JP2017121095A - 自立式電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】損失が小さく且つ従来構成よりも簡素な構成からなる電力供給システムを提供する。
【解決手段】電力供給システム１０は、直流の電力バスライン１００、システムコントローラ２１、双方向型ＤＣ／ＡＣインバータ２２、燃料電池３２、蓄電池４１、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を備える。電力バスライン１００には、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を介して蓄電池４１が接続されている。電力バスライン１００には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を介して燃料電池３２が接続されている。電力バスライン１００は、双方向型ＤＣ／ＡＣインバータ２２を介して外部の電力系統９０１に接続されている。蓄電池４１は、電力バスライン１００を介して、燃料電池３２で発電した電力によって充電される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蓄電池と発電機を備えた自立式電力供給システムに関する。

現在、各種の発電システムを備えた住宅が普及しており、例えば、燃料電池発電システムを備えた住宅が普及している。また、複数種類の発電を組み合わせた、例えば、太陽光発電と燃料電池発電を組み合わせた電力供給システムも、徐々に普及してきている。

さらに、燃料電池発電と蓄電池を組み合わせた電力供給システムも実用化されており、例えば、特許文献１に記載のシステム構成からなる。特許文献１に記載の電力供給システムは、外部の電力会社から供給される商用電源の電力系統と負荷とを結ぶ連系給電路を備える。燃料電池ユニット、蓄電池ユニット、および、ＨＥＭＳは、それぞれ個別に連系給電路に接続されている。

また、一般に燃料電池は、急激な負荷変動に追従することが容易でない。特に、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、運転温度が約７００℃〜１０００℃の高温であるので、起動から運転開始までの時間、停止から再起動までの時間が長くなる。したがって、頻繁に運転・停止を繰り返すような制御は不向きである。

このため、特許文献１に記載のシステムでは、予め一日の負荷電力を推定し、推定した負荷電力に応じて燃料電池を発電する。さらに、特許文献１に記載のシステムでは、燃料電池とともに蓄電池を備え、負荷電力が推定よりも小さい時には、燃料電池で発電して負荷で消費されない電力を蓄電池に充電している。

特開２０１３−１３１４４９号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の電力供給システムでは、連系給電路は商用電源の電力系統と直接接続されている。したがって、所定の電圧値および周波数を有する交流電圧で互いに接続する必要があるため、燃料電池ユニットに燃料電池パワーコンディショナ（燃料電池ＰＣＳ）を備え、蓄電池ユニットに蓄電池パワーコンディショナ（蓄電池ＰＣＳ）を備えなければならない。このため、例えば、燃料電池ユニットから蓄電池ユニットに充電を行う場合、燃料電池本体によって発電された直流電圧を、燃料電池ＰＣＳで交流電力に変換する。蓄電池ユニット側では、燃料電池ユニット側からの交流電力を、直流電圧に変換して、蓄電池ＰＣＳで蓄電池の仕様に応じた電圧に降圧する。

このように、従来の特許文献１に記載のシステムでは、電力変換回数が多く、システムとしての変換効率が低下してしまう。また、燃料電池ユニット、および蓄電池ユニットのそれぞれに、パワーコンディショナを備えなければならず、システムが複雑化して大型化してしまう。

本発明の目的は、損失が小さく且つ従来構成よりも簡素な構成からなる自立式電力供給システムを提供することにある。

この発明の自立式電力供給システムは、次の構成を特徴としている。自立式電力供給システムは、直流の電力バスライン、燃料電池、蓄電池、第１、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、および、双方向インバータを備える。燃料電池は、化石燃料を改質して取り出した水素と酸素を反応させることによって発電を行う。第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、蓄電池と電力バスラインとの間に接続され、蓄電池の充電時には前記電力バスライン側からの電力を前記蓄電池の充電電圧に昇圧または降圧し、蓄電池の放電時には蓄電池側からの電力をバスラインの電圧程度に昇圧または降圧する双方向型のコンバータである。第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、燃料電池の発電した電力を、バスラインの電圧程度に昇圧または降圧する。双方向インバータは、電力バスラインを外部電力系統に接続する。

