(54)【考案の名称】サテライトシステム太陽光発電設備

(73)【実用新案権者】ソーラーシリコンテクノロジー株式会社

(72)【考案者】【考案者】

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【選択図】図1

【概要説明】

【分野】

【0001】
本考案は、蓄電池を備える太陽光発電設備に関し、災害時等でも安定して電力供給が行えるサテライトシステム太陽光発電設備に関するものである。

【従来の技術】

【0002】
近年、太陽光発電設備は、地球環境保護の観点からクリーンエネルギーを創出するものとして広く普及されることが望まれている。国においても「太陽光発電世界一の座を奪還するため、導入量を2020年までに現状の20倍、2030年までに40倍に引き上げる」(福田ビジョン:2008年)とあるように太陽光発電の普及を推進している。また、例えば、小中学校や公民館等の公共施設は、災害時の避難場所に指定されていることが多く、このような公共施設に積極的に太陽光発電設備が導入されれば、災害時に商用電力が停電しても太陽光発電設備から電力を得ることで防災センターとしての機能強化を図れる大きなメリットがある。
【0003】
ところで、図3に示すように、従来の太陽光発電設備100は、太陽電池アレー102と、太陽電池アレー102からの直流電力を充電する蓄電池103と、太陽電池アレー102からの直流電力及び必要に応じて蓄電池103からの直流電力を交流電力に変換して負荷の配電盤106に供給するパワーコンディショナ104とを備えている。このような太陽光発電設備の導入者は、国や地方自治体からの補助金を利用でき、また、太陽光発電電力の使用によって商用電力の使用低減等することができる。しかしながら、太陽光発電設備自体が高価であり、また、年2回の法定点検、10年〜15年でパワーコンディショナ及び蓄電池の交換、設備の保守管理等のための諸費用を要する。そのため、設備投資の回収には20年〜30年程度要することから、太陽光発電設備が広く普及され難いのが現状である。
【0004】
一方、従来の太陽光発電設備には、図3に示したとおり、太陽電池アレー102と負荷の配電盤106との間に太陽電池アレー102からの直流電力を交流電力に変換する1台のパワーコンディショナ104が設置されている。そのため、地震や台風等の災害によってパワーコンディショナ104が故障してしまうと、災害時には負荷への太陽光発電電力の供給が完全に絶たれてしまう問題がある。また、パワーコンディショナ104は、太陽光発電設備100の発電規模に対応するように太陽電池アレー102の発電能力と同じ容量のものが用いられる。そのため、太陽光発電設備100の発電規模が大きくなると、パワーコンディショナ104も大容量となり、このような大容量(例えば、20kw)のパワーコンディショナ104は、家庭用に普及されている小容量(例えば、4kw)のものに比べて出力フィルター損失が生じて変換効率が悪い。しかも、大容量(例えば、20kw)のパワーコンディショナ104は、大量生産されている小容量(例えば、4kw)のものに比べてコスト的にも高い。さらに、太陽光発電設備100に備える蓄電池103から電力供給を行う場合、大容量のパワーコンディショナ104を経由することで負荷側にはパワーコンディショナ104と同じ容量の電力供給がなされ、そのため、比較的早期に蓄電池103が枯渇されてしまう。このように、従来の太陽光発電設備100では、災害時での電力供給の安定性が未だ不十分であることもあって、防災センター機能をも果たす公共施設等において大規模な太陽光発電設備が普及され難いのが現状である。
【0005】

