JP2011151960A - 蓄電システム、蓄電方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池を利用して電力の平準化を図るとともに、電力会社の発電所等から供給される電力の品質の低下を防止する。
【解決手段】自然エネルギー（太陽光あるいは太陽熱等）を利用して発電する発電手段と、発電手段の発電量が負荷で消費される電力量よりも大きい場合に発電手段の発電による電力の一部（余剰電力）を蓄電し、発電手段の発電量が負荷で消費される電力量よりも小さい場合に、蓄電電力を負荷に対して供給する蓄電手段と、発電手段の発電量が第１の所定値以上の場合に、その発電手段の発電による電力の一部（余剰電力）を発電手段に回生する回生手段と、発電手段の発電量が前記第１の所定値より低い第２の所定値以下の場合に、電力供給系統からの電力により、蓄電手段を充電するための直流電力を供給するコンバータと、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、自然エネルギー、特に、太陽からのエネルギーを利用して発電した電力を発電状況に応じて、蓄電池に充電あるいは負荷等に対して、蓄電池から放電することにより安定的に電力を供給する蓄電システム、蓄電方法およびプログラムに関する。

近年、地球温暖化防止のために、ＣＯ_２排出量を抑制する取り組みが世界的に注目を浴びている。そうした中、エネルギー源として、従来の化石燃料による発電システムに替わるものとして、自然エネルギー、例えば、太陽光等を利用したクリーンエネルギーによる発電システムが普及しつつある。

しかしながら、自然エネルギーを利用した発電システムでは自然環境によっては十分な発電量を得られないような状況も起こり得る。例えば、風力等を利用した発電システムでは、風力の弱いときには所望の発電量が得られないこともあり、電力供給すべき負荷に対して十分な電力の供給ができないという問題がある。このような問題は、特に、太陽光や太陽熱等を利用した発電システムでは顕著であり、太陽の出ている晴天の日の日中には、負荷において消費する電力以上の十分な発電が期待できるものの、例えば、曇りや夜間においては、ほとんど発電が期待できない。また、太陽電池等では、気象条件等によって、発電量に変動が生じる。

このような問題に対応するために、太陽光等を利用した発電システムにおける発電量が負荷における需要量を上回ったときに、余剰電力を蓄電池に蓄電し、太陽光等を利用した発電システムにおける発電量が負荷における需要量に満たないときに、蓄電池から負荷に対して放電を行って、電力の平準化を図る技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、日中の発電量が蓄電池の容量よりも多い場合には、この余剰電力を電力会社の発電所等に逆潮流して、売買する系統連系売電というシステムも知られている。

特開２００１−３１４０３８号公報

しかしながら、上記のように、太陽からのエネルギーを利用して発電システムでは、気象条件等により発電量のばらつきが大きく、発電量が多く、系統連系売電を行う場合に、所定量以上の過剰な電力を系統連系売電として電力会社の発電所等に逆潮流すると、この過剰な電力により、電力会社の発電所等から供給される電力の品質が低下したり、力率が悪化するといった問題があった。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、蓄電池を利用して電力の平準化を図るとともに、電力会社の発電所等から供給される電力の品質の低下を防止する蓄電システム、蓄電方法およびプログラムを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

（１）本発明は、自然エネルギーを利用して発電する発電手段（例えば、図１の太陽電池１に相当）と、前記発電手段の発電量が、接続されるべき負荷で消費される電力量よりも大きい場合は発電手段の発電による電力の一部を蓄電し、前記発電手段の発電量が前記負荷で消費される電力量よりも小さい場合は、蓄電した電力を前記負荷に対して供給する蓄電手段（例えば、図３の蓄電池１１に相当）と、前記発電手段の発電量が予め定めた電力量よりも大きいときに、その発電手段の発電による電力の一部を前記発電手段に回生する回生手段（例えば、図３のシャント回路１３に相当）と、前記発電手段の発電量が所定値以下の場合に、電力供給系統からの電力により、前記蓄電手段を充電するための直流電力を供給するコンバータ（例えば、図３のシャント回路１３に相当）と、を備えた蓄電システムを提案している。

この発明によれば、回生手段が、発電手段の発電量が予め定めた電力量よりも大きいときに、その発電手段の発電による電力の一部を発電手段に回生することにより、過剰な電力が電力会社の発電所等に逆潮流することを防止するとともに、発電手段により発電された電力を有効に活用する。また、気象状況等により、自然エネルギーを利用した発電手段の発電量が所定値以下の場合には、コンバータを介して、電力供給系統からの電力により、蓄電手段への充電電力を補充するため、発電のための諸条件に関わらず、電力供給の平準化を図ることができる。