この構成では、簡素な構成でありながら、燃料電池、および蓄電池が直流電力系のみで相互に接続されているので、燃料電池による発電電力を蓄電池に低損失で充電することができる。

また、この発明の自立式電力供給システムでは、システムコントローラを備え、次の構成であることが好ましい。システムコントローラは、双方向インバータの外部側の負荷電力量を監視する。システムコントローラは、負荷電力量と燃料電池の発電電力量との比較結果から、蓄電池への充電または蓄電池の放電を行うように、第１のＤＣ／ＤＣコンバータを制御するシステムコントローラを備える。

この構成では、蓄電池の充電及び放電を、負荷電力量に応じて適切に行うことができる。

また、この発明の自立式電力供給システムでは、システムコントローラは、負荷電力量が発電電力量よりも低いことを検出すると蓄電池の充電を行い、負荷電力量が発電電力量よりも高いことを検出すると蓄電池の放電を行うように、制御することが好ましい。

この構成では、適切な蓄電池の充電及び放電を実現できる。

また、この発明の自立式電力供給システムでは、システムコントローラは、負荷電力量が発電電力量よりも低いことを検出し、且つ、蓄電池の残量が充電用閾値未満であることを検出すると、蓄電池の充電を行うことが好ましい。

この構成では、蓄電池の充電を効率的に行うことができる。

また、この発明の自立式電力供給システムでは、システムコントローラは、負荷電力量が発電電力量よりも高いことを検出し、且つ、蓄電池の残量が放電用閾値以上であることを検出すると、蓄電池の放電を行うことが好ましい。

この構成では、蓄電池からの放電による負荷電力の不足分の補填を、より確実に行うことができる。

また、この発明の自立式電力供給システムでは、次の構成を用いることもできる。自立式電力供給システムは、太陽電池で発電した電力を電力バスラインの電圧程度に昇圧または降圧して出力する太陽光電力出力部を備える。太陽光電力出力部は、電力バスラインに接続されている。

この構成では、負荷に対する電力供給を向上させることができ、蓄電池への充電をより確実に行うことができる。

また、この発明の自立式電力供給システムでは、システムコントローラを備え、次の構成であることが好ましい。システムコントローラは、双方向インバータの外部側から負荷電力量を監視する。システムコントローラは、燃料電池の発電電力量と太陽光電力出力部の発電電力量から総発電電力量を算出する。システムコントローラは、負荷電力量と総発電電力量との比較結果から、蓄電池への充電または蓄電池の放電を行うように、第１のＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。

この構成では、蓄電池の充電及び放電を、負荷電力量に応じて適切に行うことができる。

また、この発明の自立式電力供給システムでは、システムコントローラは、負荷電力量が総発電電力量よりも低いことを検出すると蓄電池の充電を行い、負荷電力量が総発電電力量よりも高いことを検出すると蓄電池の放電を行うように、制御することが好ましい。

この構成では、適切な蓄電池の充電及び放電を実現できる。

また、この発明の自立式電力供給システムでは、システムコントローラは、負荷電力量が総発電電力量よりも低いことを検出し、且つ、蓄電池の残量が充電用閾値未満であることを検出すると、蓄電池の充電を行うことが好ましい。

この構成では、蓄電池の充電を効率的に行うことができる。

また、この発明の自立式電力供給システムでは、システムコントローラは、負荷電力量が総発電電力量よりも低いことを検出し、且つ、蓄電池の残量が充電用閾値未満でないことを検出し、且つ、逆潮流可能であると判定すると、双方向インバータに対して逆潮流制御を行うことが好ましい。

この構成では、余剰の発電電力を、効率的に売電することができる。

また、この発明の自立式電力供給システムでは、システムコントローラは、負荷電力量が総発電電力量よりも高いことを検出し、且つ、蓄電池の残量が放電用閾値以上であることを検出すると、蓄電池の放電を行うことが好ましい。

