JP2003079054A - 蓄電池を備えた太陽光発電システム - Google Patents

蓄電池を備えた太陽光発電システム

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JP2003079054A
JP2003079054A JP2001264837A JP2001264837A JP2003079054A JP 2003079054 A JP2003079054 A JP 2003079054A JP 2001264837 A JP2001264837 A JP 2001264837A JP 2001264837 A JP2001264837 A JP 2001264837A JP 2003079054 A JP2003079054 A JP 2003079054A
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敦志 柳井
Yoshifumi Kiyoku
佳文 曲
Katsuhiko Niiyama
克彦 新山
Atsuhiro Funabashi
淳浩 船橋
Toshiyuki Noma
俊之 能間
Ikuro Yonezu
育郎 米津
Ryuzo Hagiwara
龍蔵 萩原
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健雄 石田
Osamu Ota
修 太田
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    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 小さな蓄電池を用いて、最適なピーク電力需
要の削減できるシステムを提供する。 【解決手段】 電力系統に連系し、太陽電池装置にて発
生される電力をインバータ装置に与えて、交流に変換
し、電力消費部に供給する太陽光発電システムにおい
て、太陽電池装置からの電力を充電する蓄電池と、太陽
電池装置からの電力を蓄電池またはインバータ装置に切
り替えて出力させる切り替え制御手段と、を備え、日の
出後の電力需要のオフピーク時内での太陽電池装置での
発電電力または夜間の電力系統からの電力から選ばれる
１つ以上の電力にて蓄電池を充電するように制御し、電
力需要の高い特定の時間帯の電力需要の変動曲線に応じ
て前記蓄電池に蓄電された電力の放電を制御し、太陽電
池装置からの発電量に加えてインバータ装置に電力を与
えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、蓄電池を備えた
太陽光発電システムに関し、電力需要の変動曲線に応じ
て出力を制御して電力需要時のピークに応じた最適な電
力出力を行う蓄電池を備えた太陽光発電システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】電力の需要曲線は、昼ピークのカーブを
描き、それに比して夜間には大きく落ち込む。このよう
な電力需要の負荷格差は、季節間、昼夜間において、そ
の差が年々広がりつつある。特に、夏期の冷房需要の増
加に伴い、昼ピーク時の電力需要が大きくなっている。
電力不足による停電等の虞をなくすためには、最大の電
力需要に応じた発電量を確保する必要がある。
【０００３】電力需要は、季節、時間において変化す
る。図１２に、東京における代表的な電力の負荷曲線を
示す。なお、図１２において縦軸は正規化している。こ
の図１２に示すように、電力需要は、季節と時間に応じ
て、大きく変化する。最大電力需要に応じて、発電量を
確保するために、発電所を建設し、その需要に応じてい
ては、他の時間帯、季節においては、不要な発電所を増
やすことになる。
【０００４】化石燃料、原子力に依存した大型の発電所
などの構築は、近年の地球環境問題などを考慮すると、
むやみに増大させることは好ましくない。
【０００５】一方、地球上に降り注ぐ太陽エネルギー
は、毎秒４２兆ｋｃａｌにも達し、世界の年間エネルギ
ー総需要量の約１００倍という膨大な量である。この膨
大な太陽エネルギーを活用し、太陽エネルギーから電力
を得る太陽電池発電システムが注目されている。
【０００６】太陽エネルギーから電力を得るとしても、
季節、時間、場所そして天候などの影響を受けてすべて
を利用できない。日本全土平均で、一平方メートルの面
積に１日当たり、３．８４ｋＷｈ時の日射エネルギー量
がある。この日射量により太陽電池装置で、電力を得る
とすると、太陽電池の変換効率を１０％と仮定しても１
日１平方メートル当たり０．３８ｋＷｈの電力が得られ
る。
【０００７】近年、屋根などに太陽電池装置を設置し、
その発電電力により日中の消費電力を賄うとともに、余
剰電力を電力会社に売電する太陽光発電システムが実用
化されている。この太陽光発電システムとしては、現在
公称の発電設備容量が３ｋＷのものが多く用いられてい
る。この３ｋＷの太陽電池発電システムにより、上記の
日照条件から年間約２７００ｋＷｈの発電がされる。
【０００８】仮定として、日本の約２千万世帯が３ｋＷ
の太陽電池発電システムを設置したとすれば、年間約５
４０億ｋＷｈの電力が得られることになる。この電力量
は日本の総発電量の６％程度に相当する。しかも、太陽
電池発電システムは、日射量が多い夏により多くの発電
量が得られる。
【０００９】そこで、この太陽電池発電システムの発電
電力を有効に利用することで、特に、夏期の電力需要を
緩和し、ピーク時の電力を抑制することが期待できる。
【００１０】夏期の電力需要のピークは日射強度のピー
ク時間より２時間から３時間ずれているので、単に太陽
