JP2014030299A - パワーコンディショナ、蓄電池、電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、無駄な電力を消費することなく、太陽光発電部で発電した電力の余剰分を売電する場合に蓄電池に充電した電力を売電しないように制御することが可能なパワーコンディショナ、蓄電池、電力供給システムを提供する。
【解決手段】本発明に従ったパワーコンディショナ１０は、太陽光発電部２０で発電した直流電力を商用電力系統に売電し、商用電力系統から買電した交流電力を蓄電部に充電することが可能である。パワーコンディショナ１０は、買電用交流直流変換器と売電用交流直流変換器とを含む双方向電力変換部１１、直流給電部１２、放電スイッチ１３ａと充電スイッチ１３ｂとを含む半導体スイッチ部１３、蓄電部３０に充電した直流電力を商用電力系統に売電しないように、半導体スイッチ部１３の放電スイッチ１３ａおよび充電スイッチ１３ｂを独立に制御する制御部１４を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電部で発電した直流電力を商用電力系統に対して売電を行なうパワーコンディショナ、当該パワーコンディショナに接続する蓄電池、およびそれらを備える電力供給システムに関する。

太陽光発電部を備える電力供給システムでは、太陽光発電部で発電した電力を、接続する負荷に供給すると供に、余剰電力を商用電力系統に売電することできる。また、蓄電池を備える電力供給システムでは、電気料金の安い夜間電力を蓄電池に充電し、電力の利用度の大きい昼間に蓄電池に充電した電力を使用することができる。

太陽光発電部および蓄電池を備える電力供給システムが、特許文献１に開示してある。特許文献１に開示してある電力供給システムでは、太陽光発電部と蓄電池とを組み合わせたシステムであって、太陽光発電部で発電した電力の余剰分を売電する一方で、蓄電池に充電した電力を売電しないように制御している。

特開２００２−３６９４０６号公報

特許文献１に開示してある電力供給システムでは、太陽光発電部で発電した電力の余剰分を売電する場合に蓄電池に充電した電力を売電しないようにするため、接続した負荷の電力、太陽光発電部で発電した電力、および蓄電池からの電力をセンサにより監視し、演算により蓄電池から放電する電力を双方向ＤＣ−ＤＣコンバータで制御している。そのため、特許文献１に開示してある電力供給システムでは、監視のために設けたセンサで得られる電力の値に誤差が生じたり、演算の結果に誤差が生じたりして双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを正しく制御できない可能性がある。

また、特許文献１に開示してある電力供給システムでは、蓄電池から放電する電力を双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを介して負荷に供給することになるので、回路規模が大きくなること、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの変換効率の分だけ無駄な電力を消費することが問題であった。

それゆえに、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、無駄な電力を消費することなく、太陽光発電部で発電した電力の余剰分を売電する場合に蓄電池に充電した電力を売電しないように制御することが可能なパワーコンディショナ、蓄電池、電力供給システムを提供することを目的とする。

本発明に従ったパワーコンディショナは、太陽光発電部で発電した直流電力を商用電力系統に売電し、商用電力系統から買電した交流電力を蓄電部に充電することが可能なパワーコンディショナであって、商用電力系統から交流電力を買電する場合に、交流電力を直流電力に変換する買電用交流直流変換器と、商用電力系統に直流電力を売電する場合に、直流電力を交流電力に変換する売電用交流直流変換器とを含む双方向電力変換部と、接続した直流負荷に対して直流電力を供給する直流給電部と、蓄電部に充電した直流電力を放電するときにオン状態となる放電スイッチと、蓄電部に直流電力を充電するときにオン状態となる充電スイッチとを含む半導体スイッチ部と、蓄電部に充電した直流電力を商用電力系統に売電しないように、半導体スイッチ部の放電スイッチおよび充電スイッチを独立に制御する制御部とを備える。

また、交流直流変換器は、買電用交流直流変換器と売電用交流直流変換器との機能を併せ持った一体構成として、部品の共通化により効率化を図った双方向交流直流交換器で構成してもよい。

好ましくは、制御部は、蓄電部の電圧と直流給電部の電圧とに基づき蓄電部が充電状態か放電状態かを検知し、商用電力系統に直流電力を売電する場合に、蓄電部が放電状態であると検知すると放電スイッチをオフ状態にする。

好ましくは、放電スイッチおよび充電スイッチは、蓄電部と直流給電部とを接続する第１スイッチ素子と、第１スイッチ素子に並列に接続してある第２スイッチ素子と、第２スイッチ素子に直列接続してある抵抗素子とを含み、制御部は、放電スイッチまたは充電スイッチをオン状態とする場合、オン状態に切換えてから予め定められた期間、第１スイッチ素子をオフ状態にし、第２スイッチ素子をオン状態にする。

好ましくは、第１スイッチ素子および第２スイッチ素子は、ＩＧＢＴである。
本発明に従った電力供給システムは、太陽光発電部と、太陽光発電部と商用電力系統との間に設けてある、前述に記載のパワーコンディショナと、パワーコンディショナに接続し、太陽光発電部で発電した直流電力、または商用電力系統から買電した交流電力を充電する蓄電部とを備える。

