JP2015065770A - 蓄電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】太陽光発電手段を利用する発電システムにおいて、蓄電池を備えた直流電力供給装置を有効に利用する。【解決手段】太陽光発電手段と、太陽光発電手段により発電された直流電力の一部及び電力系統からの交流電力が変換された直流電力を蓄電し、直流電力の放電を行う直流電力供給手段と、直流電力供給手段から供給される直流電力を交流電力に変換するとともに負荷装置に供給する直流交流変換手段と、負荷装置の消費電力を検出する消費電力検出手段と、を備え、直流電力供給手段は、消費電力検出手段により検出された負荷装置の消費電力に基づき、直流交流変換手段への直流電力の供給を制御することを特徴とする蓄電システム100により達成される。【選択図】図1
Description
本発明は、蓄電システムに関する。
太陽光発電と蓄電池を組み合わせた蓄電システムにおいて、昼間において太陽光発電により蓄電池に充電を行い、夜間において蓄電池から放電を行うことによって、住宅内で使用される電力を太陽光エネルギで賄うことが行われている。また、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、電力の平準化が図られている。
この場合、夜間において蓄電池からの放電だけでは負荷装置の消費電力が賄えない状況が生じないように、夜間の蓄電池の電力の不足が生じることを抑制できる蓄電システムが報告されている(特許文献1)。
この場合、夜間において蓄電池からの放電だけでは負荷装置の消費電力が賄えない状況が生じないように、夜間の蓄電池の電力の不足が生じることを抑制できる蓄電システムが報告されている(特許文献1)。
ところで、太陽光や太陽熱等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、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。一方、例えば、一般の住宅においても、電力消費量は、季節や時間帯に応じて大きく変化することがあり、電力設備は、これらのうちの最大の電力消費量を賄い得るようにしなければならない。
本発明は、太陽光発電手段を利用する発電システムにおいて、蓄電池を備えた直流電力供給装置を有効に利用することを目的としている。
本発明は、太陽光発電手段を利用する発電システムにおいて、蓄電池を備えた直流電力供給装置を有効に利用することを目的としている。
本発明によれば、太陽光発電手段と、前記太陽光発電手段により発電された直流電力の一部及び電力系統からの交流電力が変換された直流電力を蓄電し、当該直流電力の放電を行う直流電力供給手段と、前記直流電力供給手段から供給される直流電力を交流電力に変換するとともに負荷装置に供給する直流交流変換手段と、前記負荷装置の消費電力を検出する消費電力検出手段と、を備え、前記直流電力供給手段は、前記消費電力検出手段により検出された前記負荷装置の前記消費電力に基づき、前記直流交流変換手段への前記直流電力の供給を制御することを特徴とする蓄電システムが提供される。
ここで、本発明において、前記直流電力供給手段は、直流電力を蓄電する蓄電池と、前記太陽光発電手段により発電した直流電力または前記電力系統からの交流電力が変換された直流電力を前記蓄電池に充電する充電コントローラと、前記蓄電池からの直流電力を前記直流交流変換手段に向けて放電する放電コントローラと、前記消費電力検出手段により検出された前記負荷装置の前記消費電力に基づき前記充電コントローラおよび前記放電コントローラを制御する制御部と、を備えることが好ましい。
また、前記制御部は、前記直流電力供給手段の供給電力量と前記負荷装置の前記消費電力とを比較して、当該供給電力量が当該消費電力よりも大きい場合、前記放電コントローラが前記蓄電池からの直流電力を放電するように制御すると共に、前記太陽光発電手段により発電した直流電力を前記電力系統に逆潮流するように制御し、前記供給電力量が前記消費電力よりも小さい場合、前記放電コントローラが前記蓄電池からの直流電力を放電するように制御すると共に、前記電力系統から買電するように制御することが好ましい。
前記制御部は、前記蓄電池の蓄電量が、当該蓄電池の蓄電容量の20%以上である場合に、前記放電コントローラが前記蓄電池からの直流電力を放電するように制御することが好ましい。
さらに、前記制御部は、前記消費電力検出手段により検出された前記負荷装置の前記消費電力に基づき、前記直流交流変換手段が動作する前に、前記太陽光発電手段により発電した直流電力を前記電力系統に逆潮流させるか否かを判断することが好ましい。
ここで、本発明において、前記直流電力供給手段は、直流電力を蓄電する蓄電池と、前記太陽光発電手段により発電した直流電力または前記電力系統からの交流電力が変換された直流電力を前記蓄電池に充電する充電コントローラと、前記蓄電池からの直流電力を前記直流交流変換手段に向けて放電する放電コントローラと、前記消費電力検出手段により検出された前記負荷装置の前記消費電力に基づき前記充電コントローラおよび前記放電コントローラを制御する制御部と、を備えることが好ましい。
