JP2013005717A

JP2013005717A - 供給電力切替装置及び供給電力切替方法

Info

Publication number: JP2013005717A
Application number: JP2012112600A
Authority: JP
Inventors: to Ye; 涛叶; Ji-Ha Chang; 志霞張; Nariyasu Hamada; 成泰浜田; Jing Zhang; 靖張; Jie Du; 杰杜
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2013-01-07
Also published as: CN102832691A

Abstract

【課題】太陽エネルギー発電システムの電力量、及び異なる負荷の種類及び/または電力消費量に基づいて、負荷への供給電力を太陽エネルギー発電システムと商用電力システムとの間で切り替える。
【解決手段】本発明の供給電力切替装置は、各負荷への供給電力を太陽エネルギー発電システムと商用電力システムとの間で切り替える切替手段と、各負荷の特性を取得し、各負荷のリアルタイムの運転状態を決定する負荷測定手段と、各負荷の特性と現在時間のリアルタイムの運転状態とに基づいて、上記各負荷に上記太陽エネルギー発電システムから電力供給することが可能である否かを判断する候補負荷リスト決定手段と、各負荷に対し、上記太陽エネルギー発電システムから該負荷に電力供給することが可能であると判断した場合、該負荷への供給電力を上記太陽エネルギー発電システムに切り替えるように上記切替手段を制御する電力供給負荷決定手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽エネルギーの応用分野に関する。具体的には、太陽エネルギー発電システムの電力量と、異なる負荷の種類及び/または電力消費量とに基づいて、負荷への供給電力を、太陽エネルギー発電システムと商用電力システム（市電）との間で切替える供給電力切替装置及び供給電力切替方法に関する。

省エネルギー化の課題は、社会の発展に伴い、より重視されつつある。太陽エネルギーは、環境汚染が無いこと、再生可能であること、無尽蔵であることなどの利点を有するため、広く応用されるようになってきている。太陽エネルギー光発電システムは、太陽エネルギーを利用して発電を行うシステムである。太陽エネルギー光発電システムは、公共の電力網と接続しているか否かによって、単独運転型とネット連係型との２種類に分けることができる。単独運転型の光発電システムは、現在の太陽エネルギー光発電の応用として非常に重要な方式であり、非常に広く応用されている。しかし、太陽エネルギー光電池は、その出力電力が太陽光の照射強度と環境の温度による影響を大きく受けると共に、エネルギーの蓄積ができないため、単独運転型の太陽エネルギー光発電システムを利用する場合、電気エネルギーを蓄積及び調節するように、必ず電気エネルギーを蓄積できる蓄電池を設け、負荷への電力供給を、蓄電池及び太陽エネルギー光電池から共同で行う。光の照射強度や気温などの環境は毎日変化するため、太陽エネルギー光発電電池の出力電力は、絶えず変化する。一方、家電製品などの電気的負荷の運転状態も、時間とともに変化するので、負荷の総電力消費量も時間とともに変化する。また、太陽エネルギー光発電電池の出力電力と蓄電池の電力量とを足し合わせた電力量が、運転中の全ての負荷をサポートできる場合には、太陽エネルギーによる電力供給を十分かつ優先的に使用してコストの削減や省エネルギー化の目的を達することができるように、全ての負荷への供給電力を太陽エネルギーによる供給電力として設定できる。しかし、全ての負荷に対する電力供給が太陽エネルギーにより十分にサポートできない場合、負荷の継続的な運転を保証するため、一部の負荷への電力供給の供給元を、商用電力システム（市電）に切り替えなければならない場合もある。

特許文献１には、負荷への供給電力を、商用電源と蓄電池との間で切り替える切替装置が開示されている。この切替装置は、商用電源の負荷について過負荷の問題を解決し、商用電源の負荷が過負荷になることを予測した場合、負荷への電力供給を、蓄電池に切り替えることになっている。

１．特許文献１では、負荷の履歴運転データに基づいて現在の運転データを予測することになっているが、履歴データと現在日の実績との間に関連性がないため、履歴データに基づいて予測した現在の運転データは、正確ではない。

２．特許文献１では、負荷の運転を予測することで、過負荷になる可能性のある負荷への電力供給を事前に蓄電池に切り替えることになっている。しかし、履歴データに基づいて予測されたある時刻の負荷の運転データは、正確なものでないため、ある負荷における過負荷を予測できない恐れもあり、依然として過負荷現象が発生してしまう。

特開２００１−９５１８０号公報

本発明は、負荷の特性とリアルタイムの運転状態とに基づいて、どの負荷に太陽エネルギーによる電力を供給できるかを決定し、太陽エネルギーの発電総量に基づいて、太陽エネルギーから電力供給を受ける負荷を選択することにより、太陽エネルギーを十分に利用できるようにすることを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、提供される供給電力切替装置は、各負荷への供給電力を太陽エネルギー発電システムと商用電力システムとの間で切り替える切替手段と、各負荷の特性を取得し、各負荷のリアルタイムの運転状態を決定する負荷測定手段と、各負荷の特性と現在時間のリアルタイムの運転状態とに基づいて、上記各負荷に上記太陽エネルギー発電システムから電力供給することが可能である否かを判断する候補負荷リスト決定手段と、各負荷に対し、上記候補負荷リスト決定手段によって上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷に電力供給することが可能であると判断した場合、上記負荷への供給電力を上記太陽エネルギー発電システムに切り替えるように上記切替手段を制御する電力供給負荷決定手段とを備える。