（２）本発明は、（１）の蓄電システムについて、前記発電手段の発電量を検出する発電量検出手段（例えば、図４の発電電力検出部２１に相当）と、前記負荷で消費する消費電力を検出する消費電力検出手段（例えば、図８の消費電力検出部２２に相当）と、前記発電量検出手段で検出された発電量と前記消費電力検出手段で検出された消費電力とを比較（例えば、図４の比較部２３に相当）して、前記発電量が前記消費電力よりも大きい場合には、その発電手段の発電による電力の一部を前記蓄電手段に蓄電するよう制御し、前記発電手段の発電量が予め定めた電力量よりも大きいときに、その発電手段の発電による電力の一部を前記発電手段に回生するよう制御し、前記発電量が前記消費電力よりも小さい場合に、前記蓄電手段から前記負荷に対して、電力を供給し、前記発電手段の発電量が所定値以下の場合に、前記コンバータを作動させて、電力供給系統からの電力により、前記蓄電手段を充電するための直流電力を供給するよう制御する制御手段（例えば、図３の制御部１４に相当）と、を備えたことを特徴とする蓄電システムを提案している。

この発明によれば、制御手段は、比較手段の比較結果により、発電量が消費電力よりも大きい場合には、その発電手段の発電による電力の一部を蓄電手段に蓄電するよう制御し、発電手段の発電量が予め定めた電力量よりも大きいときに、その発電手段の発電による電力の一部（余剰電力分）を発電手段に回生するよう制御し、発電量が消費電力よりも小さい場合に、蓄電手段から負荷に対して、電力を供給し、発電手段の発電量が所定値以下の場合に、コンバータを作動させて、電力供給系統からの電力により、蓄電手段を充電するための直流電力を供給する。したがって、発電量と消費電力との関係を把握した上で、システム全体を適切に制御する。

（３）本発明は、（１）または（２）の蓄電システムについて、前記回生手段の入力端と前記蓄電手段の入出力端との間に、一方向素子（例えば、図３のダイオードＤ１に相当）を設けたことを特徴とする蓄電システムを提案している。

この発明によれば、回生手段の入力端と蓄電手段の入出力端との間に、一方向素子が設けられている。この一方向素子は、最大電力点追尾（Maximum Power Point Tracking:ＭＰＰＴ）コンバータの替わりに設けられたものであり、ＭＰＰＴコンバータを設けなくとも回生手段により蓄電手段や負荷へ過電圧が供給されることが抑制され、逆流防止のために一方向素子をＭＰＰＴコンバータの替わりに設けることにより、ＭＰＰＴコンバータにおける変換損失をも改善する。

（４）本発明は、（２）の蓄電システムについて、前記回生手段に流れる電流を検出する電流検出手段（例えば、図４の電流検出部２８に相当）を備えたことを特徴とする蓄電システムを提案している。

この発明によれば、電流検出手段が回生手段に流れる電流を検出する。これにより、発電量検出手段で検出された発電量と電流検出手段により検出された電流量とに基づいて、回生モード（シャントモード）の場合でも太陽電池等の実際の発電量を検出することができる。

（５）本発明は、（１）から（４）の蓄電システムについて、前記発電手段が太陽光電池パネルであることを特徴とする蓄電システムを提案している。

（６）本発明は、（１）から（４）の蓄電システムについて、前記発電手段が太陽熱電池パネルであることを特徴とする蓄電システムを提案している。

（７）本発明は、（１）から（６）の蓄電システムについて、前記蓄電手段が、リチウムイオン電池であることを特徴とする蓄電システムを提案している。

この発明によれば、蓄電手段が、リチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は、ニッカド電池やニッケル水素電池に比べて、電圧が高く、エネルギー密度が高い。また、ニッカド電池やニッケル水素電池のように、メモリー効果がなく、サイクル寿命が長い。さらに、急速充電可能で、保存特性が良く、高出力が取り出せるという利点がある。したがって、太陽光等の自然エネルギーから発電を行う蓄電システムの蓄電池に適した特性を有する。

（８）本発明は、（１）から（６）の蓄電システムについて、前記蓄電手段が、リチウムイオンポリマー電池であることを特徴とする蓄電システムを提案している。

この発明によれば、蓄電手段が、リチウムイオンポリマー電池である。リチウムイオンポリマー電池は電解質にポリマーを用いたものであり、リチウムイオン電池と同様の特性を有する。

（９）本発明は、（７）から（８）の蓄電システムについて、前記蓄電手段が、前記太陽発電手段における発電量に応じた蓄電容量を有する組電池構造であることを特徴とする蓄電システムを提案している。

（１０）本発明は、（１）から（９）の蓄電システムについて、住宅、ビル等の商業施設、工場や研究所等の工業施設に配置されることを特徴とする蓄電システムを提案している。

（１１）本発明は、（１）から（９）の蓄電システムについて、特定地域の蓄電所に配置されることを特徴とする蓄電システムを提案している。

（１２）本発明は、自然エネルギーを利用して発電する発電手段を備えた蓄電システムにおける蓄電方法であって、自然エネルギーを利用した発電の発電量を検出する第１のステップ（例えば、図７のステップＳ１０１に相当）と、負荷で消費する消費電力を検出する第２のステップ（例えば、図７のステップＳ１０２に相当）と、発電量と消費電力とを比較して、前記発電量が前記消費電力よりも大きい場合には、その発電手段の発電による電力の一部を蓄電するよう制御する第３のステップ（例えば、図７のステップＳ１０３、ステップＳ１１３に相当）と、前記発電量が前記消費電力よりも小さい場合に、前記負荷に対して、電力を供給するよう制御する第４のステップ（例えば、図７のステップＳ１１１に相当）と、前記発電量が予め定めた発電量を超える場合に、その発電手段の発電による電力の一部を前記発電手段に回生する第５のステップ（例えば、図７のステップＳ１１０に相当）と、気象状況等により、前記発電量が所定値以下の場合に、電力供給系統からの電力により、前記蓄電手段を充電するための直流電力を供給する第６のステップ（例えば、図７のステップＳ１０７に相当）と、を備えたことを特徴とする蓄電方法を提案している。