本発明に従った蓄電池は、太陽光発電部で発電した直流電力を商用電力系統に売電し、または商用電力系統から買電することが可能なパワーコンディショナに接続する蓄電池であって、パワーコンディショナから供給される直流電力を充電、またはパワーコンディショナへ直流電力を放電する蓄電部と、蓄電部に充電した直流電力を放電するときにオン状態となる放電スイッチと、蓄電部に直流電力を充電するときにオン状態となる充電スイッチとを含む半導体スイッチ部とを備え、半導体スイッチ部の放電スイッチおよび充電スイッチは、蓄電部に充電した直流電力を商用電力系統に売電しないように、パワーコンディショナにより独立に制御される。

好ましくは、パワーコンディショナが商用電力系統に直流電力を売電する場合に、蓄電部が放電状態であると放電スイッチがオフ状態となる。

好ましくは、放電スイッチおよび充電スイッチは、蓄電部に接続する第１スイッチ素子と、第１スイッチ素子に並列に接続してある第２スイッチ素子と、第２スイッチ素子に直列接続してある抵抗素子とを含み、放電スイッチまたは充電スイッチをオン状態とする場合、オン状態に切換えてから予め定められた期間、第１スイッチ素子をオフ状態にし、第２スイッチ素子をオン状態にする。

好ましくは、第１スイッチ素子および第２スイッチ素子は、ＩＧＢＴである。

本発明に係るパワーコンディショナおよび蓄電池は、独立に制御することが可能な半導体スイッチ部の放電スイッチおよび充電スイッチを備えているので、電力変換による無駄な電力を消費することなく、蓄電部に充電した直流電力を商用電力系統に売電させない制御が可能となる。

また、本発明に係る電力供給システムは、前述のパワーコンディショナまたは蓄電池を備えることで、電力変換による無駄な電力を消費することなく蓄電池への電力の充電、放電を行なうとともに、蓄電部に充電した直流電力を商用電力系統に売電する誤動作を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る電力供給システムにおいて、商用電力系統から交流電力を買電する場合の電力の流れを説明するための概略図である。 本発明の実施の形態１に係る電力供給システムにおいて、商用電力系統から交流電力を買電する場合の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る電力供給システムにおいて、商用電力系統に直流電力を売電する場合の電力の流れを説明するための概略図である。 本発明の実施の形態１に係る電力供給システムにおいて、商用電力系統に直流電力を売電する場合の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るパワーコンディショナにおいて、半導体スイッチ部の回路構成を説明するための回路図である。 本発明の実施の形態３に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。図１に示す電力供給システム１は、パワーコンディショナ１０と、太陽光発電部２０と、蓄電部３０とを含んでいる。電力供給システム１は、パワーコンディショナ１０に直流負荷４０を直接接続し、パワーコンディショナ１０に接続した商用電力系統に交流負荷５０を接続してある。

パワーコンディショナ１０は、太陽光発電部２０で発電した直流電力を商用電力系統に売電し、商用電力系統から買電した交流電力を蓄電部３０に充電することが可能な電力変換器などを含んでいる。

太陽光発電部２０は、内部にｐｎ接合が形成されたシリコン単結晶またはシリコン多結晶からなる半導体基板の受光面および受光面の反対側の裏面にそれぞれ表電極および裏電極が形成されたものである。太陽光発電部２０は、受光面に太陽光が入射することで、電力を発電する。

蓄電部３０は、太陽光発電部２０で発電した直流電力のうち余剰となった電力、または商用電力系統から買電した電力を充電し、必要に応じて充電した電力を放電して直流負荷４０や交流負荷５０に電力を供給する蓄電池を有している。具体的に、蓄電部３０は、マンガン酸リチウム電池や、燐酸鉄リチウム電池など蓄電池を有している。

パワーコンディショナ１０について、さらに詳しく説明する。パワーコンディショナ１０は、双方向電力変換部１１、直流給電部１２、半導体スイッチ（ＳＷ）部１３、制御部１４、およびＤＣ−ＤＣ変換部１５を含んでいる。

双方向電力変換部１１は、商用電力系統から買電した交流電力を直流電力に変換したり、商用電力系統に売電する直流電力を交流電力に変換したりする電力変換器を含んでいる。具体的に、双方向電力変換部１１は、商用電力系統から交流電力を買電する場合に、交流電力を直流電力に変換する買電用交流直流変換器１１ａと、商用電力系統に直流電力を売電する場合に、直流電力を交流電力に変換する売電用交流直流変換器１１ｂとを含んでいる。

直流給電部１２は、太陽光発電部２０で発電した直流電力、または蓄電部３０に充電した直流電力を直流負荷に対して供給する。さらに、直流給電部１２は、太陽光発電部２０の発電量、および蓄電部３０の充電量が不足している場合、商用電力系統から買電した交流電力を買電用交流直流変換器１１ａで変換した直流電力を直流負荷に対して供給してもよい。

