JP2016046932A - 電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力使用の最適化を実現することが可能な電力供給装置を提供することを目的とする。【解決手段】電力供給装置２は、太陽光を用いて発電する太陽光発電システム１が接続される電力供給装置である。電力供給装置２は、複数の接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃがそれぞれ接続可能に構成され、かつ、太陽光発電システム１からの電力供給に関する優先順位が変更可能に割り付けられる複数の自立運転端子７と、優先順位に基づいて、自立運転時に太陽光発電システム１から自立運転端子７を介して接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃへ電力供給を行う制御部９とを備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、太陽光発電システムおよび蓄電装置が接続され、系統電力の停電時に効率よく自立運転を行うことが可能な電力供給装置に関するものである。

従来の電力供給装置においては、停電時などで外部から電力が供給されないときでも電気機器が使用できるように、自立運転用の出力端子が設けられている。停電時は、自立運転用の出力端子に必要な電気機器を接続し、電力供給装置のスイッチを切り替えることで、太陽光発電システムなどで発電された電力に応じて、電気機器を使用する。さらに、太陽光発電システムの発電電力が十分でない、悪天候または夜間などに備えて、蓄電装置などに充電し、太陽光発電システムが発電できない状態でも、蓄電装置から電力が供給される（例えば、特許文献１参照）。

また、使用される電気機器の電力使用量を検出し、停電時は予め定められた重要設備に太陽光発電システムまたは蓄電装置から電力を供給する（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１３−１６２７１７号公報 特許第５２７２５４５号公報

従来の電力供給装置では、使用者は使用したい電気機器を接続し、太陽光発電システムの発電量にあわせて電気機器を使用することができていた。しかし、詳細な制御を行う場合は電気機器に対して通信で電力制御を行うため、予め電力および動作などの特性が把握されているものが接続されることが前提であるなど、接続可能な電気機器が制限されていた。また、自由に電気機器を接続する場合は、個別の電気機器に対する必要な電力量が管理されておらず、太陽光を利用した太陽光発電システムの発電量が、接続されている電気機器の合計電力量を下回るとすべての電気機器の動作が維持できなくなっていた。

このような太陽光発電システムの発電電力が十分でなく、すべての電気機器に電力を供給しきれない場合、電気機器の一部を個別に切り離して、必要な電力量が発電量を下回るように接続し直すしか方法がなかった。しかし、通常は、そうした手動での電気機器の取り付けまたは取り外しを行い、最適な必要電力のコントロールを行うことは難しく、日射量が低い早朝または夕方などでは、すべての電気機器を動作させるための電力が供給できなかった。その結果、どの電気機器も動作せず、運用可能時間が低下するという問題が発生していた。

また、このような電力供給装置で、接続機器に段階的に供給する電力を制限するような場合は、例えば、冷房装置を常に優先にするなど、予め優先順位は固定化されており、使用者の使用環境にあわせて柔軟に対応することは難しかった。

そこで、本発明は、電力使用の最適化を実現することが可能な電力供給装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電力供給装置は、太陽光を用いて発電する太陽光発電システムが接続される電力供給装置であって、複数の電気機器がそれぞれ接続可能に構成され、かつ、前記太陽光発電システムからの電力供給に関する優先順位が変更可能に割り付けられる複数の自立運転端子と、前記優先順位に基づいて、自立運転時に前記太陽光発電システムから前記自立運転端子を介して前記電気機器へ電力供給を行う制御部とを備えるものである。

本発明によれば、電力供給装置は、複数の電気機器がそれぞれ接続可能に構成され、かつ、太陽光発電システムからの電力供給に関する優先順位が変更可能に割り付けられる複数の自立運転端子と、優先順位に基づいて、自立運転時に太陽光発電システムから自立運転端子を介して電気機器へ電力供給を行う制御部とを備える。

