(57)【要約】【課題】安価な鉛蓄電池を採用し、蓄電池の長寿命化を図ることが可能であり、且つ太陽エネルギーの利用効率を高め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】太陽電池パネル２の出力によって蓄電装置７を充電する第１の充電器４と、外部電源６０、６１によって蓄電装置７を充電する第２の充電器５と、蓄電装置７の残存容量を検出する検出器１２と、蓄電装置７に蓄えられた電力を変換して負荷側回路に供給するインバータ１５と、を備え、蓄電装置７は、鉛蓄電池１１から構成される３つ以上の系列を有し、前記系列から選択される１つの系列を第１の充電器４若しくは第２の充電器５の出力側回路に接続し、他の系列をインバータ１５の入力側回路に接続し、更に他の系列を検出器１２に接続する開閉手段２０を備える。これにより、安価な鉛蓄電池１１を採用し、過放電を抑止してサルフェーションの発生を抑え、高寿命化を図ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池パネルの出力によって蓄電装置を充電する第１の充電器と、
外部電源によって前記蓄電装置を充電する第２の充電器と、
前記蓄電装置の残存容量を検出する検出器と、
前記蓄電装置に蓄えられた電力を変換して負荷側回路に供給するインバータと、を備え、
前記蓄電装置は、鉛蓄電池から構成される３つ以上の系列を有し、
前記系列から選択される１つの系列を前記第１の充電器若しくは前記第２の充電器の出力側回路に接続し、他の系列を前記インバータの入力側回路に接続し、更に他の系列を前記検出器に接続する開閉手段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】
前記開閉手段を切り替えることにより前記蓄電装置の各系列を前記検出器に順次接続して前記系列毎の残存容量を検出し、その検出結果に基づき残存容量が最も少ない前記系列を前記第１の充電器若しくは前記第２の充電器に接続す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】
前記蓄電装置に接続されてパルス状電圧を発生させるパルス発振器と、を備え、
前記開閉手段を切り替えることにより前記蓄電装置の１つの系列を前記第１の充電器若しくは前記第２の充電器の出力側回路に接続し、他の系列を前記インバータの入力側回路に接続し、更に他の系列を前記パルス発振器に接続することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
前記蓄電装置の少なくとも１つの系列の残存容量が所定の値よりも小さくなった場合にのみ前記系列を前記第２の充電器の出力側回路に接続することを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の太陽光発電システム。
【請求項５】
前記インバータの出力側回路及び前記外部電源の何れか１つを選択して負荷側回路に接続する出力用開閉器と、を備え、
前記蓄電装置を構成する全ての系列の残存容量が所定の値よりも小さくなった場合に前記出力用開閉器を切り替えることにより前記インバータの出力側回路と前記負荷側回路とを遮断して前記外部電源と前記負荷側回路とを接続することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の太陽光発電システム。
【請求項６】
複数の前記蓄電装置と、
複数の系統に分割される前記負荷側回路と、
前記各系統の電力負荷を夫々検出する負荷検出器と、
前記各系統に前記蓄電装置の出力側回路を択一的に接続する切替装置と、を備え、
前記検出器で検出される前記蓄電装置毎の残存容量及び前記負荷検出器で検出される前記系統毎の電力負荷に基づき前記切替装置を切り替えることにより電力負荷の大きい前記系統から順に残存容量の大きい前記蓄電装置を対応させて接続することを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の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、太陽光発電システムに関し、特に、蓄電装置を備える太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の太陽光発電システムとして、特許文献１に開示された太陽光発電システムが知られている。同文献に記載された太陽光発電システムは、太陽電池装置によって発電される電力または電力系統からの電力によって充電される蓄電池を備えている。そして、電力需要の高い時間帯においては、太陽電池装置からの発電量に加えて、蓄電池に蓄電された電力を放電してインバータに供給している。同文献には、使用する蓄電池として、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池またはリチウムイオン電池が好適であることが記載されている。
【０００３】
また、他の従来技術の例として、特許文献２に開示された太陽光発電用バッテリシステムのバッテリ状態検知装置が知られている。同文献の装置は、電力変換器を介して太陽電池パネルに接続される補助バッテリ（リチウムイオン電池）と、双方向電力変換器を介して前記補助バッテリに接続される鉛バッテリと、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−７９０５４号公報（第４−５頁、第１図）
【特許文献２】特開２０１２−１８６８７７号公報（第１０−１１頁、第１図）
【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、特許文献１に開示された従来技術のように、蓄電池としてリチウムイオン電池等を採用するシステムは、蓄電池のコストが高いという問題点がある。
【０００６】