半導体スイッチ部１３は、蓄電部３０の充電と放電とでオン状態とオフ状態とを切換えるスイッチ素子を含んでいる。具体的に、半導体スイッチ部１３は、蓄電部３０に充電した直流電力を放電するときにオン状態となる放電スイッチ（ＳＷ）１３ａと、蓄電部３０に直流電力を充電するときにオン状態となる充電スイッチ（ＳＷ）１３ｂとを含んでいる。放電スイッチ１３ａがオン状態となると、蓄電部３０は、直流給電部１２を介して直流電力が供給される。充電スイッチ１３ｂがオン状態となると、蓄電部３０は、充電した直流電力を直流給電部１２に供給する。

放電スイッチ１３ａおよび充電スイッチ１３ｂには、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはＦＥＴ（Field effect transistor）などの半導体スイッチ素子を用いている。なお、放電スイッチ１３ａおよび充電スイッチ１３ｂにＩＧＢＴを用いた場合、ＦＥＴを用いた場合のようにフリーホイールダイオードを並列に接続する必要がなく部品点数を減らすことができる。

放電スイッチ１３ａおよび充電スイッチ１３ｂは、リレースイッチの代わりに半導体スイッチ素子を用いることで、小型化することができる。また、リレースイッチは、物理的な接点を有する構造であるため、オン状態とオフ状態との切換え回数に制限があるが、半導体スイッチ素子は、物理的な接点を有しない構造であるため、オン状態とオフ状態との切換え回数に制限がない。そのため、パワーコンディショナ１０に半導体スイッチ素子を用いた場合、パワーコンディショナ１０の寿命は、リレースイッチを用いた場合に比べて長くなる。なお、大型のリレースイッチを用いた場合、オン状態とオフ状態との切換え回数の制限を増やすができるが、パワーコンディショナ１０が大型化する。さらに、パワーコンディショナ１０にリレースイッチを用いる場合、高耐圧のリレースイッチが必要になるが、高耐圧のリレースイッチは高価であるため、パワーコンディショナ１０の製造コストは高価になる。

制御部１４は、双方向電力変換部１１での買電用交流直流変換器１１ａと売電用交流直流変換器１１ｂとの切換えや、半導体スイッチ部１３での放電スイッチ１３ａと充電スイッチ１３ｂとの切換えを制御している。具体的に、制御部１４は、双方向電力変換部１１に双方向電力変換部制御信号を送信して、買電用交流直流変換器１１ａと売電用交流直流変換器１１ｂとの切換え、半導体スイッチ部１３に半導体スイッチ部制御信号を送信して、放電スイッチ１３ａと充電スイッチ１３ｂとを切換えている。

たとえば、制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量が蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和より大きい場合、商用電力系統に直流電力を売電するために、売電用交流直流変換器１１ｂに切換える。逆に、制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量が蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和より小さい場合、商用電力系統から交流電力を買電するために、買電用交流直流変換器１１ａに切換える。

さらに、制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量と蓄電部３０の放電電力との和が直流負荷４０の負荷電力より大きい場合、商用電力系統に直流電力を売電するために、売電用交流直流変換器１１ｂに切換える。逆に、制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量と蓄電部３０の放電電力との和が直流負荷４０の負荷電力より小さい場合、商用電力系統から交流電力を買電するために、買電用交流直流変換器１１ａに切換える。なお、制御部１４は、商用電力系統に直流電力を売電する場合、蓄電部３０に充電した直流電力を商用電力系統に売電しないように、半導体スイッチ部１３の放電スイッチ１３ａおよび充電スイッチ１３ｂを独立に制御する。

また、制御部１４は、蓄電部３０から蓄電部電圧を、直流給電部１２から直流給電部電圧をそれぞれ取得し、取得した両電圧に基づいて蓄電部３０が充電状態か放電状態かを検知する。具体的に、制御部１４は、蓄電部電圧が直流給電部電圧より大きい場合、蓄電部３０が放電状態で、蓄電部電圧が直流給電部電圧より小さい場合、蓄電部３０が充電状態であるとそれぞれ検知する。なお、蓄電部電圧と直流給電部電圧とが略等しい場合、直流給電部１２に対して蓄電部３０が切離された状態となる。蓄電部３０が充電状態か放電状態かの検知は、蓄電部電圧および直流給電部電圧を用いて検知する場合に限定されるものではなく、他の情報を用いて検知してもよい。

ＤＣ−ＤＣ変換部１５は、太陽光発電部２０で発電した直流電力の電圧を、直流負荷４０の電圧に変換する変圧器である。具体的に、太陽光発電部２０で発電した直流電力の電圧が２００Ｖである場合、ＤＣ−ＤＣ変換部１５は、２００Ｖの直流電力を直流負荷４０を駆動するために、たとえば３８０Ｖの直流電力に電圧変換する。直流給電部１２の電圧は、系統電圧のＡＣ２００Ｖに双方向の交流直流変換器で効率よく変換するために３３０Ｖから４００Ｖの直流電圧が好ましい。

次に、電力供給システム１の動作を、商用電力系統から交流電力を買電する場合と、商用電力系統に直流電力を売電する場合とに分けて説明する。まず、商用電力系統から交流電力を買電する場合について説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システム１において、商用電力系統から交流電力を買電する場合の電力の流れを説明するための概略図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システム１において、商用電力系統から交流電力を買電する場合の動作を説明するためのフローチャートである。