【効果】

【0015】
本考案に係るサテライトシステム太陽光発電設備によれば、パワーコンディショナを複数設け、これら複数のパワーコンディショナを並列に配設するので、災害時でも電力供給のライフラインを安定的に確保することができる。しかも、太陽光エネルギーを一層効率よく利用することが可能で、且つ低コストに本サテライトシステム太陽光発電設備を提供することが可能となる。
【0016】
従って、例えば、災害時の避難場所は、小中学校や公民館などの公共施設が指定されているため、このような公共施設に本サテライトシステム太陽光発電設備を導入することにより、避難場所となる公共施設において、商用電源の停電時に安定した電源確保ができ、災害時の情報収集が容易となり、安全で安心した避難生活が確保される利点がある。また、通常時は施設電源として使用することにより、クリーンな太陽エネルギー利用の周知が図れる。
【0017】
一方、太陽光発電電力を利用する施設の所有者が太陽光発電の運営事業者に運用を委託しその委託料として発電電力に応じた委託料を支払うことにより、上記運営事業者の下で保守管理され且つ上記施設の地域の地元業者によって上記施設に本サテライトシステム太陽光発電設備が設置されるシステムでもって本サテライトシステム太陽光発電設備が使用されれば、施設側にとっては保守・維持管理費用の負担がなく、また上記太陽光発電電力に応じた委託料が、既存の商用電力の料金の同等程度の費用であるなら、本サテライトシステム太陽光発電設備を積極導入し易くなる。加えて、本サテライトシステム太陽光発電設備を施工するに当たって施設のある地域の地元業者を利用することとすれば、地元の地域経済の発展にもなる。従って、公共施設においても本サテライトシステム太陽光発電設備を広く普及し易くなる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本実施の形態によるサテライトシステム太陽光発電設備の構成を示すブロック図である。
【図2】サテライトシステム太陽光発電設備の普及のための太陽光発電システムの仕組みを示す模式図である。
【図3】従来の太陽光発電設備の構成を示すブロック図である。

