JP2011083045A - 配電装置およびこれを用いた配電システム - Google Patents

配電装置およびこれを用いた配電システム Download PDF

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Abstract

【課題】設置およびメンテナンスの容易な、直流電力用の配電装置および配電システムを提供する。
【解決手段】容器10内に収納され、直流電力源(太陽電池101)に接続される第1のDC/DCコンバータ111と、交流電力源(商用電源105)に接続されるAC/DCコンバータ113と、蓄電池102と、前記蓄電池102に接続された第2のDC/DCコンバータ112と、前記第1および第2のDC/DCコンバータ111,112、AC/DCコンバータ113の少なくとも一つに接続された保護回路(プロテクタ)116と、前記容器10から導出された直流負荷用配電路107とを具備した配電装置を提供する。
【選択図】図2

Description

本発明は、配電装置およびこれを用いた配電システムにかかり、特に直流電力源から供給される直流電力を負荷機器に配電する機能を備えた配電装置および配電システムに関する。
従来、住宅、店舗、オフィスビルなどの建物において、交流電力と直流電力とを配電する配電システムとして、例えば特許文献1に記載のものがある。この配電システムは、自家発電用として太陽光発電装置のような直流発電設備を建物に設置し、直流発電設備の直流電力出力を交流電力に電力変換して電力会社から供給される商用電力源(交流電力系統)と系統連系運転を行う系統連系システムである。
この種の系統連系システムでは、直流発電設備で発電された直流電力を、直流電力から交流電力に変換する電力変換器(パワーコンディショナ)により交流電力に変換することによって、交流電力源である商用電力源と協調させる構成を採用している。そして、建物内の負荷で消費される電力を超える電力が直流発電設備から供給されている場合、余剰分の電力を商用電力源に逆潮流させること(いわゆる、売電)が可能となるように構成している。
また、直流負荷機器に直流電力を供給する配電システムとして、例えば特許文献2に記載の電力供給システムが提案されている。この電力供給システムは、直流電力供給部と直流負荷機器の端末装置との間で通信を行い、給電制御手段によって、端末装置から通知された受電電力源情報と動作情報記憶手段が保持している動作電力源情報とを比較し、直流負荷機器が駆動に必要な電圧及び電流を受電できるように出力電圧を制御するものである。
特開2003−284245号公報 特開2009−159690号公報
このような直流電力を配電するための配電システムの電力源には、太陽光発電装置または燃料電池のような直流発電設備、蓄電池、商用電力源など、複数の電力源が用いられるため、これらを想定した配電システムが必要となる。この場合、それぞれの電力源に対してDC/DCコンバータ、AC/DCコンバータ等の出力用コンバータが設けられ、各出力用コンバータから所定の電圧レベルの直流電力を出力するような構成が一般的である。
このように多数の電力源を用いて、配電するため、それぞれの電力源に対してDC/DCコンバータ、AC/DCコンバータ等の出力用コンバータが必要となるため、これらの設置および、メンテナンスなどの管理を簡単かつ安全にする必要がある。
特に、直流用分電盤は、交流用分電盤と異なり、出力用コンバータを多数設置する必要があり、発熱を伴うことから、放熱性が問題となる。
また、従来と異なり、分電盤に、交流電力源からの交流入力端子、太陽電池などの直流電力源からの直流入力端子、直流機器に出力される直流出力端子が混在し、これらの誤接続は、機器の破損だけでなく、重大な事故につながる可能性があり、危険を伴うという問題があった。
加えて、住宅設備としては新たな追加が増えることになり、現存の住宅設備に加えて増改築をする場合にも、柔軟な対応が求められている。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、設置およびメンテナンスの容易な、直流電力用の配電装置および配電システムを提供することを目的とする。
また、放熱性に優れ、温度上昇の少ない配電装置を提供することを目的とする。
