社３に送電されるいわゆる売電が行われる。また、太陽電池パネル１が設置された一般家庭では電力会社３からの系統電力が買分電盤６を経て各種電気製品である電力負荷４に給電される買電が行われる。なお、電力会社３の給電線は、途中で一部分岐してパワーコンディショナー２に接続されており、パワーコンディショナー２からの交流出力の周波数を系統電力の周波数に同期させるための系統電力信号を入力させるようになっている。
【００２１】
多機能電源装置１０は、上記電力利用システムにおいて後で詳述する太陽光全量売電モード（発電電力全量売電モード）Ｉと、太陽光売電消費モード（発電電力売電消費モード）ＩＩと、太陽光全量蓄電モード（発電電力全量蓄電モード）ＩＩＩと、太陽光消費蓄電モード（発電電力消費蓄電モード）ＩＶと、買電消費蓄電モードＶの５つの動作モードを実行可能となっている。使用者は、後述するモード入力スイッチ２７ａ〜２７ｅの操作によりいずれか１つの動作モードを選択可能となっている。
【００２２】
多機能電源装置１０は、電力制御部１１と、給電切替部２４と、設定入力・表示パネル２７と蓄電装置２９とにより構成されている。ＳＰＳは電力制御部１１の装置としての名称であり、ＳＰＸは給電切替部２４の装置としての名称である。図１に示すように、電力制御部１１が太陽電池パネル１とパワーコンディショナー２の間に介装され、パワーコンディショナー２が売分電盤５に接続されている。給電切替部２４は、電力制御部１１の制御を受けるものであり、電力会社３の系統電力の給電線に接続されると共に、買分電盤６を介して電力負荷４に接続されている。また、電力制御部１１には設定入力・表示パネル２７と蓄電装置２９が接続されている。通常は、電力制御部１１と給電切替部２４は屋内に設置されており、設定入力・表示パネル２７と蓄電装置２９は屋外に設置されている。なお、図１において、二重線は家庭内における電力流通経路の接続状態を示し、実線は電力会社との間の電力流通経路の接続状態を示すものである。
【００２３】
電力制御部１１は、入力切替スイッチ１２を設けている。入力切替スイッチ１２は、固定端子が太陽電池パネル１に接続されると共に、切替接点１２ａ，１２ｂがパワーコンディショナー２側と昇圧型のスイッチング電源回路１５側に接続されている。入力切替スイッチ１２は、後述する制御装置１６の制御により両切替接点１２ａ，１２ｂへの電気的な切り替えが可能になっており、通常はパワーコンディショナー２側の切替接点１２ａに接続されている。スイッチング電源回路１５側の切替接点１２ｂは、逆流防止ダイオード１３を介して昇圧型のスイッチング電源回路１５に接続されると共に、これに並列に後述する充電装置１７に接続されている。また、逆流防止ダイオード１３とスイッチング電源回路１５との接続線には、後述する蓄電装置２９に接続される分岐接続線が一端Ｘにて接続されており、同分岐接続線には逆流防止ダイオード１３と同極性で逆流防止ダイオード１４が接続されている。
【００２４】
スイッチング電源回路１５は、図３に示すように、トランジスタＴのコレクタ端子にコイルＬが接続されており、コイルＬの反対端が電源入力（太陽電池パネル１）の入力端子となっている。ベース端子には、制御装置１６の制御により信号を生成する信号生成部１５ａが接続されており、その入力側が制御端子となっている。エミッタ端子側が、アースに接続されたアース端子となっている。コレクタ端子にはコイルＬと並列でダイオードＤが接続されており、ダイオードＤの反対端側が出力端子となっており、さらに出力端子とアース端子間にコンデンサＣが接続されている。なお、トランジスタＴについては、バイポーラ型の代わりに電界効果トランジスタＦＥＴ、ＩＧＢＴ等でもよい。
【００２５】