【0019】
以下、本考案の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図1に示すように、実施の形態によるサテライトシステム太陽光発電設備1は、複数の太陽電池アレー2と、各太陽電池アレー2からの直流電力を充電する1台の蓄電池3と、各太陽電池アレー2からの直流電力及び必要に応じて蓄電池3からの直流電力を交流電力に変換して負荷の配電盤6に供給する複数のパワーコンディショナ4と、本サテライトシステム太陽光発電設備1を動作制御するコントロールユニット7とを備える。
【0020】
太陽電池アレー2は、本サテライトシステム太陽光発電設備1を設置する学校・公民館等の施設の建物(例えば、学校や広域避難地域の建物等)の日当たりのよい屋上や壁面等に敷設される。太陽電池アレー2は、例えば、球状シリコン、単結晶シリコン又は多結晶シリコン等の太陽電池セルにより構成することができる。太陽電池アレー2は、小発電能力を有するものでもよく、また、設置台数も施設での需要電力等に応じて設定することができ、例えば、図1の例では、5台の太陽電池アレー2が設置され、各太陽電池アレー2は、例えば4kwhの発電能力を有するものとされる。
【0021】
パワーコンディショナ4は、各太陽電池アレー2にそれぞれ1台ずつ設置されており、これら複数のパワーコンディショナ4の出力端子が配電盤6に並列に配設されてサテライト状に設置されている。各パワーコンディショナ4は、これに接続される太陽電池アレー2の発電能力とほぼ同じ容量を持つものが使用される。すなわち、太陽電池アレー2の発電能力が例えば4kwhであれば、パワーコンディショナ4の容量も4kwのものが使用される。この容量4kwのパワーコンディショナ4としては家庭用に普及している小容量小型の階調制御インバーター方式のパワーコンディショナ4を使用することができる。小容量小型(容量4kw)の階調制御インバーター方式のパワーコンディショナ4は、大容量大型(例えば、容量が20kw程度)のパワーコンディショナ104に比べて出力フィルター損失が無く変換効率が約97%と高い。従って、複数の小容量小型のパワーコンディショナ4を並列に配設することで変換効率を向上することができ、太陽光エネルギーを一層効率よく利用することが可能となる。また、小容量小型のパワーコンディショナ4は、量産品として提供されているので、特注の大容量大型のパワーコンディショナ104に比べて低価格に得ることができ、本サテライトシステム太陽光発電設備1を低コストに提供することが可能となる。
【0022】
蓄電池3は、充放電可能な各種の蓄電池が使用され、例えば、自然放電が少なく高電力の蓄電が可能なリチウムイオンポリマー電池を使用するのが好ましい。図1の例では、蓄電池3は、20kwh(負荷に因って蓄電池容量は変わる)の蓄電能力を有するリチウムイオンポリマー電池が使用されている。各々の太陽電池アレー2とパワーコンディショナ4との間に切替スイッチ9が設けられており、これら切替スイッチ9は、蓄電池3の充放電端子に設けられた充放電スイッチ31に接続されている。
【0023】
負荷は、通常負荷51と非常用特定負荷52とが設定されている。通常負荷51とは、本サテライトシステム太陽光発電設備1を設置する施設の照明、放送設備等の電気機器であるが、非常用特定負荷52とは、災害等の非常時にライフラインとして使用される照明、トイレ用ポンプ、テレビ・ラジオ用電源、携帯電話用電源等の限られた負荷を指す。各パワーコンディショナ4の出力端子は通常負荷51の配電盤6に接続されているが、これらパワーコンディショナ4のうちの特定の1台のパワーコンディショナ40には第2出力端子と第2入力端子とを有しており、第2出力端子が非常用特定負荷52側に配置され、第2入力端子が蓄電池3側に配置されている。特定のパワーコンディショナ40の第2出力端子と非常用特定負荷52との間には非常時にオン(接続)される第1非常時スイッチ91が設けられている。また、特定のパワーコンディショナ40の第2入力端子と蓄電池3の充放電スイッチ31との間には非常時にオン(接続)される第2非常時スイッチ92が設けられている。さらに、配電盤6と非常用特定負荷52との間には、通常時はオン(接続)されているが、非常時にオフ(非接続)される第3非常時スイッチ93が設けられている。なお、配電盤6には、商用電力系統60が接続されており、通常負荷51及び非常用特定負荷52へ商用電力系統60からも電力供給されている。そして、太陽電池アレー2で発電した余剰電力は、電力会社の商用電力系統60に逆潮流させることができる。また、配電盤6には、図示しないが、商用電力系統60に対する売買電力測定メータが接続されている。
【0024】
