JP2008219979A - 電力供給システムおよび電力供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電ユニットによって発電した電力を有効利用できる電力供給システムを提供する。
【解決手段】電力供給システム１０は、それぞれが発電能力を有する複数の発電ユニット１１ａ〜１１ｄから、２つの負荷ＡおよびＢに対して電力を供給する。電力供給システム１０は、負荷Ａ，Ｂのそれぞれの消費電力を検出する消費電力検出装置１６と、消費電力装置１６の検出した消費電力に応じて、それぞれの負荷に応じた電力を供給するよう、発電ユニット１１ａ〜１１ｄを作動させる制御部１５とを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力供給システムおよび電力供給方法に関し、特に、発電ユニットによって発電された電力を有効利用できる電力供給システムおよび電力供給システムに関する。

従来の電力供給システムが、たとえば、特開２００６−１７９６０５公報（特許文献１）や、特開２００６−１４９０３７号公報（特許文献２）に開示されている。特許文献１は、上下水処理施設における沈殿池等の移動式覆蓋上に設置された太陽電池モジュールを複数直列に接続して所定の容量を発電できる複数の太陽電池アレイと、太陽電池アレイによって発電した直流電力を送電するケーブルと、直流送電ラインを具備する直流電力系統と、直流電力系統からの直流電力を交流電力に変換するインバータとを備えた太陽光発電設備において、複数の太陽電池アレイを選択的に直流電力系統から切離すコネクタおよび切断器を開示している。また、この公報においては、余剰電力を商用系統に売電することを考慮している。

一方、特許文献２によれば、蓄電池への充電時はコンバータとして、放電時はインバータとして機能する双方向電力変換器と、商用電力と双方向電力変換器と負荷との間に設けられて電力の選択を行う電力選択手段と、その電力選択手段の制御を行う制御手段と、太陽光発電装置を有し、夜間料金適用時間帯は商用電力から蓄電池に充電を行うとともに負荷に電力を供給し、デイタイムは、負荷の消費電力に応じて蓄電池からのみの電力供給を行うとともに太陽光発電装置の余剰電力を商用電力側に逆潮流させ、負荷の消費電力が所定の値以上のときは、その値までは蓄電池から電力供給し、不足分は商用電原や太陽光発電装置から電力供給する電力貯蔵システムを開示している。
特開２００６−１７９６０５公報（要約） 特開２００６−１４９０３７号公報（要約）

従来の電力供給システムは上記のように構成されていた。特許文献１や２においては、余剰電力を商用電力側に逆潮流して電力の融通を行っているが、このような方法では、電力を送電することによって、送電に対する電力ロスが発生するとともに、電力を送電するために経由する機器の電力も必要となるという問題があった。

この発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、太陽光発電ユニットのような、それぞれが発電能力を有する発電ユニットによって発電した電力を有効利用できる電力供給システムおよび電力供給方法を提供することを目的とする。

この発明に係る、電力供給システムは、それぞれが発電能力を有する複数の発電ユニットから、複数の負荷に対して電力を供給する。電力供給システムは、複数の負荷のそれぞれの消費電力を検出する消費電力検出手段と、消費電力検出手段の検出した消費電力に基づいて、それぞれの負荷に応じた電力を供給するよう、発電ユニットを作動させる制御手段と含む。

複数の負荷のそれぞれの消費電力を検出し、検出した消費電力に応じて、それぞれの負荷に応じた電力を供給するよう、複数の発電ユニットを作動させるため、それぞれの負荷において、余剰電力は生じず、発電ユニットで発電した電力が無駄になることはない。

その結果、発電ユニットによって発電した電力を有効利用できる電力供給システムを提供できる。

好ましくは、制御手段は、消費電力検出手段の検出した複数の負荷の消費電力比率を演算する演算手段を含み、演算手段の演算した比率になるように、発電ユニットを制御する。

さらに好ましくは、複数の負荷のいずれかに電力を供給する複数の電力供給線を含み、複数の発電ユニットの各々で発電された電力を、複数の電力供給線のいずれかに選択的に接続するための選択スイッチを含み、制御手段は、選択スイッチを切換えることによって、複数の発電ユニットを複数の負荷に応じた電力を供給する。

この発明の一つの実施の形態においては、蓄電装置をさらに含み、発電ユニットによって発電された電力量が負荷の消費電力を超えたときは、制御手段は、消費電力を超えた発電量を蓄電装置に蓄電する。

この発明の一つの実施の形態においては、発電ユニットは、太陽光発電ユニットである。なお、発電ユニットは、風力発電用の風車であってもよいし、コージェネ（コージェネレーションシステム）であってもよい。