電池発電システムで発電した発電電力をそのまま利用す
るのでは、ピーク需要の緩和には適したものとは言えな
い。
【００１１】そこで、特開平５−２５２６７１号公報
（Ｉｎｔ．Ｃｌ．Ｈ０２Ｊ ７／３５）には、太陽電池
発電システムで発電した電力を蓄電池に充電させ、太陽
光発電量を所定時間遅延して商用電力に重畳させること
で、太陽電池発電システムで生成されたピークの電力を
商用電力の電力需要のピーク時に供給する太陽光発電出
力制御方式が提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記したシステムによ
れば、太陽電池発電システムの定格相当分の電力需要を
ピーク電力需要時に削減させることができる。しかし、
上記したシステムにおいては、太陽光発電量を所定時間
遅延させるために、日照時間でのピーク時までの発電電
力を蓄電池に充電させる必要があり、蓄電池の電池容量
が大きくなるという問題がある。
【００１３】また、図１２の電力負荷曲線に示すよう
に、電力需要のピークは、季節によっても異なり、所定
時間遅延させるだけでは、各季節の電力需要に適した利
用にはならない。また、北海道では、冬は日没が早く、
工場などの稼働時間帯に家庭用の照明が灯されること、
また雪や寒波により暖房機器が高稼働になる等の要因に
より、東京、大阪などの他の地域とは異なり、冬季に最
大電力が発生する。このような地域では、太陽光発電量
を所定時間遅延させるだけでは、最大電力需要のピーク
を削減させることには寄与しない。
【００１４】この発明は、上記の事情を鑑み、小さな蓄
電池を用いて、電力需要のピーク時の時間帯のみ太陽光
発電量に蓄電池の放電量を重畳して与えることで、最適
なピーク電力需要の削減をできるシステム提供すること
を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この発明は、太陽電池装
置にて発生される電力をインバータ装置に与え、このイ
ンバータ装置で交流に変換し、電力消費部に供給する太
陽光発電システムにおいて、電力を蓄電する蓄電池を備
え、電力需要の高い特定の時間帯の電力需要の変動曲線
に応じて前記蓄電池に蓄電された電力の放電を制御し、
前記インバータ装置に、前記太陽電池装置からの発電電
力とともに前記蓄電池からの電力を与えることを特徴と
する。
【００１６】前記蓄電池への充電は、日の出後の電力需
要のオフピーク時内での太陽電池装置での発電電力また
は夜間の電力系統からの電力から選ばれる１つ以上の電
力にて行えばよい。
【００１７】また、この発明は、電力系統に連系し、太
陽電池装置にて発生される電力をインバータ装置に与
え、このインバータ装置で交流に変換し、電力消費部に
供給する太陽光発電システムにおいて、電力を蓄電する
蓄電池と、太陽電池装置からの電力を前記蓄電池または
インバータ装置に切り替えて出力させる切り替え制御手
段と、を備え、日の出後の電力需要のオフピーク時内で
の太陽電池装置での発電電力または夜間の電力系統から
の電力から選ばれる１つ以上の電力にて前記蓄電池を充
電するように制御し、電力需要の高い特定の時間帯の電
力需要の変動曲線に応じて前記蓄電池に蓄電された電力
の放電を制御し、前記インバータ装置に、前記太陽電池
装置からの発電電力とともに前記蓄電池からの電力を与
えることを特徴とする。
【００１８】さらに、この発明は、電力系統に連系し、
太陽電池装置にて発生される電力をインバータ装置に与
え、このインバータ装置で交流に変換し、電力消費部に
供給する太陽光発電システムにおいて、電力を蓄電する
蓄電池と、前記蓄電池の充放電を制御する制御手段と、
を備え、日の出後の電力需要のオフピーク時内での太陽
電池装置での発電電力または夜間の電力系統からの電力
から選ばれる１つ以上の電力にて前記蓄電池を充電する
ように制御し、電力需要の高い特定の時間帯の電力需要
の変動曲線に応じて前記蓄電池に蓄電された電力の放電
を制御し、前記インバータ装置に、前記太陽電池装置か
らの発電電力とともに前記蓄電池からの電力を与えるこ
とを特徴とする。
【００１９】前記電力需要の高い特定の時間帯が、日の
出から日没までの時間を１００とし、日の出時間を０
％、日没時間を１００％と表した場合、４０から１００
％の範囲である。
【００２０】また、前記蓄電池から放電し、前記太陽電
池装置からの発電量に重畳する時間帯は、太陽電池装置
の発電量のオフピーク時で且つ電力需要のピーク時であ
り、日の出から日没までの時間を１００とし、日の出時
間を０％、日没時間を１００％と表した場合、５５から
８５％の範囲であることを特徴とする。
【００２１】前記蓄電池の放電量が日の出から日没まで
の時間を１００とし、日の出時間を０％、日没時間を１
００％と表した場合、５５％までの最大の太陽電池装置
の発電量と電力需要ピーク時間帯の太陽電池装置の発電
量及び蓄電池の放電量を重畳した電力量がほぼ同じにな
るか大きくなるように前記蓄電池への蓄電量を制御する
ように構成することができる。
【００２２】また、前記電力需要のオフピーク時内の蓄
電池に充電する時間帯が、日の出から日没までの時間を
１００とし、日の出時間を０％、日没時間を１００％と
表した場合、０から４０％の範囲にするとよい。
【００２３】前記蓄電池の常時使用する容量が、太陽電
池１ｋＷ当たり、０．１から０．８ｋＷｈの範囲にする
とよい。
【００２４】前記蓄電池の充電で、蓄電池の所定容量ま
でに達した以降は、太陽電池装置の発電量は負荷に使用
され、余剰電力は電力系統に逆潮流するとよい。
【００２５】前記蓄電池が、ニッケル・水素蓄電池、ニ
ッケル・カドミウム蓄電池又はリチウムイオン電池の中
から選択するとよく、前記ニッケル・水素蓄電池の容量
