JP2014158327A - 電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽光発電装置による自家発電電力の利用効率を向上して、商用電力の使用を低減することができる電力供給装置を提供する。
【解決手段】 太陽光発電装置２による電圧Ｖｍを検知して、発電電力の発生と同時に蓄電池７へ蓄電し、蓄電池７から負荷給電部６へ放電を行う。蓄電池７から負荷給電部６への放電は、放電限界値まで行う。蓄電池７へ蓄電は、満充電を検知して自動停止する。停電時には、太陽光発電装置２の発電電力を負荷給電部６へ供給し、停電を回避する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、夜間においては商用交流電源からの電力を蓄電し、昼間に放電して負荷側で使用し、昼間十分に太陽光発電装置で発電されている状況では、負荷側への電力供給は全て蓄電部の放電電力を給電し、商用交流電源からの買電は行わないようにして、電気料金をより節減できるようにした電力供給装置に関する。

電力会社の発電設備は、夏期昼間の最大の電力消費量に対応できるように整備されている。このため、夜間においては、消費しきれない余剰電力が生じている。この余剰電力は、最後には熱として捨てられ消滅してしまう。電力会社では、この余剰電力を低減するために、夜間の電気料金を安価に設定して利用を促進したり、発電設備のうち一部を停止したり、出力を小さくするなどの対策を講じている。

しかし、前記後者による対策は、結果的に発電機を低効率で運転することになり、エネルギの損失がきわめて大きい。また、特に原子力発電設備の運転においては、安全上の観点から出力を変動させないようになっており、夜間においても昼間と同出力の運転が行われている。このため、前記のような調整をしても、依然として夜間に多くの余剰電力が生じ、多大なエネルギが無駄に失われているのが現状である。

このような状況を改善するために、変動要因の大きい太陽光発電装置などの再生可能エネルギ系電力と深夜電力などの安定電力とを連係させ、余剰電力を有効に利用して省エネルギ化を図ることができる電力供給装置が給電システムとして提案されている。このようなシステムの従来技術としては、特許文献１，２に開示されている住宅用給電システムがある。

特開２０１１−５０１３１号公報 実用新案登録第３１７２８５５号公報

しかしながら、前記従来技術の電力供給装置には、次のような課題がある。すなわち、前記従来の住宅用給電システムは、昼間、商用交流電源から高価な通常価格の電力が供給されており、太陽光発電装置などで発電されている時間帯においては、発電電力を商用交流電源側へ売電すると共に、蓄電部の放電電力を負荷側へ供給するようになっている。しかし、負荷側への電力供給は、全てが蓄電部の放電電力によって賄われるわけではなく、一部は商用交流電源から買電する仕様となっている。このため、昼間の高い電力を相当量買電することになるので、電気料金を節減する観点からは改善の余地がある。

本発明の目的は、商用交流電源から高価な電力を買電しないようにして、電気料金をより節減することができる電力供給装置を提供することである。

本発明は、太陽光発電装置から発電電力が供給される自家発電電力受電部と、
商用交流電源から商用電力が供給される商用電力受電部と、
前記自家発電電力受電部および前記商用電力受電部から送電される電力によって、充電可能な蓄電池を備える蓄電部と、
電力負荷が接続される負荷給電部と、
前記自家発電電力受電部の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された検出電圧に応答して、前記検出電圧が予め定めるしきい電圧以上であれば、前記自家発電電力受電部から前記蓄電部へ送電させ、前記検出電圧が前記予め定めるしきい電圧未満であれば、前記自家発電電力受電部から前記蓄電部への送電を停止させる制御部を含むことを特徴とする電力供給装置である。

また本発明は、前記商用交流電源から商用電力受電部への電力の供給／停止を検出し、その検出結果を前記制御部へ出力する停電検出部を含み、
前記制御部は、前記停電検出部の検出結果に応答して、前記商用電力受電部への電力供給が停止されているとき、前記蓄電部から前記負荷給電部へ送電させることを特徴とする。

また本発明は、前記自家発電電力受電部には、前記太陽光発電装置によって発電された直流電力が直接供給され、この直流電力によって前記蓄電部が充電されることを特徴とする。

また本発明は、前記自家発電電力受電部には、前記商用交流電源から深夜時間帯の電力が供給され、この深夜時間帯の電力によって前記蓄電部が充電されることを特徴とする。

また本発明は、前記蓄電部は、８０００Ｗｈ〜１６０００Ｗｈの最大蓄電容量を有することを特徴とする。

本発明によれば、自家発電電力受電部には、太陽光発電装置から発電電力が供給される。商用電力受電部には、商用交流電源から商用電力が供給される。蓄電部は、蓄電池を備え、蓄電は、前記自家発電電力受電部および前記商用電力受電部から送電される電力によって充電される。負荷給電部には、電力負荷が接続される。

電圧検出部は、前記自家発電電力受電部の電圧を検出する。制御部は、前記電圧検出部によって検出された検出電圧に応答して、前記検出電圧が予め定めるしきい電圧未満であれば、前記自家発電電力受電部から前記蓄電部への送電を停止させ、前記検出電圧が前記予め定めるしきい電圧以上であれば、前記自家発電電力受電部から前記蓄電部へ送電させ、前記しきい電圧に応じた応答性で蓄電部を自家発電電力によって充電することができる。

このようなしきい電圧は、電圧検出部が太陽光発電装置による自家発電電力が発生したことを確実に検出できる程度であればよく、たとえば商用交流電力の電圧（たとえば、ＡＣ１００Ｖ）よりも１〜２％程度高い電圧（たとえば、ＡＣ１０２Ｖ程度）に設定すればよい。制御部は、電圧検出部によって検出された検出電圧が前述のしきい電圧以上になると、蓄電部を自家発電電力によって充電させるので、商用交流電源から高価な電力をできるだけ買電しないようにして、電気料金をより節減することが可能となる。

