JP2015122841A - 蓄電システムおよび発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】直流負荷と交流負荷とに対して効率的に電力を供給する技術を提供する。
【解決手段】蓄電システム３００において、蓄電池３１０は、発電装置である太陽電池２００が発電する直流電力を充電可能である。双方向インバータ３２０は、太陽電池２００と蓄電池３１０とを結合するための直流ノード３８０に接続する第１端３２２と、系統電源５００と交流負荷７００とを結合するための交流ノード３９０に接続する第２端３２４とを含む。制御部３３０は、双方向インバータ３２０の動作を制御する。双方向インバータ３２０の第１端３２２に接続された直流ノード３８０には、直流負荷６００も結合されている。
【選択図】図２

Description

本発明は蓄電システムおよび発電システムに関し、特に再生可能エネルギーの発電装置に接続された蓄電池と、商用の系統電源とが併存するシステムに関する。

蓄電池と双方向インバータとを備える蓄電システムが普及してきている。この蓄電システムは商用の系統電源に接続され、停電時のバックアップやピークシフトに利用される。このようなシステムの中には再生可能エネルギーをもとに発電する発電装置を備えるものも存在する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−９５１７９号公報

再生可能エネルギーをもとに発電する発電装置の一例として、太陽電池がある。一般に太陽電池が発電する電力は直流電力である。また、蓄電池が放電する電力も直流電力である。これに対し、上記のような蓄電システムにおいて、停電時のバックアップやピークシフトの対象としている負荷は、一般に交流負荷である。このため上記のような蓄電システムにおいては、太陽電池が発電する電力や蓄電池が放電する電力を交流電力に変換してから負荷に供給する。ゆえに、このようなシステムは、交流電力を出力するための交流出力端子を有する。

交流出力端子を有する蓄電システムを直流負荷のバックアップのために使用する場合、直流電力を交流電力に変換した後に、変換後の交流電力を直流電力に再度変換することになる。しかしながら、電力の変換には損失が伴うので、電力を変換することでシステム全体として電力の損失が増加してしまう。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、直流負荷と交流負荷とに対して効率的に電力を供給する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の蓄電システムは、発電装置が発電する直流電力を充電可能な蓄電池と、発電装置と蓄電池とを結合するための直流ノードに接続する第１端と、系統電源と交流負荷とを結合するための交流ノードに接続する第２端とを含む双方向インバータと、双方向インバータの動作を制御する制御部とを備える。双方向インバータの第１端に接続された直流ノードには、直流負荷も結合されている。

制御部は、（１）系統電源が停電の場合、双方向インバータの第１端に入力される直流電力を交流電力に変換して第２端から出力させ、（２）系統電源が通電時の場合、（２−１）蓄電池の蓄電量が所定の充電開始閾値を下回るとき、双方向インバータの第２端に入力される交流電力を直流電力に変換して第１端に出力させ、（２−２）蓄電池の蓄電量が所定の充電開始閾値以上のとき、双方向インバータの動作を停止させてもよい。

制御部は、系統電源が停電の場合、交流負荷で消費される電力量を、双方向インバータの第１端に入力される直流電力を交流電力に変換して第２端から出力させてもよい。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の発電システムは、再生可能エネルギーをもとに直流電力を発電する発電装置と、上述の蓄電システムを備える。

本発明によれば、直流負荷と交流負荷とに対して効率的に電力を供給する技術を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る発電システムの構成を模式的に示す図である。 図２（ａ）は、系統電源が通電中であり、かつ太陽電池が発電中の場合における、発電システムの電気的な接続関係を示す模式図である。図２（ｂ）は、系統電源が通電中であり、かつ太陽電池が発電していない場合における、発電システムの電気的な接続関係を示す模式図である。 系統電源が通電中であり、かつ太陽電池の発電では蓄電池を充電できない場合において、さらに蓄電池の蓄電量が充電開始閾値を下回るときの蓄電システムの電気的な接続関係を示す模式図である 図４（ａ）は、系統電源が停電の場合において、かつ太陽電池が発電中の場合における、発電システムの電気的な接続関係を示す模式図である。図４（ｂ）は、系統電源が停電の場合において、かつ太陽電池が発電していない場合における、発電システムの電気的な接続関係を示す模式図である。 実施の形態に係る記憶部が格納する、双方向インバータの運転モードの切替条件を表形式で示す図である。 実施の形態に係る制御部が実行する双方向インバータの制御処理の流れを説明するフローチャートである。 蓄電システムが正常に動作していない場合における発電システムの電気的な接続関係を示す図である。

