JP2015037352A - パワーコンディショナ - Google Patents
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Abstract
【課題】余剰電力が大きい時間帯は、各家庭において同様であると考えられるため、その時間帯における余剰電力を電力系統へ逆潮流が制限され、余剰電力が有効に活用できない。【解決手段】パワーコンディショナ（１００）が備える制御機器（１）は、太陽電池（２）の発電電力（ＰＰＶ）の予測値と、家庭機器（６）の負荷電力（ＰＬ１）の予測値に基づき、時間帯別余剰電力量の予測値を算出し、制御家庭機器（７）に供給すべき第１電力量に達するまで、時間帯別余剰電力量の予測値を大きい順に選択して加算し、対応する時間帯の余剰電力を制御家庭機器７へ供給し、残りの余剰電力を電力系統（８）へ逆潮流させる。【選択図】図１
Description
本発明はパワーコンディショナに関し、例えば、太陽電池から電力系統への余剰電力の逆潮流を制御可能なパワーコンディショナに関する。
一般家庭において、太陽電池等の直流発電設備の普及が進んでいる。太陽電池の発電電力は、時間帯や天候状況に大きく左右される。日中、多くの家庭で、太陽電池の発電電力が家庭用電化製品の負荷電力を超えた場合、急激に増加する余剰電力は、電力系統側へ逆潮流し、系統電圧値を上昇させる可能性がある。この系統電圧値の上昇は、電力系統全体の品質に悪影響を及ぼす。
特許文献１は、直流発電設備から供給される直流電力を昇圧するコンバータと、昇圧された直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給するインバータと、蓄電池と、ＤＣリンク部の電圧を蓄電池の電圧と変換する蓄電部用コンバータと、制御部と、を備えたパワーコンディショナを開示する。制御部は、系統電圧上昇抑制制御を実行しているときに、直流発電設備で発電された余剰電力を蓄電池に充電する。
特許文献１が開示するパワーコンディショナは、電力系統の電圧が所定電圧を超えたときに、インバータの出力電圧を抑制する系統電圧上昇抑制制御を行うように構成され、制御部は、系統電圧上昇抑制制御を実行しているときに、蓄電部への蓄電を行う。この蓄電部への蓄電の前に、蓄電部の充電空き容量を増やす電力消費制御が行われる。
特許文献１では、系統御電圧上昇抑制が開始されてから、太陽電池の余剰電力を蓄電池へ供給しているため、蓄電池が満充電に達すると、太陽電池の余剰電力を蓄電池へ供給することができず、また、系統へ逆潮流することもできない。その結果、太陽電池の余剰電力を有効に活用することができない。
本発明は、直流電力と交流電力を相互に変換する機能を有する双方向インバータと、制御機器と、を備え、双方向インバータは、太陽電池の直流の発電電力を交流電力に変換して、家庭機器または制御家庭機器へ出力し、制御家庭機器は、双方向インバータが出力する交流電力を熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換して蓄積するエネルギー蓄積機能を有し、制御機器は、太陽電池の発電電力の予測値が家庭機器の負荷電力の予測値を上回る予測余剰電力の値を、予測余剰電力が発生する余剰電力予測時間に亘り積算した総余剰電力量の予測値を算出し、所定の時間に設定された時間帯毎に予測余剰電力の値を積算した時間帯別余剰電力量の予測値を算出し、総余剰電力量の予測値が、制御家庭機器へ供給すべき第１電力量より大きい場合、第１電力量に達するまで、時間帯別余剰電力量の予測値を大きい順に選択し、選択された時間帯別余剰電力量に対応する時間帯において、第１電力量を超えるまで、太陽電池の発電電力が家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、制御家庭機器へ供給し、制御家庭機器へ供給される余剰電力が第１電力量を超えると、制御家庭機器への余剰電力の供給を停止し、残りの余剰電力を電力系統へ逆潮流させる、パワーコンディショナである。
本発明は、直流電力と交流電力を相互に変換する機能を有する双方向インバータと、制御機器と、を備え、双方向インバータは、太陽電池の直流の発電電力または蓄電池の直流電力を交流電力に変換して、家庭機器または制御家庭機器へ出力し、制御家庭機器は、双方向インバータが出力する交流電力を熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換して蓄積するエネルギー蓄積機能を有し、制御機器は、太陽電池の直流の発電電力の予測値が家庭機器の負荷電力の予測値を上回る予測余剰電力の値を、予測余剰電力が発生する余剰電力予測時間に亘り積算した総余剰電力量の予測値を算出し、所定の時間に設定された時間帯毎に予測余剰電力の値を積算した時間帯別余剰電力量の予測値を算出し、総余剰電力量の予測値が、蓄電池へ供給すべき第２電力量より大きい場合、第２電力量に達するまで、時間帯別余剰電力量の予測値を大きい順に選択し、選択された時間帯別余剰電力量に対応する時間帯において、第２電力量を超えるまで、太陽電池の発電電力が家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、蓄電池へ供給する、パワーコンディショナである。
本発明のパワーコンディショナにおいて、双方向インバータは、さらに、燃料電池の直流電力を交流電力に変換して、制御家庭機器へ出力し、制御機器は、選択されない時間帯別余剰電力量に対応する時間帯において、余剰電力を制御家庭機器へ供給するとともに、余剰電力予測時間以外に設定された燃料電池動作可能時間において、双方向インバータで交流電力に変換された燃料電池の直流電力と、燃料電池の排熱エネルギーと、を制御家庭機器へ供給する。
本発明は、双方向インバータと、制御機器と、を備え、双方向インバータは、太陽電池の直流の発電電力、自動車が搭載する第１蓄電池、または第２蓄電池の直流電力を交流電力に変換して、家庭機器または制御家庭機器へ出力し、制御家庭機器は、双方向インバータが出力する交流電力を熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換して蓄積するエネルギー蓄積機能を有し、制御機器は、太陽電池の発電電力が家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、第１蓄電池へ供給し、第１蓄電池へ供給された電力量が所定値に達したことを検出、または第１蓄電池が双方向インバータから切り離されたことを検出すると、第１蓄電池への余剰電力の供給を停止し、制御家庭機器または第２蓄電池へ、残りの余剰電力を供給する、パワーコンディショナである。
本発明によれば、各家庭における太陽電池の余剰電力および家庭機器の負荷電力の変動に対応した余剰電力の制御が可能となる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載ある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。実施の形態の図面において、同一の参照符号や参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、実施の形態の説明において、同一の参照符号等を付した部分等に対しては、重複する説明は繰り返さない場合がある。
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係るパワーコンディショナ１００の構成を示す回路図である。
図１は、実施の形態１に係るパワーコンディショナ１００の構成を示す回路図である。
パワーコンディショナ１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流／直流コンバータ）４、双方向インバータ５、および制御機器１を備える。
ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、太陽電池２の発電電力ＰＰＶが最大値となるように太陽電池２を制御する。双方向インバータ５は、直流電力である太陽電池２の発電電力ＰＰＶを交流電力に変換して、家庭機器６および制御家庭機器７へ供給する。家庭機器６は、例えば、冷蔵庫や照明器具であり、制御家庭機器７は、交流電力を熱エネルギーや電気エネルギーに変換して蓄積する、エネルギー蓄積機能を有する家庭機器である。具体的には、給湯器（熱エネルギーとして保存）や蓄電池（電気エネルギーとして保存）を内蔵する家庭機器が該当する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、パワーコンディショナ１００の外部に外付けされる機器であっても良い。
