JP2010041758A

JP2010041758A - 配電システム

Info

Publication number: JP2010041758A
Application number: JP2008198797A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Koshin; 博昭小新; Takuya Kagawa; 卓也香川
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2028-07-31
Also published as: JP4412413B1; WO2010013731A1

Abstract

【課題】交流電力と直流電力を効率よく配電することができる配電システムを提供する。
【解決手段】交流負荷には従来と同様に交流用分電盤２を経由して系統ＡＣから供給される交流電力若しくはインバータ４から出力される交流電力を配電し、直流負荷には直流用分電盤３を経由して太陽電池モジュール１Ａから出力される直流電力を配電する。故に、インバータ４から出力される交流電力を直流電力に変換して配電する場合と比較して直流電力を効率よく配電することができる。しかも、第１の集電部５１と第２の集電部５２を一つの箱体５０に収納して中継端子箱５を構成しているため、第１の集電部５１と第２の集電部５２を別々の箱体に収納して交流用と直流用で別々の中継端子箱を設置する場合と比較して、施工作業やメンテナンス作業を簡素化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物に交流電力並びに直流電力を配電する配電システムに関するものである。

従来、建物に交流電力並びに直流電力を配電する配電システムとして特許文献１に記載されているものがあった。この従来システムは、分電盤と交流電源用コンセントを有し、交流電源用コンセントに直流出力電源端子が設けられ、分電盤内に変圧器と整流器が配設されて構成されており、変圧器によって１００ボルト又は２００ボルトの交流電圧を６ボルト、３ボルト、１．５ボルトの３種類の交流電圧に変換した後、これらの交流電圧を整流器で整流することによって６ボルト、３ボルト、１．５ボルトの３種類の直流電圧を得るとともに、分電盤内で作成したこれら３種類の直流電圧を直流出力電源端子へ配電している。

一方、地球環境保護の観点から、住宅に自家発電用として太陽電池を設置し、太陽電池の直流出力を交流電力に電力変換して商用電源（交流の電力系統）と系統連系運転を行う太陽光発電システムが普及しつつある。このような太陽光発電システムは、例えば太陽電池より出力される直流電力をインバータを用いて交流電力に電力変換する分散電源を設け、分散電源と商用電源との送電系統を連絡して系統連系を行っている。ここで、太陽電池は住宅の屋根などに設置され、太陽電池とインバータとは中継端子箱（「接続箱」とも呼ばれる。）内で電気的に接続される。尚、中継端子箱とは、複数のストリング出力側と負荷側とを端子にて中継し、必要に応じて逆流防止素子，直流開閉器などを収納した密閉箱である（ＪＩＳＣ８９６０参照）。
実開平４−１２８０２４号公報

ところで、特許文献１に記載されている配電システムを太陽光発電システムと組み合わせた場合、太陽電池から出力される直流電力をインバータで交流電力に変換した後、再度交流電力から直流電力に変換することになるために変換による損失が増えてしまうという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、交流電力と直流電力を効率よく配電することができる配電システムを提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、複数の太陽電池モジュールと、各太陽電池モジュールから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、交流の電力系統から供給される交流電力並びにインバータから出力される交流電力を分岐し複数の分岐ブレーカを介して配電する交流用分電盤と、太陽電池モジュールから出力される直流電力を１乃至複数の負荷に配電する配電路と、複数の太陽電池モジュールと交流用分電盤並びに配電路との間に設けられる中継端子箱とを備え、中継端子箱は、１乃至複数の太陽電池モジュールが属する第１グループを集電して交流用分電盤に中継する第１の集電部と、複数の太陽電池モジュールのうちで第１グループに属さない１乃至複数の太陽電池モジュールが属する第２グループを集電して配電路に中継する第２の集電部と、第１及び第２の集電部を収納する箱体とを具備したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、交流電力を供給すべき負荷には従来と同様に交流用分電盤を経由して電力系統から供給される交流電力若しくはインバータから出力される交流電力を配電し、直流電力を供給すべき負荷には配電路を経由して太陽電池モジュールから出力される直流電力を配電するので、インバータから出力される交流電力を直流電力に変換して配電する場合と比較して直流電力を効率よく配電することができる。しかも、第１の集電部と第２の集電部を一つの箱体に収納して中継端子箱を構成しているため、施工作業やメンテナンス作業を簡素化することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、中継端子箱は、第１の集電部と第２の集電部で共用されるサージ保護素子を箱体に収納してなることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、サージ保護素子の個数を減らしてコストダウンが図れる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、中継端子箱は、それぞれの太陽電池モジュールを第１の集電部に接続する状態と、第２の集電部に接続する状態と、第１及び第２の集電部の何れにも接続しない状態とに択一的に切り換える切換手段を具備したことを特徴とする。