したがって、太陽光発電システムの発電電力をすべての電気機器に供給できない場合でも、優先順位に基づいて、必要な電気機器については電力供給を行い可能な限り稼働状態を維持することができる。あわせて、太陽光発電システムの発電量の低下によって、最優先とした電気機器に対する電力供給が維持できなくなった場合でも、優先順位の低い電気機器の中で、電力供給可能なものがあれば、自動的に優先順位を変更することで、効率的に電力を使用できるようにし、電気機器の使用可能時間を最大限にすることができる。これにより、自立運転時に電力使用の最適化を実現することが可能となる。

実施の形態に係る電力供給装置とこれに接続される太陽光発電システムの全体構成図である。 電力供給装置の自立運転時における電気機器接続例を示す図である。 電力供給装置内部のブロック図である。 季節と日射量との関係および季節と気温との関係を示すグラフである。

＜実施の形態＞
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態に係る電力供給装置２とこれに接続される太陽光発電システム１の全体構成図であり、図２は、電力供給装置２の自立運転時における電気機器接続例を示す図であり、図３は、電力供給装置２の内部のブロック図である。

図１に示すように、太陽光発電システム１は、太陽光を受けることで発電する。太陽光発電システム１は、電力供給装置２に接続され、電力供給装置２は、さらに蓄電装置３、系統側ＡＣ４および接続負荷６と接続されている。太陽光発電システム１は、電力供給装置２を介して接続負荷６、蓄電装置３および系統側ＡＣ４に電力を供給することができる。電力供給装置２、蓄電装置３および接続負荷６は屋内に配置され、太陽光発電システム１および系統側ＡＣ４は屋外に配置されている。ここで、接続負荷６は、ＴＶ、照明機器、冷蔵庫および空調機器などの一般に市販されている家庭用電気機器である。

次に、電力供給装置２について説明する。図３に示すように、電力供給装置２は、自立運転端子７と、制御部９と、電力量検出部１０と、負荷用スイッチ１１と、環境センサー１２とを備えている。電力供給装置２は、パネル出力検出部８と、ＤＣ−ＡＣ変換主回路１３と、切替スイッチ５とをさらに備えている。

パネル出力検出部８は、自立運転端子７に接続される接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃへ供給される電力量を検出する。より具体的には、パネル出力検出部８は、太陽光発電システム１から供給される電力量を検出し、制御部９に検出結果を送信する。ＤＣ−ＡＣ変換主回路１３は、太陽光発電システム１からの供給電力を、太陽光発電システム１の出力である直流（以下、「ＤＣ」という）から家庭で使用される交流（以下、「ＡＣ」という）に変換する。

切替スイッチ５は、制御部９によって、系統側ＡＣ４に対して電力供給装置２のＡＣ入出力端子を電気的に接続したり切り離したりするためのスイッチである。電力量検出部１０は、自立運転端子７が備える各自立運転端子７ａ，７ｂ，７ｃ（図２参照）ごとに、供給されている電力量を検出し制御部９に検出結果を送信する。より具体的には、電力量検出部１０は、電力量検出部１０ａ，１０ｂ，１０ｃから構成され、電力量検出部１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃに供給されている電力量をそれぞれ検出し、制御部９に検出結果をそれぞれ送信する。

負荷用スイッチ１１（スイッチ）は、自立運転端子７を介して接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃへの電力供給を可能とするオン状態と、自立運転端子７を介して接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃへの電力供給を遮断するオフ状態とに切り替え可能に構成されている。より具体的には、負荷用スイッチ１１は、負荷用スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃから構成され、制御部９によって負荷用スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃはオン状態またはオフ状態に個別に切り替えられる。

図２に示すように、自立運転端子７は、複数の自立運転端子７ａ，７ｂ，７ｃを備え、各自立運転端子７ａ，７ｂ，７ｃは、分配器等を使用して接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃがそれぞれ接続可能に構成され、かつ、太陽光発電システム１からの電力供給に関する優先順位が変更可能に割り付けられている。優先順位は、制御部９によって予め設定され、または変更され、優先順位を示す情報は、例えば制御部９が備える記憶領域（図示省略）に格納される。環境センサー１２は、接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃの周囲の環境条件を検出する。ここで、環境条件とは、例えば時刻、日射量、外気温または湿度である。