太陽電池２の発電電力ＰＰＶのうち、まず、家庭機器６が必要とする負荷電力ＰＬ１が家庭機器６へ供給される。次に、発電電力ＰＰＶから負荷電力ＰＬ１を引いた余剰電力のうち、制御家庭機器７が必要とする負荷電力ＰＬ２が制御家庭機器７へ供給される。さらに、余剰電力から負荷電力ＰＬ２を引いた残りの余剰電力（発電電力ＰＰＶから、負荷電力ＰＬ１および負荷電力ＰＬ２を引いた交流電力）がある場合、その残りの余剰電力は、逆潮流電力ＰＳとして、電力系統８へ逆潮流する。電力系統８は、各家庭に供給される商用交流電力系統である。ここで、逆潮流電力ＰＳとは、良く知られている通り、太陽電池２という家庭内発電設備から、商用電力系統である電力系統８へ向かう電力である。
制御機器１は、太陽電池２から太陽電池発電電力情報ｓ２を、家庭機器６から家庭機器負荷電力情報ｓ６を、それぞれ取得する。制御機器１は、さらに、機器制御信号ｓ７により、制御家庭機器７のオン／オフ動作を制御するとともに、双方向インバータ制御信号ｓ５により、双方向インバータ５の変換動作を制御する。
図２は、実施の形態１に係るパワーコンディショナ１００が備える制御機器１が算出する余剰電力の予測値の時間的変化を説明するグラフである。
図２において、横軸は、時刻であり、縦軸は、予測電力（Ｗ）である。時刻は、所定の時間に設定された時間帯に分けられる。太陽電池２の発電電力ＰＰＶの予測値が家庭機器６の負荷電力ＰＬ１の予測値を上回る余剰電力の予測値、即ち、太陽電池２の発電電力ＰＰＶの予測値から家庭機器６の負荷電力ＰＬ１の予測値を引いた値が、余剰電力の予測値となる。余剰電力の発生が予測される時間を、余剰電力予測時間とする。図２は、余剰電力予測時間において、所定の時間に設定された時間帯Ｔ１〜Ｔ７に、余剰電力の発生が予測される例を示す。時間帯別余剰電力量の予測値Ｅ１〜Ｅ７は、対応する各時間帯における余剰電力の予測値を、設定された時間帯に亘り積算して求められる。
制御機器１は、気象データあるいは過去の記憶データに基づき、太陽電池２の発電電力ＰＰＶの予測値を算出し、過去の負荷電力ＰＬ１の記憶データに基づき、家庭機器６の負荷電力ＰＬ１の予測値を算出する。制御機器１は、さらに、上述の余剰電力の予測値を算出する。
図３は、実施の形態１に係るパワーコンディショナ１００による、余剰電力の処理フロー図である。
余剰電力の処理フローは、電力制御計画の策定および実運用処理に分けられる。
電力制御計画の策定は、ステップＳ１１〜Ｓ１４１と対応し、実運用処理は、ステップＳ１５１〜Ｓ１６１、およびステップＳ１８１〜Ｓ２０１と対応する。なお、以降の説明において、制御家庭機器７の具体例として、給湯器７を適用し、制御家庭機器および給湯器には、ともに、符号”７”が付される。
電力制御計画の策定は、ステップＳ１１〜Ｓ１４１と対応し、実運用処理は、ステップＳ１５１〜Ｓ１６１、およびステップＳ１８１〜Ｓ２０１と対応する。なお、以降の説明において、制御家庭機器７の具体例として、給湯器７を適用し、制御家庭機器および給湯器には、ともに、符号”７”が付される。
（電力制御計画の策定）
ステップＳ１１において、制御機器１は、太陽電池２の発電電力ＰＰＶの予測値および家庭機器６の負荷電力ＰＬ１の予測値を算出する。
ステップＳ１１において、制御機器１は、太陽電池２の発電電力ＰＰＶの予測値および家庭機器６の負荷電力ＰＬ１の予測値を算出する。
ステップＳ１２において、制御機器１は、太陽電池２の発電電力ＰＰＶの予測値が家庭機器６の負荷電力ＰＬ１の予測値を上回る余剰電力の予測値を算出するとともに、その余剰電力の予測値を余剰電力予測時間にわたり積算した総余剰電力量の予測値を算出する。
ステップＳ１３において、制御機器１は、所定の時間に設定された時間帯毎（図２のＴ１〜Ｔ７）に、余剰電力の予測値を積算し、時間帯別余剰電力量の予測値（図２のＥ１〜Ｅ７）を算出する。時間帯別余剰電力量の予測値を算出する理由は、以下の通りである。
余剰電力が大きい時間帯は、各家庭において同様であると考えられるため、各家庭において、その時間帯で余剰電力を電力系統８へ逆潮流させると系統電圧が上昇し、逆潮流が抑制される可能性が高い。この系統電圧の上昇を抑制するため、余剰電力量が大きい時間帯において、余剰電力を給湯器７へ供給する必要がある。そこで、ステップＳ１３において、時間帯別余剰電力量の予測値を求め、以降の実運用処理において、時間帯別余剰電力量の予測値が大きい順に選択し、対応する時間帯における余剰電力を給湯器７へ供給へ供給する。
ステップＳ１４１において、制御機器１は、総余剰電力量の予測値および湯沸し電力量の大小を比較する。ここで、湯沸し電力量とは、給湯器７に設定貯湯量（例えば、１００Ｌ）のお湯を沸かすために必要な電力量である。総余剰電力量の予測値が湯沸し電力量以下の場合（ステップＳ１４１で、”ＹＥＳ”）、ステップＳ１５１に進む。総余剰電力量の予測値が湯沸し電力量より大きい場合（ステップＳ１４１で、”ＮＯ”）、ステップＳ１８１へ進む。
現状の給湯器は、電気料金が安く設定される夜間電力を用いてお湯を沸かしている。一方、実施の形態１に係るパワーコンディショナ１００は、余剰電力を用いて、各家庭があらかじめ設定した設定貯湯量だけお湯を沸かす。従って、各家庭で設定した設定貯湯量のお湯を沸かすのに必要な湯沸し電力量を、あらかじめ算出しておく必要がある。この湯沸し電力量の算出は、ステップＳ１４１に限定されず、それ以前のステップで算出しても良い。
（実運用処理）
ステップＳ１５１以降は、総余剰電力量の予測値が湯沸し電力量と等しい、または小さい場合の、制御機器１の実運用処理のフローを示す。実運用処理とは、策定した電力制御計画に基づき、制御機器１が、実際に生成された時間帯別余剰電力量の給湯器７への供給を制御する処理である。
ステップＳ１５１以降は、総余剰電力量の予測値が湯沸し電力量と等しい、または小さい場合の、制御機器１の実運用処理のフローを示す。実運用処理とは、策定した電力制御計画に基づき、制御機器１が、実際に生成された時間帯別余剰電力量の給湯器７への供給を制御する処理である。
ステップＳ１５１において、制御機器１は、双方向インバータ制御信号ｓ５に基づき、双方向インバータ５の変換動作を開始させ、余剰電力時間帯Ｔ１〜Ｔ７（図２参照）において、太陽電池２が生成した総余剰電力量は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４および双方向インバータ５を経由して、給湯器７へ供給される。給湯器７は、その余剰電力量で設定貯湯量のお湯を沸かす。換言すれば、給湯器７は、余剰電力量という電気エネルギーを、熱エネルギーに変換して保存する。
ステップＳ１６１において、制御機器１は、総余剰電力量が、湯沸し電力量と等しいか否かを判断する。双方向インバータ５を介して給湯器７へ供給された総余剰電力量が、湯沸し電力量と等しくなると（ＹＥＳ）、制御機器１は、給湯器７への余剰電力の供給を停止する。一方、総余剰電力量が湯沸し電力量と等しくない、即ち、給湯器７へ供給された総余剰電力量が湯沸し電力量未満（ＮＯ）、ステップＳ１７１で、お湯を沸かすのに不足する電力量を、電力系統８の夜間電力から給湯器７へ供給する。
ステップＳ１８１以降は、総余剰電力量の予測値が湯沸し電力量より大きい場合の、制御機器１の実運用処理のフローを示す。
ステップＳ１８１において、制御機器１は、湯沸し電力量に達するまで、時間帯別余剰電力量の大きい順に選択して加算し、対応する時間帯の余剰電力を給湯器７へ供給する。各家庭における余剰電力が大きいと予測される時間帯の余剰電力を優先的に給湯器７へ供給することにより、各家庭からその時間帯に電力系統８へ逆潮流される余剰電力量が抑制される。
給湯器７へ供給された余剰電力量が湯沸し電力量に達すると、ステップＳ２０１において、制御機器１は、給湯器７への余剰電力の供給を停止し、残りの余剰電力を電力系統８へ逆潮流させる。余剰電力量の大きい時間帯を優先して給湯器７へ余剰電力を供給しているため、給湯器７への余剰電力の供給を停止する時刻は、最大の余剰電力量より余剰電力量が小さい時間帯に属することになる。従って、電力系統８への余剰電力量の逆潮流による電力系統への悪影響は、軽減されることになる。
図４は、実施の形態１に係るパワーコンディショナ１００が備える制御機器１による、余剰電力の分配処理を説明する図面である。
