JP2003116218A

JP2003116218A - 電力給電方法及び装置

Info

Publication number: JP2003116218A
Application number: JP2001308961A
Authority: JP
Inventors: Hisamichi Inoue; 久道井上; Naoyuki Yamada; 直之山田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2003-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】給電効率を向上させた電力給電方法及び装置を
提供することにある。【解決手段】直流電力供給会社１は、大型太陽電池８及
び風力発電７からなる直流分散電源と、交流商用電力を
直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ５とを有する。直
流電力供給会社１は、直流分散電源からの直流電力若し
くは、ＡＣ／ＤＣコンバータ５によって変換された直流
電力を、直流電力供給会社１の下流に設けた直流電力供
給網によって接続された一般家庭やビル等の民間施設に
直流電力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力給電方法及び
装置に係り、特に、直流分散電源を有する直流電力網に
よる電力給電方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、国内における給電方法は、交流電
力網を用いて行われている。一方、その交流電源を利用
する電化製品は、その殆どが内部で直流に変換され利用
されている。直流への変換方法としては、変圧器を経由
してＡＣ／ＤＣコンバータを介し直流に変換して直接使
用するもの，蓄電池に充電して使用するもの，ＡＣ／Ｄ
ＣコンバータからＤＣ／ＡＣインバータを介して負荷制
御を行うものなどがある。

【０００３】また、直流発電の分散電源を設置した一般
家庭およびビルにおいては、現状交流系統であるため、
直流分散電源からＤＣ／ＡＣインバータを経由して交流
に変換して系統連係を行い、使用している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の交流電力網を用
いた給電方法では、一旦直流に変換する必要があるが、
変換時の効率が悪いため、電力の給電効率が低下すると
いう問題があった。

【０００５】本発明の目的は、給電効率を向上させた電
力給電方法及び装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、直流分散電源と、交流商用電力を
直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータとを有する直流電
力供給源を備え、上記直流分散電源からの直流電力若し
くは、上記ＡＣ／ＤＣコンバータによって変換された直
流電力を、上記直流電力供給源の下流に設けた直流電力
供給網によって接続された一般家庭やビル等の民間施設
に直流電力を供給するようにしたものである。かかる方
法によって、給電効率を向上させ得るものとなる。

【０００７】（２）上記目的を達成するために、本発明
は、直流分散電源と、交流商用電力を直流に変換するＡ
Ｃ／ＤＣコンバータとを有する直流電力供給源を備え、
上記直流分散電源からの直流電力若しくは、上記ＡＣ／
ＤＣコンバータによって変換された直流電力を、上記直
流電力供給源の下流に設けた直流電力供給網によって接
続された一般家庭やビル等の民間施設に直流電力を供給
するようにしたものである。かかる方法によって、給電
効率を向上させ得るものとなる。

【０００８】（３）上記（２）において、好ましくは、
上記直流分散電源は、大型太陽電池及び風力発電とした
ものである。

【０００９】（４）上記（３）において、好ましくは、
上記風力発電は、複数の風力発電から構成され、これら
の複数の風力発電は、風力条件の異なる場所に設置する
ようにしたものである。

【００１０】（５）上記（３）において、好ましくは、
上記風力発電は、風力によって発生した動力エネルギー
を蓄積するフライホイールと、このフライホールへの動
力伝達・遮断を制御する制御手段とを備え、上記制御手
段は、風力によって発生したエネルギーに応じて、上記
フライホイールに動力エネルギーを蓄積し、また、蓄積
された動力エネルギーを放出するように制御するように
したものである。

【００１１】（６）上記（２）において、好ましくは、
上記直流分散電源で発電された電力を蓄電する蓄電池
と、この蓄電池への充電若しくは、この蓄電池からの放
電を制御する充放電制御器を備えるようにしたものであ
る。

【００１２】（７）上記目的を達成するために、本発明
は、一般家庭やビル等の民間施設に設けられた直流分散
電源と、この直流分散電源によって発電された直流電力
の負荷への供給を制御するコントロールユニットを備
え、上記コントロールユニットを用いて、上記直流分散
電源からの直流電力若しくは、上流側に接続された直流
電力供給源から供給される直流電力を、一般家庭やビル
等の民間施設の直流電源対応の上記負荷に供給するよう
にしたものである。かかる方法によって、給電効率を向
上させ得るものとなる。

【００１３】（８）上記（７）において、好ましくは、
上記負荷における電力不足時には、上記直流電力供給源
から買電し、電力余剰時には、上記直流電力供給源に売
電するようにしたものである。

【００１４】（９）上記目的を達成するために、本発明
は、一般家庭やビル等の民間施設に設けられた直流分散
電源と、この直流分散電源によって発電された直流電力
の負荷への供給を制御するコントロールユニットを備
え、上記コントロールユニットは、上記直流分散電源か
らの直流電力若しくは、上流側に接続された直流電力供
給源から供給される直流電力を、一般家庭やビル等の民
間施設に設けられた直流電源対応の上記負荷に供給する
ようにしたものである。かかる方法によって、給電効率
を向上させ得るものとなる。

【００１５】（１０）上記（９）において、好ましく
は、上記直流分散電源は、太陽電池及び燃料電池とした
ものである。

【００１６】（１１）上記（１０）において、好ましく
は、上記燃料電池の出力は、一般家庭やビル等の民間施
設の熱負荷に応じて設定するようにしたものである。

【００１７】（１２）上記（１０）において、好ましく
は、上記燃料電池の排熱により、ビルの冷暖房や一般家
庭の給湯のエネルギーをまかなうようにしたものであ
る。

【００１８】（１３）上記（９）において、好ましく
は、上記コントロールユニットは、上記直流分散電源か
らの直流電力若しくは、上流側に接続された直流電力供
給源から供給される直流電力を、上記負荷に応じた複数
の電圧に変換する直流電圧変換器を備えるようにしたも
のである。

【００１９】（１４）上記（１３）において、好ましく
は、上記負荷に給電するコンセント・プラグは、感電防
止保護カバー付多種電圧１体型とし、コンセント・プラ
グで直結する負荷の入力回路にはコンセント差込時の無
負荷状態を確保できる保護回路を備えるようにしたもの
である。