が、太陽電池１ｋＷ当たり、０．１２５から１．０ｋＷ
ｈの範囲のものを用いればよい。
【００２６】上記したように、この発明は、需要のピー
クの小さい朝方に発電した電力を蓄電池に充電し、電力
需要のピーク時の時間帯のみ太陽光発電量に蓄電池の放
電量を加えて与えるので、小さい電池容量の蓄電池で最
適なピーク時の最大電力の削減をはかることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
に基づいて説明する。図１は、この発明の第１の実施形
態にかかる太陽光発電システムを搭載した住宅を示す構
成図である。
【００２８】図１に示すように、住宅１０の屋根上に太
陽電池装置１が設置される。この太陽電池装置１は、た
とえば、公称の発電設備容量が３ｋＷのものであり、結
晶系シリコン太陽電池、非晶質シリコン太陽電池などの
太陽電池モジュールを所定の個数を並列、または直列に
接続して構成される。この太陽電池装置１から発電され
た直流電力が図示しない直流側開閉器を介して電流制御
部４に与えられる。この電流制御部４は、後述するよう
に、制御回路３の制御に基づき、太陽電池装置１からの
直流電力を蓄電池部２へ与えるか、インバータ装置５へ
与えるか切り替え制御を行う。この実施の形態として
は、インバータ装置５として、双方向インバータ装置を
用いている。
【００２９】太陽電池装置１からの直流電力を蓄電池部
２へ与えると、蓄電池部２内に内蔵した蓄電池が充電さ
れる。太陽電池装置１からの直流電力がインバータ装置
５に与えられると、このインバータ装置５にて直流電力
が交流に変換され、交流電力が分電盤６を介して住宅の
コンセント等の電気系統に与えられ、家庭内負荷７に電
力が与えられる。
【００３０】また、家庭内の電気系統には、分電盤６を
介して商用の電力系統８からも電力が供給されるように
構成されており、夜間など太陽電池装置１から供給され
る電力が不足した場合には、電力系統８からの電力が利
用できるように構成されている。
【００３１】前記したインバータ装置５は、電力系統８
から与えられた交流電力を直流電力に変換する機能も有
しており、電力系統８からの電力を電流制御部４を介し
て蓄電池部２に与え、蓄電池部２の蓄電池を充電できる
ように構成されている。
【００３２】蓄電池部２には、図示しない充放電回路を
備え、与えられた直流電力に基づき蓄電池が充電または
放電される。蓄電池部２の充放電制御は、蓄電池部２か
ら与えられる電圧等の信号に基づき制御回路３により行
われる。
【００３３】制御回路３は、電流制御部４、蓄電池部
２、インバータ装置５、分電盤６等の動作を制御する。
【００３４】このシステムは、太陽電池装置１にて発電
した電力が家庭内負荷の使用量以上の場合には、余った
電力を分電盤６から電力系統８に逆潮流し、余剰電力を
電力会社に売電する。また、電力系統８に停電が生じた
場合には、太陽電池装置１による電力供給により家庭内
の電気機器を作動させるように構成されている。
【００３５】この発明は、上記したシステムにおいて、
制御回路３の制御により、需要ピークの小さい朝方に発
電した電力を蓄電池部２へ充電する。そして、電力需要
ピーク時の時間帯のみに太陽電池装置１で発電した電力
に蓄電池部２から放電電力を加えるように、蓄電池部２
の充電、放電を制御するものである。
【００３６】図２に、制御回路３の構成例を示す。制御
回路３は、ＣＰＵ等により構成されたコントローラ３
１、データメモリ３２、プログラムメモリ３３、Ｉ／Ｏ
３４で構成される。コントローラ３１は、プログラムメ
モリ３３に格納されたプログラムに従って、各回路を制
御する。データメモリ３２は、各季節、気温、湿度など
の天候情報、地域等に応じた電力需要の変動曲線に基づ
いたデータが格納されている。
【００３７】上述したように、季節、気温、地域等の各
種パラメータにより電力需要の変動曲線は変化し、最大
ピーク時間帯、発受電総量などが変わる。データメモリ
３２には、これらの各データが格納されている。
【００３８】特に、この実施形態においては、データメ
モリ３２に格納された電力需要の変動曲線に基づいたデ
ータにより、コントローラ３１は、蓄電池部２への充電
開始時間および充電終了時間、蓄電池部２からの放電開
始時間、放電量、放電時間等を制御する。コントローラ
３１は、各種制御信号をＩ／Ｏ３４から各回路へ与え、
各回路等からのデータはＩ／Ｏ３４を介して、コントロ
ーラ３１に与えられ、必要なデータはデータメモリ３２
に格納される。
【００３９】次に、この発明の第１の実施形態につき図
６ないし図８を参照してさらに説明する。図６は、大阪
（あるいは東京）における夏期の電力需要変動曲線と３
ｋＷの太陽光発電システムの発電量の経時変化を示す図
である。図６において、日の出から日没までの時間を１
００とし、日の出時間を０％、日没時間を１００％と表
している。太陽電池発電システムの発電量のピークは１
２時から１３時であり、また、電力需要のピークは太陽
電池発電システムの発電量のピークより２時間程度遅く
なる。また、電力需要の高い時間帯は、日の出から日没
までの時間を１００とし、日の出時間を０％、日没時間
を１００％と表した場合、４０から１００％に当たる時
間帯である。
【００４０】図７は、図６に示す日射による発電量の状
態からこの発明の第１の実施形態による太陽電池システ
ムの出力制御を行った場合を示す図であり、電力需要変
動曲線と電力の出力制御を行った時の出力の経時変化を
示す図である。この図７に示すように、早朝に太陽電池
装置１で発電した電力を蓄電池部２に充電し、その蓄電
池部２に蓄電した電力を１４時から１５時に放電し、１