図４（ａ）は、時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７を、大きい順に下から上に並び替えた図である。縦軸は、時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７が発生する時間帯を示す。横軸は、時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７の大きさを、模式的に示す。図３のステップＳ１４１において、湯沸し電力量と比較対象となっている総余剰電力量の予測値は、図４（ａ）における時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７の総和に等しい。図３のステップ１８１で選択された時間帯別余剰電力量の予測値は、図４（ａ）における時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ４に対応し、ステップＳ２０１における残りの余剰電力は、時間帯別余剰電力量Ｅ５〜Ｅ７に対応する。図４（ａ）から、電力系統８へ逆潮流される時間帯別余剰電力量Ｅ５〜Ｅ７の総計は、給湯器７へ供給される時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ４の総計と比較し、小さいことが示される。
図４（ｂ）は、図３のステップＳ１８１における給湯器７へ供給される時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ４の総計と、湯沸し電力量との関係を示す図であり、時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ４の総計が、給湯器７に熱エネルギーに変換および保存されることが示される。
実施の形態１に係るパワーコンディショナ１００の効果を説明する。
パワーコンディショナ１００が備える制御機器１は、太陽電池２の発電電力ＰＰＶの予測値と、家庭機器６の負荷電力ＰＬ１の予測値に基づき、時間帯別余剰電力量の予測値を算出し、湯沸し電力量に達するまで、時間帯別余剰電力量の予測値を大きい順に選択して加算し、対応する時間帯の余剰電力を給湯器７へ供給する。余剰電力が大きいと予測される時間帯の余剰電力を優先的に給湯器７へ供給することにより、各家庭がその時間帯に電力系統８へ逆潮流させる余剰電力量が抑制される。また、必要となる湯沸し電力量を超える余剰電力量は、電力系統８へ逆潮流されるが、逆潮流を開始する時刻は、最大の余剰電力量と比較して、余剰電力量が小さい時間帯に属することになる。従って、電力系統８への余剰電力量の逆潮流による電力系統８への悪影響は、軽減されることになる。
パワーコンディショナ１００が備える制御機器１は、太陽電池２の発電電力ＰＰＶの予測値と、家庭機器６の負荷電力ＰＬ１の予測値に基づき、時間帯別余剰電力量の予測値を算出し、湯沸し電力量に達するまで、時間帯別余剰電力量の予測値を大きい順に選択して加算し、対応する時間帯の余剰電力を給湯器７へ供給する。余剰電力が大きいと予測される時間帯の余剰電力を優先的に給湯器７へ供給することにより、各家庭がその時間帯に電力系統８へ逆潮流させる余剰電力量が抑制される。また、必要となる湯沸し電力量を超える余剰電力量は、電力系統８へ逆潮流されるが、逆潮流を開始する時刻は、最大の余剰電力量と比較して、余剰電力量が小さい時間帯に属することになる。従って、電力系統８への余剰電力量の逆潮流による電力系統８への悪影響は、軽減されることになる。
余剰電力は、各家庭における太陽電池２の発電電力ＰＰＶの予測値と、家庭機器６の負荷電力ＰＬ１の予測値に基づき算出される。電力系統８の系統電圧に基づき、各家庭における系統電圧上昇抑制を開始する場合と比較し、各家庭における太陽電池２の発電電力ＰＰＶおよび家庭機器６の負荷電力ＰＬ１の実情に最適化された逆潮流の制御が可能となる。
＜実施の形態２＞
図５は、実施の形態２に係るパワーコンディショナ２００の構成を示す回路図である。
図５は、実施の形態２に係るパワーコンディショナ２００の構成を示す回路図である。
図５において、図１と同一の符号が付されたものは、同一の構成または機能を有し、それらの重複説明は省略する。図５において、蓄電池３が双方向インバータ５と接続されている点が、図１と相違する。
図６は、実施の形態２に係るパワーコンディショナ２００による、余剰電力の処理フロー図である。
図６において、図３と同一の符号が付されたものは、同一のステップを実行する。図３において、ステップＳ２０１をステップＳ２０２に置き換えたものが、図６の処理フローに相当する。図３に示される通り、実施の形態１に係るパワーコンディショナ１００において、給湯器７への供給電力量の合計値が湯沸し電力量より大きくなると、制御機器１は、設定貯湯量のお湯が沸いたと判断し、ステップＳ２０１へ移行する。ステップＳ２０１では、制御機器１は、給湯器７への余剰電力の供給を停止し、残りの余剰電力を電力系統８へ逆潮流させていた。
一方、パワーコンディショナ２００は、図６のステップＳ２０２に示される通り、残りの余剰電力を蓄電池３へ供給する。残りの余剰電力で蓄電池３を充電することにより、電力系統８へ逆潮流される余剰電力を零まで減少させることが可能となる。残りの余剰電力を全て供給しきる前に蓄電池３が満充電された場合、残りの余剰電力の一部は、電力系統８へ逆潮流される。しかしながら、蓄電池３の残充電量をスケジューリングすることで、残りの余剰電力を全て蓄電池３に供給することが可能となる。
図７は、実施の形態２に係るパワーコンディショナ２００が備える制御機器１による、余剰電力の分配処理を説明する図面である。
図７（ａ）は、ステップＳ２０２で、時間帯別余剰電力量Ｅ５〜Ｅ７を蓄電池３へ供給する点が、図４（ａ）と相違する。図７（ａ）は、時間帯別余剰電力量Ｅ５〜Ｅ７が、全て、蓄電池３へ供給される様子を示す。
図７（ｂ）は、図４（ｂ）と同一の内容を説明する図であり、重複説明は省略する。
図７（ｃ）は、図６のステップＳ２０２を実行後の、蓄電池３の蓄電池残量を説明する図である。時間帯別余剰電力量Ｅ５〜Ｅ７で蓄電池３を目標充電電力量まで充電できない場合、夜間電力を利用して蓄電池３を満充電する。図７（ｃ）は、目標充電電力量を蓄電池３の満充電電力量に設定した場合の例を示す。
図７（ｃ）は、図６のステップＳ２０２を実行後の、蓄電池３の蓄電池残量を説明する図である。時間帯別余剰電力量Ｅ５〜Ｅ７で蓄電池３を目標充電電力量まで充電できない場合、夜間電力を利用して蓄電池３を満充電する。図７（ｃ）は、目標充電電力量を蓄電池３の満充電電力量に設定した場合の例を示す。
実施の形態２に係るパワーコンディショナ２００の効果を説明する。
給湯器７への供給電力量の合計値が湯沸し電力量より大きくなると、パワーコンディショナ２００が備える制御機器１は、設定貯湯量のお湯が沸いたと判断し、給湯器７への余剰電力の供給を停止し、残りの余剰電力を蓄電池３へ供給する。これにより、残りの余剰電力を有効に活用できるとともに、電力系統８へ逆潮流される余剰電力を零まで減少させることが可能となる。
給湯器７への供給電力量の合計値が湯沸し電力量より大きくなると、パワーコンディショナ２００が備える制御機器１は、設定貯湯量のお湯が沸いたと判断し、給湯器７への余剰電力の供給を停止し、残りの余剰電力を蓄電池３へ供給する。これにより、残りの余剰電力を有効に活用できるとともに、電力系統８へ逆潮流される余剰電力を零まで減少させることが可能となる。
＜実施の形態３＞
図８は、実施の形態３に係るパワーコンディショナ２００による、余剰電力の処理フロー図である。
図８は、実施の形態３に係るパワーコンディショナ２００による、余剰電力の処理フロー図である。
実施の形態３に係るパワーコンディショナ２００の構成は、図５に示される実施の形態２に係るパワーコンディショナ２００の構成と同一である。両者の相違点は、パワーコンディショナ２００が備える制御機器１の処理フローである。この点において、実施の形態３は、実施の形態２の変形例に相当する。
図８において、ステップＳ１１〜Ｓ１３は、それぞれ、図６におけるステップＳ１１〜Ｓ１３と同一である。実施の形態２に係るパワーコンディショナ２００は、図６に示される通り、最初に、余剰電力を給湯器７へ供給し、次に、残りの余剰電力を蓄電池３へ供給する。それに対し、実施の形態３に係るパワーコンディショナ２００は、図８に示される通り、最初に、余剰電力を蓄電池３へ供給し、次に、残りの余剰電力を給湯器７へ供給する。
以下に、実施の形態３に係るパワーコンディショナ２００が備える制御機器１の処理フローを説明する。
（電力制御計画の策定）
ステップＳ１１において、制御機器１は、太陽電池２の発電電力ＰＰＶの予測値および家庭機器６の負荷電力ＰＬ１の予測値を算出する。ステップＳ１２において、制御機器１は、余剰電力の予測値および総余剰電力量の予測値を算出する。ステップＳ１３において、制御機器１は、時間帯別余剰電力量の予測値Ｅ１〜Ｅ７を算出する。