【００２０】（１５）上記目的を達成するために、本発
明は、直流分散電源と、交流商用電力を直流に変換する
ＡＣ／ＤＣコンバータとを有する直流電力供給源と、一
般家庭やビル等の民間施設に設けられた直流分散電源
と、この直流分散電源によって発電された直流電力の負
荷への供給を制御するコントロールユニットを備え、上
記直流分散電源からの直流電力若しくは、上記ＡＣ／Ｄ
Ｃコンバータによって変換された直流電力を、上記直流
電力供給源の下流に設けた直流電力供給網によって接続
された一般家庭やビル等の民間施設に直流電力を供給
し、上記コントロールユニットを用いて、上記直流分散
電源からの直流電力若しくは、上流側に接続された直流
電力供給源から供給される直流電力を、一般家庭やビル
等の民間施設の直流電源対応の上記負荷に供給するよう
にしたものである。かかる方法によって、給電効率を向
上させ得るものとなる。

【００２１】（１６）上記（１５）において、好ましく
は、上記直流電力網を用いて、通信信号を搬送し、通信
ネットワーク網を構成するようにしたものである。

【００２２】（１７）上記目的を達成するために、本発
明は、直流分散電源と、交流商用電力を直流に変換する
ＡＣ／ＤＣコンバータとを有する直流電力供給源を複数
個備え、上記直流分散電源からの直流電力若しくは、上
記ＡＣ／ＤＣコンバータによって変換された直流電力
を、上記直流電力供給源の下流に設けた直流電力供給網
によって接続された一般家庭やビル等の民間施設に直流
電力を供給するとともに、上記複数個の直流電力供給源
間で、電力の供給を補間するようにしたものである。か
かる方法によって、給電効率を向上させ得るものとな
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１５を用いて、本
発明の一実施形態による電力給電方法及び装置について
説明する。

【００２４】最初に、図１を用いて、本実施形態による
電力給電方法を用いる直流電力網の構成について説明す
る。図１は、本発明の一実施形態による電力給電方法を
用いる直流電力網の構成を示すブロック図である。

【００２５】本実施形態による直流電力網は、直流電力
供給源である直流電力会社１と、一般家庭やビル等の民
間施設に備えられるコントロールユニット３０とを接続
している。直流電力会社１は、直流分散電源である複数
の風力発電７と、太陽電池発電８とを有している。ま
た、直流電力会社１は、商用交流電力２や、他地域の直
流電力会社２４から電力が供給される。直流電力会社１
は、これらの電力を直流電力網を介して、一般家庭やビ
ル等の民間施設に供給する。

【００２６】民間施設においては、直流分散電源である
太陽電池２６と、燃料電池２７を備えている。コントロ
ールユニット３０は、直流電力会社１から供給される電
力や、太陽電池発電２６や、燃料電池２７から供給され
る電力を、直流電力負荷ＬDCに供給する。

【００２７】以上のような構成を有する直流電力網の特
徴について説明する。１）まず、本実施形態では、民間施設で用いる直流分散
電源である太陽電池２６と、燃料電池２７からの供給電
力は、直流電力としている。したがって、電力負荷ＬDC
である家電品等の電化製品は、直流対応製品となる。本
来、家電品の殆どは直流で動作しており、モータを有す
るものでも高効率を達成するためＡＣ／ＤＣ変換器を介
してのインバータ制御が主流である。したがって、個々
の電化製品を直流対応とすることで、ＡＣ／ＤＣ変換器
や、ＡＣ変圧器が不要となり、それに伴う電力損失を回
避できる。

【００２８】２）また、太陽電池２６と燃料電池２７か
ら発電する直流電力によって、直流対応の電化製品全負
荷を賄うシステム構成とすることで、従来のように交流
連係するため、太陽電池と燃料電池からの直流出力をＤ
Ｃ／ＡＣ変換する必要がなくなり、変換損失をカットで
きることから、発生電力の有効利用も図られる。

【００２９】３）さらに、民間施設で用いる分散電源と
しては、太陽電池２６と、燃料電池２７を用いている。
現状の電力事情においては、地球的環境改善の観点か
ら、ＣＯ２削減が急務となっており、民生用分散電源と
して、発生電力は低品質であるが自然エネルギーを活用
する太陽電池や、風力発電が注目されている。さらに、
化石燃料の節約の観点から高効率で高品質の電力を発生
し、排気中の環境負荷物質がすくない燃料電池発電も注
目されている。そこで、自然エネルギーを利用した分散
電源として、直流電力を発電する太陽電池、風力発電が
あるが、民家の密集を考慮した場合、屋根に固定設置で
き、騒音がない太陽電池が有効である。しかし、太陽電
池の発電は、昼間の日射がある条件でないと発電しない
ため民家の電力負荷を賄うには、この太陽電池だけでは
困難である。太陽電池と蓄電池を用いて、全負荷を賄う
システムは考えられるが、この場合、大規模な太陽電池
と蓄電池が必要となり、設置スペース及びコスト面でも
有効ではない。したがって、一般民家及びビルに設置す
る太陽電池２６は、昼間のピーク電力負荷を賄うことに
する。一方、一般家庭及びビル等のベース電力負荷は、
燃料電池発電で賄うことにする。燃料電池は電力変化が
遅い負荷追従は可能であるが、過渡的変化に対する負荷
追従は難しい。さらにピーク負荷に対応できるものを設
置した場合、有効利用率が低下するとともに設備コスト
は高価となる。したがって、本システムでは、燃料電池
２７は、ベース電力負荷を賄う一定運転を行うものとす
る。以上のように、太陽電池と燃料電池の組み合わせ
で、直流電力を供給し全負荷を賄うシステムとすること
で、設置した分散電源の発生電力の有効利用が図られ
る。

【００３０】４）また、本実施形態では、民間施設の上
流に、直流電力供給会社１を備えている。上述したよう
に、民間施設において、太陽電池２６でピーク電力負荷
を賄うようにした場合、日射不足により全負荷電力を賄
えない場合が発生する。そこで、本システムでは、この
不足電力に対応するため、民家及びビルなどの民間施設
の上流側電力系統に直流電力を供給する直流電力供給会
社１を設置している。