４時から１５時の電力を太陽電池装置１からの発電量に
加えて出力したものである。図７から分かるように、こ
の実施形態によれば、電力需要量が高くなる時間帯のほ
とんどを太陽電池システムからの電力で効率よく賄うこ
とができている。
【００４１】この状態を図８に従いさらに説明する。図
８において、ハッチングを施しているのが、この発明の
実施形態により電力の出力制御を行った時の状態、白抜
きの部分は、太陽電池システムが発電した発電量を示し
ている。
【００４２】この実施形態では、早朝に太陽電池装置１
で発電した電力を充電し、その蓄電した電力を１４時か
ら１５時に放電するように、制御回路３が蓄電池部２へ
の充電、蓄電池部２からの放電を制御する。
【００４３】この図８に示す実施形態では、日の出（５
時半）から１１時まで、白抜きの領域で示す量が太陽電
池装置１にて発電される。その発電した電力を蓄電池部
２へ与え、蓄電池部２に太陽電池装置１で発電した電力
を充電する。制御回路３は電流制御部４を制御し、太陽
電池装置１からの直流電流を蓄電池部２へ与え充電す
る。図８において、点々でハッチングを施しているもの
が充電されている電力量を示している。白抜きで示した
発電量のうち点々でハッチングを施しているａ、ｂ、ｃ
で示している量の電力が蓄電池部２で充電される。
【００４４】この実施形態においては、０．９６ｋＷｈ
の電力を蓄電池が充電すると充電完了としている。制御
回路３は、蓄電池部２の電圧等をモニターし、蓄電池部
２内の蓄電池の充電が完了すると、電流制御部４を制御
し、太陽電池装置１からの直流電力をインバータ装置５
へ与えるように制御する。
【００４５】図８の実施形態においては、充電可能な時
間は電力需要のピーク時の前の１１時まで設定している
が、８時台で蓄電池部２の充電が完了したので、制御回
路３は電流制御部４を制御し、太陽電池装置１からの電
力をインバータ装置５へ与えるように切り替えている。
蓄電池部２には、図８のａ、ｂ、ｃで示す発電量が蓄電
されたことになる。また、日照が足らず、１１時までに
蓄電池部２が満充電にならなかった場合にも、制御回路
３は、蓄電池部２への充電を停止し、電流制御部４を制
御し、太陽電池装置１からの電力をインバータ装置５へ
与えるように制御する。
【００４６】また、使用する蓄電池は、ニッケル・水素
蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池又はリチウムイオ
ン電池が好適である。これらの電池は、それぞれの特色
を持っており、それらの特色を勘案し、使用する状態を
考慮して、用いる蓄電池の種類を決めればよい。なお、
鉛電池は、後記の表に示すように、この発明の使用例で
は、大きな電池容量を必要とし、好ましくはない。
【００４７】制御回路３は、１４時までは、太陽電池装
置１からの電力だけをインバータ装置５に与える。そし
て、最大ピーク時の１４時になると、蓄電池部２に充電
されている電力を放電する。この実施形態では、１４時
から１６時まで２時間放電を行うように蓄電池部２を制
御し、太陽電池装置１からの電力に蓄電池部２からの電
力を加えて、インバータ装置５へ与える。図８に示すよ
うに、クロスにハッチングしているｈ、ｉの部分が蓄電
池部２からの放電電力である。１４時から１６時までの
間、太陽電池装置１の発電電力にクロスにハッチングし
ているｈ、ｉの電力がそれぞれ加えられて、ハッチング
で示す出力電力となる。この２時間で蓄電池部２に充電
された電力はすべて放電する。
【００４８】蓄電池部２から放電し、太陽電池装置１か
らの発電量に重畳する時間帯は、太陽電池装置１の発電
量のオフピーク時で且つ電力需要のピーク時であり、日
の出から日没までの時間を１００とし、日の出時間を０
％、日没時間を１００％と表した場合、５５から８５％
の範囲となる。
【００４９】また、蓄電池部２からの放電量が、日の出
から日没までの時間を１００とし、日の出時間を０％、
日没時間を１００％と表した場合、５５％までの最大の
太陽電池装置１の発電量と電力需要ピーク時間帯の太陽
電池装置の発電量及び蓄電池の放電量を重畳した電力量
がほぼ同じになるか大きくなるように蓄電池部２への蓄
電量を制御している。
【００５０】蓄電池部２からの放電が終了すると、制御
部２は電流制御部４を太陽電池装置１からの電力のみを
インバータ装置５に与えるように制御する。
【００５１】次に、この発明による制御システムと太陽
光発電量を所定時間、例えば、２時間遅延させるシステ
ムとを比較する。図９は、図６に示す発電パターンを２
時間遅延させて、発電のピークを１４時にした出力制御
したパターンの電力需要変動曲線と電力の出力制御を行
った時の出力の経時変化を示す図である。この従来の出
力制御を図１０に従いさらに説明する。
【００５２】図１０に、ハッチングを施しているのが、
２時間遅延の出力制御を行った時の状態（図９に示すも
のと同じ）、白抜きの部分は、太陽電池システムが発電
した発電量を示している。点々は蓄電池に充電されてい
る電力量、クロスにハッチングを施しているのが蓄電池
からの放電電力である。この図１０から分かるように、
日の出から１２時までの間、充電を行い、１３時から蓄
電池の放電が始まる。すなわち、６時台、７時台の発電
電力ａ、ｂは全てされ、８時台の発電量から２時間前の
６時台の発電量を除いた発電量ｃが充電される。以下、
同様に発電量を２時間遅延させて、２時間前の発電量以
上の発電量ｅからｇの部分が充電される。この例では、
日の出から１２時まで、図１０中のａからｇまで電力の
充電を行うので、蓄電池の電池容量は３．１６ｋＷｈは
必要となり、大きな電池容量の蓄電池が必要となる。そ
して、太陽電池装置１の発電出力を２時間遅延した状態