実施の形態に係る発電システムの概要を述べる。実施の形態に係る発電システムは、太陽電池が発電する電力または蓄電池が放電する電力によって直流負荷が消費する電力をまかなえる場合には、系統電源の電力を直流負荷に供給しない。系統電源の交流電力は、交流負荷への電力供給に利用する。このとき、双方向インバータの動作は停止させる。太陽電池が発電する電力または蓄電池が放電する電力で直流負荷が消費する電力をまかなえなくなったときは、双方向インバータを動作させて系統電源の交流電力を直流電力に変換する。

図１は、本発明の実施の形態に係る発電システム１００の構成を模式的に示す図である。実施の形態１に係る発電システム１００は、太陽電池２００、蓄電システム３００、および直流電源装置４００を含む。ここで蓄電システム３００は、蓄電池３１０、双方向インバータ３２０、制御部３３０、記憶部３６０、およびトランス３７０を含む。直流電源装置４００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１０とＡＣ／ＤＣコンバータ４２０とを含む。

発電システム１００は、系統電源５００と接続している。なお、本明細書において、発電システム１００は、太陽電池２００を発電装置として利用する場合を例に説明する。しかしながら、発電システム１００が備える発電装置は太陽電池２００に限られない。例えば直流電力を発電する風力発電装置やマイクロ水力発電装置等を含んでもよく、またこれらが併存していてもよい。

太陽電池２００は、光起電力効果を利用し、光エネルギーを直流電力に変換する発電装置である。太陽電池２００として、シリコン太陽電池、さまざまな化合物半導体などを素材にした太陽電池、色素増感型（有機太陽電池）等が使用される。

直流電流計２１０は、太陽電池２００が発電した直流電流を計測する。図１に示す例では、太陽電池２００と直流電流計２１０とが分離して設置されている。この他、太陽電池２００自身が、発電している直流電流を計測するモジュールを含む構成としてもよい。

太陽電池スイッチ２２０は、直流ノード３８０と太陽電池２００との間に設けられる。これにより、太陽電池スイッチ２２０は、太陽電池２００と直流ノード３８０との間を接続したり切断したりする。

直流ノード３８０は、太陽電池２００と蓄電池３１０とを結合するためのノードである。蓄電池スイッチ３１２は、直流ノード３８０と蓄電池３１０との間に設けられる。これにより、蓄電池スイッチ３１２は、蓄電池３１０と直流ノード３８０との間を接続したり切断したりする。

蓄電池３１０は、太陽電池２００が発電した直流電力を充電可能である。蓄電池３１０はまた、双方向インバータ３２０が直流電力に変換した系統電源５００の交流電力も充電可能である。蓄電池３１０としては、例えばリチウムイオン２次電池が用いられる。なお系統電源５００は、電力会社が供給する交流電源である。

制御部３３０は、双方向インバータ３２０の動作を統括的に制御する。制御部３３０はまた、蓄電池３１０の蓄電量や温度等、蓄電池３１０の様々な物理量を測定する。制御部３３０はまた、蓄電池３１０を温めるためのヒーター（図示せず）を制御して蓄電池３１０を温めたり、蓄電池３１０を冷やすためのファン（図示せず）を制御して蓄電池３１０を冷やしたりする等の制御も行う。制御部３３０はさらに、蓄電池３１０を充電するための電力および蓄電池３１０が放電する電力も計測する。記憶部３６０は、制御部３３０が双方向インバータ３２０の制御に利用する情報を格納する。

制御部３３０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等で実現でき、基板上に実装される。制御部３３０を実装する基板はひとつでもよいし、複数あってもよい。なお、制御部３３０が実行する制御の詳細および記憶部３６０については後述する。