この構成では、蓄電池からの放電による負荷電力の不足分の補填を、より確実に行うことができる。

この発明によれば、損失が小さく且つ簡素な構成の自立式電力供給システムを実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電力供給システムの構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る電力供給システムでの一日の電力量の遷移例を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る電力供給システムにおいて、蓄電池に充電する態様を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る電力供給システムにおいて、蓄電池から放電する態様を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る電力供給システムのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る電力供給システムの構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る電力供給システムの構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る電力供給システムでの一日の電力量の遷移例を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態に係る電力供給システムにおいて、蓄電池に充電する態様を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る電力供給システムにおいて、逆潮流制御を行う態様を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る電力供給システムにおいて、蓄電池から放電する態様を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る電力供給システムのフローチャートである。

本発明の各実施形態では、「自立式電力供給システム」を単に「電力供給システム」と称する。
本発明の第１の実施形態に係る電力供給システムについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る電力供給システムの構成図である。

図１に示すように、電力供給システム１０は、電力バスライン１００、システムコントローラ２１、双方向型ＤＣ／ＡＣインバータ２２、燃料電池３２、蓄電池４１、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２、スイッチ回路６１を備える。ここで、電力供給システム１０を構成する要件のうち、電力バスライン１００、システムコントローラ２１、双方向型ＤＣ／ＡＣインバータ２２、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２、スイッチ回路６１、蓄電池４１が、電力管理装置として動作する。

電力バスライン１００は、直流電力系のバスラインである。例えば、電力バスライン１００の規定電圧は、約３００［Ｖ］〜３８０［Ｖ］に対して所定の電圧幅を有する電圧である。電力バスライン１００には、システムコントローラ２１と双方向型ＤＣ／ＡＣインバータ２２が接続されている。電力バスライン１００は、双方向型ＤＣ／ＡＣインバータ２２、スイッチ回路６１を介して、分電盤８０に接続されている。分電盤８０は、外部の電力系統９０１およびＡＣ出力端子（ＡＣコンセント等）９１１に接続されている。

電力バスライン１００には、燃料電池３２、および、蓄電池４１が接続されている。蓄電池４１は、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を介して、電力バスライン１００に接続されている。双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、本発明の「第１のＤＣ／ＤＣコンバータ」に相当する。燃料電池３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を介して、電力バスライン１００に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５２は本発明の「第２のＤＣ／ＤＣコンバータ」に相当する。

システムコントローラ２１は、負荷電力量を観測し、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２、および、燃料電池３２の動作を制御する。この際、システムコントローラ２１は、燃料電池３２の発電量、蓄電池４１の蓄電量も観測する。

燃料電池３２は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）からなり、直流電力を発生する。燃料電池３２は、発生した直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ５２に出力する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５２は、燃料電池３２の発生した直流電力の電圧を、電力バスライン１００の規定電圧程度に昇圧して、電力バスライン１００に出力する。

蓄電池４１は、充電及び放電を行うことができる二次電池である。蓄電池４１は、例えば、リチウムイオン電池等によって構成される。蓄電池４１は、例えば、充電電圧および放電電圧が約３０〜６０［Ｖ］である。

双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、蓄電池４１の充電時には、バスライン１００の電圧を降圧して、蓄電池に直流電力を出力する。双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、蓄電池４１の放電時には、蓄電池４１の出力電圧を電力バスライン１００の規定電圧程度に昇圧または降圧して、電力バスライン１００に出力する。

概略的には、本実施形態の電力供給システム１０は、負荷電力量を観測し、この観測結果に基づいて、蓄電池４１に対する充電制御または放電制御を行う。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る電力供給システムでの一日の電力量の遷移例を示すグラフである。図３は、本発明の第１の実施形態に係る電力供給システムにおいて、蓄電池に充電する態様を示す図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係る電力供給システムにおいて、蓄電池から放電する態様を示す図である。

図２に示すように、一日の負荷電力量は時刻によって変動する。例えば、朝や夕方夜の時間帯では負荷電力量Ｗ_ＬＰが大きくなり、深夜および昼間の時間帯では負荷電力量Ｗ_ＬＰは小さくなる。

