JP2017121171A - 蓄電池充放電システム及び系統連系システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池が発電する電力のみを蓄電池に蓄電し、任意の時間に容易に逆潮流できる蓄電池充放電システム。【解決手段】再生可能エネルギー発電装置が発電する直流電力を蓄電池７へ充電し且つ蓄電池に蓄電された直流電力をＤＣ／ＡＣ変換装置２へ放電する蓄電池充放電システムであって、再生可能エネルギー発電装置６が発電する直流電力以外の電力が流入することを阻止する電力流入阻止部Ｄ３、再生可能エネルギー発電装置が発電する直流電力を蓄電池へ充電する充電モードと電力流入阻止部を介して蓄電池からの直流電力をＤＣ／ＡＣ変換装置へ放電する放電モードとで動作するＤＣ／ＤＣ変換装置１２、ＤＣ／ＡＣ変換装置に入力される電力量を判別し、ＤＣ／ＤＣ変換装置を放電モード又は充電モードに設定し、設定されたモードに応じてＤＣ／ＤＣ変換装置が出力する電圧を調整する制御回路１３を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、再生可能エネルギーが発電する電力を蓄電池に貯蔵し有効利用する蓄電池充放電システムと、太陽電池およびパワーコンディショナからなる太陽光発電システムとを含む系統連系システムに関する。

従来の系統連系システムとしては、特許文献１に記載された太陽光発電システムが知られている。この太陽光発電システムは、太陽電池の出力変動を抑制する第１の蓄電器と夜間電力を充電する第２の蓄電器と、いずれか一方に対する電力の充放電を選択的に制御する第１の制御器とを備える。夜間に系統からの電力を第１の蓄電器に充電せずに第２の蓄電器に充電する。

一方、太陽電池の余剰電力の逆潮流が発生した時、その系統に発生した逆潮流を逆潮流継電器で検出し、その検出信号に基づいて第２の蓄電器と第１の制御器との接続を切替器により遮断する。このため、第２の蓄電器と第１の制御器との接続を切替器により遮断することで、第２の蓄電器を系統から確実に切り離すことができる。このため、系統からの電力が充電された第２の蓄電器の放電電力が、余剰電力として系統に逆潮流されることはない。

特開２００９−０３３８０２号公報

前述のシステムにおいては、系統から電力を充電して有効利用することが前提であり、系統から充電された電力を判別するために、系統に逆潮流が発生したことを検知する逆潮流継電器や，蓄電池との接続を遮断するための切替器等を含む特殊なパワーコンディショナを必要としていた。また、系統電力を充電するための専用蓄電池も必要であった。

一方でシステムを簡素化し、系統からの電力を充電することなく、太陽電池のみの電力を蓄電池に充放電し、有効的に利用する要求もある。最近の太陽光発電システムの実用例として、パワーコンディショナの定格容量よりも大きな容量の太陽電池を搭載し発電効率を高めるケースが増えている。この場合，晴天時の日中において太陽電池の発電電力がパワーコンディショナの定格を超過するため、晴天時の日中は発電電力が抑制されてしまっている。この超過した分を有効利用するために蓄電池を付加することが考えられており、これは新規システム設計で対応することも、増設設計で対応することもある。

特に，既設の太陽光発電システムに対し増設する場合，既設の設備では標準的なパワーコンディショナが設置されており、前述のシステムを適用する場合、特殊なパワーコンディショナへの交換が必要となる。