また、誤接続を低減し、安全な配電装置を提供することを目的とする。
そこで本発明の配電装置は、容器内に収納され、直流電力源に接続される第1のDC/DCコンバータと、交流電力源に接続されるAC/DCコンバータと、蓄電池と、前記蓄電池に接続された第2のDC/DCコンバータと、前記第1および第2のDC/DCコンバータ、AC/DCコンバータの少なくとも一つに接続された保護回路と、前記容器から導出された直流負荷用配線とを具備したことを特徴とする。
この構成によれば、直流電力源からの電力供給に必要な要素を1つのユニットで構成し、容器内に収容することができるため、取扱が容易でかつ、設置やメンテナンスが一か所でできるため取扱がきわめて容易である。
また、本発明は、上記配電装置において、前記第1および第2のDC/DCコンバータ、AC/DCコンバータは、それぞれ所定の間隔で水平方向に並置されたものを含む。
この構成によれば、発熱を伴う第1および第2のDC/DCコンバータ、AC/DCコンバータは、水平方向に並置されているため、放熱性が良好である。また、各コンバータ間に放熱板あるいは放熱フィンを配置することで、更に放熱性を高めることができる。
また、本発明は、上記配電装置において、前記蓄電池は、前記第1および第2のDC/DCコンバータ、前記AC/DCコンバータのいずれの上部にも位置しないように配置される。
この構成によれば、これにより、放熱性を阻害することなく良好に維持することができる。
また、本発明は、上記配電装置において、前記蓄電池は、前記容器に対し、着脱自在に装着されたものを含む。
この構成により、蓄電池の劣化や、能力アップ等により取り換えが必要な場合にも、蓄電池が着脱自在に構成されているため、メンテナンスが容易である。
また、本発明は、上記配電装置において、前記第2のDC/DCコンバータは、コネクタ接続によって前記蓄電池と接続可能に構成されたものを含む。
この構成により、蓄電池の劣化や、能力アップ等により取り換えが必要な場合にも、蓄電池が着脱自在に構成されているため、メンテナンスが容易である。また、外部の蓄電池との接続を行う場合にもコネクタ接続がなされているため、着脱が容易である。
また、本発明は、上記配電装置において、蓄電池と蓄電池用のDC/DCコンバータとを具備した複数の蓄電池ユニットを具備したものを含む。
この構成により、必要に応じた蓄電池の増設が容易となる。
また、本発明は、上記配電装置において、さらに、前記第1および第2のDC/DCコンバータ、前記AC/DCコンバータのいずれから出力を行うかを制御する制御部と、給電状態を表示する表示部と、前記直流または交流電力源、あるいは前記保護装置のON/OFFを操作する操作部とを具備したものを含む。
この構成により、制御部、表示部、操作部が配電装置の容器の外表面などに配置されていることで、作業性が良好である。
また、本発明は、上記配電装置において、前記直流負荷への第1の配線を接続する第1の端子台と、前記直流電力源からの第2の配線を接続する第2の端子台とを具備し、前記第1及び第2の端子台の形状または色、前記第1及び第2の配線の色のいずれかが相互に識別可能に構成されたものを含む。
この構成によれば、誤接続を回避することができ、信頼性の高い接続が容易となる。
また、本発明は、上記配電システムにおいて、蓄電池増設用の端子を有するものを含む。
この構成によれば、大出力の蓄電池を増設するなど、必要に応じて蓄電池の増設が容易となる。
また、本発明は、上記配電装置を複数配列し、配電システムを構成する。
この構成によれば、高機能の設備が駆動でき、信頼性が高く小型の配電システムを提供することが可能となる。
以上説明してきたように、本発明の配電装置によれば、太陽光発電や燃料電池などの直流電力源からの電力と、商用電力源からの電力とを用いて、直流用機器に電力供給するに際し、操作が容易でかつ、1つのユニットで実行可能である。
本発明の実施の形態1に係る配電装置を示す外観概要図 本発明の実施の形態1に係る配電装置の分電盤を示す斜視図 本発明の実施の形態1に係る配電システムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態2に係る配電システムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態3に係る配電システムの構成を示すブロック図