この発明によれば、自然エネルギーを利用した発電の発電量を検出し、負荷で消費する消費電力を検出する。そして、発電量と消費電力とを比較して、発電量が消費電力よりも大きい場合には、その発電手段の発電による電力の一部を蓄電し、発電量が消費電力よりも小さい場合に、負荷に対して、電力を供給し、発電量が予め定めた発電量を超える場合に、その発電手段の発電による電力の一部を発電手段に回生する。さらに、気象状況等により、発電量が所定値以下の場合に、電力供給系統からの電力により、蓄電手段を充電するための直流電力を供給する。したがって、過剰な電力が電力会社の発電所等に逆潮流することを防止するとともに、発電手段により発電された電力を有効に活用する。また、気象状況等により、発電手段の発電量が所定値以下の場合には、電力供給系統からの電力により、蓄電手段への充電電力を補充するため、発電のための諸条件に関わらず、電力供給の平準化を図ることができる。

（１３）本発明は、自然エネルギーを利用して発電する発電手段を備えた蓄電システムにおける蓄電方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、自然エネルギーを利用した発電の発電量を検出する第１のステップ（例えば、図７のステップＳ１０１に相当）と、負荷で消費する消費電力を検出する第２のステップ（例えば、図７のステップＳ１０２に相当）と、発電量と消費電力とを比較して、前記発電量が前記消費電力よりも大きい場合には、その発電手段の発電による電力の一部を蓄電するよう制御する第３のステップ（例えば、図７のステップＳ１０３、ステップＳ１１３に相当）と、前記発電量が前記消費電力よりも小さい場合に、前記負荷に対して、電力を供給するよう制御する第４のステップ（例えば、図７のステップＳ１０８に相当）と、前記発電量が予め定めた発電量を超える場合に、その超えた発電手段の発電による電力の一部を前記発電手段に回生する第５のステップ（例えば、図７のステップＳ１１１に相当）と、気象状況により、前記発電量が所定値以下の場合に、電力供給系統からの電力により、前記蓄電手段を充電するための直流電力を供給する第６のステップ（例えば、図７のステップＳ１０７に相当）と、をコンピュータに実行させるためのプログラムを提案している。

この発明によれば、自然エネルギーを利用した発電の発電量を検出し、負荷で消費する消費電力を検出する。そして、発電量と消費電力とを比較して、発電量が消費電力よりも大きい場合には、その発電手段の発電による電力の一部を蓄電し、発電量が消費電力よりも小さい場合に、負荷に対して、電力を供給し、発電量が予め定めた発電量を超える場合に、その超えた発電手段の発電による電力の一部を発電手段に回生する。さらに、気象状況により、発電量が所定値以下の場合に、電力供給系統からの電力により、蓄電手段を充電するための直流電力を供給する。したがって、過剰な電力が電力会社の発電所等に逆潮流することを防止するとともに、発電手段により発電された電力を有効に活用する。また、気象状況等により、発電手段の発電量が所定値以下の場合には、電力供給系統からの電力により、蓄電手段への充電電力を補充するため、発電のための諸条件に関わらず、電力供給の平準化を図ることができる。

本発明によれば、自然エネルギーを利用して発電した電力を有効に活用し、負荷に対して、安定した電力供給を行うことができるという効果がある。また、発電量が過剰に大きい場合に、その発電手段の発電による電力の一部を発電装置に回生することにより、発電所からの供給電力の性能を維持することができるという効果がある。

さらに、回生手段の入力端と蓄電手段の入出力端との間に、一方向素子を設けることにより、変換損失を改善するという効果がある。また、回生手段の電流を検出できることから、シャント状態でも太陽電池等の出力を検出することができるという効果がある。また、気象状況等により、発電量が規定値に満たない場合に、電力供給系統からの電力を蓄電池に充電することにより、電力の平準化を図ることができるという効果がある。

本発明の実施形態に係る蓄電システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る蓄電装置の配置場所を例示するイメージ図である。 本発明の実施形態に係る蓄電装置の構成ブロック図である。 本発明の実施形態に係る制御部の構成を示した図である。 本発明の実施形態に係るリチウムイオン電池の概観図である。 本発明の実施形態に係るシャント回路の回路構成を例示した図である。 本発明の実施形態に係る蓄電システムの処理フローである。 発電電力と消費電力、充電量との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

＜蓄電システムの構成＞
図１および図２を用いて、本実施形態に係る蓄電システムの構成について説明する。
本実施形態に係る蓄電システムは、図１に示すように、自然エネルギーを利用して発電をする発電手段としての太陽電池１と、蓄電装置２と、負荷３と、電力供給系統４とから構成されている。