スイッチング電源回路１５は、制御装置１６の制御により信号生成部１５ａから制御信号を出力してトランジスタＴをオン・オフに切り替えるようになっており、それにより太陽電池パネル１からの直流電力のコンデンサＣへの充電とコンデンサＣからの放電をコントロールし、入力電圧を昇圧して所定の出力電圧になるように制御するものである。本実施例１では、太陽電池パネル１からの直流電圧１４０ｖ〜３２０ｖを、３２０ｖの出力電圧になるように制御している。スイッチング電源回路１５の出力側には単相インバータ１８と単相三線中性発振回路１９が接続されている。単相インバータ１８は、スイッチング電源回路１５からの電圧３２０ｖの直流電力を単相２００ｖの交流電力に変換して出力するものである。
【００２６】
単相インバータ１８の出力側には電流を検出する電流センサ２１が接続されており、さらに電路遮断器２２が接続されている。電流センサ２１の出力は制御装置１６に接続されている。制御装置１６は電流センサ２１からの電流入力に応じて、スイッチング電源回路１５、単相インバータ１８及び単相三線中性発振回路１９の動作を制御するようになっている。電路遮断器２２は、単相インバータ１８からの出力電流が所定の上限値を超えたとき、回路を遮断するものである。
【００２７】
単相三線中性発振回路１９は、図４に示すように、トランジスタＴ１のエミッタ端子とトランジスタＴ２のコレクタ端子が直列接続されており、トランジスタＴ１のコレクタ端子がスイッチング電源回路１５に接続される入力端子となっており、トランジスタＴ２のエミッタ端子がアースに接続されるアース端子となっている。また、両トランジスタＴ１，Ｔ２の接続部分にコイルＬが接続されており、コイルＬの反対端側が出力端子となっている。出力端子とアース端子間にはコンデンサＣが接続されており、コイルＬとコンデンサＣにより平滑回路が構成されている。両トランジスタＴ１，Ｔ２のベース端子には、信号生成部１９ａが接続されており、信号生成部１９ａの入力側が制御装置１６が接続される制御端子となっている。
【００２８】
信号生成部１９ａは、所定のパルス幅でデューティ比１／２でオン・オフのずれた２つのパルス信号を生成し、トランジスタＴ１，Ｔ２のベース端子にそれぞれ入力して、トランジスタＴ１，Ｔ２を交互にオン・オフに切り替えるものである。トランジスタＴ１とトランジスタＴ２がデューティ比１／２でオン・オフを交互に繰り返すことにより、入力端に入力されたスイッチング電源回路１５からの直流電圧が平滑回路で平均化されて半分の大きさの直流電圧にされる。単相三線中性発振回路１９の出力側は上記電路遮断器２２の出力側に接続されている。図５に単相インバータ１８と単相三線中性発振回路１９の関係を示すように、単相三線中性発振回路１９からの直流電圧が、単相インバータ１８が出力する２線の中間電位となる。その結果、単相インバータ１８からの２００ｖの交流電圧とその半分の大きさの１００ｖの交流電圧からなる単相三線電圧が後述する出力切替スイッチ２５の切替接点２５ｂに出力されるようになる。
【００２９】
給電切替部２４は、出力切替スイッチ２５と、充電切替スイッチ２６とを設けている。出力切替スイッチ２５は、単相インバータ１８と単相三線中性発振回路１９の出力側に配設されており、固定端子が電力負荷４に接続されると共に、切替接点２５ａが電力会社３の系統電力の給電線に接続され、切替接点２５ｂが単相インバータ１８と単相三線中性発振回路１９の出力側に接続されている。出力切替スイッチ２５は、制御装置１６の制御により両切替接点２５ａ，２５ｂのいずれか一方への接続を電気的に切り替えるようになっている。充電切替スイッチ２６は、切替接点２５ａと充電装置１７を結ぶ配線において、給電線との接続点Ｙと充電装置１７の中間に介在しており、制御装置１６の制御によりオン，オフが電気的に切り替えられ、系統電力による蓄電装置２９への充電の可否を切り替えるものである。
