(57)【要約】【課題】電力会社からの系統電力が停電状態になったとき、あるいは系統電力の消費制限が求められるとき、個々の家庭等で求められる通常時と同様の電力需要に応えることが可能な電源装置を提供する。【解決手段】代替電源装置１０は、停電時等に入力切替スイッチ１１により太陽電池パネル１の接続をパワーコンディショナー２からスイッチング電源回路１３側に切り替えられ、出力切替スイッチ２１により電力負荷４への接続が系統電力の給電線からオートトランス１９側に切り替えられる。スイッチング電源回路１３は、制御装置１５の制御のもとに、直流入力電圧を所定電圧に昇圧し、単相インバータ１６はこれを交流電力に変換し、オートトランス１９は交流電力を電力負荷４に合わせて変換して出力する。充電装置１４は、制御装置１５の制御により、太陽電池パネル１あるいは系統電力により蓄電池２３に充電し、蓄電池２３はスイッチング電源回路１３に給電可能である。【選択図】図１
2013063010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
簡易発電装置で発電された直流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、電力会社からの系統電力により電力負荷を駆動させる電力利用システムに適用される電源装置であって、
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するインバータと、
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インバータ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と、
前記停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じて前記入力切替スイッチにより前記簡易発電装置を前記スイッチング電源回路に接続させると共に、前記出力切替スイッチにより前記電力負荷を前記インバータの出力側に接続させるスイッチ接続制御手段と、
前記停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じて前記スイッチング電源回路と前記インバータの動作を開始させる駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記入力切替スイッチにより前記簡易発電装置を前記スイッチング電源回路に接続させると共に、前記出力切替スイッチにより前記電力負荷を前記インバータの出力側に接続させるための接続の時期及び接続の期間を入力する接続条件入力手段と、
前記接続条件入力手段により入力された前記接続の時期及び接続の期間を記憶する接続条件記憶手段とを設け、
前記接続条件記憶手段に記憶された前記接続の時期及び接続の期間に応じて、前記スイッチ接続制御手段の制御に基づいて、前記入力切替スイッチにより前記簡易発電装置を前記スイッチング電源回路に接続させると共に前記出力切替スイッチにより前記電力負荷を前記インバータの出力側に接続させ、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と前記インバータの動作を開始させることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記インバータを単相インバータとし、該単相インバータの出力側に、該単相インバータからの交流電力を単相三線出力に変換するオートトランスを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記スイッチング電源回路に直流電力を給電可能な蓄電池と、
前記駆動制御手段の制御により、通常状態においては前記系統電力により前記蓄電池に充電可能であり、停電状態あるいは前記接続条件記憶手段に記憶された前記接続の時期及び接続の期間においては前記簡易発電装置からの余剰電力により前記蓄電池に充電可能な充電装置とを設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
簡易発電装置で発電された直流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、電力会社からの系統電力により電力負荷を駆動させる電力利用システムに適用される電源装置であって、
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、
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インバータ及び単相三線中性発振回路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と、
前記停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じて前記入力切替スイッチにより前記簡易発電装置を前記スイッチング電源回路に接続させると共に、前記出力切替スイッチにより前記電力負荷を前記インバータ及び単相三線中性発振回路の出力側に接続させるスイッチ接続制御手段と、
前記停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じて前記スイッチング電源回路、インバータ及び単相三線中性発振回路の動作を開始させる駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項６】
前記入力切替スイッチにより前記簡易発電装置を前記スイッチング電源回路に接続させると共に、前記出力切替スイッチにより前記電力負荷を前記インバータ及び単相三線中性発振回路の出力側に接続させるための接続の時期及び接続の期間を入力する接続条件入力手段と、
前記接続条件入力手段に入力された前記接続の時期及び接続の期間を記憶する接続条件記憶手段とを設け、
前記接続条件記憶手段に記憶された前記接続の時期及び接続の期間に応じて、前記スイッチ接続制御手段の制御に基づいて、前記入力切替スイッチにより前記簡易発電装置を前記スイッチング電源回路に接続させると共に前記出力切替スイッチにより前記電力負荷を前記インバータ及び単相三線中性発振回路の出力側に接続させ、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、単相三線中性発振回路及びインバータの動作を開始させることを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
前記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、一端側が前記スイッチング電源回路からの入力端子で他端側がアース端子となっており、該第１トランジスタと第２トランジスタの接続部分に平滑回路が接続されて出力端子につなげられ、該第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該第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を特徴とする請求項５又は６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記スイッチング電源回路に直流電力を給電可能な蓄電池と、
前記駆動制御手段の制御により、通常状態においては前記系統電力により前記蓄電池に充電可能であり、停電状態あるいは前記接続条件記憶手段に記憶された前記接続の時期及び接続の期間においては前記簡易発電装置からの余剰電力により前記蓄電池に充電可能な充電装置とを設けたことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項９】
電力会社からの系統電力により電力負荷を駆動させると共に、該系統電力を用いて蓄電池に充電可能な電力活用システムに適用される電源装置であって、
前記蓄電池から給電される直流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するインバータと、
前記電力負荷の接続を前記系統電力の給電線と前記インバータ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と、
前記停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じて前記出力切替スイッチにより前記電力負荷を前記インバータの出力側に接続させるスイッチ接続制御手段と、
前記停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じて前記スイッチング電源回路と前記インバータの動作を開始させる駆動制御手段と、
前記駆動制御手段の制御に基づいて前記系統電力により前記蓄電池に充電可能な充電装置と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項１０】
前記出力切替スイッチにより前記電力負荷を前記インバータの出力側に接続させるための接続の時期及び接続の期間を入力する接続条件入力手段と、
前記接続条件入力手段に入力された前記接続の時期及び接続の期間を記憶する接続条件記憶手段とを設け、