また、特許文献２に開示された従来技術のように、鉛蓄電池を採用する場合には、蓄電池の寿命が短いという問題点がある。具体的には、鉛蓄電池を長期間使用すると、電極の表面に硫酸鉛の結晶が付着して通電を阻害する、いわゆるサルフェーション現象によって、充電容量が著しく低下する。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安価な鉛蓄電池を採用し、蓄電池の長寿命化を図ることが可能であり、且つ太陽エネルギーの利用効率を高めることができる太陽光発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の太陽光発電システムは、太陽電池パネルの出力によって蓄電装置を充電する第１の充電器と、外部電源によって前記蓄電装置を充電する第２の充電器と、前記蓄電装置の残存容量を検出する検出器と、前記蓄電装置に蓄えられた電力を変換して負荷側回路に供給するインバータと、を備え、前記蓄電装置は、鉛蓄電池から構成される３つ以上の系列を有し、前記系列から選択される１つの系列を前記第１の充電器若しくは前記第２の充電器の出力側回路に接続し、他の系列を前記インバータの入力側回路に接続し、更に他の系列を前記検出器に接続する開閉手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の太陽光発電システムによれば、太陽電池パネルによって発電される電力を蓄える蓄電装置は、鉛蓄電池によって構成される３つ以上の系列を有する。そして、開閉手段を切り替えることにより、前記系列から選択される１つの系列を第１の充電器若しくは第２の充電器の出力側回路に接続し、他の系列をインバータの入力側回路に接続し、更に他の系列を蓄電装置の残存容量を検出する検出器に接続する。
【００１０】
これにより、蓄電装置を構成する１つの系列の蓄電池について充電を行いつつ、他の系列の蓄電池から負荷側回路（インバータ等）への給電を行い、且つ、更に他の系列の蓄電池の残存容量を検出することができる。即ち、本発明の太陽光発電システムは、太陽光発電による充電や負荷側回路への給電を中断することなく蓄電装置の残存容量を正確に把握することができる。その結果、蓄電池の充放電状況の管理が容易になるので、蓄電池の過放電を抑止してサルフェーションの発生を抑え、蓄電池の高寿命化を図ることができる。
【００１１】
また、蓄電池の残存容量を検出する際に蓄電装置への充電を中断しないので、十分な日射量が得られる状態においては、太陽光発電を中断することなく太陽エネルギーを有効に利用することができる。
【００１２】
また、蓄電池として安価な鉛蓄電池を採用することができ、且つ蓄電池の劣化を抑止して長寿命化を図ることができるので、システムの初期費用及び蓄電池交換等の維持費用を大幅に低減することができる。
【００１３】
また、開閉手段を切り替えることにより、蓄電装置の各系列を検出器に順次接続して系列毎の残存容量を検出しても良い。これにより、検出器を複数設けることなく、１つの検出器で各系列の残存容量を検出することができるので、システムのコストを削減することができる。
【００１４】
また、検出器によって検出される系列毎の残存容量に基づき、残存容量が最も少ない系列の蓄電池を第１の充電器若しくは第２の充電器に接続しても良い。これにより、残存容量の少ない系列を優先して充電することができるので、蓄電池の過放電が抑止され、サルフェーションの発生が抑えられる。その結果、長期に亘って十分な蓄放電容量を維持することができる。
【００１５】
また、残存容量の少ない系列の蓄電池を優先して充電することができるので、十分な日射量が得られる状態においては、太陽エネルギーの利用効率を向上させることができる。即ち、太陽電池パネルで発電される電力を、蓄電可能な容量が大きい系列の蓄電池に蓄えることができるので、太陽電池パネルの発電量を低下させずに好適な発電状態を維持することができる。
【００１６】
また、蓄電装置に接続されてパルス状電圧を発生させるパルス発振器を設けても良い。そして、開閉手段を切り替えることにより、蓄電装置の１つの系列を第１の充電器若しくは第２の充電器の出力側回路に接続し、他の系列をインバータの入力側回路に接続し、更に他の系列をパルス発振器に接続しても良い。
【００１７】
これにより、蓄電装置を構成する１つの系列の蓄電池について充電を行いつつ、他の系列の蓄電池から負荷側回路への給電を行い、且つ、更に他の系列の蓄電池にパルス状電圧を印加してサルフェーションの発生を抑止することができる。つまり、太陽光発電による充電や負荷側回路への給電を中断することなく、充電若しくは放電を行っていない系列の蓄電池をパルス発振器に接続してサルフェーションの発生防止若しくは除去を行うことができる。これにより、蓄電池の劣化を防止して更なる高寿命化を図ることができる。
【００１８】
また、蓄電装置の少なくとも１つの系列の残存容量が所定の値よりも小さくなった場合にのみ、前記系列を、外部電源を利用する第２の充電器の出力側回路に接続しても良い。これにより、残存容量が所定の基準値を下回った場合にのみ外部電源による充電を行うこととなるので、外部電力の利用を最小限に抑えて太陽光発電のための蓄電容量を確保しつつ、蓄電池の過放電を抑止することができる。
【００１９】
また、インバータの出力側回路及び外部電源の何れか１つを選択して負荷側回路に接続する出力用開閉器を備えても良い。そして、蓄電装置を構成する全ての系列の残存容量が所定の値よりも小さくなった場合に前記出力用開閉器を切り替えることにより、インバータの出力側回路と負荷側回路とを遮断して、外部電源と負荷側回路とを接続しても良い。
【００２０】
これにより、蓄電装置の残存容量が所定の基準値を下回った場合には、蓄電池の放電を停止して過放電を防止できるので、サルフェーションの発生を抑えて蓄電池の劣化を防止することができる。また、蓄電装置の残存容量が低下して放電を中止した場合であっても、外部電源を利用して負荷側回路に電力を供給することができる。これにより、安定した電力供給が可能となる。
【００２１】
また、蓄電装置を複数設けて、負荷側回路を複数の系統に分割し、各系統の電力負荷を検出する負荷検出器を設けて、各系統に蓄電装置の出力側回路を択一的に接続する切替装置を設けても良い。そして、検出器で検出される蓄電装置毎の残存容量及び負荷検出器で検出される系統毎の電力負荷に基づき切替装置を切り替えても良い。具体的には、電力負荷の大きい系統から順に残存容量の大きい蓄電装置を対応させて接続する。