請求項３の発明によれば、第１グループに属する太陽電池モジュールの個数と第２グループに属する太陽電池モジュールの個数を変更することで太陽電池モジュールから出力される直流電力を無駄なく利用することができる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、中継端子箱は、第１の集電部から交流用分電盤へ供給される直流電力を検出する第１の電力検出部と、第２の集電部から配電路へ供給される直流電力を検出する第２の電力検出部と、切換手段を制御することで第１の集電部に接続される太陽電池モジュールの個数並びに第２の集電部に接続される太陽電池モジュールの個数を増減する制御手段とを具備し、制御手段は、一定の周期で切換手段を制御して個々の太陽電池モジュールが属するグループを変更するとともに変更後に第１及び第２の電力検出部で検出される直流電力の検出値と変更前に検出された検出値とを比較し、変更後の検出値が変更前の検出値以上であれば変更後のグループに属する太陽電池モジュールの個数を増やすように切換手段を制御し、変更後の検出値が変更前の検出値未満であれば変更後のグループに属する太陽電池モジュールの個数を減らすように切換手段を制御することを特徴とする。

請求項４の発明によれば、交流電力の需要量並びに直流電力の需要量に合わせて第１のグループ及び第２のグループに属する太陽電池モジュールの個数を動的に変更するため、需要電力の増減に応じて効率よく配電することができる。

本発明によれば、交流電力と直流電力を効率よく配電することができる。

以下、本発明に係る配電システムを戸建て住宅に適用した実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明に係る配電システムが適用可能な建物は戸建て住宅に限定されるものではなく、集合住宅の各住戸や事務所等にも適用可能である。

（実施形態１）
本実施形態の配電システムは、図１（ａ）に示すように複数（図示例では４つ）の太陽電池モジュール１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄと、各太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ４と、交流の電力系統（以下、「系統」と言う。）ＡＣから供給される交流電力並びにインバータ４から出力される交流電力を分岐し複数の分岐ブレーカ（図示せず）を介して宅内に配電する交流用分電盤２と、太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄから出力される直流電力を直流ブレーカ（図示せず）を介して宅内に配電する直流用分電盤３と、太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄと交流用分電盤２並びに直流用分電盤３との間に設けられる中継端子箱５とを備えている。

太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄは、複数個（図示例では８個）の太陽電池セルを図示しない外囲器に封入した従来周知の構成を有し、例えば、住宅の屋根に設置される。尚、各太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄには出力ケーブル６の一端が接続されており、出力ケーブル６を介して直流電力が外部に取り出される。

インバータ４は、後述するように中継端子箱５を中継して太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｃから供給される直流電力を交流電力に電力変換し、給電線７を介して交流用分電盤２へ交流電力を出力する。尚、図示は省略するが、インバータ４の出力段には系統連系保護装置が設けられており、この系統連系保護装置を介して給電線７が系統ＡＣに並列接続されている。

交流用分電盤２は、いわゆる住宅用分電盤（住宅盤）と同様に扉付のボックス内に１次側が系統ＡＣに接続された主幹ブレーカ（図示せず）や主幹ブレーカの２次側に接続された導電バー（図示せず）に分岐接続された複数の分岐ブレーカが収納される。尚、分岐ブレーカの２次側に交流用の配電路８が接続され、この配電路８を介して宅内の交流負荷に交流電力が供給される。但し、配電路８の末端には交流負荷を接続するためのコンセント（図示せず）が設けられる。