で出力するように、図中クロスのハッチングで施したよ
うに、太陽電池装置１からの発電電力に蓄電池から放電
電力を加えて出力される。
【００５３】また、図１０から明らかなように、電力需
要が高くなる１２時頃も発電した電力の１／３程度蓄電
池への充電に利用しているので、電力需要が高いにも関
わらず、太陽電池装置１からの電力をすべて用いること
ができないという難点もある。
【００５４】表１に本発明の図７に示した出力制御の場
合と２時間遅延させる上記比較例との電池容量を比較し
た。ここでは、蓄電池として、ニッケル・水素電池と鉛
電池を用いる場合を示している。
【００５５】
【表１】
【００５６】表１より、この発明によれば、小さな電池
容量の蓄電池で最適な出力制御が行えることが分かる。
なお、ニッケル・カドミウム蓄電池又はリチウムイオン
電池を用いても同様に構成できる。
【００５７】また、上記した実施形態においては、蓄電
池部２からの放電を太陽電池装置１で発電し充電した電
力を２時間放電しているが、あらかじめ１６時まで、す
なわち、１５時から１６時の重畳する電力量を電気系統
８より夜間電力を用いて蓄電池部２に充電しておき、太
陽電池装置１からの充電時間を増やすことなく放電時間
を３時間にすることもできる。なお、この場合、蓄電池
部２の蓄電池の容量はその分大きくなる。
【００５８】上記した実施形態は、大阪（あるいは東
京）における夏期の電力需要変動曲線に基づいて、充
電、放電制御を行った例を示しているが、他の季節、地
域はその時の電力需要変動曲線に基づいて充電、放電制
御を行えばよい。例えば、北海道であれば、放電開始す
る時間を１５時あるいは１６時にするなど、電力需要変
動曲線に応じて制御回路３が最適な充電、放電の制御を
行うように制御すればよい。
【００５９】また、上記した実施形態の太陽電池３ｋＷ
システムにおいて、最も日射量が大きい１２時から１３
時の発電量は、１．６５ｋＷｈ、１４時から１５時の発
電量は１．３２ｋＷｈであり、１４時から１５時に加算
する蓄電池の放電量としては、０．３３ｋＷｈ（＝１．
６５−１．３）必要となる。従って、太陽電池１ｋＷに
対して、０．１ｋＷｈ（＝０．３３／３）より大きい蓄
電池容量があることが望ましい。
【００６０】一方、蓄電池部２から放電し、太陽電池装
置１からの発電量に加える時間帯５５％から８５％の間
中最も大会太陽電池装置１の発電量と同じ電力量を得る
には、トータル２．１８ｋＷｈ（＝０．１２（１３時）
＋０．３（１４時）＋０．６６（１５時）＋１．１（１
６時））の蓄電池の放電容量が必要となる。これは、太
陽電池１ｋＷｈ当たり蓄電池の容量０．７３ｋＷｈに相
当する。０．８ｋＷｈまでの電池容量があれば、この発
明の効果を満足させることができる。０．８ｋＷｈ以上
の容量の蓄電池を使用することは電池及び制御回路のコ
ストも高くなるため、適当ではない。
【００６１】また、ニッケル・水素蓄電池は、寿命を考
慮した場合、充電深度０〜８０％の間で充放電するのが
好ましいため、本システムに使用するニッケル・水素蓄
電池の定格容量としては、０．１２５（＝０．１／８０
×１００）〜１（＝０．８／８０×１００）の範囲とな
る。
【００６２】次に、この発明の第２の実施形態につき、
図３に従い説明する。上記した第１の実施形態では、早
朝に太陽電池装置１で発電した電力で蓄電池部２を充電
していたが、曇りなど日照が不足する場合には、太陽電
池装置１で発電した電力では蓄電池部２への充電が十分
に行えない場合がある。そこで、この第２の実施形態で
は、天気予報により翌日の天候状態を考慮し、電気系統
８より夜間電力により蓄電池部２を充電するものであ
る。この図３の実施形態では、天気予報供給者９より、
翌日の時間別の天気、気温等がインターネット９１を介
して交換局９２から各住宅１０に与えられる。各住宅１
０へは通信線９３を介して天気予報供給者９からの天気
情報が制御回路３のデータメモリに格納される。制御回
路３は、与えられた天気予報情報に基づき、明日充電に
十分な発電電力が得られるか、また、気温などの条件か
ら電力消費が多くなるか否かを予測する。予測した最大
電力のピーク時に蓄電池部２から電力を必要とし、日照
の予報からあらかじめ決められた充電時間で蓄電池部２
への充電が不可能であると判断すると、予想した日照時
間で足らない分の充電用電力を夜間電力を用いて蓄電池
部２へ充電するように制御回路３が分電盤６、インバー
タ装置５、電流制御部４を制御し、蓄電池部２へ夜間電
力を用いて充電する。このよう構成することで、天気予
報を考慮し、安価な夜間電力を使用して、翌日の最大ピ
ーク時に加える電力を確保することができる。
【００６３】また、天気予報供給者９からの情報によ
り、電力需要ピーク時を予想し、蓄電池部２からの放電
開始時間、蓄電池部２への充電量等を制御するように構
成することもできる。
【００６４】次に、この発明の第３の実施形態につき、
図４に従い説明する。上記した第２の実施形態では、天
気予報供給者９から天気情報を入手し、電気系統８より
夜間電力により蓄電池部２を充電するように構成した
が、この図４の実施形態では、電力会社２０より、翌日
の電力需要ピーク情報等がインターネット２１を介して
交換局２２から各住宅１０に与えられる。各住宅１０へ
は通信線２３を介して電力会社２０からの電力需要ピー
ク情報が制御回路３のデータメモリに格納される。制御
回路３は、与えられた電力需要ピーク情報に基づき、蓄
電池部２への充電量、放電量を予測する。予測した最大
電力のピーク時に蓄電池部２から電力を必要とし、あら
かじめ決められた充電時間で蓄電池部２への充電が不可
能であると判断すると、日照時間で足らない分の充電用
