JP2011072166A - 系統連系形給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力コスト（電気料金）を低減しつつ省電力（省エネ）を図る。
【解決手段】制御装置３の制御部３０は、太陽光発電装置１の翌日の発電量並びに負荷６の翌日の電力需要を予測するとともに発電量と電力需要とを比較する。発電量の予測値Ｐ１が電力需要の予測値Ｐ２を下回る場合、制御部３０が商用電力系統ＡＣの電気料金が相対的に安い時間帯（深夜の時間帯）に蓄電装置２に充電することで電力コスト（電気料金）を低減できる。反対に、発電量の予測値Ｐ１が電力需要の予測値Ｐ２を下回らない場合、制御部３０が前記時間帯に蓄電装置２に充電しないことで蓄電装置２への充放電に伴う電力損失を無くして省電力（省エネ）を図ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽光発電や風力発電のように自然エネルギを利用する発電装置を商用電力系統に連系させて給電する系統連系形給電システムに関するものである。

従来の系統連系形給電システムとして、例えば、太陽光発電装置と商用電力系統を系統連系するとともに、双方から充電可能な蓄電装置を設け、電気料金が相対的に低い（安い）夜間（深夜）に商用電力系統の供給電力で蓄電装置を充電し、電気料金が相対的に高い昼間に太陽光発電装置の発電量が不足したときに蓄電装置から放電した電力を負荷に給電するようにした系統連系形太陽光発電システムが提供されている（特許文献１あるいは特許文献２参照）。かかる従来システムでは、曇天時や雨天時のように太陽光発電装置の発電量が少なく、負荷の電力需要に満たないときに蓄電装置に蓄電した電力を負荷に給電することによって商用電力系統からの給電に要する費用（電気料金）を抑えることができる。

特開平１０−２０１１２９号公報 特開２００２−３６９４０６号公報

しかしながら、上記従来における蓄電装置は、商用電力系統から給電される交流電力を直流電力に変換して蓄電するとともに負荷に供給する際に再度直流電力から交流電力に変換する必要があり、交流−直流変換時の電力損失と直流−交流変換時の電力損失を併せた電力損失が生じてしまう。そのため、太陽光発電装置が十分な電力を発電できる晴天時においては、僅かな不足分を前夜に充電した蓄電装置の電力で補うよりも商用電力系統から直接給電した方が省電力（省エネ）にもなり、また電気料金が安くなる場合もある。

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、電力コスト（電気料金）を低減しつつ省電力（省エネ）を図ることができる系統連系形給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、自然エネルギを利用して発電し商用電力系統と並列に接続された系統連系形の発電装置と、商用電力系統から給電される交流電力を直流電力に変換して充電し且つ放電した直流電力を交流電力に変換して負荷に給電する蓄電装置と、蓄電装置の充放電を制御する制御装置とを備え、制御装置は、翌日の発電装置の発電量並びに負荷の電力需要を予測し、発電量の予測値が電力需要の予測値を下回る場合は商用電力系統の電気料金が相対的に安い時間帯に蓄電装置に充電し、発電量の予測値が電力需要の予測値を下回らない場合は前記時間帯に蓄電装置に充電しないことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、発電量の予測値が電力需要の予測値を下回る場合に商用電力系統の電気料金が相対的に安い時間帯に蓄電装置に充電することで電力コスト（電気料金）を低減することができ、反対に、発電量の予測値が電力需要の予測値を下回らない場合は前記時間帯に蓄電装置に充電しないことで蓄電装置への充放電に伴う電力損失を無くして省電力（省エネ）を図ることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、制御装置は、商用電力系統の電気料金が相対的に低い時間帯に優先して電気料金が相対的に高い時間帯に蓄電装置を放電することを特徴とする。

請求項２の発明によれば、商用電力系統の電気料金が相対的に低い時間帯に優先して電気料金が相対的に高い時間帯に蓄電装置を放電することにより、電力コスト（電気料金）を低減することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、負荷の電力需要に関連した操作入力を受け付ける操作入力受付手段を備え、制御装置は、操作入力受付手段で受け付ける操作入力に基づいて負荷の電力需要を予測することを特徴とする。