以下、本発明に係る配電装置を戸建て住宅に適用した実施の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。
図1は本発明の実施の形態に係る配電装置を示す外観概要図、図2は同配電装置の分電盤を示す斜視図、図3は同配電装置を用いた配電システムの構成を示すブロック図である。
本実施の形態の配電システムは、太陽電池及び蓄電池を備え交流電力と直流電力を配電可能としたハイブリッド配電システムに適用した構成例である。
この配電装置は、直流分電盤110を構成するものである。この配電装置は、図1乃至3に示すように、容器10内に収納され、直流電力源としての太陽電池101に接続される第1のDC/DCコンバータ(太陽電池用コンバータ)111と、交流電力源としての商用電源(交流電力系統)105に接続されるAC/DCコンバータ113と、蓄電池102と、蓄電池102に接続される第2のDC/DCコンバータ(蓄電池用コンバータ)112と、これら太陽電池用コンバータ111、蓄電池用コンバータ112、AC/DCコンバータ113に接続された保護回路としてのプロテクタ116と、直流分電盤110を構成する容器10から導出された直流負荷用配電路107とを具備したことを特徴とする。
ここで、太陽電池用コンバータ111、蓄電池用コンバータ112、AC/DCコンバータ113は、それぞれ所定の間隔で水平方向に並置され、図2に示すように、これら太陽電池用コンバータ111、蓄電池用コンバータ112、AC/DCコンバータ113の間には放熱フィン400を配置している。
さらに、蓄電池102は、図1に示すように、蓄電池ケース22に収納され、容器10に対し、係止部122を介して着脱自在に装着されている。また、蓄電池用のコンタクトは、分電盤の基板に直接接続しても良いがコネクタ132によりコネクタ接続で蓄電池と接続されている。このため、蓄電池の劣化や、能力アップ等により取り換えが必要な場合にも、メンテナンスが容易である。また、外部の蓄電池との接続を行う場合にもコネクタ接続がなされているため、着脱が容易である。また蓄電池用コンバータ112についても、分電盤の基板にコネクタ接続しても良い(この点については後述する)。
そして、この配電装置を用いた配電システムは、図3に示すように、交流配電路106を介して交流負荷機器に交流電力を配電する交流分電盤104と、直流負荷用配電路107を介して直流負荷機器に直流電力を配電する直流配電装置を構成する直流分電盤110とを備えている。交流分電盤104は、入力端に交流電力源である商用電源105とパワーコンディショナ103とが接続され、出力端に交流配電路106と直流分電盤110とが接続されている。交流分電盤104は、商用電源105またはパワーコンディショナ103から供給される交流電力を分岐して交流配電路106と直流分電盤110に交流電力を出力する。
配電システムの直流電力源としては、太陽電池101と蓄電池102とを備えている。
ここで蓄電池102は、直流分電盤110に装着されているが、外部に増設し、付加電源として用いることも可能である。蓄電池102を外部に増設する例については後述する。太陽電池101は、太陽光を受光して光電変換することで発電を行い直流電力を出力するもので、直流発電設備の一例としての太陽光発電装置を構成している。蓄電池102は、直流電力の蓄電及び蓄電した直流電力の出力が可能な二次電池により構成される。直流分電盤110は、入力端に太陽電池101、交流分電盤104が接続され、出力端に直流負荷用配電路107が接続されている。直流分電盤110は、出力用コンバータとして太陽電池用コンバータ111、蓄電池用コンバータ112、AC/DCコンバータ113を備え、さらに制御部114、表示部115を有して構成される。