一方で、燃料電池３２の発電量ＰＧ_ＦＢは、従来技術に記載したように運転・停止の繰り返しが容易でないため、一日中、時刻（時間帯）に関係なく、略一定に設定されている。

ここで、燃料電池３２の発電量ＰＧ_ＦＢを負荷電力量Ｗ_ＬＰの最大値に合わせると、負荷電力量Ｗ_ＬＰが最大になる時刻以外の時間帯では、燃料電池３２の発電電力を無駄に浪費しなければならなくなる。この際、蓄電池４１を備えることで、この発電電力の一部を充電できるが、蓄電池４１の蓄電量には限界があり、やはり燃料電池３２の発電電力を無駄に浪費することになる。このため、従来の一般的な電力供給システムでは、燃料電池３２の発電量ＰＧ_ＦＢＰを負荷電力量Ｗ_ＬＰの最小値に合わせる。これにより、燃料電池３２の発電電力を無駄な浪費を防止できる。しかしながら、この場合には、負荷電力量Ｗ_ＬＰが最小値の時刻以外の時間帯では、外部電力系統から電力を供給してもらわなければならない。

したがって、電力供給システム１０では、燃料電池３２の発電量ＰＧ_ＦＢを、負荷電力量Ｗ_ＬＰの最大値と最小値との間の所定値に設定する。さらに、電力供給システム１０は、蓄電池４１を備える。

電力供給システム１０は、負荷電力量Ｗ_ＬＰが燃料電池３２の発電量ＰＧ_ＦＢよりも小さい時間帯では、負荷電力量Ｗ_ＬＰとして利用されない燃料電池３２の発電量ＰＧ_ＦＢの余剰電力を、蓄電池４１の充電に利用する。すなわち、図３に示すように、システムコントローラ２１は、燃料電池３２の発電電力の余剰電力による電流が、電力バスライン１００から蓄電池４１に流れるように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御する。これにより、蓄電池４１は、燃料電池３２の発電量ＰＧ_ＦＢの余剰電力によって充電される。

一方、電力供給システム１０は、負荷電力量Ｗ_ＬＰが燃料電池３２の発電量ＰＧ_ＦＢよりも大きな時間帯では、蓄電池４１から放電を行い、燃料電池３２の発電量ＰＧ_ＦＢとともに、負荷電力量Ｗ_ＬＰに利用する。すなわち、図４に示すように、システムコントローラ２１は、蓄電池４１から電力バスライン１００に電流が流れるように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御する。これにより、蓄電池４１の放電電力が負荷に供給され、燃料電池３２の発電量ＰＧ_ＦＢでは足りない負荷電力量Ｗ_ＬＰの不足分を充填することができる。

このような構成とすることで、外部の電力系統からの電力供給を極力抑え、負荷に対して効率的に電力を供給することができる。この際、燃料電池３２と蓄電池４１とが直流電力系のみで接続されているので、直流−交流変換を行う必要が無く、変換効率を向上することができる。すなわち、蓄電池４１に対する充電効率を向上することができる。また、各発電システムのそれぞれにパワーコンディショナを備えないので、電力供給システム１０を簡素な構成で且つ小型に構成することができる。

次に、システムコントローラ２１が実行する電力供給システム１０の各種制御について、より具体的に説明する。図５は、本発明の第１の実施形態に係る電力供給システムのフローチャートである。

システムコントローラ２１は、燃料電池３２による発電を開始する（Ｓ１０１）。これにより、燃料電池３２からは、発電量ＰＧ_ＦＢが略一定に供給される。システムコントローラ２１は、負荷電力量Ｗ_ＬＰを測定する（Ｓ１０２）。

システムコントローラ２１は、発電量ＰＧ_ＦＢと負荷電力量Ｗ_ＬＰを比較する（Ｓ１０３）。システムコントローラ２１は、発電量ＰＧ_ＦＢと負荷電力量Ｗ_ＬＰが同じであれば（Ｓ１０３：ＰＧ_ＦＢ＝Ｗ_ＬＰ）、蓄電池４１に対する充電制御や放電制御を行うことなく、燃料電池３２の発電量を維持しながら、電力供給システム１０の現状の運転（電力供給状態）を継続する（Ｓ１０４）。

