(57)【要約】【課題】１）代替可能エネルギーの利用による二酸化炭素の削減、地球温暖化防止、２）緊急災害時の生活維持のための電気の確保、３）余剰夜間電力を利用した電力の平準化により節電し、電力不足を解消、４）余剰夜間電力以外の外部電力に頼らない自立型発電による地域貢献、５）１０年以上の耐久性の確保および蓄電池の二次公害の防止、の課題を解決する「太陽光発電、余剰の夜間電力、緊急時の自家発電装置を組み合わせた自立型の発電システム」の提供。【解決手段】太陽光発電装置と、夜間電力を蓄電し、該太陽光発電装置の電気供給不足を補う蓄電デバイス３と、内燃機関による自家発電装置とを備えた自立型発電システムからなり、前記蓄電デバイス３が、電解液に非イオン性分散剤を含有し、１秒間に４０００〜７０００回の電圧振幅±２〜±５Ｖの微弱パルス電流を印加する硫酸鉛皮膜除去装置を組み込んだ鉛蓄電池である、夜間電力併用型太陽光発電システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電装置と、夜間電力を蓄電し、該太陽光発電装置の電気供給不足を補う蓄電デバイスと、内燃機関による自家発電装置とを備えた自立型発電システムからなり、前記蓄電デバイスが、電解液に非イオン性分散剤を含有し、１秒間に４０００〜７０００回の電圧振幅±２〜±５Ｖの微弱パルス電流を印加する硫酸鉛皮膜除去装置を組み込んだ鉛蓄電池である、夜間電力併用型太陽光発電システム。
【請求項２】
前記蓄電デバイスが、１２Ｖバッテリー４個を直列に繋いだ４８Ｖバッテリーを１セットとし、これを４セット並列に繋いで出力を４８Ｖ４００Ａｈとしたものである、請求項１記載の夜間電力併用型太陽光発電システム。
【請求項３】
前記硫酸鉛皮膜除去装置が、発振器およびパルス電流発生器からなる、請求項１または２記載の夜間電力併用型太陽光発電システム。
【請求項４】
前記太陽光発電装置が、ソーラーパネルおよびＭＰＰＴ方式のチャージコントローラーからなり、該チャージコントローラーの容量がソーラーパネル容量より大きい、請求項１〜３の何れか１項に記載の夜間電力併用型太陽光発電システム。
【請求項５】
前記自家発電装置が、始動用リコイルスターターを備えた発電機である、請求項１〜４の何れか１項に記載の夜間電力併用型太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電装置と、余剰の夜間電力を蓄電する蓄電デバイスと、緊急災害時等の生活維持のための内燃機関による自家発電装置とを備えた自立型発電システムからなる夜間電力併用型太陽光発電システムに関するものであり、電機電子分野および電気化学分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
昨今代替可能エネルギーが注目され、中でも太陽光発電は各家庭、事務所および工場等で設置可能なため、急速に広まりつつある。
【０００３】
一方、東北大震災による福島原子力発電所の事故から、電気エネルギー不足の問題が生じ、節電が叫ばれている。
【０００４】
節電を目的とした、太陽光発電と余剰の夜間電力を用い、緊急時の自家発電装置を組み合わせた、自立型の発電システムはない。
【０００５】
太陽光発電は、晴天時、家庭用で２〜４ｋＷ程度の能力であり、夜間、雨天では殆ど発電できないため、太陽光発電で一日の全ての電力消費を賄うのは困難と言われている。
【０００６】
夜間電力使用率は５０〜６０％と低く、余剰であるため、現在夜間電力に関しては、契約すれば、一般電気料金の３０〜４０％程度の低料金で使用できる。
【０００７】
夜間電力の蓄電技術に関しては、容量的にはリチウムイオン二次電池が有力であるが、コストと寿命の問題があり、殆ど実用に供されておらず、従来、有力な蓄電デバイスがない状況であった。
【０００８】
本発明者は、従来３〜５年と言われていた鉛蓄電池の寿命を１０年以上に延ばした無劣化鉛蓄電池を発明した。この発明は特許出願（特許番号：特願２０１０−１５８０８２）されている。
【０００９】