また、本発明の供給電力切替装置においては、上記負荷測定手段は、各負荷の運転データと履歴運転データとの少なくともいずれかを用いて各負荷の特性を取得するか、或いは各負荷のそれぞれから上記負荷の特性データ又は特性テーブルを読み出して各負荷の特性を取得することが好ましい。

また、本発明の供給電力切替装置においては、上記各負荷の特性が、負荷の最大電流値と負荷が抵抗負荷であるか否かということの少なくともいずれかを含むことが好ましい。

また、本発明の供給電力切替装置においては、上記候補負荷リスト決定手段は、各負荷に対し、上記負荷の特性及びその現在時間におけるリアルタイムの運転状態とに基づいて上記負荷が運転状態にあるか否かを判断し、上記負荷が運転状態にあると判断した場合、上記負荷の特性に基づいて、上記負荷が抵抗負荷であるか否かを更に判断し、上記負荷が抵抗負荷であると判断した場合、上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷への電力供給が可能であることを決定することが好ましい。

また、本発明の供給電力切替装置においては、上記候補負荷リスト決定手段は、上記負荷が抵抗負荷ではないと判断した場合、上記負荷の特性と現在時間におけるリアルタイムの運転状態とに基づいて、上記負荷の現在電流値が上記負荷の最大電流値に等しいか否かを判断し、上記負荷の現在電流値が、上記負荷の最大電流値に等しいと判断した場合、上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷への電力供給が可能であることを決定することが好ましい。

また、本発明の供給電力切替装置においては、上記候補負荷リスト決定手段は、上記太陽エネルギー発電システムからの電力供給が可能な全ての負荷を、候補負荷リストに入れることが好ましい。

また、本発明の供給電力切替装置においては、上記太陽エネルギー発電システムの参考出力電力を取得する太陽エネルギー発電システム監視手段を更に備え、上記電力供給負荷決定手段は、上記太陽エネルギー発電システムの参考出力電力と負荷の電力消費量とをマッチングさせる方法を用いて、上記候補負荷リスト決定手段によって生成された候補負荷リストにある負荷のうち、上記太陽エネルギー発電システムからの電力供給が可能である負荷を更に決定することが好ましい。

また、本発明の供給電力切替装置においては、上記太陽エネルギー発電システム監視手段は、上記太陽エネルギー発電システムから、現在のリアルタイムの出力電力を上記参考出力電力として直接に読み出すか、あるいはカーブフィッティング法を用いて上記太陽エネルギー発電システムの発電量のデータを、上記参考出力電力として予測することが好ましい。

また、本発明の供給電力切替装置においては、上記電力供給負荷決定手段に用いられた、上記太陽エネルギー発電システムの参考出力電力と負荷の電力消費量とをマッチングする方法は、グリーディ算法、ナップザック算法またはバックトラック算法であることが好ましい。

本発明の第２の態様によれば、供給電力切替方法を提供する。本発明の供給電力切替方法は、各負荷の特性を取得するステップと、各負荷のリアルタイムの運転状態を決定するステップと、各負荷の特性と現在時間におけるリアルタイムの運転状態とに基づいて、上記各負荷に太陽エネルギー発電システムから電力供給することが可能である否かを判断するステップと、上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷に電力供給することが可能であると判断した場合、上記負荷への供給電力を商用電力システムから上記太陽エネルギー発電システムに切り替えるステップとを含む。

また、本発明の供給電力切替方法においては、各負荷の運転データと履歴運転データとの少なくともいずれかを用いて各負荷の特性を取得するか、或いは各負荷のそれぞれから上記負荷の特性データ又は特性テーブルを読み出して各負荷の特性を取得することが好ましい。

また、本発明の供給電力切替方法においては、上記各負荷の特性は、負荷の最大電流値と上記負荷が抵抗負荷であるか否かということの少なくともいずれかを含むことが好ましい。

また、本発明の供給電力切替方法においては、上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷に電力供給することが可能である否かを判断するステップは、各負荷に対し、上記負荷の特性及びその現在時間におけるリアルタイムの運転状態に基づいて上記負荷が運転状態にあるか否かを判断するステップと、上記負荷が運転状態にあると判断した場合、上記負荷の特性に基づいて、上記負荷が抵抗負荷であるか否かを更に判断するステップと、上記負荷が抵抗負荷であると判断した場合、上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷への電力供給が可能であることを決定するステップとを含むことが好ましい。

また、本発明の供給電力切替方法においては、上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷に電力供給することが可能である否かを判断するステップは、上記負荷が抵抗負荷ではないと判断した場合、上記負荷の特性と現在時間におけるリアルタイムの運転状態とに基づいて、上記負荷の現在電流値が上記負荷の最大電流値に等しいか否かを判断するステップと、上記負荷の現在電流値が上記負荷の最大電流値に等しいと判断した場合、上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷への電力供給が可能であることを決定するステップとを含むことが好ましい。

また、本発明の供給電力切替方法においては、上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷に電力供給することが可能である否かを判断するステップは、上記太陽エネルギー発電システムからの電力供給が可能な全ての負荷を、候補負荷リストに入れるステップとを更に含むことが好ましい。