本発明の課題は、太陽電池と任意のパワーコンディショナとを組み合わせることにより、太陽電池が発電する電力のみを蓄電池に蓄電し、任意の時間に容易に逆潮流させることができる蓄電池充放電システム及び系統連系システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る蓄電池充放電システムは、蓄電池を充電し且つ蓄電池に蓄電された直流電力をＤＣ／ＡＣ変換装置へ放電する蓄電池充放電システムであって、再生可能エネルギー発電装置が発電する直流電力以外の電力が流入することを阻止する電力流入阻止部と、前記再生可能エネルギー発電装置が発電する直流電力を前記蓄電池へ充電する充電モードと前記電力流入阻止部を介して前記蓄電池からの直流電力を前記ＤＣ／ＡＣ変換装置へ放電する放電モードとで動作するＤＣ／ＤＣ変換装置と、蓄電池充放電システムの出力端子から出力され前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に入力される電力を測定する検出器と、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に入力される電力量を判別して前記ＤＣ／ＤＣ変換装置を放電モードと充電モードに設定し、設定されたモードに応じて前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が出力する電圧を調整する制御回路とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る系統連系システムは、蓄電池充放電システムと、前記蓄電池充放電システムに接続される再生可能エネルギー発電装置と、前記蓄電池充放電システムに接続される蓄電池と、発電装置と、前記発電装置が発電した直流電力と前記再生可能エネルギー発電装置が発電した直流電力とを入力し、入力された直流電力を交流電力に変換して系統に連系するＤＣ／ＡＣ変換装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、電力流入阻止部は、再生可能エネルギー発電装置が発電する直流電力以外の電力が流入することを阻止するので、ＤＣ／ＤＣ変換装置は、再生可能エネルギー発電装置が発電する直流電力のみを蓄電池へ充電することができる。ＤＣ／ＤＣ変換装置は、電力流入阻止部を介して蓄電池からの直流電力をＤＣ／ＡＣ変換装置へ放電するので、逆潮流させることができる。

また、蓄電池充放電システムの出力端子の電力を判断してＤＣ／ＤＣ変換装置が動作するため，逆潮流検出器の設置やＤＣ／ＡＣ変換装置との通信信号を必要としない。さらに、電力流入阻止部を有することにより、蓄電池充放電システムを複数台設置した場合において、相互に干渉することなくそれぞれのシステムが動作する。

本発明に係る実施例１の蓄電池充放電システムを備える系統連系システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施例１の蓄電池充放電システムを備える系統連系システムの通常動作を説明するための図である。 本発明に係る実施例１の蓄電池充放電システムを備える系統連系システムの蓄電池への第１の蓄電動作を説明するための図である。 本発明に係る実施例１の蓄電池充放電システムを備える系統連系システムの蓄電池への第２の蓄電動作を説明するための図である。 本発明に係る実施例１の蓄電池充放電システムを備える系統連系システムの蓄電池からの放電動作を説明するための図である。 本発明に係る実施例２の蓄電池充放電システムを備える系統連系システムの構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る蓄電池充放電システムを備える系統連系システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る実施例１の蓄電池充放電システムを備える系統連系システムの構成を示す図である。実施例１の系統連系システムは、既設設備からなる太陽光発電システムに対し増設する太陽電池及び蓄電池の電力を制御する蓄電池充放電システムを備える。

太陽光発電システムは、太陽電池１と接続箱ダイオードＤ１とパワーコンディショナ２とを有する。

太陽電池１は、太陽光発電装置であり、本発明の発電装置に対応する。太陽電池１は、接続箱ダイオードＤ１を介して蓄電池充放電システム１０内の入力端子Ａに接続される。

太陽電池６は、本発明の再生可能エネルギー発電装置に対応し、蓄電池充放電システム１０の入力端子Ｃに接続される。

パワーコンディショナ２は、本発明のＤＣ／ＡＣ変換装置に対応しており、太陽電池１からの直流電力と太陽電池６の直流電力を交流電力に変換する装置である。パワーコンディショナ２の入力部は蓄電池充放電システムの出力端子Ｂに接続され、パワーコンディショナ２の出力部は、系統５に接続されるとともに、図示しない負荷に交流電力を供給する。

蓄電池７は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池等であり、蓄電池充放電システム１０の充放電端子Ｄに接続され、蓄電池充放電システム１０により充放電される。

蓄電池充放電システム１０は、ダイオードＤ２，Ｄ３、電流センサＣＴ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、制御装置１３、コントローラ／記録装置１４を備え、出力端子Ｂからの出力電力を計測し、計測値に基づき蓄電池７の充放電制御を行い、出力電力を調整するものである。

ダイオードＤ２は、蓄電池７からの電力が太陽電池６へ逆流するのを阻止する。ダイオードＤ３は、太陽電池６が発電する直流電力以外の電力が流入することを阻止する電力流入阻止部に対応し、具体的にはパワーコンディショナ２からの電力又は太陽電池１からの電力が蓄電池７へ流入するのを阻止する。

電流センサＣＴは、ダイオードＤ３に流れる電流と入力端子Ａから流入する電流との合計電流、すなわち出力端子Ｂからパワーコンディショナ２へ出力する電流を検出し、電流検出信号を制御装置１３に出力する。パワーコンディショナ２の入力端子に接続される出力端子Ｂの電圧は、電圧検出信号として制御装置１３に出力される。