請求項３の発明によれば、例えば、留守にするために電力需要が普段より少なくなるとか、大勢の人が集まるために電力需要が普段よりも多くなるといった負荷の電力需要に関連した操作入力に基づいて制御装置が負荷の電力需要を予測するため、普段と違う状況における負荷の電力需要を的確に予測することができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、制御装置は、蓄電装置を放電する際に蓄電装置が放電可能な電力量と負荷の電力需要の予測値を比較し、放電可能な電力量が所定時間内に負荷の電力需要を下回ると予測したときに報知することを特徴とする。

請求項４の発明によれば、例えば、数時間後には負荷の電力需要を蓄電装置からの放電で賄えなくなるといったことを利用者に知らしめ、負荷の電力消費を抑えるように利用者に意識させることができる。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、制御装置は、負荷である複数の電気機器の動作を制御する機能を有し、放電可能な電力量が所定時間内に負荷の電力需要を下回ると予測したときに、予め決められている優先順位の低い電気機器から順次電力消費が少なくなるように動作を制御することを特徴とする。

請求項５の発明によれば、電気機器の電力消費を強制的に減らして蓄電装置から給電可能な時間を延ばすことができる。

請求項６の発明は、請求項１〜５の何れか１項の発明において、制御装置は、発電量の予測値が電力需要の予測値を下回る場合、発電量の予測値が電力需要の予測値を下回らないようにするための負荷の電力需要予定を作成して利用者に提示することを特徴とする。

請求項６の発明によれば、利用者の省電力（省エネ）意識を啓発することができる。

本発明によれば、電力コスト（電気料金）を低減しつつ省電力（省エネ）を図ることができる。

本発明の実施形態を示すシステム構成図である。 同上における制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 同上の動作説明図である。

以下、自然エネルギを利用する発電装置として太陽光発電装置を備え、住宅に設置された実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。但し、本発明に係る系統連系形給電システムにおける発電装置は太陽光発電装置に限定されるものではなく、例えば、風力発電装置等の他の自然エネルギ利用の発電装置であっても構わない。また、本実施形態の系統連系形給電システムが設置される場所は住宅に限定されず、集合住宅や事務所などであっても構わない。

本実施形態の系統連系形給電システムは、図１に示すように系統連系形の太陽光発電装置１と、商用電力系統ＡＣから給電される交流電力を蓄電（充電）するとともに蓄電した交流電力を負荷６に給電する蓄電装置２と、蓄電装置２の充放電を制御する制御装置３と、表示操作装置４とを備えている。尚、太陽光発電装置１の太陽電池アレイ（図示せず）と蓄電装置２は住宅外に設置されるが、その他の太陽光発電装置１のパワーコンディショナ（図示せず）や制御装置３、表示操作装置４などは住宅内に設置される。

太陽光発電装置１は従来周知であって、多数の太陽電池からなる太陽電池アレイや、太陽電池アレイ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等を具備したパワーコンディショナなどで構成されている。尚、太陽光発電装置１は発電した電力の余剰分を商用電力系統ＡＣへ逆潮流（売電）することも可能である。

蓄電装置２は、鉛蓄電池などの蓄電池２０と、商用電力系統ＡＣから供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池２０を充電し且つ蓄電池２０から放電した直流電力を交流電力に変換する直流／交流双方向電力変換部２１とを具備している。尚、直流／交流双方向電力変換部２１は、後述するように制御装置３から信号線Ｌｓを介して伝送される制御信号に応じて、動作停止、充電動作（交流電力から直流電力への変換）、放電動作（直流電力から交流電力への変換）が択一的に切り換えられる。また、直流／交流双方向電力変換部２１では交流から直流への電力変換時並びに直流から交流への電力変換時にそれぞれ損失が発生するので、蓄電時に商用電力系統ＡＣから給電される電力よりも放電時に負荷６に給電する電力の方が少なくなる。