また、本発明の供給電力切替方法においては、上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷に電力供給することが可能である否かを判断するステップの後であり、かつ、上記負荷への供給電力を上記太陽エネルギー発電システムに切り替えるステップの前に、上記太陽エネルギー発電システムの参考出力電力を取得するステップと、上記太陽エネルギー発電システムの参考出力電力と負荷の電力消費量とをマッチングさせる方法を用いて、上記候補負荷リストにある負荷のうち、上記太陽エネルギー発電システムからの電力供給が可能である負荷を更に決定するステップとを含むことが好ましい。

また、本発明の供給電力切替方法においては、上記太陽エネルギー発電システムから現在のリアルタイムの出力電力を、上記参考出力電力として直接に読み出すか、あるいはカーブフィッティング法を用いて上記太陽エネルギー発電システムの発電量のデータを、上記参考出力電力として予測することが好ましい。

また、本発明の供給電力切替方法においては、上記太陽エネルギー発電システムの参考出力電力と負荷の電力消費量とをマッチングする方法は、グリーディ算法、ナップザック算法またはバックトラック算法であるが好ましい。

本発明によれば、負荷の運転状況の変化により、太陽エネルギー発電システムへの衝撃電流の発生を防止することができると共に、太陽エネルギー発電システムの発電量の変化によって、一部の負荷への電力供給が不安定となって正常に運転できないことや、太陽エネルギーの利用が不十分となる問題の発生を防止することができる。

以下の図面に基づいて本発明の好適な実施形態について説明することにより、本発明の上述の及びその他の目的と、特徴と、効果は、より明確になる。

本発明に係る供給電力切替装置１００の模式的なシステムのブロック図である。本発明に係る供給電力切替方法の模式的なフローチャートである。候補負荷リスト決定ステップＳ３１５における具体的手順の模式的なフローチャートを示した図である。太陽エネルギー発電システムの出力電力のカーブフィッティング法を説明するための模式図である。電力供給負荷決定ステップＳ３２５における具体的手順の模式的なフローチャートを示した図である。

本発明の全ての図面においては、同一または類似の構成及びステップに対して、同一または類似の符号が付与される。

以下は、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。説明の場合、本発明に対する理解に誤解を与えることを避けるため、発明の記述において、本発明にとって不必要な細かい部分及び機能についての説明を省略した。

図１は、本発明に係る供給電力切替装置１００の模式的なシステムのブロック図である。

図１に示すように、本発明に係る供給電力切替装置１００は、太陽エネルギー発電システム監視手段１０１０と、電力供給負荷決定手段１０２０と、候補負荷リスト決定手段１０３０と、負荷測定手段１０４０（負荷１０７０_１に対する負荷測定手段１０４０_１及び負荷１０７０_２に対する負荷測定手段１０４０_２を含む）と、切替スイッチ１０５０（コンセント１０６０_１と負荷１０７０_１に対する切替スイッチ１０５０_１、及びコンセント１０６０_２と負荷１０７０_２に対する切替スイッチ１０５０_２を含む）とを含む。図１に示した例では、２つの負荷１０７０_１と１０７０_２及びこの２つの負荷１０７０_１と１０７０_２に対する負荷測定手段１０４０_１と１０４０_２、切替スイッチ１０５０_１と１０５０_２、コンセント１０６０_１と１０６０_２のみが示されている。しかしながら、本発明は、負荷、負荷測定手段、切替スイッチ及びコンセントに関する具体的な個数を限定しないものでありず、当業者は、必要に応じて異なる個数の負荷測定手段及び切替スイッチを有する供給電力切替装置１００を設計可能であることに留意すべきである。なお、以下では、説明の便宜のために、特に区別する必要がない場合は、負荷１０７０_１と１０７０_２を負荷１０７０と総称し、負荷測定手段１０４０_１と１０４０_２を負荷測定手段１０４０と総称し、切替スイッチ１０５０_１と１０５０_２を切替スイッチ１０５０と総称し、及びコンセント１０６０_１と１０６０_２をコンセント１０６０と総称する。

切替スイッチ１０５０は、各負荷１０７０への供給電力を、太陽エネルギー発電システムと商用電力システム（市電）との間で切り替えるためのものである。各切替スイッチ１０５０の入力側は、太陽エネルギー発電システムの電源と商用電力（市電）システムの電源である。切替スイッチ１０５０は、２種類の電源間での切り替えを行うことによって、電源を、接続先となるコンセント１０６０に出力する。負荷１０７０へ電力を入力するための入力線には、コンセント１０６０が挿入されている。初期状態において、切替スイッチ１０５０は、負荷１０７０と市電システムとの接続を行っており、太陽エネルギー発電システムとの接続を遮断している。負荷１０７０は、負荷１０７０の電源スイッチが投入されると、まず最初に市電システムから電力供給を受けて運転を開始する。