図２に示す電力供給システム１は、太陽光発電部２０の発電量が蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和より小さい場合であり、不足する電力を商用電力系統から買電している。つまり、商用電力系統からの交流電力は交流負荷５０に供給されると共に、パワーコンディショナ１０にも供給されている。パワーコンディショナ１０に供給された交流電力は、買電用交流直流変換器１１ａで直流電力に変換され直流給電部１２に供給されている。太陽光発電部２０で発電した直流電力、および買電用交流直流変換器１１ａで変換された直流電力は、直流給電部１２を介して蓄電部３０および直流負荷４０に供給される。

充電スイッチ１３ｂは、直流給電部１２から蓄電部３０に直流電力を供給するためにオン状態であるが、放電スイッチ１３ａはオフ状態である。なお、図２では、選択されていない放電スイッチ１３ａおよびその経路、売電用交流直流変換器１１ｂおよびその経路を一点鎖線で図示してある。

次に、図３に示すフローチャートを用いて、商用電力系統から交流電力を買電する場合の動作を説明する。まず、制御部１４は、直流給電部１２から取得した直流給電部電圧が、蓄電部３０から取得した蓄電部電圧より大きいか否かを判断する（ステップＳ３１）。制御部１４は、直流給電部１２から取得した直流給電部電圧が、蓄電部３０から取得した蓄電部電圧より大きいと判断した場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、太陽光発電部２０の発電量が蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和より小さいか否かを判断する（ステップＳ３２）。

制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量が蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和より小さいと判断した場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、買電用交流直流変換器１１ａに切換える（ステップＳ３３）。双方向電力変換部１１は、買電用交流直流変換器１１ａに切換えることで、商用電力系統からの交流電力を直流電力に変換することができる。

制御部１４は、放電スイッチ１３ａをオフ状態に、充電スイッチ１３ｂをオン状態にそれぞれ切換える（ステップＳ３４）。半導体スイッチ部１３は、放電スイッチ１３ａがオフ状態、充電スイッチ１３ｂがオン状態になることで、直流給電部１２を介して供給される直流電力を蓄電部３０に充電することができる。

ステップＳ３２に戻って、制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量が蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和より小さくないと判断した場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、太陽光発電部２０の発電量が蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和と略同じであるか否かを判断する（ステップＳ３５）。

制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量が蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和と略同じであると判断した場合（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、放電スイッチ１３ａをオフ状態に、充電スイッチ１３ｂをオン状態にそれぞれ切換える（ステップＳ３４）。つまり、太陽光発電部２０で発電した電力で、蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力とを充足することができる場合、商用電力系統から交流電力を買電する必要がないので、買電用交流直流変換器１１ａに切換える必要がない。なお、太陽光発電部２０で発電した電力は余剰することもないので、双方向電力変換部１１は、商用電力系統から切離してもよい。

制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量が蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和と略同じでないと判断した場合（ステップＳ３５：ＮＯ）、太陽光発電部２０の発電量は、蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和より大きい。そのため、制御部１４は、余剰する太陽光発電部２０の発電量を商用電力系統に売電することができるので、後述する売電のフローチャートで説明する処理を行なう。

ステップＳ３１に戻って、制御部１４は、直流給電部１２から取得した直流給電部電圧が、蓄電部３０から取得した蓄電部電圧より大きくないと判断した場合（ステップＳ３１：ＮＯ）、直流給電部１２から取得した直流給電部電圧が、蓄電部３０から取得した蓄電部電圧より小さいとき、蓄電部３０が放電状態であると検知する（ステップＳ３６）。なお、図３に示すフローチャートでは図示していないが、直流給電部１２から取得した直流給電部電圧が、蓄電部３０から取得した蓄電部電圧と略同じ場合は、直流給電部１２に対して蓄電部３０が切離された状態となる。

制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量と蓄電部３０の放電電力との和が、直流負荷４０の負荷電力より小さいか否かを判断する（ステップＳ３７）。制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量と蓄電部３０の放電電力との和が、直流負荷４０の負荷電力より小さいと判断した場合（ステップＳ３７：ＹＥＳ）、買電用交流直流変換器１１ａに切換える（ステップＳ３８）。

制御部１４は、放電スイッチ１３ａをオン状態に、充電スイッチ１３ｂをオフ状態にそれぞれ切換える（ステップＳ３９）。半導体スイッチ部１３は、放電スイッチ１３ａがオン状態に、充電スイッチ１３ｂがオフ状態になることで、蓄電部３０から放電した直流電力を直流給電部１２に供給することができる。

制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量と蓄電部３０の放電電力との和が、直流負荷４０の負荷電力より小さくないと判断した場合（ステップＳ３７：ＮＯ）、太陽光発電部２０の発電量と蓄電部３０の放電電力との和が、直流負荷４０の負荷電力と略同じであるか否かを判断する（ステップＳ４０）。