システムコントローラ２１は、発電量ＰＧ_ＦＢが負荷電力量Ｗ_ＬＰよりも大きければ（Ｓ１０３：ＰＧ_ＦＢ＞Ｗ_ＬＰ）、蓄電池４１の充電残量が充電用閾値未満であるか否かを検出する（Ｓ２１１）。システムコントローラ２１は、蓄電池４１の充電残量が充電用閾値未満であれば（Ｓ２１１：ＹＥＳ）、蓄電池４１を充電するように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御する（Ｓ２１２）。システムコントローラ２１は、蓄電池４１の充電残量が充電用閾値未満でなければ（Ｓ２１１：ＮＯ）、すなわち、蓄電池４１が十分に充電されていれば、燃料電池３２に対して供給ガス流量を調整し、発電量ＰＧ_ＦＢを低下させ（Ｓ２１３）、運転を継続する（Ｓ２１４）。

システムコントローラ２１は、発電量ＰＧ_ＦＢが負荷電力量Ｗ_ＬＰよりも小さければ（Ｓ１０３：ＰＧ_ＦＢ＜Ｗ_ＬＰ）、蓄電池４１の充電残量が放電用閾値以上であるか否かを検出する（Ｓ３１１）。システムコントローラ２１は、蓄電池４１の充電残量が放電用閾値以上であれば（Ｓ３１１：ＹＥＳ）、蓄電池４１から放電するように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御する（Ｓ３１２）。システムコントローラ２１は、蓄電池４１の充電残量が放電用閾値以上でなければ（Ｓ３１１：ＮＯ）、すなわち、蓄電池４１の充電量が放電できない程度に小さければ、外部の電力系統からの電力供給を受ける制御を分電盤８０に行い（Ｓ３１３）、運転を継続する（Ｓ２１４）。

なお、充電用閾値と放電用閾値とは同じであってもよく、異なっていてもよい。異なる場合には、放電用閾値が充電用閾値よりも高いことが好ましい。これにより、より効率的な充電および放電を行うことができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る電力供給システムについて、図を参照して説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る電力供給システムの構成図である。

本実施形態に係る電力供給システム１０Ａは、燃料電池３２Ａの構成、および、これに付随する給湯システムを備える点で、第１の実施形態に係る電力供給システム１０と異なる。本実施形態に係る電力供給システム１０Ａの他の構成は、第１の実施形態に係る電力供給システム１０と同じである。以下では、第１の実施形態に係る電力供給システム１０と異なる箇所のみを具体的に説明する。

燃料電池３２Ａは、例えば、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）や、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）からなり、直流電力を発生する。燃料電池３２は、発生した直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ５２に出力する。また、燃料電池３２は、発電時に発生した熱によって水を温め、湯をつくり、貯湯タンク７１に与える。貯湯タンク７１には湯が貯められており、給湯弁７２を開放することにより、当該電力供給システム１０Ａが配備された住宅に対して給湯を行うことができる。

このような構成であっても、第１の実施形態に係る電力供給システム１０と同様の作用効果を得ることができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る電力供給システムについて、図を参照して説明する。図７は、本発明の第３の実施形態に係る電力供給システムの構成図である。

本実施形態に係る電力供給システム１０Ｂは、第１の実施形態に係る電力供給システム１０に対して、太陽光電力出力部３１を追加したものである。本実施形態に係る電力供給システム１０Ｂの他の構成は、太陽光発電による電力に対する制御を行う箇所を除いて、第１の実施形態に係る電力供給システム１０と同じである。以下では、第１の実施形態に係る電力供給システム１０と異なる箇所のみを具体的に説明する。

太陽光電力出力部３１は、太陽電池３００と電力バスライン１００との間に接続されている。太陽光電力出力部３１は、基本的な動作としては、最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を用いて、太陽電池３００が発電した直流電力を高効率に電力バスライン１００に出力する。太陽光電力出力部３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータを備えており、太陽電池３００が発電した直流電力の電圧を電力バスライン１００の規定電圧程度に昇圧または降圧して、電力バスライン１００に出力する。