【００３１】５）さらに、直流電力供給会社１は、民間
施設における不足電力を補うため、大型の風力発電７
や、太陽電池発電設備８を備えている。さらに、直流電
力供給会社１は、他の地域に設置されている直流電力供
給会社２４と直流電力網で連係し、さらには、商用の交
流電力２を買い整流し下流に供給することで不足電力に
よる停電を回避するようにしている。このようなシステ
ム構成とすることで、直流電力供給会社から下流への送
電、商用電力系統への売電及び商用電力の買電を安定し
て行うことができる。

【００３２】６）また、大型の風力発電７は、一般民家
の上流側に位置する直流電力供給会社１が設置管理をす
るものとしている。この場合、風力発電設備７は、１箇
所に設置するのではなく、複数の風力発電設備７を、設
置場所を変え、風力発電の安定を確保するようにしてい
る。直流電力供給会社１に設置する分散電源は、大型の
風力発電７と、太陽電池８とであり、いずれも直流発電
設備であり、電力損失を最小とするためには、発電した
直流電力をそのまま使用するものとし、直流電力供給会
社１から下流への送電電力は直流としている。

【００３３】７）以上のようにして、一般民家及びビル
等民間施設に、個々に分散電源を設置するとともに、家
電品を直流対応とし、この民間施設を大規模分散電源を
保有する直流電力供給会社とを直流系統で連係し、か
つ、他地域の直流電力供給会社と連係する直流電力網を
整備することで、系統の安定性が確保でき、停電を回避
し、かつ、分散電源による発電電力及び発生熱を有効に
使用することができ、ＣＯ２の大幅な削減ができる。

【００３４】次に、図１〜図８を用いて、直流電力供給
会社１の直流電力供給設備について説明する。図１に示
すように、直流電力供給会社１には、商用交流電力２が
導入されており、買・売電の電力を計測する交流電力計
３と、交流電力の潮流を制御する交流電力入出力制御器
４と、交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ５と
を経由して、直流電力系統６に搬入される。

【００３５】また、直流電力供給会社１は、大規模な風
力発電７及び太陽電池発電８等の分散電源を有してい
る。風力発電７及び太陽電池発電８によって発電された
直流電力は、逆流防止ダイオード９，出力制御器１０，
逆流防止ダイオード１１を経由して直流系統６に搬入さ
れる。ここで、太陽電池発電８の出力系統には、充放電
制御器１２を経由して蓄電池１３が接続されている。

【００３６】次に、図１及び図２〜図４を用いて本実施
形態による電力供給方法における、太陽電池発電８の内
容について説明する。図２は、晴天時における太陽電池
の発電特性を示し、図３は、曇天時における太陽電池の
発電特性を示し、図４は、本発明の一実施形態による電
力供給方法における太陽電池と蓄電池の運用例の説明図
である。図２，図３において、横軸は時間を示し、縦軸
は発電出力を示している。図４において、横軸は時間を
示し、縦軸は発電出力及び蓄電池の充放電レベルを示し
ている。

【００３７】図２に示すように、太陽電池８は、昼間の
日射がある時間帯で晴天の場合、弧を描くように発電す
る。しかしながら、曇りがちな天気では雲の流れによっ
て、図３に示すように、晴天時に比べて発電出力も小さ
く、しかも、過渡的な変化が発生する。

【００３８】そこで、本実施形態では、図１に示したよ
うに、小容量の蓄電池１３を備えている。充放電制御器
１２は、図４に示すように、太陽電池出力の多い時即ち
ピーク発電時には、蓄電池１３に充電する。一方、比較
的朝夕の電力需要が多い時間帯には、充放電制御器１２
は、蓄電池１３から放電する。蓄電池１３の運用につい
ては、直流電力供給会社１より下流の電力需要により異
なり、夏場等正午前後の時間帯に電力需要が多い場合は
正午前後の時間帯に放電する。また、風力発電の発電状
況が朝方風が弱い場合は朝方に全て放電することがあ
る。以上のように、蓄電池１３の充放電により、太陽電
池の発電出力の過渡的な変化を緩和して、出力を平坦化
することができる。

【００３９】次に、図１及び図５〜図８を用いて、本実
施形態による電力供給方法における、風力発電７の内容
について説明する。図５は、大容量風力発電を１台設置
した場合の発電出力の特性図である。図６は、本発明の
一実施形態による電力供給方法における複数の小規模風
力発電を場所を変えて設置した場合の発電出力の特性図
である。図７は、本発明の一実施形態による電力供給方
法に用いるフライホイール付風力発電装置の構成図であ
る。図８は、本発明の一実施形態による電力供給方法に
おけるフライホイール付風力発電装置を用いた場合の発
電出力の特性図である。図５，図６，図８において、横
軸は時刻を示し、縦軸は発電出力を示している。

【００４０】風力発電の場合、風の強度によって、過渡
的な変化が発生する。そして、発電容量が大きい風力発
電ほど、その変化が大きいものである。図５は、大容量
風力発電を１台設置した場合の発電出力変化を模式的に
示しているが、大きな変動が発生する。

【００４１】このような変動が発生している状態で系統
連係すると、系統容量に比較して風力発電量が少ない場
合は系統の安定性にさほど影響がないが、多い場合は系
統が不安定となる。したがって、この過渡的な変化を軽
減する対策が必要となる。

【００４２】本実施形態では、図１に示したように、複
数の少量の風力発電７を用いるとともに、これらの複数
の風力発電７を、風力条件の異なる場所に設置するよう
にして、出力安定化を図っている。図６に示したよう
に、複数の小容量の風力発電７を、場所を変えて設置す
ることにより、風の強弱の位相をずらすことができ、出
力が安定することができる。