直流用分電盤３は、交流用分電盤２と同じく扉付のボックスを有し、このボックス内にスイッチングレギュレータからなる直流安定化電源装置（図示せず）と、１乃至複数の直流ブレーカとが収納されて構成されている。そして、直流ブレーカの２次側に直流用の配電路９が接続され、この配電路９を介して直流負荷に直流電力が供給される。但し、配電路９の末端には直流負荷を接続するためのコンセント（図示せず）が設けられる。尚、直流安定化電源装置や直流用分電盤３は必ずしも必要なものではなく、例えば、直流用分電盤３を設けずに直流安定化電源装置から配電路９に直流電力を供給する構成であっても構わないし、あるいは、直流安定化電源装置も直流用分電盤３も設けずに、太陽電池１（図示例では太陽電池モジュール１Ａ）から中継端子箱５を介して直接配電路９に直流電力を供給する構成としても構わない。

中継端子箱５は、図１（ｂ）に示すように１乃至複数（図示例では３つ）の太陽電池モジュール１Ｂ〜１Ｄが属する第１グループを集電して交流用分電盤２に中継する第１の集電部５１と、複数の太陽電池モジュールのうちで第１グループに属さない１乃至複数（図示例では１つ）の太陽電池モジュール１Ａが属する第２グループを集電して直流用分電盤３に中継する第２の集電部５２と、第１及び第２の集電部５１，５２を収納する箱体５０とを具備している。

第１の集電部５１は、３本の出力ケーブル６を介して各太陽電池モジュール１Ｂ〜１Ｄに直列接続された３つの逆流防止素子５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ及び３つの直流開閉器５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄと、これら３つの直流開閉器５４Ｂ〜５４Ｄが並列接続された直流開閉器５５とを有し、直流開閉器５５を介してインバータ４に接続されている。また第２の集電部５２は、１本の出力ケーブル６を介して太陽電池モジュール１Ａに直列接続された逆流防止素子５３Ａ及び直流開閉器５４Ａを有し、直流開閉器５４Ａを介して直流用分電盤３に接続されている。

而して、第１グループに属する３つの太陽電池モジュール１Ｂ〜１Ｄから出力される直流電力が中継端子箱５に中継されてインバータ４によって交流電力に変換され、交流用分電盤２によって配電路９を介して宅内に配電される。そして、インバータ４の供給電力が交流負荷の消費電力を下回っているときはインバータ４から供給される交流電力とともに系統ＡＣから供給される交流電力が配電路９を介して交流負荷に供給され、インバータ４の供給電力が交流負荷の消費電力を上回っているときはインバータ４から供給される交流電力の余剰分が系統ＡＣに逆潮流される。但し、系統連系運転の詳細（系統連系保護装置の動作・機能を含む。）については従来周知であるから説明を省略する。

上述のように本実施形態の配電システムでは、交流電力を供給すべき負荷（交流負荷）には従来と同様に交流用分電盤２を経由して系統ＡＣから供給される交流電力若しくはインバータ４から出力される交流電力を配電し、直流電力を供給すべき負荷（直流負荷）には直流用分電盤３を経由して太陽電池モジュール１Ａから出力される直流電力を配電するので、インバータ４から出力される交流電力を直流電力に変換して配電する場合と比較して直流電力を効率よく配電することができる。しかも、第１の集電部５１と第２の集電部５２を一つの箱体５０に収納して中継端子箱５を構成しているため、第１の集電部５１と第２の集電部５２を別々の箱体に収納して交流用と直流用で別々の中継端子箱を設置する場合と比較して、施工作業やメンテナンス作業を簡素化することができる。尚、本実施形態では第１グループに属する太陽電池モジュール１Ａを１つとしているが、複数の太陽電池モジュール１が第１グループに属する構成であっても構わない。

ここで、雷サージなどの過大な電圧・電流から太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄを保護するため、中継端子箱５にサージ保護素子を具備することが望ましい。このとき、図２に示すように第１の集電部５１と第２の集電部５２とにそれぞれバリスタＺ１，Ｚ２を接続するとともに各バリスタＺ１，Ｚ２をサージアブソーバＸを介して接地することにより、第１の集電部５１と第２の集電部５２とでサージアブソーバＸを共用すれば、サージ保護素子の個数を減らしてコストダウンが図れる。

（実施形態２）
本実施形態の配電システムは中継端子箱５の構成に特徴があり、中継端子箱５以外の構成については実施形態１と共通である。よって、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明を省略する。

本実施形態における中継端子箱５は、図３に示すようにそれぞれの太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄを第１の集電部５１に接続する状態と、第２の集電部５２に接続する状態と、第１及び第２の集電部５１，５２の何れにも接続しない状態とを択一的に切り換える複数（図示例では４つ）の切換部５６Ａ，５６Ｂ、５６Ｃ，５６Ｄが箱体５０内に収納されている。