電力を夜間電力を用いて蓄電池部２へ充電するように制
御回路３が分電盤６、インバータ装置５、電流制御部４
を制御し、蓄電池部２へ夜間電力を用いて充電する。こ
のように構成することで、電力会社２０から与えられる
電力需要ピーク情報に合わせて、安価な夜間電力を使用
して、翌日の最大ピーク時に加える電力を確保すること
ができる。
【００６５】また、電力会社２０からの情報により、蓄
電池部２からの放電開始時間、蓄電池部２への充電量等
を制御するように構成することもできる。
【００６６】また、上記実施形態では、交換局２２を介
してデータを送るように構成しているが、電力線をデー
タ通信用に兼用しても用い、電力線を用いてデータ通信
を構成することもできる。
【００６７】次に、この発明の第４の実施形態につき、
図５に従い説明する。上記した第２の実施形態では、天
気予報供給者９から天気情報を入手し、電気系統８より
夜間電力により蓄電池部２を充電するように構成した
が、この図５の実施形態では、各住宅に自動天気予報計
２５を設け、自動天気予報計２５の天気予報により翌日
の天候状態を考慮し、電気系統８より夜間電力により蓄
電池部２を充電するものである。この図４の実施形態で
は、天気予報計２５から翌日の時間別の天気、気温等の
天気情報が制御回路３のデータメモリに格納される。制
御回路３は、与えられた天気予報情報に基づき、明日充
電に十分な発電電力が得られるか、また、気温などの条
件から電力消費が多くなるか否かを予測する。予測した
最大電力のピーク時に蓄電池部２から電力を必要とし、
日照の予報からあらかじめ決められた充電時間で蓄電池
部２への充電が不可能であると判断すると、予想した日
照時間で足らない分の充電用電力を夜間電力を用いて蓄
電池部２へ充電するように制御回路３が分電盤６、イン
バータ装置５、電流制御部４を制御し、蓄電池部２へ夜
間電力を用いて充電する。このように構成することで、
天気予報を考慮し、安価な夜間電力を使用して、翌日の
最大ピーク時に加える電力を確保することができる。
【００６８】また、天気予報計２５からの情報により、
電力需要ピーク時を予想し、蓄電池部２からの放電開始
時間、蓄電池部２への充電量等を制御するように構成す
ることもできる。
【００６９】上記した第１ないし第４の実施形態におい
ては、インバータ装置５として、双方向インバータ装置
を用いたが、通常のインバータ装置を用いた第５の実施
形態につき図１１を参照して説明する。図１１は、第１
の実施形態の構成を通常のインバータ装置を用いて構成
した場合の構成図である。
【００７０】図１１に示すように、住宅１０の屋根上に
太陽電池装置１が設置される。この太陽電池装置１は、
たとえば、公称の発電設備容量が３ｋＷのものであり、
結晶系シリコン太陽電池、非晶質シリコン太陽電池など
の太陽電池モジュールを所定の個数を並列、または直列
に接続して構成される。この太陽電池装置１から発電さ
れた直流電力が図示しない直流側開閉器を介してインバ
ータ装置５ａ及び充放電制御部４ａに与えられる。この
充放電制御部４ａは、後述するように、制御回路３の制
御に基づき、太陽電池装置１からの直流電力を蓄電池部
２へ与えて蓄電池部２の蓄電池を充電したり、蓄電池部
２から放電電力をインバータ装置５へ与える制御を行
う。また、この実施形態では、電力系統８から与えられ
た交流電力を直流電力に変換する充電回路５１を備えて
おり、充電回路５１からの直流電力が充放電制御部４ａ
を介して蓄電池部２に与えられ、蓄電池部２の蓄電池を
充電できるように構成されている。
【００７１】太陽電池装置１からの直流電力を充放電制
御部４ａを介して蓄電池部２へ与えると、蓄電池部２内
に内蔵した蓄電池が充電される。太陽電池装置１からの
直流電力がインバータ装置５に与えられると、このイン
バータ装置５にて直流電力が交流に変換され、交流電力
が分電盤６を介して住宅のコンセント等の電気系統に与
えられ、家庭内負荷７に電力が与えられる。
【００７２】また、家庭内の電気系統には、分電盤６を
介して商用の電力系統８からも電力が供給されるように
構成されており、夜間など太陽電池装置１から供給され
る電力が不足した場合には、電力系統８からの電力が利
用できるように構成されている。
【００７３】蓄電池部２の充放電制御は、蓄電池部２か
ら与えられる電圧等の信号に基づき制御回路３により行
われる。
【００７４】制御回路３は、充放電制御部４ａ、蓄電池
部２、インバータ装置５ａ、分電盤６等の動作を制御す
る。
【００７５】このシステムは、太陽電池装置１にて発電
した電力が家庭内負荷の使用量以上の場合には、余った
電力を分電盤６から電力系統８に逆潮流し、余剰電力を
電力会社に売電する。また、電力系統８に停電が生じた
場合には、太陽電池装置１による電力供給により家庭内
の電気機器を作動させるように構成されている。
【００７６】この発明は、上記したシステムにおいて、
制御回路３の制御により、需要ピークの小さい朝方に発
電した電力を蓄電池部２へ充電する。そして、電力需要
ピーク時の時間帯のみに太陽電池装置１で発電した電力
に蓄電池部２から放電電力を加えるように、蓄電池部２
の充電、放電を制御するものである。
【００７７】次に、この発明の第５の実施形態につき、
さらに説明する。第１の実施形態と同じく、早朝に太陽
電池装置１で発電した電力を蓄電池部２に充電し、その
蓄電池部２に蓄電した電力を１４時から１５時に放電
し、１４時から１５時の電力を太陽電池装置１からの発
電量に加えて出力する（図７参照）。
【００７８】この第５の実施形態では、早朝に太陽電池
装置１で発電した電力を充電し、その蓄電した電力を１
４時から１５時に放電するように、制御回路３が蓄電池