制御装置１３は、電流センサＣＴからの電流検出信号と出力端子Ｂからの電圧検出信号とに基づき電力を演算し、演算された電力、即ち、パワーコンディショナ２に入力される電力量を判別してＤＣ／ＤＣコンバータ１２を放電モードと充電モードに設定し、設定されたモードに応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１２が出力する電圧を調整する。また、制御装置１３は、図示しないメモリを有し、このメモリに所定値を記憶する。所定値は、パワーコンディショナ２の電力である。

さらに、制御装置１３は、コントローラ／記録装置１４からの停止信号に基づき、パワーコンディショナ２にＰＣＳ外部停止信号を出力してパワーコンディショナ２を停止させる無電圧接点を具備するとともに、コントローラ／記録装置１４からの充放電動作信号に基づきＤＣ／ＤＣコンバータ１２を充電モードまたは放電モードで動作させる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、蓄電池を充放電するもので、本発明のＤＣ／ＤＣ変換装置に対応し、制御装置１３からの信号に基づき、太陽電池６が発電する直流電力を蓄電池７へ充電する充電モードとダイオードＤ３を介して蓄電池７からの直流電力をパワーコンディショナ２へ放電する放電モードとで動作する。

コントローラ／記録装置１４は、例えば、電気事業者等により決定した事項に従ってパワーコンディショナ２を停止させるための停止信号を入力し、予め指定した時間に所定の時間だけ、停止信号を制御装置１３に出力する。

また、コントローラ／記録装置１４は、予め設定した所定の時間帯毎に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を充電モード又は放電モードで動作させるための放電動作信号を制御装置１３に出力する。

さらに、コントローラ／記録装置１４は、制御装置１３で演算された発電電力情報を内部に設けられた記録媒体に時間情報に対応付けて記録するとともに、記録媒体に記録された発電電力情報及び時間情報を外部記録装置に転送する。

次にこのように構成された実施例１の蓄電池充放電システムを含む系統連系システムの動作を説明する。まず、図２を参照しながら、実施例１の蓄電池充放電システムを備える系統連系システムの通常動作を説明する。

この場合には、太陽電池１からの電力はダイオードＤ１、入力端子Ａ、出力端子Ｂを介してパワーコンディショナ２に出力され、太陽電池６からの電力はダイオードＤ２，Ｄ３、出力端子Ｂを介してパワーコンディショナ２に出力される。パワーコンディショナ２は、出力端子Ｂからの電力に対して最大電力点追従制御（Maximum Power Point Tracking:ＭＰＰＴ）を行い、最大電力を系統５に供給する。

次に、図３を参照しながら、実施例１の蓄電池充放電システムを備える系統連系システムの蓄電池７への第１の蓄電動作を説明する。

電流センサＣＴは、太陽電池１からの電流と太陽電池６からの電流との合計電流を検出する。制御装置１３は、電流センサＣＴで検出された電流検出信号と出力端子Ｂからの電圧検出信号とを乗算することで電力を演算し、得られた電力が所定値、即ち、パワーコンディショナ２の電力を超えた場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を動作させて充電モードに設定する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、太陽電池６からダイオードＤ２を介する電力を蓄電池７へ充電させる。このとき、ダイオードＤ３が太陽電池１からの電力及びパワーコンディショナ２からの電力に対して逆バイアスになっているので、太陽電池１からの電力及びパワーコンディショナ２からの電力は蓄電池７に充電されない。

次に、図４を参照しながら、実施例１の蓄電池充放電システムを備える系統連系システムの蓄電池７への第２の蓄電動作を説明する。

まず、コントローラ／記録装置１４から停止信号が制御装置１３に送られる。制御装置１３は、コントローラ／記録装置１４からの停止信号に基づきＰＣＳ外部停止信号をパワーコンディショナ２に出力するので、パワーコンディショナ２は、停止する。

パワーコンディショナ２が停止している期間において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、太陽電池６からダイオードＤ２を介する電力を蓄電池７へ充電させる。このとき、ダイオードＤ３が太陽電池１からの電力に対して逆バイアスになっているので、太陽電池１からの電力及びパワーコンディショナ２からの電力は蓄電池７に充電されない。

