JP2018085780A - 電力変換システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池を備えることが可能な電力変換システムのシステム変更を容易にする。【解決手段】電力変換システムは、直流電力を交流電力に変換するＤ／Ａ回路４と、太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された直流電力がＤ／Ａ回路４へ供給された際には、太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された直流電力をＤ／Ａ回路４で交流電力へ変換させることを可能にする第１の機能と、蓄電池１３ａ乃至１３ｄから出力された直流電力がＤ／Ａ回路４へ供給された際には、太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された直流電力又は蓄電池１３ａ乃至１３ｄから出力された直流電力の少なくともいずれか一方をＤ／Ａ回路４で交流電力に変換させることを可能にする第２の機能と、第１の機能又は第２の機能のいずれか一方を蓄電池の有無に基づいて選択する第３の機能とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池で発電された直流電力を交流電力へ変換する電力変換回路を備える
電力変換システムに関するものであり、特に蓄電池の接続の有無に基づいて運転モードを
変える電力変換システムに関するものである。

近年、太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換し建屋内の負荷で自己消費する
と共に、この際の余剰電力を系統へ売電するシステム、またはこの交流電力の全量を系統
へ売電するシステムが用いられるようになってきている。これらのシステムは太陽電池の
発電に依存しているため、夜間や暗いときなどでは実質的に活用できないものであった。
特に、系統の停電時は余剰電力を売電することができず、また夜間に再利用をすることも
できないものであった。

このため、特許文献１に記載されているように、蓄電池を用いて余剰電力を一旦蓄え必
要に応じて再利用する電力変換システムが提案されている。

特許第５１２４１１４号公報

特許文献１に記載されたものは、蓄電池からこの電力変換システムの制御電源が確保で
きるように、蓄電池を接続することを前提としたシステムである。
しかしながら、充分な蓄電量を確保しようとするとシステムを設置するスペースに対し
て蓄電池の占める割合が大きくなるため住宅等においてはあまり利用されていなかった。
また、後日蓄電池を活用できるシステムを要望した場合は、新たに蓄電池を用いたシス
テムに全体を入れ換える必要があり、一度設置したら１０年程度の耐用年数があるシステ
ムでは入れ換えや普及が進まない問題点となっていた。
また、単に蓄電池（または電池）の取り外しを可能とした電子機器があるが、この電子
機器では蓄電池（または電池）の有無にかかわらず直流電力を交流電力へ変換でないもの
であった。すなわち、系統の停電時などでは建屋内の負荷へ交流電力を供給することがで
きないものであった。
また、太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に電気自動車
に搭載される蓄電池を接続できるように構成したシステムがある。このシステムではシス
テム自体が大きなものとなり電気自動車と合わせて設置場所の確保が必要となるものであ
った。

本発明の電力変換システムは、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、太陽電
池で発電された直流電力が前記電力変換回路へ供給された際には、前記太陽電池で発電さ
れた直流電力を前記電力変換回路で前記交流電力へ変換させることを可能にする第１の機
能と、蓄電池から出力された直流電力が前記電力変換回路へ供給された際には、前記太陽
電池で発電された直流電力又は前記蓄電池から出力された直流電力の少なくともいずれか
一方を前記電力変換回路で前記交流電力に変換させることを可能にする第２の機能と、第
１の機能又は第２の機能のいずれか一方を蓄電池の有無に基づいて選択する第３の機能と
、を備えることを特徴とするものである。

本発明の電力変換システムは、このような構成を備えることによって、単一の電力変換
システムで蓄電池を備える状態と蓄電池を備えない状態とを運転モードを切り換えて動作
させることができるものである。

図１は、本発明の一実施形態の電力変換システムを含む説明図である。 図２はＤ／Ｄ回路の１例を示す説明図である。 図３はＤ／Ａ回路の１例を示す説明図である。 図４はチョッパ式双方向Ｄ／Ｄ回路の説明図である。 図５は制御部の一部の動作を示す説明図である。