【００２２】
これにより、安価な鉛蓄電池を利用して大容量の蓄電装置を構築することができ、その場合であっても、蓄電装置の過放電を抑止して蓄電池の高寿命化を図りつつ、高効率で安定した電力供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽光発電システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】同上、配線系統の概略を表した構成図である。
【図３】同上、充放電制御を示すフロー図である。
【図４】同上、バッテリ残量検出の動作を示す図である。
【図５】同上、開閉器の切り替えパターンの一例を示す図である。
【図６】同上、電源選択制御を示すフロー図である。
【図７】同上、出力用開閉器の切り替え制御を示すフロー図である。
【図８】同上、バッテリ残量検出の動作を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る太陽光発電システムの概略を示すブロック図である。
【図１０】同上、切替装置の配線系統を表した構成図である。
【図１１】同上、切替装置の切り替えパターンの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態に係る太陽光発電システムを図面に基づき詳細に説明する。
図１は、太陽光発電システム１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、太陽光発電システム１は、太陽電池パネル２と、太陽電池パネル２によって発電される電力を蓄えるバッテリモジュール３と、インバータ１５と、を有する。
【００２５】
バッテリモジュール３は、太陽電池パネル２による発電を制御すると共に、発電される電力を蓄えてインバータ１５へと供給する装置である。バッテリモジュール３は、第１の充電器としての太陽光充電器４と、第２の充電器としてのパルス充電器５と、パルス発振器６と、検出器１２と、開閉手段としての充放電切替装置２０と、鉛蓄電池であるバッテリ１１から構成される蓄電装置７と、を有する。
【００２６】
太陽光充電器４は、太陽電池パネル２に接続され、例えば、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）等を実行して太陽電池パネル２の発電を好適に制御する。そして、太陽光充電器４は、太陽電池パネル２で発電される電力を変換して蓄電装置７のバッテリ１１を充電する。なお、太陽光充電器４は、出力に４０００〜７０００Ｈｚのパルス状電圧を付加する機能を有していても良い。これにより、バッテリ１１におけるサルフェーションの発生を抑制することができる。
【００２７】
パルス充電器５は、例えば、商用電源等の外部電源６０、６１に接続され、その外部電源６０、６１によって蓄電装置７のバッテリ１１を充電する。なお、パルス充電器５は、出力に４０００〜７０００Ｈｚのパルス状電圧を付加する機能を有し、これにより、バッテリ１１におけるサルフェーションの発生を抑制することができる。
【００２８】
パルス発振器６は、パルス状電圧を発生させるものであり、充放電切替装置２０を介して蓄電装置７に接続される。具体的には、パルス発振器６は、バッテリ１１の電力で作動して、バッテリ１１の電圧に対してマイナスとなる４０００〜７０００Ｈｚのパルス状電圧を発生し、バッテリ１１に印加する。これにより、バッテリ１１に対してサルフェーションの発生を抑制でき、またはサルフェーションの除去（電極に付着した硫酸鉛の除去）を行うことができる。なお、太陽光充電器４がパルス状電圧を出力する機能を備えている場合には、パルス発信器６を省略したシステム構成も可能である。
【００２９】
検出器１２は、蓄電装置７の残存容量を検出するものであり、充放電切替装置２０を介して蓄電装置７のバッテリ１１に接続される。詳しくは、検出器１２は、バッテリ１１の電圧を検出し、デジタル信号に変換して、後述する制御装置１７（図２参照）へと出力する。バッテリ１１の残存容量は、電圧と残存容量との相関により求めることができる。
【００３０】
蓄電装置７は、太陽電池パネル２によって発電される電力を蓄える装置であり、鉛蓄電池から構成されて複数の系列に分けられるバッテリ１１を有する。バッテリ１１は、充放電切替装置２０を介して、太陽光充電器４、パルス充電器５、パルス発振器６、検出器１２及びインバータ１５に選択的に接続される。
【００３１】
インバータ１５は、蓄電装置７のバッテリ１１に蓄えられた電力を交流電力に変換して負荷側回路へと供給する装置であり、バッテリモジュール３の出力側に接続される。インバータ１５の出力側には、インバータ１５の出力側回路及び外部電源６０の何れか１つを選択して負荷側回路に接続する出力用開閉器３０が設けられる。
【００３２】
図２は、太陽光発電システム１の配線系統の概略を表した構成図である。図２に示すように、蓄電装置７のバッテリ１１は、３つの系列（バッテリ１１ａ、バッテリ１１ｂ、バッテリ１１ｃ）に分割される。なお、蓄電装置７は、少なくとも３つの系列を有することが好ましいが、蓄電装置７に４つ以上の系列を設けても良い。
【００３３】
各系列のバッテリ１１には、充放電切替装置２０を構成する３つの開閉器２３、２４、２５が夫々接続される。開閉器２３は、バッテリ１１を充電側の回路（太陽光充電器４若しくはパルス充電器５の出力側の回路）に接続する充電用の開閉器である。開閉器２４は、バッテリ１１を負荷側の回路（インバータ１５の入力側の回路）に接続する放電用の開閉器である。開閉器２５は、バッテリ１１をパルス発振器６若しくは検出器１２側の回路に接続する検査用兼サルフェーション抑制用の開閉器である。
【００３４】
ここで、1つの系列に接続される開閉器２３、開閉器２４及び開閉器２５は、択一的に閉じられる。例えば、バッテリ１１ａにつながる開閉器２３ａ、開閉器２４ａ及び開閉器２５ａは、何れか１つのみが選択され閉じられる。換言すれば、１つの系列のバッテリ１１は、充電側の回路、負荷側の回路及び検出器１２側の回路から選択される何れか１つの回路に接続される。