次に、図５を参照しながら、実施例１の蓄電池充放電システムを備える系統連系システムの蓄電池７の放電動作を説明する。

まず、夜間等、太陽電池１、太陽電池６が発電していない状態において、予め設定された時間帯において、制御装置１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を放電動作させるための放電動作信号を出力する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、制御装置１３からの放電動作信号に基づき放電モードに設定され、蓄電池７に蓄積された電力をダイオードＤ３を介してパワーコンディショナ２に放電させる。パワーコンディショナ２は、蓄電池７からの放電電力を系統５に回生する。

このように実施例１に係る蓄電池充放電システムを備える系統連系システムによれば、ダイオードＤ３は、太陽電池６が発電する直流電力以外の電力が流入することを阻止するので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、太陽電池６が発電する直流電力のみを蓄電池７へ充電でき、太陽電池１からの電力やパワーコンディショナ２からの電力を充電しない。即ち、既存設備で最大限の能力を発揮した上で、蓄電池充放電システムを補助的に動作することができる。

また、ダイオードＤ２，Ｄ３を設けることにより、蓄電池充放電システムを複数個設けた場合にも、相互に干渉することなく各システムを動作させることができる。

また、蓄電池充放電システム１０の出力電力を判断して充放電動作するため、外部のパワーコンディショナ２との通信信号が不要となる。このため、配線価格、工事費用、ノイズ誤動作等に利点がある。

さらに、蓄電池充放電システム１０が外部機器への運転信号、停止信号を有することにより、蓄電池の発電電力を外部へ放電したくない場合には、全ての電力を蓄電池７に充電することができる。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、ダイオードＤ３を介して蓄電池７からの直流電力をパワーコンディショナ２へ放電するので、逆潮流させることができる。

なお、本発明は実施例１に係る蓄電池充放電システムを備える系統連系システムに限定されるものではない。実施例１では、既設の太陽電池１とパワーコンディショナ２とをそれぞれ１個とした。例えば、既設の太陽電池１とパワーコンディショナ２とをそれぞれ複数個設けた場合には、これらに対応して、増設の太陽電池６とダイオードＤ２，Ｄ３とＤＣ／ＤＣコンバータ１２と制御装置１３とをそれぞれ複数個設ける必要がある。

また、実施例１に係る蓄電池充放電システムを備える系統連系システムでは、発電装置、再生可能エネルギー発電装置として、太陽電池からなる太陽光発電装置を例示した。本発明は、例えば、発電装置、再生可能エネルギー発電装置として、風車発電装置あるいは水車発電装置を用いてもよく、あるいは、その他の発電装置を用いてもよい。

図６は本発明に係る実施例２の蓄電池充放電システムを備える系統連系システムの構成を示す図である。図６に示す実施例２の系統連系システムは、図１に示す実施例１の系統連系システムに対して、ダイオードＤ３に直列にスイッチＳＷ１を接続したことを特徴とする。

スイッチＳＷ１を接続することにより、太陽電池６又は蓄電池７からのエネルギー供給をスイッチＳＷ１のオンオフに応じて、接続、解列することができる。

まず、スイッチＳＷ１がオフのときには、太陽電池６が発電するエネルギーはダイオードＤ２及びＤＣ／ＤＣコンバータ１２を介して蓄電池７に充電されるが、他へ供給される事は無い。

次に、スイッチＳＷ１がオンのときには、蓄電池７の蓄電エネルギーは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２及びダイオードＤ３及びスイッチＳＷ１を介してパワーコンディショナ２に放電され、系統に電力を供給することができる。

このため、例えば、日中で太陽電池６が発電していれば、スイッチＳＷ１をオフすると、太陽電池６が蓄電池７を充電する。ところが、夜間等で太陽電池１及び太陽電池６から発電が不十分であれば、スイッチＳＷ１をオンして、蓄電池７の蓄電エネルギーはパワーコンディショナ２に放電され、系統及び系統に接続された負荷に電力を供給することができる。当然、日中で太陽電池６が発電しているとき、スイッチＳＷ１をオンすると、太陽電池６が発電したエネルギーは蓄電池７への充電と系統との両方に供給される。

このように実施例２の系統連系システムによれば、ダイオードＤ３と直列にスイッチＳＷ１を設けることで、複数の太陽電池６と複数の蓄電池７を備えた蓄電システムにおいて、太陽電池６が発電する直流電力以外の電力が蓄電池７に流入することを阻止する。

