6687461 独立型太陽光発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6687461

(24)【登録日】2020年4月6日

(45)【発行日】2020年4月22日

(54)【発明の名称】独立型太陽光発電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/35 20060101AFI20200413BHJP

   H02S 10/00 20140101ALI20200413BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/35 H

   H02S10/00

【請求項の数】1

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-99233(P2016-99233)

(22)【出願日】2016年5月18日

(65)【公開番号】特開2017-208915(P2017-208915A)

(43)【公開日】2017年11月24日

【審査請求日】2018年12月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】512112600

【氏名又は名称】株式会社 ダイワテック

(74)【代理人】

【識別番号】100068663

【弁理士】

【氏名又は名称】松波 祥文

(72)【発明者】

【氏名】岡 忠志

(72)【発明者】

【氏名】矢野 晃一

(72)【発明者】

【氏名】堀部 真

【審査官】 赤穂 嘉紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−２０７２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５８３８００６（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開平０９−１９９７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１７６９６３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１６−０３５７２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００−７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４−７／３６

Ｈ０２Ｓ １０／００−１０／４０

Ｈ０２Ｓ ３０／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方向へ傾斜した屋根を有する箱体に固設した太陽電池アレイからの電力を蓄積する発電ユニットに、その近傍に傾斜させて設置した複数個の補助電池アレイの発電電力を受け入れるようにした独立型太陽光発電装置において、該発電ユニットは、箱体内が断熱材で内装され該太陽電池アレイおよび補助電池アレイの発電電力を受け入れ蓄積する複数のバッテリがバッテリー枠に保持され、該バッテリに充電するための複数個の充放電コントローラと、該バッテリに充電された直流電力を交流に変換するインバータが２個該バッテリに並列に接続されて機器棚に収納され、箱体上部には換気扇が設けられ、後壁には出入口を備えたことを特徴とする独立型太陽光発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力会社と電力のやり取りをしないで、太陽電池の発生電力だけを供給する独立型の太陽光発電装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

独立型の太陽光発電装置は、電力を必要とする場所へ移動させれば直ちに電気を供給することができ、イベントや屋台、特に商用電源のない山中や災害時に、有効に使用されている。これの一般的なものとして、太陽電池モジュールと、発電された電気を蓄えるバッテリと、バッテリに充電された電気を制御するインバータなどの制御機器を、タイヤを備えた台車に搭載したもの（特許文献１参照）が知られている。
一方、出願人は、先に、トラック輸送が可能な直方体状のユニットハウスの屋根上に、太陽電池モジュールを複数個配置し、室内に、複数のバッテリと、インバータと、充放電コントローラとを設けた工事現場用ハウスを開発し（特許文献２参照）ている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０-３４１９０公報

【特許文献2】実用新案登録第３１７６９６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

太陽光発電装置の発生電力は、天候に大きく左右され、また、夏と冬とでは得られる電力量に差があるので、安定して電力を得ることは難しい。
特許文献１の太陽光発電装置は、簡便に移動できるので、短時間のイベントや屋台などにおいては、有効に活用できる。しかし、得られる電力量は、小さいので照明に使用されるのが主で、エアコンや洗濯機などの電気機器を使用することはできない。なお、電力量を増加させるため、太陽電池モジュールを箱体の上部に収納し、現地で、四方へ水平に引き出して使用するようにしたものもあるが、太陽電池モジュールが水平な状態なので、電力変換効率が悪く、特に冬場は極端に低下するという問題がある。

【0005】

特許文献２の工事現場用ハウスは、ハウスを現地に搬送して設置するや直ちに室内灯やエアコンが使用でき、また、３日雨が降っても十分足りるバッテリ容量を備えている。このため、ある程度の期間使用できる。
しかしながら、工事現場用ハウスを、十分日当たりの良いところに設置する必要があり、設置場所に苦慮することが少なくない。また、パネル状の太陽電池を平坦な屋根に設置しているので、季節によって得られる電力量にバラつきがあり、また、電気機器の使用電圧が種々あるときには、別途エンジン発電機などを用意しなければならないという問題もある。