制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量と蓄電部３０の放電電力との和が、直流負荷４０の負荷電力と略同じであると判断した場合（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、放電スイッチ１３ａをオン状態に、充電スイッチ１３ｂをオフ状態にそれぞれ切換える（ステップＳ３９）。つまり、太陽光発電部２０で発電した電力と蓄電部３０の放電電力との和で、直流負荷４０の負荷電力を充足することができる場合、商用電力系統から交流電力を買電する必要がないので、買電用交流直流変換器１１ａに切換える必要がない。なお、太陽光発電部２０で発電した電力は余剰することもないので、双方向電力変換部１１は、商用電力系統から切離してもよい。

制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量と蓄電部３０の放電電力との和が、直流負荷４０の負荷電力と略同じでないと判断した場合（ステップＳ４０：ＮＯ）、太陽光発電部２０の発電量と蓄電部３０の放電電力との和が、直流負荷４０の負荷電力より大きい。そのため、制御部１４は、余剰する太陽光発電部２０の発電量を商用電力系統に売電することができるので、後述する売電のフローチャートで説明する処理を行なう。

次に、商用電力系統に直流電力を売電する場合について説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システム１において、商用電力系統に直流電力を売電する場合の電力の流れを説明するための概略図である。図５は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システム１において、商用電力系統に直流電力を売電する場合の動作を説明するためのフローチャートである。

図４に示す電力供給システム１は、太陽光発電部２０の発電量と蓄電部３０の放電電力との和が、直流負荷４０の負荷電力より大きい場合であり、余剰する電力を商用電力系統に売電している。つまり、パワーコンディショナ１０からの交流電力は交流負荷５０に供給されると共に、商用電力系統にも売電されている。パワーコンディショナ１０からの交流電力は、直流給電部１２から供給された直流電力が売電用交流直流変換器１１ｂで変換された交流電力である。直流給電部１２から供給された直流電力には、太陽光発電部２０で発電した直流電力と、蓄電部３０から放電した直流電力とが含まれる可能性がある。

しかし、商用電力系統に直流電力を売電する場合、蓄電部３０から放電した直流電力を、商用電力系統に売電する直流電力に含めることができない。そのため、双方向電力変換部１１が売電用交流直流変換器１１ｂに切換える前に、蓄電部３０の直流電力を直流給電部１２に供給するためオン状態である放電スイッチ１３ａをオフ状態に切換える。図４では、選択されていない充電スイッチ１３ｂおよびその経路、買電用交流直流変換器１１ａおよびその経路を一点鎖線で図示してある。

次に、図５に示すフローチャートを用いて、商用電力系統に直流電力を売電する場合の動作を説明する。まず、制御部１４は、直流給電部１２から取得した直流給電部電圧が、蓄電部３０から取得した蓄電部電圧より大きいか否かを判断する（ステップＳ５１）。制御部１４は、直流給電部１２から取得した直流給電部電圧が、蓄電部３０から取得した蓄電部電圧より大きいと判断した場合（ステップＳ５１：ＹＥＳ）、太陽光発電部２０の発電量が蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和より大きいか否かを判断する（ステップＳ５２）。

制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量が蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和より大きいと判断した場合（ステップＳ５２：ＹＥＳ）、売電用交流直流変換器１１ｂに切換える（ステップＳ５３）。双方向電力変換部１１は、売電用交流直流変換器１１ｂに切換えることで、太陽光発電部２０で発電した直流電力を交流電力に変換することができる。

制御部１４は、放電スイッチ１３ａをオフ状態に、充電スイッチ１３ｂをオン状態にそれぞれ切換える（ステップＳ５４）。半導体スイッチ部１３は、放電スイッチ１３ａがオフ状態に、充電スイッチ１３ｂがオン状態になることで、直流給電部１２を介して供給される直流電力を蓄電部３０に充電することができる。蓄電部３０が充電状態であるため、蓄電部３０から放電した直流電力が、商用電力系統に売電する直流電力に含まれることがない。

ステップＳ５２に戻って、制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量が蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和より大きくないと判断した場合（ステップＳ５２：ＮＯ）、太陽光発電部２０の発電量が蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和と略同じであるか否かを判断する（ステップＳ５５）。

制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量が蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和と略同じであると判断した場合（ステップＳ５５：ＹＥＳ）、放電スイッチ１３ａをオフ状態に、充電スイッチ１３ｂをオン状態にそれぞれ切換える（ステップＳ５４）。つまり、太陽光発電部２０で発電した電力で、蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力とを充足し、余剰の電力が生じない場合、商用電力系統に直流電力を売電することができないので、売電用交流直流変換器１１ｂに切換える必要がない。なお、商用電力系統から交流電力を買電することもないので、双方向電力変換部１１は、商用電力系統から切離してもよい。

制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量が蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和と略同じでないと判断した場合（ステップＳ５５：ＮＯ）、太陽光発電部２０の発電量は、蓄電部３０の充電電力と直流負荷４０の負荷電力との和より小さい。そのため、制御部１４は、必要となる電力を商用電力系統から買電する必要があるので、前述した買電のフローチャートで説明した処理を行なう。