【００４３】また、図７に示すように、少容量で複数の
風力発電設備を違う場所に設置する方法に加えて、風車
の回転軸にフライホイールを設けるようにしている。風
車１４は風の力によって回転軸１５と一体で回転し、増
速器１６を経由して発電機１７を回し発電する。また、
回転軸１５の軸動力は、ウオーム歯車１８によって分岐
され、その分岐軸に質量の違う多数のフライホイール１
９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを電磁クラッチ２０Ａ，２０Ｂ，
２０Ｃを介して取り付けている。電磁クラッチ２０Ａ，
２０Ｂ，２０Ｃの締結・開放は、クラッチ制御器８０に
よって制御される。ここで、フライホーイル１９Ａの質
量が最も小さく、順次、フライホイール１９Ｂ，１９Ｃ
の順に質量が大きくなっているものとする。

【００４４】クラッチ制御器８０は、増速器１６の回転
数（若しくはトルク）を監視し、回転数が小さい場合に
は、電磁クラッチ１９Ａのみを締結して、フライホイー
ル２０Ａにエネルギーを蓄積する。さらに、回転数が上
がると、電磁クラッチ１９Ａを開放して、代わりに、電
磁クラッチ１９Ｂを締結して、フライホイール２０Ｂに
エネルギーを蓄積する。さらに、回転数が上がると、電
磁クラッチ１９Ｂを開放して、代わりに、電磁クラッチ
１９Ｃを締結して、フライホイール２０Ｃにエネルギー
を蓄積する。

【００４５】一方、風力が弱まり、風力発電７の発電出
力が弱くなると、クラッチ制御器８０は、増速器１６の
回転数が所定の回転数より小さくなると、例えば、電磁
クラッチ１９Ａを締結して、フライホイール２０Ａに蓄
積されている動力エネルギーを放出して、増速器１６を
介して、発電機１７を駆動して、発電する。クラッチ制
御器８０は、同様にして、電磁クラッチ１９Ｂや電磁ク
ラッチ１９Ｃを締結して、フライホイール２０Ｂ，２０
Ｃに蓄積されている動力エネルギーを放出して、増速器
１６を介して、発電機１７を駆動して、発電する。

【００４６】ここで、図８を用いて、風力発電設備に出
力の安定化策としてフライホイール１９を取り付けた場
合の出力特性について説明する。図中、点線で示す出力
特性（特性１）は、フライホイールを取り付けない場合
での特性を示しており、実線で示す出力特性（特性２）
は、フライホイール１９を取り付けた場合の特性を示し
ている。フライホイール１９を取り付けた場合は、クラ
ッチ制御器８０は、出力制御値に合わせるようにフライ
ホイール１９への動力エネルギーの蓄積、フライホイー
ル１９からの動力エネルギー放出を、電磁クラッチ２０
でＯＮ，ＯＦＦ制御する。これらのことにより、直流電
力供給会社１に設置する分散電源の出力安定化を図り、
直流電力系統６に接続される。

【００４７】以上のようにして、風力が強い場合にはフ
ライホイール２０にエネルギーを蓄積することによるブ
レーキ効果を得られ、また、蓄積されたエネルギーを放
出することにより、動力エネルギーの有効利用が図られ
る。

【００４８】次に、図１に示すシステム構成において、
直流電力供給会社１から一般民家、ビル等への直流電力
の供給は、電柱に設置される変圧器２１を介して供給さ
れる。なお、一般民家等への電力供給は、一般民家，ビ
ル等で不足電力が発生した場合のみ供給されるものであ
る。なお、直流電力供給会社１において、余剰電力が発
生した場合は、入出力制御器２２，直流電力計２３を介
して、他地域直流電力会社２４に売電される。また、そ
れでも余剰がある場合は、ＡＣ／ＤＣコンバータ５，交
流電力入出力制御器４，交流電力計３を介して、交流電
力として商用電力系統に逆潮流し、売電される。

【００４９】次に、図１及び図９，図１０を用いて、本
実施形態による電力供給方法における民間施設における
直流電力網について説明する。図９は、本発明の一実施
形態による電力供給方法における燃料電池の排熱利用の
説明図である。図１０は、本発明の一実施形態による電
力供給方法における太陽電池と燃料電池の複合システム
における夏期電力収支の説明図である。図９において、
横軸は電気出力を示し、縦軸は水量（Ｌ）を示してい
る。

【００５０】図１に示す構成において、電柱に設置され
る変圧器２１，直流電力計２５を介して供給される電力
は、民間施設において設置した分散電源からの発電電力
に不足が発生した場合のみ供給される。本システムで
は、一般民家，ビル等の使用電力，熱需要は、個人が設
置した分散電源からの発電電力でできるだけ賄えるよう
に、太陽電池２６，燃料電池２７の複合システムを採用
している。一般民家の太陽電池２６と燃料電池２７の複
合システム設備容量は、熱需要をベースに決定する。

【００５１】ここで、図９を用いて、燃料電池２７から
発生する熱量から給湯に使用できる温水量について説明
する。計算条件は、放熱を５％考慮し、熱利用効率を３
５％としている。ここで、実線で示すのは夏期の貯水量
で水温２０℃を５０℃の温水にした場合を、点線は冬期
の貯水量で水温１０℃を５０℃の温水にした場合を示し
ている。

【００５２】本システムでは、図１に示すように、この
温水は温水タンク２８に貯められる。一戸建の一般家庭
で使用する給湯量を考慮すると、燃料電池２７の電気出
力は１〜１．５ｋＷ程度でよいものである。これによ
り、一般家庭では、給湯のためのボイラーが不要となる
と共に、燃料電池２７も一定出力運転となり、破損する
可能性が減少し、騒音も一定となることからその対策が
容易となる。

【００５３】一方、図１に示すように、ビル等大口の電
力，熱需要家でも同様に、太陽電池２６と燃料電池２７
の複合システムを設置し、設備容量は、熱需要をベース
に決定する。ビル等では、燃料電池２７からの排熱は、
吸収式冷冷房，暖房及び給湯の熱エネルギーに有効利用
する。ビル等の場合、春期，秋期に熱需要が減少する
が、その場合は、燃料電池の出力を下げて運転し、不足
電力は上流の直流電力供給会社１から電力の供給を受け
る。