【００３５】
また、充電用の開閉器２３は、１つの系列のバッテリ１１に対してのみ閉じられる。即ち、開閉器２３ａ、開閉器２３ｂ及び開閉器２３ｃは、択一的に閉じられる。例えば、開閉器２３ａが閉じられる場合、開閉器２３ｂ及び開閉器２３ｃは遮断される。同様に、放電用の開閉器２４ａ、開閉器２４ｂ及び開閉器２４ｃも択一的に閉じられる。また、検査用兼サルフェーション抑制用の開閉器２５ａ、開閉器２５ｂ及び開閉器２５ｃも、同じように択一的に閉じられる。
【００３６】
つまり、充放電切替装置２０によって、複数の系列から選択される１つの系列のバッテリ１１（例えば、バッテリ１１ａ）は、太陽光充電器４若しくはパルス充電器５の出力側の回路に接続され、他の系列のバッテリ１１（例えば、バッテリ１１ｂ）は、インバータ１５の入力側の回路に接続され、更に他の系列のバッテリ１１（例えば、バッテリ１１ｃ）は、検出器１２若しくはパルス発振器６に接続される。
【００３７】
太陽光充電器４の出力側と各系列の開閉器２３とをつなぐ充電側の回路には、開閉器２１が介装される。また、パルス充電器５と各系列の開閉器２３とをつなぐ充電側の回路には、開閉器２２が介装される。開閉器２１及び開閉器２２は、択一的に閉じられる。即ち、開閉器２１が閉じられる場合、開閉器２２は開かれ、開閉器２２が閉じられる場合、開閉器２１が開かれる。
【００３８】
パルス充電器５の入力側には、開閉器２７を介して外部電源６０が、開閉器２８を介して外部電源６１が接続される。外部電源６０は、例えば、家庭用に供給される商用電源であり、外部電源６１は、夜間電力契約による商用電源である。開閉器２７及び開閉器２８は、択一的に閉じられるよう構成され、これにより、外部電源６０からの通常の電力または外部電源６１からの夜間電力がパルス充電器５に供給される。
【００３９】
インバータ１５の出力側に設けられる出力用開閉器３０は、インバータ１５の出力側と負荷側回路とを接続する開閉器３１と、外部電源６０と負荷側回路とを接続する開閉器３２と、を有する。開閉器３１及び開閉器３２は、択一的に閉じられるよう構成され、これにより、バッテリモジュール３から供給される電力及び外部電源６０から供給される電力の何れか一方が負荷側回路に供給される。
【００４０】
開閉器２５につながる検査用兼サルフェーション抑制用の回路には、バッテリ１１を検出器１２及びパルス発振器６の何れか一方に接続する切替器２６が設けられる。
【００４１】
また、バッテリモジュール３は、太陽電池パネル２による発電状態を検出する発電量検出器１３を備えている。発電量検出器１３は、例えば、太陽電池パネル２の出力電圧を検出し、デジタル信号に変換して、制御装置１７へ出力する。なお、発電量検出器１３として、日射量センサ等を利用して太陽電池パネル２の発電状態を検出しても良い。
【００４２】
制御装置１７は、バッテリモジュール３の充放電制御を行う装置である。具体的には、制御装置１７は、検出器１２によって検出されるバッテリ１１の残存容量及び発電量検出器１３によって検出される発電状態に基づいて所定の演算を実行し、開閉器２１〜２５、２７、２８、３１、３２の開閉及び切替器２６の切り替えを制御する。
【００４３】
次に、図３ないし図８を参照して、図２に示す太陽光発電システム１の制御動作について詳細に説明する。
先ず、図２及び図３を参照して充放電制御の全体的な流れを説明する。図３は、太陽光発電システム１の充放電制御を示すフロー図である。
【００４４】
図２及び図３に示すように、システムの運転を開始すると（Ｓ０）、制御装置１７は、蓄電装置７のバッテリ１１の残存容量を検出する（Ｓ１０）。ここでは、複数設けられる各系列について残存容量を検出する。
次に、制御装置１７は、検出された系列毎のバッテリ１１の残存容量に基づき、充放電の組み合わせを決定し、開閉器２３〜２５を開閉する（Ｓ２０）。
【００４５】
そして、制御装置１７は、バッテリ１１の残存容量及び太陽電池パネル２の発電状況に応じて、バッテリ１１を充電するための好適な電源を選択して開閉器２１、２２、２７、２８を切り替える（Ｓ３０）。
【００４６】
更に、制御装置１７は、バッテリ１１の残存容量に基づき、バッテリ１１の放電を行うか否かを判別し、負荷側回路に電力を供給するための開閉器３１、３２を切り替える（Ｓ５０）。
【００４７】
次に、制御装置１７は、蓄電装置７の系統毎のバッテリ１１の残存容量を再度検出する（Ｓ６０）。なお、開閉器２１〜２５、２７、２８、３１、３２の開閉動作や切替器２６の切り替え動作が頻繁に行われることを防止するために、残存容量を検出する制御動作に適度な待ち時間（ディレイ時間）を設けても良い。例えば、１０分毎にバッテリ１１の残存容量を検出することとし、１０分経過するまでは、ステップＳ６０をスキップしても良い。
【００４８】
そして、システムの異常等が発生せず、利用者による停止の指示等がなければ（Ｓ８０のＹＥＳ）、制御装置１７は、Ｓ２０〜Ｓ６０の制御動作を繰り返し実行する。これにより、太陽電池パネル２による発電と、その発電される電力及び外部電源６０、６１による蓄電装置７への充電、並びに蓄電装置７に蓄えられた電力及び外部電源６０による安定した給電が行われる。
【００４９】
次に、図３に示すステップＳ１０〜Ｓ６０について各々詳細に説明する。
図４は、太陽光発電システム１のバッテリ１１の残存容量を検出する動作を示す図であり、図３におけるステップＳ１０の詳細を示すものである。
【００５０】
図２及び図４を参照して、制御装置１７は、切替器２６を検出器１２側に切り替え、図４に示す順序（Ｓ１１〜Ｓ１７）で、開閉器２３〜２５を順次切り替える。
即ち、制御装置１７は、開閉器２３〜２５が全て開放された状態（Ｓ１１）から、バッテリ１１ａにつながる開閉器２５ａを閉じる（Ｓ１２）。これにより、バッテリ１１ａが検出器１２に接続され、バッテリ１１ａの残存容量（電圧）が検出される。
【００５１】
次に、制御装置１７は、開閉器２５ａを遮断した後（Ｓ１３）、バッテリ１１ｂにつながる開閉器２５ｂを閉じる（Ｓ１４）。これにより、バッテリ１１ｂが検出器１２に接続され、バッテリ１１ｂの残存容量（電圧）が検出される。