ステップＳ１１において、制御機器１は、太陽電池２の発電電力ＰＰＶの予測値および家庭機器６の負荷電力ＰＬ１の予測値を算出する。ステップＳ１２において、制御機器１は、余剰電力の予測値および総余剰電力量の予測値を算出する。ステップＳ１３において、制御機器１は、時間帯別余剰電力量の予測値Ｅ１〜Ｅ７を算出する。
ステップＳ１４３において、制御機器１は、総余剰電力量の予測値および満充電電力量の大小を比較する。ここで、満充電電力量とは、蓄電池残量０％の蓄電池３を、蓄電池残量１００％まで充電するのに必要な電力量である。総余剰電力量の予測値が満充電電力量以下の場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１５３へ進む。総余剰電力量の予測値が満充電電力量より大きい場合（ＮＯ）、ステップＳ１８３へ進む。
（実運用処理）
ステップＳ１５３以降は、総余剰電力量の予測値が満充電電力量以下である場合の、制御機器１の実運用処理のフローを示す。
ステップＳ１５３以降は、総余剰電力量の予測値が満充電電力量以下である場合の、制御機器１の実運用処理のフローを示す。
ステップＳ１５３において、制御機器１は、双方向インバータ制御信号ｓ５に基づき、双方向インバータ５の変換動作を停止させ、太陽電池２が余剰電力時間帯Ｔ１〜Ｔ７に生成した総余剰電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を経由して、蓄電池３へ供給される。
ステップＳ１６３において、制御機器１は、総余剰電力量が満充電電力量と等しいか否かを判断する。蓄電池３へ供給された総余剰電力量が、満充電電力量と等しくなると（ＹＥＳ）、制御機器１は、蓄電池３への余剰電力の供給を停止する。一方、総余剰電力量が満充電電力量と等しくない（ＮＯ）、即ち、蓄電池３へ供給された総余剰電力量が目標充電電力量に満たない場合、ステップＳ１７３で、電力系統８の夜間電力を利用して、不足の電力量を蓄電池３へ供給する。なお、図８は、目標充電電力量を、蓄電池３の満充電電力量に設定した場合の例を示す。
ステップＳ１８３以降は、総余剰電力量の予測値が満充電電力量より大きい場合の、制御機器１の実運用処理のフローを示す。
ステップＳ１８３において、制御機器１は、満充電電力量に達するまで、時間帯別余剰電力量の大きい順に選択して加算し、対応する時間帯の余剰電力を蓄電池３へ供給する。余剰電力が大きいと予測される時間帯の余剰電力を優先的に給湯器７へ供給することにより、各家庭がその時間帯に電力系統８へ逆潮流させる余剰電力量が抑制される。
蓄電池３へ供給された余剰電力量が満充電電力量に達すると、ステップＳ２０３において、制御機器１は、蓄電池３への余剰電力の供給を停止し、残りの余剰電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４および双方向インバータ５を経由して、給湯器７へ供給される。
図９は、実施の形態３に係るパワーコンディショナ２００が備える制御機器１による、余剰電力の分配処理を説明する図面である。
図９（ａ）は、時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７を、大きい順に下から上に並び替えた図である。縦軸は、時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７が発生する時間帯を示す。横軸は、時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７の大きさを、模式的に示す。図８のステップＳ１４３において、満充電電力量と比較対象となっている総余剰電力量の予測値は、図９（ａ）における時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７の総和に等しい。図８のステップ１８３で選択された時間帯別余剰電力量の予測値は、図９（ａ）における時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ４に対応し、ステップＳ２０３における残りの余剰電力は、時間帯別余剰電力量Ｅ５〜Ｅ７に対応する。
図９（ｂ）は、図８のステップＳ１８３における蓄電池３への時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ４の総計と、満充電電力量との関係を示す図である。
図９（ｃ）は、図８のステップＳ２０３を実行後の、給湯器７へ供給される時間帯別余剰電力量Ｅ５〜Ｅ７の総計と、湯沸し電力量との関係を示す図である。設定貯湯量のうち、時間帯別余剰電力量Ｅ５〜Ｅ７で湯沸し出来なかった分は、電力系統８の夜間電力を利用して沸かされる。
実施の形態３に係るパワーコンディショナ２００の効果を説明する。
パワーコンディショナ２００が備える制御機器１は、蓄電池３の満充電電力量に達するまで、時間帯別余剰電力量の予測値を大きい順に選択して加算し、対応する時間帯の余剰電力を蓄電池３へ供給する。余剰電力が大きいと予測される時間帯の余剰電力を優先的に蓄電池３へ供給することにより、各家庭がその時間帯に電力系統８へ逆潮流させる余剰電力量が抑制される。また、必要となる満充電電力量を超える余剰電力量は、給湯器７へ供給されるため、電力系統８への余剰電力量の逆潮流による電力系統８への悪影響を回避することが可能となる。
パワーコンディショナ２００が備える制御機器１は、蓄電池３の満充電電力量に達するまで、時間帯別余剰電力量の予測値を大きい順に選択して加算し、対応する時間帯の余剰電力を蓄電池３へ供給する。余剰電力が大きいと予測される時間帯の余剰電力を優先的に蓄電池３へ供給することにより、各家庭がその時間帯に電力系統８へ逆潮流させる余剰電力量が抑制される。また、必要となる満充電電力量を超える余剰電力量は、給湯器７へ供給されるため、電力系統８への余剰電力量の逆潮流による電力系統８への悪影響を回避することが可能となる。
＜実施の形態４＞
図１０は、実施の形態４に係るパワーコンディショナ２００による、余剰電力の処理フロー図である。
図１０は、実施の形態４に係るパワーコンディショナ２００による、余剰電力の処理フロー図である。
実施の形態４に係るパワーコンディショナ２００の構成は、図示しない実施の形態３に係るパワーコンディショナ２００の構成（即ち、図５に示される実施の形態２に係るパワーコンディショナ２００の構成）と同一である。実施の形態３および実施の形態４の相違点は、パワーコンディショナ２００が備える制御機器１の処理フローである。この点において、実施の形態４は、実施の形態３の変形例に相当する。
図１０において、ステップＳ１１〜Ｓ１３は、それぞれ、実施の形態３に係る余剰電力の処理フローを示す図８のステップＳ１１〜Ｓ１３と同一である。実施の形態３に係るパワーコンディショナ２００は、図８に示される通り、最初に、充電残量が１００％になるまで蓄電池３へ余剰電力を供給し、次に、残りの余剰電力を給湯器７へ供給する制御を実行する。それに対し、実施の形態４に係るパワーコンディショナ２００は、図１０に示される通り、最初に、充電残量が、１００％より小さく設定された上限充電率に達するまで蓄電池３へ余剰電力を供給し、次に、残りの余剰電力を給湯器７へ供給する。
以下に、実施の形態４に係るパワーコンディショナ２００が備える制御機器１の処理フローを説明する。
（電力制御計画の策定）
ステップＳ１０において、蓄電池３の充電残量が１００％より小さい値を有する上限充電率が、制御機器１に設定される。
ステップＳ１０において、蓄電池３の充電残量が１００％より小さい値を有する上限充電率が、制御機器１に設定される。
蓄電池３への余剰電力の供給は、総余剰電力量の予測値に基づいて策定される電力制御計画に従って制御される。総余剰電力量の予測値は、気象データあるいは過去の記憶データに基づき算出されるため、パワーコンディショナ２００の実運用処理を実行する際の総余剰電力量に対し、予測誤差を有する。実運用処理の段階で、この予測誤差を補償するため、上限充電率を設定する。
ステップＳ１１〜Ｓ１３は、それぞれ、図８のステップＳ１１〜Ｓ１３と同一の処理を行う。
ステップＳ１４４において、制御機器１は、総余剰電力量の予測値および上限充電電力量の大小を比較する。ここで、上限充電電力量とは、蓄電池残量０％の蓄電池３を、上限充電率まで充電するのに必要な電力量である。総余剰電力量の予測値が上限充電電力量以下の場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１５４へ進む。総余剰電力量の予測値が上限充電電力量より大きい場合（ＮＯ）、ステップＳ１８４へ進む。
（実運用処理）
ステップＳ１５４以降は、総余剰電力量の予測値が上限充電電力量以下である場合の、制御機器１の実運用処理のフローを示す。
ステップＳ１５４以降は、総余剰電力量の予測値が上限充電電力量以下である場合の、制御機器１の実運用処理のフローを示す。