また、前記制御部は、前記直流電力供給手段の供給電力量と前記負荷装置の前記消費電力とを比較して、当該供給電力量が当該消費電力よりも大きい場合、前記放電コントローラが前記蓄電池からの直流電力を放電するように制御すると共に、前記太陽光発電手段により発電した直流電力を前記電力系統に逆潮流するように制御し、前記供給電力量が前記消費電力よりも小さい場合、前記放電コントローラが前記蓄電池からの直流電力を放電するように制御すると共に、前記電力系統から買電するように制御することが好ましい。
前記制御部は、前記蓄電池の蓄電量が、当該蓄電池の蓄電容量の20%以上である場合に、前記放電コントローラが前記蓄電池からの直流電力を放電するように制御することが好ましい。
さらに、前記制御部は、前記消費電力検出手段により検出された前記負荷装置の前記消費電力に基づき、前記直流交流変換手段が動作する前に、前記太陽光発電手段により発電した直流電力を前記電力系統に逆潮流させるか否かを判断することが好ましい。
本発明によれば、太陽光発電手段を利用する発電システムにおいて、蓄電池を備えた直流電力供給装置を有効に利用することができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。すなわち、実施の形態の例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に記載がない限り、本発明の範囲を限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するための一例であり、実際の大きさを表すものではない。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
<蓄電システム100>
図1は、本実施の形態が適用される蓄電システム100の一例を説明する図である。図1に示すように、蓄電システム100は、太陽光発電手段としての太陽電池10と、太陽電池10が発電した直流電力を一つにまとめる接続箱11と、接続箱11を介して太陽電池10と直列に接続された直流電力供給手段としての蓄電装置20と、蓄電装置20から供給される直流電力を交流電力に変換するとともに負荷装置(通常家電C)に供給する直流交流変換手段としてのパワーコンディショナ12と、パワーコンディショナ12により変換された交流電圧を建物内の通常家電C等に供給する分電盤13と、通常家電Cの消費電力を検出する消費電力検出手段としてのCTセンサー30とを備えている。
図1は、本実施の形態が適用される蓄電システム100の一例を説明する図である。図1に示すように、蓄電システム100は、太陽光発電手段としての太陽電池10と、太陽電池10が発電した直流電力を一つにまとめる接続箱11と、接続箱11を介して太陽電池10と直列に接続された直流電力供給手段としての蓄電装置20と、蓄電装置20から供給される直流電力を交流電力に変換するとともに負荷装置(通常家電C)に供給する直流交流変換手段としてのパワーコンディショナ12と、パワーコンディショナ12により変換された交流電圧を建物内の通常家電C等に供給する分電盤13と、通常家電Cの消費電力を検出する消費電力検出手段としてのCTセンサー30とを備えている。
蓄電システム100の蓄電装置20は、外部から交流電力が供給される電力系統40と接続している。また、分電盤13は、必要に応じて通常家電Cに交流電力を供給するために外部の電力系統50と接続している。さらに、蓄電システム100は、パワーコンディショナ12の出力側に、非常用家電Eに交流電力を供給するための自立運転コンセント14を設けている。
(太陽電池10)
本実施の形態で使用する太陽電池10の構造は特に限定されず、例えば、アモルファスシリコン(a−Si)型太陽電池が挙げられる。一般に、アモルファスシリコン(a−Si)型太陽電池は、標準青板ガラス基板上にSiO2とSnO2の2層からなる透明電極、p/i/n(又はn/i/p)型のアモルファスシリコンからなる発電膜及びAlからなる裏面電極を順次積層した構成となっている。このような(a−Si)型太陽電池を複数個備えた太陽電池パネルの構造体としては、通常、強化ガラス板の裏面側から裏面電極の一部が銅箔電極との接触部で銀ペーストにより接着され、互いに電気的に接続されている。
本実施の形態で使用する太陽電池10の構造は特に限定されず、例えば、アモルファスシリコン(a−Si)型太陽電池が挙げられる。一般に、アモルファスシリコン(a−Si)型太陽電池は、標準青板ガラス基板上にSiO2とSnO2の2層からなる透明電極、p/i/n(又はn/i/p)型のアモルファスシリコンからなる発電膜及びAlからなる裏面電極を順次積層した構成となっている。このような(a−Si)型太陽電池を複数個備えた太陽電池パネルの構造体としては、通常、強化ガラス板の裏面側から裏面電極の一部が銅箔電極との接触部で銀ペーストにより接着され、互いに電気的に接続されている。
(蓄電装置20)