太陽電池１は、太陽光パネルまたは太陽熱パネル等から構成される発電部材である。蓄電装置２は、太陽電池１において発電された発電量と、負荷３で消費される消費電力量とにより、内蔵されている蓄電池に対して、充放電の制御を行う。また、蓄電池が満充電状態で且つ太陽電池１で生成された電力が負荷でも消費されないような電力分（余剰電力）がある場合には、その余剰電力を電力供給系統４に逆潮流させて売電を行う。さらに、気象条件等によって、太陽電池１による発電量が規定の電力量よりも低いときには、コンバータを介して、電力供給系統から蓄電池への充電を行う。なお、蓄電装置２の詳細については、後述する。

また、上記の蓄電装置２は、図２に示すように、住宅、ビル等の商業施設、工場や研究所等の工業施設に配置される用途が想定されるばかりでなく、特定地域の蓄電所に配置する用途に適用してもよい。市や町など地域単位で自然エネルギー利用の発電システムを積極的に用いる取り組みをしている地域や離島のような電力供給が容易に行えない離隔地域のような特定地域の蓄電所に配置する用途に適用してもよい。なお、図２においては、例示的に、太陽光パネルを図示しているが、これに限るものではない。

＜蓄電装置の構成＞
図３および図５を用いて、本実施形態に係る蓄電装置の構成について説明する。
本実施形態に係る蓄電装置は、例えば、筐体ケースの内部に蓄電池が複数、組電池として接続されて配置されるとともに、制御回路部が配置されている。また、装置前面部には、液晶パネル等で形成された表示器が配置されるとともに、操作スイッチ等の操作部が配置されている。なお、ここでは複数の蓄電池と制御回路とを同じ筐体ケースに収納することを例としているが、複数の蓄電池と制御回路とを別々の筐体ケースに収納して、蓄電池と制御回路とを電気的に接続するようにしてもよい。

蓄電装置の機能ブロックは、図３に示すように、蓄電池１１と、インバータ１２と、シャント回路１３と、制御部１４と、表示部１５と、コンバータ１６と、ダイオードＤ１と、ダイオードＤ２とから構成されている。

蓄電池１１は、太陽電池１の発電量が負荷３の消費電力よりも多い場合に、余剰電力を蓄電し、夜間等、太陽電池１の発電量が負荷３の消費電力よりも少ない場合に、蓄電した電力を放電して、負荷３に供給する。

この蓄電池１１は、好ましくは、リチウムイオン電池あるいはリチウムイオンポリマー電池等であり、その構成は、図５に示すように、正極端子３１と、負極端子３２と、安全弁３３と、正極板３４と、セパレータ３５と、負極板３６と、ケース３７とから構成されている。

正極端子３１および、負極端子３２は、リチウムイオンを吸蔵放出する。また、セパレータ３５は、正極板３４および負極板３６の間に介在し、正極板３４、負極板３６、セパレータ３５は、微多孔膜で形成されたセパレータにより互いに隔離された状態で、電極面積を大きくとるために、積層または捲回されている。この積層体または捲回体は外装ケース内に収容され、正極および負極の間に非水電解液が注液されている。

電極は正極および負極で構成され、これら正極端子３１および負極端子３２の各々は、活物質が集電箔上に塗工されたシート形状になっている。ここで、正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出可能なＬｉ含有遷移金属複合酸化物であり、具体的には、オリビン型のリン酸鉄リチウム酸化物（典型的には、ＬｉＦｅＰＯ_４）、リチウムコバルト系複合酸化物（典型的にはＬｉＣｏＯ_２）、リチウムニッケル系複合酸化物（典型的にはＬｉＮｉＯ_２）、遷移金属を複数種含む複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉ_{（１−ｘ−ｙ）}−Ｍｎ_ｙＣｏ_ｚＯ_２）が好適な例として挙げられる。また、負極活物質は、炭素材料を主体とし、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素質物質である。具体的には、初回クーロン効率やサイクル寿命等に優れる点で、結晶性の高い黒鉛質が好適な例として挙げられる。

また、通常、電極には結着材が含有される。結着材としては、有機溶剤に可溶であるポリマーが好ましい。具体的には、リチウムイオン電池の電位において分解されず且つ非水電解液に対して不溶である点で、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキサイド（ＰＰＯ）等が好適な例として挙げられる。

さらに、電極には、抵抗を低減できる点で、導電材が含有されることが好ましい。導電材としては、非水電解液に対して安定で且つ優れた体積固有抵抗（１００Ω・ｃｍ未満）を有する点で、カーボンブラック（アセチレンブラック等）や気層成長された炭素繊維等の微粉体が好ましく用いられる。電極は、極活物質、導電材、結着材を適当な溶剤にて混合し、得られたスラリーを、適当な塗工装置を用いて適当な集電箔上に塗工することで作製できる。なお、正極集電箔としては、アルミニウム、チタン、タンタル、これらの合金等が挙げられる。一方、負極集電箔としては、銅、ニッケル、ステンレス等が挙げられ、これらの中でも、薄膜への加工が容易である点および安価である点で、銅が好ましい。

セパレータ３５は、正極板３４と負極板３６を隔離でき且つ電解液を保持できる点で、不織布、ポリエチレンまたはポリプロピレン等のポリオレフィン系微多孔膜が好適な例として挙げられる。