また本発明によれば、前記商用交流電源から商用電力受電部への電力の供給／停止を検出し、その検出結果を前記制御部へ出力する停電検出部を備え、前記制御部は、前記停電検出部の検出結果に応答して、前記商用電力受電部への電力供給が停止されているとき、前記蓄電部から前記負荷給電部へ送電させるので、負荷部での電力供給が停止することなく、大災害等による長期間の前記商用電力受電部への電力供給が停止された場合は、太陽光発電装置の電力を発電時に蓄電部へ蓄電すると同時に、負荷給電部へ送電し、負荷電力消費を賄うことができる。また太陽光発電装置の電力が停止したと同時に、蓄電部より負荷給電部へ送電させるので、２４時間の電力供給を可能とすることができる。

また本発明によれば、前記自家発電電力受電部には、前記太陽光発電装置によって発電された直流電力が直接供給され、この直流電力によって前記蓄電部が充電されるので、前記商用電力受電部への電力供給が停止された場合は、太陽光発電装置の電力を発電時に蓄電部へ蓄電することにより、前記太陽光発電装置によって発電された電力の利用効率を向上することができる。

また本発明によれば、前記自家発電電力受電部には、前記商用交流電源から深夜時間帯の電力が供給され、この深夜時間帯の電力によって前記蓄電部が充電されるので、深夜時間帯には、昼間と比べ、極端に電力消費が落ち込み、商用発電所で発電された電力の大気放電として損出している電力を蓄電して、昼間の大量消費時間帯に商用電力を消費することをなくすことができる。

また本発明によれば、前記蓄電部は、８０００Ｗｈ〜１６０００Ｗｈの最大蓄電容量をを有するので、使用する環境によって蓄電量の選択を可能になる。

本発明の一実施形態の電力供給装置１の全体構成を示すブロック図である。 制御部３６が第１モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を示す簡略化した系統図である。 制御部３６によって第１モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を説明するためのフローチャートである。 制御部３６が第１−１モードに設定されたとき配電盤４の負荷電力消費量が、電力供給装置１の定格出力を超えた場の電力供給装置１の動作を示す簡略化した系統図である。 早朝太陽光発電稼働開始〜蓄電部放電限界値）において、ＤＣ/ＡＣ交換器の定格出力を上回ったことを入力電圧検出器１８で検知した場合の動作を説明するためのフローチャートである。 制御部３６が第２モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を示す簡略化した系統図である。 制御部３６が第２モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を説明するためのフローチャートである。 制御部３６が第２モードから第３モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を示す簡略化した系統図である。 制御部３６が第２モードから第３モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を説明するためのフローチャートである。 第４-１モードとして太陽光発電装置２が発電中に商用電力が停電したときの電力供給装置１の動作を示す簡略化した系統図である。 制御部３６が第４-１モードに設定されたときの電力供給装置１の制御動作を説明するためのフローチャートである。 太陽光発電装置２の発電が停止しているときに商用電力が停電したときに電力供給装置１の動作を示す簡略化した系統図である。 制御部３６が第４-２モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を説明するためのフローチャートである。 制御部３６が第５モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を示す簡略化した系統図である。 制御部３６が第５モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を説明するためのフローチャートである。

図１は、本発明の一実施形態の電力供給装置１の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の電力供給装置１は、太陽光発電装置２によって発電した発電電力が、配線Ｌ１へ供給され、接続連係によって配電部１０４の配電盤４へ負荷消費を行い、余った電力は、交流電流の特性である高電圧から低電圧へ流れることを利用して、太陽光発電装置２の電圧を２Ｖ高くし、逆潮流して売電積算器である売電メータ１６に計測させて、余剰電力として商用交流電源Ｖｓへ売電することができるように構成されている。

蓄電装置３には、できるだけ太陽光発電装置２からの電力によって蓄電しておき、配電盤４へ放電している負荷消費電力を賄い、前記太陽光発電装置２の発電電力の全てを余剰電力として売電を行う。また、停電時には、太陽光発電装置２の自家発電ＤＣ電力配線Ｌ２の自家発電ＤＣ電力分岐部２１から自家発電ＤＣ電力受電部２２と、太陽光発電装置２のＡＣ単相１００Ｖ出力部１３とによって、ＡＣ１００Ｖの電力が、自立電力分岐部２５から配線Ｌ５を経て、自家発電ＡＣ電力受電部２６に給電され、太陽光発電装置２の電力によって停電回避を行うことができる。

前記蓄電装置３は、商用交流電源Ｖｓから商用電力が供給される単相３線の商用電力受電部５と、前記自家発電ＤＣ電力受電部２２と、自家発電ＡＣ電力受電部２６と、前記商用電力受電部５からの電力によって充電可能な蓄電池７と、蓄電池７からの電力が供給され、電力負荷が接続される単相３線の負荷給電部６とを備える。

前記商用電力受電部５と負荷給電部６との相互間を選択的に接続・遮断して、前記自家発電ＤＣ電力受電部２、商用電力受電部５、蓄電池７および負荷給電部６の相互間の接続状態を切換える制御部３６と、制御部３６からの制御指令を受けて開閉制御される開閉器１９，２３，２７，３１と、切換器３３とによって、予め定める複数のモードである第１〜第５モードに応じた接続状態に切換えるように制御し、商用電力受電部５からの電力の供給／停止を電圧によって検出する電圧検出部である入力電圧検出器１８と、負荷給電部６の出力電圧を検出する出力電圧検出器３２とを含む。

前記開閉器１９，２３，２７，３１は、電磁開閉器（Electromagnetics Contactor；略称ＭＣ）によって実現される。また、前記入力電圧検出器１８および出力電圧検出器３２は、電流を計測して電圧値に換算し、換算した電圧値を検出電圧として出力する検流器によって実現される。

前記制御部３６は、入力電圧検出器１８および出力電圧検出器３２の検出値に基づいて、第１〜第５モードのいずれかのモードを選択し、その選択されたモードのシーケンスに従って、各開閉器１９，２３，２７，３１および切換器３３の接続状態を切換える制御を実行するように構成される。前記第１〜第５モードにおける電力供給装置１の動作は、次のとおりである。