図2は、図1における蓄電装置20の一例を説明する図である。本実施の形態において、直流電力供給手段としての蓄電装置20は、直流電力を蓄電する複数の蓄電池25と、蓄電池25に直流電力を充電する充電コントローラとしての充電回路22と、蓄電池25からパワーコンディショナ12に直流電力を放電する放電コントローラ24と、充電回路22による充電と放電コントローラ24による放電を制御し、蓄電装置20の動作の全体を制御する制御部としての制御CPU部(表示部)23を備えている。
なお、本実施の形態では、制御CPU部(表示部)23と充電回路22と放電コントローラ24とは、シリアル通信で結ばれている。また、後述するように、太陽電池10により発電した直流電力が、蓄電池25に充電されることなく、放電コントローラ24を介してパワーコンディショナ12に供給されるためのバイパス回路26が設けられている。
図2は、図1における蓄電装置20の一例を説明する図である。本実施の形態において、直流電力供給手段としての蓄電装置20は、直流電力を蓄電する複数の蓄電池25と、蓄電池25に直流電力を充電する充電コントローラとしての充電回路22と、蓄電池25からパワーコンディショナ12に直流電力を放電する放電コントローラ24と、充電回路22による充電と放電コントローラ24による放電を制御し、蓄電装置20の動作の全体を制御する制御部としての制御CPU部(表示部)23を備えている。
なお、本実施の形態では、制御CPU部(表示部)23と充電回路22と放電コントローラ24とは、シリアル通信で結ばれている。また、後述するように、太陽電池10により発電した直流電力が、蓄電池25に充電されることなく、放電コントローラ24を介してパワーコンディショナ12に供給されるためのバイパス回路26が設けられている。
(蓄電池25)
蓄電池25の種類としては、特に限定されない。本実施の形態では、例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池等を使用している。また、個々の蓄電池25の電圧は、鉛電池相当で12Vであり、使用する個数は、全体として、最大10組(12V×10=120V)である。すなわち、本実施の形態では、蓄電池25の公称値の電圧はDC120Vであり、電流は15A以上が印加可能であるものを使用している。尚、複数の蓄電池25の各セル電池は、過放電、過電圧、発熱等の異常が発生することがないように管理されている。
蓄電池25の種類としては、特に限定されない。本実施の形態では、例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池等を使用している。また、個々の蓄電池25の電圧は、鉛電池相当で12Vであり、使用する個数は、全体として、最大10組(12V×10=120V)である。すなわち、本実施の形態では、蓄電池25の公称値の電圧はDC120Vであり、電流は15A以上が印加可能であるものを使用している。尚、複数の蓄電池25の各セル電池は、過放電、過電圧、発熱等の異常が発生することがないように管理されている。
(PFC電源21)
本実施の形態では、蓄電装置20の内部には、外部の電力系統40から供給された交流電力を直流電力に変換する直流電源生成装置としてのPFC電源21が設けられている。
PFC電源21は、外部の電力系統40から供給された交流電力を直流電力に変換し、蓄電池25に充電するための充電用電源として機能する。本実施の形態では、外部の電力系統40から供給されるAC100VをDC140V/10Aの直流電力に変換している。交流電力は、通常、ACコンセットから給電され、1,500wMAXに準じている。本実施の形態では、PFC電源21は、電力変換効率95%、力率95%以上の力率改善回路(PFC:Power Factor Correction)を搭載している。
本実施の形態では、蓄電装置20の内部には、外部の電力系統40から供給された交流電力を直流電力に変換する直流電源生成装置としてのPFC電源21が設けられている。
PFC電源21は、外部の電力系統40から供給された交流電力を直流電力に変換し、蓄電池25に充電するための充電用電源として機能する。本実施の形態では、外部の電力系統40から供給されるAC100VをDC140V/10Aの直流電力に変換している。交流電力は、通常、ACコンセットから給電され、1,500wMAXに準じている。本実施の形態では、PFC電源21は、電力変換効率95%、力率95%以上の力率改善回路(PFC:Power Factor Correction)を搭載している。
(充電回路22)
充電回路22は、前述した制御CPU部(表示部)23によって動作し、蓄電池25に充電する直流電力の充電電圧および充電電流を制御している。本実施の形態では、充電回路22には、複数の蓄電池25に充電する際に、個々の電池パック間のアンバランスを補正するための均等充電回路が設けられている。
図2に示すように、充電回路22には、太陽電池10により発電した直流電力(入力1)と、外部の電力系統40からの交流電力がPFC電源21によって変換された直流電力(入力2)とが入力している。本実施の形態では、太陽電池10により発電した直流電力(入力1)の範囲は、DC入力が10V〜400V、0A〜15Aである。また、PFC電源21によって変換された直流電力(入力2)は、前述した通り、DC入力が140V、10Aである。