コントロールユニット7は、切替スイッチ9、充放電スイッチ31、第1非常時スイッチ91、第2非常時スイッチ92、第3非常時スイッチ93等を以下のように作動制御する。通常時、太陽光発電電力の使用の際は、各切替スイッチ9がパワーコンディショナ4側に接続されて各太陽電池アレー2で発電された直流電力が各パワーコンディショナ4に供給されることにより、配電盤6を通じて通常負荷51に電力供給されるように制御する。これにより、負荷51,52の使用電力が各太陽光発電パネル2の太陽光発電電力で賄われるが、不足する場合は商用電力系統60からの電力で補われ、余る場合は余剰電力として商用電力系統60へ逆潮流して売電される。一方、通常時、太陽光発電電力の充電の際は、各切替スイッチ9が蓄電池3側に接続されるとともに蓄電池3の充放電スイッチ31がオンされて各太陽電池アレー2と蓄電池3とが接続されることにより、各太陽電池アレー2で発電された直流電力が蓄電池3に充電されるように制御する。これにより、蓄電池3は、通常、何時でも十分な充電状態となっている。
【0025】
そして、災害等で商用電力系統60が停電した非常時の場合は、配電盤6からの制御信号により第3非常時スイッチ93がオフされる一方、すべての切替スイッチ9が蓄電池3側に切り替えられ、且つ蓄電池3の充放電スイッチ31がオンされるとともに特定のパワーコンディショナ40の第1非常時スイッチ91及び第2非常時スイッチ92がオンされてこの特定の1台のパワーコンディショナ40だけが非常用特定負荷52に接続されるように制御する。これにより、すべての太陽電池アレー2の発電電力が蓄電池3へフロート充電しながら特定のパワーコンディショナ40へ出力され、また、蓄電池3の充電電力(直流電力)が特定の1台のパワーコンディショナ40により交流電力に変換されて非常用特定負荷52に給電される。
【0026】
また、コントロールユニット7は、施設における本サテライトシステム太陽光発電設備1で発電した電力の使用量を計測する。また、コントロールユニット7は、LCD8に接続されており、このLCD8において発電電力、積算発電電力量、日射量、太陽電池出力電圧・電流、パワーコンディショナ出力電圧・電流、蓄電池残存容量・電圧、蓄電池出力電流、システム異常などの各種情報を表示させる。また、コントロールユニット7は、通信端末71により施設の構内LANを通じて表示用PC81、大型の表示装置82等において上記の各種情報を表示させることができる。さらに、この太陽光発電システムの運営事業者等の管理センター10は、上記の構内LANからインターネット回線等の通信回線を通じてサーバー11において各施設に設置されたサテライトシステム太陽光発電設備1の上記各種情報を収集してシステム監視するようにしている。これにより、サテライトシステム太陽光発電設備1の保守や異常事態等の場合には、運営事業者の管理下でその施設の地域のサービスを通じて保守管理することが可能となる。
【0027】
以上の実施の形態によるサテライトシステム太陽光発電設備1によれば、複数のパワーコンディショナ4が並列に配設されてサテライト状に分散されることにより、地震・台風等の災害時に一部のパワーコンディショナ4が故障しても、正常に給電動作するパワーコンディショナ4が1台でも存在する限り、負荷51への電力供給を継続することができる。また、各太陽電池アレー2と各パワーコンディショナ4とが1対1に接続されているので、地震・台風等の災害時に一部の太陽電池アレー2からの給電が断絶されても、正常に給電動作する太陽電池アレー2とパワーコンディショナ4との組が1台でも存在する限り、負荷51への電力供給を継続することができる。従って、災害時でも電力供給のライフラインを安定的に確保することができる。
【0028】
また、従来のように1台の大容量大型のパワーコンディショナ4を備えるものでは、蓄電池使用すると蓄電池103の電力が負荷へ大出力されてしまうため蓄電池103が早期に枯渇してしまう。例えば、蓄電池103の電池容量が20kwhで、運転されるパワーコンディショナ104の容量が20kwであれば負荷には最大20kwの給電出力となるため、負荷への給電は最大1時間しか行えない。
これに対して、本サテライトシステム太陽光発電設備1によれば、商用電力停電等の非常時の蓄電池使用の際は、並列に配設された複数の小容量小型のパワーコンディショナ4のうちの1台のパワーコンディショナ40だけが使用されて他の4台のパワーコンディショナ4は使用されない。これにより、例えば、蓄電池3の電池容量が20kwhで、唯一運転されるパワーコンディショナ40の容量が4kwであるから非常用特定負荷52には最大でも4kwの給電出力となるため、非常用特定負荷52へは少なくとも5時間の給電が可能となる。従って、蓄電池3から非常用特定負荷52へ長時間の電力供給が可能となり、蓄電池3が早期に枯渇することを防止することができる。
【0029】
さらに、コントロールユニット7は、商用電力停電の非常時、すべての太陽電池アレー2の発電電力が蓄電池3へのフロート充電しながら上記特定のパワーコンディショナ40へ供給されるように制御する。これにより、太陽電池アレー2のすべての発電電力が蓄電池3へフロート充電されるので、蓄電池3の電力の消耗が抑制されて蓄電池3が早期に枯渇されることをさらに防止することができる。また、蓄電池3からの電力に加えて太陽電池アレー2のすべての発電電力も特定のパワーコンディショナ40を通じて非常用特定負荷52へ供給されるので、非常用特定負荷52へ安定した電力を供給することができる。従って、非常用特定負荷52には安定した電力をさらに長時間供給することが可能となる。
【0030】