制御部９は、環境センサー１２によって検出された環境条件に基づいて、自立運転端子７ａ，７ｂ，７ｃに対して優先順位を変更する。また、制御部９は、優先順位に基づいて、自立運転時に太陽光発電システム１から自立運転端子７ａ，７ｂ，７ｃを介して接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃへ電力供給を行う。

次に、電力供給装置２の動作について説明する。太陽光発電システム１から供給される電力は、ＤＣ−ＡＣ変換主回路１３でＤＣからＡＣに変換され、接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃに供給される。接続負荷６は、太陽光発電システム１の供給可能電力量を超えない限り自立運転端子７に接続可能であり、例えば、特定の通信手段またはコマンドへの対応が必須である、または事前検証により問題ないものしか接続できないといった制限はない。また、太陽光発電システム１から供給される電力を蓄電装置３に充電しておくことで、夜間または悪天候時など、太陽光発電システム１による発電ができない時間帯に接続負荷６を使用することもできる。

また、図１に示すように、電力供給装置２のＡＣ入出力端子は、外部の電力会社の系統側ＡＣ４に接続され、また、電力供給装置２は接続負荷６にも接続されている。これにより、太陽光発電システム１の発電量が少ないときは、外部の電力会社の系統側ＡＣ４から不足分が供給され、使用する接続負荷６に供給される。また、発電量が接続負荷６での電力使用量を上回った場合は、余剰分を外部に売電することも可能となっている。

一方、外部の系統側ＡＣ４から供給される電力は、事故または工事などの原因によって供給が停止されることがある。こうした場合、太陽光発電システム１は、外部の系統側ＡＣ４から切り離され、単独で電力を供給する自立運転を行うことができる。この場合、太陽光発電システム１によって供給される電力は、図２に示すように、使用者が接続負荷６を適切に接続しなおすことで、電力供給装置２に接続された一定の範囲内の接続負荷６にのみ供給される。また、電力の不足分については、蓄電装置３に予め充電されていた電力を使用することも可能であるし、電力の余剰分については、蓄電装置３に充電しておき、必要時に備えることもできる。

自立運転が必要な状態になると、使用者は、電力供給装置２の操作部（図示省略）を操作することで切替スイッチ５を切り替える。具体的には、操作部の操作を受けて制御部９は、図３に示すように、切替スイッチ５を切り替えて、電力供給装置２の入出力端子を系統側ＡＣ４から電気的に切り離す。これにより、太陽光発電システム１から供給される電力のみが、電力供給装置２の自立運転端子７を介して、必要とされる接続負荷６に供給される。自立運転端子７ａ，７ｂ，７ｃには優先順位を設定することができ、また接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃをいくつかのグループにわけることが可能となっている。図２と図３では、接続負荷６を３つにグループにわけて接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃとしている。

例えば、あるグループは携帯電話の充電またはＴＶ・ラジオなどの周囲状況を知るための情報機器、あるグループは体調管理などに使用する空調機器、あるグループはさしあたってすぐ使用しない機器であるアイロン、洗濯機または装飾品などとグループ化する、または、特定の部屋にある電気機器ごとにグループ化するなど、使用者が自由にグループ分けを行うことができる。

ここで、装飾品とは、展示または娯楽のための設備など、通常時には環境向上のため使用されているが、災害時による停電などの異常時には必要とされない電気機器を示す。例えば、照明に関しては、屋内展示物（絵画および彫刻など）のための、周囲を明るくして視認性を向上させるという意味で使用していない照明、または間接照明などの周囲の雰囲気をよくしてはいるが、さしあたってなくても問題とならないような非効率的な照明がこれに該当する。他にも、遊戯物、飲料・洗浄用ではない水施設（噴水および飼育用など）、および自動ドアなども状況によって使用の優先順位を下げることができる。