ステップＳ１５４において、制御機器１は、双方向インバータ制御信号ｓ５に基づき、双方向インバータ５の変換動作を停止させ、太陽電池２が余剰電力時間帯Ｔ１〜Ｔ７で生成した総余剰電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を経由して、蓄電池３へ供給される。
ステップＳ１６４において、制御機器１は、総余剰電力量が上限充電電力量と等しいか否かを判断する。蓄電池３へ供給された総余剰電力量が、上限充電電力量と等しくなると（ＹＥＳ）、制御機器１は、蓄電池３への余剰電力の供給を停止する。一方、総余剰電力量が上限充電電力量と等しくない（ＮＯ）、即ち、蓄電池３へ供給された総余剰電力量が上限充電電力量に満たない場合、ステップＳ１７４で、電力系統８の夜間電力を利用して、不足の電力量を蓄電池３へ供給する。
ステップＳ１８４以降は、総余剰電力量の予測値が上限充電電力量より大きい場合の、制御機器１の実運用処理のフローを示す。
ステップＳ１８４において、制御機器１は、上限充電電力量に達するまで、時間帯別余剰電力量の大きい順に選択して加算し、対応する時間帯の余剰電力を蓄電池３へ供給する。余剰電力が大きいと予測される時間帯の余剰電力を優先的に給湯器７へ供給することにより、各家庭からその時間帯に電力系統８へ逆潮流される余剰電力量が抑制される。
蓄電池３へ供給された余剰電力量が上限充電電力量に達すると、ステップＳ２０４において、制御機器１は、蓄電池３への余剰電力の供給を停止し、残りの余剰電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４および双方向インバータ５を経由して、給湯器７へ供給される。
図１１は、実施の形態４に係るパワーコンディショナ２００が備える制御機器１による、余剰電力の分配処理を説明する図面である。
図１１（ａ）は、時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７を、大きい順に下から上に並び替えた図である。縦軸は、時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７が発生する時間帯を示す。横軸は、時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７の大きさを、模式的に示す。図１０のステップＳ１４４において、上限充電電力量と比較対象となっている総余剰電力量の予測値は、図１１（ａ）における時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７の総和に等しい。図１０のステップ１８４で選択された時間帯別余剰電力量の予測値は、図１０（ａ）における時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ４に対応し、ステップＳ２０４における残りの余剰電力は、時間帯別余剰電力量Ｅ５〜Ｅ７に対応する。
図１１（ｂ）は、図１０のステップＳ１８４における蓄電池３への時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ３、およびＥ４の一部の総計と、上限充電電力量との関係を示す図である。上限充電率と１００％の充電率の差分は、総余剰電力量の予測値の予測誤差に対応する予測誤差調整電力量である。
図１１（ｃ）は、図１０のステップＳ２０４を実行後の、給湯器７へ供給される時間帯別余剰電力量Ｅ５〜Ｅ７、およびＥ４の残りの総計と、湯沸し電力量との関係を示す図である。設定貯湯量のうち、時間帯別余剰電力量Ｅ５〜Ｅ７、およびＥ４の残りで湯沸し出来なかった分は、電力系統８の夜間電力を利用して沸かされる。
実施の形態４に係るパワーコンディショナ２００の効果を説明する。
総余剰電力量の予測値は、電力制御計画の策定段階において、気象データや過去の記憶データに基づき算出されるため、実使用段階における総余剰電力量に対し、予測誤差を有する。電力制御計画の策定段階において、この予測誤差を補償する上限充電率を設定することで、総余剰電力量を有効に活用でき、電力系統８への逆潮流を減少させることが可能となる。
総余剰電力量の予測値は、電力制御計画の策定段階において、気象データや過去の記憶データに基づき算出されるため、実使用段階における総余剰電力量に対し、予測誤差を有する。電力制御計画の策定段階において、この予測誤差を補償する上限充電率を設定することで、総余剰電力量を有効に活用でき、電力系統８への逆潮流を減少させることが可能となる。
＜実施の形態５＞
図１２は、実施の形態５に係るパワーコンディショナ５００の構成を示す回路図である。
図１２は、実施の形態５に係るパワーコンディショナ５００の構成を示す回路図である。
図１２において、図５と同一の符号が付されたものは、同一の構成または機能を有し、それらの重複説明は省略する。図５との相違点は、次の通りである。即ち、図１２において、電気自動車（図示せず）が搭載するＥＶ蓄電池９が、さらに、双方向インバータ５と接続され、制御機器１Ａには、ホームコントローラ１０が出力する電気自動車予約情報ｓ１０が入力される。
制御機器１Ａは、ＥＶ蓄電池制御信号ｓ９で、ＥＶ蓄電池９の充放電動作を制御する。ホームコントローラ１０は、家庭機器６の動作モードの設定等を行うとともに、ユーザにより入力された電気自動車の移動目的地や出発予定時刻の予約情報を格納し、電気自動車予約情報ｓ１０として、制御機器１Ａへ出力する。制御機器１Ａは、電気自動車予約情報または、ユーザーによる自動車への操作に基づき、パワーコンディショナ５００からＥＶ蓄電池９を切り離す。
図１３は、実施の形態５に係るパワーコンディショナ５００が備える制御機器１Ａによる、太陽電池２の余剰電力の分配処理を説明する図である。
図１３（ａ）は、時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７を、対応する時間帯順に、下から上に並び替えた図である。縦軸は、時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７が発生する時間帯を示す。横軸は、時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７の大きさを、模式的に示す。
制御機器１Ａは、最初に、パワーコンディショナ５００と接続されているＥＶ蓄電池９に対し、発生した余剰電力を順次供給する。ＥＶ蓄電池への満充電電力または、適宜設定された目標充電電力量の供給が完了すると、制御機器１Ａは、ＥＶ蓄電池９への余剰電力の供給を停止し、次に、蓄電池３へ、残りの余剰電力の供給を開始する。つまり、図１３において、余剰電力の時間的な供給優先順位は、ＥＶ蓄電池９、蓄電池３、および給湯器７の順に低下するように、設定されているものとする。
図１３（ａ）は、制御機器１ＡによるＥＶ蓄電池９および蓄電池３への余剰電力の分配処理を模式的に示す。制御機器１Ａは、余剰電力が発生する時間帯Ｔ１からＥＶ蓄電池９の充電を開始し、ＥＶ蓄電池９が充電される時間帯Ｔ４まで充電を継続する。時間帯Ｔ４でＥＶ蓄電池９の充電が完了すると、制御機器１Ａは、時間帯Ｔ５以降、余剰電力の供給先をＥＶ蓄電池９から蓄電池３へ切り替える。
図１３（ｃ）は、ＥＶ蓄電池９が、時間帯Ｔ１〜Ｔ４の時間帯別余剰電力量Ｅ６、Ｅ５、Ｅ２、Ｅ１、およびＥ１の供給を受けて、満充電（蓄電池残量１００％）された様子を示す。図１３（ｂ）は、蓄電池３が、時間帯Ｔ５〜Ｔ７の時間帯別余剰電力量Ｅ３、Ｅ４、およびＥ７の供給を受けて、充電された様子を示す。制御機器１Ａは、夜間電力を利用して、蓄電池３を充電する。この夜間電力による蓄電池３の追加充電は、必ずしも、充電値３を満充電するまで行わずに、適宜設定した蓄電池残量となるまで充電しても良い。図１３（ｄ）に示すように、給湯器７へ供給する余剰電力が残らない場合、制御機器１Ａは、設定貯湯量のお湯を沸かすのに必要な夜間電力を、給湯器７へ供給する。
図１４は、実施の形態５に係るパワーコンディショナ５００が備える制御機器１Ａによる、太陽電池２の余剰電力の他の分配処理を説明する図である。
図１３は、ＥＶ蓄電池９が、余剰電力で充電されるまで、パワーコンディショナ５００と接続され、さらに、余剰電力の時間的な供給優先順位が、ＥＶ蓄電池９、蓄電池３、および給湯器７の順に低下するように、設定されていた場合の分配処理の例を説明するものであった。それに対し、図１４は、ＥＶ蓄電池９が、余剰電力で所望の充電池残量まで充電される前にパワーコンディショナ５００から切り離される、即ち、自動車の使用が開始される場合の余剰電力の分配処理の例を説明する。併せて、余剰電力の時間的な供給優先順位は、適宜変更可能であることをも説明する。