システムコントローラ２１は、負荷電力量、燃料電池３２の発電量、蓄電池４１の蓄電量とともに、太陽光発電による発電量Ｐ_ＧＳを観測する。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る電力供給システムでの一日の電力量の遷移例を示すグラフである。図８（Ａ）は、燃料電池の発電電力量ＰＧ_ＦＢ、太陽光発電の発電電力量ＰＧ_Ｓ、および負荷電力量Ｗ_ＬＰの遷移を示すグラフである。図８（Ｂ）は、総発電量ＰＧと負荷電力量Ｗ_ＬＰとの関係、放電期間、充電期間、充電もしくは逆潮流制御期間の関係を示すグラフである。

図９は、本発明の第３の実施形態に係る電力供給システムにおいて、蓄電池に充電する態様を示す図である。図１０は、本発明の第３の実施形態に係る電力供給システムにおいて、逆潮流制御を行う態様を示す図である。図１１は、本発明の第３の実施形態に係る電力供給システムにおいて、蓄電池から放電する態様を示す図である。

図８（Ａ）に示すように、太陽光発電は、太陽光が照射する昼間に発電電力を得られ、夜間には発電電力は得られない。したがって、図８に示すように、昼間の総発電量ＰＧは大きくなる。

電力供給システム１０Ｂは、負荷電力量Ｗ_ＬＰが総発電量ＰＧよりも小さい時間帯では、負荷電力量Ｗ_ＬＰとして利用されない総発電量ＰＧの余剰電力を、蓄電池４１の充電に利用する。すなわち、図９に示すように、システムコントローラ２１は、燃料電池３２および太陽光電力出力部３１の発電電力の余剰電力による電流が、電力バスライン１００から蓄電池４１に流れるように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御する。これにより、蓄電池４１は、総電力量ＰＧの余剰電力によって、充電される。

なお、電力供給システム１０Ｂは、太陽光発電による電力が総発電量ＰＧに含まれていれば、総発電量ＰＧの余剰電力を、外部の電力系統に逆潮流させてもよい。すなわち、図１０に示すように、システムコントローラ２１は、燃料電池３２および太陽光電力出力部３１の発電電力の余剰電力による電流が、外部の電力系統に流れるように、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ２２および分電盤８０を制御する。これにより、蓄電池４１に充電されない余剰電力を、無駄に浪費することなく、売電に利用することができる。

一方、電力供給システム１０Ｂは、負荷電力量Ｗ_ＬＰが総発電量ＰＧよりも大きな時間帯では、蓄電池４１から放電を行い、総発電量ＰＧとともに、負荷電力量Ｗ_ＬＰに利用する。すなわち、図１１に示すように、太陽光発電による発電量ＰＧ_Ｓが得られないような場合で、且つ負荷電力量Ｗ_ＬＰが燃料電池３２の発電量ＰＧ_ＦＢよりも大きな場合には、システムコントローラ２１は、蓄電池４１から電力バスライン１００に電流が流れるように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御する。これにより、蓄電池４１の放電電力が負荷に供給され、総発電量ＰＧでは足りない負荷電力量Ｗ_ＬＰの不足分を充填することができる。

このような構成とすることで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。さらに、余剰電力を逆潮流制御して売電することできるので、電力供給システム１０Ｂのランニングコストを実質的に低下させることができる。

また、本実施形態に示すように、燃料電池による発電に加えて太陽光発電を備えることで、燃料電池で略一定に出力する電力量を、太陽光発電の電力量に応じて低下させることができる。これにより、燃料電池による発電のランニングコストを低下させることができる。すなわち、電力供給システム１０Ｂとしてのランニングコストを、さらに低下させることができる。

次に、システムコントローラ２１が実行する電力供給システム１０の各種制御について、より具体的に説明する。図１２は本発明の第３の実施形態に係る電力供給システムのフローチャートである。