太陽電池101の出力線路は2つに分岐され、パワーコンディショナ103と直流分電盤110の太陽電池用コンバータ111とが並列接続されている。パワーコンディショナ103は、太陽電池101から出力される直流電力を商用電源105の位相に同期した交流電力に変換して出力するとともに、変換された交流電力を商用電源105に逆潮流する。太陽電池用コンバータ111は、DC/DCコンバータを有して構成され、太陽電池101から出力される直流電力を所望の電圧レベルに変換して出力する。蓄電池用コンバータ112は、DC/DCコンバータを有して構成され、蓄電池102から出力される直流電力を所望の電圧レベルに変換して出力する一方で蓄電池102の充電を行う。AC/DCコンバータ113は、交流分電盤104から供給される交流電力を所望の電圧レベルの直流電力に変換して出力する。
パワーコンディショナ103は、太陽電池101の直流出力を昇圧する昇圧チョッパ回路(図示せず)、昇圧チョッパ回路で昇圧された直流出力を交流電力系統ACの位相に同期した正弦波の交流出力に変換するインバータ(図示せず)、インバータを制御することで交流出力を調整するインバータ制御回路(図示せず)、系統連系保護装置などを有している。
交流分電盤104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次側が商用電源105に接続された主幹ブレーカ(図示せず)、及び主幹ブレーカの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等が収納される。さらに、交流分電盤104のボックス内にパワーコンディショナ103の出力線が引き込まれ、ボックス内においてパワーコンディショナ103の出力線が商用電源105に並列接続されている。また、分岐ブレーカの2次側に交流配電路106が接続され、この交流配電路106を介して宅内の交流負荷機器に交流電力が供給される。
直流分電盤110は、交流分電盤104と同様に、扉付の容器10内に収納される。そして、商用電源105の出力が交流分電盤104を介して、引き込まれるとともに、太陽電池101の出力が引き込まれ、それぞれ、AC/DCコンバータ113および太陽電池用DC/DCコンバータ111に引き込まれ、直流負荷用配電路107を介して直流負荷機器207に直流電力が供給される。
直流分電盤110において、太陽電池用コンバータ111及び蓄電池用コンバータ112は、それぞれ、例えばスイッチングレギュレータ等により構成され、出力電圧を検出するとともに検出した出力電圧が目標電圧と一致するように出力電圧を増減する制御(フィードバック制御)を行う定電圧制御方式によって、太陽電池101及び蓄電池102から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換する。AC/DCコンバータ113は、例えばスイッチングレギュレータ、インバータ等により構成され、交流電圧を直流電圧に整流し、フィードバック制御により出力電圧の定電圧制御を行うことによって、交流分電盤104より出力される交流電力から所望の電圧レベルの直流電力に変換する。太陽電池用コンバータ111、蓄電池用コンバータ112、AC/DCコンバータ113の各出力端は並列接続され、電流ヒューズからなるプロテクタ116を介して直流負荷用配電路107と接続され、この直流負荷用配電路107には必要に応じて更に外付けの保護回路(図示せず)が設けられる。そして、太陽電池用コンバータ111、蓄電池用コンバータ112、AC/DCコンバータ113の各出力用コンバータでそれぞれ所望の電圧レベルに変換された直流電力のうち、いずれかの直流電力が直流負荷用配電路107を介して直流負荷機器207に供給される。
制御部114は、マイクロコンピュータ等を有してなる情報処理装置により構成され、直流分電盤110の各部の動作制御を司るものである。制御部114は、太陽電池用コンバータ111、蓄電池用コンバータ112、AC/DCコンバータ113の各コンバータの動作のON/OFF制御、並びに出力電圧制御を行うとともに、表示部115の表示制御を行う。表示部115は、液晶表示装置等により構成され、制御部114の指示に基づき、文字、数字、画像等によって直流分電盤110の動作状態等の各種情報を示す表示を行う。また操作部300を有しており、この操作部300を介して、運転、異常の状況、各計測項目、異常履歴の表示、時計の設定などをおこなうことができる。また、異常履歴には異常がおこる直前の太陽電池電圧、蓄電池電圧、交流電圧、出力電力および異常発生時刻を同時に保存することができる。更にまた、操作部としては、直流分電盤110に取り付けたものだけでなく、遠隔操作部(リモコンや家庭内のパソコン)を用い、DLC(直流電力線通信)用端子310を介して上記設定を行うようにしてもよい。