【００３０】
充電装置１７は、制御装置１６に接続されており、また畜電装置２９が接続されている。充電装置１７は、制御装置１６の制御により、太陽電池パネル１からの発電電力あるいは電力会社３の給電線からの系統電力のいずれか一方を用いて蓄電装置２９に充電量等を監視しながら充電させる。また、充電装置１７は、電力会社３からの給電状態に応じて電力会社３が通常状態か停電状態かを制御装置１６に送信する停電状態検知手段としても機能するようになっている。
【００３１】
制御装置１６の入力側には、多機能電源装置１０により行われる５つの動作モード等を入力するための設定入力手段として機能すると共に、各種データを表示するための表示部としても機能する設定入力・表示パネル２７が接続されている。設定入力・表示パネル２７は、上記５つの動作モードを入力するための太陽光全量売電モード入力スイッチ２７ａ、太陽光売電消費モード入力スイッチ２７ｂ、太陽光全量蓄電モード入力スイッチ２７ｃ、太陽光消費蓄電モード入力スイッチ２７ｄ、買電消費蓄電モード入力スイッチ２７ｅを設けている。また、設定入力・表示パネル２７は、太陽光売電消費モードＩＩと買電消費蓄電モードＶ状態で、充電装置１７により系統電力を用いた蓄電装置２９への充電を自動的に行わせるための自動充電ＯＮスイッチ２７ｆと、自動的に行わせないようにする自動充電ＯＦＦスイッチ２７ｇを設けている。
【００３２】
一方、設定入力・表示パネル２７は、太陽光売電消費モードＩＩと買電消費蓄電モードＶ状態で、かつ自動充電ＯＦＦスイッチ２７ｇが押された状態で、充電装置１７により系統電力を用いた蓄電装置２９への充電を手動入力で直ちに行わせるための充電開始指令手段である手動充電ＯＮスイッチ２７ｈと、手動充電を停止させる手動充電ＯＦＦスイッチ２７ｉを設けている。また、自動充電ＯＮスイッチ２７ｆがオンされた状態で、自動充電開始と自動充電終了の時間を設定入力するための充電開始時間スイッチ２７ｊと充電終了時間スイッチ２７ｋを設けている。充電開始時間スイッチ２７ｊと充電終了時間スイッチ２７ｋは自動充電ＯＮスイッチ２７ｆと共に充電条件入力手段を構成している。
【００３３】
設定入力・表示パネル２７は、蓄電装置２９の出力電圧であるバッテリ電圧値を表示する表示部２８ａと、太陽電池パネル１からの出力電圧値である太陽光電圧値を表示する表示部２８ｂと、電力負荷４での消費電力値を表示する表示部２８ｃを設けている。さらに、設定入力・表示パネル２７は、上記充電開始時間スイッチ２７ｊと充電終了時間スイッチ２７ｋによる設定時間を表示する時間表示部２８ｄ，２８ｅを設けている。上記各スイッチ２７ａ〜２７ｋについては、入力されることにより点灯し、それによりいずれのスイッチが入力されているかが明示されるようになっている。
【００３４】
制御装置１６は、Ｉ／Ｏ，ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等を含むマイクロコンピュータ等により構成されており、ＲＯＭに記憶された「動作モード切替制御プログラム」を実行するものである。動作モード記憶部としても機能するＲＡＭには、５つの動作モードＩ〜Ｖ等のデータが記憶されている。制御装置１６は、設定入力・表示パネル２７から入力された動作モードについて、ＲＡＭに記憶された動作モードデータから選択して、入力切替スイッチ１２と出力切替スイッチ２５の切り替えを制御するスイッチ切替制御手段として機能する。また、制御装置１６は、選択された上記動作モードに応じて、スイッチング電源回路１５、単相インバータ１８及び単相三線中性発振回路１９の動作を開始あるいは停止を制御する駆動制御手段として機能する。さらに、制御装置１６は、上述したように蓄電装置２９の充電状態に応じて、太陽電池パネル１の発電電力あるいは電力会社３の給電線からの系統電力のいずれか一方を用いて充電装置１７を通して蓄電装置２９への充電操作を制御する充電制御手段としても機能する。