本発明の電力変換システムは、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、太陽電
池で発電された直流電力が電力変換回路へ供給された際には、太陽電池で発電された直流
電力を電力変換回路で交流電力へ変換させることを可能にする第１の機能と、蓄電池から
出力された直流電力が電力変換回路へ供給された際には、太陽電池で発電された直流電力
又は蓄電池から出力された直流電力の少なくともいずれか一方を電力変換回路で交流電力
に変換させることを可能にする第２の機能と、第１の機能又は第２の機能のいずれか一方
を蓄電池の有無に基づいて選択する第３の機能と、を備える。

図１は、本発明の一実施形態の電力変換システムを含む説明図である。１はパワーコン
ディショナであり、太陽電池２ａ乃至太陽電池２ｄ（以下、「太陽電池２ａ乃至２ｄ」と
称す。）で発電された直流電力を昇圧する直流／直流変換回路３ａ乃至直流／直流変換回
路３ｄ（以下、「Ｄ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄ」と称す。）、Ｄ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄから出
力される直流電力を交流電力に変換する電力変換回路４（以下、「Ｄ／Ａ回路」と称す。
）などを備えている。夫々の太陽電池２ａ乃至２ｄは夫々の端子（図中マルで表記）を介
して夫々の対応するＤ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄに電気的に接続される。夫々の太陽電池２ａ
乃至２ｄで発電された直流電力は夫々の対応するＤ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄに供給される。
尚、夫々のＤ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄと対応する端子との間には直流電力の供給を遮断する
開閉器を備えているが、図１では図示を省略している。

Ｄ／Ｄ回路３ａは太陽電池２ａから出力される直流電力が最大の値又は目標とする値に
なるように昇圧比を変えるものである。昇圧の回路方式は限定されるものではなく、例え
ば、主にリアクタ、スイッチング素子、ダイオード、平滑用コンデンサを用いた非絶縁の
チョッピング方式、また主にスイッチング素子、絶縁トランス、整流回路、コンデンサを
用いた絶縁フォワード型がある。さらにチャージポンプ型、フライバック型、共振型など
を用いることも可能である。昇圧比の制御は制御部５で行われる。尚、Ｄ／Ｄ回路３ｂ乃
至３ｄも同様な構成あるため説明は省略する。

Ｄ／Ａ回路４には直流電力を所定の周波数（例えば、系統６と連系運転する際は系統６
と同期する周波数、自立運転を行う際は５０Ｈｚ／６０Ｈｚのいずれかの周波数）の交流
電力に変換する電力変換回路である。例えば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄ
ｕｌａｔｉｏｎ）方式に基づき、複数のスイッチング素子（半導体など）のオンとオフの
スイッチングを繰り返して疑似正弦波を生成した後フィルター回路で高周波成分を除去ま
たは減衰させて交流電力を成すものである。図１ではＤ／Ａ回路４はこのフィルター回路
を含めて表記しているが、別体で表記してもよいものである。また、変換回路の構成とし
てはこのようなＰＷＭ方式に限らず、ＮＰＣ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｐｏｉｎｔ Ｃｌａｍｐ
ｅｄ）方式によるインバータ、階調制御型インバータや、インバータブリッジ回路の出力
側や入力側をクランプしたものなど直流／交流の変換方式は限定されるものでない。

Ｄ／Ａ回路４には少なくとも、交流電力を出力すると共に、この交流電力の周波数、ピ
ーク電圧（実効値でもよい）、電圧と電流との位相差を制御できるものであればよい。Ｄ
／Ａ回路４はＤ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄと同様に制御部５で制御される。尚、この制御部５
の構成は、マイクロプロセッサ（一般的なマイコン）を単数／複数用いたものや、またＤ
ＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を中心に構成したものなど
を用いることができ、その構成は限定されるものではない。