ここでパワーコンディショナ103は、一般的な太陽光発電電力の逆潮流機能のほか、夜間の蓄電池充電機能,昼間の蓄電池放電機能(逆潮流防止)を備えていることもあり、太陽光発電電力と夜間電力の双方を有効に利用することができる。
なお、蓄電池からの放電電力は系統への逆潮流が認められていないため,負荷の使用状況に合わせて放電電力を変化させる必要がある。例えば、系統の受電点に取り付けられた受電電力検出ユニットにより系統に流れる電力を検出し、蓄電池からの逆潮流が発生しないように逆潮流防止制御をおこなう。
この構成によれば、直流電力源からの電力供給に必要な要素を直流分電盤として、1つのユニットで構成し、容器内に収容することができるため、取扱が容易でかつ、設置やメンテナンスが一か所でできるため取扱がきわめて容易である。
また、発熱を伴う太陽電池用コンバータ111、蓄電池用コンバータ112、AC/DCコンバータ113は、図1および2に示すように、水平方向に並置されているため、放熱性が良好である。また、各コンバータ間に放熱板あるいは放熱フィン400を配置しているため、更に放熱性を高めることができる。
また、蓄電池102は、太陽電池用コンバータ111、蓄電池用コンバータ112、AC/DCコンバータ113のいずれの上部にも位置しないように配置されているため、蓄電池の存在によって、太陽電池用コンバータ111、蓄電池用コンバータ112、AC/DCコンバータ113の放熱性を阻害することなく良好に維持することができる。
また、蓄電池は、前記容器に対し、着脱自在に装着することで、蓄電池の劣化や、能力アップ等により取り換えが必要な場合にも、メンテナンスが容易である。
さらにまた、太陽電池用コンバータ111、蓄電池用コンバータ112、AC/DCコンバータ113のいずれから出力を行うかを制御する制御部114と、給電状態を表示する表示部115と、前記直流または交流電力源、あるいは前記保護装置のON/OFFを操作する操作部300とを具備しているため、作業性が良好である。
なお、蓄電池用のDC/DCコンバータ112は、コネクタ接続によって蓄電池102と接続可能に構成することで、外部の蓄電池との接続を行う場合にも、着脱が容易である。また、蓄電池の劣化や、能力アップ等により取り換えが必要な場合にも、蓄電池102および蓄電池用のDC/DCコンバータ112を着脱自在に構成すれば、メンテナンスが容易となる。
また、誤接続を回避するために、直流負荷機器207への直流負荷用配線路107に接続される第1の端子台307と、直流電力源からの配線路201を接続する第2の端子台301と、交流電力源からの交流配電路205に接続する第3の端子台305とは、端子台の形状または色、各配線路の色のいずれかが相互に識別可能に構成されるのが望ましい。形状を変えて、誤接続の場合は、相互に結線できないようにするとなお安全である。
(実施の形態2)
次に本発明の実施の形態2として、蓄電池ユニットを増設する場合について説明する。
図4に、この配電システムのブロック図を示すように、直流分電盤110に蓄電池用コネクタ200を設けておき、この蓄電池用コネクタ200を介して外部の蓄電池102Sを接続するようにしてもよい。他の構成については図3に示した配電システムと同様であるため、ここでは説明を省略する。なお、操作部を設けていないが、図示しない遠隔操作部でDLC用端子を通じて操作するように構成されている。
この構成によれば、例えば増改築により、太陽電池の能力が増大し、蓄電池を大容量にしたい場合など、太陽電池の能力に合わせて蓄電池を増設することが出来る。
(実施の形態3)
次に本発明の実施の形態3として、蓄電池ユニットを増設する場合について説明する。
前記実施の形態2では、蓄電池のみを増設したが、本実施の形態では、蓄電池用コンバータ112Sと外部の蓄電池102Sとを1ユニットとし、蓄電池ユニット210を直流分電盤110に接続可能に構成したものである。すなわち図5に、この配電システムのブロック図を示すように、直流分電盤110に蓄電池ユニット用コネクタ211を設けておき、この蓄電池ユニット用コネクタ211を介して外部の蓄電池ユニット210を接続するものである。他の構成については図3に示した配電システムと同様であるため、ここでは説明を省略する。