負荷測定手段１０４０は、各負荷１０７０の特性を取得すると共に、各負荷１０７０のリアルタイムの運転状態を決定するものである。負荷測定手段１０４０は、切替スイッチ１０５０の出力側と接続し、負荷１０７０に電流を流すと、リアルタイムで負荷１０７０の電力データ（電流、電圧、電力など）を測定できる。全ての負荷測定手段１０４０の出力側は、いずれも候補負荷リスト決定手段１０３０と接続している。負荷測定手段１０４０は、各負荷１０７０の履歴運転データを用いて、各負荷１０７０の特性を取得することができる。あるいは、負荷測定手段１０４０は、次世代のスマート家電製品に対して、各負荷１０７０からこの負荷１０７０の特性データあるいは特性テーブルを読み出し、各負荷１０７０の特性（負荷の最大電流値や、抵抗負荷であるか否かなどを含むが、本発明は、これに限らない）を取得することができる。例えば、負荷測定手段１０４０は、それぞれ負荷１０７０の電流値と電圧値を測定するためのホール電流センサとホール電圧センサとを含んでよい。負荷測定手段１０４０は、測定して得た電流値と電圧値とに基づいて、計算により負荷１０７０の電力を算出することが可能である。

候補負荷リスト決定手段１０３０は、各負荷１０７０の特性と現在時間におけるリアルタイムの運転状態とに基づいて、太陽エネルギー発電システムから電力供給可能な候補負荷のリストを決定するものである。候補負荷リストの具体的な作成工程については、図２のステップＳ３１５と図３に示したフローを参照することが可能であり、後で詳しい説明を行う。

太陽エネルギー発電システム監視手段１０１０は、太陽エネルギー発電システムの参考出力電力ＰＶを取得するためのものである。太陽エネルギー発電システム監視手段１０１０は、太陽エネルギー発電システムから現在のリアルタイムの出力電力を直接読み出して、参考出力電力ＰＶとしてもよい。或いは、太陽エネルギー発電システム監視手段１０１０は、カーブフィッティング法を用いて、太陽エネルギー発電システムの発電量のデータを予測して、参考出力電力ＰＶを求めてもよい。カーブフィッティング法については、図４に示した例を参照することが可能である。具体的な内容については、後述する図２のステップＳ３２０と図４に示したグラフに関する詳細な説明を参照する。

電力供給負荷決定手段１０２０は、太陽エネルギー発電システムの参考出力電力ＰＶに基づいて、太陽エネルギー発電システムからの電力供給が可能である負荷を決定する。すなわち、太陽エネルギー発電システムの参考出力電力と負荷の電力消費量とをマッチングさせる方法を用いて、候補負荷リスト決定手段１０３０によって生成された候補負荷リストにある負荷のうち、太陽エネルギー発電システムからの電力供給が可能である負荷を決定する。その後、切替スイッチ１０５０を用いて、これらの負荷に対する電源を太陽エネルギー発電システムに切り替える一方、その他の負荷に対する電源を商用電力システム（市電）に保留する/切り替える。ここで、太陽エネルギー発電システムの参考出力電力と負荷の電力消費量とをマッチングさせる方法として、グリーディ算法（図５を参照して詳しい説明を後述する）を採用してもよい。また、ナップザック算法やバックトラック算法などの公知の方法を採用してもよい。

本発明に係る供給電力切替装置１００は、その入力側が商用電力システムの電源線と太陽エネルギー発電システムの電源線となり、その出力側がそれぞれのコンセントと接続するための導線となるように、単一のデバイスモジュールで構成することができる。電源線の入口側で本発明に係る供給電力切替装置１００を増設することによって、総合的に配線できるというメリットがある。

図２は、本発明に係る供給電力切替方法の模式的なフローチャートである。

以下、図１と図２とを合わせて参照することにより、本発明に係る供給電力切替方法について具体的に説明する。

まず、ステップＳ３０５において、負荷測定手段１０４０によって、負荷１０７０の特性を取得する。ここで、負荷の運転データ及び/または履歴運転データ（電流、電圧や電力）を用いて、負荷の特性を決定する。例えば、負荷の履歴運転データに基づいて、この負荷の最大電流値を決定してもよい。あるいは、負荷の運転データに基づいて、この負荷が抵抗負荷であるか否かを決定してもよい。あるいは、次世代のスマート家電製品のオプション機能として、負荷自身（スマート家電製品）から負荷の特性データあるいは特性テーブルを読み出し、それによって負荷の各種の特性（負荷の最大電流値や抵抗負荷であるか否かなどを含む。ただし、本発明はこれに限らない）を決定してもよい。

そして、ステップＳ３１０において、負荷測定手段１０４０によって、負荷１０７０のリアルタイムの運転状態を決定する。例えば、負荷１０７０の電圧値や電流値などを測定して得る。

ステップＳ３１５において、候補負荷リスト決定手段１０３０によって、負荷１０７０の特性と現在時間におけるリアルタイムの運転状態とに基づいて、太陽エネルギー発電システムから電力供給可能な候補負荷リストを決定する。

この候補負荷リスト決定ステップを実行する理由は、以下のとおりである。

その１：負荷が、電源ＯＦＦまたは待機状態から起動する場合、通常、正常な運転を維持するのに必要な電流よりも極めて大きな起動電流を必要とする。太陽エネルギー発電システムの出力電力は、有限でありながらも変化する。負荷が電源ＯＦＦまたは待機状態から起動する場合、太陽エネルギー発電システムは通常、大きな電流を提供することができず、負荷の起動ができなくなったり、或いは起動が失敗してしまったりする。そこで、電源ＯＦＦまたは待機状態から負荷を起動する場合、太陽エネルギー発電システムから電力供給をするのではなく、その電力供給の電源を市電の電源に切り替える必要がある。