７は切り換え回路（例えばリレー回路や半導体スイッチによる回路）であり、系統６と
の連系運転の際の交流電力の出力と、自立運転の際の交流電力の出力とを切り換える。系
統６との連系運転の際は、Ｄ／Ａ回路４から出力される交流電力は切り換え回路７、系統
連系リレー８を介して系統６へ供給される。すなわち、太陽電池２ａ乃至２ｄで発電され
た直流電力をＤ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄとＤ／Ａ回路４とを用いて系統６と同期可能な交流
電力に変換するものであり、この太陽電池で発電された直流電力を電力変換回路で交流電
力へ変換させる動作が第１の機能に相当する。この第１の機能には系統６の停電検知、系
統６への出力抑制制御、切り換え回路７の動作など系統連系運転に必要な制御を含めても
よいものである。尚、この交流電力のピーク電圧を系統６のピーク電圧より高く制御する
ことにより系統６へ供給する電力が制御される。また、この交流電力の電圧と電流との位
相差を制御して無効電力を系統６へ注入することによりパワーコンディショナ１の単独運
転検知に用いることが可能である。

図２はＤ／Ｄ回路３ａの１例を示す説明図である。リアクトル、スイッチング素子、ダ
イオード、コンデンサをチョッパ型の昇圧回路を構成するように結線したものである。図
３はＤ／Ａ回路４の１例を示す説明図である。４個（三相交流電力を成す場合は６個）の
スイッチング素子を単相ブリッジ状（三相交流電力の際は三相ブリッジ状）に結線したも
のであり、出力側にはリアクタとコンデンサとから成るフィルター回路とリアクタによる
回生電流を短絡させるために２個のスイッチング素子を直列に用いた出力クランプ回路と
が構成されている。

９は電力検出器であり、例えば系統６へ供給する電力または系統６から供給される電力
を検出して制御部５へ出力するものである。電力検出の方式としては、直接電力を検出す
るもの、電圧と電流を検出して演算で求めるもの、電圧波形から積分して求めるものなど
を用いることができその検出方式は限定されるものでない。

図１に記載のものでは、配電盤用ブレーカー１０が系統連系リレー８と電力検出器９と
の間の電力配線に接続され系統６、パワーコンディショナ１の両方から交流電力を得るこ
とができるように構成されている。配電盤用ブレーカー１０には例えば子ブレーカー１０
ａ、子ブレーカー１０ｂが接続され、子ブレーカー１０ｂは建屋内の一般的な負荷へ交流
電力を供給し、子ブレーカー１０ａは切換器１１を介して特定負荷へ電力を供給する。特
定負荷は系統６が停電などの異常で電力が供給されない時にも交流電力を供給する優先順
位が高い負荷であり、緊急通報システムや冷蔵庫など、また利用者が指定した電気機器が
含まれる。

系統６の停電などでパワーコンディショナ１が単独運転状態になっていることを制御部
５が判断し、切り換え回路７を自立運転側に切り換えて交流電力を出力しているときは、
切換器１１はパワーコンディショナ１の切り換え回路７から交流電力が供給されているこ
とを検知し、パワーコンディショナ１からの交流電力を特定負荷へ供給する。切換器１１
は、パワーコンディショナ１から交流電力が供給されていない時は、子ブレーカー１０ａ
からの交流電力を特定負荷に供給するものである。

１２はモニターであり、制御部５と信号線で制御信号やデータの送受が可能に構成され
ている。モニター１２は制御部５と有線接続、無線接続は問わず信号通信が可能に構成さ
れ、このモニター１２には通信ネットワーク経由で接続されるパーソナルコンピュータ、
携帯通信機、携帯端末、専用端末なども用いることができる。モニター１２は、太陽電池
の発電量、系統６への売電量、系統６からの買電量などを表示すると共に、通信ネットワ
ークを介して外部のサーバーから制御信号や系統６へ供給する電力の上限を決める信号な
どを受信し、制御部５と連動して動作し、また発電量などのデータをサーバーや他のモニ
ターなどにも送信することができるものである。

１３ａ乃至１３ｄは蓄電池であり、夫々は少なくとも充放電制御（定電圧充電、定電流
充電、放電量の制御など）、充電率（ＳＯＣ）の表示（送信）、過充電、過放電に対する
保護動作などの機能を備えるものであればよく、電池の種類は限定されない。１４ａ、１
４ｂはコンバータであり、夫々パワーコンディショナ１から供給される直流電圧を蓄電池
（例えば蓄電池１３ａであり、他の蓄電池１３ｂ乃至１３ｄも同様である）の充電制御が
機能する電圧まで降圧し、蓄電池の放電電圧をＤ／Ａ回路４が機能する電圧まで昇圧する
双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａ、１５ｂ（双方向Ｄ／Ｄ回路１５ｃ、１５ｄ）及びコンバータ制
御部１６ａ（コンバータ制御部１６ｂ）を備える。