双方向インバータ３２０は、直流ノード３８０に接続する第１端３２２を含む。双方向インバータ３２０はまた、系統電源５００と交流負荷７００とを結合するための交流ノード３９０に接続する第２端３２４も含む。双方向インバータ３２０は、第１端３２２に入力された直流電力を交流電力に変換して第２端３２４から出力する。双方向インバータ３２０はまた、第２端３２４に入力された交流電力を直流電力に変換して第１端３２２から出力する。前者がＤＣ／ＡＣ変換に相当し、後者がＡＣ／ＤＣ変換に相当する。

双方向インバータ３２０の第１端３２２に接続された直流ノード３８０には、直流電源装置４００を介して直流負荷６００も結合されている。直流負荷６００は直流電力で駆動する直流駆動型の電気機器であり、一例としてはＬＥＤ（Light Emitting Diode）ライト等が挙げられる。直流ノード３８０に直流負荷が結合されているため、実施の形態に係る蓄電システム３００は、太陽電池２００が発電した直流電力を、直流電力のまま直接直流負荷６００に供給することができる。同様に、蓄電システム３００は蓄電池３１０が放電した直流電力を、直流電力のまま直接直流負荷６００に供給することができる。

直流電源装置４００はＤＣ／ＤＣコンバータ４１０を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１０は、直流ノード３８０と直流負荷６００との間に配置されている。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１０は、太陽電池２００が発電した直流電力または蓄電池３１０が放電した直流電力の少なくともいずれか一方を、直流負荷６００に供給するための電圧に変換することができる。なお、直流電源装置４００が備えるＡＣ／ＤＣコンバータ４２０は、非常用に備えられている。このため、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２０は、例えば蓄電システム３００が何らかの原因で直流電力を供給できないときに、直流負荷６００に系統電源５００から電力を供給させるために用いられる。

トランス３７０は、系統電源５００から供給される交流電力を、交流負荷７００に供給するための電圧に変換する。トランス３７０はまた、双方向インバータ３２０の第２端３２４から出力された交流電力を、交流負荷７００に供給するための電圧に変換する。交流負荷７００は、交流電力で駆動する交流駆動型の電気機器である。

ここで、交流負荷７００が単相交流電力で駆動し、系統電源５００が供給する交流電力が３相交流電力の場合には、トランス３７０はスコットトランスであってもよい。また、系統電源５００と交流負荷７００の電圧および相数が同じであるときは、トランス３７０を省略してもよい。

系統連系用スイッチ３４０ａは、交流ノード３９０と系統電源５００との間に設けられる。これにより、系統連系用スイッチ３４０ａは、交流ノード３９０と系統電源５００との間を接続したり切断したりすることができる。自立運転用スイッチ３４０ｂは、交流ノード３９０とトランス３７０との間に設けられる。これにより、自立運転用スイッチ３４０ｂは、交流ノード３９０とトランス３７０との間を接続したり切断したりすることができる。系統／自立切替スイッチ３５０は、トランス３７０を系統連系用スイッチ３４０ａと接続させるか、またはトランス３７０を自立運転用スイッチ３４０ｂと接続させるかを切り換える。系統連系用スイッチ３４０ａ、自立運転用スイッチ３４０ｂ、および系統／自立切替スイッチ３５０を組み合わせることにより、双方向インバータ３２０の運転モードに合わせた回路構成を実現することができる。

以下本明細書において、双方向インバータ３２０の「自立運転」とは、双方向インバータ３２０が系統電源５００から切り離された状態で交流負荷に電力を供給している状態を意味する。また、説明の便宜上、双方向インバータ３２０の「系統連系運転」とは、双方向インバータ３２０が系統電源５００の交流電力を直流電力に変換し、第１端３２２から出力している状態を意味する。さらに、双方向インバータ３２０が動作を停止している状態を「運転停止」ということがある。