その２：ある負荷（例えば抵抗負荷）が低電力消費である小電流での運転状態から大電力消費である大電流の運転状態へ切り替えられるとき、電流は突然大幅に変化することはない。よって、このような負荷に対しては、どのような運転状態にあるかに関わらず、太陽エネルギー発電システムによる電力供給の候補負荷とすることができる。

その３：一方、ある負荷（例えば非抵抗負荷）が低電力消費である小電流での運転状態から大電力消費である大電流の運転状態へ切り替えられるとき、電流が突然大幅に増大する恐れがある。このため、このような負荷は、太陽エネルギー発電システムによって電力供給することはできない。

図３は、一例として、候補負荷リスト決定ステップＳ３１５の具体的な手順を示す模式的なフローチャートである。図３を参照すると、まず、ステップＳ３１５０において、候補負荷リストをクリアする。そして、ステップＳ３１５１において、何れかの負荷から開始して、負荷の特性データと現在時間におけるリアルタイムの運転状態とに基づいて、この負荷が運転状態にあるか否かを判断する。

現在、多くの家電製品が待機機能を持っているため、負荷が初めて本発明に係る供給電力切替装置に接続される場合、以下に述べるような自己学習工程を行うことで、負荷の待機状態を決定することができる。負荷測定手段１０４０により、負荷の電流が突然大から小に変わり、減少後の電流が１アンペアより小さいことを測定した場合、候補負荷リスト決定手段１０３０は、該当負荷が待機状態に入ったと判断する。

あるいは、家電製品の赤外線リモコンにより発信した待機指令により、負荷の待機状態を検知してもよい。このような状況下では、本発明に係る供給電力切替装置に対して、家電製品の赤外線リモコンが発信した待機指令を受信するための赤外線信号受信手段（図示していない）を追加すればよい。ユーザーが赤外線リモコンを操作して負荷へ待機指令を発信した場合、負荷が待機状態に入ると共に、赤外線信号受信手段がその待機指令を受信する。これとともに、負荷測定手段１０４０でも負荷の電流が突然大から小に変わったことを検知した場合、候補負荷リスト決定手段１０３０は、負荷が待機状態に入ったと判断し、赤外線信号受信手段の受信した待機指令のコードと測定した負荷の電流データを、履歴データとして保存する。なお、この履歴データは、後で負荷が待機状態に入ったか否かを判断するための根拠となる。

また、あるいは、次世代のスマート家電製品のオプション機能として、負荷が待機状態に入った場合、待機状態メッセージを通信の形式で候補負荷リスト決定手段１０３０（負荷測定手段１０４０を経由してもよいし、経由しなくてもよい）に発信してもよい。

ステップＳ３１５１において、負荷が運転状態になっていない（ステップＳ３１５１において“ＮＯ”）と判断した場合、ステップＳ３１５２において、本発明に係る供給電力切替装置が実装されたシステムには、別の負荷が存在するか否かを判断する。ステップＳ３１５１において負荷が運転状態（ステップＳ３１５１“ＹＥＳ”）になっていると判断した場合、ステップＳ３１５３において、負荷の特性データに基づいて、負荷が抵抗負荷であるか否かを更に判断する。

ステップＳ３１５３において、負荷が抵抗負荷（ステップＳ３１５３“ＹＥＳ”）であると判断された場合、ステップＳ３１５５において、この負荷を候補負荷リストに追加し、その後、ステップＳ３１５２に戻り、本発明に係る供給電力切替装置が実装されたシステムには、別の負荷が存在するか否かを判断する。ステップＳ３１５３において、負荷が抵抗負荷ではない（ステップＳ３１５３“ＮＯ”）と判断された場合、ステップＳ３１５４が実行される。ステップＳ３１５４において、負荷の特性データに基づいて、負荷の現在電流値がこの負荷の最大電流値に等しいか否かを判断する。

ステップＳ３１５４において、負荷の現在電流値がこの負荷の最大電流値に等しいと判断された場合、（ステップＳ３１５４“ＹＥＳ”）、ステップＳ３１５５において、この負荷を候補負荷リストに追加し、その後、ステップＳ３１５２に戻り、本発明に係る供給電力切替装置が実装されたシステムには、別の負荷が存在するか否かを判断する。一方、ステップＳ３１５４において、負荷の現在電流値がこの負荷の最大電流値に等しくない（ステップＳ３１５４において“ＮＯ”）場合、直接ステップＳ３１５２に戻り、本発明に係る供給電力切替装置が実装されたシステムには、別の負荷が存在するか否かを判断する。

ステップＳ３１５２において、システムには、まだ次の（別の）負荷が存在すると判断した場合（ステップＳ３１５２において、“存在”）、ステップＳ３１５１に戻り、その負荷に対して運転状態の判断を行う。ステップＳ３１５２において、システムには別の負荷が存在しない（ステップＳ３１５２において“存在しない”）と判断した場合、候補負荷リスト決定ステップＳ３１５を終了する。

図２に戻って、ステップＳ３２０において、太陽エネルギー発電システム監視手段１０１０によって、太陽エネルギー発電システムの参考出力電力ＰＶを取得する。

ここで、太陽エネルギー発電システム監視手段１０１０は、太陽エネルギー発電システムから、現在のリアルタイムの出力電力を直接読み出し可能であり、これを参考出力電力ＰＶとする。

あるいは、太陽エネルギー発電システム監視手段１０１０は、予測法を用いて太陽エネルギー発電システムの現在切替判断周期期間での発電量のデータを予測して、これから参考出力電力ＰＶを求めてもよい。