図１４（ａ）は、制御機器１ＡによるＥＶ蓄電池９および蓄電池３への余剰電力の分配処理の他の例を模式的に示す。制御機器１Ａは、余剰電力が発生する時間帯Ｔ１からＥＶ蓄電池９の充電を開始する。ＥＶ蓄電池９には、時間帯Ｔ１以降、順次、余剰電力が供給される。ＥＶ蓄電池９が充電される時間帯Ｔ４の終了前、即ち、時間帯Ｔ３の終了時点でＥＶ蓄電池９がパワーコンディショナ５００から切り離されると、制御機器１Ａは、ＥＶ蓄電池９への余剰電力の供給を停止し、次の優先順を有する給湯器７への余剰電力の供給を開始する。給湯器７には、時間帯Ｔ４〜Ｔ７の時間帯別余剰電力量が供給される。
図１４（ｃ）は、ＥＶ蓄電池９が、時間帯Ｔ１〜Ｔ３の時間帯別余剰電力量Ｅ６，Ｅ５、およびＥ２の供給を受け、充電が完了する前に余剰電力の供給が停止された様子を示す。図１４（ｄ）は、ＥＶ蓄電池９がパワーコンディショナ５００から切り離された以降の時間帯に、給湯器７が、時間帯Ｔ４〜Ｔ７の時間帯別余剰電力量を受け、設定貯湯量のお湯を沸かすことができることを示す。図１４（ｂ）は、蓄電池３が余剰電力の供給を受けることなく、上限充電率まで夜間電力を利用して充電される様子を示す。なお、蓄電池３の充電は、必ずしも上限充電率まで行う必要はなく、ユーザーが任意で設定した上限充電率以下の値まで充電するものとしても良い。
実施の形態５に係るパワーコンディショナ５００の効果を説明する。
余剰電力の全てを蓄電池３に供給しきれない場合、制御機器１Ａは、残りの余剰電力の供給先として、給湯器７に加え、ＥＶ蓄電池９をも選択対象とすることが可能となり、逆潮流は、ほぼゼロに抑えることが可能となる。
余剰電力の全てを蓄電池３に供給しきれない場合、制御機器１Ａは、残りの余剰電力の供給先として、給湯器７に加え、ＥＶ蓄電池９をも選択対象とすることが可能となり、逆潮流は、ほぼゼロに抑えることが可能となる。
＜実施の形態６＞
図１５は、実施の形態６に係るパワーコンディショナ６００の構成を示す回路図である。
図１５は、実施の形態６に係るパワーコンディショナ６００の構成を示す回路図である。
図１５において、図５と同一の符号が付されたものは、同一の構成または機能を有し、それらの重複説明は省略する。図５との相違点は、次の通りである。即ち、図１５において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１が、さらに、双方向インバータ５と接続され、制御機器１Ｂは、直流コンバータ制御信号ｓ４１で、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の動作を制御する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１には、燃料電池１１が接続される。
図１６は、実施の形態６に係るパワーコンディショナ６００が備える制御機器１Ｂが算出する余剰電力の予測値の時間的変化を説明するグラフである。
図１６は、図２のグラフの横軸に、燃料電池動作可能時間を追加したものである。燃料電池動作可能時間は、余剰電力予測時間以外に設定される。即ち、燃料電池動作可能時間は、余剰電力が発生していない時間帯であり、給湯器７のお湯を使用する時間前であれば、ユーザーは、この時間帯において燃料電池１１を動作させることが可能である。
図１７は、実施の形態６に係るパワーコンディショナ６００が備える制御機器１Ｂによる、時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ７と、燃料電池１１の出力電力量の分配処理を説明する図である。
図１７（ａ）は、蓄電池３へ、時間帯別余剰電力量Ｅ１〜Ｅ３、およびＥ４の一部が供給され、蓄電池３は、蓄電池残量が上限充電率まで充電される様子を示す。図１７（ｂ）は、給湯器７へ、時間帯別余剰電力量Ｅ５〜Ｅ７、およびＥ４の残りに加え、燃料電池動作可能時間に、燃料電池１１が生成する湯沸し電力量が供給される様子を説明する。燃料電池１１の湯沸し電力量が追加供給されることにより、夜間電力を使用することなく、給湯器７で、設定貯湯量のお湯を沸かすことが可能となる。
図１８は、実施の形態６に係るパワーコンディショナ６００が備える制御機器１Ｂによる、燃料電池１１の制御方法を説明するタイミング図である。
燃料電池１１でお湯を沸かす場合、燃料電池１１の出力電力と排熱エネルギーを、給湯器７へ供給する。
図１８（ａ）は、燃料電池１１の出力電力の時間的変化を示すグラフである。燃料電池１１は、動作する場合、常に、定格出力電力を生成するものとする。燃料電池１１は、出力電力生成に伴い、排熱エネルギーを発生する。図１８（ｂ）に示す通り、その出力電力の積算値と排熱エネルギーの合計値である燃料電池出力電力量が、図１７（ｂ）の湯沸し電力量に達する時刻ｔ１０に、制御機器１Ｂは、燃料電池１１の電力生成動作を停止させる。その後は、排熱エネルギーによる燃料電池出力電力量がしばらく維持され、設定貯湯量のお湯を沸かすことが可能となる。
以上の説明において、時間帯別余剰電力量が大きい時間帯の余剰電力の供給順位は、蓄電池３が給湯器７より高く設定されていた。この供給優先順位を入れ替えて、余剰電力の供給を制御しても良い。
実施の形態６に係るパワーコンディショナ６００の効果を説明する。
余剰電力が発生しない時間帯において、電力系統８の電力を使用することなく、燃料電池１１で所定量のお湯を沸かすことが可能となる。
余剰電力が発生しない時間帯において、電力系統８の電力を使用することなく、燃料電池１１で所定量のお湯を沸かすことが可能となる。
実施の形態１から実施の形態６において、交流電力を熱エネルギーに変換する制御家庭機器７の具体例として、給湯器を例にして説明した。制御家庭機器７は、給湯器に限定されず、例えば、冷凍庫であっても良い。冷凍庫に保冷剤を格納し、余剰電力で保冷剤を氷点下に冷凍することで、余剰電力を熱エネルギーに変換して保存することが可能となる。
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。
本発明の実施の形態は、以下のように総括することができる。
（付記１）実施の形態１として
パワーコンディショナであって、直流電力と交流電力を相互に変換する機能を有する双方向インバータと、制御機器と、を備え、前記双方向インバータは、太陽電池の直流の発電電力を交流電力に変換して、家庭機器または制御家庭機器へ出力し、前記制御家庭機器は、前記双方向インバータが出力する前記交流電力を熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換して蓄積するエネルギー蓄積機能を有し、前記制御機器は、前記太陽電池の発電電力の予測値が前記家庭機器の負荷電力の予測値を上回る予測余剰電力の値を、前記予測余剰電力が発生する余剰電力予測時間に亘り積算した総余剰電力量の予測値を算出し、所定の時間に設定された時間帯毎に前記予測余剰電力の値を積算した時間帯別余剰電力量の予測値を算出し、前記総余剰電力量の予測値が、前記制御家庭機器へ供給すべき第１電力量より大きい場合、前記第１電力量に達するまで、前記時間帯別余剰電力量の予測値を大きい順に選択し、選択された前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記第１電力量を超えるまで、前記太陽電池の発電電力が前記家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、前記制御家庭機器へ供給し、前記制御家庭機器へ供給される前記余剰電力が前記第１電力量を超えると、前記制御家庭機器への前記余剰電力の供給を停止し、残りの前記余剰電力を電力系統へ逆潮流させる、パワーコンディショナ。
（付記１）実施の形態１として
パワーコンディショナであって、直流電力と交流電力を相互に変換する機能を有する双方向インバータと、制御機器と、を備え、前記双方向インバータは、太陽電池の直流の発電電力を交流電力に変換して、家庭機器または制御家庭機器へ出力し、前記制御家庭機器は、前記双方向インバータが出力する前記交流電力を熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換して蓄積するエネルギー蓄積機能を有し、前記制御機器は、前記太陽電池の発電電力の予測値が前記家庭機器の負荷電力の予測値を上回る予測余剰電力の値を、前記予測余剰電力が発生する余剰電力予測時間に亘り積算した総余剰電力量の予測値を算出し、所定の時間に設定された時間帯毎に前記予測余剰電力の値を積算した時間帯別余剰電力量の予測値を算出し、前記総余剰電力量の予測値が、前記制御家庭機器へ供給すべき第１電力量より大きい場合、前記第１電力量に達するまで、前記時間帯別余剰電力量の予測値を大きい順に選択し、選択された前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記第１電力量を超えるまで、前記太陽電池の発電電力が前記家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、前記制御家庭機器へ供給し、前記制御家庭機器へ供給される前記余剰電力が前記第１電力量を超えると、前記制御家庭機器への前記余剰電力の供給を停止し、残りの前記余剰電力を電力系統へ逆潮流させる、パワーコンディショナ。