双方向インバータ３２０は、制御部３３０の制御の下、「系統連系運転」、「自立運転」、および「運転停止」の３つの運転モードを切り替えながら運転する。運転モードの切替条件は、記憶部３６０に格納されている。制御部３３０は、記憶部３６０を参照して取得した切替条件をもとに、双方向インバータ３２０の動作と、系統連系用スイッチ３４０ａ、自立運転用スイッチ３４０ｂ、および系統／自立切替スイッチ３５０の切替を制御する。制御部３３０はさらに、太陽電池スイッチ２２０や蓄電池スイッチ３１２の切替も制御する。

図２（ａ）は、系統電源５００が通電中であり、かつ太陽電池２００が発電中の場合における、蓄電システム３００の電気的な接続関係を示す模式図である。図２（ｂ）は、系統電源５００が通電中であり、かつ太陽電池２００が発電していない場合における、蓄電システム３００の電気的な接続関係を示す模式図である。図２（ａ）および図２（ｂ）において、通電している箇所は実線で示され、通電していない箇所は点線で示されている。また、両端に矢印が付された破線は、制御信号や計測値の流れを示している。以下、図３、図４（ａ）、図４（ｂ）、図７においても同様である。

図２（ａ）に示すように、系統電源５００が通電時の場合には、制御部３３０は系統連系用スイッチ３４０ａをオンとし、系統／自立切替スイッチ３５０を系統連系用スイッチ３４０ａ側に接続させる。これにより、系統電源５００の交流電力は、トランス３７０を介して交流負荷７００に供給される。

ここで蓄電池３１０には、蓄電池３１０を充電するか否かを判定するために用いられる蓄電量である「充電開始閾値」が設定されている。制御部３３０は、蓄電池３１０から現在の蓄電量を取得して、その値を充電開始閾値と比較する。制御部３３０は、取得した蓄電量が充電開始閾値を下回るときは、双方向インバータ３２０の第２端３２４に入力された交流電力を直流電力に変換させ、蓄電池３１０を充電する。「充電開始閾値」の具体的な値は蓄電池３１０の特性等を考慮して実験で定めればよいが、例えば蓄電池３１０の満充電時の５０％の容量である。

図２（ａ）は、蓄電池３１０の蓄電量が充電開始閾値以上の場合における蓄電システム３００の電気的な接続関係を示している。系統電源５００が通電時の場合において蓄電池３１０の蓄電量が充電開始閾値以上のとき、制御部３３０は、双方向インバータ３２０の動作を停止させる。これにより直流ノード３８０と交流ノード３９０とが電気的に切断される。結果として、太陽電池２００、蓄電池３１０、および直流負荷６００を含む直流ラインと、系統電源５００および交流負荷７００とを含む交流ラインとが電気的に切断される。太陽電池２００が発電した直流電力および蓄電池３１０が放電した直流電力は、双方向インバータ３２０を介さずに直接直流負荷６００に供給される。このように、実施の形態に係る蓄電システム３００においては、スイッチ等の電機部品を用いずに、双方向インバータ３２０の動作を停止することで、直流ラインと交流ラインとを電気的に切断する。

図２（ｂ）も、図２（ａ）と同様に、蓄電池３１０の蓄電量が充電開始閾値以上の場合における蓄電システム３００の電気的な接続関係を示している。図２（ｂ）においては、太陽電池２００は発電していない。しかしながら、蓄電池３１０の蓄電量が充電開始閾値以上であるため、制御部３３０は双方向インバータ３２０の動作を停止させている。

なお図２（ａ）に示す場合において、太陽電池２００の発電量が直流負荷６００の消費電力を上回る場合、その差分の電力が余剰電力となる。双方向インバータ３２０の動作は停止しているので、余剰電力を交流負荷７００や系統電源５００に流すことはできない。さらに蓄電池３１０が満充電のときは、余剰電力を蓄電池３１０の充電に充てることもできない。このような場合、制御部３３０は太陽電池スイッチ２２０をオフにする。これにより、蓄電池３１０が過充電となることを抑制できる。直流負荷６００や交流負荷７００により蓄電池３１０の電力が消費され、蓄電量が充電開始閾値を下回ると、再び太陽電池スイッチ２２０をオンにする。