リチウムイオン電池あるいはリチウムイオンポリマー電池等の特徴としては、電圧が高いこと、エネルギー密度が高いこと、メモリー効果がないこと、急速充電可能であること、保存特性が良いこと、高出力が取り出せること、安全であること等が挙げられる。なお、本実施形態においては、リチウムイオン電池あるいはリチウムイオンポリマー電池を例示したが、これに限らず、ニッカド電池やニッケル水素電池等を用いてもよい。

図３に戻り、インバータ１２は、太陽電池１あるいは蓄電池１１から供給される直流電力から交流電力を電気的に生成する（逆変換する）電力変換装置である。シャント回路１３は、電圧値を所定値以下に維持する回路である。一般的なシャント回路は、電圧を維持するために余剰電流をグランド等に放出して消費させるが、本実施形態におけるシャント回路１３では、余剰電流を太陽電池１に回生する。つまり、図８（Ｄ）に示すように、太陽電池１の発電量が系統での所定値を超えた場合に、この超過電力に対する余剰電流を太陽電池１に回生して、太陽電池１からの出力電力を所定値以下に維持する。本実施形態では、蓄電池が満充電（予め設定した充電上限レベルを満たす場合も含む）の場合に、このような回生するか否かを判断し、回生動作を行うようにしている。これにより、発電した電力を有効に活用することができる。なお、回路の詳細な構成は、後述する。

制御部１４は、図示しない記憶装置に格納された制御プログラムにしたがって、装置全体を制御する。例えば、本実施形態では、発電量が消費電力よりも大きい場合には、蓄電池が満充電の状態でなければ、発電手段の発電による電力の一部である、負荷で消費されない電力分（余剰電力）を蓄電池１１に蓄電するよう制御する。また、発電量が消費電力よりも小さい場合に、蓄電池１１から負荷３に対して、電力を供給するよう制御する。さらに、蓄電池が満充電の状態で、太陽電池１の発電量が予め定めた電力量（系統での所定値）よりも大きいときには、その発電手段の発電による電力の一部をシャント回路１３を介して、太陽電池１に回生し、太陽電池１の発電量が予め定めた電力量以下のときには余剰となる電力の売電（逆潮流）するよう制御する。さらに、気象条件等によって、太陽電池１の発電量が規定の電力量よりも低いときには、コンバータ１６を介して、電力供給系統から蓄電池１１への充電を行う。

表示部１５は、蓄電池１１の蓄電量の表示や売電した電力量およびその金額の表示、または、異常状態を知らせるメッセージを表示する表示装置であり、例えば、液晶パネル等で構成される。コンバータ１６は、電力供給系統４から供給される交流電力から直流電力を電気的に生成する電力変換装置である。

ダイオードＤ１は、ＭＰＰＴコンバータに代わるものであり、シャント回路１３を設けることで、ＭＰＰＴコンバータを設けなくとも回生手段により蓄電手段や負荷へ過電圧が供給されることが抑制されるので、逆流防止のためにダイオードＤ１を設けることに留めることができ、これにより、ＭＰＰＴコンバータの変換損失をダイオードの電圧降下のみに改善することができる。なお、ダイオードＤ１は、ショットキーバリアダイオードのようなＶｆが小さいダイオードが好ましい。ダイオードＤ２は、コンバータ１６の出力を整流する整流素子である。

＜シャント回路の回路構成例＞
図６を用いて、シャント回路の回路構成の一例について、説明する。
本実施形態に係るシャント回路は、トランジスタＱ１と、オペアンプＯＰ１と、ツェナーダイオードＤ３と、抵抗素子Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５と、可変抵抗素子Ｒ２とから構成されている。

トランジスタＱ１はバイポーラトランジスタで構成されたものであり、トランジスタＱ１のコレクタは、太陽電池１の出力端に接続され、エミッタは、抵抗素子Ｒ５に接続され、ベースは、オペアンプＯＰ１の出力端に接続されている。なお、抵抗素子Ｒ５の他端は、太陽電池１のグランド端に接続されている。抵抗素子Ｒ１の一端は、太陽電池１の出力端に接続され、他端は、ツェナーダイオードＤ３に接続されとともに、オペアンプＯＰ１の負入力端子に接続されている。また、ツェナーダイオードＤ３の他端は、太陽電池１のグランド端に接続されている。

可変抵抗素子Ｒ２の一端は、太陽電池１の出力端に接続され、他端は、抵抗素子Ｒ３に接続されるとともに、オペアンプＯＰ１の正入力端子に接続されている。また、抵抗素子Ｒ３の他端は、太陽電池１のグランド端に接続されている。オペアンプＯＰ１の正入力端子と出力端子との間には、フィードバック抵抗として、抵抗素子Ｒ４が設けられている。

太陽電池１が発電を開始すると、抵抗素子Ｒ１を介して電流がツェナーダイオードＤ３に供給され、これにより、オペアンプＯＰ１の正入力端子電圧が、ツェナーダイオードＤ３のツェナー電圧に相当する電圧になり、これが基準電圧となる。