【００５２】
次に、制御装置１７は、開閉器２５ｂを遮断した後（Ｓ１５）、バッテリ１１ｃにつながる開閉器２５ｃを閉じる（Ｓ１６）。これにより、バッテリ１１ｃが検出器１２に接続され、バッテリ１１ｃの残存容量（電圧）が検出される。そして、制御装置１７は、開閉器２５ｃを遮断する（Ｓ１７）。
【００５３】
このように、充放電切替装置２０の開閉器２３〜２５を切り替えることにより、蓄電装置７の各系列（バッテリ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）を検出器１２に順次接続して系列毎の残存容量を検出することができる。
【００５４】
これにより、検出器１２を複数設けることなく、１つの検出器１２で各系列の残存容量を検出することができるので、システムのコストを削減することができる。
なお、制御装置１７は、バッテリ１１の残存容量を検出した後、切替器２６をパルス発振器６側に切り替える。
【００５５】
図５は、図３に示すステップＳ２０における太陽光発電システム１の開閉器２３〜２５の切り替えパターンの一例を示す図である。図５は、バッテリ１１ａの残存容量が最も多く、次いでバッテリ１１ｂの残存容量が多く、バッテリ１１ｃの残存容量が最も少ない場合の例を示している。
【００５６】
図２及び図５に示すように、検出された系列毎のバッテリ１１の残存容量に基づき、制御装置１７は、充放電の組み合わせを決定し、開閉器２３〜２５を開閉する。
具体的には、残存容量の最も少ない系列のバッテリ１１ｃを太陽光充電器４若しくはパルス充電器５に接続して充電する。即ち、制御装置１７は、残存容量の最も少ない系列のバッテリ１１ｃにつながる充電用の開閉器２３ｃを選択的に閉じる。
【００５７】
このように残存容量の少ない系列を優先して充電することにより、バッテリ１１の過放電が抑止され、サルフェーションの発生を抑えることができる。その結果、長期に亘って十分な蓄放電容量を維持することができる。
【００５８】
また、残存容量の少ない系列のバッテリ１１を優先して充電することにより、十分な日射量が得られる状態においては、太陽エネルギーの利用効率を向上させることができる。即ち、太陽電池パネル２で発電される電力を、蓄電可能な容量が大きい系列のバッテリ１１に蓄えることができるので、太陽電池パネル２の発電量を低下させずに好適な発電状態を維持することができる。
【００５９】
他方、制御装置１７は、残存容量の最も多い系列のバッテリ１１ａを負荷側回路に接続して放電させる。即ち、制御装置１７は、残存容量の最も多い系列のバッテリ１１ａつながる放電用の開閉器２４ａを選択して閉じる。
【００６０】
そして、充電及び放電を行っていない残りの系列のバッテリ１１ｂをパルス発振器６に接続してパルス電圧を印加する。即ち、制御装置１７は、開閉器２３ｂ及び開閉器２４ｂの双方が遮断されている系列のバッテリ１１ｂについて開閉器２５ｂを閉じる。なお、バッテリ１１の系列が４つ以上あり、充電若しくは放電を行っていない系列のバッテリ１１が複数存在する場合には、充放電を行っていない残りの各系列に対して開閉器２５を順番に開閉させても良い。
【００６１】
このように、蓄電装置７を構成する１つの系列のバッテリ１１ｃについて充電を行いつつ、他の系列のバッテリ１１ａから負荷側回路への給電を行い、且つ、更に他の系列のバッテリ１１ｂにパルス状電圧を印加してサルフェーションの発生を抑止することができる。
【００６２】
つまり、太陽光発電による充電や負荷側回路への給電を中断することなく、充電若しくは放電を行っていない系列のバッテリ１１をパルス発振器６に接続してサルフェーションの発生防止若しくは除去を行うことができる。これにより、バッテリ１１の劣化を防止して更なる高寿命化を図ることができる。
【００６３】
図６は、太陽光発電システム１の電源選択制御を示すフロー図であり、図３のステップＳ３０の詳細を示している。
図２及び図６に示すように、制御装置１７は、発電量検出器１３で検出される発電の情報（電圧）に基づき、太陽光発電による充電の可否を判断する（Ｓ３２）。太陽光発電による充電が可能であると判断した場合（Ｓ３２のＹＥＳ）、制御装置１７は、パルス充電器５の出力側につながる開閉器２２を開き（Ｓ３３）、太陽光充電器４の出力側につながる開閉器２１を閉じる（Ｓ３４）。これにより、太陽光充電器４の出力側が開閉器２３を介してバッテリ１１に接続され、太陽電池パネル２の出力によって蓄電装置７のバッテリ１１を充電することができる。
【００６４】
このように、発電量検出器１３によって検出される太陽電池パネル２の発電状況に基づき太陽電池パネル２による充電を優先して行うことにより、太陽エネルギーの利用効率を向上させることができる。
【００６５】
他方、ステップＳ３２において、太陽電池パネル２の出力が小さく、太陽光発電による充電ができないと判断した場合（Ｓ３２のＮＯ）、制御装置１７は、太陽光充電器４の出力側の開閉器２１を開く（Ｓ３５）。
【００６６】
そして、ステップＳ３６では、バッテリ１１が通常の使用可能状態であるか否かが判別される。即ち、制御装置１７は、検出器１２によって検出されたバッテリ１１の残存容量が所定の基準値（第１基準値）以上であるかを判断する。詳しくは、全ての系列のバッテリ１１の残存容量が第１基準値以上であるか否かを判断する。
【００６７】
具体的には、制御装置１７は、検出器１２によって検出されるバッテリ１１の電圧が残存容量の第１基準値に相当する電圧値（第１基準電圧値）以上であるかを判別する。なお、バッテリ１１の残存容量の第１基準値は、例えば、全充電容量の約２５％であり、第１基準電圧値は、約１２Ｖである。
【００６８】
全ての系列のバッテリ１１の残存容量が第１基準値以上であれば（Ｓ３６のＹＥＳ）、制御装置１７は、開閉器２２を開く（Ｓ３７）。つまり、この場合、開閉器２１及び開閉器２２が共に遮断されるので、バッテリ１１の充電は行われない。
【００６９】
他方、ステップ３６において、少なくとも１つの系列のバッテリ１１の残存容量が第１基準値よりも小さい場合（Ｓ３６のＮＯ）、制御装置１７は、夜間電力を利用できる時間帯であるか否かを判断する（Ｓ３８）。