【0006】

本発明は、上記の点に鑑み、開発したもので、必要な電力が効率よく得られる独立型太陽光発電装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の独立型太陽光発電装置は、上記の目的を達成するため、次の手段を採った。すなわち、一方向へ傾斜した屋根を有する箱体に固設した太陽電池アレイからの電力を蓄積する発電ユニットに、その近傍に傾斜させて設置した複数個の補助電池アレイの発電電力を受け入れるようにした独立型太陽光発電装置において、該発電ユニットは、箱体内が断熱材で内装され該太陽電池アレイおよび補助電池アレイの発電電力を受け入れ蓄積する複数のバッテリがバッテリー枠に保持され、該バッテリに充電するための複数個の充放電コントローラと、該バッテリに充電された直流電力を交流に変換するインバータが２個該バッテリに並列に接続されて機器棚に収納され、箱体上部には換気扇が設けられ、後壁には出入口を備えたことを特徴としている。

【0008】

本発明の独立型太陽光発電装置は、発電ユニットと複数個の補助電池アレイとから構成されている。
発電ユニットは、一方向へ傾斜した屋根に太陽電池モジュールを複数個取り付けた太陽電池アレイが固設された箱体であり、箱体の中には、該太陽電池アレイでの発生電力を充放電コントローラを介して受け入れ蓄積する複数のバッテリと、該バッテリに充電された直流電力を交流に変換するインバータが２個収納されている。

【0009】

また、発電ユニットは、断熱材で内装され、複数のバッテリを保持するバッテリ枠と、２個のインバータと複数個の充放電コントローラと、分電盤とを支持する機器棚が固設されており、箱体上部には換気扇が設けられ、後壁には出入口を備えている。

【0010】

また、補助電池アレイは、発電ユニットの太陽電池アレイと同面積（セルの数が同じ）で、発電ユニットの充放電コントローラにケーブルで接続している。 望ましくは、請求項３に記載のように、複数個の太陽電池モジュールからなり、それぞれ矩形状のアルミフレームに取り付けられ、搬送時は前記発電ユニット内に収納され、使用時は一端を支点に起こされてステーで傾斜保持できる構成とするとよい。
補助電池アレイの太陽電池モジュールは、発電ユニットの太陽電池アレイの太陽電池モジュールと同じものを使用するのが望ましい。補助電池アレイの個数は、必要とする電力に応じて決めればよい。
また、傾斜角度は、設置する場所と季節によって適宜変えることができるようにするとよい。なお、発電ユニットの屋根の傾斜も変えるようにしてもよいが、一定角度とする場合は、４０度位にするのが望ましい。

【0011】

バッテリは、液の補充などメンテナンスの必要のない密閉型のものを使用し、個数はその場所での晴天が最大失われる日数を勘案して最大必要量を算出して決めればよい。なお、それでも電力が不足する事態がないとは限らないので、何個かのバッテリは充電のために持ち出せるように設置するとよい。

【0012】

充放電コントローラは、太陽電池アレイの発生電力をバッテリに効率よく充電するためのコントローラーで、バッテリから太陽電池へ電流が流れないようにする逆流防止装置と、バッテリへの過充電防止機能を備えたものを使用する。
また、インバータを２個設け、単相ＡＣ１００Ｖのほか、単相２００Ｖ、三相２００Ｖも使用できるようにする。

【0013】

発電ユニットおよび補助電池アレイは、工場で製作して現地へトラックで搬送し、太陽電池に十分に太陽光があたる場所を選定してクレーンで設置する。分電盤に電気機器を接続すれば、直ちに、電力が得られる。

【発明の効果】

【0014】

本発明の独立型太陽光発電装置の発電ユニットは、箱体内が断熱材で内装され該太陽電池アレイの発電電力を受け入れ蓄積する複数のバッテリがバッテリー枠に保持され、該バッテリに充電するための複数個の充放電コントローラと、該バッテリに充電された直流電力を交流に変換するインバータが２個該バッテリに並列に接続されて機器棚に収納され、箱体上部には換気扇が設けられ、後壁には出入口を備えたので、トラックで目的地へ搬送し、太陽電池アレイおよび補助電池アレイを十分日光があたる位置に設置すれば、直ちに交流電力が得られる。しかも、設置および撤収作業が短時間で行え、交流電源として単相１００Ｖ、２００Ｖ、三相２００Ｖのいずれでも供給できるので、一般家庭用の電気機器のほか、作業用の電動工具など殆どの電気機器が使用できる。さらに、必要に応じて補助電池アレイを増加できるので、電力不足を気にすることなく必要な電動工具を重複して使用できる。