この無劣化鉛蓄電池は、鉛蓄電池の最大の劣化原因とされている不活性な硫酸鉛皮膜の生成を、分散剤による溶解還元反応と微弱電流パルスによる分解還元反応を併用することにより、防止したものである。従来の鉛蓄電池における硫酸鉛皮膜の除去技術については、例えば、特許文献１に記載の技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３０７９２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、下記１）〜５）の課題を解決する「太陽光発電と余剰の夜間電力を用い、緊急時の自家発電装置を組み合わせた、自立型の発電システム」を提供することを目的とする。
１）代替可能エネルギーの利用による二酸化炭素の削減、地球温暖化防止
２）緊急災害時の生活維持のための電気の確保
３）余剰夜間電力を利用した電力の平準化により節電し、電力不足を解消
４）余剰夜間電力以外の外部電力に頼らない自立型発電による地域貢献
５）１０年以上の耐久性の確保および蓄電池の二次公害の防止
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、種々検討した結果、太陽光発電装置と余剰の夜間電力を蓄電する蓄電デバイスと自家発電装置とを組み合わせた自立型の発電システムにおいて、蓄電デバイスとして、先に出願した特願２０１０−１５８０８２に係る無劣化鉛蓄電池を用いることにより、前記目的が達成されることを知見した。
【００１３】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、「太陽光発電装置と、夜間電力を蓄電し、該太陽光発電装置の電気供給不足を補う蓄電デバイスと、内燃機関による自家発電装置とを備えた自立型発電システムからなり、前記蓄電デバイスが、電解液に非イオン性分散剤を含有し、１秒間に４０００〜７０００回の電圧振幅±２〜±５Ｖの微弱パルス電流を印加する硫酸鉛皮膜除去装置を組み込んだ鉛蓄電池である、夜間電力併用型太陽光発電システム」を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の夜間電力併用型太陽光発電システムは、地球温暖化のための代替エネルギーとして太陽光発電を用い、緊急災害時の生活維持のために内燃機関による自家発電装置を装備し、電力不足解消のために余剰の夜間電力を蓄電する蓄電デバイスを有し、太陽光発電の電気供給不足を補う自立型発電システムであり、その余剰の電気は売電可能で、地域に貢献すること多大である。また、蓄電デバイスとして前記の無劣化鉛蓄電池を用いているため、１０年以上の耐久性が確保され、長寿命であり、その結果、蓄電池の二次公害の防止も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の夜間電力併用型太陽光発電システムの好ましい一実施形態の概略図である。
【図２】本発明で使用される蓄電デバイスに組み込まれる硫酸鉛皮膜除去装置の好ましい一例の概略図である。
【図３】発振器からパルス電流発生器への信号波（出力電流）の一例を示すグラフである。
【図４】鉛蓄電池に印加するパルス電流の波形の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の夜間電力併用型太陽光発電システムを、図１に示す好ましい実施形態について説明する。図１は、本システムの概略図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の夜間電力併用型太陽光発電システムは、夜間電力利用タイマー１に直結する充電装置２を介して夜間電力を蓄電する蓄電デバイス３と、ソーラーパネル４およびＭＰＰＴ方式のチャージコントローラー５からなる太陽光発電装置と、始動用リコイルスターター８を備えた発電機７からなる内燃機関による自家発電装置とを備えた自立型発電システムからなる。尚、図中、６はＤＣ−ＡＣインバーターである。
【００１８】
蓄電デバイス３は、１２Ｖバッテリー４個を直列に繋いだ４８Ｖバッテリーを１セットとし、そのバッテリーは長期使用に適したディープサイクル仕様とするのが好ましい。
【００１９】