【００７０】
夜間電力を利用できる場合（Ｓ３８のＹＥＳ）、制御装置１７は、通常電力である外部電源６０用の開閉器２７を開き（Ｓ３９）、夜間電力である外部電源６１用の開閉器２８を閉じる（Ｓ４０）。そして、制御装置１７は、パルス充電器５の出力側の開閉器２２を閉じる（Ｓ４３）。これにより、外部電源６１から供給される夜間電力を利用してバッテリ１１の充電が行われる。
【００７１】
他方、夜間電力を利用できない場合（Ｓ３８のＮＯ）、制御装置１７は、夜間電力である外部電源６１用の開閉器２８を開き（Ｓ４１）、通常電力である外部電源６０用の開閉器２７を閉じる（Ｓ４２）。そして、制御装置１７は、パルス充電器５の出力側の開閉器２２を閉じる（Ｓ４３）。これにより、通常電力である外部電源６０によるバッテリ１１の充電が行われる。
【００７２】
このように、バッテリ１１の残存容量が第１基準値を下回った場合にのみ外部電源６０、６１による充電を行うことにより、外部電力の利用を最小限に抑えて太陽光発電のための蓄電容量を確保しつつ、蓄電池の過放電を抑止することができる。また、夜間電力を利用できる場合には、夜間電力を優先して利用するので、電力コストを抑えることができる。
【００７３】
図７は、太陽光発電システム１の出力用開閉器３０の切り替え制御を示すフロー図であり、図３におけるステップＳ５０の詳細を示している。
図２及び図７に示すように、制御装置１７は、蓄電装置７が放電禁止状態であるか否かを判別する。即ち、制御装置１７は、検出器１２によって検出されたバッテリ１１の残存容量が所定の基準値（第２基準値）以上であるかを判断する（Ｓ５２）。詳しくは、少なくとも１つの系列のバッテリ１１の残存容量が第２基準値以上であれば、蓄電装置７は放電禁止状態ではないと判断される。
【００７４】
具体的には、制御装置１７は、検出器１２によって検出されるバッテリ１１の電圧が残存容量の第２基準値に相当する電圧値（第２基準電圧値）以上であるかを判別する。なお、バッテリ１１の残存容量の第２基準値は、前述の第１基準値よりも低い値であり、例えば、全充電容量の約２０％、第２基準電圧値は、約１１．７Ｖである。
【００７５】
少なくとも１つの系列のバッテリ１１の残存容量が第２基準値以上であれば（Ｓ５２のＹＥＳ）、制御装置１７は、外部電源６０を接続する開閉器３２を開き（Ｓ５３）、インバータ１５の出力側につながる開閉器３１を閉じる（Ｓ５４）。これにより、バッテリ１１に蓄えられた電力が負荷側回路に供給される。
【００７６】
他方、ステップ５２で全ての系列のバッテリ１１の残存容量が第２基準値を下回っている場合（Ｓ５２のＮＯ）、制御装置１７は、インバータ１５の出力側につながる開閉器３１を開き（Ｓ５５）、外部電源６０につながる開閉器３２を閉じる（Ｓ５６）。即ち、インバータ１５の出力側回路と負荷側回路とを遮断して（Ｓ５５）、外部電源６０と負荷側回路とを接続する（Ｓ５６）。これにより、外部電源６０から負荷側回路に電力が供給される。
【００７７】
このように、蓄電装置７の残存容量が第２基準値を下回った場合には、バッテリ１１の放電を停止して過放電を防止できるので、サルフェーションの発生を抑えてバッテリ１１の劣化を防止することができる。また、蓄電装置７の残存容量が低下して放電を中止した場合であっても、外部電源６０を利用して負荷側回路に電力を供給することができるので、安定した電力供給が可能となる。
【００７８】
図８は、太陽光発電システム１のバッテリ残量検出の動作を示す図であり、図３におけるステップＳ６０の詳細を示すものである。図８は、バッテリ１１ａの残存容量が最も多く、次いでバッテリ１１ｂの残存容量が多く、バッテリ１１ｃの残存容量が最も少ない場合の例を示している。
【００７９】
図２及び図８を参照して、例えば、検出器１２で検出されたバッテリ１１の残存容量が「バッテリ１１ａ＞バッテリ１１ｂ＞バッテリ１１ｃ」の関係にある場合、残存容量の最も多いバッテリ１１ａは放電中、次に多いバッテリ１１ｂは待機中（サルフェーション抑制中）、最も少ないバッテリ１１ｃは充電中になっている。即ち、バッテリ１１ａにつながる放電用の開閉器２４ａ、バッテリ１１ｂにつながる検査用兼サルフェーション抑制用の開閉器２５ｂ及びバッテリ１１ｃにつながる充電用の開閉器２３ｃが閉じられ、その他の開閉器２３〜２５は、遮断されている（Ｓ６１）。
【００８０】
制御装置１７は、切替器２６を検出器１２側に切り替え、図８に示す順序（Ｓ６１〜Ｓ７６）で、開閉器２３〜２５を順次切り替える。切替器２６が検出器１２側に切り替えられると、検査用兼サルフェーション抑制用の開閉器２５ｂが閉じられているバッテリ１１ｂが検出器１２に接続されて、その残存容量が検出される（Ｓ６２）。そして、バッテリ１１ｂにつながる開閉器２５ｂを開放する（Ｓ６３）。
【００８１】
次に、ステップＳ６４〜Ｓ６９で、制御装置１７は、バッテリ１１ａの残存容量を検出するための動作を実行する。具体的には、バッテリ１１ｂにつながる放電用の開閉器２４ｂを閉じた後（Ｓ６４）、バッテリ１１ａにつながる放電用の開閉器２４ａを開く（Ｓ６５）。これにより、バッテリ１１ａの残存容量を検出する間、バッテリ１１ｂから負荷側回路への給電を行うことができる。
【００８２】
この状態で、制御装置１７は、バッテリ１１ａにつながる検査用兼サルフェーション抑制用の開閉器２５ａを閉じて（Ｓ６６）、バッテリ１１ａの残存容量を検出した後、開閉器２５ａを開放する（Ｓ６７）。そして、制御装置１７は、バッテリ１１ａにつながる放電用の開閉器２４ａを閉じた後（Ｓ６８）、バッテリ１１ｂにつながる放電用の開閉器２４ｂを開放して（Ｓ６９）、バッテリ１１ａによる放電に切り替える。
【００８３】
このように、蓄電装置７から負荷側回路への給電を中断することなく、放電中のバッテリ１１ａの残存容量を検出することができる。なお、放電させるバッテリ１１を切り替える際、ステップＳ６４、Ｓ６８のように、瞬時的に（例えば、１０ｍｓ程度）、開閉器２４ａと開閉器２４ｂとを同時に閉状態にすることにより、瞬時的な停電を発生させることなく、連続的な給電が行われる。