分電盤５は１次側が商用電力系統ＡＣに接続され、２次側に太陽光発電装置１（パワーコンディショナの出力端）並びに蓄電装置２が並列接続された主幹ブレーカ（図示せず）と、主幹ブレーカの２次側に分岐接続された複数の分岐ブレーカ（図示せず）とを有し、分岐ブレーカを介して商用電力系統ＡＣ、太陽光発電装置１、蓄電装置２からそれぞれ各負荷６に交流電力が給電される。負荷６は、例えばエアコンディショナやテレビ受像機、電磁調理器、冷蔵庫などの電気機器である。但し、後述するように複数の負荷６の中には、信号線Ｌｓを介して制御装置３から伝送される制御信号によって動作制御可能な負荷６が混在している。

制御装置３は、マイクロコンピュータを主構成要素とする制御部３０と、電気的に書換可能な半導体メモリ（例えば、フラッシュメモリ）からなり、制御部３０のマイクロコンピュータで実行するプログラムや種々のデータ等を記憶する記憶部３１と、蓄電装置２や負荷６に信号線Ｌｓを介して制御信号を伝送する制御信号伝送部３２と、電話線やＣＡＴＶ同軸線若しくは光ファイバ等の通信線路Ｌｘを介しインターネット７を経由してネットワーク通信を行うネットワーク通信部３３とを具備している。

制御部３０は、制御信号伝送部３２から信号線Ｌｓを介して伝送する制御信号により、蓄電装置２が具備する直流／交流双方向電力変換部２１の動作（停止、充電、放電）を制御するとともに、一部の制御可能な負荷６の動作を制御する。尚、制御信号伝送部３２は専用の信号線Ｌｓを介して制御信号を伝送するものに限定されず、例えば、宅内に配線されている給電用の電力線を介して電力線搬送通信によって制御信号を伝送するもの、あるいは小電力無線の無線局のように電波を通信媒体として制御信号を伝送するものであっても構わない。ネットワーク通信部３３は、ツイストペアケーブル（ＬＡＮケーブル）を通信媒体（通信路Ｌｘ）とする有線ＬＡＮ（100BASE-TXなど）を利用した通信デバイス（ＬＡＮコントローラ）の他、電話回線や光ファイバ回線若しくはＣＡＴＶ回線を介してインターネット７に接続しインターネット７を通して様々なウェブサイトとデータ通信を行うためのモデム（ＡＤＳＬモデムやＯＮＵ、ケーブルモデムなど）を有している。尚、インターネット７を通してウェブサイトとデータ通信を行うため、前記モデムには固有のＩＰアドレス（グローバルＩＰアドレス）が割り当てられている。

ところで、制御部３０では太陽光発電装置１の翌日の発電量と、翌日に負荷６が消費する電力（電力需要）とを予測している。太陽光発電装置１の翌日の発電量を予測する方法としては、天気予報等の気象情報を提供しているウェブサイト（例えば、気象庁や各地方の地方管区気象台のホームページなど）からインターネット７を通して取得する翌日の予想最高気温や予想日射量に基づいて予測する方法がある。また、翌日の電力需要を予測する方法としては、過去の電力消費の実績並びに天候などの履歴情報に基づいて予測する方法がある。

表示操作装置４は、マイクロコンピュータを主構成要素とする制御部４０と、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの表示デバイスと当該表示デバイスを駆動して文字や図形、記号などの視覚情報を提示（表示）する表示部４１と、表示デバイスと組み合わされるタッチパネルからなり、利用者（住人）がタッチパネルに触れることで種々の操作入力を受け付けて制御部４０に渡す操作入力受付部４２と、制御装置３のネットワーク通信部３３と共通の通信デバイス（ＬＡＮコントローラ）からなり、通信路Ｌｘ（ＬＡＮケーブル）を介して制御装置３との間でパケット通信を行うネットワーク通信部４３とを具備している。尚、当該パケット通信を行うために、制御装置３並びに表示操作装置４には、それぞれ固有のＩＰアドレス（プライベートＩＰアドレス）が割り当てられている。