前記接続条件記憶手段に記憶された前記接続の時期及び接続の期間に応じて、前記スイッチ接続制御手段の制御に基づいて、前記出力切替スイッチにより前記電力負荷を前記インバータの出力側に接続させると共に、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と前記インバータの動作を開始させることを特徴とする請求項９に記載の電源装置。
【請求項１１】
前記インバータを単相インバータとし、該単相インバータの出力側に、該単相インバータからの交流電力を単相三線出力に変換するオートトランスを設けたことを特徴とする請求項９又は１０に記載の電源装置。
【請求項１２】
電力会社からの系統電力により電力負荷を駆動させると共に、該系統電力を用いて蓄電池に充電可能な電力活用システムに適用される電源装置であって、
前記蓄電池から給電される直流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、
前記電力負荷の接続を前記系統電力の給電線と前記インバータ及び単相三線中性発振回路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と、
前記停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じて前記出力切替スイッチの接続を前記インバータ及び単相三線中性発振回路の出力側に切り替えさせるスイッチ接続制御手段と、
前記停電状態検知手段が停電状態を検知したときは、これに応じて前記スイッチング電源回路、インバータ及び単相三線中性発振回路の動作を開始させる駆動制御手段と、
前記駆動制御手段の制御に基づいて前記系統電力により前記蓄電池を充電させる充電装置と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項１３】
前記出力切替スイッチにより前記電力負荷を前記インバータ及び単相三線中性発振回路の出力側に接続させるための接続の時期及び接続の期間を入力する接続条件入力手段と、
前記接続条件入力手段に入力された前記接続の時期及び接続の期間を記憶する接続条件記憶手段とを設け、
前記接続条件記憶手段に記憶された前記接続の時期及び接続の期間に応じて、前記スイッチ接続制御手段の制御に基づいて、前記出力切替スイッチにより前記電力負荷を前記インバータ及び単相三線中性発振回路の出力側に接続させ、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、単相三線中性発振回路及びインバータの動作を開始させることを特徴とする請求項１２に記載の電源装置。
【請求項１４】
前記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、一端側が前記スイッチング電源回路からの入力端子で他端側がアース端子となっており、該第１トランジスタと第２トランジスタの接続部分に平滑回路が接続されて出力端子につなげられ、該第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該第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を特徴とする請求項１２又は１３に記載の電源装置。
【請求項１５】
簡易発電装置で発電された直流電力を交流電力に変換して、該交流電力により電力負荷を駆動させる電源装置であって、
蓄電池と、
前記簡易発電装置あるいは前記蓄電池からの直流電力の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電力負荷に給電するインバータと、
前記スイッチング電源回路と前記インバータの動作を開始させる駆動制御手段と、
前記駆動制御手段の制御により、前記簡易発電装置からの余剰電力により前記蓄電池に充電させる充電装置と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項１６】
前記インバータを単相インバータとし、該単相インバータの出力側に、該単相インバータからの交流電力を単相三線出力に変換するオートトランスを設けたことを特徴とする請求項１５に記載の電源装置。
【請求項１７】
簡易発電装置で発電された直流電力を交流電力に変換して、該交流電力により電力負荷を駆動させる電源装置であって、
蓄電池と、
前記簡易発電装置あるいは前記蓄電池からの直流電力の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して電力負荷に給電する単相三線中性発振回路と、
前記スイッチング電源回路、インバータ及び単相三線中性発振回路の動作を開始させる駆動制御手段と、
前記駆動制御手段の制御により、前記簡易発電装置からの余剰電力により前記蓄電池に充電させる充電装置と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項１８】
前記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、一端側が前記スイッチング電源回路からの入力端子で他端側がアース端子となっており、該第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子につなげられ、該第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該第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を特徴とする請求項１７に記載の電源装置。
【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や蓄電池からの電力を、電力会社の系統電力の停電時や、電力会社等から系統電力の消費制限が求められる電力消費制限時に活用することができる電源装置に関する。
【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。その結果、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、非常用電源コンセントについては、停電時に別途電力ケーブルをパワーコンディショナーに接続する必要があり、手続きが煩雑であるため、停電時の代替電源用として使い勝手が非常に悪かった。さらに、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。
【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、電力会社からの系統電力が停電状態になったり、系統電力の消費制限が求められるようなとき、個々の家庭や事業所等で求められる通常時と同様の電力需要に応えることが可能な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、簡易発電装置で発電された直流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、電力会社からの系統電力により電力負荷を駆動させる電力利用システムに適用される電源装置であって、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、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するインバータと、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インバータ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、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と、停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じて入力切替スイッチにより簡易発電装置をスイッチング電源回路に接続させると共に、出力切替スイッチにより電力負荷をインバータの出力側に接続させるスイッチ接続制御手段と、停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じてスイッチング電源回路とインバータの動作を開始させる駆動制御手段と、を備えたことにある。
【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、所有者の家庭等で使用する電力は電力会社からの系統電力が利用されるようになっている。
【０００８】
本発明においては、系統電力が給電されている通常状態では、通常はスイッチ接続制御手段の制御により、入力切替スイッチがパワーコンディショナーに接続されており、出力切替スイッチが系統電力の給電線に接続されている。そのため、簡易発電装置で発電された電力はパワーコンディショナーで交流電力に変換されて電力会社に送電されるいわゆる売電が行われ、一方、家庭等の電力負荷には系統電力が給電されている。これに対して、事故等により系統電力が給電されない停電状態になると、スイッチ接続制御手段の制御により、直ちに入力切替スイッチがスイッチング電源回路に切り替えられ、出力切替スイッチがインバータの出力側に切り替えられる。
【０００９】