【００５４】ここで、図１０を用いて、太陽電池２６と
燃料電池２７の複合システムにおける夏期電力収支の代
表例について説明する。燃料電池２７はベースロードと
して一定運転を行い、太陽電池２６は昼間に発生するピ
ーク電力に電力を供給する。一部不足電力は、上流にあ
る直流電力供給会社１から買電し、余剰電力が発生した
場合は売電する。これによって、殆どの電力需要を賄う
ことができる。

【００５５】図１に示した太陽電池２６や燃料電池２７
などの分散電源の電力出力は、直流電力計２５の下流側
の出力制御器２９を介し直流電力系に接続される。直流
電力の電圧は、ＤＣ２００Ｖである。直流電力は、コン
トロールユニット３０内の直流電流計３１，直流電圧計
３２を通り、直流電圧変換器３３により各所要電圧であ
る６Ｖ，１２Ｖ，２４Ｖ，４８Ｖ，１００Ｖに変換さ
れ、電圧別に個々の系統に分割され、ゲートターンオフ
サイリスタ（ＧＴＯ）３４，直流負荷遮断器３５，直流
電流計３６を経由して、電力負荷ＬDCに供給される。

【００５６】ここで、高電圧を使用する空調機や冷蔵庫
等３７には、直流電圧変換器３３を経由しないで、直接
２００Ｖの電圧で直流電源専用コンセント・プラグ３８
を経由して供給される。空調機の場合、高電圧電力はＤ
Ｃ／ＡＣインバータ３９を経由してモータ負荷４０に供
給されるが、これらを制御するために必要となる低電圧
電源は別系統から制御回路部４１に供給される。

【００５７】従来の交流電源を用いた空調機では、動力
電源はＡＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／Ａインバータを経
由してモータ負荷に供給していた。さらに、制御電源は
トランスで電圧を下げＡＣ／ＤＣコンバータで直流にし
て使用していた。それに対して、本実施形態のように直
流対応の空調機とすることで、従来使用していたＡＣ／
ＤＣコンバータ，トランス等が不要となるばかりでな
く、交流を直流に変換することによる電力損失も軽減さ
れる。

【００５８】また、負荷電力が大きい電気ポット等４２
は、サイリスター４３でヒータ等４４への電力を制御す
るばかりでなく、マイコンを搭載して情報を提供するも
のもある。これも交流を直流に変換して使用するため上
記同様な電力損失が発生する。それに対して、直流対応
の電気ポット等４２とすることで、従来発生していた電
力損失を軽減できる。

【００５９】さらに、テレビ４５，パソコン４６，オー
デイオ製品等ほとんど全ての電化製品は、直流で動作し
ており、交流を直流にする変換損失がある。現在蛍光灯
にいたっても交流を直流に変換した後にインバータ制御
がおこなわれており、高効率化が図られている。これら
についても、本実施形態では、直流対応の電化製品とす
ることで、電力損失を軽減できる。掃除機，携帯電話，
電気自動車等の見られるようにコードレスの充電機器が
今後汎用化されつつあるが、本システムの直流電力網と
することで、蓄電池に充電するための充電器（トランス
とＡＣ／ＤＣコンバータ）が不要となり、直流電源専用
コンセント・プラグ３８から直接蓄電池に充電できるよ
うになる。

【００６０】本実施形態における直流電力網ＯＮ，ＯＦ
Ｆは、次の２つの方法によって制御される。第１は、直
接直流電力系統を手動で個々に遮断する直流負荷遮断器
３５である。第２は、コントロールユニット３０に収納
されているコンピュータ（ＣＰＵ）４７からの制御信号
により制御部４８にあるスイッチ４９でパルス発生器５
０からゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）３４にＯ
Ｎ，ＯＦＦ信号をおくり、個々の系統を遮断するものが
ある。

【００６１】コンピュータ４７の電源は、直流電圧変換
器３３から直接接続されており、常に電源は投入された
状態であるが、手動でもＯＮ，ＯＦＦ制御ができるもの
である。これらの遮断回路で安全に系統の遮断ができ
る。さらに、コンピュータ４７からの制御信号により、
燃料電池のＯＮ，ＯＦＦ制御も行うことができる。な
お、コンピュータ４７は、主系統の直流電流計３１，直
流電圧計３２からの電流電圧値，負荷直流電流計３６か
らの電流値，燃料電池２７の運転状況等の時々刻々変化
するデータの収集を実施する。なお、コンピュータ４７
へのアクセスについては、後述する。

【００６２】次に、図１１〜図１５を用いて、本実施形
態による電力供給方法に用いる直流対応電化製品につい
て説明する。最初に、図１１を用いて、本実施形態によ
る電力供給方法に用いる直流対応電化製品におけるコン
セント差込時の無負荷確保回路の構成について説明す
る。図１１は、本発明の一実施形態による電力供給方法
に用いる直流対応電化製品におけるコンセント差込時の
無負荷確保回路の構成を示す回路図である。

【００６３】図１１に示す無負荷確保回路９０は、直流
対応の電化製品において、コンセント差込時の突入電流
によるスパークを防止するためのものであり、コンセン
ト差込時の無負荷を確保する回路である。

【００６４】電化製品等の負荷Ｌの始動時には、手動Ｏ
ＮスイッチＳ１をオンすることにより、リレースイッチ
Ｒ１を動作させ、ゲートターンオフサイリスタＧＴＯの
ＯＮ，ＯＦＦを行うパルス発生器Ｐの電源のＯＮ、ま
た、発生したパルスをゲートターンオフサイリスタＧＴ
Ｏに投入する制御回路に電源を投入する。

【００６５】次に、制御回路のＯＮスイッチＳ３でリレ
ースイッチＲ２を動作させ、リレースイッチＲ２−Ａ２
を動作させ、パルス発生器ＰからのＯＮパルス信号をゲ
ートターンオフサイリスタＧＴＯに出力し、負荷Ｌを動
作状態にする。

【００６６】一方、電化製品の停止時には、上記の始動
手順の逆動作を行う。まず、ゲートターンオフサイリス
タＧＴＯにパルス信号を投入する制御回路のＯＦＦスイ
ッチＳ４でリレースイッチＲ２を停止させ、リレースイ
ッチＲ２−Ｂ１を動作させ、パルス発生器ＰからのＯＦ
Ｆパルス信号をゲートターンオフサイリスタＧＴＯに出
力し、負荷Ｌを停止状態にする。