【００３５】
つぎに、上記５つの動作モードＩ〜Ｖについて説明する。
Ｉ．太陽光全量売電モード
この動作モードＩは、太陽電池パネル１からの直流電力の全量を電力会社３に売電することのみが求められ、電力負荷４への給電が必要ない場合に選択される利用形態である。動作モードＩでは、制御装置１６の制御により、入力切替スイッチ１２がパワーコンディショナー２側の切替接点１２ａに切り替えられ、出力切替スイッチ２５が単相インバータ１８及び単相三線中性発振回路１９の出力側である切替接点２５ｂに切り替えられる。さらに、制御装置１６の制御により、スイッチング電源回路１５、単相インバータ１８及び単相三線中性発振回路１９の動作が停止され、充電切替スイッチ２６はオフにされる。
【００３６】
ＩＩ．太陽光売電消費モード
この動作モードＩＩは、太陽電池パネル１からの発電電力の全量を電力会社３に売電し、一方電力会社３の系統電力からの給電を受けて電力負荷４を駆動させるものであり、太陽電池パネルを設置した一般家庭などで通常行われている利用形態である。動作モードＩＩでは、制御装置１６の制御により、入力切替スイッチ１２がパワーコンディショナー２側の切替接点１２ａに切り替えられ、出力切替スイッチ２５が電力会社３の系統電力の給電線側である切替接点２５ａに切り替えられる。制御装置１６の制御により、スイッチング電源回路１５、単相インバータ１８及び単相三線中性発振回路１９の動作が停止される。
【００３７】
一方、自動充電ＯＮスイッチ２７ｆがオンにされ、充電開始時間スイッチ２７ｊと充電終了時間スイッチ２７ｋにより充電開始時間と充電終了時間が設定されていると、制御装置１６の制御により、充電時間内において充電切替スイッチ２６がオンにされる。これにより、充電時間内において、充電装置１７により蓄電装置２９への系統電力による充電が行われる。また、自動充電ＯＦＦスイッチ２７ｇがオンにされた状態で、手動充電ＯＮスイッチ２７ｈがオンされると、制御装置１６の制御により充電切替スイッチ２６が直ちにオンにされ、手動充電ＯＦＦスイッチ２７ｉがオンされると、制御装置１６の制御により充電切替スイッチ２６が直ちにオフにされ、その間、充電装置１７により蓄電装置２９への系統電力による充電が行われる。
【００３８】
ＩＩＩ．太陽光全量蓄電モード
この動作モードＩＩＩは、太陽電池パネル１からの発電電力の全量を蓄電装置２９に充電することのみが求められ、電力負荷４への系統電力の給電が必要ない場合に選択される利用形態である。動作モードＩＩＩでは、制御装置１６の制御により、入力切替スイッチ１２がスイッチング電源回路１５側の切替接点１２ｂに切り替えられ、出力切替スイッチ２５が単相インバータ１８及び単相三線中性発振回路１９の出力側の切替接点２５ｂに切り替えられる。制御装置１６の制御により、スイッチング電源回路１５、単相インバータ１８及び単相三線中性発振回路１９の動作が停止制御され、さらに充電切替スイッチ２６はオフにされる。
【００３９】
ＩＶ．太陽光消費蓄電モード
この動作モードＩＶは、電力会社３からの系統電力を利用することなく、太陽電池パネル１からの発電電力のみを電力負荷４に給電すると共に残りの電力を蓄電装置２９に充電させるものであり、節電要請時に適正に対応できると共に、停電時にも影響されることなく対応できる利用形態である。動作モードＩＶでは、入力切替スイッチ１２がスイッチング電源回路１５側の切替接点１２ｂに切り替えられ、出力切替スイッチ２５が単相インバータ１８及び単相三線中性発振回路１９の出力側の切替接点２５ｂに切り替えられる。制御装置１６の制御により、スイッチング電源回路１５、単相インバータ１８及び単相三線中性発振回路１９の動作が開始され、さらに充電切替スイッチ２６はオフにされる。また、制御装置１６よる充電装置１７の制御により、太陽電池パネル１からの発電電力の蓄電装置２９への充電が蓄電装置２９の充電状況に応じて行われる。