図４は双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａ（双方向Ｄ／Ｄ回路１５ｂ乃至１５ｄも同様であり説明
は省略する。）の１例を示すチョッパ式双方向Ｄ／Ｄ回路の説明図である。この回路は図
２に示したチョッパ型の昇圧回路にスイッチング素子とコンデンサとから成る降圧回路を
付加したものである。低圧側の直流電圧を昇圧する際は、リアクタ１８ａ、スイッチング
素子１８ｂ、ダイオード１８ｃ、コンデンサ１８ｄがチョッパ型の昇圧回路を成し、フィ
ードバック値に基づき高圧側に目標電圧が得られるようにスイッチング素子１８ｂのＯＮ
デューティを可変制御する。高圧側の直流電圧を降圧する際は、スイッチング素子１８ｅ
、リアクタ１８ａ、コンデンサ１８ｆがチョッパ型の降圧回路を成し、フィードバック値
に基づき低圧側に目標電圧が得られるようにスイッチング素子１８ｅのＯＮデューティを
可変制御する。

従って、例えば蓄電池１３ａを充電するときは、パワーコンディショナ１から供給され
る直流電力を双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａで充電用の電圧まで降圧して行い、蓄電池１３ａが
放電をするときは、双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａで昇圧した直流電力をパワーコンディショナ
１へ供給する。

双方向Ｄ／Ｄ回路１３ａは図４に示したチョッパ式に限らず絶縁トランスを用いたプッ
シュプル型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、フルブリッジ型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバー
タ、ＤＡＢ（Ｄｕａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｂｒｉｄｇｅ）方式による双方向ＤＣ／ＤＣコン
バータ、ＬＬＣ共振コンバータを用いる双方向ＤＣ／ＤＣコンバータなどを用いることが
でき、限定されるものではない。

コンバータ制御部１６ａは、双方向Ｄ／Ｄ回路１３ａ、双方向Ｄ／Ｄ回路１３ｂの昇圧
動作、降圧動作を制御すると共に蓄電池１３ａ、蓄電池１３ｂの状態や充電率（ＳＯＣ）
を蓄電池１３ａ、蓄電池１３ｂと接続された信号線（一点鎖線で記載）を介して取得する
。また、コンバータ制御部１６ａは信号線（一点鎖線で記載）を介してパワーコンディシ
ョナ１の制御部５と接続され相互に制御信号や充電率（ＳＯＣ）データの送受が行えるよ
うに構成されている。

コンバータ１４ａは２台の蓄電池１３ａ、１３ｂが接続されているが、接続される蓄電
池の数はこれに限るものではなく増減させてもよいものである。この場合、接続される蓄
電池ごとに双方向Ｄ／Ｄ回路を設けてもよく、また出力容量の大きい双方向Ｄ／Ｄ回路に
複数の蓄電池を接続するように構成してもよいものである。コンバータ１４ｂはコンバー
タ１４ａと同様に構成することができるので説明は省略する。

コンバータ１４ａ、コンバータ１４ｂの夫々の双方向Ｄ／Ｄ回路の一方は、パワーコン
ディショナ１のＤ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄとＤ／Ａ回路４とをつなげ直流電力が流れる直流
ライン１９へ開閉器１７を介して接続されている。従って、この直流ライン１９が双方向
Ｄ／Ｄ回路の高圧側に接続されることになり、蓄電池から放電された直流電力をＤ／Ａ回
路４で交流電力に変換させることを可能にするものである。開閉器１７は開閉動作が連動
する信号用の補助接片１７ａを有し、その補助接片１７ａの開閉の状態は制御部５よりス
キャンされ制御に用いられる。尚、開閉器１７は手動で開閉状態を切り換えるスイッチで
ある。すなわち、蓄電池を接続した場合（蓄電池がある場合）に作業者が開閉器１７を手
動で閉じるものである。