これにより、簡易発電装置の発電電力は、入力切替スイッチを通してスイッチング電源回路に入力されると共に、駆動制御手段の制御によりスイッチング電源回路とインバータが駆動を開始する。スイッチング電源回路においては、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に出力され、インバータにおいて直流電力が交流電力に変換される。変換された交流電力は、出力切替スイッチを経て電力負荷に給電される。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。
【００１０】
本発明において、入力切替スイッチにより簡易発電装置をスイッチング電源回路に接続させると共に、出力切替スイッチにより電力負荷をインバータの出力側に接続させるための接続の時期及び接続の期間を入力する接続条件入力手段と、接続条件入力手段により入力された接続の時期及び接続の期間を記憶する接続条件記憶手段とを設け、接続条件記憶手段に記憶された接続の時期及び接続の期間に応じて、スイッチ接続制御手段の制御に基づいて、入力切替スイッチにより簡易発電装置をスイッチング電源回路に接続させると共に出力切替スイッチにより電力負荷をインバータの出力側に接続させ、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とインバータの動作を開始させることができる（請求項２の発明に相当）。
【００１１】
これにより、電力消費制限が求められる時期等に合わせて、接続条件入力手段により入力及び出力切替スイッチの接続の時期及び接続の期間を入力して接続条件記憶手段に記憶させておくことにより、この入力内容に合わせて入力及び出力切替スイッチが切り替えられ、スイッチング電源回路及びインバータの動作が開始される。その結果、本発明によれば、接続条件入力手段により入力され接続条件記憶手段に記憶された接続の時期及び接続の期間に該当するときは、系統電力の代わりに簡易発電装置からの電力を利用して電力負荷を駆動させることができる。そのため、簡易発電装置の所有者がどの電気機器を使用するかについて考慮するまでもなく、通常通り電力負荷に安定した給電を行うことができるので、電力消費制限の要請等に適切に応えることができる。
【００１２】
本発明において、インバータを単相インバータとし、単相インバータの出力側に、単相インバータからの交流電力を単相三線出力に変換するオートトランスを設けることができる（請求項３の発明に相当）。これにより、家庭用の場合のように電力負荷が単相１００ｖと２００ｖの２種類のときは、単相インバータからの単相交流電力をオートトランスにより変換して２種類の電圧の単相三線交流電力を給電することができる。
【００１３】
本発明において、スイッチング電源回路に直流電力を給電可能な蓄電池と、駆動制御手段の制御により、通常状態においては系統電力により蓄電池に充電可能であり、停電状態あるいは接続条件記憶手段に記憶された接続の時期及び接続の期間においては簡易発電装置からの余剰電力により蓄電池に充電可能な充電装置とを設けることが好ましい（請求項４の発明に相当）。これにより、蓄電池には、駆動制御手段の制御に基づいて充電装置により、通常状態と停電状態に限らず系統電力や簡易発電装置からの余剰電力による充電が可能である。そのため、停電状態が夜間や悪天候のときに生じた場合に、簡易発電装置が太陽電池パネルのように発電できないものでも、蓄電池に充電された電力によりスイッチング電源回路、インバータ等を経て電力負荷に給電することができる。その結果、本発明によれば、停電時や接続条件入力手段による接続の時期及び期間において、簡易発電装置が発電できないような場合でも、蓄電池に充電された電力により電力負荷への給電を絶やすことなく行うことができ、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。
【００１４】
本発明の第２の特徴（請求項５の発明に相当）は、簡易発電装置で発電された直流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、電力会社からの系統電力により電力負荷を駆動させる電力利用システムに適用される電源装置であって、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、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、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インバータ及び単相三線中性発振回路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、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と、停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じて入力切替スイッチにより簡易発電装置をスイッチング電源回路に接続させると共に、出力切替スイッチにより電力負荷をインバータ及び単相三線中性発振回路の出力側に接続させるスイッチ接続制御手段と、停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じてスイッチング電源回路、インバータ及び単相三線中性発振回路の動作を開始させる駆動制御手段と、を備えたことにある。
【００１５】
第２の特徴においては、系統電力が給電されている通常状態では、通常は上述したように簡易発電装置で発電された電力はパワーコンディショナーで交流電力に変換されて電力会社に送電されるいわゆる売電が行われ、一方、家庭等の電力負荷には系統電力が給電されている。事故等により系統電力が給電されない停電状態になると、スイッチ接続制御手段の制御により、入力切替スイッチがスイッチング電源回路に切り替えられ、出力切替スイッチがインバータの出力側に切り替えられ、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とインバータと単相三線中性発振回路とが駆動を開始する。これにより、簡易発電装置の発電電力がスイッチング電源回路に入力され、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に出力され、インバータにおいて直流電力が交流電力に変換される。単相三線中性発振回路においては、入力端子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からの直流電力をインバータの出力に合わせて単相三線出力が形成されて、これが電力負荷側に給電される。
【００１６】
その結果、第２の特徴においても、停電状態になったときは、電力負荷への給電が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、簡易発電装置の発電電力を電力負荷の駆動に中断なく効率よく活用することができると共に、オートトランスを用いた場合と同様に単相三線の交流電力が生成されて電力負荷に入力される。また、第２の特徴においては、単相三線中性発振回路を用いることにより、オートトランスを用いた場合に比べて、電力の変換効率がやや低くなるが、非常に軽量になるため、電源装置の取り扱いが容易になると共に装置が安価に提供されるという効果が得られる。
【００１７】
第２の特徴において、入力切替スイッチにより簡易発電装置をスイッチング電源回路に接続させると共に、出力切替スイッチにより電力負荷をインバータ及び単相三線中性発振回路の出力側に接続させるための接続の時期及び接続の期間を入力する接続条件入力手段と、接続条件入力手段に入力された接続の時期及び接続の期間を記憶する接続条件記憶手段とを設け、接続条件記憶手段に記憶された接続の時期及び接続の期間に応じて、スイッチ接続制御手段の制御に基づいて、入力切替スイッチにより簡易発電装置をスイッチング電源回路に接続させると共に出力切替スイッチにより電力負荷をインバータ及び単相三線中性発振回路の出力側に接続させ、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、単相三線中性発振回路及びインバータの動作を開始させることができる（請求項６の発明に相当）。このように、電力消費制限が求められる時期等に合わせて、接続条件入力手段により入力及び出力切替スイッチの接続の時期及び接続の期間を入力して接続条件記憶手段に記憶させておくことにより、上述したと同様の作用効果が得られ、電力消費制限の要請等に適切に応えることができる。
【００１８】
第２の特徴おいては、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子で他端側がアース端子となっており、第１トランジスタと第２トランジスタの接続部分に平滑回路が接続されて出力端子につなげられ、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（請求項７の発明に相当）。これにより、単相三線中性発振回路においては、信号生成回路から第１及び第２トランジスタの制御端子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トランジスタをオンとオフさせ、続いて第１及び第２トランジスタをオフとオンにさせることにより、入力端子に入力されたスイッチング電源回路からの直流電圧が平滑回路で平均化されてスイッチング電源回路からの直流電圧の半分の大きさの直流電圧にされる。このスイッチング電源回路からの直流電圧が、インバータが出力する２線の中間電位となり、これによりインバータからの交流電圧とその半分の大きさの交流電圧とからなる単相三線式電圧が出力され、電力負荷側に給電される。