「第１モード」では、まず太陽光発電装置２が起動される、たとえば早朝６時前後から第１モードで起動されて、蓄電池７の電力を粗負荷給電部６へ送電して該負荷給電部６から負荷へ給電し、そのまま蓄電池７の蓄電電力の放電限界値まで放電する。蓄電池７が蓄電電力の放電限界値になって放電が完了したときには、第１モードから第２モードに切り換わり、放電を停止する。前記放電限界値は、たとえば最大充電容量の５〜１５％に設定される。

たとえば、第３モードから第１モードへ切換える場合、太陽光発電装置２から電力供給が可能であることが、入力電圧検出器１８によって検出される電圧に基づいて検知することができる。このような太陽光発電装置２から電力供給が可能であることを検知する手法として、制御部３６は、入力電圧検出器１８からの検出電圧を表わす検出信号を入力し、入力した検出信号が示す電圧Ｖｍが、太陽光発電装置２によって発生する基準電圧Ｖ０、たとえば小容量単相のＶ０＝ＡＣ１００Ｖよりもわずかに高い電圧、たとえば１〜２％高いしきい電圧Ｖ１（＝１０２Ｖ）以上であるか否かを判断し、しきい電圧Ｖ１以上の場合（Ｖｍ≧Ｖ１）およびしきい電圧Ｖ１未満である場合（Ｖｍ＜Ｖ１）ごとに、各モードに応じて各開閉器１９，２３，２７，３１および切換器３３の接続状態を切換える制御指令を出力し、電力供給系統を制御する。

「第１−１モード」では、前記負荷給電部６へ要求する負荷要求電力量が蓄電装置３の定格出力を上回った場合は、ＤＣ／ＡＣ交換器２９側から前記商用電力受電部５へ切換えを行い、また定格出力を上回った場合は、前記商用電力受電部５からＤＣ／ＡＣ交換器２９側へ切換えて戻す。

「第２モード」では、「第１モード」の前記負荷給電部６への放電状況が、前記制御部３６が蓄電池７の放電限界値を検知して、切換器３３から商用電力受電部５側へ切換え、開閉器３１を遮断する。

「第３モード」では、切換器３３を「第２モード」と同じ状態で前記商用電力受電部５から負荷給電部６へ切換え、前記制御部３６のタイマによって前記深夜電力時間帯に商用電力受電部５側の開閉器１９を接続して、ＡＣ／ＤＣ充電器２０へ送電し、蓄電池７の充電を行い、満充電になれば自動停止する。

「第４−１モード」では、前記太陽光発電装置２の発電中に、前記入力電圧検出器１８によって、前記商用電力受電部５からの電力が停止したことが検出されたとき、自家発電ＤＣ電力受電部２２の開閉器２３を接続し、ＤＣ／ＤＣ充電器２４へ給電し、前記蓄電池７を充電する、太陽光発電装置２の手動操作による自立運転起動時は、ＡＣ１００Ｖが入力される自家発電ＡＣ電力受電部２６の開閉器２７の接続によって、昇圧器２８からのＡＣ２００Ｖ電力をＡＣ／ＤＣ充電器２０に供給して直流に変換し、蓄電池７を充電する。負荷給電部６への給電は、そのままＤＣ／ＡＣ交換器２９より行う。

「第４−２モード」では、太陽光発電装置２の停止中に、入力電圧検出器１８によって、検出された検出電圧Ｖｍに応答して、制御部３６が切換器３３をＤＣ／ＡＣ交換器２９側へ切換え、負荷給電部６へそのまま給電を行う。

「第５モード」では、定期点検や修理や交換時の電力迂回バイパス機能であり、蓄電装置３の取付け／取外し用の蓄電装置設置用接続箱４２であり、内部に手動用迂回専用の開閉器４３を備える。

蓄電池７は、８０００Ｗｈ〜１６０００Ｗｈの最大蓄電容量を有する。太陽光発電装置２は、太陽光発電パネル８、太陽光発電系統接続器９、ＤＣ／ＡＣ電力変換器であるパワーコンディショナ１０、自家発電出力部１１、商用交流電源Ｖｓ、買電メータ１５、売電メータ１６、商用電力契約ブレーカ１７、ＡＣ単相１００Ｖ出力部１３および自立運転専用コンセント１４を有する。

停電時には、太陽光発電装置２によって発電された電力が２系統で供給される。１系統は、自立運転のＡＣ１００Ｖであり、もう１系統は、蓄電装置３専用の自家発電ＤＣ電力配線Ｌ２の太陽光発電の直流電力を受電する自家発電ＤＣ電力分岐部２１、自家発電ＤＣ電力受電部５を経て電力需給を受ける。

負荷給電部６の電力は、商用電力受電部５より配線Ｌ１の入力電圧検出器１８、切換器３３より負荷給電部６へ単相３線として迂回給電する。負荷給電部６で用いられる電力は、蓄電池７より放出されるＤＣ電力をＤＣ／ＡＣ交換器２９によって交流電力に変換され、さらにＡＣ単相２線／３線変換器３０によって出力電圧検出器３２によって検出された電圧・電流を制御部３６で確認後、切換器３３から負荷給電部６へ給電する。

停電時に負荷給電部６として用いられる電力は、蓄電装置３へ専用太陽光電力供給の方法で、自家発電ＤＣ電力配線Ｌ２の太陽光の有る昼間に太陽光発電パネル８で常時発電する直流ＤＣ電力を送電する。自家発電ＤＣ電力配線Ｌ２より自家発電ＤＣ電力分岐部２１から自家発電ＤＣ電力受電部２２よりＤＣ入力開閉器２３で接続し、ＤＣ／ＤＣ充電器２４より蓄電池７へ電力需給を受け、同時に蓄電池７よりＤＣ／ＡＣ交換器２９を介して負荷給電部６に出力され、電力負荷に給電される。