システムコントローラ２１は、燃料電池３２による発電を開始する（Ｓ１０１）。これにより、燃料電池３２からは、発電量ＰＧ_ＦＢが略一定に供給される。システムコントローラ２１は、負荷電力量Ｗ_ＬＰを測定する（Ｓ１０２）。

システムコントローラ２１は、太陽光発電による発電量ＰＧ_Ｓが得られるか否かを検出する。システムコントローラ２１は、太陽光発電による発電量ＰＧ_Ｓが得られれば（Ｓ４０１：ＹＥＳ）、総発電量ＰＧ（＝ＰＧ_ＦＢ＋ＰＧ_Ｓ）を算出する。

システムコントローラ２１は、総発電量ＰＧと負荷電力量Ｗ_ＬＰを比較する（Ｓ４０２）。システムコントローラ２１は、総発電量ＰＧと負荷電力量Ｗ_ＬＰが同じであれば（Ｓ４０２：ＰＧ＝Ｗ_ＬＰ）、蓄電池４１に対する充電制御や放電制御を行うことなく、電力供給システム１０の現状の運転（電力供給状態）を継続する（Ｓ１０４）。

システムコントローラ２１は、総発電量ＰＧが負荷電力量Ｗ_ＬＰよりも大きければ（Ｓ４０２：ＰＧ＞Ｗ_ＬＰ）、蓄電池４１の充電残量が充電用閾値未満であるか否かを検出する（Ｓ２１１）。システムコントローラ２１は、蓄電池４１の充電残量が充電用閾値未満であれば（Ｓ２１１：ＹＥＳ）、蓄電池４１を充電するように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御する（Ｓ２１２）。

システムコントローラ２１は、蓄電池４１の充電残量が充電用閾値未満でなければ（Ｓ２１１：ＮＯ）、逆潮流が可能か否かを検出する。システムコントローラ２１は、逆潮流が可能であれば（Ｓ５０１：ＹＥＳ）、総発電量ＰＧにおける負荷電力量Ｗ_ＬＰに対する余剰電力を外部の電力系統に逆潮流させる（Ｓ５０２）。システムコントローラ２１は、逆潮流が可能でなければ（Ｓ５０１：ＮＯ）、燃料電池３２に対して供給ガス流量を調整し、発電量ＰＧ_ＦＢを低下させ（Ｓ２１３）、運転を継続する（Ｓ２１４）。この際、システムコントローラ２１は、太陽光電力出力部３１に対して、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を解除するように制御してもよい。

システムコントローラ２１は、総発電量ＰＧが負荷電力量Ｗ_ＬＰよりも小さければ（Ｓ４０２：ＰＧ_ＦＢ＜Ｗ_ＬＰ）、蓄電池４１の充電残量が放電用閾値以上であるか否かを検出する（Ｓ３１１）。システムコントローラ２１は、蓄電池４１の充電残量が放電用閾値以上であれば（Ｓ３１１：ＹＥＳ）、蓄電池４１から放電するように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御する（Ｓ３１２）。システムコントローラ２１は、蓄電池４１の充電残量が放電用閾値以上でなければ（Ｓ３１１：ＮＯ）、すなわち、蓄電池４１の充電量が放電できない程度に小さければ、外部の電力系統からの電力供給を受ける制御を分電盤８０に行い（Ｓ３１３）、運転を継続する（Ｓ２１４）。

なお、システムコントローラ２１は、太陽光発電による発電量ＰＧ_Ｓが得られなければ（Ｓ４０１：ＮＯ）、発電量ＰＧ_ＦＢと負荷電力量Ｗ_ＬＰを比較する（Ｓ１０３）。以下、システムコントローラ２１は、第１の実施形態に示したフロートと同様の制御を行う。

なお、本実施形態では、第１の実施形態に係る電力供給システム１０に対して太陽光発電を組み合わせる態様を示した。しかしながら、第２の実施形態に係る電力供給システム１０Ａに対して太陽光発電を組み合わせる態様にしても、同様の作用効果を得ることができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ：電力供給システム
２１：システムコントローラ
２２：双方向型ＤＣ／ＡＣインバータ
３１：太陽光電力出力部
３２，３２Ａ：燃料電池
４１：蓄電池
５１：双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ
６１：スイッチ回路
７１：貯湯タンク
７２：給湯弁
８０：分電盤
１００：電力バスライン
３００：太陽電池
９０１：外部の電力系統
９１１：ＡＣ出力端子（ＡＣコンセント等）