部２への充電、蓄電池部２からの放電を制御する。
【００７９】日の出（５時半）から１１時まで、太陽電
池装置１にて発電される。その発電した電力を充放電制
御部４ａを介して蓄電池部２及びインバータ装置５ａに
並列に与える。蓄電池部２が所定の充電量になるまで、
制御回路３はインバータ装置５ａの駆動を停止し、太陽
電池装置１からの発電電力は、蓄電池部２へ与えられ、
蓄電池部２に太陽電池装置１で発電した電力を充電す
る。
【００８０】この実施形態においては、０．９６ｋＷｈ
の電力を蓄電池が充電すると充電完了としている。制御
回路３は、蓄電池部２の電圧等をモニターし、蓄電池部
２内の蓄電池の充電が完了、もしくは完了する少し前に
なると、インバータ装置５ａを駆動し、太陽電池装置１
からの直流電力をインバータ装置５ａで交流電力に変換
するように制御する。
【００８１】なお、日照が足らず、１１時までに蓄電池
部２が満充電にならなかった場合にも、制御回路３は、
蓄電池部２への充電を停止し、太陽電池装置１からの電
力を全てインバータ装置５へ与えるように制御する。
【００８２】制御回路３は、１４時までは、太陽電池装
置１からの電力だけをインバータ装置５に与える。そし
て、最大ピーク時の１４時になると、蓄電池部２に充電
されている電力を放電する。この実施形態では、１４時
から１６時まで２時間放電を行うように蓄電池部２を制
御し、太陽電池装置１からの電力に蓄電池部２からの電
力を加えて、インバータ装置５ａへ与える。この２時間
で蓄電池部２に充電された電力はすべて放電する。
【００８３】蓄電池部２からの放電が終了すると、イン
バータ装置５ａは、太陽電池装置１からの電力を交流電
力に変換して出力する。
【００８４】また、充電用電力を夜間電力を用いて蓄電
池部２へ充電する場合には、制御回路３が分電盤６、充
電回路置５１、充放電制御部４ａを制御し、蓄電池部２
へ夜間電力を用いて充電する。このように構成すること
で、安価な夜間電力を使用して、ピーク時の重畳する電
力を確保することもできる。
【００８５】上記した第２ないし第４の実施形態におい
ても、第５の実施形態と同様に、通常のインバータ装置
を用いて構成してもよい。
【００８６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、小さな電池容量で電力需要ピーク時に対応した電力
の出力制御が行え、最適なピーク電力需要の削減をでき
るシステムを提供することができる。また、地域、季節
等に適した出力電力制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる太陽光発電
システムを搭載した住宅を示す構成図である。
【図２】この発明に用いられる制御回路の一例を示すブ
ロック図である。
【図３】この発明の第２の実施形態にかかる太陽光発電
システムを搭載した住宅を示す構成図である。
【図４】この発明の第３の実施形態にかかる太陽光発電
システムを搭載した住宅を示す構成図である。
【図５】この発明の第４の実施形態にかかる太陽光発電
システムを搭載した住宅を示す構成図である。
【図６】大阪（あるいは東京）における夏期の電力需要
変動曲線と３ｋＷの太陽光発電システムの発電量の経時
変化を示す図である。
【図７】この発明の第１の実施形態による太陽電池シス
テムの出力制御を行った場合を示す電力需要変動曲線と
太陽光発電システムの発電量と放電量との合計の出力の
経時変化を示す図である。
【図８】この発明の第１の実施形態による太陽電池シス
テムの出力制御を行った場合を示す電力需要変動曲線と
太陽光発電システムの発電量と放電量との合計の出力の
経時変化を示す図である。
【図９】発電パターンを２時間遅延させて、発電出力の
ピークを１４時にしたパターンの出力の経時変化を示す
図である。
【図１０】発電パターンを２時間遅延させて、発電出力
のピークを１４時にしたパターンの出力の経時変化を示
す図である。
【図１１】この発明の第５の実施形態にかかる太陽光発
電システムを搭載した住宅を示す構成図である。
【図１２】東京における代表的な電力の負荷曲線であ
る。
【符号の説明】
１ 太陽電池装置 ２ 蓄電池部 ３ 制御回路 ４ 電流制御部 ５ インバータ装置 ６ 分電盤 ７ 家庭内負荷 ８ 電力系統
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新山 克彦 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 船橋 淳浩 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 能間 俊之 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 萩原 龍蔵 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 石田 健雄 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 太田 修 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F051 JA17 JA20 KA04 KA10 5G003 AA01 AA06 CC02 DA07 DA18 GB06 5G066 HA30 HB06 HB09 JA03 JA07 JB03

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 太陽電池装置にて発生される電力をイン
    バータ装置に与え、このインバータ装置で交流に変換