次に、本発明の要旨である制御装置３の制御動作について、図２のフローチャートを参照して説明する。ここで、商用電力系統ＡＣには時間帯別の電気料金が設定されており、例えば、午前７時〜午前１０時までの早朝の時間帯と午後５時〜午後１１時までの夜間の時間帯は同一料金に設定され、午前１０時〜午後５時までの昼間の時間帯は最も高い料金に設定され、午後１１時〜翌朝午前７時までの深夜の時間帯は最も安い料金に設定されている。つまり、商用電力系統ＡＣから給電される電力量が同一であれば、深夜の時間帯の電気料金が最も低く（安く）なり、昼間の時間帯の電気料金が最も高くなる。

例えば、商用電力系統ＡＣの電気料金が最も安くなる時間帯に切り替わる時刻（午後１１時）になると、制御部３０はネットワーク通信部３３によりウェブサイトから取得する翌日の予想最高気温並びに予想日射量に基づいて太陽光発電装置１の翌日の発電量Ｐ１を予測する（ステップＳ１）とともに、翌日の負荷６の電力需要Ｐ２を予測し（ステップＳ２）、予測した翌日の発電量Ｐ１と翌日の電力需要Ｐ２とを比較する（ステップＳ３）。

翌日の発電量Ｐ１が翌日の電力需要Ｐ２を下回る場合、制御部３０は、電気料金が最も安くなる時間帯（午後１１時〜翌朝の午前７時）において商用電力系統ＡＣから給電される交流電力を蓄電するように蓄電装置２（直流／交流双方向電力変換部２１）を制御する（ステップＳ４）。一方、翌日の発電量Ｐ１が翌日の電力需要Ｐ２を下回らない場合、制御部３０は、深夜の時間帯に蓄電装置２に蓄電する制御を行わない（ステップＳ５）。

上述のように本実施形態では、制御装置３の制御部３０が、太陽光発電装置１の翌日の発電量並びに負荷６の翌日の電力需要を予測するとともに発電量と電力需要とを比較し、発電量の予測値Ｐ１が電力需要の予測値Ｐ２を下回る場合に商用電力系統ＡＣの電気料金が相対的に安い時間帯（深夜の時間帯）に蓄電装置２に充電することで電力コスト（電気料金）を低減することができ、反対に、発電量の予測値Ｐ１が電力需要の予測値Ｐ２を下回らない場合は前記時間帯に蓄電装置２に充電しないことで蓄電装置２への充放電に伴う電力損失を無くして省電力（省エネ）を図ることができる。

ここで、制御装置３の制御部３０は、過去の電力需要の実績等に基づいて翌日の電力需要を予測しているため、普段と異なる状況、例えば、留守にするために電力需要が普段より少なくなるとか、大勢の人が集まるために電力需要が普段よりも多くなるといった状況になると、電力需要の予測値Ｐ２が実際の電力需要と大きく異なってしまう虞がある。

そこで、表示操作装置４の操作入力受付部４２で負荷６の電力需要に関連した操作入力、例えば、上述したような不定期（イレギュラ）な電力需要の増減を指示する操作入力を受け付けた場合、当該指示の内容を表示操作装置４の制御部４０からネットワーク通信部４３を通じて制御装置３の制御部３０に伝達する。そして、制御装置３の制御部３０では、表示操作装置４から受け取った指示内容、すなわち、翌日の電力需要が普段よりも多く（あるいは少なく）なるという情報に基づいて負荷６の電力需要を予測するので、普段と違う状況における負荷６の電力需要を的確に予測することができる。

また、制御装置３の制御部３０は、商用電力系統ＡＣの電気料金が相対的に低い時間帯（例えば、早朝及び夜間の時間帯）に優先して電気料金が相対的に高い時間帯（例えば、昼間の時間帯）に蓄電装置３を放電することにより、電力コスト（電気料金）を低減するようにしている。

ところで、蓄電装置２の直流／交流双方向電力変換部２１においては、蓄電池２０の電池電圧等に基づいて蓄電池２０の残容量（放電可能な電力量）を検出し、制御装置３の制御部３０から残容量を問い合わせる制御信号を受け取ったときに当該残容量の情報を返信するようになっている。そして、制御装置３の制御部３０は、蓄電装置２を放電する際に蓄電装置２が放電可能な電力量（蓄電池２０の残容量）と負荷６の電力需要の予測値Ｐ２を比較し、放電可能な電力量が所定時間（例えば、１〜２時間）内に負荷６の電力需要を下回ると予測した場合、表示操作装置４の表示部４１にその旨のメッセージ、例えば、このままだと数時間後に蓄電装置２からの給電が不能になる、といったメッセージを表示させて利用者（住人）に報知し、負荷６の電力消費を抑えるように利用者に意識させることができる。尚、本実施形態では視覚的にのみ報知しているが、表示操作装置４にスピーカを搭載し、当該スピーカから音声メッセージを鳴動させ、視覚的な報知とともに聴覚的な報知を行うようにしても構わない。