充電回路22は、前述した制御CPU部(表示部)23によって動作し、蓄電池25に充電する直流電力の充電電圧および充電電流を制御している。本実施の形態では、充電回路22には、複数の蓄電池25に充電する際に、個々の電池パック間のアンバランスを補正するための均等充電回路が設けられている。
図2に示すように、充電回路22には、太陽電池10により発電した直流電力(入力1)と、外部の電力系統40からの交流電力がPFC電源21によって変換された直流電力(入力2)とが入力している。本実施の形態では、太陽電池10により発電した直流電力(入力1)の範囲は、DC入力が10V〜400V、0A〜15Aである。また、PFC電源21によって変換された直流電力(入力2)は、前述した通り、DC入力が140V、10Aである。
本実施の形態では、前述したように、蓄電池25として、公称値の電圧はDC120V、電流は15A以上が印加可能であるものを使用している。ここで、充電回路22は、充電電圧が、DC0V〜DC170V(但し、MAX電圧は、入力電圧による)の範囲で可変制御が可能であり、最低200mV単位で制御が行われる。また、充電電流が、DC0A〜DC10A(但し、最大電流はコンセット定格に合わせる)の範囲で可変制御が可能であり、最低100mA単位で制御される。
本実施の形態では、充電回路22は、前述した制御CPU部(表示部)23によりシリアル通信を介して制御されている。また、太陽電池10により発電した直流電力(入力1)と、PFC電源21によって変換された直流電力(入力2)の電流および電圧、さらに、蓄電池25に充電する電力の電圧および電流が測定されている。充電回路22により、複数の蓄電池25におけるそれぞれの電圧(本実施の形態では、12V)が監視され、均等化充電が達成される。
尚、整流の方式は、例えば、ダイオード整流と同期整流のいずれも採用できる。本実施の形態では、同期整流を採用し、同期整流及びゼロクロススイッチング技術を併用することにより、充電回路22の電力変換効率を95%程度に高めることができる。
尚、整流の方式は、例えば、ダイオード整流と同期整流のいずれも採用できる。本実施の形態では、同期整流を採用し、同期整流及びゼロクロススイッチング技術を併用することにより、充電回路22の電力変換効率を95%程度に高めることができる。
(放電コントローラ24)
放電コントローラ24は、前述した制御CPU部(表示部)23によって動作し、蓄電装置20からパワーコンディショナ12に供給(放電)される直流電力の電圧(放電電圧)および電流(放電電流)を制御している。放電コントローラ24では、蓄電池25からの電流及び電圧、太陽電池10の電流及び電圧、パワーコンディショナ12への電流及び電圧が測定可能である。
放電コントローラ24は、前述した制御CPU部(表示部)23によって動作し、蓄電装置20からパワーコンディショナ12に供給(放電)される直流電力の電圧(放電電圧)および電流(放電電流)を制御している。放電コントローラ24では、蓄電池25からの電流及び電圧、太陽電池10の電流及び電圧、パワーコンディショナ12への電流及び電圧が測定可能である。
前述したように、本実施の形態では、蓄電池25として、公称値の電圧DC120V、電流15A以上が印加可能であるものを使用している。ここで、放電コントローラ24は、放電電圧が、DC0V〜蓄電池25の電圧(すなわち、DC120V)の範囲で可変制御が可能であり、最低200mV単位で制御が行われる。また、放電電流が、DC0A〜DC15Aの範囲で可変制御が可能であり、最低100mA単位で制御される。
尚、整流の方式は、例えば、ダイオード整流と同期整流のいずれも採用できる。本実施の形態では、同期整流を採用し、同期整流及びゼロクロススイッチング技術を併用することにより、放電コントローラ24の電力変換効率を95%程度に高めることができる。
尚、整流の方式は、例えば、ダイオード整流と同期整流のいずれも採用できる。本実施の形態では、同期整流を採用し、同期整流及びゼロクロススイッチング技術を併用することにより、放電コントローラ24の電力変換効率を95%程度に高めることができる。
本実施の形態では、前述したCTセンサー30により検出した通常家電Cの消費電力に基づき、放電コントローラ24から放電される放電電圧及び放電電流が制御されている。ここで、CTセンサー30による検出間隔は10msec以内である。尚、放電コントローラ24は、蓄電池25から外部の電力系統に電力が流れないように制御している。また、太陽電池10により発電した直流電力を、蓄電池25を介することなく、バイパス回路26により、パワーコンディショナ12に直接出力するように制御することも行われる。
(制御CPU部(表示部)23)