ステップＳ５１に戻って、制御部１４は、直流給電部１２から取得した直流給電部電圧が、蓄電部３０から取得した蓄電部電圧より大きくないと判断した場合（ステップＳ５１：ＮＯ）、直流給電部１２から取得した直流給電部電圧が、蓄電部３０から取得した蓄電部電圧より小さいとき、蓄電部３０が放電状態であると検知する（ステップＳ５６）。なお、図５に示すフローチャートでは図示していないが、直流給電部１２から取得した直流給電部電圧が、蓄電部３０から取得した蓄電部電圧と略同じ場合は、直流給電部１２に対して蓄電部３０が切離された状態となる。

制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量と蓄電部３０の放電電力との和が、直流負荷４０の負荷電力より大きいか否かを判断する（ステップＳ５７）。制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量と蓄電部３０の放電電力との和が、直流負荷４０の負荷電力より大きいと判断した場合（ステップＳ５７：ＹＥＳ）、放電スイッチ１３ａをオフ状態に、充電スイッチ１３ｂをオフ状態にそれぞれ切換える（ステップＳ５８）。半導体スイッチ部１３は、放電スイッチ１３ａがオフ状態になることで、蓄電部３０から放電した直流電力を直流給電部１２に供給するのを止め、蓄電部３０から放電した直流電力を、商用電力系統に売電する直流電力に含めないように制御している。

制御部１４は、売電用交流直流変換器１１ｂに切換える（ステップＳ５９）。制御部１４は、放電スイッチ１３ａをオフ状態に切換えた後、売電用交流直流変換器１１ｂに切換えているので、売電用交流直流変換器１１ｂで交流電力に変換する直流電力に蓄電部３０から放電した直流電力が含まれることはない。なお、放電スイッチ１３ａをオフ状態にしたことで蓄電部３０から放電した直流電力が“０”となり、太陽光発電部２０の発電量と蓄電部３０の放電電力との和が、直流負荷４０の負荷電力より小さくなる場合、制御部１４は、買電用交流直流変換器１１ａに切換える、または売電用交流直流変換器１１ｂに切換えずに、放電スイッチ１３ａをオン状態に戻す。

制御部１４は、太陽光発電部２０の発電量と蓄電部３０の放電電力との和が、直流負荷４０の負荷電力より大きくないと判断した場合（ステップＳ５７：ＮＯ）、太陽光発電部２０の発電量と蓄電部３０の放電電力との和が、直流負荷４０の負荷電力と略同じか、直流負荷４０の負荷電力より小さい。そのため、制御部１４は、余剰する太陽光発電部２０の発電量を商用電力系統に売電することができないので、前述した買電のフローチャートで説明した処理を行なう。

以上のように、本発明の実施の形態１に係る電力供給システム１は、パワーコンディショナが、独立に制御することが可能な半導体スイッチ部１３の放電スイッチ１３ａおよび充電スイッチ１３ｂを備えているので、電力変換による無駄な電力を消費することなく、蓄電部３０に充電した直流電力を商用電力系統に売電させない制御が可能となる。

特に、制御部１４は、蓄電部３０の電圧と直流給電部１２の電圧とに基づき蓄電部３０が充電状態か放電状態かを検知することができる。そして、制御部１４は、商用電力系統に直流電力を売電する場合に、蓄電部３０が放電状態であると検知すると放電スイッチ１３ａをオフ状態にするので、商用電力系統に売電する直流電力に蓄電部３０から放電した直流電力が含まれない。

なお、本発明の実施の形態１に係る電力供給システム１では、商用電力系統に直流電力を売電しているときに、直流負荷４０の変動により直流給電部１２の電圧が低下すると、制御部１４は、放電スイッチ１３ａをオン状態にして直流給電部１２の電圧を維持する。制御部１４は、放電スイッチ１３ａをオン状態にすると、商用電力系統に売電する直流電力に蓄電部３０から放電した直流電力が含まれる可能性があるため、売電用交流直流変換器１１ｂから、買電用交流直流変換器１１ａに切換える。

（実施の形態２）
実施の形態１に係るパワーコンディショナ１０では、半導体スイッチ部１３の放電スイッチ１３ａおよび充電スイッチ１３ｂのそれぞれを単純に１個の半導体スイッチ素子で構成する場合について説明したが、本発明に係るパワーコンディショナはこれに限定されない。図６は、本発明の実施の形態２に係るパワーコンディショナにおいて、半導体スイッチ部の回路構成を説明するための回路図である。なお、実施の形態２に係るパワーコンディショナにおいて、実施の形態１に係るパワーコンディショナと同じ構成要素については、同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。

図６に示す半導体スイッチ部１３の放電スイッチ１３ａは、単純に１個の半導体スイッチ素子で構成してあるのではなく、蓄電部３０と直流給電部１２とを接続するスイッチ素子ａ１と、スイッチ素子ａ１に並列に接続してあるスイッチ素子ａ２と、スイッチ素子ａ２に直列接続してある抵抗素子ａ３とを含んでいる。