【0015】

また、発電ユニットは、十分換気がなされ、夏の暑さにも十分耐え、コンパクトな装置にできる。

【0016】

なお、補助電池アレイは、矩形状のアルミフレームに取り付けられ、搬送時は前記発電ユニット内に収納され、使用時は一端を支点に起こされてステーで傾斜保持する構造のものとすると、設置および撤収作業が簡便で、効率よく電気を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の独立型太陽光発電装置の実施の形態を示す外観斜視図である。

【図2】同、（ａ）は発電ユニットの外観斜視図で、（ｂ）は、一部断面図である。

【図3】同、（ａ）は補助電池アレイの設置時の外観斜視図で、（ｂ）は、運搬、収納時の外観斜視図である。

【図4】同、独立型太陽光発電装置の電気配線図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0018】

本発明の独立型太陽光発電装置の実施の形態を、図１〜図４に基づいて説明する。
図１は、独立型太陽光発電装置の全体外観を示す斜視図で、図２は、発電ユニット１０の斜視図である。また、図３は補助電池アレイ２０の構成品である補助太陽電池２０Ａの斜視図である。そして、図４は、独立型太陽光発電装置の電気配線図である。

【0019】

独立型太陽光発電装置は、図１に示すように、傾斜した屋根に太陽電池アレイ３０を固設した発電ユニット１０と、その近傍に太陽電池モジュール３０ａを傾斜保持した補助太陽電池２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃからなる補助電池アレイ２０が２台とから構成される。
発電ユニット１０の屋根の傾斜は一定で、ここでは、４０度としている。なお、補助電池アレイ２０の傾斜角度は季節に合わせて適宜調整できるようにしている。

【0020】

発電ユニット１０は、図２に示すように、一方向にのみ傾斜した屋根を有し、前壁１３，後壁１４，左右の側壁１２、および床板１５とからなる箱体で、屋根には太陽電池アレイ３０が設置されている。そして、後壁１４には出入口１６（シャッタ）が設けられ、左右の側壁１２の上部には換気扇１７が、下部には吸引ファン１８が設けられている。
なお、発電ユニット１０の外観の大きさは、ここでは、１,６００ｍｍ×２,３００ｍｍ×２,６００ｍｍ（後壁高さ）としている。

【0021】

太陽電池アレイ３０は、太陽電池モジュール３０ａを架台１１に３枚並べて設置されたもので、ここでは、単結晶シリコンタイプを使用している。太陽電池モジュール３０ａの大きさは、概略、１,０５０ｍｍ×１,６００ｍｍであり、太陽電池アレイ３０大きさは、１,６００ｍｍ×３,１４７ｍｍである。

【0022】

発電ユニット１０の箱内は、断熱材で内装され、床面にはバッテリ枠３７が固設されており、ＤＣ４８Ｖ、２３０Ａｈのバッテリ３２が８個収納されている。
このバッテリ３２は、電解液吸収型シールド構造方式(GEL)であり、電解液をゲル化することで液漏れを防止し、 バッテリケースが破損しても液が飛散しない。また引火を防止する内圧調整安全バルブを採用した完全密閉式で水素ガスの発生も抑制される構造のものを使用している。

【0023】

また、箱内の前壁１３寄りには、機器棚３８が設けられ、ここに、３個の充放電コントローラ３１ａ、３１ｂ，３１ｃと，２個のインバータ３３ａ、３３ｂおよび配線用遮断器３４，３５と、分電盤３６が載置されている。なお、これらの機器間の配線を簡素にするため中継端子台が別途設けられている。

【0024】

補助電池アレイ２０は、同じ仕様の補助太陽電池２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを連設したものである。補助太陽電池２０Ａは、図３（ａ）に示すように、アルミフレーム２１と、アルミフレーム２１に固設された取付枠２２と、取付枠２２に蝶番２５で連結された取付部材２３と、取付部材２３に固設された太陽電池モジュール３０ａと、取付部材２３を所定の角度に支持する支持棒２４とから構成されている。なお、太陽電池モジュール３０ａの傾斜角度は、支持棒２４のアルミフレーム２１との係止位置を変えることにより変更できる。
補助太陽電池２０Ａ、２０Ｂ，２０Ｃを搬送するときは、図３（ｂ）に示すように、支持棒２４を外して取付部材２３を取付枠２２に密接して平板状にし、補助太陽電池２０Ａ、２０Ｂ，２０Ｃを分離して、発電ユニット１０内に収納する。