制御CPU部(表示部)23は、シリアル通信を介して、充電回路22及び放電コントローラ24の各制御回路における充電または放電を制御し、蓄電装置20の全体の動作を制御している。尚、本実施の形態では、制御CPU部(表示部)23は、LCD表示装置を備え、電圧、電流及び電力の表示を行い、入力スイッチを備えている。24hrタイマー、カレンダを備え、バッテリーバックアップ付きである。さらに、複数の蓄電池25の各々(電池本体)の温度及び蓄電池25の収容部(電池室)の温度を測定している。また、IOポートを備えることにより、外部からモニターが可能となる。さらに、蓄電池25の稼働日数が積算され、予め設定された日数に達すると警告が生じる機能(アラーム機能)を備えている。
尚、後述するように、制御CPU部(表示部)23は、外部の電力系統50からの電力の供給停止(停電)を検出し、パワーコンディショナ12及び太陽電池10により発電された電力の蓄電池25への充電を制御している。
制御CPU部(表示部)23は、シリアル通信を介して、充電回路22及び放電コントローラ24の各制御回路における充電または放電を制御し、蓄電装置20の全体の動作を制御している。尚、本実施の形態では、制御CPU部(表示部)23は、LCD表示装置を備え、電圧、電流及び電力の表示を行い、入力スイッチを備えている。24hrタイマー、カレンダを備え、バッテリーバックアップ付きである。さらに、複数の蓄電池25の各々(電池本体)の温度及び蓄電池25の収容部(電池室)の温度を測定している。また、IOポートを備えることにより、外部からモニターが可能となる。さらに、蓄電池25の稼働日数が積算され、予め設定された日数に達すると警告が生じる機能(アラーム機能)を備えている。
尚、後述するように、制御CPU部(表示部)23は、外部の電力系統50からの電力の供給停止(停電)を検出し、パワーコンディショナ12及び太陽電池10により発電された電力の蓄電池25への充電を制御している。
本実施の形態が適用される蓄電システム100の基本機能としては、通常、外部の電力系統40から夜間の安価な電気(夜間電力)を蓄電し、昼間にパワーコンディショナ12に電力を供給(放電)している。ここで、夜間電力の蓄電は、蓄電池25の充電量が、予め定めた上限値(本実施の形態では、例えば、90%)を超えると停止される。また、昼間に行われる放電は、予め放電時間を設定して行われる。
ここで、本実施の形態が適用される蓄電システム100では、太陽電池10により発電された直流電力が蓄電装置20に送られ、その後、パワーコンディショナ12に送られる。そのため、屋内の通常家電Cの消費電力をCTセンサー30で検出し、パワーコンディショナ12の動作前に、太陽電池10により発電された電力を外部の電力系統に逆潮流(売電)するか否かを判断している。さらに、夜間電力を蓄電した電力を不正に売電できない回路を設けている。
上記の売電の有無の制御について、本実施の形態では、CTセンサー30による通常家電Cの消費電力の検出結果に基づき、以下に説明するような基本動作となるように蓄電システム100の動作を制御している。
すなわち、蓄電池25の充電量(蓄電容量)が、予め定めた動作閾値以上(例えば、20%以上)では、「通常家電Cの消費電力」より「蓄電装置20の供給電力」が大きい場合、「太陽電池10により発電された電力」を売電する制御が行われ、「通常家電Cの消費電力」より「蓄電装置20の供給電力+太陽電池10により発電された電力」が小さい場合、電力系統40より買電する制御が行われ、「通常家電Cの消費電力」より「蓄電装置20の供給電力+太陽電池10により発電された電力」が大きい場合、余剰電力を売電する制御が行われる。尚、本実施の形態では、電池の劣化防止を考慮し、蓄電池25の充電量の動作閾値を20%としている。
すなわち、蓄電池25の充電量(蓄電容量)が、予め定めた動作閾値以上(例えば、20%以上)では、「通常家電Cの消費電力」より「蓄電装置20の供給電力」が大きい場合、「太陽電池10により発電された電力」を売電する制御が行われ、「通常家電Cの消費電力」より「蓄電装置20の供給電力+太陽電池10により発電された電力」が小さい場合、電力系統40より買電する制御が行われ、「通常家電Cの消費電力」より「蓄電装置20の供給電力+太陽電池10により発電された電力」が大きい場合、余剰電力を売電する制御が行われる。尚、本実施の形態では、電池の劣化防止を考慮し、蓄電池25の充電量の動作閾値を20%としている。
次に、蓄電池25の充電量(蓄電容量)が、予め定めた動作閾値未満(20%未満)では、蓄電装置20を使用しない。このとき、「通常家電Cの消費電力」より「太陽電池10により発電された電力」が大きい場合、余剰電力を売電する制御が行われ、「通常家電Cの消費電力」より「太陽電池10により発電された電力」が小さい場合、電力系統40より買電する制御が行われる。
尚、蓄電装置20内の蓄電池25への強制充電(充電モード)は、上記の制御は行なうことなく、充電のみが行われる。
尚、蓄電装置20内の蓄電池25への強制充電(充電モード)は、上記の制御は行なうことなく、充電のみが行われる。
本実施の形態における制御CPU部(表示部)23が行う蓄電池25へ充電するための充電回路22の制御(充電モード)、蓄電池25からパワーコンディショナ12へ放電するための放電コントローラ24の制御(放電モード)について、各制御項目仕様を以下に挙げる。
(充電モード)
充電モードの制御項目仕様は、以下の通りである。