システムの基本電圧を４８Ｖにすることにより、バッテリー充電器、ＭＰＰＴ方式のチャージコントローラーおよびＤＣ−ＡＣインバーターに市販のものが使用でき、また４８Ｖよりも小さい１２Ｖや２４Ｖのシステムに比べて細い配線が使用でき、システムコストを削減できる。基本電圧が４８Ｖを超える場合は、感電の可能性があり、４８Ｖより小さい場合は、コストが上がるだけでなく、ＤＣ−ＡＣインバーターの効率が低下し、最新の薄型のソーラーパネルの使用に適さない等の弊害がある。
【００２０】
バッテリーサイズは、１２Ｖ１００Ａｈ以上が好ましく、これを４個を直列に繋いだ４８Ｖバッテリーを１セットとし、これを４セット並列に繋いで出力を４８Ｖ４００Ａｈとしたものを蓄電デバイスとするのが好ましい。
夜間電力供給時間を一般的な午後１０時〜翌朝８時までの時間とした場合、一日の平均電気使用量が平均１２ｋＷｈに対して４００Ａｈは１９．２ｋＷｈで、その平均放電深度は６２．５％となり、太陽光発電なしでは限界（放電深度：７０％）に近く、４００Ａｈより低いと、バッテリーの寿命が短くなる可能性がある。
【００２１】
各バッテリーは、その電解液に非イオン性分散剤を含有し、１秒間に４０００〜７０００回の電圧振幅±２〜±５Ｖの微弱パルス電流を印加する硫酸鉛皮膜除去装置を組み込み、サルフェーションによる劣化を防止できるようにした鉛蓄電池である。
この鉛蓄電池としては、本発明者が発明し、本出願人が先に出願した特願２０１０−１５８０８２に開示した無劣化鉛蓄電池が用いられる。
この無劣化鉛蓄電池について以下に詳しく説明する。
【００２２】
鉛蓄電池の電解液に添加する非イオン性分散剤としては、希硫酸からなる電解液に対して溶解し易いものが好ましく、例えば、淡黄色固体の高密度ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル、淡黄色粘稠液体のポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル、白色固体の高密度ポリビニルアルコール（以下PVA という）、PEG −４ステアミド等が挙げられる。
【００２３】
非イオン性分散剤の添加量は、特に限定されるものではないが、通常、電解液に対して、重量比で、０．５〜１．５％程度加えるのが好ましく、１〜１．２％程度加えるのがより好ましい。
【００２４】
微弱パルス電流の印加は、図２に示す発振器およびパルス電流発生器からなる硫酸鉛皮膜除去装置を用いることが好ましい。
この硫酸鉛除去装置における発振器は、タイマIC等を発信回路に用い、パルス電流発生器への信号波（出力電流）を、図３に示すような方形波でその動作範囲（Duty）は３〜５％となるようにし、信号波を受けるパルス電流発生器においてパルスを急峻に立ち上がらせ、パルス電流の出力を確保するようにしてある。
【００２５】
硫酸鉛皮膜除去装置におけるパルス電流発生器は、発振器から出力された信号波により、MOSFET等の電子スイッチを駆動させ、鉛蓄電池に印加するパルス電流の波形を例えば図４に示す波形になるようにする。
【００２６】
微弱パルス電流のパルス数を多くすることで硫酸鉛皮膜の分解の効率が上がると考えられるが、熱発生があり、実際には上限がある。パルス数は、再生効率とのバランスで適宜設定される。具体的には、１秒間に４０００〜７０００回程度であり、好ましくは、１秒間に５０００〜６０００回である。
【００２７】
微弱パルス電流のパルス電圧の振幅は、±２〜±５V の範囲内、好ましくは±２．５〜±４V の範囲内であり、また、その電流値は２０〜１００ｍＡの範囲内、好ましくは５０〜８０ｍＡの範囲内にあるものが、硫酸鉛皮膜の剥離脱落を防ぎ、電極へのダメージを与えず、好ましい。
【００２８】
上記のようにして微弱パルス電流を印加することにより、パルスの衝撃でサルフェーションにより生じた硫酸鉛皮膜を分解還元することができる。
【００２９】
蓄電デバイス３への充電装置２は、入力は三相交流２００Ｖで、出力はＤＣ４８Ｖ４００Ａｈ程度のものが好ましく、バッテリー保護のため、全自動でフローティング充電できるものが好ましい。
充電装置２は、夜間電力利用タイマー１に直結させ、契約時間のみ作動するようになしてある。
【００３０】
本実施形態のシステムで用いられている太陽光発電装置は、ソーラーパネル４およびチャージコントローラー５からなる。