停電時に負荷給電部６から用いられる電力は、太陽光発電装置２の機能に自立運転があり、停電時に手動によって自立運転へ切換えることができる。この場合、ＡＣ単相１００Ｖ出力部１３で、電圧１００Ｖ、最大出力１５００Ｗの電力を自家発電ＡＣ分岐部２５より、自家発電ＡＣ電力受電部２６へ開閉器２７によって接続し、ＡＣ２００Ｖ昇圧器２８にてＡＣ２００Ｖへ変換後、ＡＣ／ＤＣ充電器２０によって蓄電池７へ電力需給を受け、同時に蓄電池７よりＤＣ／ＡＣ交換器２９を介して、負荷給電部６にＡＣ電力を給電することができる。

負荷給電部６より配電盤入力部３４の配線Ｌ６には、保守点検時の蓄電装置設置用接続箱(外部取付用)４２が介在される。蓄電装置設置用接続箱４２は、開閉器４３を有し、蓄電装置３の点検や修理・取外しの際に、配電盤入力部３４へ電力を迂回させて、保守点検時の安全性を向上することができる。

前記制御部３６は、制御指令の情報元として前記制御部３６へ電気信号として変換した情報を記憶するメモリを搭載し、記録する情報として、蓄電池７の充電電圧と放電電圧の情報、商用電力受電部５および負荷給電部６の適正電圧・電流の情報を収集し、読み出し可能に記憶することができるように構成されている。

入力収集の情報発信器は、入力電圧検出器１８、出力電圧検出器３２で行い、前記制御部３６の信号発信先は、開閉器１９、開閉器２３、開閉器２７、ＡＣ／ＤＣ充電器２０、ＤＣ／ＤＣ充電器２４、蓄電池７搭載ＢＭＳ(バッテリ・マネージメント・システム)、ＤＣ／ＡＣ交換器２９、開閉器３１、切換器３３によって制御を行う後述のＭＰＵ(Micro-Processing Unit)と同様である。

なお、電力供給装置１は、安全管理対策として、電池温度管理制御器３９を搭載し、この電池温度管理制御器３９によって蓄電池７が最適温度に保たれるように動作制御される蓄電池冷却ファン４０および蓄電池保温ヒータ４１を装備している。また前記制御部３６の機能保全対策として、制御部用電源整流器３５、制御部冷却電源器３７および制御部冷却ファン３８を装備している。

前記制御部３６は、運転状況・蓄電部コンディション状況などを外部モニタディスプレイへの情報送信用の信号発信器を搭載し、モニタ表示信号出力部４４を装備している。

蓄電池７へ複数搭載しているリチウムイオン電池の状況を、ＢＭＳ(バッテリ・マネージメント・システム)を通じて、保守定期点検管理プログラムがインストールされた外部コンピュータと接続して、データ管理するための電池部点検信号出力部４５ａを有する。前記外部コンピュータは、たとえばパーソナルコンピュータによって実現されてもよく、あるいは専用検査装置によって実現されてもよい。

前記太陽光発電パネル８は、複数系統からなる太陽電池モジュール８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの多数系統から成り、各太陽電池モジュール８ａ〜８ｄは、太陽光発電系統接続器９より自家発電ＤＣ電力配線Ｌ２を介してパワーコンディショナ１０に接続される。

太陽電池モジュール８ａ〜８ｄは、太陽光（光エネルギ）の光電変換によって発生する電力を多数のセルによって、直列に接続して直流電力を発生させることができる。

太陽光発電系統接続器９は、太陽電池モジュール８ａ〜８ｄで発電された前記多数系統の不均等な電圧の直流電力を所要の範囲の電圧に調整するものを１系統へ連結するもので、太陽光発電系統接続器９については、既に市販され、その技術的内容は公知であるので、詳細な説明は省略する。

パワーコンディショナ１０は、太陽電池モジュール８ａ〜８ｄで発電された太陽光発電系統接続器９から自家発電ＤＣ電力配線Ｌ２を介する直流電力を定められた交流電力に変換して出力するものであり、自家発電出力部１１およびＡＣ単相１００Ｖ出力部１３を備えている。ただし、発電量によって電流は変化する。

パワーコンディショナ１０のＡＣ単相１００Ｖ出力部１３は、自立運転専用コンセント１４に接続される。また太陽光・商用電力接続部１２は、自家発電ＤＣ電力配線Ｌ２によって、売電積算器である商用電力契約ブレーカ１７と商用電力受電部５とを接続する配線Ｌ３との間に分岐部として接続される。さらに太陽光発電パネル８と自家発電ＤＣ電力分岐部２１とは、配線Ｌ４によって接続され、自立運転専用コンセント１４とパワーコンディショナ１０とは、自家発電ＤＣ電力配線Ｌ２によって接続される。この自家発電ＤＣ電力配線Ｌ２の自家発電ＤＣ電力分岐部２１と自家発電ＤＣ電力受電部２２とは、配線Ｌ４によって接続される。さらに配線Ｌ５の分岐部２５と停電時に自立運転起動時の自家発電ＡＣ電力受電部２６によって接続される。

停電時に自立運転起動時の自立運転専用コンセント１４は、ユーザ側の屋内などの一箇所のみに設けられている。この停電時に自立運転起動時の自立運転専用コンセント１４には、商用交流電源Ｖｓの停電時に太陽光発電装置２の自立発電運転起動時（停電時の手動による発電）を行った場合のみ、ＡＣ１００Ｖの電力が供給される。

自立運転出力１００Ｖからの自家発電ＡＣ電力受電部２６を接続する配線Ｌ５、太陽光発電装置の自家発電ＤＣ電力配線Ｌ２の自家発電ＤＣ分岐部より自家発電ＤＣ電力受電部２２を接続する配線Ｌ４、商用交流電源Ｖｓから太陽光・商用電力接続部１２より商用電力受電部５を接続する配線Ｌ１、負荷給電部６から配電盤入力部３４を接続する配線Ｌ６を備える。

前記蓄電池７は、リチウムイオン単電池を複個組合せた個体を複数備え互いに直列または並列に接続された蓄電部モジュールの複数から成り、蓄電部点検用ＵＳＢ出力部を有しリチウムイオン単電池の使用状況を外部パソコンのメモリプログラムによって確認する。使用されるバッテリセルとしては、たとえばリチウムイオン電池を用いることができるが、システムとして必要な充電容量に対応できれば、適宜公知の他の種類の蓄電部を採用することができる。