【００８４】
次に、ステップＳ７０〜Ｓ７５で、制御装置１７は、バッテリ１１ｃの残存容量を検出するための動作を実行する。具体的には、バッテリ１１ｂにつながる充電用の開閉器２３ｂを閉じた後（Ｓ７０）、バッテリ１１ｃにつながる充電用の開閉器２３ｃを開く（Ｓ７１）。これにより、バッテリ１１ｃの残存容量を検出する間、太陽電池パネル２で発電される電力等をバッテリ１１ｂに蓄えることができる。
【００８５】
この状態で、制御装置１７は、バッテリ１１ｃにつながる検査用兼サルフェーション抑制用の開閉器２５ｃを閉じて（Ｓ７２）、バッテリ１１ｃの残存容量を検出した後、開閉器２５ｃを開放する（Ｓ７３）。そして、制御装置１７は、バッテリ１１ｃにつながる充電用の開閉器２３ｃを閉じた後（Ｓ７４）、バッテリ１１ｂにつながる充電用の開閉器２３ｂを開放して（Ｓ７５）、バッテリ１１ｃの充電を継続する。
【００８６】
このように、蓄電装置７の充電を中断することなく、充電中のバッテリ１１ｃの残存容量を検出することができる。なお、充電させるバッテリ１１を切り替える際にも、ステップＳ７０、Ｓ７４のように、瞬時的に（例えば、１０ｍｓ程度）、開閉器２３ｂと開閉器２３ｃとを同時に閉状態にして、連続的な充電を行っている。
【００８７】
次に、制御装置１７は、バッテリ１１ｂにつながる検査用兼サルフェーション抑制用の開閉器２５ｂを閉じて（Ｓ７６）、切替器２６をパルス発振器６側に切り替え、残量検査開始前の状態に戻す。
【００８８】
このように、本実施形態では、蓄電装置７を構成する１つの系列のバッテリ１１について充電を行いつつ、他の系列のバッテリ１１から負荷側回路（インバータ等）への給電を行い、且つ、更に他の系列のバッテリ１１の残存容量を検出することができる。
【００８９】
そして、充放電切替装置２０の開閉器２３〜２５を切り替えることにより、太陽光発電による充電や負荷側回路への給電を中断することなく、蓄電装置７の各系列（バッテリ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）を検出器１２に順次接続して系列毎の残存容量を正確に検出することができる。これにより、蓄電装置７の充放電状況の管理が容易になり、バッテリ１１の過放電を抑止してサルフェーションの発生を抑え、バッテリの高寿命化を図ることができる。
【００９０】
また、バッテリ１１の残存容量を検出する際に、蓄電装置７への充電を中断しないので、十分な日射量が得られる状態においては、太陽光発電を中断することなく太陽エネルギーを有効に利用することができる。
【００９１】
また、バッテリ１１として安価な鉛蓄電池を採用することができ、且つバッテリ１１の劣化を抑止して長寿命化を図ることができるので、システムの初期費用及びバッテリ１１を交換する等の維持費用を大幅に低減することができる。
【００９２】
次に、図９ないし図１１を参照して、実施形態を変形した例について詳細に説明する。なお、図９ないし図１１において、既に説明した実施形態と同一若しくは同様の作用、効果を奏する構成要素については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００９３】
図９は、本発明の他の実施形態に係る太陽光発電システム１０１の概略を示すブロック図である。図９に示すように、太陽光発電システム１０１は、夫々蓄電装置７（図１参照）を有する複数のバッテリモジュール３（バッテリモジュール３Ａ、バッテリモジュール３Ｂ、バッテリモジュール３Ｃ）を備えている。
【００９４】
また、太陽光発電システム１０１は、複数の系統Ｘ、Ｙ、Ｚに分割される負荷側回路に夫々対応させて、複数のインバータ１５（インバータ１５ｘ、インバータ１５ｙ、インバータ１５ｚ）と、複数の負荷検出器１４（負荷検出器１４ｘ、負荷検出器１４ｙ、負荷検出器１４ｚ）と、複数の出力用開閉器３０（出力用開閉器３０ｘ、出力用開閉器３０ｙ、出力用開閉器３０ｚ）と、を有する。
【００９５】
更に、太陽光発電システム１０１は、負荷側の各系統Ｘ、Ｙ、Ｚに対応するインバータ１５にバッテリモジュール３の出力側回路を択一的に接続する切替装置４０を備えている。なお、負荷側回路の系統数やバッテリモジュール３等の数は、４つ以上でも良い。
【００９６】
図１０は、太陽光発電システム１０１の切替装置４０の配線系統を表した構成図である。図１０に示すように、太陽光発電システム１０１は、３つのバッテリモジュール３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）を有し、３つの系統Ｘ、Ｙ、Ｚに分割される負荷側回路に接続される。各系統Ｘ、Ｙ、Ｚの負荷側回路には、各々出力用開閉器３０を構成する開閉器３１を介してインバータ１５の出力側が接続される。
【００９７】
各系統Ｘ、Ｙ、Ｚに対応するインバータ１５の入力側には、切替装置４０を構成する３つの開閉器４１、４２、４３が夫々接続される。開閉器４１は、バッテリモジュール３Ａの出力側につながる開閉器である。開閉器４２は、バッテリモジュール３Ｂの出力側につながる開閉器である。開閉器４３は、バッテリモジュール３Ｃの出力側につながる開閉器である。
【００９８】
ここで、1つのインバータ１５に接続される開閉器４１、開閉器４２及び開閉器４３は、択一的に閉じられる。例えば、インバータ１５ｘにつながる開閉器４１ｘ、開閉器４２ｘ及び開閉器４３ｘは、何れか１つのみが選択され閉じられる。換言すれば、系統Ｘ、Ｙ、Ｚの１つにつながるインバータ１５は、バッテリモジュール３Ａ、バッテリモジュール３Ｂ及びバッテリモジュール３Ｃから選択される何れか１つのバッテリモジュール３に接続される。
【００９９】
また、１つのバッテリモジュール３に接続される開閉器４１、開閉器４２若しくは開閉器４３は、夫々１つの系統のインバータ１５に対してのみ閉じられる。即ち、バッテリモジュール３Ａにつながる開閉器４１ｘ、開閉器４１ｙ及び開閉器４１ｚは、択一的に閉じられる。例えば、開閉器４１ｘが閉じられる場合、開閉器４１ｙ及び開閉器４１ｚは遮断される。
【０１００】