開閉器１７が閉じられ少なくともコンバータ１４ａ、コンバータ１４ｂのいずれか一方
のＤ／Ｄ回路の高圧側がパワーコンディショナ１の直流ライン１９に接続されている場合
には、第１の機能（太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換する機能）に基づく
動作に加えて蓄電池の充放電制御を行うことが可能になるものである。この蓄電池から出
力された直流電力をＤ／Ｄ回路で昇圧して直流ライン１９を介してＤ／Ａ回路４へ供給す
ることにより蓄電池からの直流電力を交流電力に変換することが可能になる。
従って、太陽電池で発電された直流電力又は蓄電池から出力された直流電力の少なくと
もいずれか一方をＤ／Ａ回路４で交流電力に変換させることを可能にする。（第２の機能
）

コンバータ１４ａ（コンバータ１４ｂも同様）の放電制御は、制御部５から送信される
制御信号（放電終了に用いる充電率（ＳＯＣ）と単位時間あたりの放電量）に基づいてコ
ンバータ制御部１６ａが行う。
コンバータ１４ａに接続される蓄電池１３ａ、１３ｂの合算された充電率（ＳＯＣ）が
例えば１０％を下回った際に放電終了の処理を行い放電終了の信号（ＳＯＣ＝１０％）を
制御部５へ送信する。尚、放電終了を判断する充電率（ＳＯＣ）は１０％に限るものでは
なく任意に設定できるものである。災害や停電等に備えて充電率（ＳＯＣ）を常に一定以
上確保したいときは５０％、６０％（９０％でも可能）などの大きめの値を用い、蓄電池
を効率よく活用したい場合は０％、１０％などの小さい値を設定すればよい。この充電率
（ＳＯＣ）の値は制御部５に設定された運転モードに応じてあらかじめ設定されていても
よいものである。

また、双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａ（双方向Ｄ／Ｄ回路１５ｂも同様）は単位時間当たりの
放電量が例えばＡＡ「Ｗ」（蓄電池の許容放電量以下の値）で設定された場合は、双方向
Ｄ／Ｄ回路１５ａの低圧側の電力（蓄電池の電圧と電流との積）がＡＡ「Ｗ」に成るよう
に双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａの昇圧比が制御される。尚、蓄電池が２台接続されているとき
は、２台の蓄電池の放電量の合計がＡＡ「Ｗ」になるように夫々の放電量が分配制御され
るものである。

また、双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａ、双方向Ｄ／Ｄ回路１５ｂの昇圧動作によりパワーコン
ディショナ１の直流ライン１９の電圧が所定の保護用電圧以上に上昇した際は、制御部５
がこの電圧上昇を判断しコンバータ制御部１６ａへ放電量をＢＢ「Ｗ」（＜ＡＡ「Ｗ」）
まで減らす信号を送信する。
このＡＡ「Ｗ」の放電量は、例えば負荷の電力消費に対して太陽電池２ａ乃至２ｄの発
電量が不足している際の補充として算出してもよく、またこの不足分は系統６からの買電
量が一定量を超える分の補充として算出してもよく、さらに１日のうち特定の時間帯にこ
れらの補充として算出してもよく、自立運転時の特定負荷の消費電力相当として算出して
もよく、電力変換システムの設計仕様に合わせて設定すればよい。尚、これらの算出は夫
々の運転モードに設定し、利用者が運転モードを任意に選択するように構成してもよい。

コンバータ１４ａ（コンバータ１４ｂも同様）の充電制御は、制御部５から送信される
制御信号（充電終了に用いる充電率（ＳＯＣ）と単位時間あたりの充電量）に基づいてコ
ンバータ制御部１６ａが行う。
コンバータ１４ａに接続される蓄電池１３ａ、１３ｂの夫々の充電率（ＳＯＣ）が例え
ば１００％を超えた際に充電終了の処理を行い充電終了の信号（ＳＯＣ＝１００％）を制
御部５へ送信する。尚、充電終了を判断する充電率（ＳＯＣ）は１００％に限るものでは
なく任意に設定できるものである。例えば、蓄電池へのストレスを考慮してＳＯＣ＝９０
％としてもよいものであり、また充電特性から９５％などを充電終了の判断に用いてもよ
いものである。