蓄電池７は、後記するように商用交流電源Ｖｓからの電力を充電する場合に、ＡＣの単相３線の電力を充電用の指定電圧の直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ充電器を備えた充電器（図示せず）を有している。

電力会社への売電は、パワーコンディショナ１０の自家発電出力部１１から単相３線の交流電力を出力し、配線Ｌ３を通じ、太陽光・商用電力接続部１２より商用交流電源Ｖｓ側へ逆潮流させる。なお、「逆潮流」とは、太陽光発電や風力発電など、再生可能エネルギ系発電装置で発電した電力を、電力会社から受電する電力と接続する系統連係において、電力会社の配電線、すなわち商用交流電源Ｖｓ側に送られることをいう。

蓄電装置３は、蓄電池７の温度管理を行うための蓄電池冷却ファン４０と蓄電池保温ヒータ４１とを備える。蓄電池冷却ファン４０と蓄電池保温ヒータ４１とは、蓄電池７と配線Ｌ８，Ｌ９によって温度検出器電源部切換器７７に接続される。

制御部３６は、ＭＰＵ(Micro-Processing Unit)を含んで構成され、インストールされたプログラムを実行することによって、前記各開閉器１９，２３，２７，３１，４３および切換器３３の開閉動作の制御、前記各検出器１８，３２との情報の受信、ＤＣ／ＡＣ交換器２９の出力制御、および蓄電池７の前記ＢＭＳで検知し、制御を行う。

このような制御部３６には、たとえば使用する蓄電部部の規格や性能に合わせたプログラムをインストールすることによって、システム導入後の蓄電池７の変更やグレードアップなどに柔軟に対応することができるとともに、前述の第１〜第５モードを実行することができるように構成されている。

次に、図２〜図１５を参照して、電力供給装置１の第１〜第５モードの動作の一例を説明する。まず、前記制御部３６で運転モードの自動切換えを行うための制御方法は、電力供給装置１によって実現される。太陽光発電装置２の発電起動の発電電圧は、入力電圧検出器１８によって検知し、前記商用電力受電部５と前記負荷給電部６が遮断されるとともに、前記蓄電池７と前記負荷給電部６とが開閉器３１によって接続される。制御部３６には、プログラムをインストールすることによって、電力供給エリアのサービスを行っている電力会社の深夜電力時間帯に合わせて、前記商用電力受電部５と前記蓄電池７との運転モードを設定できる機能も搭載している。

本実施形態では、第１モードが早朝太陽光発電稼働開始から蓄電部放電限界値まで、第２モードが蓄電部放電限界値から指定された時刻の深夜電力時間帯まで、第３モードが指定された時刻の深夜電力時間帯から早朝太陽光発電稼働開始まで、第４-１モードが太陽光発電中の停電した場合の運転モードに設定され、これらの運転モードの区分に対応したプログラムを実行することによって、開閉器１９，２３，２７，３１および切換器３３の接続状態が、表１のように制御される。

（第１モード）
図２は、制御部３６が第１モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を示す簡略化した系統図であり、図３は制御部３６によって第１モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を説明するためのフローチャートである。

第１モード（太陽光発電装置２の起動から蓄電装置３の放電限界値まで）において、電力供給装置１の運転開始時では、制御部３６は後述する第３モードに設定されており、ステップＡ１で、太陽光発電装置２によって発電された電圧、たとえば商用交流電圧ＡＣ１００Ｖよりも２Ｖ高いＡＣ１０２Ｖの電圧を入力電圧検出器１８で検知し、その検出電圧が制御部３６に出力される。制御部３６は、開閉器１９を閉から開へ切換え、蓄電池７からの電力がＤＣ/ＡＣ交換器２９へ送電される。

ステップＡ２で、ＤＣ/ＡＣ交換器２９から出力される電力は、単相２線から単相３線へＡＣ単相２線／３線交換器３０によって交換され、切換器３３へ送電されて、次のステップＡ２へ移る。ステップＡ３では、ＡＣ単相２線／３線交換器３０によって、単相２線の電力を単相３線へ変換した電力が出力電圧検出器３２へ送電される。

ステップＡ４では、制御部３６の指令によって開閉器３１が開から閉に切換えられ、ＡＣ単相３線交換器３０の電力が出力電圧検出器３２へ送電される。ステップＡ５で、ＡＣ単相３線交換器３０の電力を出力電圧検出器３が検出し、その検出信号を制御部３６へ送信する。そして、ステップＡ６で、制御部３６は、切換器３３を蓄電池７から商用電力受電部５側へ切換え、単相３線電力を負荷給電部６へ出力させる。

その後、蓄電池７の前記ＢＭＳによって電流が規定電圧へ下降し始めた電力の放電限界値を出力電圧検出器３２が検知した場合、制御部３６は、切換器３３を商用電力受電部５側へ切換え、放電を停止し、第２モードとなり、電力供給装置１は待機状態になる。

（第１−１モード）
図４は、制御部３６が第１−１モードに設定されたとき配電盤４の負荷電力消費量が、電力供給装置１の定格出力を超えた場の電力供給装置１の動作を示す簡略化した系統図である。図５は、早朝太陽光発電稼働開始〜蓄電部放電限界値）において、ＤＣ/ＡＣ交換器の定格出力を上回ったことを入力電圧検出器１８で検知した場合の動作を説明するためのフローチャートである。

ステップＢ１で、入力電圧検出器１８が負荷給電部６へ流れる電流が定格出力以上の電流量であることを検知すると、入力電圧検出器１８はその検知信号を制御部３６へ送信する。