図３は、系統電源５００が通電中であり、かつ太陽電池２００の発電では蓄電池３１０を充電できない場合において、さらに蓄電池３１０の蓄電量が充電開始閾値を下回るときの蓄電システム３００の電気的な接続関係を示す模式図である。蓄電池３１０の蓄電量が充電開始閾値を下回っているため、蓄電池３１０は充電を要する。しかしながら、太陽電池２００が発電をしていないか、発電をしていても蓄電池３１０の充電電力に満たない場合は、太陽電池２００の電力を用いて蓄電池３１０を充電することができない。この場合、制御部３３０は、双方向インバータ３２０の第２端３２４に入力される交流電力を直流電力に変換して第１端３２２から出力させる。これにより、系統電源５００の電力を用いて蓄電池３１０を充電することができる。

系統電源５００の電力を用いて蓄電池３１０を充電することにより、やがて蓄電池３１０蓄電量は充電開始閾値以上となる。この場合、制御部３３０は双方向インバータ３２０の動作を停止させ、蓄電システム３００の電気的な接続関係は図２（ｂ）に示す状態となる。また、系統電源５００の電力を用いて蓄電池３１０を充電中に、太陽電池２００の発電によって蓄電池３１０を充電できるようになれば、制御部３３０は双方向インバータ３２０の動作を停止させる。これにより、蓄電システム３００の電気的な接続関係は図２（ａ）に示す状態となる。

なお、蓄電池３１０の蓄電量が充電開始閾値に到達した時点で充電を停止すると、蓄電池３１０が放電するとすぐに蓄電量が充電開始閾値を下回ることになりかねない。そこで制御部３３０は、蓄電池３１０の蓄電量が充電開始閾値よりも大きな「充電停止閾値」となるまで、系統電源５００の電力を用いて蓄電池３１０を充電するように双方向インバータ３２０を制御してもよい。これにより、蓄電池３１０が短い間隔で充放電を繰り返すことを抑制でき、蓄電池３１０の寿命低下も抑制できる。

したがって、「充電停止閾値」とは、蓄電池３１０の充電を停止するか否かを判定するために用いられる蓄電量である。蓄電池３１０から取得した蓄電量が充電停止閾値以上となった場合、制御部３３０は蓄電池３１０の充電を停止する。充電停止閾値の具体的な値は蓄電池３１０の特性等を考慮して実験で定めればよいが、例えば蓄電池３１０の満充電時の９０％の容量である。充電停止閾値を用いて蓄電池３１０の充電を制御することにより、蓄電池３１０が過充電となることも抑制できる。

図４（ａ）は、系統電源５００が停電の場合において、かつ太陽電池２００が発電中の場合における、蓄電システム３００の電気的な接続関係を示す模式図である。図４（ｂ）は、系統電源５００が停電の場合において、かつ太陽電池２００が発電していない場合における、蓄電システム３００の電気的な接続関係を示す模式図である。

系統電源５００が停電の場合、制御部３３０は、系統連系用スイッチ３４０ａをオフとし、自立運転用スイッチ３４０ｂをオンとし、系統／自立切替スイッチ３５０を自立運転用スイッチ３４０ｂ側に接続させる。これにより、系統電源５００は交流負荷７００から切り離される。

直流負荷６００は直流ノード３８０と結合しているため、系統電源５００が停電しているか否かに関わらず、太陽電池２００が発電する直流電力と蓄電池３１０が放電する直流電力との、少なくともいずれか一方は直流負荷６００に供給される。これに対し、系統電源５００が停電している場合、制御部３３０は、双方向インバータ３２０の第１端３２２に入力される直流電力を交流電力に変換して第２端３２４から出力させる。ここで、双方向インバータ３２０の第２端３２４は、自立運転用スイッチ３４０ｂを介してトランス３７０および交流負荷７００に接続されている。このため、双方向インバータ３２０の第２端３２４から出力された交流電力は、交流負荷７００に供給される。双方向インバータ３２０の運転モードは、上述した「自立運転」となる。

図４（ｂ）は太陽電池２００が発電していない場合を示すが、この場合も制御部３３０は、双方向インバータ３２０の第１端３２２に入力される直流電力を交流電力に変換して第２端３２４から出力させる。この場合、蓄電池３１０が放電する電力が、交流負荷７００に供給されることになる。