また、双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａ（双方向Ｄ／Ｄ回路１５ｂも同様）は単位時間当たりの
充電量が例えばＣＣ「Ｗ」（蓄電池の許容充電電圧以下、及び許容電流以下を満たす値）
で設定された場合は、双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａの低圧側の電力（蓄電池の電圧と電流との
積）がＣＣ「Ｗ」に成るように双方向Ｄ／Ｄ回路１５ａの降圧比が制御される。

蓄電池にリチウムイオン電池を用いた場合は、ＣＣ「Ｗ」以内で定電流定電圧充電（Ｃ
ＣＣＶ）を用いることができる。定電流充電の際の電流値は蓄電池の公称容量値の１０％
に相当する１Ｃ「Ａ」であり、定電圧充電の際の電圧値はセル相当で４．２「Ｖ」を用い
るがこれに限るものではない。制御部５から送信されるＣＣ「Ｗ」の値が小さいときは、
０．７Ｃ、０．５Ｃなどの値を用いてもよいものである。

制御部５から送信される単位時間当たりの充電量の値は、例えば負荷の電力消費に対す
る太陽電池２ａ乃至２ｄの発電量の余剰分から算出してもよく、充電を優先する場合は１
Ｃによる充電が可能な値を算出してもよく、また、夜間に充電を行う際も１Ｃ（充電に要
する時間を長くしてもよい場合は、０．５Ｃ、０．７Ｃなどの小さい値にしてもよい）に
よる充電が可能な値を算出してもよい。

コンバータ１４ａは蓄電池の種類を手動で設定する設定部を備え、リチウムイオン電池
、ニッケル水素電池、鉛電池などの設定が行える。コンバータ１４ａは設定された電池の
種類に応じて適した充電制御／放電制御を行うものである。尚、この設定はモニター１２
の操作で設定するようにすることも可能である。

モニター１２は、蓄電池の発電量や売電情報などを表示することができると共に、パワ
ーコンディショナ１の各種設定機能を備えている。操作ボタン又は表示部のタッチパネル
を操作することにより、少なくともパワーコンディショナ１、蓄電池を備える電力変換シ
ステムの運転モードの切換え、表示項目の切換え、コンバータの接続数の設定などを行う
ことが可能である。また、家庭内のホーム・エネルギー・マネジメント・システムとの接
続も可能であり、当該システムとの間で制御信号やデータのやり取りをすることも可能で
ある。

また、電池の接続（有無）を開閉器（手動スイッチ）１７と連動する補助接片１７ａの
状態のスキャンに変えてモニター１２の操作でモニターに蓄電池の有無の状態を電気的に
記憶させた後、その記憶データを制御部５へ送信してパワーコンディショナ１に設定させ
てもよいものである。

運転モードには、例えば、第１の運転モードでは、太陽電池２ａ乃至２ｄで発電された
直流電力がＤ／Ｄ回路３ａ乃至３ｄで昇圧された後にＤ／Ａ回路４へ供給された際（太陽
電池が発電を行っている際）には、太陽電池で発電された直流電力をＤ／Ａ回路４で交流
電力へ変換して系統６又は負荷へ供給する運転モードである。（第１の機能を包含する機
能）。

第２の運転モードでは、第１の運転モードの動作に加えて、太陽電池２ａ乃至２ｄの発
電電力より負荷が消費している電力が少なく余剰電力が生じているときに、この余剰電力
の大きさに応じて蓄電池１３ａ乃至１３ｄに単位時間当たりＣＣ「Ｗ」の充電を行い、こ
の充電中にさらに余剰電力が残る場合及び蓄電池１３ａ乃至１３ｄの充電終了が判断され
た場合にはこの余剰電力（直流電力）を交流電力に変換して系統へ売電するものである。