また、複数の負荷は、外部からの商用電源を受ける受電装置を含んでもよいし、外部の商用電源に売電するための売電装置を含んでもよい。

この発明の他の実施の形態においては、電力供給システムは複数設けられ、それぞれの電力供給システムは相互に接続される。

この発明の他の局面においては、電力供給方法は、それぞれが発電能力を有する複数の発電ユニットから、複数の負荷に対して電力を供給する電力供給方法である。電力供給方法は、複数の負荷のそれぞれの消費電力を検出するステップと、検出した消費電力に基づいて、それぞれの負荷に応じた電力を供給するよう、発電ユニットを作動させるステップと含む。

以下、この発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、太陽光発電ユニットを用いてこの発明に係る電力供給システムを構成した場合の、電力供給システムの基本動作を説明するための図である。図１を参照して、電力供給システム１０は、それぞれが発電能力を有する、複数の太陽光発電ユニット１１ａ〜１１ｄと、太陽光発電ユニット１１ａ〜１１ｄから電力が供給される複数の負荷ＡおよびＢと、負荷ＡおよびＢに電力を供給する電力供給線１３ａ，１３ｂと、太陽光発電ユニット１１ａ〜１１ｄから電力供給線１３ａ，１３ｂのいずれに供給するかを選択するための切換スイッチ１２ａ〜１２ｄと、複数の負荷ＡおよびＢの消費電力を検出するための負荷検出装置（消費電力検出手段）１６と、負荷検出装置１６が検出した負荷ＡおよびＢの負荷に応じて、切換スイッチ１２ａ〜１２ｄを切換える制御部（制御手段）１５と、太陽光発電ユニット１１ａ〜１１ｄが発電した電力が負荷ＡおよびＢを超えたときに、余剰電力を蓄える蓄電装置として作動するキャパシタ１４とを含む。なお、ここでは、太陽光発電ユニット１１は４個設けられ、負荷は２個の場合について説明する。負荷検出装置１６は、負荷の検出が可能であれば、電力積算計等の任意の計器等を用いてもよい。制御部１５は、ＣＰＵを有し、負荷検出装置１６からの負荷に応じて、切換スイッチ１２ａ〜１２ｄを切換るための信号を出力できれば、任意の装置を使用できる。

図２は、図１に示した電力供給システムにおける制御部１５の動作を示すフローチャートである。

図２を参照して、制御部１５は、所定のタイミングか否かを検出する（ステップＳ１１、以下、ステップを省略する）。ここで所定のタイミングとは、太陽光発電ユニット１１ａから１１ｄが作動していない、たとえば、夜間の予め定められた時刻でもよい。所定のタイミングであると判断すると、負荷検出装置１６で、複数の負荷Ａおよび負荷Ｂのそれぞれの負荷を検出し（Ｓ１２）、負荷の割合を算出する。

次に、負荷の割合に応じて、負荷Ａ、および負荷Ｂに接続する太陽光発電ユニットを決定し（Ｓ１３）、そのように接続されるよう、切換スイッチ１２ａ〜１２ｄの接続を切換る。たとえば、負荷ＡとＢとの比率が等しいときは、４つの太陽光発電ユニット１１ａ〜１１ｄを、２基づつそれぞれの負荷に割り当てるように切換スイッチ１２ａ〜１２ｄを制御する。負荷Ａの方がＢより大きいと判断したときは、制御部１５は、４つの太陽光発電ユニット１１ａ〜１１ｄを負荷Ａに３基、負荷Ｂに１基割り当てる。負荷Ｂの方がＡより大きいと判断したときは、４つの太陽光発電ユニット１１ａ〜１１ｄを負荷Ｂに３基、負荷Ａに１基割り当てる。

なお、このようにして割り当てても、必ずしも、負荷と供給電力とが一致するとは限らないため、余剰電力が発生した場合はキャパシタ１４で蓄電するか、図示のない売電装置を用いて外部へ売電するようにしてもよい。また、発電能力が不足する場合のために、外部から商用電力を受ける受電装置（図示なし）を設けてもよい。

なお、ここでいう「売電」は、太陽光発電等の発電設備をもつ一般企業や一般家庭等が余剰電力を電力会社に売ることを指す。

以上のように、この発明に係る電力供給システムにおいては、それぞれが発電能力を有する複数の発電ユニット１１ａ〜１１ｄから、複数の異なる負荷に対して電力を供給する。電力供給システムは、複数の負荷のそれぞれの消費電力を検出する消費電力検出装置１６と、負荷検出装置１６の検出した消費電力に応じて、それぞれの負荷に応じた電力を供給するよう、発電ユニット１１ａ〜１１ｄを作動させる制御部１５と含む。