同様に、図６に示す半導体スイッチ部１３の充電スイッチ１３ｂは、単純に１個の半導体スイッチ素子で構成してあるのではなく、蓄電部３０と直流給電部１２とを接続するスイッチ素子ｂ１と、スイッチ素子ｂ１に並列に接続してあるスイッチ素子ｂ２と、スイッチ素子ｂ２に直列接続してある抵抗素子ｂ３とを含んでいる。

制御部１４が放電スイッチ１３ａに送信している半導体スイッチ部制御信号には、放電制御信号と、電流制限放電制御信号とがある。同様に、制御部１４が充電スイッチ１３ｂに送信している半導体スイッチ部制御信号には、充電制御信号と、電流制限充電制御信号とがある。

蓄電部３０から直流電力を放電する場合や、蓄電部３０に直流電力を充電する場合において、放電スイッチ１３ａまたは充電スイッチ１３ｂをオフ状態からオン状態に作動させると、突入電流が生じることがある。この突入電流を防ぐために、制御部１４は、当該作動（オン状態への切換え動作）を開始してから予め定められた期間、放電スイッチ１３ａや充電スイッチ１３ｂに、電流制限放電制御信号や電流制限充電制御信号を送信する。放電スイッチ１３ａや充電スイッチ１３ｂは、送信された電流制限放電制御信号や電流制限充電制御信号に基づき、スイッチ素子ａ２やスイッチ素子ｂ２をオン状態にする。そのため、抵抗素子ａ３および抵抗素子ｂ３に電流が流れ、放電スイッチ１３ａまたは充電スイッチ１３ｂをオフ状態からオン状態に作動させたときに生じる突入電流を防ぐことができる。

制御部１４は、予め決めた時間が経過した後、放電スイッチ１３ａや充電スイッチ１３ｂに、放電制御信号や充電制御信号を送信する。放電スイッチ１３ａや充電スイッチ１３ｂは、送信された放電制御信号や充電制御信号に基づき、スイッチ素子ａ１やスイッチ素子ｂ１をオン状態にする。なお、スイッチ素子ａ２やスイッチ素子ｂ２は、スイッチ素子ａ１やスイッチ素子ｂ１をオン状態のとき、オフ状態となる。

予め定められた期間が経過した後、突入電流が生じていない状況において、スイッチ素子ａ２やスイッチ素子ｂ２をオン状態にしてあると、抵抗素子ａ３および抵抗素子ｂ３により無駄な電力が消費される。そのため、スイッチ素子ａ１やスイッチ素子ｂ１をオン状態にして、抵抗素子ａ３および抵抗素子ｂ３に電流を流さずに、無駄な電力が消費を抑える。

以上のように、本発明の実施の形態２に係るパワーコンディショナは、半導体スイッチ部１３の放電スイッチ１３ａおよび充電スイッチ１３ｂを、スイッチ素子ａ１，ｂ１と、スイッチ素子ａ１，ｂ１に並列に接続してあるスイッチ素子ａ２，ｂ２と、スイッチ素子ａ２，ｂ２に直列接続してある抵抗素子ａ３，ａ３とを含む構成にしてある。そのため、半導体スイッチ部１３は、放電スイッチ１３ａまたは充電スイッチ１３ｂをオフ状態からオン状態に作動させるとき生じる突入電流を防ぐと共に、突入電流が生じていない状況での無駄な電力が消費を抑えることができる。

（実施の形態３）
実施の形態１に係る電力供給システム１では、パワーコンディショナ１０に半導体スイッチ部１３を含む構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。本発明の実施の形態３に係る電力供給システムでは、パワーコンディショナに半導体スイッチ部を含まず、半導体スイッチ部と蓄電部とを含む蓄電池として構成してある。

図７は、本発明の実施の形態３に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。図７に示す電力供給システム１ａは、パワーコンディショナ１０ａと、太陽光発電部２０と、蓄電池３とを含んでいる。電力供給システム１ａは、パワーコンディショナ１０ａに直流負荷４０を直接接続し、パワーコンディショナ１０ａに接続した商用電力系統に交流負荷５０を接続してある。なお、実施の形態３に係る電力供給システム１ａにおいて、実施の形態１に係る電力供給システム１と同じ構成要素については、同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。

パワーコンディショナ１０ａは、実施の形態１に係るパワーコンディショナ１０に比べて半導体スイッチ部１３を含まない以外は同じ構成である。蓄電池３は、半導体スイッチ部１３と蓄電部３０とを含んでいる。つまり、蓄電池３は、パワーコンディショナ１０に代えて半導体スイッチ部１３を含む構成である。そのため、半導体スイッチ部１３を含まないパワーコンディショナに対して、蓄電池３を用意することで、実施の形態１に係る電力供給システム１と同じ電力供給システム１ａを構成することができ、同様の効果を得ることができる。なお、半導体スイッチ部１３を含まないパワーコンディショナであっても、制御部１４は、蓄電池３の半導体スイッチ部１３に対して半導体スイッチ部制御信号を送信することが可能であるものとする。

以上のように、本発明の実施の形態３に係る電力供給システム１ａは、蓄電池３が、半導体スイッチ部１３と蓄電部３０とを含むので、半導体スイッチ部１３を含まないパワーコンディショナに対しても、電力変換による無駄な電力を消費することなく、蓄電部３０に充電した直流電力を商用電力系統に売電させない制御が可能となる。