【００６７】次に、制御電源を手動ＯＦＦスイッチＳ２
でリレースイッチＲ１を停止させる。これによって、停
止状態で無負荷状態が確保でき、コンセント差込時の突
入電流によるスパークを防止できる。

【００６８】次に、図１２〜図１５を用いて、本実施形
態による電力供給方法に用いる直流対応電化製品のコン
セントとプラグの構成について説明する。図１２は、本
発明の一実施形態による電力供給方法に用いる直流対応
電化製品のコンセントとプラグの構成を示す斜視図であ
る。図１３は、本発明の一実施形態による電力供給方法
に用いる直流対応電化製品のプラグの構成を示す断面図
である。図１４は、本発明の一実施形態による電力供給
方法に用いる直流対応電化製品のコンセントの構成を示
す図１２のＢ−Ｂ矢視図である。図１５は、本発明の一
実施形態による電力供給方法に用いる直流対応電化製品
のコンセントの構成を示す図１２のＡ−Ａ矢視図であ
る。

【００６９】図１２〜図１５に示すコンセント５１及び
プラグ６１は、直流対応の電化製品において、コンセン
トを抜く時の遮断電流によるアークを防止するためのも
のである。

【００７０】図１２に示すように、コンセント５１に
は、入力電線５２が接続されている。入力電線５２は、
図１５に示す凹型導電性金具５４に接続されている。凹
型導電性金具５４には、図１３に示すプラグ接続端子５
３が挿入される。凹型導電性金具５４は、図１５に示す
ように、その周囲の絶縁材５５と一体形成されている。
また、コンセント５１は、図１２に示すように、穴開き
絶縁板５７と一体構成されている。穴開き絶縁板５７
は、図１４に示すように、中心を軸として、矢印５６の
方向に３０°右回転する構成となっている。

【００７１】図１２に示すように、穴開き絶縁板５７に
は、回転範囲を固定する爪５８が設けられている。爪５
８は、絶縁材５５の外壁に設置してある２つのストッパ
ー５９間を移動可能である。通常は、外的力を加えない
かぎり、内部に取付けたスプリングにより、図１４に示
す位置に保持されている。図１４と図１５を比較すると
理解されるように、穴開き絶縁板５７の穴６０位置は、
その内側にある凹型導電性金具５４位置とは３０°ずれ
ている。したがって、穴開き絶縁板５７が通常位置にあ
る時は、内部の凹型導電性金具５４は見えない状態とな
っているので、感電の保護対策となる。

【００７２】プラグ６１は、図１３に示すように、絶縁
材６２に固定されたプラグ接続端子５３を備えている。
プラグ接続端子５３には、図１５に示したコンセント５
１の凹型導電性金具５４に挿入され、導通状態を形成す
る。絶縁材６２及びプラグ接続端子５３の外周は、全体
的に絶縁材で覆われている。プラグ６１の端子数は、ア
ース端子を含み全部で７端子である。

【００７３】コンセント５１とプラグ６１の接続は、ま
ずプラグ６１の外壁の切込み６３とコンセント５１の穴
開き絶縁板５７の外壁に取付けてある金具６４とを合わ
せて差込み、その後３０°右側に回転し、再度奥へ差込
むことで、コンセントとプラグの差込み接続が完了す
る。

【００７４】なお、図１２では、負荷に供給する電源電
圧として＋６Ｖ〜＋２００Ｖまでの６種類について示し
たが、通常プラグ６１には電化製品の負荷電力電圧とそ
の負荷を制御する制御電圧の２種類程度の電圧を有する
ものである。

【００７５】以上説明したような構造とすることで、万
が一負荷への導通状態でプラグを外しても、コンセント
５１にある穴開き絶縁板５７は内部に保有するスプリン
グで左回転して、図１４に示した通常位置に戻り、コン
セント５１内の凹型導電性金具５４とプラグ６１のプラ
グ接続端子５３との間に割り込むので、絶縁状態が形成
され、安全が確保される。これによって、直流電源を安
全に使用することができる。

【００７６】次に、図１を用いて、本実施形態による電
力供給方法に用いる直流電力網を用いた通信システムに
ついて説明する。

【００７７】本実施形態の通信システムにおいて、一般
家庭及びビル等における通信端末は、テレビ４５，パソ
コン４６である。通信端末には、動力線で搬送される通
信信号を分別すると共に信号の入出力を行う信号分別入
出力器６５がインターフェースとして設置されている。
テレビ４５，パソコン４６からの通信信号は、信号分別
入出力器６５を介して搬送される。搬送される通信信号
は、負荷電力のＯＮ，ＯＦＦ制御を行うゲートターンオ
フサイリスタ（ＧＴＯ）３４を迂回し、パルスアイソレ
ータ６６を介して直流電圧変換器３３の上流側に搬送さ
れ、さらに電柱に設置される変圧器２１を迂回し、パル
スアイソレータ６６を介して直流電力供給会社１内の直
流電力網の最上流部に搬送される。直流電力網の最上流
部に搬送された通信信号は、信号分別入出力器６５を介
して大容量光ファイバー６７との接続をするターミナル
６８に送られる。

【００７８】このようなシステム構成とすることで、直
流電力網の利点であるノイズに強く、使用周波数帯を広
くできること、さらに、大容量光ファイバー６７と接続
することで外部ネットワークとの高速通信を行うことが
できる。また、通信信号は、入出力制御器２２を迂回
し、パルスアイソレータ６６を介して他地域直流電力会
社２４に搬送され、直流電力網搬送通信ネットワークを
形成する。これによって、各地域の直流電力供給会社及
び直流分散電源を有する他者とのネットワークを構築で
きる。