ステップＢ２で、制御部３６は、入力電圧検出器１８からの検知信号に応答して、切換器３３を蓄電池７から商用電力受電部５側へ切換える。

ステップＢ３で、制御部３６は、指令信号を開閉器３１へ出力して、開閉器３１を閉から開へ切換え、蓄電池７からの送電を中止する。

ステップＢ４で、商用電力受電部５がＤＣ/ＡＣ交換器２９の定格出力を下回ったことを入力電圧検出器１８が検知すると、制御部３６はその検知信号に応答して、入力電圧検出器１８から負荷給電部６の定格出力以下の電流量を検知すると、ステップＢ５へ移る。ステップＢ５では、開閉器３１を開から閉に切換えて、蓄電池７から切換器３３への送電を復帰させる。

そして、ステップＢ６で、制御部３６からの指令信号によって切換器３３が蓄電池７側から商用電力受電部５側へ切換を行い、蓄電池７から給電し、復帰を完了する。

（第２モード）
図６は、制御部３６が第２モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を示す簡略化した系統図である。図７は、制御部３６が第２モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を説明するためのフローチャートである。

（蓄電部放電限界値〜指定された時刻の深夜電力時間帯）
前述の第１モードに設定された状態で制御が開始される。ステップＣ１で、制御部３６によって蓄電池７の放電限界値を検知し、切換器３３へ通知する。前記放電限界値は、たとえば最大充電容量の５〜１５％に設定される。

ステップＣ２で、切換器３３によって蓄電池７側より商用電力受電部５側へ切換え、商用電力４より給電する。

（第３モード）
図８は、制御部３６が第３モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を示す簡略化した系統図であり、図９は、制御部３６が第２モードから第３モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を説明するためのフローチャートである。前記第２モードに設定されている電力供給装置１は、待機状態であり、制御部３６へ指定された時刻の深夜電力の時間帯へ達したことを検知し、商用電力受電部５より供給される電力を負荷給電部６、へ電力を切換器３３によって迂回したまま、商用電力受電部５よりの電力をＡＣ／ＤＣ充電器２０によって蓄電池７へ充電を行う。早朝、太陽光発電装置２の発電稼働が始まるまで(第１モードまで)は、商用電力受電部５より負荷給電部６へ電力迂回供給を続け、前記第１モードの早朝太陽光発電の起動開始まで待機状態になる。

第３モード（指定された時刻の深夜電力時間帯〜早朝太陽光発電稼働開始）では、ステップＤ１で、指定された時刻の深夜電力時間へ達したことを制御部３６の搭載タイマによって検知して、商用電力受電部５より開閉器１９をОＮすると、ＡＣ／ＤＣ充電器２０によって蓄電池７へ定められたＤＣ電流によって蓄電が開始され、次のステップＤ２へ移る。

ステップＤ２では、深夜電力時間帯内に蓄電池７が満充電になり、蓄電池７へ搭載の前記ＢＭＳの通信によって、制御部３６によって開閉器１９が閉から開に切換えられ、蓄電を停止し、次のステップＤ３へ移る。

ステップＤ３では、早朝太陽光発電の起動開始まで電力供給装置１は、待機状態になる。太陽光発電起動出力の電圧変化を入力電圧検出器１８で検知すると、開閉器２７を開から閉に切換えて、自立電力２００Ｖ昇圧器によってＡＣ２００Ｖに昇圧された自家発電ＡＣ電力を、ＡＣ／ＤＣ充電器２０によって、ＡＣ電流からＤＣ電流へ変換して、蓄電池７に予め定められているＤＣ電流に調整し、蓄電池７への充電を開始し、次のステップＤ４へ移る。

ステップＤ４では、制御部３６からの指令によって、蓄電池満充電を検知すると、開閉器１９を閉から開へ切換え、次のステップＤ５へ移る。

ステップＤ５では、制御部３６の指令によって、ＡＣ／ＤＣ充電器２０がＯＦＦになって蓄電池７の充電を完了する。切換器３３は、ＡＣ単相３線入力側のままとし、負荷給電部３３へ送電される。

（第４-１モード）
図１０は、第４-１モードとして太陽光発電装置２が発電中に商用電力が停電したときの電力供給装置１の動作を示す簡略化した系統図である。第４-１モードは、太陽光発電が発電稼働しているときに、停電になったときの制御を示す。開閉器１９によって商用電力受電部５の停電を検知し、負荷給電部６への給電はそのままで、太陽光発電の電力の自家発電ＤＣ電力受電部２２と自家発電ＡＣ電力受電部２６があり、停電すると同時に太陽光発電装置２のパワーコンディショナ１０の稼働が停止する。

自家発電ＤＣ電力受電部２２は、ＤＣ専用の入力で太陽電池モジュールは光へ反応して、発電する。このＤＣ電力を入力し、開閉器２３を開から閉にして、ＤＣ／ＤＣ充電器２４は、太陽電池モジュールで発電した不安定な電圧を、一定の電圧に整流・平滑し、蓄電池７へ充電する。

自家発電ＡＣ電力受電部２６は、ＡＣ電力専用であり、停電時には、太陽光発電用のパワーコンディショナ１０は、商用電力が停電すると同時に停電する。このとき、給電停止を防止のため、太陽光発電装置２の標準装備として自立運転機能があり、停電時に手動操作をすれば、ＡＣ１００Ｖで最大１５００Ｗの電力を発生させることができる。この電力を入力してＡＣ１００ＶをＡＣ２００Ｖへ自立電力２００Ｖ昇圧器２８によって変換し、開閉器２７を閉とし、ＡＣ／ＤＣ充電器２０によって蓄電池７に充電する。

図１１は、第４-１モードに設定されたときの電力供給装置１の制御動作を説明するためのフローチャートである。第１モードで運転中に商用電力受電部５が停電した場合において、ステップＥ１では、入力電圧検出器１８によって商用電力受電部５の停電が検知されると、制御部３６は入力電圧検出器１８の検知信号に応答して開閉器２３を開から閉に切換え、自家発電ＤＣ電力受電部２２にＤＣ直流出力を入力する。またステップＥ２において、切換器３３は蓄電池７側に維持され、負荷給電部６には蓄電池７からの電力が出力され、次のステップＥ３へ移る。