なお、蓄電池３は、パワーコンディショナ１０ａの制御部１４からの半導体スイッチ部制御信号により制御される構成に限定されるものではなく、半導体スイッチ部１３内に放電スイッチ１３ａや充電スイッチ１３ｂを制御する制御回路を設けてもよい。これにより、制御部１４から半導体スイッチ部制御信号を送信することがパワーコンディショナに対しても蓄電池３を用意することで、同様の効果を得ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１ａ 電力供給システム、３ 蓄電池、１０，１０ａ パワーコンディショナ、１１ 双方向電力変換部、１１ａ 買電用交流直流変換器、１１ｂ 売電用交流直流変換器、１２ 直流給電部、１３ 半導体スイッチ部、１３ａ 放電スイッチ、１３ｂ 充電スイッチ、１４ 制御部、１５ ＤＣ−ＤＣ変換部、２０ 太陽光発電部、３０ 蓄電部、４０ 直流負荷、５０ 交流負荷。

Claims (9)

1. 太陽光発電部で発電した直流電力を商用電力系統に売電し、前記商用電力系統から買電した交流電力を蓄電部に充電することが可能なパワーコンディショナであって、
   前記商用電力系統から交流電力を買電する場合に、交流電力を直流電力に変換する買電用交流直流変換器と、前記商用電力系統に直流電力を売電する場合に、直流電力を交流電力に変換する売電用交流直流変換器とを含む双方向電力変換部と、
   接続した直流負荷に対して直流電力を供給する直流給電部と、
   前記蓄電部に充電した直流電力を放電するときにオン状態となる放電スイッチと、前記蓄電部に直流電力を充電するときにオン状態となる充電スイッチとを含む半導体スイッチ部と、
   前記蓄電部に充電した直流電力を前記商用電力系統に売電しないように、前記半導体スイッチ部の前記放電スイッチおよび前記充電スイッチを独立に制御する制御部と
   を備える、パワーコンディショナ。
2. 前記制御部は、前記蓄電部の電圧と前記直流給電部の電圧とに基づき前記蓄電部が充電状態か放電状態かを検知し、
   前記商用電力系統に直流電力を売電する場合に、前記蓄電部が放電状態であると検知すると前記放電スイッチをオフ状態にする、請求項１に記載のパワーコンディショナ。
3. 前記放電スイッチおよび前記充電スイッチは、前記蓄電部と前記直流給電部とを接続する第１スイッチ素子と、前記第１スイッチ素子に並列に接続してある第２スイッチ素子と、前記第２スイッチ素子に直列接続してある抵抗素子とを含み、
   前記制御部は、前記放電スイッチまたは前記充電スイッチをオン状態とする場合、オン状態に切換えてから予め定められた期間、前記第１スイッチ素子をオフ状態にし、前記第２スイッチ素子をオン状態にする、請求項１または請求項２に記載のパワーコンディショナ。
4. 前記第１スイッチ素子および前記第２スイッチ素子は、ＩＧＢＴである、請求項３に記載のパワーコンディショナ。
5. 太陽光発電部と、
   前記太陽光発電部と商用電力系統との間に設けてある、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のパワーコンディショナと、
   前記パワーコンディショナに接続し、前記太陽光発電部で発電した直流電力、または前記商用電力系統から買電した交流電力を充電する蓄電部と
   を備える、電力供給システム。
6. 太陽光発電部で発電した直流電力を商用電力系統に売電し、または前記商用電力系統から買電することが可能なパワーコンディショナに接続する蓄電池であって、
   前記パワーコンディショナから供給される直流電力を充電、または前記パワーコンディショナへ直流電力を放電する蓄電部と、
   前記蓄電部に充電した直流電力を放電するときにオン状態となる放電スイッチと、前記蓄電部に直流電力を充電するときにオン状態となる充電スイッチとを含む半導体スイッチ部と
   を備え
   、前記半導体スイッチ部の前記放電スイッチおよび前記充電スイッチは、前記蓄電部に充電した直流電力を前記商用電力系統に売電しないように、前記パワーコンディショナにより独立に制御される、蓄電池。
7. 前記パワーコンディショナが前記商用電力系統に直流電力を売電する場合に、前記蓄電部が放電状態であると前記放電スイッチがオフ状態となる、請求項６に記載の蓄電池。
8. 前記放電スイッチおよび前記充電スイッチは、前記蓄電部に接続する第１スイッチ素子と、前記第１スイッチ素子に並列に接続してある第２スイッチ素子と、前記第２スイッチ素子に直列接続してある抵抗素子とを含み、
   前記放電スイッチまたは前記充電スイッチをオン状態とする場合、オン状態に切換えてから予め定められた期間、前記第１スイッチ素子をオフ状態にし、前記第２スイッチ素子をオン状態にする、請求項６または請求項７に記載の蓄電池。
9. 前記第１スイッチ素子および前記第２スイッチ素子は、ＩＧＢＴである、請求項８に記載の蓄電池。
   

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