電力供給装置２には、自立運転端子７ａ，７ｂ，７ｃに対応するように、電力量検出部１０ａ，１０ｂ，１０ｃと負荷用スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃがそれぞれ設けられている。自立運転が開始されると、電力量検出部１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、各自立運転端子７ａ，７ｂ，７ｃごとに供給されている電力量をそれぞれ検出し制御部９に検出結果を送信する。

制御部９は、下記の条件を満足している間は、すべての負荷用スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃをオンし、電力を必要としているすべての接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃに太陽光発電システム１からの電力を供給する。

供給可能電力量 ＞ 接続負荷６への供給電力量
ここで、供給可能電力量は、パネル出力検出部８によって検出された電力量であり、接続負荷６への供給電力量は、電力量検出部１０によって検出された電力量である。

しかし、太陽光発電システム１から供給される電力は、時刻または天候などによる日射量の変化の影響を受ける。図４（ａ）は、季節と日射量との関係を示すグラフであり、図４（ｂ）は、季節と気温との関係を示すグラフである。太陽光発電システム１の発電電力は、日射量と相関がある。図４（ａ）に示すように、日射量が低下し、供給可能な電力が低下してくると、制御部９は、上記の条件を満足することができなくなり、そのままでは、接続負荷６全体への電力供給ができなくなると判断する。

制御部９は、優先順位の低い自立運転端子７に対応する負荷用スイッチ１１をオフし、優先順位の低い自立運転端子７に接続される接続負荷に対する電力供給を停止させる。制御部９は、優先順位の低い自立運転端子７に接続される接続負荷に対して供給される電力量を減らすことで、上記の条件を維持し電力供給を継続しようとする。

このため、予め自立運転時の状態を想定し、接続負荷６は、接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃなど用途または使用範囲などに応じてグループ化されている。制御部９はこのグループを認識しており、それぞれのグループの消費電力量について電力量検出部１０を通じて把握している。使用者によって各接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃが適宜挿抜されたとしても、制御部９は、各接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃの消費電力量を常に把握することができる。

また、制御部９は、接続負荷６のグループがどのような状態のときにどの程度の電力量が必要かを把握している。図４（ｂ）に示すように、例えば、夏季であれば、平均気温が高く、暖房器具は不要であるが、日中は高い気温による体調不良等の問題を解決するため、冷房装置が必要である。また、日没時間までは屋外も十分に明るいため、照明器具などに使用する電力は、他の時期と比較し少ないと判断される。このため、夜間の暖房または照明のために備えておく電力量については、他の時期と比較して少なめでよいと判断される。逆に冬季であれば、通常、冷房装置は不要であるが、夜間の暖房の需要は高く、照明などの夜間電力の需要は増えると判断され、それに対応した蓄電装置３への充電が必要と判断される。

また、一日の中でも、電力使用の用途に偏る時間帯があるのが通常である。例えば、１２時前後であれば、食事をする必要があり、電力を調理機器に優先的に割り当てる必要があると考えられる。最も気温が高くなる午後１時から２時頃であれば、最も重要であるのは空調機器による体調管理であり、照明などの優先順位は低いと考えられる。さらに時間が経過し、午後３時から４時頃になってくると、暑さも幾分緩和されるが、まだ、屋外は十分に明るく照明なども不要であり、必須の電気機器がないような場合は、夜間に備えて蓄電装置３への充電を最優先にすることが妥当と判断することもできる。