複数の負荷のそれぞれの消費電力を検出し、検出した消費電力に応じて、それぞれの負荷に応じた電力を供給するよう、複数の発電ユニット１１ａ〜１１ｄを作動させるため、それぞれの負荷において、余剰電力は生じず、発電ユニット１１ａ〜１１ｄで発電した電力が無駄になることはない。

その結果、発電ユニット１１ａ〜１１ｄによって発電した電力を有効利用できる電力供給システムを提供できる。

なお、上記実施の形態では、切換スイッチ１２を切換える所定のタイミングを、特定の時刻である場合について説明したが、これに限らず、負荷の変動を負荷検出装置１６で検出し、負荷の比率が変動したときに、リアルタイムで自動的に切換スイッチ１２を切換えるようにしてもよい。

次に、具体的な応用例について説明する。図３は、ある事業所に、この発明の一実施の形態に係る電力供給システムを適用した場合の電力系統の全体構成を示すブロック図であり、図４はデータ系統の全体構成を示すブロック図である。まず、図３を参照して電力系統について説明する。事業所１００には、Ａ棟とＢ棟の２棟の建物が存在し、それぞれに電灯をはじめとする電気機器等の負荷が存在する。Ａ棟の上には、それぞれが、１２．５ｋＷの出力を有する太陽光発電ユニット２０が８基設けられており、合計で１００ｋＷの出力が可能である。

それぞれの建物には、建物内の消費電力を管理する電力クラスタ２２ａ，２２ｂが設けられている。電力クラスタ２２ａ，２２ｂは、太陽光発電ユニット２０によって発電された直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ（Power Conditioner）３１ａ〜３３ａ、３１ｂ〜３３ｂと、余剰電力を蓄えるキャパシタ３５ａ，３５ｂとを監視している。パワーコンディショナ３１ａ〜３３ａ，３１ｂ〜３３ｂには、それぞれに、照明器具や、電気機器等の負荷４１ａ〜４３ｂが接続されており、それぞれの負荷を電力クラスタ２２ａ，２２ｂで検出する。

太陽光発電ユニット２０と電力クラスタ２２ａ、２２ｂとの間には、図１に示した切換スイッチ１２と同様の動作を行う切換スイッチ２１が設けられている。

なお、ここでは、外部からの商用電源が電力クラスタ２２ａに接続されている。電力クラスタ２２ａは、必要に応じてこの商用電源からの電力供給を受ける。また電力クラスタ２２ａ，２２ｂ間で電力の送電を行っている。

次にデータ系統について図４を参照して説明する。事業所１００内の電力の供給データおよび消費データは、電力供給システム全体を制御する電力監視サーバ２３で監視されている。すなわち、太陽光発電ユニット２０を切換える切換スイッチ２１、電力クラスタ２２ａ，２２ｂ、パワーコンディショナ３１ａ〜３３ｃ等の機器は、電力監視サーバ２３に接続され、それぞれからのデータが電力監視サーバ２３に供給される。

なお、太陽光発電ユニット２０による発電量は、電力クラスタ２２ａ，２２ｂに流れる電流と電圧とから電力クラスタ２２ａ，２２ｂによって計算され、電力監視サーバ２３へ送信される。また、キャパシタ３５ａ，３５ｂに蓄電されている電力量は、電力クラスタ２２ａ，２２ｂで計測した電圧値から計算し、電力監視サーバ２３へ送信する。

電力監視サーバ２３は、電力クラスタ２１ａ，２１ｂが検出した各建物の負荷を検出し、その消費電力比率を演算し、その比率になるように、切換スイッチ２１を制御する。

なお、この実施の形態では、太陽光発電ユニットが８基設けられているが、太陽光発電ユニットの数は４基や８基に限らず、２基以上であれば何基でもよい。太陽光発電ユニットの数が多いほど、よりきめのこまかい詳細な制御が可能になる。

次に、図４で示した電力供給システムのデータ通信系のシステムの構成のさらなる具体例について説明する。図５は、図４で示した電力供給システムのデータ系のシステムの構成を示すブロック図である。図５を参照して、電力供給システム全体を制御する電力監視サーバ２３は、電力監視用システム専用のＬＡＮ５２、および、一般の従業員等がアクセス可能なウエブに接続された社内ＬＡＮ５１にも接続されている。このように、電力監視サーバ２３を接続することによって、電力の状態を事業所内における任意の人が閲覧でき、電力供給の実態を誰もが認識可能になる。

次に、他の実施の形態について説明する。上記実施の形態においては、同一敷地内にある複数の建物に設けられた複数の負荷に、発電ユニットとして、太陽光発電ユニットから電力を供給する電力供給システムを適用した場合について説明したが、この発明は、これに限らず、一定の領域内にある、複数の発電ユニットから、複数の負荷へ電力を供給する場合についても適用できる。そのような例を図６に示す。