さらに、上述のように蓄電装置２の放電可能な電力量が所定時間内に負荷６の電力需要を下回ると予測した場合、制御装置３の制御部３０が、予め決められている優先順位の低い負荷６（電気機器）から順次電力消費が少なくなるように動作を制御する、例えば、エアコンの温度設定を変更したり、エアコンを停止すれば、電気機器の電力消費を強制的に減らして蓄電装置２から給電可能な時間を延ばすことができる。

また、制御装置３の制御部３０は、発電量の予測値Ｐ１が電力需要の予測値Ｐ２を下回る場合、発電量の予測値Ｐ１が電力需要の予測値Ｐ２を下回らないようにするための負荷６の電力需要予定（スケジュール）を作成して利用者に提示するようにしている。例えば、普段の日（１日）の電力需要予定（スケジュール）が図３の実線イで示されるような場合、制御部３０は、図３の破線ロで示すような電力需要予定（スケジュール）を作成するとともに普段の日の電力需要予定と新たに作成した電力需要予定を表示するためのウェブコンテンツを作成して表示操作装置４に配信する。表示操作装置４では、制御部４０のウェブブラウザ機能を用いて制御装置３から配信されたウェブコンテンツを再生し、表示部４１の画面に図３に示すような電力需要予定（実線イ及び破線ロ）を表示する。これにより、表示部４１に表示される電力需要予定を見た利用者に対して省電力（省エネ）意識を啓発することができる。

１ 太陽光発電装置
２ 蓄電装置
３ 制御装置
ＡＣ 商用電力系統

Claims (6)

1. 自然エネルギを利用して発電し商用電力系統と並列に接続された系統連系形の発電装置と、商用電力系統から給電される交流電力を直流電力に変換して充電し且つ放電した直流電力を交流電力に変換して負荷に給電する蓄電装置と、蓄電装置の充放電を制御する制御装置とを備え、
   制御装置は、翌日の発電装置の発電量並びに負荷の電力需要を予測し、発電量の予測値が電力需要の予測値を下回る場合は商用電力系統の電気料金が相対的に安い時間帯に蓄電装置に充電し、発電量の予測値が電力需要の予測値を下回らない場合は前記時間帯に蓄電装置に充電しないことを特徴とする系統連系形給電システム。
2. 制御装置は、商用電力系統の電気料金が相対的に低い時間帯に優先して電気料金が相対的に高い時間帯に蓄電装置を放電することを特徴とする請求項１記載の系統連系形給電システム。
3. 負荷の電力需要に関連した操作入力を受け付ける操作入力受付手段を備え、
   制御装置は、操作入力受付手段で受け付ける操作入力に基づいて負荷の電力需要を予測することを特徴とする請求項１又は２記載の系統連系形給電システム。
4. 制御装置は、蓄電装置を放電する際に蓄電装置が放電可能な電力量と負荷の電力需要の予測値を比較し、放電可能な電力量が所定時間内に負荷の電力需要を下回ると予測したときに報知することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の系統連系形給電システム。
5. 制御装置は、負荷である複数の電気機器の動作を制御する機能を有し、放電可能な電力量が所定時間内に負荷の電力需要を下回ると予測したときに、予め決められている優先順位の低い電気機器から順次電力消費が少なくなるように動作を制御することを特徴とする請求項４記載の系統連系形給電システム。
6. 制御装置は、発電量の予測値が電力需要の予測値を下回る場合、発電量の予測値が電力需要の予測値を下回らないようにするための負荷の電力需要予定を作成して利用者に提示することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の系統連系形給電システム。

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