太陽電池10により発電した直流電力(入力1)と外部の電力系統40からの交流電力がPFC電源21によって変換された直流電力(入力2)のいずれも蓄電池25への充電を行わない(充電モード1)。;太陽電池10からの直流電力(入力1)を充電せず、予め時間を指定した深夜のみ、外部の電力系統40から変換された直流電力(入力2:深夜電力)を充電する(充電モード2)。;太陽電池10からの直流電力(入力1)のみを充電し、蓄電池25が満充電になるまでパワーコンディショナ12に給電しない(充電モード3)。;太陽電池10からの直流電力(入力1)のみを充電し、逆潮流が発生するときのみ蓄電する(充電モード4)。;太陽電池10からの直流電力(入力1)を充電する。この場合、蓄電池25が満充電でない場合は、深夜電力から充電する(充電モード5)。;停電時、予め設定したパワーコンディショナ12の稼働電圧を確保しながら(自立運転)、蓄電池25に充電を行う(充電モード6)。
充電モードの制御項目仕様は、以下の通りである。
太陽電池10により発電した直流電力(入力1)と外部の電力系統40からの交流電力がPFC電源21によって変換された直流電力(入力2)のいずれも蓄電池25への充電を行わない(充電モード1)。;太陽電池10からの直流電力(入力1)を充電せず、予め時間を指定した深夜のみ、外部の電力系統40から変換された直流電力(入力2:深夜電力)を充電する(充電モード2)。;太陽電池10からの直流電力(入力1)のみを充電し、蓄電池25が満充電になるまでパワーコンディショナ12に給電しない(充電モード3)。;太陽電池10からの直流電力(入力1)のみを充電し、逆潮流が発生するときのみ蓄電する(充電モード4)。;太陽電池10からの直流電力(入力1)を充電する。この場合、蓄電池25が満充電でない場合は、深夜電力から充電する(充電モード5)。;停電時、予め設定したパワーコンディショナ12の稼働電圧を確保しながら(自立運転)、蓄電池25に充電を行う(充電モード6)。
尚、蓄電池25への充電は、バルク(定電流)充電、アブソープション(定電圧/吸着)充電、フロート(浮動)充電の3段階充電方式により行う。充電の各段階において予め設定された電流、電圧、充電時間に従い動作する。
また、複数の蓄電池25の各々(電池本体)の温度及び蓄電池25の収容部(電池室)の温度を監視し、予め設定された温度とは異なる場合(温度以上)は、警告異常処理を行う。
また、複数の蓄電池25の各々(電池本体)の温度及び蓄電池25の収容部(電池室)の温度を監視し、予め設定された温度とは異なる場合(温度以上)は、警告異常処理を行う。
(放電モード)
放電モードの制御項目仕様は、以下の通りである。尚、逆潮流は行わない。
蓄電池25からパワーコンディショナ12への放電を行わない(放電モード1)。;予め指定された日時に放電する(放電モード2)。この場合、放電電流は、通常家電Cの消費電流の放電RATE%の割合とする。また、予め設定された蓄電池25の放電可能電圧を超える場合(過放電)、警告異常処理がされる。;太陽電池10により発電した直流電力だけでは通常家電Cの消費電力を賄えない場合に、蓄電池25から放電する(放電モード3)。また、太陽電池10による発電の電圧が、蓄電池25の電圧(バッテリー電圧)より低い場合のみ蓄電池25から放電する。;太陽電池10による発電が機能しない夜間の場合、蓄電池25から放電する(放電モード4)。この場合、放電電流は、通常家電Cの消費電流の放電RATE%の割合とする。;停電時、パワーコンディショナ12と蓄電池25を直接接続し、予め設定した放電可能電圧の範囲内で給電する(放電モード5)。この場合、パワーコンディショナ12の自立モードで運転を行う。
放電モードの制御項目仕様は、以下の通りである。尚、逆潮流は行わない。
蓄電池25からパワーコンディショナ12への放電を行わない(放電モード1)。;予め指定された日時に放電する(放電モード2)。この場合、放電電流は、通常家電Cの消費電流の放電RATE%の割合とする。また、予め設定された蓄電池25の放電可能電圧を超える場合(過放電)、警告異常処理がされる。;太陽電池10により発電した直流電力だけでは通常家電Cの消費電力を賄えない場合に、蓄電池25から放電する(放電モード3)。また、太陽電池10による発電の電圧が、蓄電池25の電圧(バッテリー電圧)より低い場合のみ蓄電池25から放電する。;太陽電池10による発電が機能しない夜間の場合、蓄電池25から放電する(放電モード4)。この場合、放電電流は、通常家電Cの消費電流の放電RATE%の割合とする。;停電時、パワーコンディショナ12と蓄電池25を直接接続し、予め設定した放電可能電圧の範囲内で給電する(放電モード5)。この場合、パワーコンディショナ12の自立モードで運転を行う。
(売電モード)
次に、太陽電池10により発電した直流電力を売電する場合(売電モード)の売電モードの制御項目仕様は、以下の通りである。
売電しない(売電モード1)。;蓄電池25が満充電の場合で、通常家電Cの消費電力を賄った余剰電力を売電する(売電モード2)。;蓄電池25には充電せず、通常家電Cの消費電力を賄った余剰電力を売電する(売電モード3)。