図６は、３つの地区６０,７０,８０のそれぞれに電力供給システムを設け、それぞれの地区間で電力の融通ができるようにした場合のブロック図である。たとえば、地区７０には、発電ユニットとして、それぞれ複数の太陽光発電ユニット７１、風力発電用風車７２、コージェネ発電ユニット７３が設けられ、それらを、その地域の複数の家庭７４が負荷として消費する場合の例を示す図である。

地域７０には、地域全体の電力を監視する電力クラスタ７５が設けられ、電力クラスタ７５が、複数の太陽光発電ユニット７１、風力発電用風車７２、コージェネ発電ユニット７３からの発電量、および、各家庭の負荷７４を検出して、それぞれの発電ユニット７１，７２，７３を負荷にあわせるように制御する。なお、余剰電力は、キャパシタ７６に蓄電可能である。この場合、地域としては、市町村のある限られた地域であってもよいし、市町村全体であってもよい。

なお、上記実施の形態においては、発電ユニットとして、太陽光発電ユニット、風力発電用風車、コージェネ発電ユニットを例に上げて説明したが、これに限らず、任意の発電ユニットを用いても良い。

また、上記実施の形態では、負荷を事業所や家庭の場合について説明したが、これに限らず、工場等の任意の電力消費設備であってもよい。

以上のように、この発明によれば、負荷にあわせた電力量を供給できるため、エネルギーの最大利用が可能である。また、自然エネルギーに限った場合には、自然エネルギーが最大利用できる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明の基本動作を説明するための図である。 電力供給システムにおける制御部の動作を示すフローチャートである。 ある事業所にこの発明の一実施の形態を適用した場合の電力系統の具体的な構成例を示すブロック図である。 ある事業所にこの発明の一実施の形態を適用した場合のデータ系統の具体的な構成例を示すブロック図である。 図４で示した電力供給システムのデータ系統における通信系のシステムの構成を示すブロック図である。 ３つの地区のそれぞれに電力供給システムを設け、それぞれの地区間で電力の融通ができるようにした場合のブロック図である。

符号の説明

１０ 電力供給システム、１１、２０ 太陽光発電ユニット、１２，２１ 切換スイッチ、１３ 電力供給線、１４ キャパシタ、１５ 制御部、１６ 負荷検出装置、２２ 電力クラスタ、２３ 電力監視サーバ。

Claims (11)

1. それぞれが発電能力を有する複数の発電ユニットから、複数の負荷に対して電力を供給する電力供給システムであって、
   前記複数の負荷のそれぞれの消費電力を検出する消費電力検出手段と、
   前記消費電力検出手段の検出した消費電力に基づいて、前記それぞれの負荷に応じた電力を供給するよう、前記発電ユニットを作動させる制御手段と含む、電力供給システム。
2. 前記制御手段は、前記消費電力検出手段の検出した前記複数の負荷の消費電力比率を演算する演算手段を含み、前記演算手段の演算した比率になるように、前記発電ユニットを制御する、請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記複数の負荷のいずれかに電力を供給する複数の電力供給線を含み、
   前記複数の発電ユニットの各々で発電された電力を、前記複数の電力供給線のいずれかに選択的に接続するための選択スイッチを含み、
   前記制御手段は、前記選択スイッチを切換えることによって、前記複数の発電ユニットを前記複数の負荷に応じた電力を供給する、請求項１または２に記載の電力供給システム。
4. 蓄電装置をさらに含み、
   前記発電ユニットによって発電された電力量が前記負荷の消費電力を超えたときは、前記制御手段は、前記消費電力を超えた発電量を前記蓄電装置に蓄電する、請求項１から３のいずれかに記載の電力供給システム。
5. 前記発電ユニットは、太陽光発電ユニットである、請求項１から４のいずれかに記載の電力供給システム。
6. 前記発電ユニットは、風力発電用の風車である、請求項１から４のいずれかに記載の電力供給システム。
7. 前記発電ユニットは、コージェネ発電ユニットである、請求項１から４のいずれかに記載の電力供給システム。
8. 前記複数の負荷は、外部からの商用電源を受ける受電装置を含む、請求項１から７のいずれかに記載の電力供給システム。
9. 外部の商用電源に売電するための売電装置を含む、請求項１から８のいずれかに記載の電力供給システム。
10. 当該電力供給システムは複数設けられ、それぞれの電力供給システムは相互に接続される、請求項１から９のいずれかに記載の電力供給システム。
11. それぞれが発電能力を有する複数の発電ユニットから、複数の負荷に対して電力を供給する電力供給方法であって、
    複数の負荷のそれぞれの消費電力を検出するステップと、
    検出した消費電力に基づいて、それぞれの負荷に応じた電力を供給するよう、発電ユニットを作動させるステップと含む、電力供給方法。
    

Images