ここで制御部３３０は、系統電源５００が停電の場合、双方向インバータ３２０から交流負荷７００で消費される電力量を取得してもよい。これにより、制御部３３０は、交流負荷７００で現在消費される電力量を、双方向インバータにＤＣ／ＡＣ変換させることが可能となる。蓄電池３１０の放電量を適切に設定できるので、蓄電池３１０の電力の使用効率を向上することができる。

以上のように、系統電源５００が停電の場合、制御部３３０は蓄電池３１０の電力を直流負荷６００および交流負荷７００に供給する。電力の供給を継続することで、やがて蓄電池３１０の蓄電量は充電開始閾値を下回る。蓄電池３１０の蓄電量が充電開始閾値を下回ったとしても、太陽電池２００が発電していない場合には、蓄電池３１０を充電することはできない。そうであっても、直流負荷６００および交流負荷７００への電力供給を優先し、制御部３３０は、蓄電池３１０に電力の供給を継続させる。

しかしながら、電力を供給することで蓄電池３１０の蓄電量が、充電開始閾値よりもさらに低い値である放電停止閾値を下回った場合、制御部３３０は蓄電池スイッチ３１２をオフにする。すなわち、「放電停止閾値」は、蓄電池３１０の放電を停止するか否かを判定するために用いられる蓄電量である。これにより、直流負荷６００および交流負荷７００への電力供給はできなくなるが、蓄電池３１０が過放電となることを抑制できるので、蓄電池３１０の寿命低下を抑制できる。放電停止閾値の具体的な値は蓄電池３１０の特性等を考慮して実験で定めればよいが、例えば蓄電池３１０の満充電時の１０％の容量である。なお、充電開始閾値、充電開始閾値、および放電停止閾値は、記憶部３６０に格納されている。

図５は、実施の形態に係る記憶部３６０が格納する、双方向インバータ３２０の運転モードの切替条件を表形式で示す図である。図５に示す切替条件は、上述した制御部３３０による双方向インバータ３２０の制御がまとめられている。制御部３３０は、記憶部３６０から取得した切替条件にもとづいて、双方向インバータ３２０を制御する。

図５に示すように、系統電源５００が停電のときは、蓄電池３１０の蓄電量が放電停止閾値以上のとき、制御部３３０は双方向インバータ３２０をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させる。系統電源５００が通電中の場合は、制御部３３０は、蓄電池３１０から取得した現在の蓄電量が充電開始閾値未満の場合、制御部３３０は双方向インバータ３２０をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させる。取得した蓄電量が充電開始閾値以上の場合、制御部３３０は双方向インバータ３２０の動作を停止させる。

図６は、実施の形態に係る制御部３３０が実行する双方向インバータ３２０の制御処理の流れを説明するフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、例えば蓄電システム３００の電源が投入されたときに開始する。

制御部３３０は、双方向インバータ３２０の第２端３２４の電圧を取得することにより、系統電源５００が停電中か否かを判定する。系統電源５００が停電中の場合（Ｓ２のＹ）、制御部３３０は、双方向インバータ３２０の第１端３２２に入力される直流電力を交流電力に変換して第２端３２４から出力させる（Ｓ４）。すなわち、系統電源５００が停電中の場合は、双方向インバータ３２０はＤＣ／ＡＣ変換を実行することになる。

系統電源５００が通電中の場合（Ｓ２のＮ）、制御部３３０は、蓄電池３１０の現在の蓄電量を取得する。取得した蓄電量が充電開始閾値未満の場合（Ｓ６のＹ）、制御部３３０は、双方向インバータ３２０の第２端３２４に入力される交流電力を直流電力に変換して第１端３２２から出力させる（Ｓ８）。すなわち、制御部３３０は、双方向インバータ３２０にＡＣ／ＤＣ変換を実行させる。