【0025】

独立型太陽光発電装置は、上記のように構成されているので、発電ユニット１０の太陽電池アレイ３０で発生した電力は、図４の電気系統図に示すように、発電ユニット１０内の充放電コントローラ３１ａを介してバッテリ３２に蓄電される。また、補助電池アレイ２０で発生した電力も、充放電コントローラ３１ｂ，３１ｃをそれぞれ介してバッテリ３２に蓄電される。
そして、電気機器へ電力の供給は、バッテリ３２からインバータ３３ａ、３３ｂを介して交流（ＡＣ）へ変換され、分電盤３６を介して行われる。分電盤３６には単相ＡＣ１００Ｖ、単相ＡＣ２００Ｖ、三相ＡＣ２００Ｖの電源の取出口が設けられており、電気機器は適宜の取出口へ接続して受電する。

【0026】

充放電コントローラ３１ａ、３１ｂ，３１ｃは、太陽電池アレイ３０および補助電池アレイ２０にそれぞれ接続されており、複数のバッテリ３２へ均一に分配して効率よく充電するもので、バッテリ３２の過充電を防止する機能や、各バッテリ３２からインバータ３３ａ、３３ｂへの直流電流を安定供給する制御を行う機能、さらには、太陽電池アレイ３０および補助電池アレイ２０への逆流を阻止する機能も備えている。

【0027】

インバータ３３ａ、３３ｂは、バッテリ３２に蓄電された直流電流を、交流電流に変換して出力するもので、出力電圧が単相ＡＣ１００Ｖ、単相ＡＣ２００Ｖ、三相ＡＣ２００Ｖが使用できるように２個設けられている。電気機器は、変換装置を備えた分電盤３６に接続して受電する。
なお、図４において３４，３５は配線用遮断器である。

【0028】

独立型太陽光発電装置は、工場で製作、組み立て、屋根に太陽電池アレイ３０を固設し、バッテリ３２、と充放電コントローラ３１ａ、３１ｂ，３１ｃ、インバータ３３ａ、３３ｂなどの機器を内装して、電源ユニット１０を構成して補助太陽電池２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを収納し、トラックで、設置場所へ搬送し、クレーン吊りで載置する。
補助電池アレイ２０は、電源ユニット１０に収納されている補助太陽電池２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを、所定の場所（電源ユニット１０の近くで日当たりのよい場所）に降ろし、それぞれを連設して、太陽電池モジュール３０ａを起こして傾斜を持たせ支持棒２４で支持する。
なお、バッテリ３２は、予め充電されたものを使用する。これにより、直ちに電気が使用できるので、夜中に運び込むこともできる。また、設置場所を変えたい場合も簡便に移動できる。配線は、図４に示すように、補助電池アレイ２０に付設されているケーブルを発電ユニット１０の充放電コントローラ３１ｂ，３１ｃへそれぞれ接続するだけでよい。

【0029】

本発明の独立型太陽光発電装置は、灯具、エアコン、湯沸し器、パソコンなど、家庭用電気機器のほか、三相交流２００Ｖの作業機なども使用できる。

【0030】

なお、上記の実施の形態の説明では、発明の内容がよく解るように、独立型太陽光発電装置について具体的な寸法を示して説明したが、本発明は、これに限定されるものでないことはいうまでもない。また、補助電池アレイ２０は２セット設置したもので説明したが、必要とする電力量に応じて適宜増減できる。なお、増加する場合は、充放電コントローラ３１を追加することは勿論である。

【符号の説明】

【0031】

１０ 発電ユニット
１１ 架台
１２ 側壁
１３ 前壁
１４ 後壁
１５ 床板
１６ シャッタ
１７ 換気扇
１８ 吸込ファン
２０ 補助電池アレイ
２０Ａ 補助太陽電池
２０Ｂ 補助太陽電池
２０Ｃ 補助太陽電池
２１ アルミフレーム
２２ 取付枠
２３ 取付部材
２４ 支持棒
２５ 蝶番
３０ 太陽電池アレイ
３０ａ 太陽電池モジュール
３１ａ 充放電コントローラ
３１ｂ 充放電コントローラ
３１ｃ 充放電コントローラ
３２ バッテリ
３３ａ インバータ
３３ｂ インバータ
３４ 配線用遮断器
３５ 配線用遮断器
３６ 分電盤
３７ バッテリ枠
３８ 機器棚

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】