具体的にはパワーコンディショナ２からの電力又は太陽電池１からの電力が蓄電池７へ流入するのを阻止することが可能である。蓄電池７の充電を確実に行う場合には、スイッチＳＷ１をオフして、太陽電池６が発電するエネルギーを全て蓄電池７に充電する。

蓄電池７の蓄電エネルギーはスイッチＳＷ１をオンすることにより、パワーコンディショナ２を介して系統又は系統に接続された負荷に供給できる。つまり、スイッチＳＷ１を設けることで、太陽電池の発電状況に応じて、太陽電池６の発電エネルギーを蓄電池７の充電専用又は負荷への供給に切り替えることができる。さらに、パワーコンディショナ２の定格よりも非常に大きな太陽電池を搭載し売電量を上げることが可能となる。

さらに、太陽電池１と太陽電池６の特性が異なる場合，つまり，異なるメーカや異なる型式の太陽電池を使用した場合や，施工後に部分的に影が発生して特性が劣化してしまう太陽電池がある場合において，スイッチＳＷ１を切り離し，特性の異なる部分の太陽電池を完全に蓄電池に充電することで、それぞれの太陽電池を合成して発電するよりも発電効率が上昇する効果もある。

１， ６ 太陽電池
２ パワーコンディショナ
５ 系統
７ 蓄電池
１０ 蓄電池充放電システム
１２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３ 制御装置
１４ コントローラ／記録装置
Ｄ１〜Ｄ３ ダイオード
ＣＴ 電流センサ

Claims (7)

1. 再生可能エネルギー発電装置が発電する直流電力を蓄電池へ充電し且つ蓄電池に蓄電された直流電力をＤＣ／ＡＣ変換装置へ放電する蓄電池充放電システムであって、
   前記再生可能エネルギー発電装置が発電する直流電力以外の電力が流入することを阻止する電力流入阻止部と、
   前記再生可能エネルギー発電装置が発電する直流電力を前記蓄電池へ充電する充電モードと前記電力流入阻止部を介して前記蓄電池からの直流電力を前記ＤＣ／ＡＣ変換装置へ放電する放電モードとで動作するＤＣ／ＤＣ変換装置と、
   前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に入力される電力量を判別して前記ＤＣ／ＤＣ変換装置を放電モード又は充電モードに設定し、設定されたモードに応じて前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が出力する電圧を調整する制御回路と、
   を備えることを特徴とする蓄電池充放電システム。
2. 前記再生可能エネルギー発電装置からの電流と発電装置からの電流との合計電流を検出する電流検出部と、
   前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の入力端子に接続される蓄電池充放電システムの出力端子の電圧を検出する電圧検出部とを備え、
   前記制御回路は、前記電流検出部で検出された電流と前記電圧検出部で検出された電圧とに基づき前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に入力される電力を演算することを特徴とする請求項１項記載の蓄電池充放電システム。
3. さらに、予め指定した時間に所定の期間だけ、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置を停止させるための停止信号を前記制御回路に出力するコントローラを備え、
   前記制御回路は、前記コントローラからの停止信号に基づき前記ＤＣ／ＡＣ変換装置を停止させ、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置を充電モードで動作させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の蓄電池充放電システム。
4. さらに、予め設定した所定の時間帯毎に、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置を放電モードで動作させるための放電動作信号を前記制御回路に出力するコントローラを備え、
   前記制御回路は、前記コントローラからの放電動作信号に基づき前記ＤＣ／ＤＣ変換装置を放電モードで動作させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の蓄電池充放電システム。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の蓄電池充放電システムと、
   前記蓄電池充放電システムに接続される再生可能エネルギー発電装置と、
   前記蓄電池充放電システムに接続される蓄電池と、
   発電装置と、
   前記発電装置が発電した直流電力と前記再生可能エネルギー発電装置が発電した直流電力とを入力し、入力された直流電力を交流電力に変換して系統に連系するＤＣ／ＡＣ変換装置と、
   を備えることを特徴とする系統連系システム。
6. 前記電力流入阻止部には、直列にスイッチが接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の蓄電池充放電システム。
7. 前記電力流入阻止部には、直列にスイッチが接続されることを特徴とする請求項５記載の系統連系システム。

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