ステップＥ３では、制御部３６の指令によって開閉器２３が開から閉に切換えられると、自家発電ＤＣ電力受電部２２の電力をＤＣ／ＤＣ充電器２４へ送電し、所定の充電電圧・電流に変換されて蓄電池７が充電される。また、制御部３６の指令によって開閉器２３が閉から開に切換えられると、自家発電ＡＣ電力受電部２６の電力を自立電力２００Ｖ昇圧器２８によってＡＣ２００Ｖに昇圧してＡＣ／ＤＣ充電器２０へ送電され、所定の充電電圧・電流に変換されて蓄電池７が充電される。

ステップＥ４は、太陽光発電が稼働中に商用電力の停電が解除した場合、入力電圧検出器１８によって商用電力の通電を検知すると、開閉器２３を閉から開に切換えられ、自家発電ＤＣ電力受電部２２の入力が遮断される。

また、自立運転起動時には、前述のステップＥ１において、入力電圧検出器１８によって商用電力の停電を検知した状態で自家発電ＡＣ電力受電部２６の開閉器２７が開から閉に切換えられる。

ステップＥ２では、自家発電ＡＣ電力受電部２６へ太陽光発電自立運転ＡＣ１００Ｖの電力供給があったときに、ＡＣ１００Ｖを自立電力２００Ｖ昇圧器２８によってＡＣ２００Ｖへ変換する。ステップＥ３では、ＡＣ２００Ｖの自立電力２００Ｖ昇圧器２８によってＡＣ２００Ｖへ変換された電力を、ＡＣ／ＤＣ充電器２０から蓄電池７へ充電する。

ステップＥ４では、太陽光発電装置２が稼働中に商用電力の停電が解除した場合、または太陽光発電装置２の自立運転を手動にて停止したとき、入力電圧検出器１８によって商用電力の通電を検知し、自家発電ＡＣ電力受電部２６の開閉器２７が閉から開へ切換えられ、自家発電ＡＣ電力受電部２６の入力が遮断される。ステップＥ５では、停電する以前より、蓄電池７より負荷給電部６への電力送電は、停電復旧後もそのまま続けられる。

（第４-２モード）
図１２は、太陽光発電装置２の発電が停止しているときに商用電力が停電したときに電力供給装置１の動作を示す簡略化した系統図である。太陽光発電装置２の発電が停止しているときに、停電になったときの制御を示す。

入力電圧検出器１８によって商用電力の停電を検知し、開閉器３１がОＮとなり、蓄電池７よりＤＣ電力をＤＣ／ＡＣ交換器２９によってＡＣ単相２線の電力をＡＣ単相２線／３線交換器３０より送電のＡＣ電流の正常値を出力電圧検出器３２によって検知し、制御部３６によって切換器３３より負荷給電部６へ電力供給を行い、停電が回避される。

図１３は、制御部３６が第４-２モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を説明するためのフローチャートである。太陽光発電装置２の発電が停止している状態で、商用電力が停電した場合、ステップＦ１では、入力電圧検出器１８によって商用電力受電部５の停電を検知し、制御部３６の指令によって、開閉器３１が開から閉に切換え、次のステップＦ２へ移る。

ステップＦ２では、蓄電池７のＤＣ電力を、ＤＣ／ＡＣ交換器２９によって、ＡＣ電流へ変換する。ＡＣ電流の正常値を出力電圧検出器３２によって検知し、ステップＦ３において、制御部３６からの指令によって、切換器３３はそのまま負荷給電部６へ放電を続ける。

（第５モード点検時の迂回）
図１４は、制御部３６が第５モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を示す簡略化した系統図であり、図１５は制御部３６が第５モードに設定されたときの電力供給装置１の動作を説明するためのフローチャートである。第５モードで２４時間の運転中において、本処理が開始され、機器が異常を来たすと、モニタディスプレイによってサービスコールを発する。

ステップＧ１で、サービス業者による保守点検の際、異常を生じた機器の機能を停止させ、部品の交換または修理の際にその手動操作によって機能の確認を行う。開閉器４３が開になったことが制御部３６によって検知されると、ステップＧ２へ移る。

ステップＧ２では、制御部３６の指令によって、開閉器３１が閉から開に切換えられ、蓄電池７からの送電が停止される。また、負荷給電を確保するため、蓄電装置設置用接続箱４２の開閉器４３を開から閉に切換えて、配線Ｌ１と配線Ｌ６とが接続され、負荷への給電が確保される。さらに開閉器１９および開閉器３１を閉から開に切換えて、機器内部の保守点検のための作業環境、たとえば点検作業の安全性を確保し、内部点検作業の容易化および円滑化を図ることができる。

次に、保守点検が終了すると、ステップＧ３に移る。ステップＧ３では、サービス業者によって機器の点検が開始され、蓄電装置３の取り外しが必要な場合を想定する。まず、点検・修理作業が終了すると、作業者が手動によって開閉器４５を閉から開へ切換え、負荷給電部６への給電を停止させる。開閉器４５が開になったことは、制御部３６によって検知される。なお、故障した電力供給装置１を抜去し後の該電力供給装置１のスペア機の取付け作業は、上記と逆の手順で行う。

こうして保守点検作業が終了すると、制御部３６の指令によって、開閉器３１が開から閉に切換えられて、蓄電池７から送電される。また、開閉器３２が開から閉に切換えられて、負荷給電部６へ給電される。

本実施形態によれば、自家発電ＡＣ電力受電部２６には、太陽光発電装置２から発電電力が供給される。商用電力受電部５には、商用交流電源Ｖｓから商用電力が供給される。蓄電装置３は、蓄電池７を備え、蓄電池７は、前記自家発電ＤＣ電力受電部２２、自家発電ＡＣ電力受電部２６および前記商用電力受電部５から送電される電力によって充電される。負荷給電部６には、電力負荷が接続される。