取得した蓄電量が充電開始閾値以上の場合（Ｓ６のＮ）、制御部３３０は、双方向インバータ３２０の動作を停止させる（Ｓ１０）。制御部３３０が、双方向インバータ３２０にＤＣ／ＡＣ変換を実行させるか、ＤＣ／ＡＣ変換を実行させるか、あるいは動作を停止させると、本フローチャートにおける処理は終了する。

以上、実施の形態に係る発電システム１００において、蓄電システム３００が正常に動作している場合について説明した。これに対し、例えば直流ノード３８０と直流電源装置４００とを電気的に接続する導線が切断されているような場合、蓄電システム３００は正常に動作できなくなる。結果として、蓄電システム３００は直流負荷６００に直流電力を供給できない。

図７は、蓄電システム３００が正常に動作していない場合における蓄電システム３００の電気的な接続関係を示す図である。図７に示すように、蓄電システム３００が直流電源装置４００に直流電力を出力していない場合には、直流電源装置４００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２０を動作させる。これにより、系統電源５００の交流電力がＡＣ／ＤＣコンバータ４２０によって直流電力に変換され、直流負荷６００に供給される。このように、直流電源装置４００内のＡＣ／ＤＣコンバータ４２０は、蓄電池ステムの異常時におけるバックアップ装置として用いられる。

なお、図７において交流負荷７００には系統電源５００の電力が供給されている。これは、蓄電システム３００が正常に動作している場合と同様である。

以上説明したように、実施の形態に係る発電システム１００によれば、直流負荷と交流負荷とに対して効率的に電力を供給する技術を提供することができる。

特に、太陽電池２００が発電した直流電力を直接直流負荷６００に供給することができる。このため、ＡＣ／ＤＣ変換またはＤＣ／ＡＣ変換に伴う損失を減らすことができる。また、太陽電池２００で発電した直流電力のうち、直流負荷６００に供給した分の残りの電力を蓄電池３１０に蓄電することができる。このため、太陽電池２００で発電した直流電力では直流負荷６００への電力供給がまかなえないときは、蓄電池３１０の電力を直流負荷６００に供給することができる。この際も、蓄電池３１０が放電した直流電力を電力変換することなく直接直流負荷６００に供給することができるので、電力変換に伴う損失を減らすことができる。

さらに、系統電源５００が停電時には、直流負荷６００に加えて交流負荷７００にも、太陽電池２００が発電する直流電力や蓄電池３１０が放電する直流電力を供給することができる。なお、系統電源５００が通電中の場合は、制御部３３０は、双方向インバータ３２０にＤＣ／ＡＣ変換をさせない。これにより、系統電源５００が通電中の場合には、太陽電池２００が発電する直流電力や蓄電池３１０が放電する直流電力は直流負荷６００に供給される。結果として、電力変換に伴う損失を減らすことができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

（第１の変形例）
上記は、蓄電池３１０の充電開始閾値が固定値である場合について説明した。充電開始閾値は固定値である場合に限られず、条件に応じて変更させてもよい。例えば、太陽電池２００の発電量の変動傾向に応じて、充電開始閾値を変更してもよい。以下この場合について説明する。

第１の変形例に係る発電システム１００も、図１に示す実施の形態に係る発電システム１００と同様の構成である。変形例に係る発電システム１００においては、十分な日照があるときの太陽電池２００の開放電圧は蓄電池３１０の開放電圧より高い。したがって、太陽電池スイッチ２２０と蓄電池スイッチ３１２とがオンとなっている場合、太陽電池２００から蓄電池３１０に充電電流が流れることになる。

太陽電池２００は太陽光を利用して発電するので、発電量は時間とともに変動する。そこで制御部３３０は、所定の間隔（例えば１０分）毎に、直流電流計２１０から太陽電池２００の発電電流を取得し、時系列データとして記憶部３６０に格納する。これにより、制御部３３０は、太陽電池２００の発電量の時間変動を取得できる。制御部３３０は、太陽電池２００の発電量の時間変動をもとに、太陽電池２００の発電量を推定することも可能となる。

例えば、現在の太陽電池２００の発電電力が、蓄電池３１０の充電電力に満たない場合を考える。このとき、過去の所定期間（例えば１時間）の太陽電池２００の発電量の時間変動が増加傾向にあれば、その後も太陽電池２００の発電量が増加することが見込まれる。そこで、所定期間における太陽電池２００の発電量の時間変動が増加傾向にあれば、制御部３３０は、充電開始閾値をより小さな値に設置する。