太陽電池２ａ乃至２ｄの発電量が少ないとき、この発電がないとき、この発電量より負
荷の消費電力が大きいとき、系統６からの単位時間当たりの買電量が所定の値を超えると
きなどに単位時間当たりＡＡ「Ｗ」の直流電力の放電を直流ライン１９へ行うものである
。尚、負荷の消費電力に対して放電量が少ないときは、その不足の電力は系統６から補填
されるものである。また、停電時は切り換え回路７が切り換わり特定負荷へのみ交流電力
が供給されるようになるものである。すなわち、蓄電池から出力された直流電力が直流ラ
イン１９を介してＤ／Ａ回路４へ供給された際には、太陽電池で発電された直流電力又は
蓄電池から出力された直流電力の少なくともいずれか一方をＤ／Ａ回路４で交流電力に変
換させるものである。（第２の機能を包含する機能）
Ｄ／Ａ回路４は太陽電池で発電された電力又は蓄電池から放電された電力のいずれか一
方、また陽電池で発電された電力と蓄電池から放電された電力とを合算した直流電力を交
流電力に変換することができるものである。

第３の運転モードでは、第１の運転モードの動作に加えて、夜間（特定の時間帯、深夜
電力などが有効な時間帯など）に蓄電池１３ａ乃至１３ｄの充電を行い、太陽電池１２ａ
乃至１２ｄの発電量が負荷の電力消費量より少ないときに不足分を蓄電池１３ａ乃至１３
ｄから放電するものである。この際、第２の運転モードと同様に太陽電池で発電された直
流電力又は蓄電池から出力された直流電力の少なくともいずれか一方をＤ／Ａ回路４で交
流電力に変換させるものである。（第２の機能に相当）

太陽電池１２ａ乃至１２ｄの発電量が負荷の電力消費量を超える場合は、この余剰分を
系統６へ売電するものである。尚、蓄電池１３ａ乃至１３ｄの合計の蓄電率（ＳＯＣ）が
所定値以下のときは、蓄電池の単位時間当たりの売電量が設定値を超える分を蓄電池１３
ａ乃至１３ｄへ充電するように構成してもよいものである。

第４の運転モードでは、第３の運転モードに加えて、蓄電池１３ａ乃至１３ｄの放電を
充電率（ＳＯＣ）６０％（充電率（ＳＯＣ）は７０％、８０％など利用状況に応じて変更
してもよいものである。）を下回らないようにするものである。夜間に充電率（ＳＯＣ）
を１００％まで充電し、太陽電池１２ａ乃至１２ｄの発電量に余裕のある時は日中でも可
能なまで充電を行うものである。この際、第２の運転モードと同様に太陽電池で発電され
た直流電力又は蓄電池から出力された直流電力の少なくともいずれか一方をＤ／Ａ回路４
で交流電力に変換させるものである。（第２の機能に相当）

運転モードはこれら第１の運転モード乃至第４の運転モードに限るものではなく、少な
くとも第１の機能及び第２の機能を包含していればよく、運転モードの仕様は想定する使
用状況に応じて任意に設定すればよいものである。

図５は制御部５の動作のうち第３の機能に相当する動作の概略を示す説明図である。ス
テップＳ１で蓄電池の有無を判断する。この判断は、まず開閉器１７（手動スイッチ）の
設定された状態に対応する補助接片１７ａの開閉状態をスキャンし、補助接片１７ａが閉
じているときは、さらにコンバータ制御部１６ａと制御部５との間で信号通信が可能か否
かを判断し、この信号通信が可能であればコンバータ１４ａが接続されていると判断する
。すなわち、少なくとも蓄電池１３ａまたは蓄電池１３ｂのいずれか一方が接続（有る）
されていると判断することができる。尚、コンバータ１４ｂの接続の有無も同様に行われ
る。また補助接片の１７ａの状態のスキャンに変えてモニター１２に記憶された蓄電池の
有無状態を電気的に設定した状態（データ）を用いることも可能である。また、少なくと
も補助接片１７ａの状態、コンバータ制御部１６ａ、１６ｂと信号通信が可能な状態、モ
ニター１２のデータのいずれか一つを用いて蓄電池の有無の判断を行うことも可能である
。
また、蓄電池の有無の判断にはコンバータ制御部１６ａに放電を指示する信号を送信し
た際に開閉器１７のコンバータ１４ａ側の電位が上昇したか否かによって蓄電池から直流
電力が出力されているか否かの判断ができる。この場合、コンバータ制御部１６ａと制御
部５との間で信号通信が可能であることも同時に判断することができる。蓄電池の有無が
判断された後はその状態を保持し運転モードの選択のステップへ進む。