【００１９】
第２の特徴において、スイッチング電源回路に直流電力を給電可能な蓄電池と、駆動制御手段の制御により、通常状態においては系統電力により蓄電池に充電可能であり、停電状態あるいは接続条件記憶手段に記憶された接続の時期及び接続の期間においては簡易発電装置からの余剰電力により蓄電池に充電可能な充電装置とを設けることが好ましい（請求項８の発明に相当）。これにより、停電時あるいは接続条件記憶手段に記憶された接続の時期及び接続の期間において、簡易発電装置が発電できないような場合でも、蓄電池に充電された電力により電力負荷に絶やすことなく給電することができ、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。
【００２０】
本発明の第３の特徴（請求項９の発明に相当）は、電力会社からの系統電力により電力負荷を駆動させると共に、系統電力を用いて蓄電池に充電可能な電力活用システムに適用される電源装置であって、蓄電池から給電される直流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、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するインバータと、電力負荷の接続を系統電力の給電線とインバータ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、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と、停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じて出力切替スイッチにより電力負荷をインバータの出力側に接続させるスイッチ接続制御手段と、停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じてスイッチング電源回路とインバータの動作を開始させる駆動制御手段と、駆動制御手段の制御に基づいて系統電力により蓄電池に充電可能な充電装置と、を備えたことにある。
【００２１】
第３の特徴においては、系統電力が給電されている通常状態では、通常はスイッチ接続制御手段の制御により、出力切替スイッチが系統電力の給電線に接続されているため、家庭等の電力負荷には系統電力が給電されている。さらに、蓄電池には、充電装置により系統電力を用いて充電が行われる。これに対して、事故等により系統電力が給電されない停電状態になると、スイッチ接続制御手段の制御により、直ちに出力切替スイッチがインバータの出力側に切り替えられ、さら駆動制御手段の制御により、スイッチング電源回路とインバータが駆動を開始する。これにより、蓄電池の充電電力は、スイッチング電源回路に入力され、スイッチング電源回路において充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に出力され、インバータにおいて直流電力が交流電力に変換される。変換された交流電力は、出力切替スイッチを経て電力負荷に入力される。その結果、本発明においては、停電時に系統電力から蓄電池の充電電力に自動的に切り替えられるため、昼夜や天候を問わずに中断することなく電力負荷を駆動することができ、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。
【００２２】
第３の特徴において、出力切替スイッチにより電力負荷をインバータの出力側に接続させるための接続の時期及び接続の期間を入力する接続条件入力手段と、接続条件入力手段に入力された接続の時期及び接続の期間を記憶する接続条件記憶手段とを設け、接続条件記憶手段に記憶された接続の時期及び接続の期間に応じて、スイッチ接続制御手段の制御に基づいて、出力切替スイッチにより電力負荷をインバータの出力側に接続させると共に、駆動制御手段の制御によりスイッチング電源回路とインバータの動作を開始させることができる（請求項１０の発明に相当）。これにより、電力消費制限が求められる時期等に合わせて、接続条件入力手段により出力切替スイッチの接続の時期及び接続の期間を入力して接続条件記憶手段に記憶させておくことにより、上述したと同様の作用効果が得られ、電力消費制限の要請等に適切に応えることができる。
【００２３】
第３の特徴において、インバータを単相インバータとし、単相インバータの出力側に、単相インバータからの交流電力を単相三線出力に変換するオートトランスを設けることができる（請求項１１の発明に相当）。これにより、家庭用の場合のように電力負荷が単相１００ｖと２００ｖの２種類のときは、単相インバータからの単相交流電力をオートトランスにより変換して２種類の電圧の単相三線交流電力を給電することができる。
【００２４】
本発明の第４の特徴（請求項１２の発明に相当）は、電力会社からの系統電力により電力負荷を駆動させると共に、系統電力を用いて蓄電池に充電可能な電力活用システムに適用される電源装置であって、蓄電池から給電される直流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、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、電力負荷の接続を系統電力の給電線とインバータ及び単相三線中性発振回路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、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と、停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じて出力切替スイッチの接続をインバータ及び単相三線中性発振回路の出力側に切り替えさせるスイッチ接続制御手段と、停電状態検知手段が停電状態を検知したとき、これに応じてスイッチング電源回路、インバータ及び単相三線中性発振回路の動作を開始させる駆動制御手段と、駆動制御手段の制御に基づいて系統電力により蓄電池を充電させる充電装置と、を備えたことにある。
【００２５】
第４の特徴においては、系統電力が給電されている通常状態では、上述したように、家庭等の電力負荷には系統電力が給電され、蓄電池には、充電装置により系統電力を用いて充電が行われる。これに対して、事故等により系統電力が給電されない停電状態になると、スイッチ接続制御手段の制御により、出力切替スイッチがインバータの出力側に切り替えられ、駆動制御手段の制御によりスイッチング電源回路と単相三線中性発振回路とインバータとが駆動を開始する。これにより、蓄電池の充電電力がスイッチング電源回路に入力され、スイッチング電源回路において充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に出力され、インバータにおいて直流電力が交流電力に変換される。単相三線中性発振回路においては、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からの直流電力をインバータの出力に合わせて単相三線出力が形成され、これが電力負荷側に給電される。
【００２６】
その結果、第４の特徴においても、停電時に系統電力から蓄電池で充電された電力に自動的に切り替えられるため、電力負荷の駆動に中断なく効率よく活用することができると共に、オートトランスを用いた場合と同様に単相三線出力を電力負荷に給電できる。また、第４の特徴においては、単相三線中性発振回路を用いることにより、オートトランスを用いた場合に比べて、電力の変換効率がやや低くなるが、非常に軽量になるため、電源装置の取り扱いが容易になると共に装置が安価に提供されるという効果が得られる。
【００２７】
第４の特徴において、出力切替スイッチにより電力負荷をインバータ及び単相三線中性発振回路の出力側に接続させるための接続の時期及び接続の期間を入力する接続条件入力手段と、接続条件入力手段に入力された接続の時期及び接続の期間を記憶する接続条件記憶手段とを設け、接続条件記憶手段に記憶された接続の時期及び接続の期間に応じて、スイッチ接続制御手段の制御に基づいて、出力切替スイッチにより電力負荷をインバータ及び単相三線中性発振回路の出力側に接続させ、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、単相三線中性発振回路及びインバータの動作を開始させることができる（請求項１３の発明に相当）。このように、電力消費制限が求められる時期等に合わせて、接続条件入力手段により入力及び出力切替スイッチの接続の時期及び接続の期間を入力して接続条件記憶手段に記憶させておくことにより、上述したと同様の作用効果が得られ、電力消費制限の要請等に適切に応えることができる。
【００２８】