【００４０】
Ｖ．買電消費蓄電モード
この動作モードＶは、夜間等の簡易発電装置からの発電電力を期待できないとき等に、系統電力のみを利用して電力負荷４に給電すると共に蓄電装置２９にも充電可能にする利用形態である。動作モードＶでは、入力切替スイッチ１２がパワーコンディショナー２側の切替接点１２ａに切り替えられ、出力切替スイッチ２５が電力会社３の系統電力の給電線側である切替接点２５ａに切り替えられる。制御装置１６の制御により、スイッチング電源回路１５、単相インバータ１８及び単相三線中性発振回路１９の動作が停止される。電力会社３からの系統電力の蓄電装置２９への充電については、上記太陽光売電消費モードＩＩと同様、自動充電ＯＮスイッチ２７ｆ、自動充電ＯＦＦスイッチ２７ｇ、手動充電ＯＮスイッチ２７ｈ、手動充電ＯＦＦスイッチ２７ｉ等の操作状況に応じて行われる。
【００４１】
上記構成の実施例においては、必要とされる用途に応じて使用者によって選択された上記５つの動作モードＩ〜Ｖのいずれか１つについて、設定入力・表示パネル２７の該当するモード入力スイッチ２７ａ〜２７ｅのいずれかが入力されると、制御装置１６においてＲＡＭに記憶された該当する動作モードが読み取られる。読み取られて動作モードに応じて制御装置１６により入力切替スイッチ１２及び出力切替スイッチ２５の切り替え制御が行われ、またスイッチング電源回路１５、単相インバータ１８及び単相三線中性発振回路１９の動作の開始あるいは停止制御が行われ、充電装置１７により蓄電装置２９への充電操作の制御が行われる。その結果、本実施例によれば、設定入力・表示パネル２７のモード入力スイッチ２７ａ〜２７ｅのいずれかと自動充電ＯＮスイッチ２７ｆの入力操作により、上記５つの動作モードＩ〜Ｖを簡単に切り替えて実行させることができるので、多機能電源装置１０の採用によって上記電力利用システムの多様な利用が簡単に確保され、電力利用システムの利用価値が簡易かつ安価に高められる。
【００４２】
また、本実施例では、制御装置１６の制御により太陽光売電消費モードＩＩあるいは買電消費蓄電モードＶが実行されている状態で、充電装置１７が停電状態を検知したとき、制御装置１６の制御により直ちに上記動作モードから太陽光消費蓄電モードＩＶの実行に切り替えられる。そのため、系統電力が給電されている電力負荷４への通電が一時的に停止されるが、上記動作モードから太陽光消費蓄電モードＩＶの実行に切り替えられることにより、電力負荷４への給電が滞ることなく開始される。その結果、実施例においては、停電状態になったとき、系統電力から太陽電池パネル１で発電された電力に自動的に切り替えられるため、太陽電池パネル１の発電電力を電力負荷４の連続した駆動に効率よく活用することができ、常時通電が必要な電気機器の安定した使用が可能になる。
【００４３】
本実施例では、太陽光売電消費モードＩＩや買電消費蓄電モードＶの実行状態においては、自動充電ＯＮスイッチ２７ｆをオンにすると共に、充電開始時間スイッチ２７ｊと充電終了時間スイッチ２７ｋにより充電開始時間と充電終了時間を設定することにより、あるいは手動充電ＯＮスイッチ２７ｈをオンにさせることにより、制御装置１６の制御に基づいて充電装置１７によって蓄電装置２９に系統電力を用いた充電が行われる。特に夜間の安価な料金の深夜電力を利用することにより、効率のよい充電が行われる。また、太陽光全量蓄電モードＩＩの実行状態においては、太陽光の発電電力の全量が、制御装置１６の制御に基づいて充電装置１７によって蓄電装置２９に充電が行われる。さらに、太陽光消費蓄電モードＩＶの実行状態においては、太陽光の発電電力が電力負荷４に給電される一方で、余剰の電力については、御装置１６の制御に基づいて充電装置１７によって蓄電装置２９に効率よく充電が行われる。