ステップＳ１で蓄電池無が判断されたとき（蓄電池有が判断されなかったとき）はステ
ップＳ２へ進み第１の運転モードを設定しステップＳ７で電力変換システムの運転が行わ
れる。ステップＳ１で蓄電池有りが判断されたときはステップＳ３へ進み第２の運転モー
ド乃至第４の運転モードからの選択を可能にした後、いずれの運転モードが選択されてい
るかを判断する。この運転モードの選択はモニター１２を操作して設定されるが、パワー
コンディショナ１に設ける設定スイッチや信号線で制御部５につながる他の情報機器等で
選択を行うようにすることも可能である。第２の運転モードが選択されているときはステ
ップＳ４で第２の運転モードを設定しステップＳ７で電力変換システムの運転が行われる
。第３の運転モードが選択されているときはステップＳ５で第３の運転モードを設定しス
テップＳ７で電力変換システムの運転が行われる。第４の運転モードが選択されていると
きはステップＳ６で第４の運転モードを設定しステップＳ７で電力変換システムの運転が
行われる。

本発明の電力変換システムは、太陽電池で発電された直流電力又は蓄電池から出力され
た直流電力の少なくともいずれか一方を電力変換回路で交流電力に変換させることを可能
にした電力変換システムに適用できるものである。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にす
るためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱すること
なく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

１ パワーコンディショナ
２ａ乃至２ｄ 太陽電池
３ａ乃至３ｄ Ｄ／Ｄ回路
４ Ｄ／Ａ回路
５ 制御部
６ 系統
１２ モニター
１３ａ乃至１４ｄ 蓄電池
１４ａ、１４ｂ コンバータ
１５ａ乃至１５ｄ 双方向Ｄ／Ｄ回路
１６ａ乃至１６ｂ コンバータ制御部
１７ 開閉器
１７ａ 補助接片
１９ 直流ライン

Claims (7)

1. 直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、太陽電池で発電された直流電力が前記
   電力変換回路へ供給された際には、前記太陽電池で発電された直流電力を前記電力変換回
   路で前記交流電力へ変換させることを可能にする第１の機能と、蓄電池から出力された直
   流電力が前記電力変換回路へ供給された際には、前記太陽電池で発電された直流電力又は
   前記蓄電池から出力された直流電力の少なくともいずれか一方を前記電力変換回路で前記
   交流電力に変換させることを可能にする第２の機能と、第１の機能又は第２の機能のいず
   れか一方を蓄電池の有無に基づいて選択する第３の機能と、を備えることを特徴とする電
   力変換システム。
2. 第３の機能は、少なくとも手動スイッチ、又は電気的に設定された状態のいずれかを用
   いるものであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
3. 第３の機能は、前記蓄電池から出力される直流電力の有無に基づいて自動的に行なう構
   成を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
4. 第３の機能は、前記蓄電池から出力される直流電力の有無を判断した際にはその状態を
   保持する構成を備えることを特徴とする請求項３に記載の電力変換システム。
5. 第３の機能は、前記電力変換システムの制御部と前記蓄電池の制御部との間で信号通信
   が可能か否かを判断する機能を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換システ
   ム。
6. 前記蓄電池から出力される直流電力は前記電力変換回路の直流入力側に供給されること
   を特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載の電力変換システム。
7. 前記交流電力は実質的に系統と同期した交流電力であることを特徴とする請求項１乃至
   請求項６のいずれか一項に記載の電力変換システム。
   

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