第４の特徴おいては、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子で他端側がアース端子となっており、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子につなげられ、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（請求項１４の発明に相当）。これにより、上述したように単相三線中性発振回路においては、スイッチング電源回路からの直流電圧の半分の大きさの直流電圧にされ、この直流電圧がインバータが出力する２線の中間電位となり、これによりインバータからの交流電圧と合わせて単相三線電圧が形成され、電力負荷側に給電される。
【００２９】
本発明の第５の特徴（請求項１５の発明に相当）は、簡易発電装置からの直流電力を交流電力に変換して、交流電力により電力負荷を駆動させる電源装置であって、蓄電池と、簡易発電装置あるいは蓄電池からの直流電力の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、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電力負荷に給電するインバータと、スイッチング電源回路とインバータの動作を開始させる駆動制御手段と、駆動制御手段の制御により、簡易発電装置からの余剰電力により蓄電池に充電させる充電装置と、を備えたことにある。
【００３０】
第５の特徴においては、系統電力の停電発生時や、電力消費制限が求められているとき、スイッチング電源回路を簡易発電装置に接続し、インバータの出力側を電力負荷に接続することにより、簡易発電装置の発電電力がスイッチング電源回路に入力されると共に、駆動制御手段の制御によりスイッチング電源回路とインバータが駆動を開始する。スイッチング電源回路においては、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に出力され、インバータにおいて直流電力が交流電力に変換され、変換された交流電力は電力負荷に給電される。また、簡易発電装置で発電された電力の内の余剰電力については、駆動制御手段の制御により、充電装置によって蓄電池に充電される。それにより、簡易発電装置が発電できないときは、蓄電池に充電された電力により、電力負荷へ給電することができる。その結果、本発明においては、系統電力の停電発生時や、電力消費制限が求められているときでも、電力負荷に交流電力を安定して給電することができる。
【００３１】
第５の特徴において、インバータを単相インバータとし、単相インバータの出力側に、単相インバータからの交流電力を単相三線出力に変換するオートトランスを設けることができる（請求項１６の発明に相当）。これにより、家庭用の場合のように電力負荷が単相１００ｖと２００ｖの２種類のときは、単相インバータからの単相交流電力をオートトランスにより変換して２種類の電圧の単相三線交流電力を給電することができる。
【００３２】
本発明の第６の特徴（請求項１７の発明に相当）は、簡易発電装置からの直流電力を交流電力に変換して、交流電力により電力負荷を駆動させる電源装置であって、蓄電池と、簡易発電装置あるいは蓄電池からの直流電力の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、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して電力負荷に給電する単相三線中性発振回路と、スイッチング電源回路、単相三線中性発振回路及びインバータの動作を開始させる駆動制御手段と、駆動制御手段の制御により、簡易発電装置からの余剰電力により蓄電池に充電させる充電装置と、を備えたことにある。
【００３３】
第６の特徴においては、系統電力の停電発生時や、電力消費制限が求められているとき、スイッチング電源回路を簡易発電装置に接続し、インバータ及び単相三線中性発振回路の出力側を電力負荷に接続することにより、簡易発電装置の発電電力がスイッチング電源回路に入力されると共に、駆動制御手段の制御によりスイッチング電源回路とインバータと単相三線中性発振回路が駆動を開始する。スイッチング電源回路においては、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に出力され、インバータにおいて直流電力が交流電力に変換される。単相三線中性発振回路においては、入力端子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からの直流電力をインバータの出力に合わせて単相三線出力が形成され、その出力が電力負荷側に給電される。また、簡易発電装置で発電された電力の内の余剰電力については、駆動制御手段の制御により、充電装置によって蓄電池に充電される。それにより、簡易発電装置が発電できないときは、蓄電池に充電された電力により、電力負荷へ給電することができる。その結果、本発明においては、系統電力の停電発生時や、電力消費制限が求められているときでも、電力負荷に単相三線交流電力を安定して給電することができる。
【００３４】
第６の特徴において、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子で他端側がアース端子となっており、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子につなげられ、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（請求項１８の発明に相当）。これにより、上述したように、単相三線中性発振回路においては、スイッチング電源回路からの直流電圧の半分の大きさの直流電圧にされてインバータが出力する２線の中間電位となり、これによりインバータからの交流電圧とその半分の大きさの交流電圧とからなる単相三線式電圧が出力され、電力負荷側に給電される。
【発明の効果】
【００３５】
本発明においては、系統電力の給電が行われている通常時には、上記電力利用システムにより、簡易発電装置で発電された電力はパワーコンディショナーで交流電力に変換されて電力会社に送電されるいわゆる売電が行われ、一方、家庭等の電力負荷には系統電力が給電される。一方、停電時や電力消費制限が求められる時には、入力切替スイッチと出力切替スイッチの切り替えにより、簡易発電装置がスイッチング電源回路に接続されると共にインバータの出力側が電力負荷に接続され、さらに、スイッチング電源回路とインバータ、あるいはスイッチング電源回路と単相三線中性発振回路とインバータとが駆動を開始し、発電電力が交流電力に変換されて、電力負荷に入力される。その結果、本発明においては、停電状態になった時や接続条件入力手段により入力され接続条件記憶手段に記憶された入力及び出力切替スイッチの接続の時期及び接続の期間に該当するときは、簡易発電装置の発電電力を自動的に電力負荷の駆動に効率よく活用することができる。さらに、本発明においては、蓄電池と充電装置を加えることにより、簡易発電装置が発電できないような場合でも、蓄電池の充電電力により電力負荷に給電することができる。
【００３６】
また、本発明においては、系統電力の給電が行われている通常状態においては、上記電力活用システムにより、家庭等の電力負荷には系統電力が給電され、蓄電池には充電装置により系統電力から充電される。停電時や電力消費制限が求められる時には、出力切替スイッチの切り替えにより、インバータの出力側が電力負荷に接続され、さらに、スイッチング電源回路とインバータ、あるいはスイッチング電源回路と単相三線中性発振回路とインバータとが駆動を開始し、蓄電池の充電電力が交流電力に変換されて、電力負荷に給電される。その結果、本発明においては、停電状態になった時や接続条件記憶手段に記憶された出力切替スイッチの接続の時期及び接続の期間に該当するときは、蓄電池の充電電力を自動的に電力負荷の駆動に効率よく活用することができる。
【００３７】
また、本発明においては、系統電力の停電時や電力消費制限が求められる時には、簡易発電装置と電源装置を用いて、スイッチング電源回路を簡易発電装置に接続し、インバータの出力側を電力負荷に接続し、その後、駆動制御手段の制御により、スイッチング電源回路とインバータ、あるいはスイッチング電源回路と単相三線中性発振回路とインバータの駆動を開始させることができる。これにより、簡易電源装置の発電電力が交流電力に変換されて、電力負荷に給電される。その結果、本発明においては、簡易発電装置の発電電力を有効に活用して、系統電力の停電時や電力消費制限が求められる時でも、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る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例１である停電時等における代替電源装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図２】代替電源装置の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３】実施例１の変形例１である代替電源装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図４】実施例１の変形例２である代替電源装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図５】実施例２である停電時等における代替電源装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図６】代替電源装置の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７】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８】実施例３である停電時等における代替電源装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図９】実施例４である停電時等における代替電源装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図１０】実施例５である停電時等に対応可能な電源装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図１１】実施例６である停電時等に対応可能な電源装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