上記の例は、あくまで一例であるが、このような使用したい電気機器の優先順位は時間とともに変化する。また、優先順位は、電気機器を一人で使用するのか、家族で使用するのか、あるいは学校、会社または自治体などの団体で使用するのかによっても異なる。電力供給装置２では、制御部９にこのような使用状況を想定した優先順位の情報を予め設定しておくことで、制御部９は、パネル出力検出部８の電力量の検出結果、環境センサー１２の各値、および接続負荷６の消費電力量を考慮する。そして、制御部９は、その時点での優先順位の高い電気機器から供給可能な範囲で最適な電力供給を行えるように、負荷用スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃをオンまたはオフする。

また、状況によっては、太陽光発電システム１の発電量が低く、優先順位の最も高い接続負荷６に対して電力が供給できない場合がある。このような場合でも、優先順位は最高ではないが、消費電力量が低く、その時点の発電量で電力供給が可能な接続負荷６が存在する場合がある。

このような場合、従来では電力供給が停止してしまうことがあったが、制御部９は、発電量から、供給可能な電力量を把握し、想定される使用環境などから、予め定められた優先順位の高い接続負荷６に電力を供給することで、発電電力の効率使用を行うことを可能とする。例えば、携帯電話または携帯用の簡易照明（懐中電灯等）の充電は消費電力も低く、電力負荷の高い空調機器などが停止したあとでも電力供給が可能である。

さらに、蓄電装置３への充電は、太陽光発電システム１の発電量を充電に供するため、わずかずつでも充電を行うこともできる。

また、従来の電力供給装置において、夜間の使用を想定し蓄電装置が接続される場合がある。しかし、日中の自立運転時に多数の電気機器が接続され、電力消費量が多い場合は蓄電装置に十分な充電がされず、蓄電装置使用時に十分な電力が充電されていないことも起こり得る。一方、蓄電装置への充電が最優先になっていると、夜間などのほとんど電力を使わない場合または、夜間に使用する照明などに対する電力量が、昼間に使用したい電気機器の電力量と比べて低く、蓄電装置を日中に満充電にしておかなくても問題がない場合でも、蓄電装置への充電を優先するなどの固定化された対応を取っていた。

これに対して本実施の形態では、制御部９は、環境センサー１２によって検出された環境条件に基づいて蓄電装置３による必要な蓄電量を算出し、蓄電装置３による充電と接続負荷６への電力供給との優先順位を変更する。これにより、使用者の使用環境にあわせて柔軟な対応を取ることが可能である。

以上のように、実施の形態に係る電力供給装置２では、電力供給装置２は、複数の接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃがそれぞれ接続可能に構成され、かつ、太陽光発電システム１からの電力供給に関する優先順位が変更可能に割り付けられる自立運転端子７と、優先順位に基づいて、自立運転時に太陽光発電システム１から自立運転端子７を介して接続負荷６へ電力供給を行う制御部９とを備える。

したがって、太陽光発電システム１の発電電力をすべての接続負荷６に供給できない場合でも、優先順位に基づいて、必要な接続負荷６については電力供給を行い可能な限り稼働状態を維持することができる。あわせて、太陽光発電システム１の発電量の低下によって、最優先とした接続負荷６に対する電力供給が維持できなくなった場合でも、優先順位の低い接続負荷６の中で、電力供給可能なものがあれば、自動的に優先順位を変更することで、効率的に電力を使用できるようにし、接続負荷６の使用可能時間を最大限にすることができる。これにより、自立運転時に電力使用の最適化を実現することが可能となる。

電力供給装置２は、自立運転端子７に接続される接続負荷６へ供給される電力量を検出する電力量検出部１０をさらに備えるため、接続負荷６ａ，６ｂ，６ｃにそれぞれ供給される電力量を精度よく検出することができる。

電力供給装置２は、自立運転端子７を介して接続負荷６への電力供給を可能とするオン状態と、自立運転端子７を介して接続負荷６への電力供給を遮断するオフ状態とに切り替え可能な負荷用スイッチ１１をさらに備え、制御部９は、太陽光発電システム１から供給される電力量と、電力量検出部１０によって検出された接続負荷６へ供給される電力量とに基づいて、負荷用スイッチ１１をオン状態またはオフ状態に切り替える。したがって、効率的に電力を使用できるようにし、電気機器の使用可能時間を最大限にすることができる。