    し、電力消費部に供給する太陽光発電システムにおい
    て、電力を蓄電する蓄電池を備え、電力需要の高い特定
    の時間帯の電力需要の変動曲線に応じて前記蓄電池に蓄
    電された電力の放電を制御し、前記インバータ装置に、
    前記太陽電池装置からの発電電力とともに前記蓄電池か
    らの電力を与えることを特徴とする蓄電池を備えた太陽
    光発電システム。
  2. 【請求項２】 前記蓄電池への充電は、日の出後の電力
    需要のオフピーク時内での太陽電池装置での発電電力ま
    たは夜間の電力系統からの電力から選ばれる１つ以上の
    電力にて行われることを特徴とする請求項１に記載の蓄
    電池を備えた太陽光発電システム。
  3. 【請求項３】 電力系統に連系し、太陽電池装置にて発
    生される電力をインバータ装置に与え、このインバータ
    装置で交流に変換し、電力消費部に供給する太陽光発電
    システムにおいて、電力を蓄電する蓄電池と、太陽電池
    装置からの電力を前記蓄電池またはインバータ装置に切
    り替えて出力させる切り替え制御手段と、を備え、日の
    出後の電力需要のオフピーク時内での太陽電池装置での
    発電電力または夜間の電力系統からの電力から選ばれる
    １つ以上の電力にて前記蓄電池を充電するように制御
    し、電力需要の高い特定の時間帯の電力需要の変動曲線
    に応じて前記蓄電池に蓄電された電力の放電を制御し、
    前記インバータ装置に、前記太陽電池装置からの発電電
    力とともに前記蓄電池からの電力を与えることを特徴と
    する蓄電池を備えた太陽光発電システム。
  4. 【請求項４】 電力系統に連系し、太陽電池装置にて発
    生される電力をインバータ装置に与え、このインバータ
    装置で交流に変換し、電力消費部に供給する太陽光発電
    システムにおいて、電力を蓄電する蓄電池と、前記蓄電
    池の充放電を制御する制御手段と、を備え、日の出後の
    電力需要のオフピーク時内での太陽電池装置での発電電
    力または夜間の電力系統からの電力から選ばれる１つ以
    上の電力にて前記蓄電池を充電するように制御し、電力
    需要の高い特定の時間帯の電力需要の変動曲線に応じて
    前記蓄電池に蓄電された電力の放電を制御し、前記イン
    バータ装置に、前記太陽電池装置からの発電電力ととも
    に前記蓄電池からの電力を与えることを特徴とする蓄電
    池を備えた太陽光発電システム。
  5. 【請求項５】 前記電力需要の高い特定の時間帯が、日
    の出から日没までの時間を１００とし、日の出時間を０
    ％、日没時間を１００％と表した場合、４０から１００
    ％の範囲であることを特徴とする請求項１ないし４のい
    ずれかに記載の蓄電池を備えた太陽光発電システム。
  6. 【請求項６】 前記蓄電池から放電し、前記太陽電池装
    置からの発電量に重畳する時間帯は、太陽電池装置の発
    電量のオフピーク時で且つ電力需要のピーク時であり、
    日の出から日没までの時間を１００とし、日の出時間を
    ０％、日没時間を１００％と表した場合、５５から８５
    ％の範囲であることを特徴とする請求項１ないし４のい
    ずれかに記載の蓄電池を備えた太陽光発電システム。
  7. 【請求項７】 前記蓄電池の放電量が日の出から日没ま
    での時間を１００とし、日の出時間を０％、日没時間を
    １００％と表した場合、５５％までの最大の太陽電池装
    置の発電量と電力需要ピーク時間帯の太陽電池装置の発
    電量及び蓄電池の放電量を重畳した電力量がほぼ同じに
    なるか大きくなるように前記蓄電池への蓄電量を制御す
    ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載
    の蓄電池を備えた太陽光発電システム。
  8. 【請求項８】 前記電力需要のオフピーク時内の蓄電池
    に充電する時間帯が、日の出から日没までの時間を１０
    ０とし、日の出時間を０％、日没時間を１００％と表し
    た場合、０から４０％の範囲であることを特徴とする請
    求項１ないし４のいずれかに記載の蓄電池を備えた太陽
    光発電システム。
  9. 【請求項９】 前記蓄電池の常時使用する容量が、太陽
    電池１ｋＷ当たり、０．１から０．８ｋＷｈの範囲であ
    ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載
    の蓄電池を備えた太陽光発電システム。
  10. 【請求項１０】 前記蓄電池の充電で、蓄電池の所定容
    量までに達した以降は、太陽電池装置の発電量は負荷に
    使用され、余剰電力は電力系統に逆潮流されることを特
    徴とする請求項３または４に記載の蓄電池を備えた太陽
    光発電システム。
  11. 【請求項１１】 前記蓄電池が、ニッケル・水素蓄電
    池、ニッケル・カドミウム蓄電池又はリチウムイオン電
    池の中から選択されることを特徴とする請求項１ないし
    １０のいずれかに記載の蓄電池を備えた太陽光発電シス
    テム。
  12. 【請求項１２】 前記ニッケル・水素蓄電池の容量が、
    太陽電池１ｋＷ当たり、０．１２５から１．０ｋＷｈの
    範囲であることを特徴とする請求項１１に記載の蓄電池
    を備えた太陽光発電システム。
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