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である太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適用され、電力会社からの系統電力の停電時や、電力会社等から電力消費制限の要請を受けた時（以下、電力消費制限時と記す）に対応可能な代替電源装置（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。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、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から給電される系統電力により各種電気製品である電力負荷４が駆動される。
【００４０】
代替電源装置１０は、太陽電池パネル１とパワーコンディショナー２の間に介装された入力切替スイッチ１１を設けている。入力切替スイッチ１１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１１ａ，１１ｂ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１３側に接続されている。入力切替スイッチ１１は、後述する制御装置１５の制御により両切替接点１１ａ，１１ｂ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１１ａに接続されている。スイッチング電源回路１３側の切替接点１１ｂは、逆流防止ダイオード１２を介して昇圧型のスイッチング電源回路１３に接続されると共に、これに並列に充電装置１４に接続されている。
【００４１】
スイッチング電源回路１３は、図２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１５の制御により信号を生成する信号生成部１３ａ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。
【００４２】
スイッチング電源回路１３は、制御装置１５の制御により信号生成部１３ａ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１３には単相インバータ１６が接続されている。単相インバータ１６は、スイッチング電源回路１３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。
【００４３】
単相インバータ１６の出力端子側には電流を検出する電流センサ１７が接続されており、電流センサ１７には電路遮断器１８が接続されている。電流センサ１７の他の出力は制御装置１５に接続されている。制御装置１５は電流センサ１７からの電流入力に応じて、スイッチング電源回路１３と単相インバータ１６の動作を制御するようになっている。電路遮断器１８は、単相インバータ１６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。電路遮断器１８にはオートトランス１９が接続されている。オートランス１９は単巻変圧器であり、単相インバータ１６からの単相２００ｖの交流電力を単相三線２００ｖ用として変換し、単相１００ｖと２００ｖの交流電力として出力できるものである。
【００４４】
オートトランス１９の出力側には、電力負荷４に接続された出力切替スイッチ２１が設けられている。出力切替スイッチ２１は、固定端子が電力負荷４に接続されると共に、切替接点２１ａが電力会社３の系統電力の給電線に接続され、切替接点２１ｂがオートトランス１９の出力側に接続されている。出力切替スイッチ２１は、制御装置１５の制御により両切替接点２１ａ，２１ｂ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おり、通常は給電線側の切替接点２１ａに接続されている。
【００４５】
充電装置１４の入力側には切替接点１１ｂの他に電力会社３の給電線が接続されており、入出力側には畜電池２３が接続されている。蓄電池２３は逆流防止ダイオード２４を介してスイッチング電源回路１３に接続されている。また、充電装置１４の入出力端子は制御装置１５に接続されている。充電装置１４は、制御装置１５の指令により、太陽電池パネル１からの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池２３を充電量を監視しながら充電させる充電機能を有する。また、充電装置１４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１５に送信する停電状態検知手段としても機能する。
【００４６】
制御装置１５の入力側には、接続条件入力手段であるキーボードスイッチ形式等の接続条件入力部２６が接続されている。接続条件入力部２６は、停電のない通常時において、入力切替スイッチ１１によりパワーコンディショナーナー２側の接点１１ａからスイッチング電源回路１３側の接点１１ｂに切り替え接続させると共に、出力切替スイッチ２１により電力会社３側の接点２１ａから単相インバータ１６側の接点２１ｂに切り替え接続させるための接続の時期及び接続の期間（以下、スイッチ接続条件と記す）を入力できるものである。例えば電力会社から系統電力の消費制限が求められたようなとき、予め接続条件入力部２６により、電力消費制限の条件に合わせて入出力切替スイッチ１１，２１のスイッチ接続条件を入力することができる。
【００４７】
制御装置１５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、接続条件記憶部としても機能するＲＡＭに接続条件入力部２６からのスイッチ接続条件等の入力内容が記憶されている。制御装置１５は、充電装置１４からの停電状態を示す信号に応じて、また接続条件入力部２６から入力されてＲＡＭに記憶されたスイッチ接続条件に応じて、入力切替スイッチ１１をスイッチング電源１３側の切替接点１１ｂに切り替え、出力切替スイッチ２１をオートトランス１９側の切替接点２１ｂに切り替えるように制御するスイッチ接続制御手段として機能する。また、制御装置１５は、停電状態あるいはスイッチ接続条件に応じて、スイッチング電源回路１３と単相インバータ１６の動作を開始させ、上述したように蓄電池２３の充電状態に応じて、太陽電池パネル１からの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１４を通して蓄電池２３に充電させるように制御する駆動制御手段としても機能する。
【００４８】
また、制御装置１５は、停電状態が終了したり、接続期間が終了した場合には、入力切替スイッチ１１をスイッチング電源回路１３からパワーコンディショナー２側の切替接点１１ａに切り替え、出力切替スイッチ２１を単相インバータ１６側から電力会社系統電力４の系統電力側の切替接点２１ａに切り替え、同時にスイッチング電源回路１３と単相インバータ１６の動作を停止させるようになっている。ただし、停電状態や電力消費制限時の終了後の入力切替スイッチ１１と出力切替スイッチ２１の接続切り替えや、スイッチング電源回路１３と単相インバータ１６の動作の停止については、制御装置１５によらず、別途切り替え手段や停止手段を設けてもよい。
【００４９】
上記構成の実施例１においては、系統電力が給電されている通常状態では、制御装置１５の制御により、入力切替スイッチ１１がパワーコンディショナー２側の接点１１ａに接続されており、出力切替スイッチ２１が系統電力の給電線側の接点２１ａに接続されている。そのため、太陽電池パネル１で発電された直流電力はパワーコンディショナー２で交流電力に変換されて電力会社３に送電されるいわゆる売電が行われ、一方、家庭等の電力負荷４には電力会社３から系統電力が給電されている。また、代替電源装置１０では、系統電力例えば安価な深夜電力を利用して、制御装置１５の制御に基づいて、充電装置１４により蓄電池２３に充電を行わせることも可能である。
【００５０】