切換部５６Ａ〜５６Ｄは何れも同一の構成を有し、逆流防止素子５３Ａ〜５３Ｄを介して太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄが接続される共通端子を、第１の集電部５１に接続された切換接点、第２の集電部５２に接続された切換接点、第１及び第２の集電部５１，５２の何れにも接続されていない切換接点の何れか一つに択一的に切換接続するものである。尚、切換部５６Ａ〜５６Ｄの切換制御、すなわち、共通端子を何れかの切換接点に切換接続する制御は手動であっても良いし、従来周知の技術を利用した遠隔制御であっても良い。

例えば、図３においては３つの切換部５６Ａ〜５６Ｃによって太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｃが第１の集電部５１に接続されて第１グループに属し、且つ残り１つの切換部５６Ｄによって太陽電池モジュール１Ｄが第２の集電部５２に接続されて第２グループに属する状態となっている。

而して本実施形態によれば、交流と直流の需給バランスに合わせて切換部５６Ａ〜５６Ｄを制御し、第１グループに属する太陽電池モジュールの個数と第２グループに属する太陽電池モジュールの個数を変更することにより、太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄから出力される直流電力を無駄なく利用することができる。

（実施形態３）
本実施形態の配電システムは中継端子箱５の構成に特徴があり、中継端子箱５以外の構成については実施形態１と共通であり、また、本実施形態における中継端子箱５の基本構成は実施形態２と共通である。よって、実施形態１並びに２と共通の構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明を省略する。

本実施形態における中継端子箱５は、図４に示すように第１の集電部５１から交流用分電盤２へ供給される直流電力を検出する第１の電力検出部５７ａと、第２の集電部５２から直流用分電盤３へ供給される直流電力を検出する第２の電力検出部５７ｂと、切換部５６Ａ〜５６Ｄを制御することで第１の集電部５１に接続される太陽電池モジュール１の個数並びに第２の集電部５２に接続される太陽電池モジュール１の個数を増減する制御部５８とを具備している。尚、第１及び第２の電力検出部５７ａ，５７ｂと制御部５８は何れも箱体５０内に収納されている。

制御部５８は図示しないマイクロコンピュータを主構成要素とし、当該マイクロコンピュータに専用のプログラムを実行させることによって、一定の周期で切換部５６Ａ〜５６Ｄを制御して個々の太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄが属するグループを変更するとともに変更後に第１及び第２の電力検出部５７ａ，５７ｂで検出される直流電力の検出値と変更前に検出された検出値とを比較し、変更後の検出値が変更前の検出値以上であれば変更後のグループに属する太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄの個数を増やすように切換部５６Ａ〜５６Ｄを制御し、変更後の検出値が変更前の検出値未満であれば変更後のグループに属する太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄの個数を減らすように切換部５６Ａ〜５６Ｄを制御するものである。

例えば、図４に示すように３つの太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｃが第１の集電部５１に接続されて第１グループに属しており、残り１つの太陽電池モジュール１Ｄが第２の集電部５２に接続されて第２グループに属している状態から制御部５８の制御動作を開始したとする。尚、制御部５８は、第１及び第２の電力検出部５７ａ，５７ｂが一定周期で検出する直流電力の検出値を取り込んでメモリに格納している。

まず、制御部５８は１つの切換部５６Ａを切換制御して太陽電池モジュール１Ａを第１の集電部５１に接続された状態から第２の集電部５２に接続される状態へ切り換えさせる。そして、切換後に第１及び第２の電力検出部５７ａ，５７ｂで検出された検出値を切換前のそれぞれの検出値と比較する。このとき、変更前における交流負荷への電力供給に余裕があり、且つ直流負荷に対する電力供給が不足していたとすれば、太陽電池モジュール１Ａの属するグループが第１グループから第２グループに変更されたことにより、第１の電力検出部５７ａの変更後（切換後）の検出値は変更前（切換前）の検出値から殆ど変化しないが、第２の電力検出部５７ｂの変更後の検出値は変更前の検出値よりも大きくなる。この場合、制御部５８は、例えば、切換部５６Ｂを切換制御して太陽電池モジュール１Ｂを第１の集電部５１から第２の集電部５２に切換接続する。その結果、第１グループに属する太陽電池モジュール１の個数が減少するとともに第２グループに属する太陽電池モジュール１の個数が増加するため、直流負荷に対する電力供給を増やし且つ交流負荷に対する電力供給を減らして効率よく配電することができる。