選択可能な予測法として、図４は、太陽エネルギー発電システムの出力電力を予測するカーブフィッティング法を示した模式図である。太陽エネルギー光発電電池の発電量は、光の照射と環境の温度の変化に影響される。光の照射と環境温度の変化は緩やかであるため、前の算出周期（前の切替判断周期期間）内の複数の時刻で検出された太陽エネルギー光発電電池の発電量の値を用いて、カーブフィッティング法を採用して次の算出周期（現在切替判断周期期間）の太陽エネルギーの発電量を予測することができる。図４を参照すると、太陽エネルギー発電システム監視手段１０１０は、１つの算出周期（切替判断周期）内で、ｔ０、ｔ１、…、ｔｎの時刻で対応する時刻毎の太陽エネルギー発電システムの発電量のデータＰ０、Ｐ１、…、Ｐｎを検出し、図４にある黒い点に示したようになり、その後、太陽エネルギー発電システムにおける発電量Ｐ(ｔ)と時間ｔとの２次方程式関数Ｐ(ｔ)= aｔ^２+bｔ+cでフィッティングを行うことによって、係数a、b、cが求められる。つまり、最小２乗法によって、既に知っている時刻ｔ０、ｔ１、…ｔｎと、それに対応した検出値Ｐ０、Ｐ１、…、Ｐｎとに基づいて、係数a、b、cを算出してから、現在切替判断周期の開始時刻と終了時刻とを、時間の変数ｔとして得られた２次方程式Ｐ(ｔ)= aｔ^２+bｔ+cに代入することで、現在切替判断周期の期間の開始時および終了時の発電量のデータを算出（予測）する。開始時刻及び終了時刻を時間の変数ｔとする場合で得られた開始時刻及び終了時刻の発電量のデータのうち、より小さい発電量のデータが、参考出力電力ＰＶとして選択される。このように、発電量のデータ変化を考慮したため、発電量と負荷の電力消費量とのマッチングをより良く実現することができる。

図２に戻り、ステップＳ３２５においては、電力供給負荷決定手段１０２０は、太陽エネルギー発電システムの参考出力電力ＰＶに基づいて、太陽エネルギー発電システムからの電力供給が可能である負荷を決定する。すなわち、参考出力電力ＰＶと負荷の電力消費量とをマッチングさせる方法を用いて、候補負荷リストにある負荷のうち、太陽エネルギー発電システムからの電力供給が可能である負荷を決定する。ここで、太陽エネルギー発電システムの参考出力電力ＰＶと負荷の電力消費量とをマッチングさせる方法は、グリーディ算法を採用してもよいが、ナップザック算法またはバックトラック算法を採用してもよい。このステップＳ３２５は、太陽エネルギー発電システムの参考出力電力ＰＶに基づいて、候補負荷リストにおける適当な負荷を選択し、選択された負荷の総電力消費量が太陽エネルギー発電システムの参考出力電力ＰＶを上回らないと共に、できるだけ参考出力電力ＰＶに近づけることで、太陽エネルギー発電システムの出力電力が十分に利用されるようにすることを目的とする。

ステップＳ３２５の選択可能な実現形態として、図５は、グリーディ算法を採用した場合、電力供給負荷決定ステップＳ３２５の具体的手順の模式的なフローチャートを示している。

図５を参照すると、まず、ステップＳ３２５０において、太陽エネルギー発電システムによって電力供給が可能な負荷の総電力ＣＷを、０（ＣＷ=０）に設定する。

その後、ステップＳ３２５１において、それぞれの負荷のリアルタイムの電力（ステップＳ３１０において取得されたもの）の降順で、候補負荷リスト（ステップＳ３１５において取得されたリスト）中の負荷に対して順位を付ける。

ステップＳ３２５２において、順位付けられた第一番目の負荷（リアルタイムの電力が最大の負荷）を現在負荷に設定する。

そして、グリーディ算法の核心としてのステップＳ３２５３〜Ｓ３２５６が実行される。ステップＳ３２５３において、ＣＷと現在負荷のリアルタイムの電力との和が、太陽エネルギー発電システムの参考出力電力ＰＶ以下であるか否かを判断する。ＣＷと現在負荷のリアルタイムの電力との和が、太陽エネルギー発電システムの参考出力電力ＰＶ以下であれば（ステップＳ３２５３“ＹＥＳ”）、ステップＳ３２５４において、現在負荷が太陽エネルギー発電システムによって電力供給可能であると決定すると共に、太陽エネルギー発電システムによって電力供給される負荷の総電力ＣＷを、ＣＷ=ＣＷ+現在負荷のリアルタイムの電力となるように更新する。更新した後に、ステップＳ３２５５に移行する。また、ＣＷと現在負荷のリアルタイムの電力との和が、太陽エネルギー発電システムの参考出力電力ＰＶより大きい（ステップＳ３２５３“ＮＯ”）場合、直接ステップＳ３２５５に移行する。ステップＳ３２５５において、順位付けられた候補負荷リスト中に次の負荷が存在するか否かを判断する。ステップＳ３２５５において、順位付けられた候補負荷リスト中に次の負荷が存在すれば（ステップＳ３２５５において“存在”）、ステップＳ３２５６において、順位付けされた次の負荷を現在負荷に設定し、その後、ステップＳ３２５３に戻る。なお、ステップＳ３２５５において、順位付けられた候補負荷リスト中に次の負荷が存在しない（ステップＳ３２５５において“存在しない”）場合、電力供給負荷決定ステップＳ３２５を終了する。