電力供給装置２は、接続負荷６の周囲の環境条件を検出する環境センサー１２をさらに備え、制御部９は、環境センサー１２によって検出された環境条件に基づいて優先順位を変更する。したがって、例えば時刻、日射量、外気温または湿度などの環境条件を考慮した接続負荷６への電力供給を行うことが可能となる。これにより、例えば、外気温または湿度の高い場合は、室温管理の空調機器または扇風機などの体調管理のための電気機器を優先した電力供給を行い、外気温が低い場合は、ＴＶまたはラジオなどの情報機器を優先した電力供給を行うことが可能となる。または、特定の時刻には、食事などの調理を行うため、調理機器へ電力供給を行うことが可能となる。また、災害時などに重要となる充電ライトまたは携帯電話の充電などの小電力機器を最優先にすることで、わずかな日光でも電力を供給し続けることが可能となり、一層有効利用することができるようになる。

太陽光発電システム１によって発電される電力のうち余剰分を充電可能な蓄電装置３がさらに接続され、制御部９は、環境センサー１２によって検出された環境条件に基づいて蓄電装置３による必要な充電量を算出し、蓄電装置３による充電と接続負荷６への電力供給との優先順位を変更する。

したがって、蓄電装置３による充電が完了するまでは、日中における照明など必要性の少ない接続負荷６への電力供給を遮断し、充電完了後に電力に余剰が出た場合に使用可能とするといった対応をとることができる。一方、夜間照明においても、夏場は夜間が短いなどの理由または照明を使用する面積が少ないなどの理由で、蓄電装置３による充電を必ずしも満充電にする必要がない場合も想定される。こうした、多様な用途にあわせて、臨機応変に出力を自動で切り替えることが可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 太陽光発電システム、２ 電力供給装置、３ 蓄電装置、６，６ａ，６ｂ，６ｃ 接続負荷、７，７ａ，７ｂ，７ｃ 自立運転端子、９ 制御部、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 電力量検出部、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 負荷用スイッチ、１２ 環境センサー。

Claims (5)

1. 太陽光を用いて発電する太陽光発電システムが接続される電力供給装置であって、
   複数の電気機器がそれぞれ接続可能に構成され、かつ、前記太陽光発電システムからの電力供給に関する優先順位が変更可能に割り付けられる複数の自立運転端子と、
   前記優先順位に基づいて、自立運転時に前記太陽光発電システムから前記自立運転端子を介して前記電気機器へ電力供給を行う制御部と、
   を備える、電力供給装置。
2. 前記自立運転端子に接続される前記電気機器へ供給される電力量を検出する電力量検出部をさらに備える、請求項１記載の電力供給装置。
3. 前記自立運転端子を介して前記電気機器への電力供給を可能とするオン状態と、前記自立運転端子を介して前記電気機器への電力供給を遮断するオフ状態とに切り替え可能なスイッチをさらに備え、
   前記制御部は、前記太陽光発電システムから供給される電力量と、前記電力量検出部によって検出された前記電気機器へ供給される電力量とに基づいて、前記スイッチをオン状態またはオフ状態に切り替える、請求項２記載の電力供給装置。
4. 前記電気機器の周囲の環境条件を検出する環境センサーをさらに備え、
   前記制御部は、前記環境センサーによって検出された前記環境条件に基づいて前記優先順位を変更する、請求項１から３のいずれか１つに記載の電力供給装置。
5. 前記太陽光発電システムによって発電される電力のうち余剰分を充電可能な蓄電装置がさらに接続され、
   前記制御部は、前記環境センサーによって検出された前記環境条件に基づいて前記蓄電装置による必要な充電量を算出し、前記蓄電装置による充電と前記電気機器への電力供給との優先順位を変更する、請求項４記載の電力供給装置。

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