また、パワーコンディショナ4として家庭用に普及している小容量小型の階調制御インバーター方式のパワーコンディショナを使用することができる。この小容量小型の階調制御インバーター方式のパワーコンディショナ4は、大容量大型のパワーコンディショナ104に比べて出力フィルター損失が無く変換効率が約97%と高い。従って、複数の小容量小型のパワーコンディショナ4を並列に配設することで変換効率を向上することができ、太陽光エネルギーを一層効率よく利用することが可能となる。
【0031】
また、小容量小型のパワーコンディショナ4は、量産品として提供されているので、特注の大容量大型のパワーコンディショナ104に比べて低価格で得ることができ、本サテライトシステム太陽光発電設備1を低コストに提供することが可能となる。
【0032】
なお、上記実施の形態では、非常時の蓄電池使用の際は、1台のパワーコンディショナ40だけが運転されるとするが、数台(全部を除く)のパワーコンディショナ4が運転されるようにしてもよい。この場合、蓄電池3からの給電時間は若干短くなるが、非常用特定負荷52の対象を多く確保でき、また、地震等のため数台の特定のパワーコンディショナ40の一部が故障しても残りの特定のパワーコンディショナ40によって非常用特定負荷52へ給電することが可能となる。
【0033】
ところで、図2に示すように、太陽光発電電力を利用する施設の所有者が太陽光発電の運営事業者との間で委託契約を結ぶことにより、上記運営事業者の下で保守管理され且つ上記施設の地域の地元業者によって上記施設に本サテライトシステム太陽光発電設備1が設置される太陽光発電システムを提供する。例えば、太陽光発電システムを利用する学校等の施設の所有者が、同システムの運転・保守管理等を行う運営事業者に運用を委託するシステムにおいて、そのシステムの発電電力量に一定の料金を乗じた太陽光発電電気料金を委託料として支払うシステムを構築する。そのために、上記運営事業者は、全国の各地の複数(数十から数百)の同施設の所有者からの委託に対応できるようにインターネット回線等の通信回線を通じて、時々刻々の発電量から日、月、年の発電量等の監視を行い、問題が発生すればその地域のサービスを通じて保守管理するための発電量及び監視システムを整備する。このシステムにより、施設の所有者は、運営事業者に対してリアルタイムのシステム運用監視と毎月の委託料を太陽光発電電気料金として支払うようにする。
【0034】
このような太陽光発電システムでもって本サテライトシステム太陽光発電設備1が利用されれば、施設側にとっては保守管理の費用負担がなく、また、上記運営事業者への上記太陽光発電電力の買電代は既存の商用電力の電気代と同意義の費用であるから、本サテライトシステム太陽光発電設備1を積極導入し易くなる。また、上記施設が小中学校や公民館などの公共施設であれば、本サテライトシステム太陽光発電設備1を導入することにより、地球規模での温暖化防止への取り組みに参加しクリーンエネルギーを創出する点で国の方針とも一致する。また、施設が小中学校であれば、子どもたちへの環境教育の実施も容易となる。また、災害時の避難場所は、小中学校や公民館などの公共施設が指定されているため、このような公共施設に本サテライトシステム太陽光発電設備1を導入することにより、避難場所となる公共施設において、商用電源の停電時に安定した電源確保ができ、災害時の情報収集が容易となり、安全で安心した避難生活が確保される。さらに、通常時は施設電源として使用することにより、クリーンな太陽エネルギー利用の周知が図れる。加えて、本サテライトシステム太陽光発電設備1を施工するに当たって施設のある地域の地元業者を利用することにより地元の地域経済の発展にもなる。以上のことから、上記太陽光発電システムを提供することにより、公共施設においても本サテライトシステム太陽光発電設備1を広く普及し易くなる。
【0035】
1 サテライトシステム太陽光発電設備
2 太陽電池アレー
3 蓄電池
4 パワーコンディショナ
6 配電盤
7 コントロールユニット
40 特定のパワーコンディショナ
51 通常負荷
52 非常用特定負荷
60 商用電力系統

(57)【要約】

【課題】災害時でも安定して電力供給が行えるサテライトシステム太陽光発電設備を提供する。【解決手段】本サテライトシステム太陽光発電設備1は、太陽光発電電力を利用する施設の所有者が太陽光発電設備の運転・保守管理等を運営事業者に委託してその委託料として上記運営事業者に太陽光発電電気料金を支払う太陽光発電システムを前提として上記施設に設置される。本サテライトシステム太陽光発電設備1は、太陽電池アレー2と、太陽電池アレー2からの直流電力を充電する蓄電池3と、太陽電池アレー2からの直流電力及び必要に応じて蓄電池3からの直流電力を交流電力に変換して負荷の配電盤6に供給するパワーコンディショナ4とを備え、パワーコンディショナ4が複数設けられ、これら複数のパワーコンディショナ4が配電盤6に並列に配設されてサテライト状に分散された構成とする。


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【インターネット特許番号リンク】

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