（付記２）実施の形態２として
前記双方向インバータに蓄電池が接続された際に、前記制御機器は、選択されない前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記余剰電力を前記蓄電池へ供給する、付記１記載のパワーコンディショナ。
前記双方向インバータに蓄電池が接続された際に、前記制御機器は、選択されない前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記余剰電力を前記蓄電池へ供給する、付記１記載のパワーコンディショナ。
（付記３）実施の形態１として
前記総余剰電力量の予測値が、前記制御家庭機器へ供給すべき前記第１電力量より小さい場合、前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記太陽電池の発電能力が前記家庭機器の負荷電力を上回る前記余剰電力を、前記制御家庭機器へ供給する、付記１記載のパワーコンディショナ。
前記総余剰電力量の予測値が、前記制御家庭機器へ供給すべき前記第１電力量より小さい場合、前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記太陽電池の発電能力が前記家庭機器の負荷電力を上回る前記余剰電力を、前記制御家庭機器へ供給する、付記１記載のパワーコンディショナ。
（付記４）実施の形態３として
パワーコンディショナであって、直流電力と交流電力を相互に変換する機能を有する双方向インバータと、制御機器と、を備え、前記双方向インバータは、太陽電池の直流の発電電力または蓄電池の直流電力を交流電力に変換して、家庭機器または制御家庭機器へ出力し、前記制御家庭機器は、前記双方向インバータが出力する前記交流電力を熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換して蓄積するエネルギー蓄積機能を有し、前記制御機器は、前記太陽電池の直流の発電電力の予測値が前記家庭機器の負荷電力の予測値を上回る予測余剰電力の値を、前記予測余剰電力が発生する余剰電力予測時間に亘り積算した総余剰電力量の予測値を算出し、所定の時間に設定された時間帯毎に前記予測余剰電力の値を積算した時間帯別余剰電力量の予測値を算出し、前記総余剰電力量の予測値が、前記蓄電池へ供給すべき第２電力量より大きい場合、前記第２電力量に達するまで、前記時間帯別余剰電力量の予測値を大きい順に選択し、選択された前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記第２電力量を超えるまで、前記太陽電池の発電電力が前記家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、前記蓄電池へ供給する、パワーコンディショナ。
パワーコンディショナであって、直流電力と交流電力を相互に変換する機能を有する双方向インバータと、制御機器と、を備え、前記双方向インバータは、太陽電池の直流の発電電力または蓄電池の直流電力を交流電力に変換して、家庭機器または制御家庭機器へ出力し、前記制御家庭機器は、前記双方向インバータが出力する前記交流電力を熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換して蓄積するエネルギー蓄積機能を有し、前記制御機器は、前記太陽電池の直流の発電電力の予測値が前記家庭機器の負荷電力の予測値を上回る予測余剰電力の値を、前記予測余剰電力が発生する余剰電力予測時間に亘り積算した総余剰電力量の予測値を算出し、所定の時間に設定された時間帯毎に前記予測余剰電力の値を積算した時間帯別余剰電力量の予測値を算出し、前記総余剰電力量の予測値が、前記蓄電池へ供給すべき第２電力量より大きい場合、前記第２電力量に達するまで、前記時間帯別余剰電力量の予測値を大きい順に選択し、選択された前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記第２電力量を超えるまで、前記太陽電池の発電電力が前記家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、前記蓄電池へ供給する、パワーコンディショナ。
（付記５）実施の形態４として
前記第２電力量は、前記蓄電池の満充電電力量、または前記満充電電力量より小さい上限充電電力量である、付記４記載のパワーコンディショナ。
前記第２電力量は、前記蓄電池の満充電電力量、または前記満充電電力量より小さい上限充電電力量である、付記４記載のパワーコンディショナ。
（付記６）実施の形態３または４として
前記制御機器は、選択されない前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記余剰電力を前記制御家庭機器へ供給する、付記４または付記５記載のパワーコンディショナ。
前記制御機器は、選択されない前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記余剰電力を前記制御家庭機器へ供給する、付記４または付記５記載のパワーコンディショナ。
（付記７）実施の形態３として
前記総余剰電力量の予測値が、前記蓄電池へ供給すべき前記第２電力量より小さい場合、前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記太陽電池の発電能力が前記家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、前記蓄電池へ供給する、付記４記載のパワーコンディショナ。
前記総余剰電力量の予測値が、前記蓄電池へ供給すべき前記第２電力量より小さい場合、前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記太陽電池の発電能力が前記家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、前記蓄電池へ供給する、付記４記載のパワーコンディショナ。
（付記８）実施の形態６として
前記双方向インバータは、さらに、燃料電池の直流電力を交流電力に変換して、前記制御家庭機器へ出力し、前記制御機器は、選択されない前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記余剰電力を前記制御家庭機器へ供給するとともに、前記余剰電力予測時間以外に設定された燃料電池動作可能時間において、前記双方向インバータで交流電力に変換された前記燃料電池の直流電力と、前記燃料電池の排熱エネルギーと、を前記制御家庭機器へ供給する、付記４記載のパワーコンディショナ。
前記双方向インバータは、さらに、燃料電池の直流電力を交流電力に変換して、前記制御家庭機器へ出力し、前記制御機器は、選択されない前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記余剰電力を前記制御家庭機器へ供給するとともに、前記余剰電力予測時間以外に設定された燃料電池動作可能時間において、前記双方向インバータで交流電力に変換された前記燃料電池の直流電力と、前記燃料電池の排熱エネルギーと、を前記制御家庭機器へ供給する、付記４記載のパワーコンディショナ。
（付記９）実施の形態６として
前記制御機器は、前記双方向インバータで交流電力に変換された前記燃料電池の直流電力と、前記燃料電池の排熱エネルギーとの電力量の合計値が所定の電力量に到達すると、前記燃料電池の直流電力の生成を停止する、付記８記載のパワーコンディショナ。
前記制御機器は、前記双方向インバータで交流電力に変換された前記燃料電池の直流電力と、前記燃料電池の排熱エネルギーとの電力量の合計値が所定の電力量に到達すると、前記燃料電池の直流電力の生成を停止する、付記８記載のパワーコンディショナ。
（付記１０）実施の形態５として