【００４４】
以上のように、本実施例の多機能電源装置においては、蓄電装置２９に継続的に電力が蓄電されるような対応がとられるようになっている。そのため、停電の発生や節電が求められるようなときにおいて、特に夜間や悪天候時のように太陽電池パネル１が発電できなかったりあるいは発電量が不十分なような場合でも、蓄電装置２９に充電された電力により電力負荷４に給電することが可能になる。その結果、本実施例によれば、停電時や節電対応が求められるような場合でも、電力負荷４への給電を絶やすことなく確実に行うことができ、常時通電が必要な電気機器の安定した使用が可能になる。
【００４５】
つきに、上記実施例の変形例について図７により説明する。
変形例においては、実施例で用いられた単相三線中性発振回路１９を省き、上記電路遮断器２２の出力側にオートトランス２３を追加して接続させたものである。オートランス２３は単巻変圧器であり、単相インバータ１８からの単相２００ｖの交流電力を単相三線２００ｖ用として効率よく変換することができ、単相１００ｖと２００ｖの交流電力として出力できるので、上記実施例と同様に、家庭等の電源として使用可能である。また、変形例において、単相インバータ１８とオートトランス２３に代えて、三相インバータを設けることができ、これにより三相交流電力を出力できる。
【００４６】
なお、上記実施例及び変形例においては、電力制御部１１と給電切替部２４とが分離した装置として別の場所で用いられるようになっているが、これに代えて両者を一体で構成することが可能である。また、給電切替部２４は、出力切替スイッチ２５と充電切替スイッチ２６とを設けているが、給電切替部２４は出力切替スイッチ２５のみとし、充電切替スイッチ２６を充電装置１７の一部として組み入れることができる。
【００４７】
上記実施例及び変形例においては、上記５つの動作モードＩ〜Ｖが切替制御されるようになっているが、さらに太陽光の発電電力を蓄電装置２９の充電に用いると共にその余りをパワーコンデイショナー２を通して電力会社３に売電することも可能である。このような太陽光蓄電売電モードの実行に当たっては切替接点１２ａと切替接点１２ｂとの間を開閉する切替スイッチが設けられる。この切替スイッチによって切替接点１２ａ，１２ｂを接続することにより、太陽光の発電電力が蓄電装置２９の充電に用いられると共にその余りがパワーコンデイショナー２を通して電力会社３に売電される。
【００４８】
なお、上記実施例及び変形例においては、簡易発電装置として太陽電池パネルが用いられた例が示されているが、これに代えて小規模水力発電装置や風力発電装置等をである用いることも可能である。その他、上記実施例及び変形例については一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１…太陽電池パネル、２…パワーコンデイショナー、３…電力会社、４…電力負荷、１０，１０Ａ…多機能電源装置、１１，１１Ａ…電力制御部、１２…入力切替スイッチ、１５…スイッチング電源回路、１６…制御装置、１７…充電装置、１８…単相インバータ、１９…単相三線中性発振回路、２３…オートトランス、２４…給電切替部、２５…出力切替スイッチ、２６…充電切替スイッチ、２７…設定入力・表示パネル、２９…蓄電装置。
【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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