図２に戻り、電力供給負荷決定ステップＳ３２５が終了後、ステップＳ３３０においては、電力供給負荷決定手段１０２０は、切替スイッチ１０５０を制御することで、候補負荷リスト中の最終的に決定された、太陽エネルギー発電システムによって電力供給可能な負荷への供給電力を太陽エネルギー発電システムに切り替え、その他の負荷への供給電力を商用電力システム（市電）に切り替える。

最後に、ステップＳ３３５において、時間が次の供給電力切替判断周期に達したか否かを判断する。もし、達していない場合、ステップＳ３３５に戻り、引き続き待機する。一方、時間が次の供給電力切替判断周期に達した場合、ステップＳ３１０に戻り、再度の供給電力切替判断工程を開始する。本発明によれば、供給電力切替判断周期は、実際の状況に基づいて設定可能な時間であり、例えば、５分間、１０分間、３０分間などのような任意の時間の長さに設定することができる。供給電力切替判断周期が短く設定されるほど、太陽エネルギー発電システムの発電量と負荷のリアルタイムの動作状態をよく追跡することができる。ただし、頻繁な供給電力の切り替えを防止するため、供給電力切替判断周期は、短くなりすぎないように設定するのが好ましい。

これまで、好適な実施形態を用いて、本発明について説明した。しかし、上述した手段及びステップの全てが必ず必要となるとは限らないことに留意すべきである。発明者は、本発明の最もよい効果を果たすため、上述の実施形態を例示した。しかし、いくつかの次善の実施形態にとっては、いくつかの手段やステップを省略することが可能であり、依然として本発明の基本構想と効果を実現することができる。例えば、いくつかの応用状態または初期状態に関しては、太陽エネルギー発電システムのリアルタイムの発電量を求める必要がない場合もあり、このとき、衝撃電流を防止する目的から、候補負荷リスト決定ステップＳ３１５のみを実行してもよい。つまり、ステップＳ３３０において、候補負荷リスト中の全ての候補負荷を、太陽エネルギー発電システムによる電力供給に切り替えるようにし、したがって、ステップＳ３２０とＳ３２５は実行する必要がない。それに応じて、このような場合には、太陽エネルギー発電システム監視手段１０１０と電力供給負荷決定手段１０２０とを省略してもよく、その代わり候補負荷リスト決定手段１０３０によって切替スイッチ１０５０の動作を制御すればよい。以上の説明は、このような次善の実施形態に対して挙げた例に過ぎず、当業者は、実際の状況や需要に応じて、これらの手段やステップの機能、動作の順序を変更することが可能である。これらの変更後の実施形態も本発明の範囲内に属することを理解すべきである。

厳密に言えば、本発明の実施形態も、データ処理デバイスでのソフトウェアのプログラム、ソフトウェアとハードウエア、あるいは単独のソフトウェア及び/または単独の電気回路によって実現可能であることを理解すべきである。

以上、本発明の好適な実施形態に基づいて本発明について説明した。当業者は、本発明の主旨及び範囲を逸脱しない限り、種々のその他の変更、置換や追加を行うことが可能である。よって、本発明の範囲は、上記で決定した実施形態に限定されず、請求の範囲によって限定されるものであることを理解すべきである。

１００供給電力切替装置
１０１０太陽エネルギー発電システム監視手段
１０２０電力供給負荷決定手段
１０３０候補負荷リスト決定手段
１０４０負荷測定手段
１０５０、１０５０_１、１０５０_２切替スイッチ
１０６０、１０６０_１、１０６０_２コンセント
１０７０、１０７０_１、１０７０_２負荷