【００７９】次に、図１を用いて、本実施形態による電
力供給方法における一般家庭およびビル内での負荷制御
と監視システムについて説明する。

【００８０】コントロールユニット３０の内部には、負
荷Ｌに電力を供給するのに必要な各機器、それらを制御
する制御回路、各電力系の各種情報，分散電源の運転状
況等のデータを収集し、負荷電力及び分散電源へ制御信
号を送信するコンピュータ（ＣＰＵ）４７が収納されて
いる。これらコントロールユニット３０内に収納された
全体を、ここでは、負荷制御・監視システムと称す。コ
ンピュータ（ＣＰＵ）４７は、信号分別入出力器６５を
介して直流電力網に接続されており、通信ネットワーク
上からアクセスができる。すなわち、外部の携帯電話６
９からインターネットを経由してアドレスを所有してい
るコンピュータ（ＣＰＵ）４７にアクセスして、家庭内
及びビル内の電力使用状況，分散電源の運転状況等の把
握ができ、さらに、個々の部署への電力供給、分散電源
の運転制御、お風呂への給湯指示ができる。一般家庭お
よびビル内においては、テレビ４５及びパソコン４６か
らコンピュータ（ＣＰＵ）４７にアクセスでき、上記同
様なことができる。さらに、直流電力網の最上流に位置
する直流電力供給会社１にあるコンピュター７０からも
コンピュータ（ＣＰＵ）４７にアクセスでき、電力の使
用状況、分散電源の発電量を把握することができる。ま
た、一般家庭のテレビ４５及びパソコン４６から直流電
力供給会社１のコンピュター７０にアクセスでき電力供
給等の情報の共有化を図ることができる。

【００８１】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、分散電源の１つとして燃料電池を使用することで、
化石燃料の高効率利用ができ、さらに太陽電池，風力発
電を使用することで、大気へのＣＯ２排出を極力抑える
ことができ、さらに、自然エネルギーを利用する無公害
分散電源の普及促進効果がある。

【００８２】また、電力系統を直流とし、家庭及びビル
等内の電圧を多種とし、使用する電化製品を直流対応と
することで、電化製品で使用しているトランス（変圧
器）、ＡＣ／ＤＣコンバータが不要となるばかりか、そ
れらで発生していた電力損失を回避でき、省エネが促進
されている。

【００８３】さらに、分散電源で家庭及びビル等の全負
荷を出来るだけ分散電源で賄うシステム構成としたこと
により、商用電力系への依存度を低下させることがで
き、商用電力系統の電力を供給する火力発電所等の排出
ガスに含まれるＣＯ２を削減できる。さらに、商用電力
系統からの買電及び商用電力系統への売電が少ないこと
から、商用電力系統の不安定現象を引き起こすことはな
いものである。

【００８４】また、通信信号を直流電力系統で搬送し、
最上流の直流電力供給会社内に設置したターミナルを経
由して高速光ケーブル網に接続されることから、情報転
送速度の高速化を図ることができる。さらに、直流電力
系統で搬送することでノイズに強く、周波数帯も低周波
から高周波まで広く使用できることから、大容量情報の
高速での送信が可能となる。また、インターネット端末
（パソコン等）の電源を接続するだけでインターネット
回線が接続されることから、煩わしい配線が不要となり
使い勝手が良くなる。

【００８５】

【発明の効果】本発明によれば、給電効率を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による電力給電方法を用い
る直流電力網の構成を示すブロック図である。