可変抵抗素子Ｒ２と抵抗素子Ｒ３は、分圧回路を構成し、この分圧値が比較対象の電圧となる。なお、可変抵抗素子Ｒ２を調整することにより、回路によるばらつき等を補正した分圧値を得ることができる。ここで、分圧値がツェナーダイオードＤ３による基準電圧よりも高い場合には、オペアンプＯＰ１のその差分が抵抗素子Ｒ４の値を可変抵抗素子Ｒ２と抵抗素子Ｒ３の並列抵抗値で割った値に相当する増幅度で増幅された電流が出力端子からトランジスタＱ１のベースに出力される。これにより、トランジスタＱ１がオン状態となり、抵抗素子Ｒ５を介して、余剰電流が太陽電池１に回生される。なお、上記の回路はあくまでも一例であって、同等の機能を有するものであれば、他の回路構成によるものであってもよい。

＜制御部の構成＞
図４を用いて、本実施形態に係る制御部の構成について、詳細に説明する。
本実施形態に係る制御部１４は、図４に示すように、発電電力検出部２１と、消費電力検出部２２と、比較部２３と、充放電制御部２４と、インバータ制御部２５と、充電状態検出部２６と、売電電力検出部２７と、電流検出部２８と、表示制御部２９と、コンバータ制御部３０とから構成されている。

発電電力検出部２１は、例えば、電力計等によって太陽電池１の発電量を検出する。消費電力検出部２２は、例えば、電力計等によって負荷３における消費電力を検出する。比較部２３は、発電電力検出部２１が検出した発電量と消費電力検出部２２が検出した消費電力量とを比較する。

充放電制御部２４は、比較部２３の比較結果に基づいて、蓄電池１１の充放電を制御して電力供給の制御を行う。図８は発電電力と消費電力、充電量との関係を示す図である。例えば、発電量（Ｐｓａ）と消費電力量（Ｐｌｏａｄ）との関係が図８（Ｂ）のような場合には、充放電制御部２４は、昼間の余剰電力を蓄電池１１に充電する制御を行う。また、夜間等、発電量（Ｐｓａ）が消費電力量（Ｐｌｏａｄ）よりも少ない場合には、充放電制御部２４は、蓄電池１１に充電した電力を負荷３に供給するよう制御する。さらに、気象条件等により、太陽電池１の発電量が所定値よりも低い場合には、後述するコンバータ１６と連動して、電力供給系統からの電力を蓄電池１１に充電させる。ここでの所定値は、太陽電池１による発電量では十分な充電ができないと判断されるようは低い発電量であると判断されるレベルの値である。なお、発電量が一時的に所定値より低くなることも考慮して、太陽電池１の発電量が所定値より低い時間がある所定値（連続時間であっても、日中など１日のある所定時間帯における合計時間であってもよい）に達した場合に、電力供給系統からの電力を蓄電池１１に充電させるようにしてもよい。

インバータ制御部２５は、比較部２３の比較結果に基づいて、例えば、図８（Ｃ）のように、昼間の発電量（Ｐｓａ）が蓄電池１１の容量を超える場合には、蓄電池１１に充電する電力以外の電力を電力供給系統４に出力するようインバータ１２の出力端を切り替えて、売電を行うように制御する。また、夜間等、発電量（Ｐｓａ）が消費電力量（Ｐｌｏａｄ）よりも少ない場合には、蓄電池１１から放電される電力を負荷３に供給するように、インバータ１２の出力端を切り替えるように制御する。

充電状態検出部２６は、例えば、蓄電池１１の電圧を検出することにより、充電状態（充電量）を検出し、その検出したデータを表示制御部２９に出力する。売電電力検出部２７は、例えば、電力計等によりインバータ１２から電力供給系統に逆潮流する電力を検出し、その検出したデータを表示制御部２９に出力する。

電流検出部２８は、シャント回路１３の動作時に、太陽電池１に回生される電流を検出し、その検出したデータを発電電力検出部２１に出力する。このとき、発電電力検出部２１は、上記のように、例えば、電力計を用いて検出した電力と電流検出部２８から入力した電流値とに基づいて、シャント回路１３の動作時の太陽電池１の発電電力量を検出し、そのデータを表示制御部２９に出力する。

表示制御部２９は、発電電力検出部２１、消費電力検出部２２、充電状態検出部２６、売電電力検出部２７、電流検出部２８のそれぞれから入力したデータを数値化あるいはグラフ化して、それぞれの表示位置を指定して、表示部１５に、それらの情報を出力する。

コンバータ制御部３０は、発電電力検出部２１からのデータに太陽電池１の発電量が規定値よりも低いと判断した場合に、コンバータ１６を起動させて蓄電池１１への充電を行う。

＜蓄電システムの動作＞
図７および図８を用いて、本実施形態に係る蓄電システムの動作について説明する。
まず、発電電力検出部２１が、太陽電池１の発電量を逐次検出する（ステップＳ１０１）。消費電力検出部２２は、負荷３で消費する消費電力を逐次検出する（ステップＳ１０２）。