Claims (11)

1. 直流の電力バスラインと、
   化石燃料を改質して取り出した水素と酸素を反応させることによって発電を行う燃料電池と、
   蓄電池と、
   前記蓄電池と前記電力バスラインとの間に接続され、前記蓄電池の充電時には前記電力バスライン側からの電力を前記蓄電池の充電電圧に降圧し、前記蓄電池の放電時には前記蓄電池側からの電力を前記バスラインの電圧程度に昇圧または降圧する双方向型の第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記燃料電池の発電した電力を、前記バスラインの電圧程度に昇圧または降圧する第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記電力バスラインを外部電力系統に接続する双方向インバータと、
   を備える電力供給システム。
2. 前記双方向インバータの外部側の負荷電力量を監視し、前記負荷電力量と前記燃料電池の発電電力量との比較結果から、前記蓄電池への充電または前記蓄電池の放電を行うように、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを制御するシステムコントローラを備える、
   請求項１に記載の自立式電力供給システム。
3. 前記システムコントローラは、
   前記負荷電力量が前記発電電力量よりも低いことを検出すると前記蓄電池の充電を行い、
   前記負荷電力量が前記発電電力量よりも高いことを検出すると前記蓄電池の放電を行うように、制御する、
   請求項２に記載の自立式電力供給システム。
4. 前記システムコントローラは、
   前記負荷電力量が前記発電電力量よりも低いことを検出し、
   且つ、前記蓄電池の残量が充電用閾値未満であることを検出すると、
   前記蓄電池の充電を行う、
   請求項３に記載の自立式電力供給システム。
5. 前記システムコントローラは、
   前記負荷電力量が前記発電電力量よりも高いことを検出し、
   且つ、前記蓄電池の残量が放電用閾値以上であることを検出すると、
   前記蓄電池の放電を行う、
   請求項３または請求項４に記載の自立式電力供給システム。
6. 太陽電池で発電した電力を前記電力バスラインの電圧程度に昇圧または降圧して出力する太陽光電力出力部を備え、
   前記太陽光電力出力部は、前記電力バスラインに接続されている、
   請求項１に記載の自立式電力供給システム。
7. 前記双方向インバータの外部側から負荷電力量を監視し、前記燃料電池の発電電力量と前記太陽光電力出力部の発電電力量から総発電電力量を算出し、前記負荷電力量と前記総発電電力量との比較結果から、前記蓄電池への充電または前記蓄電池の放電を行うように、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを制御するシステムコントローラを備える、
   請求項６に記載の自立式電力供給システム。
8. 前記システムコントローラは、
   前記負荷電力量が前記総発電電力量よりも低いことを検出すると前記蓄電池の充電を行い、
   前記負荷電力量が前記総発電電力量よりも高いことを検出すると前記蓄電池の放電を行うように、制御する、
   請求項７に記載の自立式電力供給システム。
9. 前記システムコントローラは、
   前記負荷電力量が前記総発電電力量よりも低いことを検出し、
   且つ、前記蓄電池の残量が充電用閾値未満であることを検出すると、
   前記蓄電池の充電を行う、
   請求項８に記載の自立式電力供給システム。
10. 前記システムコントローラは、
    前記負荷電力量が前記総発電電力量よりも低いことを検出し、
    且つ、前記蓄電池の残量が充電用閾値未満でないことを検出し、
    且つ、逆潮流可能であると判定すると、
    前記双方向インバータに対して逆潮流制御を行う、
    請求項８に記載の自立式電力供給システム。
11. 前記システムコントローラは、
    前記負荷電力量が前記総発電電力量よりも高いことを検出し、
    且つ、前記蓄電池の残量が放電用閾値以上であることを検出すると、
    前記蓄電池の放電を行う、
    請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の自立式電力供給システム。

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