チャージコントローラー５は、高効率タイプのＭＰＰＴ方式で、その出力は４８Ｖとし、その容量はソーラーパネル容量より大きくするのが好ましい。ＭＰＰＴ方式の方式の場合、その効率は９９％に達し、従来のＰＷＭ方式に比べ、１０〜３０％の効率アップが見込める。
【００３１】
一般家庭の平均電気消費量は１２ｋＷｈ／日と言われており、太陽光発電に用いるソーラーパネル４の総発電容量は２ｋＷ以上が好ましく、２ｋＷより低いと一般的な生活維持に支障をきたす可能性がある。
【００３２】
本実施形態のシステムで用いられている内燃機関による自家発電装置は、始動用リコイルスターター８を備えた発電機７からなる。
この発電機７は、緊急災害時等に用いるもので、始動用リコイルスターター８により手動で始動できるようになしてあり、その出力は、ソーラーパネル４の場合と同様に、生活維持のため、２ｋＷ以上であることが好ましい。
【００３３】
ＤＣ−ＡＣインバーター６は、４８Ｖ→１００Ｖのインバーターで、そのＡＣ出力を３ｋｗ程度とし、瞬間最大出力は倍の６ｋｗを確保することが好ましい。ＡＣ出力が３ｋｗより小さいと、電気機器のスイッチを入れた時、瞬間的に過電流が流れ、ブレーカーを落とす可能性がある。
【００３４】
ＤＣ−ＡＣインバーターの波形は、正弦波とし、充電のため、地域で供給されている系統電圧とインバーターの電圧に位相差がないようにする。
【００３５】
本発明の夜間電力併用型太陽光発電システムは、上述の図１に示す実施形態に制限されるものではなく、本発明の効果を損なわない範囲で適宜種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、これらの実施例に何ら制約されるものではない。
【００３７】
実施例１
図１に示す本発明の夜間電力併用型太陽光発電システムを次のようにして構築した。
充電装置２は、電動フォークリフト用の出力４８Ｖ４００Ａｈのもので、全自動フローティング仕様であり、三相交流２００Ｖに夜間電力契約による夜間電力利用タイマー１に直結しており、蓄電デバイス３にタイマー１が作動している時にのみ電気を供給している。
【００３８】
蓄電デバイス３は、ディープサイクルバッテリーであるＥＢ１００型鉛蓄電池を１６個用いており、その出力は４８Ｖ４００Ａｈである。
【００３９】
ＥＢ１００型鉛蓄電池には、それぞれ、パルス数：５４００回／秒、電圧：±２Ｖ、および電流：２０ｍＡの微弱パルス電流発生器が取り付けられ、また、各セルには、非イオン性分散剤の高密度ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテルを３CC添加している。
【００４０】
ソーラーパネル４は、一般的な出力１６０Ｗのものを１６枚連結し、総発電容量を２．５６ｋＷとしている。
【００４１】
ＭＰＰＴ方式のチャージコントローラー５は、出力は４８Ｖで、最大入力電流６０Ａ、最大入力電圧１５０Ｖ、最大入力電力３．２ｋＷのものを用い、その最大効率は９９％である。
【００４２】
ＤＣ−ＡＣインバーター６は、入力４８Ｖ、出力１００Ｖで、波形は正弦波で、充電のため、地域で供給されている系統電圧とインバーターの電圧に位相差がないものを用いている。
【００４３】
売電は、蓄電デバイス３が満充電状態での時、余剰の太陽光発電で生じた電気を売るようになっている。
【００４４】
内燃機関による発電機７は、無鉛ガソリンで排気量１７１ｍｌ、出力２ｋＶＡのもので、始動はリコイルスターター８による手動のものである。
この発電機７は、緊急災害時等に用いるもので、太陽光発電装置と蓄電デバイスとからなる発電システムに代替し、電気を供給するようになっている。
【符号の説明】
【００４５】
１  夜間電力利用タイマー
２  充電装置
３  蓄電デバイス
４  ソーラーパネル
５  ＭＰＰＴ方式のチャージコントローラー
６  ＤＣ−ＡＣインバーター
７  内燃機関による発電機
８  始動用リコイルスターター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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