一方、事故等により系統電力が給電されない停電状態になると、充電装置１４からの信号を受けて制御装置１５の制御により、入力切替スイッチ１１がスイッチング電源回路１３側の切替接点１１ｂに切り替えられ、出力切替スイッチ２１がオートトランス１９側の切替接点２１ｂに切り替えられる。また、電力会社等から系統電力の消費制限が求められたとき、接続条件入力部２６により電力消費制限に応じたスイッチ接続条件が入力されてＲＡＭに記憶されていると、これに応じて非停電状態でも、制御装置１５の制御により、同様に入力切替スイッチ１１と出力切替スイッチ２１の切替接点１１ｂ，２１ｂへの切り替え接続が行われる。
【００５１】
これにより、太陽電池パネル１で発電された直流電力がスイッチング電源回路１３に入力され、さらに、制御装置１５の制御によりスイッチング電源回路１３と単相インバータ１６が駆動を開始し、スイッチング電源回路１３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単相インバータ１６に出力される。単相インバータ１６においては、直流電力が２００ｖの単相交流電力に変換される。変換された交流電力は、オートトランス１９において単相１００ｖと２００ｖの単相三線出力に変換されて、電力負荷４に給電される。その結果、実施例１においては、停電状態になったとき、あるいは接続条件入力部２６により入力されて制御装置１５のＲＡＭに記憶された電力消費制限に応じたスイッチ接続条件に該当するときは、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る。
【００５２】
また、実施例１においては、蓄電池２３には、制御装置１５の制御に基づいて充電装置１４により通常状態においては系統電力により充電が行われ、停電状態や上記スイッチ接続条件に該当するときは、太陽電池パネル１からの発電電力の内の電力負荷４で使用されていない余剰電力により充電が行われる。そのため、停電時や上記スイッチ接続条件の入力による接続の時期及び接続の期間において、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、蓄電池２３に充電された電力により上述したようにスイッチング電源回路１３、単相インバータ１６等を経て電力負荷４に給電することができる。その結果、実施例１によれば、停電時や接続条件入力部２６により入力された接続の時期及び接続の期間においても電力負荷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。
【００５３】
つぎに、上記実施例１の変形例１について図３を用いて説明する。
変形例１は、代替電源装置１０Ａを、上記実施例１のような小電力の一般家庭用ではなく工場等のような三相２００ｖの大容量電源用として使用する場合である。代替電源装置１０Ａは、図３に示すように、実施例１の単相インバータ１６の代わりに三相インバータ２８を用い、また三相２００ｖ出力のみであるため不要なオートトランス１９を除いたものであり、その他の構成については実施例１と同様である。変形例１においても、実施例１と同様の動作により、停電時における工場等の大電力用の代替電源装置として有効に活用できる。
【００５４】
つぎに、上記実施例１の変形例２について図４を用いて説明する。
変形例２の代替電源装置１０Ｂは、図４に示すように、上記実施例１の代替電源装置１０において蓄電池２３及び充電装置１４を削除したものである。変形例２においては、夜間や悪天候のように太陽電池パネル１による発電が出来ないような場合を除いて、停電状態の発生時や入出力切替スイッチによる接続の時期及び接続の期間に、代替電源装置１０Ｂを実施例１と同様に有効に活用できる。また、代替電源装置１０Ｂは、蓄電池２３及び充電装置１４がない分、代替電源装置１０に比べて非常に安価に提供される。なお、上記変形例１においても、蓄電池２３及び充電装置１４を削除することは可能である。
【００５５】
つぎに、実施例２について説明する。図５は、実施例２である太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適用され、系統電力の停電時や上記電力消費制限時に対応可能な代替電源装置３０の概略構成をブロック回路図により示したものである。代替電源装置３０は、上記代替電源装置１０においてオートトランス１９を省き、代わりにスイッチング電源回路１３の出力側と出力切替スイッチ２１の切替接点２１ｂとの間に単相インバータ１６と並列に単相三線中性発振回路３１を接続したものであり、その他の構成については代替電源装置１０と同様である。
【００５６】
単相三線中性発振回路３１は、図６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１３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３１ａが接続されており、信号生成部３１ａの入力側が制御装置１５が接続される制御端子となっている。
【００５７】
信号生成部３１ａ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、入力端子に入力されたスイッチング電源回路１３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。図７に単相インバータ１６と単相三線中性発振回路３１の関係を示すように、単相三線中性発振回路３１からの直流電圧が、単相インバータ１６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１６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切替接点２１ｂに出力されるようになる。
【００５８】
以上のように、実施例２においては、単相三線中性発振回路３１による１００ｖの電圧出力が、単相インバータ１６の２線の中間電位となるため、実施例１のようにオートトランス１９を用いたと同様の２００ｖと１００ｖの単相三線の交流電力が得られ、実施例１と同様の効果が得られる。単相三線中性発振回路３１と単相インバータ１６による単相三線交流電力の形成は、オートトランス１９を用いた場合に比べて、変換効率がやや低くなるが、代替電源装置３０が非常に軽量になるため、電源装置の取り扱いが容易になるという効果が得られ、さらに装置コストも安価になる。なお、実施例２においても、実施例１の変形例２のように、蓄電池２３及び充電装置１４を削除した形態とすることが可能である。
【００５９】
つぎに、実施例３について説明する。図８は、実施例３である電力会社からの系統電力により電力負荷を駆動させると共に、系統電力を用いて蓄電池に充電可能な電力活用システムに適用され、系統電力の停電時や上記電力消費制限時に対応可能な代替電源装置４０の概略構成をブロック回路図により示したものである。代替電源装置４０は、太陽電池パネル１等の簡易発電装置及びパワーコンディショナー２を用いないものであり、上記代替電源装置１０において入力切替スイッチ１１を省いたものである。代替電源装置４０のその他の構成については、代替電源装置１０と同様であり、説明を省略する。
【００６０】
実施例３においては、系統電力が給電されている通常状態では、制御装置１５の制御により、出力切替スイッチ２１が系統電力の給電線側の切替接点２１ａに接続されているため、家庭等の電力負荷４には系統電力が給電されている。さらに、蓄電池２３には、制御装置１５の制御に基づいて、充電装置１４により系統電力を用いて充電が行われる。系統電力としては安価な深夜電力を使用するのが好適である。一方、事故等により系統電力が給電されない停電状態になったり、あるいは電力消費制限に応じて接続条件入力部２６によりスイッチ接続条件が入力され制御装置１５のＲＡＭに記憶されていると、制御装置１５の制御により、直ちに出力切替スイッチ２１が単相インバータ１６の出力側の切替接点２１ｂに切り替えられ、さらにスイッチング電源回路１３と単相インバータ１６が駆動を開始する。
【００６１】
これにより、蓄電池２３の充電電力は、スイッチング電源回路１３に入力され、充電電力の直流電圧が所定の電圧に昇圧されて単相インバータ１６に出力され、単相インバータ１６において直流電力が交流電力に変換される。変換された交流電力は、オートトランス１９において三相単線電圧出力に変換され、出力切替スイッチ２１を経て電力負荷４に給電される。その結果、実施例３においては、停電時やスイッチ接続条件に該当した時には、系統電力から蓄電池２３の充電電力に自動的に切り替えられるため、蓄電池２３を充電容量の範囲内で昼夜や天候を問わずに中断することなく電力負荷４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。なお、実施例３においても、代替電源装置として三相交流電力を出力させる場合は、上記実施例１の変形例１のように、単相インバータ１６とオートトランス１９の代わりに三相インバータを用いることができる。
【００６２】
つぎに、実施例４について説明する。図９は、実施例４に係る系統電力の停電時や上記電力消費制限時に対応可能な代替電源装置５０の概略構成をブロック回路図により示したものである。代替電源装置５０は、太陽電池パネル１等の簡易発電装置及びパワーコンディショナー２を用いないものであり、上記代替電源装置３０において入力切替スイッチ１１を省いたものである。代替電源装置５０のその他の構成については、代替電源装置３０と同様であり、説明を省略する。