【図２】晴天時における太陽電池の発電特性図である。

【図３】曇天時における太陽電池の発電特性図である。

【図４】本発明の一実施形態による電力供給方法におけ
る太陽電池と蓄電池の運用例の説明図である。

【図５】大容量風力発電を１台設置した場合の発電出力
の特性図である。

【図６】本発明の一実施形態による電力供給方法におけ
る複数の小規模風力発電を場所を変えて設置した場合の
発電出力の特性図である。

【図７】本発明の一実施形態による電力供給方法に用い
るフライホイール付風力発電装置の構成図である。

【図８】本発明の一実施形態による電力供給方法におけ
るフライホイール付風力発電装置を用いた場合の発電出
力の特性図である。

【図９】本発明の一実施形態による電力供給方法におけ
る燃料電池の排熱利用の説明図である。

【図１０】本発明の一実施形態による電力供給方法にお
ける太陽電池と燃料電池の複合システムにおける夏期電
力収支の説明図である。

【図１１】本発明の一実施形態による電力供給方法に用
いる直流対応電化製品におけるコンセント差込時の無負
荷確保回路の構成を示す回路図である。

【図１２】本発明の一実施形態による電力供給方法に用
いる直流対応電化製品のコンセントとプラグの構成を示
す斜視図である。

【図１３】本発明の一実施形態による電力供給方法に用
いる直流対応電化製品のプラグの構成を示す断面図であ
る。

【図１４】本発明の一実施形態による電力供給方法に用
いる直流対応電化製品のコンセントの構成を示す図１２
のＢ−Ｂ矢視図である。

【図１５】本発明の一実施形態による電力供給方法に用
いる直流対応電化製品のコンセントの構成を示す図１２
のＡ−Ａ矢視図である。

【符号の説明】

１…直流電力供給会社２…商用交流電力３…交流電力計４…交流電力入出力制御器５…ＡＣ／ＤＣコンバータ６…直流電力系統７…風力発電８…太陽電池発電９，１１…逆流防止ダイオード１０…出力制御器１２…充放電制御器１３…蓄電池１４…風車１５…回転軸１６…増速器１７…発電機１８…ウオーム歯車１９…フライホイール２０…電磁クラッチ２１…変圧器２２…入出力制御器２３…直流電力計２４…他地域直流電力会社２５…直流電力計２６…太陽電池２７…燃料電池２８…温水タンク２９…出力制御器３０…コントロールユニット３１…直流電流計３２…直流電圧計３３…直流電圧変換器３４…ゲートターンオフサイリスタ３５…直流負荷遮断器３６…直流電流計３７…空調機，冷蔵庫等３８…直流電源専用コンセント・プラグ３９…ＤＣ／ＡＣインバータ４０…モータ負荷４１…制御回路部４２…電気ポット等４３…サイリスター４４…ヒータ等４５…テレビ４６…パソコン４７…コンピュータ４８…制御部５０…パルス発生器５１…コンセント５２…入力電線５３…プラグ接続端子５４…凹型導電性金具５７…穴開き絶縁板６１…プラグ６５…信号分別入出力器６６…パルスアイソレータ６７…大容量光ファイバー６８…ターミナル６９…携帯電話７０…コンピュター８０…クラッチ制御器９０…無負荷確保回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流分散電源と、交流商用電力を直流に変
換するＡＣ／ＤＣコンバータとを有する直流電力供給源
を備え、上記直流分散電源からの直流電力若しくは、上記ＡＣ／
ＤＣコンバータによって変換された直流電力を、上記直
流電力供給源の下流に設けた直流電力供給網によって接
続された一般家庭やビル等の民間施設に直流電力を供給
する電力給電方法。
【請求項２】直流分散電源と、交流商用電力を直流に変
換するＡＣ／ＤＣコンバータとを有する直流電力供給源
を備え、上記直流分散電源からの直流電力若しくは、上記ＡＣ／
ＤＣコンバータによって変換された直流電力を、上記直
流電力供給源の下流に設けた直流電力供給網によって接
続された一般家庭やビル等の民間施設に直流電力を供給
することを特徴とする電力給電装置。
【請求項３】請求項２記載の電力給電装置において、上記直流分散電源は、大型太陽電池及び風力発電である
ことを特徴とする電力給電装置。
【請求項４】請求項３記載の電力給電装置において、上記風力発電は、複数の風力発電から構成され、これらの複数の風力発電は、風力条件の異なる場所に設
置されていることを特徴とする電力給電装置。
【請求項５】請求項３記載の電力給電装置において、上記風力発電は、風力によって発生した動力エネルギー
を蓄積するフライホイールと、このフライホールへの動力伝達・遮断を制御する制御手
段とを備え、上記制御手段は、風力によって発生したエネルギーに応
じて、上記フライホイールに動力エネルギーを蓄積し、
また、蓄積された動力エネルギーを放出するように制御
することを特徴とする電力給電装置。
【請求項６】請求項２記載の電力給電装置において、上記直流分散電源で発電された電力を蓄電する蓄電池
と、この蓄電池への充電若しくは、この蓄電池からの放電を
制御する充放電制御器を備えたことを特徴とする電力給
電装置。
【請求項７】一般家庭やビル等の民間施設に設けられた
直流分散電源と、この直流分散電源によって発電された
直流電力の負荷への供給を制御するコントロールユニッ
トを備え、上記コントロールユニットを用いて、上記直流分散電源
からの直流電力若しくは、上流側に接続された直流電力
供給源から供給される直流電力を、一般家庭やビル等の
民間施設の直流電源対応の上記負荷に供給することを特
徴とする電力給電方法。
【請求項８】請求項７記載の電力給電方法において、上記負荷における電力不足時には、上記直流電力供給源
から買電し、電力余剰時には、上記直流電力供給源に売
電することを特徴とする電力給電方法。
【請求項９】一般家庭やビル等の民間施設に設けられた
直流分散電源と、この直流分散電源によって発電された
直流電力の負荷への供給を制御するコントロールユニッ
トを備え、上記コントロールユニットは、上記直流分散電源からの
直流電力若しくは、上流側に接続された直流電力供給源
から供給される直流電力を、一般家庭やビル等の民間施
設に設けられた直流電源対応の上記負荷に供給すること
を特徴とする電力給電装置。
【請求項１０】請求項９記載の電力給電装置において、上記直流分散電源は、太陽電池及び燃料電池であること
を特徴とする電力給電装置。
【請求項１１】請求項１０記載の電力給電装置におい
て、上記燃料電池の出力は、一般家庭やビル等の民間施設の
熱負荷に応じて設定することを特徴とする電力給電装
置。
【請求項１２】請求項１０記載の電力給電装置におい
て、上記燃料電池の排熱により、ビルの冷暖房や一般家庭の
給湯のエネルギーをまかなうことを特徴とする電力給電
装置。
【請求項１３】請求項９記載の電力給電装置において、上記コントロールユニットは、上記直流分散電源からの
直流電力若しくは、上流側に接続された直流電力供給源
から供給される直流電力を、上記負荷に応じた複数の電
圧に変換する直流電圧変換器を備えたことを特徴とする
電力給電装置。
【請求項１４】請求項１３記載の電力給電装置におい
て、上記負荷に給電するコンセント・プラグは、感電防止保
護カバー付多種電圧１体型とし、コンセント・プラグで直結する負荷の入力回路にはコン
セント差込時の無負荷状態を確保できる保護回路を備え
たことを特徴とする電力給電装置。
【請求項１５】直流分散電源と、交流商用電力を直流に
変換するＡＣ／ＤＣコンバータとを有する直流電力供給
源と、一般家庭やビル等の民間施設に設けられた直流分
散電源と、この直流分散電源によって発電された直流電
力の負荷への供給を制御するコントロールユニットを備
え、上記直流分散電源からの直流電力若しくは、上記ＡＣ／
ＤＣコンバータによって変換された直流電力を、上記直
流電力供給源の下流に設けた直流電力供給網によって接
続された一般家庭やビル等の民間施設に直流電力を供給
し、上記コントロールユニットを用いて、上記直流分散電源
からの直流電力若しくは、上流側に接続された直流電力
供給源から供給される直流電力を、一般家庭やビル等の
民間施設の直流電源対応の上記負荷に供給することを特
徴とする電力給電方法。
【請求項１６】請求項１５記載の電力給電方法におい
て、上記直流電力網を用いて、通信信号を搬送し、通信ネッ
トワーク網を構成することを特徴とする電力給電方法。
【請求項１７】直流分散電源と、交流商用電力を直流に
変換するＡＣ／ＤＣコンバータとを有する直流電力供給
源を複数個備え、上記直流分散電源からの直流電力若しくは、上記ＡＣ／
ＤＣコンバータによって変換された直流電力を、上記直
流電力供給源の下流に設けた直流電力供給網によって接
続された一般家庭やビル等の民間施設に直流電力を供給
するとともに、上記複数個の直流電力供給源間で、電力の供給を補間す
ることを特徴とする電力給電方法。