この場合、蓄電池用コンバータの能力が小さい場合にも、蓄電池ユニットとして増設することができるため、設計の制約が大幅に低減される。
このように、本実施の形態によれば、蓄電池と蓄電池用のDC/DCコンバータとを具備した蓄電池ユニットを構成しておき、これを着脱可能に構成することで、必要に応じた蓄電池の増設が容易となる。また上述したように、蓄電池増設用の端子として蓄電池ユニット用コネクタ211を配設しているため、大出力の蓄電池を増設するなど、必要に応じて蓄電池の増設が容易となる。
10 容器
22 蓄電池ケース
101 太陽電池
102、102S 蓄電池
103 パワーコンディショナ
104 交流分電盤
105 商用電源(交流電力系統)
106 交流配電路
107 直流負荷用配電路
110 直流分電盤
111 第1のDC/DCコンバータ(太陽電池用コンバータ)
112、112S 第2のDC/DCコンバータ(蓄電池用コンバータ)
113 AC/DCコンバータ
114 制御部
115 表示部
116 プロテクタ
122 係止部
132 コネクタ
200 蓄電池用コネクタ
201 直流電力源からの配電路
205 交流電力源からの交流配電路
210 蓄電池ユニット
211 蓄電池ユニット用コネクタ
300 操作部
301 第3の端子台
305 第2の端子台
307 第1の端子台
310 DLC用端子
400 放熱フィン

Claims (10)

  1. 容器内に収納され、
    直流電力源に接続される第1のDC/DCコンバータと、
    交流電力源に接続されるAC/DCコンバータと、
    蓄電池と、前記蓄電池に接続された第2のDC/DCコンバータと、
    前記第1および第2のDC/DCコンバータ、AC/DCコンバータの少なくとも一つに接続された保護回路と、
    前記容器から導出された直流負荷用配線とを具備した配電装置。
  2. 請求項1に記載の配電装置であって、
    前記第1および第2のDC/DCコンバータ、AC/DCコンバータは、それぞれ所定の間隔で水平方向に並置された配電装置。
  3. 請求項2に記載の配電装置であって、
    前記蓄電池は、前記第1および第2のDC/DCコンバータ、前記AC/DCコンバータのいずれの上部にも位置しないように配置される配電装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれかに記載の配電装置であって、
    前記蓄電池は、前記容器に対し、着脱自在に装着された配電装置。
  5. 請求項4に記載の配電装置であって、
    前記第2のDC/DCコンバータは、コネクタ接続によって前記蓄電池と接続可能に構成された配電装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれかに記載の配電装置であって、
    さらに、前記第1および第2のDC/DCコンバータ、前記AC/DCコンバータのいずれから出力を行うかを制御する制御部と、
    給電状態を表示する表示部と、
    前記直流または交流電力源、あるいは前記保護装置のON/OFFを操作する操作部とを具備した配電装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれかに記載の配電装置であって、
    前記直流負荷への第1の配線を接続する第1の端子台と、
    前記直流電力源からの第2の配線を接続する第2の端子台とを具備し、
    前記第1及び第2の端子台の形状または色、
    前記第1及び第2の配線の色のいずれかが相互に識別可能に構成された配電装置。
  8. 請求項1乃至7のいずれかに記載の配電装置を用いた配電システムであって、
    蓄電池増設用の端子を有する配電システム。
  9. 請求項8に記載の配電システムであって、
    蓄電池と蓄電池用のDC/DCコンバータとを具備した複数の蓄電池ユニットを具備した配電システム。
  10. 請求項1乃至7のいずれかに記載の配電装置を複数配列した配電システム。
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