次に、比較部２３にて発電量（Ｐｓａ）の方が消費電力量（Ｐｌｏａｄ）よりも大きいか否かを判断し（ステップＳ１０３）、消費電力量（Ｐｌｏａｄ）の方が発電量（Ｐｓａ）よりも大きい場合（ステップＳ１０３の「Ｎｏ」およびステップＳ１０４の「ＹＥＳ」）、つまり、例えば、発電量（Ｐｓａ）と消費電力量（Ｐｌｏａｄ）との関係が図８（Ａ）のように、発電量（Ｐｓａ）の方が消費電力量（Ｐｌｏａｄ）よりも下回っている場合には、充放電制御部２４が蓄電池１１の充電を禁止するとともに、インバータ制御部２５がインバータ１２の出力端を負荷３に切り替えて、太陽電池１が発電した電力をすべて負荷３に供給する。

また、図８（Ｂ）から（Ｄ）のように、発電量（Ｐｓａ）の方が消費電力量（Ｐｌｏａｄ）よりも下回っている場合でも、発電量が規定値以上であり、蓄電池１１に充電された電力がある場合（ステップＳ１０６の「Ｎｏ」）には、太陽電池１が発電したすべての電力を負荷３に供給するとともに、充放電制御部２４が不足している電力に相当する電力を負荷３に供給するよう蓄電池１１の放電を制御する（ステップＳ１０８）。一方で、発電量が規定値よりも低い場合（ステップＳ１０６の「ＹＥＳ」）には、電力供給系統からの電力により蓄電池１１を充電する（ステップＳ１０７）。本実施形態では発電量（Ｐｓａ）と規定値とが等しい場合（ステップＳ１０６の「ＮＯ」）の場合はステップＳ１０８の処理を行うものとしているが、これに限らず、発電量（Ｐｓａ）と規定値とが等しい場合からステップＳ１０７の処理を行うものとしてもよい。

また、消費電力量（Ｐｌｏａｄ）と発電量（Ｐｓａ）とが等しい場合（ステップＳ１０３の「Ｎｏ」およびステップＳ１０４の「Ｎｏ」）、充放電制御部２４が蓄電池１１の充電を禁止するとともに、インバータ制御部２５がインバータ１２の出力端を負荷３に切り替えて、太陽電池１が発電した電力をすべて負荷３に供給する（ステップＳ１０５）。

一方、発電量（Ｐｓａ）の方が消費電力量（Ｐｌｏａｄ）よりも大きい場合（ステップＳ１０３の「ＹＥＳ」）、比較部２３は充電状態検出部２６からの出力信号に基づき次のステップ（ステップＳ１１０）の判定を行うか否かが決まる。充電状態検出部２６にて蓄電池１１の充電状態が満充電であると判断された場合（ステップＳ１０９の「ＹＥＳ」）には、比較部２３は、発電量（Ｐｓａ）が所定値よりも大きいかを判断する（ステップＳ１１０）。なお、ステップＳ１１０における所定値は、発電量が過剰に高い電力か否かを判断するための閾値として設定されたものである。その結果、発電量（Ｐｓａ）が所定値よりも大きい場合（ステップＳ１１０の「ＹＥＳ」）には、シャント回路１３が動作して、余剰電力に相当する電流を太陽電池に回生する（ステップＳ１１０）。また、発電量（Ｐｓａ）が所定値以下の場合（ステップＳ１１０の「Ｎｏ」）には、系統へ逆潮流して売電をする。このために、蓄電池１１が満充電となった場合には、インバータ制御部２５が動作して、さらなる余剰電力を電力供給系統４に逆潮流させるように、インバータ１２の出力端を電力供給系統４に切り替える。なお、充電状態検出部２６にて蓄電池１１の充電状態が満充電でないと判断された場合（ステップＳ１０９の「ＮＯ」）には、比較部２３はステップＳ１１０の動作を実行しないで、充放電制御部２４が動作して、余剰電力を蓄電池１１に充電させるように制御する（ステップＳ１１３）。本実施形態では発電量（Ｐｓａ）と所定値とが等しい場合（ステップＳ１１０の「ＮＯ」）も売電するようにしているが、これに限らず、発電量（Ｐｓａ）と所定値とが等しい場合から回生するようにしてもよい。

以上、説明したように、本実施形態によれば、自然エネルギー（特に、太陽光）を利用して発電した電力を有効に活用し、負荷に対して、安定した電力供給を行うことができる。また、発電量が過剰に大きい場合に、その余剰電力を発電装置に回生することにより、発電所からの供給電力の性能を維持することができる。さらに、シャント回路の入力端と蓄電池の入出力端との間に、例えば、ダイオードのような一方向素子を設けることにより、変換損失を改善することができる。また、シャント回路が回生する電流を検出できることから、シャント状態でも太陽電池の出力を検出することができる。また、気象条件等により、発電量が規定値よりも低い場合には、電力供給系統からの電力により、蓄電池を充電することにより、電力の平準化を図ることができる。なお、余剰電力は、実施形態で例として説明したような太陽光を利用した発電で発生しやすいことから、太陽光を利用した発電に対して本発明を適用することが望ましい。また、太陽光以外の自然エネルギーを利用した発電システムであっても、余剰電力を生ずるものであれば本発明を適用することで上述の効果を期待できる。