Claims

各負荷への供給電力を太陽エネルギー発電システムと商用電力システムとの間で切り替える切替手段と、
各負荷の特性を取得し、各負荷のリアルタイムの運転状態を決定する負荷測定手段と、
各負荷の特性と現在時間のリアルタイムの運転状態とに基づいて、上記各負荷に上記太陽エネルギー発電システムから電力供給することが可能である否かを判断する候補負荷リスト決定手段と、
各負荷に対し、上記候補負荷リスト決定手段によって上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷に電力供給することが可能であると判断した場合、上記負荷への供給電力を上記太陽エネルギー発電システムに切り替えるように上記切替手段を制御する電力供給負荷決定手段とを、備えることを特徴とする供給電力切替装置。
上記負荷測定手段は、
各負荷の運転データと履歴運転データとの少なくともいずれかを用いて各負荷の特性を取得するか、或いは各負荷のそれぞれから上記負荷の特性データ又は特性テーブルを読み出して各負荷の特性を取得することを特徴とする請求項１に記載の供給電力切替装置。
上記各負荷の特性が、
負荷の最大電流値と負荷が抵抗負荷であるか否かということの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の供給電力切替装置。
上記候補負荷リスト決定手段は、
各負荷に対し、上記負荷の特性及びその現在時間におけるリアルタイムの運転状態とに基づいて上記負荷が運転状態にあるか否かを判断し、
上記負荷が運転状態にあると判断した場合、上記負荷の特性に基づいて、上記負荷が抵抗負荷であるか否かを更に判断し、
上記負荷が抵抗負荷であると判断した場合、上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷への電力供給が可能であると決定することを、特徴とする請求項３に記載の供給電力切替装置。
上記候補負荷リスト決定手段は、
上記負荷が抵抗負荷ではないと判断した場合、上記負荷の特性と現在時間におけるリアルタイムの運転状態とに基づいて、上記負荷の現在電流値が上記負荷の最大電流値に等しいか否かを判断し、
上記負荷の現在電流値が上記負荷の最大電流値に等しいと判断した場合、上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷への電力供給が可能であると決定することを、特徴とする請求項４に記載の供給電力切替装置。
上記候補負荷リスト決定手段は、
上記太陽エネルギー発電システムからの電力供給が可能な全ての負荷を、候補負荷リストに入れることを、特徴とする請求項４又は請求項５に記載の供給電力切替装置。
上記太陽エネルギー発電システムの参考出力電力を取得する太陽エネルギー発電システム監視手段を、更に備え、
上記電力供給負荷決定手段は、上記太陽エネルギー発電システムの参考出力電力と負荷の電力消費量とをマッチングさせる方法を用いて、上記候補負荷リスト決定手段によって生成された候補負荷リストにある負荷のうち、上記太陽エネルギー発電システムからの電力供給が可能である負荷を更に決定することを、特徴とする請求項６に記載の供給電力切替装置。
上記太陽エネルギー発電システム監視手段は、
上記太陽エネルギー発電システムから現在のリアルタイムの出力電力を、上記参考出力電力として直接に読み出すか、あるいはカーブフィッティング法を用いて、上記太陽エネルギー発電システムの発電量のデータを、上記参考出力電力として予測することを、特徴とする請求項７に記載の供給電力切替装置。
上記電力供給負荷決定手段に用いられた、上記太陽エネルギー発電システムの参考出力電力と負荷の電力消費量とをマッチングする方法は、
グリーディ算法、ナップザック算法またはバックトラック算法であることを、特徴とする請求項７又は請求項８に記載の供給電力切替装置。
各負荷の特性を取得するステップと、
各負荷のリアルタイムの運転状態を決定するステップと、
各負荷の特性と現在時間におけるリアルタイムの運転状態とに基づいて、上記各負荷に太陽エネルギー発電システムから電力供給することが可能である否かを判断するステップと、
上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷に電力供給することが可能であると判断した場合、上記負荷への供給電力を商用電力システムから上記太陽エネルギー発電システムに切り替えるステップとを含むことを特徴とする供給電力切替方法。
各負荷の運転データと履歴運転データとの少なくともいずれかを用いて各負荷の特性を取得するか、或いは各負荷のそれぞれから上記負荷の特性データ又は特性テーブルを読み出して各負荷の特性を取得することを特徴とする請求項１０に記載の供給電力切替方法。
上記各負荷の特性は、
負荷の最大電流値と上記負荷が抵抗負荷であるか否かということの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の供給電力切替方法。
上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷に電力供給することが可能である否かを判断するステップは、
各負荷に対し、上記負荷の特性及びその現在時間におけるリアルタイムの運転状態に基づいて上記負荷が運転状態にあるか否かを判断するステップと、
上記負荷が運転状態にあると判断した場合、上記負荷の特性に基づいて、上記負荷が抵抗負荷であるか否かを更に判断するステップと、
上記負荷が抵抗負荷であると判断した場合、上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷への電力供給が可能であると決定するステップとを含むことを、特徴とする請求項１２に記載の供給電力切替方法。
上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷に電力供給することが可能である否かを判断するステップは、
上記負荷が抵抗負荷ではないと判断した場合、上記負荷の特性と現在時間におけるリアルタイムの運転状態とに基づいて、上記負荷の現在電流値が上記負荷の最大電流値に等しいか否かを判断するステップと、
上記負荷の現在電流値が上記負荷の最大電流値に等しいと判断した場合、上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷への電力供給が可能であると決定するステップとを含むことを、特徴する請求項１３に記載の供給電力切替方法。
上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷に電力供給することが可能である否かを判断するステップは、
上記太陽エネルギー発電システムからの電力供給が可能な全ての負荷を、候補負荷リストに入れるステップとを更に含むことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の供給電力切替方法。
上記太陽エネルギー発電システムから上記負荷に電力供給することが可能である否かを判断するステップの後であり、かつ、上記負荷への供給電力を上記太陽エネルギー発電システムに切り替えるステップの前に、
上記太陽エネルギー発電システムの参考出力電力を取得するステップと、
上記太陽エネルギー発電システムの参考出力電力と負荷の電力消費量とをマッチングさせる方法を用いて、上記候補負荷リストにある負荷のうち、上記太陽エネルギー発電システムからの電力供給が可能である負荷を更に決定するステップとを含むことを特徴とする請求項１５に記載の供給電力切替方法。
上記太陽エネルギー発電システムから現在のリアルタイムの出力電力を、上記参考出力電力として直接に読み出すか、あるいはカーブフィッティング法を用いて、上記太陽エネルギー発電システムの発電量のデータを、上記参考出力電力として予測することを特徴とする請求項１６に記載の供給電力切替方法。
上記太陽エネルギー発電システムの参考出力電力と負荷の電力消費量とをマッチングする方法は、
グリーディ算法、ナップザック算法またはバックトラック算法であることを、特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の供給電力切替方法。