次に、太陽電池10により発電した直流電力を売電する場合(売電モード)の売電モードの制御項目仕様は、以下の通りである。
売電しない(売電モード1)。;蓄電池25が満充電の場合で、通常家電Cの消費電力を賄った余剰電力を売電する(売電モード2)。;蓄電池25には充電せず、通常家電Cの消費電力を賄った余剰電力を売電する(売電モード3)。
本実施の形態では、蓄電装置20の蓄電池25からの不正な売電(電気ロンダリング)を防止するために、以下の制御が行われる。すなわち、通常家電Cの消費電力(電流)をCTセンサー30で測定し、通常家電Cの消費電力を補填する割合(放電RATE%)に従って、パワーコンディショナ12に電力を給電するように制御する。
この場合、通常家電Cの消費電力を補填する割合を100%以下にすることによって逆潮流が防止される。例えば、蓄電池25からの給電する割合を80%にした場合、通常家電Cの消費電力を1,000wとすると、800wをパワーコンディショナ12から供給することになる。このように、供給する電力に200W(20%)の余裕を設けることによって逆潮流が発生する確率を減らすことができる。尚、CTセンサー30による通常家電Cの消費電力(電流)の検出間隔を短くすることにより、通常の機械式電力計で検出困難なレベルでの逆潮流を制御することが可能となる。
この場合、通常家電Cの消費電力を補填する割合を100%以下にすることによって逆潮流が防止される。例えば、蓄電池25からの給電する割合を80%にした場合、通常家電Cの消費電力を1,000wとすると、800wをパワーコンディショナ12から供給することになる。このように、供給する電力に200W(20%)の余裕を設けることによって逆潮流が発生する確率を減らすことができる。尚、CTセンサー30による通常家電Cの消費電力(電流)の検出間隔を短くすることにより、通常の機械式電力計で検出困難なレベルでの逆潮流を制御することが可能となる。
次に、上述した制御CPU部(表示部)23による制御項目仕様に基づき制御される蓄電装置20の装置動作仕様について、環境優先、経済優先及び停電時の場合について、それぞれ列挙する。
(装置動作仕様(環境優先))
環境優先の蓄電装置20の装置動作仕様は、次の通りである。
外部の電力系統へ逆潮流が起きないように蓄電池25に充電する。;外部の電力系統40の電源から蓄電池25には充電しない。;蓄電池25が満充電の場合、外部の電力系統へ逆潮流させる(売電)。;買電が必要な場合、外部の電力系統へ逆潮流が起きない範囲で蓄電池25から放電する(但し、本実施の形態では、最大1.5KW。)。
環境優先の蓄電装置20の装置動作仕様は、次の通りである。
外部の電力系統へ逆潮流が起きないように蓄電池25に充電する。;外部の電力系統40の電源から蓄電池25には充電しない。;蓄電池25が満充電の場合、外部の電力系統へ逆潮流させる(売電)。;買電が必要な場合、外部の電力系統へ逆潮流が起きない範囲で蓄電池25から放電する(但し、本実施の形態では、最大1.5KW。)。
(装置動作仕様(経済優先))
経済優先の蓄電装置20の装置動作仕様は、次の通りである。
太陽電池10により発電した直流電力の中、通常家電Cの消費電力を超える部分を逆潮流させる(売電)。;予め時間を指定した深夜のみ、外部の電力系統40の電源(深夜電力)からのみ蓄電池25に充電する。;太陽電池10による発電が機能しない夜間の場合、逆潮流させない範囲で蓄電池25から放電する。この場合、放電電流は通常家電Cの消費電流の放電RATE%の割合(本実施の形態では、最大1.5KW)である。
経済優先の蓄電装置20の装置動作仕様は、次の通りである。
太陽電池10により発電した直流電力の中、通常家電Cの消費電力を超える部分を逆潮流させる(売電)。;予め時間を指定した深夜のみ、外部の電力系統40の電源(深夜電力)からのみ蓄電池25に充電する。;太陽電池10による発電が機能しない夜間の場合、逆潮流させない範囲で蓄電池25から放電する。この場合、放電電流は通常家電Cの消費電流の放電RATE%の割合(本実施の形態では、最大1.5KW)である。
(装置動作仕様(停電時))
停電時の装置動作仕様は次の通りである。
太陽電池10により発電した直流電力を、パワーコンディショナ12の自立運転に使用する。但し、この場合、蓄電装置20の切り替え操作が必要となる。また、余剰電力は、蓄電池25に充電される。;太陽電池10による発電が機能しない夜間の場合、蓄電池25から放電する。
停電時の装置動作仕様は次の通りである。
太陽電池10により発電した直流電力を、パワーコンディショナ12の自立運転に使用する。但し、この場合、蓄電装置20の切り替え操作が必要となる。また、余剰電力は、蓄電池25に充電される。;太陽電池10による発電が機能しない夜間の場合、蓄電池25から放電する。
本実施の形態が適用される蓄電システム100は、例えば、既存の戸建に、既に太陽光パネルが設置されている場合に、蓄電装置20をパワーコンディショナ12に接続することにより、太陽光パネルと蓄電装置20(蓄電池25)とを組み合わせたシステムとして利用することができる。