なお、蓄電システムの処理をコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムを、蓄電システムを形成する蓄電装置等に読み込ませ、実行することによって本発明の蓄電システムを実現することができる。ここでいうコンピュータシステムとは、ＯＳや周辺装置等のハードウェアを含む。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷ（Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ）システムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されても良い。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１；太陽電池
２；蓄電装置
３；負荷
４；電力供給系統
１１；蓄電池
１２；インバータ
１３；シャント回路
１４；制御部
１５；表示部
１６；コンバータ
２１；発電電力検出部
２２；消費電力検出部
２３；比較部
２４；充放電制御部
２５；インバータ制御部
２６；充電状態検出部
２７；売電電力検出部
２８；電流検出部
２９；表示制御部
３０；コンバータ制御部
Ｄ１；ダイオード
Ｄ２；ダイオード
Ｄ３；ツェナーダイオード
ＯＰ１；オペアンプ
Ｑ１；トランジスタ
Ｒ１；抵抗素子
Ｒ２；可変抵抗素子
Ｒ３；抵抗素子
Ｒ４；抵抗素子（フィードバック抵抗）
Ｒ５；抵抗素子

Claims (13)

1. 自然エネルギーを利用して発電する発電手段と、
   前記発電手段の発電量が、接続されるべき負荷で消費される電力量よりも大きい場合に、該発電手段の発電による電力の一部を蓄電し、前記発電手段の発電量が前記負荷で消費される電力量よりも小さい場合に、蓄電電力を前記負荷に対して供給する蓄電手段と、
   前記発電手段の発電量が予め定めた電力量よりも大きいときに、その発電手段の発電による電力の一部を前記発電手段に回生する回生手段と、
   前記発電手段の発電量が所定値以下の場合に、電力供給系統からの電力により、前記蓄電手段を充電するための直流電力を供給するコンバータと、
   を備えた蓄電システム。
2. 前記発電手段の発電量を検出する発電量検出手段と、
   前記負荷で消費する消費電力を検出する消費電力検出手段と、
   前記発電量検出手段における発電量と前記消費電力検出手段における消費電力とを比較して、前記発電量が前記消費電力よりも大きい場合には、その発電手段の発電による電力の一部を前記蓄電手段に蓄電するよう制御し、前記発電手段の発電量が第１の所定値以上の場合に、その発電手段の発電による電力の一部を前記発電手段に回生するよう制御し、前記発電量が前記消費電力よりも小さい場合に、前記蓄電手段から前記負荷に対して、電力を供給し、前記発電手段の発電量が前記第１の所定値より低い第２の所定値以下の場合に、前記コンバータを作動させて、電力供給系統からの電力により、前記蓄電手段を充電するための直流電力を供給するよう制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記回生手段の入力端と前記蓄電手段の入出力端との間に、一方向素子を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電システム。
4. 前記回生手段に流れる電流を検出する電流検出手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電システム。
5. 前記発電手段が太陽光電池パネルであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の蓄電システム。
6. 前記発電手段が太陽熱電池パネルであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の蓄電システム。
7. 前記蓄電手段が、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１から請求
   項６のいずれか１つに記載の蓄電システム。
8. 前記蓄電手段が、リチウムイオンポリマー電池であることを特徴とする請求項１
   から請求項６のいずれか１つに記載の蓄電システム。
9. 前記蓄電手段が、前記太陽発電手段における発電量に応じた蓄電容量を有する組電池構造であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の蓄電システム。
10. 住宅、ビル等の商業施設、工場や研究所等の工業施設に配置されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１つに記載の蓄電システム。
11. 特定地域の蓄電所に配置されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１つに記載の蓄電システム。
12. 自然エネルギーを利用して発電する発電手段と電力を蓄電する蓄電手段とを備えた蓄電システムにおける蓄電方法であって、
    前記発電手段の発電量を検出する第１のステップと、
    負荷で消費する消費電力を検出する第２のステップと、
    発電量と消費電力とを比較して、前記発電量が前記消費電力よりも大きい場合には、その発電手段の発電による電力の一部を蓄電するよう制御する第３のステップと、
    前記発電量が前記消費電力よりも小さい場合には、前記負荷に対して、電力を供給するよう制御する第４のステップと、
    前記発電量が第１の所定値以上の場合に、その発電手段の発電による電力の一部を前記発電手段に回生する第５のステップと、
    前記発電量が前記第１の所定値より低い第２の所定値以下の場合に、電力供給系統からの電力により、前記蓄電手段を充電するための直流電力を供給する第６のステップと、
    を備えたことを特徴とする蓄電方法。
13. 自然エネルギーを利用して発電する発電手段と電力を蓄電する蓄電手段とを備えた蓄電システムにおける蓄電方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記発電手段の発電量を検出する第１のステップと、
    負荷で消費する消費電力を検出する第２のステップと、
    発電量と消費電力とを比較して、前記発電量が前記消費電力よりも大きい場合には、その発電手段の発電による電力の一部を蓄電するよう制御する第３のステップと、
    前記発電量が前記消費電力よりも小さい場合には、前記負荷に対して、電力を供給するよう制御する第４のステップと、
    前記発電量が第１の所定値以上の場合に、その発電手段の発電による電力の一部を前記発電手段に回生する第５のステップと、
    前記発電量が前記第１の所定値より低い第２の所定値以下の場合に、電力供給系統からの電力により、前記蓄電手段を充電するための直流電力を供給する第６のステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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