同様に、バッテリモジュール３Ｂにつながる開閉器４２ｘ、開閉器４２ｙ及び開閉器４２ｚも択一的に閉じられる。また、バッテリモジュール３Ｃにつながる開閉器４３ｘ、開閉器４３ｙ及び開閉器４３ｚも、同じように択一的に閉じられる。
つまり、切替装置４０によって、複数設けられるバッテリモジュール３と、各系統の負荷側回路に接続されるインバータ１５とは、夫々１対１で対応するように接続される。
【０１０１】
また、各系統Ｘ、Ｙ、Ｚにつながるインバータ１５の出力側には、夫々出力用開閉器３０が設けられる。出力用開閉器３０の構成及び動作は、既に説明した実施形態と同等である。ここでは、各系統Ｘ、Ｙ、Ｚの出力用開閉器３０は、その系統Ｘ、Ｙ、Ｚに接続されるバッテリモジュール３のバッテリ１１（図１参照）の残存容量に応じて制御される。
【０１０２】
負荷検出器１４は、各系統Ｘ、Ｙ、Ｚの電力負荷を検出する装置であり、各インバータ１５の入力側に設けられる。詳しくは、負荷検出器１４は、インバータ１５の入力側回路に設けられるシャント抵抗の電圧を検出し、デジタル信号に変換して、制御装置１８へと出力する。
【０１０３】
制御装置１８は、バッテリモジュール３と負荷側回路の各系統Ｘ、Ｙ、Ｚとの切替制御を行う装置である。制御装置１８には、負荷検出器１４から電力負荷に関する信号が入力されると共に、制御装置１７（図２参照）から各バッテリモジュール３のバッテリ１１の残存容量に関する信号が入力される。
【０１０４】
制御装置１８は、負荷検出器１４によって検出される各系統Ｘ、Ｙ、Ｚの電力負荷、及び検出器１２（図２参照）によって検出されて制御装置１７から送信される各バッテリモジュール３のバッテリ１１の残存容量に基づいて所定の演算を実行し、開閉器４１〜４３、３１、３２の開閉を制御する。
【０１０５】
図１１は、太陽光発電システム１０１の切替装置４０の切り替えパターンの一例を示す図である。図１１は、負荷側回路の電力負荷が「系統Ｘ＞系統Ｙ＞系統Ｚ」の関係にあり、バッテリモジュール３の残存容量が「バッテリモジュール３Ａ＞バッテリモジュール３Ｂ＞バッテリモジュール３Ｃ」の関係にある場合の例を示している。
【０１０６】
図１０及び図１１に示すように、制御装置１８は、各系統Ｘ、Ｙ、Ｚの電力負荷及び各バッテリモジュール３の残存容量に基づき、電力負荷の大きい系統Ｘ、Ｙ、Ｚから順に残存容量の大きいバッテリモジュール３を対応させて接続する。
【０１０７】
即ち、図１１の例では、電力負荷が最も大きい系統Ｘに対しては、開閉器４１ｘを閉じて、残存容量の最も多いバッテリモジュール３Ａを接続する。次いで電力負荷が大きい系統Ｙに対しては、開閉器４２ｙを閉じて、２番目に残存容量の大きいバッテリモジュール３Ｂを接続する。そして、電力負荷が最も小さい系統Ｚに対しては、開閉器４３ｚを閉じて、残存容量の最も少ないバッテリモジュール３Ｃを接続する。
【０１０８】
なお、バッテリモジュール３の残存容量としては、各バッテリモジュール３に備えられるバッテリ１１（図２参照）の夫々の残存容量の検出値をバッテリモジュール３毎に平均化した値を用いている。
【０１０９】
以上説明の如く、本実施形態によれば、複数のバッテリモジュール３を組み合わせることにより、安価な鉛蓄電地を利用して大容量の蓄電システムを構築することができる。また、切替装置４０を用いた上記の切替制御を実行することにより、蓄電装置７（図２参照）のバッテリ１１の過放電を抑止してバッテリ１１の高寿命化を図りつつ、高効率で安定した電力供給を行うことができる。
【０１１０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更実施が可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
１        太陽光発電システム
２        太陽電池パネル
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ  バッテリモジュール
４        太陽光充電器
５        パルス充電器
６        パルス発振器
７        蓄電装置
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  バッテリ
１２      検出器
１３      発電量検出器
１４、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚ  負荷検出器
１５、１５ｘ、１５ｙ、１５ｚ  インバータ
１７      制御装置
２０      充放電切替装置
２１、２２、２７、２８  開閉器
２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ  開閉器
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ  開閉器
２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ  開閉器
２６      切替器
３０、３０ｘ、３０ｙ、３０ｚ  出力用開閉器
３１、３１ｘ、３１ｙ、３１ｚ  開閉器
３２、３２ｘ、３２ｙ、３２ｚ  開閉器
４０      切替装置
４１、４１ｘ、４１ｙ、４１ｚ  開閉器
４２、４２ｘ、４２ｙ、４２ｚ  開閉器
４１、４１ｘ、４１ｙ、４１ｚ  開閉器
６０、６１  外部電源
【図１】
2016100993.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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【図６】
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【図７】
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【図８】
2016100993.tif 000010
【図９】
2016100993.tif 000011
【図１０】
2016100993.tif 000012
【図１１】
2016100993.tif 000013