パワーコンディショナであって、双方向インバータと、制御機器と、を備え、前記双方向インバータは、太陽電池の直流の発電電力または自動車が搭載する第１蓄電池の直流電力を交流電力に変換して、家庭機器または制御家庭機器へ出力し、前記制御家庭機器は、前記双方向インバータが出力する前記交流電力を熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換して蓄積するエネルギー蓄積機能を有し、前記制御機器は、前記太陽電池の発電電力が前記家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、前記第１蓄電池へ供給し、前記第１蓄電池へ供給された電力量が所定値に達したことを検出、または前記第１蓄電池が前記双方向インバータから切り離されたことを検出すると、前記第１蓄電池への前記余剰電力の供給を停止し、前記制御家庭機器へ、残りの前記余剰電力を供給する、パワーコンディショナ。
パワーコンディショナであって、双方向インバータと、制御機器と、を備え、前記双方向インバータは、太陽電池の直流の発電電力または自動車が搭載する第１蓄電池の直流電力を交流電力に変換して、家庭機器または制御家庭機器へ出力し、前記制御家庭機器は、前記双方向インバータが出力する前記交流電力を熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換して蓄積するエネルギー蓄積機能を有し、前記制御機器は、前記太陽電池の発電電力が前記家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、前記第１蓄電池へ供給し、前記第１蓄電池へ供給された電力量が所定値に達したことを検出、または前記第１蓄電池が前記双方向インバータから切り離されたことを検出すると、前記第１蓄電池への前記余剰電力の供給を停止し、前記制御家庭機器へ、残りの前記余剰電力を供給する、パワーコンディショナ。
（付記１１）実施の形態５として
前記双方向インバータは、さらに、第２蓄電池の直流電力を前記交流電力に変換して、前記家庭機器または前記制御家庭機器へ出力し、前記制御機器は、前記太陽電池の発電電力が前記家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、前記第１蓄電池へ供給し、前記第１蓄電池の供給された電力量が所定値に達したことを検出、または前記第１蓄電池が前記双方向インバータから切り離されたことを検出すると、前記第１蓄電池への前記余剰電力の供給を停止し、前記制御家庭機器または前記第２蓄電池へ、残りの前記余剰電力を供給する、付記１０記載のパワーコンディショナ。
前記双方向インバータは、さらに、第２蓄電池の直流電力を前記交流電力に変換して、前記家庭機器または前記制御家庭機器へ出力し、前記制御機器は、前記太陽電池の発電電力が前記家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、前記第１蓄電池へ供給し、前記第１蓄電池の供給された電力量が所定値に達したことを検出、または前記第１蓄電池が前記双方向インバータから切り離されたことを検出すると、前記第１蓄電池への前記余剰電力の供給を停止し、前記制御家庭機器または前記第２蓄電池へ、残りの前記余剰電力を供給する、付記１０記載のパワーコンディショナ。
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，１Ｂ 制御機器、２ 太陽電池、３ 蓄電池、４，４１ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５ 双方向インバータ、６ 家庭機器、７ 制御家庭機器、８ 電力系統、９ ＥＶ蓄電池、１０ ホームコントローラ、１１ 燃料電池、１００，２００，５００，６００ パワーコンディショナ、ＰＬ１，ＰＬ２ 負荷電力、ＰＰＶ 太陽電池の発電電力、ＰＳ 逆潮流電力、ｓ２ 太陽電池発電電力情報、ｓ４１ 直流コンバータ制御信号、ｓ５ 双方向インバータ制御信号、ｓ６ 家庭機器負荷電力情報、ｓ７ 機器制御信号、ｓ９ ＥＶ蓄電池制御信号、ｓ１０ 電気自動車予約情報、Ｅ１〜Ｅ７ 時間帯別余剰電力量、Ｔ１〜Ｔ７ 時間帯。
Claims (4)
- パワーコンディショナであって、
直流電力と交流電力を相互に変換する機能を有する双方向インバータと、
制御機器と、
を備え、
前記双方向インバータは、太陽電池の直流の発電電力を交流電力に変換して、家庭機器または制御家庭機器へ出力し、
前記制御家庭機器は、前記双方向インバータが出力する前記交流電力を熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換して蓄積するエネルギー蓄積機能を有し、
前記制御機器は、
前記太陽電池の発電電力の予測値が前記家庭機器の負荷電力の予測値を上回る予測余剰電力の値を、前記予測余剰電力が発生する余剰電力予測時間に亘り積算した総余剰電力量の予測値を算出し、
所定の時間に設定された時間帯毎に前記予測余剰電力の値を積算した時間帯別余剰電力量の予測値を算出し、
前記総余剰電力量の予測値が、前記制御家庭機器へ供給すべき第１電力量より大きい場合、前記第１電力量に達するまで、前記時間帯別余剰電力量の予測値を大きい順に選択し、
選択された前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記第１電力量を超えるまで、前記太陽電池の発電電力が前記家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、前記制御家庭機器へ供給し、
前記制御家庭機器へ供給される前記余剰電力が前記第１電力量を超えると、前記制御家庭機器への前記余剰電力の供給を停止し、残りの前記余剰電力を電力系統へ逆潮流させる、パワーコンディショナ。 - パワーコンディショナであって、
直流電力と交流電力を相互に変換する機能を有する双方向インバータと、
制御機器と、
を備え、
前記双方向インバータは、太陽電池の直流の発電電力または蓄電池の直流電力を交流電力に変換して、家庭機器または制御家庭機器へ出力し、
前記制御家庭機器は、前記双方向インバータが出力する前記交流電力を熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換して蓄積するエネルギー蓄積機能を有し、
前記制御機器は、
前記太陽電池の直流の発電電力の予測値が前記家庭機器の負荷電力の予測値を上回る予測余剰電力の値を、前記予測余剰電力が発生する余剰電力予測時間に亘り積算した総余剰電力量の予測値を算出し、
所定の時間に設定された時間帯毎に前記予測余剰電力の値を積算した時間帯別余剰電力量の予測値を算出し、
前記総余剰電力量の予測値が、前記蓄電池へ供給すべき第２電力量より大きい場合、前記第２電力量に達するまで、前記時間帯別余剰電力量の予測値を大きい順に選択し、
選択された前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記第２電力量を超えるまで、前記太陽電池の発電電力が前記家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、前記蓄電池へ供給する、パワーコンディショナ。 - 前記双方向インバータは、さらに、燃料電池の直流電力を交流電力に変換して、前記制御家庭機器へ出力し、
前記制御機器は、
選択されない前記時間帯別余剰電力量に対応する前記時間帯において、前記余剰電力を前記制御家庭機器へ供給するとともに、
前記余剰電力予測時間以外に設定された燃料電池動作可能時間において、前記双方向インバータで交流電力に変換された前記燃料電池の直流電力と、前記燃料電池の排熱エネルギーと、を前記制御家庭機器へ供給する、請求項２記載のパワーコンディショナ。 - パワーコンディショナであって、
双方向インバータと、
制御機器と、
を備え、
前記双方向インバータは、太陽電池の直流の発電電力、自動車が搭載する第１蓄電池の直流電力、または第２蓄電池の直流電力を交流電力に変換して、家庭機器または制御家庭機器へ出力し、
前記制御家庭機器は、前記双方向インバータが出力する前記交流電力を熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換して蓄積するエネルギー蓄積機能を有し、
前記制御機器は、
前記太陽電池の発電電力が前記家庭機器の負荷電力を上回る余剰電力を、前記第１蓄電池へ供給し、
前記第１蓄電池へ供給された電力量が所定値に達したことを検出、または前記第１蓄電池が前記双方向インバータから切り離されたことを検出すると、前記第１蓄電池への前記余剰電力の供給を停止し、
前記制御家庭機器または前記第２蓄電池へ、残りの前記余剰電力を供給する、パワーコンディショナ。
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