具体的には、蓄電装置20の制御処理では、売電モードでは、「通常家電Cの負荷」より「太陽電池10による発電量」が大きい場合に、売電のみが行われ蓄電池25への蓄電が抑制される制御と、「太陽電池10による発電量」から「通常家電Cの負荷+蓄電池25への蓄電の負荷」を差し引いた余剰分を売電する制御との、2通りの制御が行われる。
具体的には、蓄電装置20の制御処理では、売電モードでは、「通常家電Cの負荷」より「太陽電池10による発電量」が大きい場合に、売電のみが行われ蓄電池25への蓄電が抑制される制御と、「太陽電池10による発電量」から「通常家電Cの負荷+蓄電池25への蓄電の負荷」を差し引いた余剰分を売電する制御との、2通りの制御が行われる。
また、買電モード(充電モード)では、「太陽電池10による発電量」より「通常家電Cの負荷+蓄電池25への蓄電の負荷」が大きい場合に、買電モード(充電モード)の制御が行われる。このとき、蓄電池25の充電率(本実施の形態では、例えば、90%)を下回るときに充電が開始され、90%に達する迄充電を行う。また、予め、充電が行われる時間(主として深夜)が設定される。
さらに、放電モードでは、例えば、予め設定された12時〜15時の間の放電時間において、「太陽電池10による発電量」より「通常家電Cの負荷」が大きく、且つ、蓄電池25の電池残量が、残量閾値(本実施の形態では、例えば、20%)より大きい場合、蓄電池25から放電する制御が行われる。尚、本実施の形態では、蓄電池25の残量閾値を、電池の劣化防止を考慮して20%と設定している。
尚、上述したように、蓄電池25から放電される電力が不正に売電されないように、CTセンサー30によって、通常家電Cの消費電力が読み取られ、通常家電Cの消費電力を超えないように放電する制御が行われる。
尚、上述したように、蓄電池25から放電される電力が不正に売電されないように、CTセンサー30によって、通常家電Cの消費電力が読み取られ、通常家電Cの消費電力を超えないように放電する制御が行われる。
10…太陽電池、11…接続箱、12…パワーコンディショナ、13…分電盤、20…蓄電装置、21…PFC電源、22…充電回路、23…制御CPU部(表示部)、24…放電コントローラ、25…蓄電池、30…CTセンサー、40,50…電力系統、100…蓄電システム、C…通常家電、E…非常用家電
Claims (5)
- 太陽光発電手段と、
前記太陽光発電手段により発電された直流電力の一部及び電力系統からの交流電力が変換された直流電力を蓄電し、当該直流電力の放電を行う直流電力供給手段と、
前記直流電力供給手段から供給される直流電力を交流電力に変換するとともに負荷装置に供給する直流交流変換手段と、
前記負荷装置の消費電力を検出する消費電力検出手段と、を備え、
前記直流電力供給手段は、前記消費電力検出手段により検出された前記負荷装置の前記消費電力に基づき、前記直流交流変換手段への前記直流電力の供給を制御することを特徴とする蓄電システム。 - 前記直流電力供給手段は、
直流電力を蓄電する蓄電池と、
前記太陽光発電手段により発電した直流電力または前記電力系統からの交流電力が変換された直流電力を前記蓄電池に充電する充電コントローラと、
前記蓄電池からの直流電力を前記直流交流変換手段に向けて放電する放電コントローラと、
前記消費電力検出手段により検出された前記負荷装置の前記消費電力に基づき前記充電コントローラおよび前記放電コントローラを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。 - 前記制御部は、
前記直流電力供給手段の供給電力量と前記負荷装置の前記消費電力とを比較して、当該供給電力量が当該消費電力よりも大きい場合、前記放電コントローラが前記蓄電池からの直流電力を放電するように制御すると共に、前記太陽光発電手段により発電した直流電力を前記電力系統に逆潮流するように制御し、
前記供給電力量が前記消費電力よりも小さい場合、前記放電コントローラが前記蓄電池からの直流電力を放電するように制御すると共に、前記電力系統から買電するように制御することを特徴とする請求項2に記載の蓄電システム。 - 前記制御部は、前記蓄電池の蓄電量が、当該蓄電池の蓄電容量の20%以上である場合に、前記放電コントローラが前記蓄電池からの直流電力を放電するように制御することを特徴とする請求項2または3に記載の蓄電システム。
- 前記制御部は、
前記消費電力検出手段により検出された前記負荷装置の前記消費電力に基づき、前記直流交流変換手段が動作する前に、前記太陽光発電手段により発電した直流電力を前記電力系統に逆潮流させるか否かを判断することを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の蓄電システム。
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2013
- 2013-09-25 JP JP2013199010A patent/JP2015065770A/ja active Pending
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