【００６３】
実施例４においては、系統電力が給電されている通常状態では、上述したように、家庭等の電力負荷４には系統電力が給電され、蓄電池２３には、充電装置１４により系統電力を用いて充電が行われる。これに対して、事故等により系統電力が給電されない停電状態になったり、電力消費制限時に応じて接続条件入力部２６によりスイッチ接続条件が入力されていると、制御装置１５の制御により、出力切替スイッチ２１が単相インバータ１６の出力側の切替接点２１ｂに切り替えられる。これにより、蓄電池２３の充電電力がスイッチング電源回路１３に入力され、制御装置１５の制御によりスイッチング電源回路１３と単相三線中性発振回路３１と単相インバータ１６とが駆動を開始する。スイッチング電源回路１３においては、蓄電池２３からの直流電圧が所定の電圧に昇圧されて単相インバータ１６に出力され、単相インバータ１６において直流電力が単相交流電力に変換される。単相三線中性発振回路３１においては、スイッチング電源回路１３からの直流電力が、単相インバータ１６の交流出力の半分の大きさの直流電力として出力され、単相インバータ１６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１６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出力され、切替接点２１ｂを通して電力負荷４側に給電される。
【００６４】
その結果、実施例４においても、停電時やスイッチ接続条件に該当した時には、系統電力から蓄電池２３で充電された電力に自動的に切り替えられるため、蓄電池２３を充電容量の範囲内で電力負荷４の駆動に中断なく効率よく活用することができると共に、オートトランス１９を用いた場合と同様に単相三線出力を電力負荷に給電できる。また、実施例４においては、単相三線中性発振回路３１を用いることにより、オートトランス１９を用いた実施例３に比べて電力の変換効率がやや低くなるが、電源装置５０が非常に軽量になるため、装置の取り扱いが容易になるという効果が得られ、さらに装置コストも安価になる。
【００６５】
なお、上記実施例１、変形例１，２、実施例２〜４の代替電源装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，３０，４０，５０については、制御装置１５の入力側に接続条件入力部２６が接続されており、電力会社等から系統電力の消費制限が求められたような電力消費制限時においても、停電時と同様に、入力切替スイッチ１１と出力切替スイッチ２１の各切替接点が切り替えられ、スイッチング電源回路１３、単相インバータ１６、単相三線中性発振回路３１等の動作が開始されるようになっているが、これに代えて、接続条件入力部２６を省き、代替電源装置を停電時のみに対応可能なようにすることも可能である。また、代替電源装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，３０，４０，５０については、接続条件入力部２６によって接続時期と接続期間が入力され、この入力データが制御装置１５のＲＡＭに記憶されるようになっているが、これに代えて接続条件入力部としてパソコン等を用いて入力データをＣＤＲＯＭ等の記憶装置に記憶しておき、この記憶装置を制御装置１５に接続させるようにしてもよい。
【００６６】
つぎに、実施例５について説明する。図１０は、実施例５に係る停電時や電力消費制限時に対応可能な電源装置６０の概略構成をブロック回路図により示したものである。電源装置６０は、電力会社３の系統電力とは無関係なもので、パワーコンディショナー２も不要であり、太陽電池パネル１等の簡易発電装置のみと組み合わせて使用されるものである。電源装置６０は、上記実施例１に係る代替電源装置１０において入力切替スイッチ１１が切替接点１１ｂに接続され、出力切替スイッチ２１が切替接点２１ｂに接続されるようになっている。従って、入力切替スイッチ１１、出力切替スイッチ２１を単なるオンオフスイッチに代えてもよく、スイッチに代えて単に太陽電池パネル１と電力負荷４に直接接続するのみでもよい。また、蓄電池２３も太陽電池パネル１からの発電電力のみにより充電可能になっている。また、代替電源装置１０に設けられた接続条件入力部２６についても省かれる。制御装置１５についても、充電装置１４の制御と、スイッチング電源回路１３とインバータ１６の制御のみとなる。制御装置１５については、図示しない電源スイッチをオンさせることにより制御が開始される。
【００６７】
実施例５においては、系統電力の停電発生時や、上記電力消費制限時に、入力切替スイッチ１１によってスイッチング電源回路１３を太陽電池パネル１に接続し、出力切替スイッチ２１によって単相インバータ１６の出力側を電力負荷４に接続することにより、太陽電池パネル１の発電電力がスイッチング電源回路１３に入力される。制御装置１５の制御によりスイッチング電源回路１３と単相インバータ１６が駆動を開始し、スイッチング電源回路１３からの直流出力が単相インバータ１６において交流出力に変換されて、電力負荷４に給電される。また、太陽電池パネル１で発電された電力の内の余剰電力については、制御装置１５の制御により、充電装置１４によって蓄電池２３に充電される。一方、太陽電池パネル１が発電できないときは、蓄電池２３充電された電力により、電力負荷４へ給電することができる。その結果、実施例５においては、系統電力の停電発生時や、電力消費制限時においても、太陽電池パネル１と電源装置６０の組み合わせにより、電力負荷４に交流電力を安定して給電することができる。
【００６８】
つぎに、実施例６について説明する。図１１は、実施例６に係る停電時や電力消費制限時に対応可能な電源装置７０の概略構成をブロック回路図により示したものである。電源装置７０は、電力会社３の系統電力とは無関係なもので、パワーコンディショナー２も不要であり、太陽電池パネル１等の簡易発電装置と組み合わせて使用されるものである。電源装置７０は、上記実施例２に係る代替電源装置３０において入力切替スイッチ１１が切替接点１１ｂに接続され、出力切替スイッチ２１が切替接点２１ｂに接続されるようになっている。従って、入力切替スイッチ１１、出力切替スイッチ２１をオンオフスイッチに代えてもよく、スイッチに代えて単に太陽電池パネル１と電力負荷４に直接接続するのみでもよい。また、蓄電池２３も太陽電池パネル１のみにより充電可能になっている。制御装置１５についても、充電装置１４の制御と、スイッチング電源回路１３と単相インバータ１６と単相三線中世発振回路３１の制御のみとなる。
【００６９】
実施例６においても、実施例５と同様、系統電力の停電発生時や電力消費制限時に、スイッチング電源回路１３を太陽電池パネル１に接続し、単相インバータ１６の出力側を電力負荷４に接続することにより、太陽電池パネル１の発電電力がスイッチング電源回路１３に入力されると共に、制御装置１５の制御によりスイッチング電源回路１３と単相インバータ１６と単相三線中性発振回路３１が駆動を開始する。また、太陽電池パネル１で発電された電力の内の余剰電力については、制御装置１５の制御により、充電装置１４によって蓄電池２３に充電される。それにより、太陽電池パネル１が発電できないときは、蓄電池２３充電された電力により、電力負荷４へ給電することができる。その結果、実施例６においても、実施例５と同様の効果が得られる。なお、実施例５，６の電源装置６０，７０については、太陽光パネルと合わせて停電時や電力消費制限時において電力負荷４への非常電源として対応可能であるが、これに限らず、山間等の系統電力のない地域における電源装置としても使用可能である。
【００７０】
なお、上記実施例２、４及び６において用いられる単相三線中性発振回路３１については、単相インバータ１６との組み合わせにより、直流入力電圧を単相三線出力電圧に変換することができるものである。従って、単相三線中性発振回路３１と単相インバータ１６との組み合わせに関しては、実施例２、４、６のように太陽電池パネル等の簡易発電装置や蓄電池の直流電力を単相三線交流電力に変換して電力負荷に給電する用途に限らず、その他の直流電力を単相三線交流電力に変換して出力するような種々の用途にも使用可能である。その他、上記各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】
【００７１】
１…太陽電池パネル、２…パワーコンディショナー、３…電力会社、４…電力負荷、１０，１０Ａ，１０Ｂ，３０，４０，５０…代替電源装置、１１…入力切替スイッチ、１３…スイッチング電源回路、１４…充電装置、１５…制御装置、１６…単相インバータ、１９…オートトランス、２１…出力切替スイッチ、２３…蓄電池、２６…接続条件入力部、２８…三相インバータ、３１…単相三線中性発振回路、６０，７０…電源装置。
【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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【図８】
2013063010.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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