一方、変更前における交流負荷への電力供給が不足しており、且つ直流負荷に対する電力供給に余裕があったとすれば、太陽電池モジュール１Ａの属するグループが第１グループから第２グループに変更されたことにより、第２の電力検出部５７ｂの変更後の検出値は変更前の検出値から殆ど変化しないが、第１の電力検出部５７ａの変更後の検出値が変更前の検出値よりも小さくなる。この場合、制御部５８は、例えば、切換部５６Ｄを切換制御して太陽電池モジュール１Ｄを第２の集電部５２から第１の集電部５１に切換接続する。その結果、第２グループに属する太陽電池モジュール１の個数が減少するとともに第１グループに属する太陽電池モジュール１の個数が増加するため、交流負荷に対する電力供給を増やし且つ直流負荷に対する電力供給を減らして効率よく配電することができる。尚、制御部５８では、上述した処理を各切換部５６Ａ〜５６Ｄに対して一定の周期で順番に実行する。

上述のように本実施形態によれば、交流負荷及び直流負荷に対する電力供給の需給バランスに応じて、制御部５８が切換部５６Ａ〜５６Ｄを切換制御して第１グループに属する太陽電池モジュール１の個数と第２グループに属する太陽電池モジュール１の個数を動的に変更しているので、需要電力の増減に応じて効率よく配電することができるという利点がある。

本発明の実施形態１を示し、（ａ）はシステム構成図、（ｂ）は中継端子箱のブロック図である。同上における別構成の中継接続箱のブロック図である。本発明の実施形態２における中継接続箱のブロック図である。本発明の実施形態３における中継接続箱のブロック図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｄ太陽電池モジュール
２交流用分電盤
３直流用分電盤
４インバータ
５中継接続箱
６出力ケーブル
８配電路（交流）
９配電路（直流）

Claims

複数の太陽電池モジュールと、各太陽電池モジュールから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、交流の電力系統から供給される交流電力並びにインバータから出力される交流電力を分岐し複数の分岐ブレーカを介して配電する交流用分電盤と、太陽電池モジュールから出力される直流電力を１乃至複数の負荷に配電する配電路と、複数の太陽電池モジュールと交流用分電盤並びに配電路との間に設けられる中継端子箱とを備え、
中継端子箱は、１乃至複数の太陽電池モジュールが属する第１グループを集電して交流用分電盤に中継する第１の集電部と、複数の太陽電池モジュールのうちで第１グループに属さない１乃至複数の太陽電池モジュールが属する第２グループを集電して配電路に中継する第２の集電部と、第１及び第２の集電部を収納する箱体とを具備したことを特徴とする配電システム。
中継端子箱は、第１の集電部と第２の集電部で共用されるサージ保護素子を箱体に収納してなることを特徴とする請求項１記載の配電システム。
中継端子箱は、それぞれの太陽電池モジュールを第１の集電部に接続する状態と、第２の集電部に接続する状態と、第１及び第２の集電部の何れにも接続しない状態とに択一的に切り換える切換手段を具備したことを特徴とする請求項１又は２記載の配電システム。
中継端子箱は、第１の集電部から交流用分電盤へ供給される直流電力を検出する第１の電力検出部と、第２の集電部から配電路へ供給される直流電力を検出する第２の電力検出部と、切換手段を制御することで第１の集電部に接続される太陽電池モジュールの個数並びに第２の集電部に接続される太陽電池モジュールの個数を増減する制御手段とを具備し、
制御手段は、一定の周期で切換手段を制御して個々の太陽電池モジュールが属するグループを変更するとともに変更後に第１及び第２の電力検出部で検出される直流電力の検出値と変更前に検出された検出値とを比較し、変更後の検出値が変更前の検出値以上であれば変更後のグループに属する太陽電池モジュールの個数を増やすように切換手段を制御し、変更後の検出値が変更前の検出値未満であれば変更後のグループに属する太陽電池モジュールの個数を減らすように切換手段を制御することを特徴とする請求項３記載の配電システム。