電圧検出部１８は、前記自家発電ＡＣ電力受電部２６の電圧を検出する。制御部３６は、前記電圧検出部１８によって検出された検出電圧に応答して、前記検出電圧Ｖｍが予め定めるしきい電圧Ｖ１未満であれば、前記自家発電ＡＣ電力受電部２６から前記蓄電装置３への送電を停止させ、前記検出電圧Ｖｍが前記予め定めるしきい電圧Ｖ１以上であれば、前記自家発電ＡＣ電力受電部２６から前記蓄電装置３へ送電させ、前記しきい電圧Ｖ１に応じた応答性で蓄電装置３の蓄電池７を自家発電電力によって充電することができるので、商用交流電源Ｖｓから高価な電力をできるだけ買電しないようにして、電気料金をより節減することが可能となる。

また本実施形態によれば、前記入力電圧検出器１８は、商用交流電源Ｖｓから商用電力受電部５への電力の供給／停止を検出し、その検出結果を制御部３６へ出力する停電検出部としても機能する。前記制御部３６は、前記入力電圧検出器１８の検出結果に応答して、前記商用電力受電部５への電力供給が停止されているとき、前記蓄電装置３から前記負荷給電部６へ送電させるので、負荷部での電力供給が停止することなく、大災害等による長期間の前記商用電力受電部５への電力供給が停止された場合は、太陽光発電装置２の電力を発電時に蓄電部へ蓄電すると同時に、負荷給電部６へ送電し、負荷電力消費を賄うことができる。また太陽光発電装置２の電力が停止したと同時に、蓄電装置３より負荷給電部６へ送電させるので、２４時間の電力供給を可能とすることができる。

また本実施形態によれば、前記自家発電ＡＣ電力受電部２６には、前記太陽光発電装置２によって発電された直流電力が直接供給され、この直流電力によって前記蓄電池７が充電されるので、前記商用電力受電部５への電力供給が停止された場合は、太陽光発電装置２の電力を発電時に蓄電部へ蓄電することにより、前記太陽光発電装置２によって発電された電力の利用効率を向上することができる。

また本実施形態によれば、前記自家発電ＡＣ電力受電部２６には、前記商用交流電源Ｖｓから深夜時間帯の電力が供給され、この深夜時間帯の電力によって前記蓄電池７が充電されるので、深夜時間帯には、昼間と比べ、極端に電力消費が落ち込み、商用発電所で発電された電力の大気放電として損出している電力を蓄電して、昼間の大量消費時間帯に商用電力を消費することをなくすことができる。

また本実施形態によれば、前記蓄電装置３は、１つの蓄電池７の最大出力が２０００Ｗｈを複数接続することによって、８０００Ｗｈ〜１６０００Ｗｈの最大蓄電容量を実現することができるので、使用する環境によって蓄電量の選択を可能になる。

前述の実施形態では、自家発電装置として太陽光発電装置２を用いたが、本発明の他の実施形態では、前記太陽光発電装置２に代えて風力発電装置であってもよく、太陽光発電装置と風力発電装置との組合せであってもよい。

１ 電力供給装置
２ 太陽光発電装置
３ 蓄電装置
４ 配電盤
５ 商用電力受電部
６ 負荷給電部
７ 蓄電池
８ 太陽光発電パネル
８ａ〜８ｄ パネルモジュール
９ 太陽光発電系統接続器
１０ パワーコンディショナ
１１ 自家発電出力部
１２ 太陽光・商用電力接続部
１３ ＡＣ単相１００Ｖ出力部
１４ 自立運転専用コンセント
１５ 買電メータ
１６ 売電メータ
１７ 商用電力契約ブレーカ
１８ 入力電圧検出器
１９，２３，３１，４３ 開閉器
２０ ＡＣ/ＤＣ充電器
２１ 自家発電ＤＣ電力分岐部
２２ 自家発電ＤＣ電力受電部
２４ ＤＣ/ＤＣ充電器
２５ 自家発電ＡＣ電力分岐部
２６ 自家発電ＡＣ電力受電部
２７ 自家発電ＡＣ入力開閉器
２８ 自立電力２００Ｖ昇圧器
２９ ＤＣ/ＡＣ交換器
３０ ＡＣ単相２線／３線交換器
３２ 出力電圧検出器
３３ 切換器
３４ 配電盤入力部
３５ 制御部用電源整流器
３６ 制御部
３７ 制御部冷却電源器
３８ 制御部冷却ファン
３９ 電池温度管理制御器
４０ 蓄電池冷却ファン
４１ 蓄電池保温ヒータ
４２ 蓄電装置設置用接続箱
４４ モニタ表示信号出力部
４５ 電池部点検信号出力部
Ｌ１〜Ｌ９ 配線

Claims (5)

1. 太陽光発電装置から発電電力が供給される自家発電電力受電部と、
   商用交流電源から商用電力が供給される商用電力受電部と、
   前記自家発電電力受電部および前記商用電力受電部から送電される電力によって、充電可能な蓄電池を備える蓄電部と、
   電力負荷が接続される負荷給電部と、
   前記自家発電電力受電部の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部によって検出された検出電圧に応答して、前記検出電圧が予め定めるしきい電圧以上であれば、前記自家発電電力受電部から前記蓄電部へ送電させ、前記検出電圧が前記予め定めるしきい電圧未満であれば、前記自家発電電力受電部から前記蓄電部への送電を停止させる制御部とを含むことを特徴とする電力供給装置。
2. 前記商用交流電源から商用電力受電部への電力の供給／停止を検出し、その検出結果を前記制御部へ出力する停電検出部を含み、
   前記制御部は、前記停電検出部の検出結果に応答して、前記商用電力受電部への電力供給が停止されているとき、前記蓄電部から前記負荷給電部へ送電させることを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
3. 前記自家発電電力受電部には、前記太陽光発電装置によって発電された直流電力が直接供給され、この直流電力によって前記蓄電部が充電されることを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給装置。
4. 前記自家発電電力受電部には、前記商用交流電源から深夜時間帯の電力が供給され、この深夜時間帯の電力によって前記蓄電部が充電されることを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給装置。
5. 前記蓄電部は、８０００Ｗｈ〜１６０００Ｗｈの最大蓄電容量を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電力供給装置。

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