より具体的には、太陽電池２００の発電量の時間変動が増加傾向の場合に使用する発電時充電開始閾値が、記憶部３６０に格納されている。制御部３３０は、太陽電池２００の発電量の増加が見込める場合、記憶部３６０から発電時充電開始閾値を読み出して、蓄電池３１０の充電を制御する。これにより、仮に蓄電池３１０の蓄電量が減少しても、その後に太陽電池２００が発電する電力で充電することが見込める。結果として、太陽電池２００が発電する電力を有効に利用することができる。

（第２の変形例）
第１の変形例では、制御部３３０が直流電流計２１０から太陽電池２００の発電電流を取得し、時系列データとして記憶部３６０に格納する場合について説明した。太陽電池２００の発電量の時間変動を推定するデータは、太陽電池２００の発電電流には限られない。太陽電池２００が太陽光を利用して発電することに鑑み、日照計を用いて太陽光量を計測してもよい。

第２の変形例に係る発電システム１００は、図示しない日照計を備える。制御部３３０は、所定の間隔で日照計から光量を取得し、時系列データとして記憶部３６０に格納する。過去の所定期間に光量の時間変動が増加傾向にあれば、その後も太陽電池２００の発電量が増加することが見込まれる。そこで、所定期間における太陽光の光量の時間変動が増加傾向にあれば、制御部３３０は、記憶部３６０から発電時充電開始閾値を読み出して、蓄電池３１０の充電を制御する。これにより、仮に蓄電池３１０の蓄電量が減少しても、その後に太陽電池２００が発電する電力で充電することが見込める。結果として、太陽電池２００が発電する電力を有効に利用することができる。

１００ 発電システム、 ２００ 太陽電池、 ２１０ 直流電流計、 ２２０ 太陽電池スイッチ、 ３００ 蓄電システム、 ３１０ 蓄電池、 ３１２ 蓄電池スイッチ、 ３２０ 便宜上双方向インバータ、 ３２０ 双方向インバータ、 ３２２ 第１端、 ３２４ 第２端、 ３３０ 制御部、 ３４０ａ 系統連系用スイッチ、 ３４０ｂ 自立運転用スイッチ、 ３５０ 系統／自立切替スイッチ、 ３６０ 記憶部、 ３７０ トランス、 ３８０ 直流ノード、 ３９０ 交流ノード、 ４００ 直流電源装置、 ４１０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、 ４２０ ＡＣ／ＤＣコンバータ、 ５００ 系統電源、 ６００ 直流負荷、 ７００ 交流負荷。

Claims (4)

1. 発電装置が発電する直流電力を充電可能な蓄電池と、
   前記発電装置と前記蓄電池とを結合するための直流ノードに接続する第１端と、系統電源と交流負荷とを結合するための交流ノードに接続する第２端とを含む双方向インバータと、
   前記双方向インバータの動作を制御する制御部とを備え、
   前記双方向インバータの第１端に接続された直流ノードには、直流負荷も結合されていることを特徴とする蓄電システム。
2. 前記制御部は、
   （１）前記系統電源が停電の場合、前記双方向インバータの第１端に入力される直流電力を交流電力に変換して前記第２端から出力させ、
   （２）前記系統電源が通電時の場合、
   （２−１）前記蓄電池の蓄電量が所定の充電開始閾値を下回るとき、前記双方向インバータの第２端に入力される交流電力を直流電力に変換して前記第１端から出力させ、
   （２−２）前記蓄電池の蓄電量が所定の充電開始閾値以上のとき、前記双方向インバータの動作を停止させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記制御部は、前記系統電源が停電の場合、前記交流負荷で消費される電力量を、前記双方向インバータの第１端に入力される直流電力を交流電力に変換して前記第２端から出力させることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の蓄電システム。
4. 再生可能エネルギーをもとに直流電力を発電する発電装置と、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の蓄電システムを備える発電システム。

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