JP2022037684A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】発電部で発電された電力の自家消費の向上を図りつつ、燃料電池の発電効率の維持を図ることができ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１は、自然エネルギーを利用して発電可能な太陽光発電部１１と、燃料を用いて発電可能であるとともに、発電時に発生する熱を蓄える燃料電池３０と、燃料電池３０の動作を制御するＥＭＳ６０と、を具備し、ＥＭＳ６０は、太陽光発電部１１で発電された電力のうち電力需要に対して余剰する余剰電力を予測し、余剰電力が発生しない時刻を、燃料電池３０を他の時刻に対して優先的に発電する発電要請時刻に設定し、発電要請時刻のうち燃料電池３０が所定の発電量以下で運転すると予測される低負荷時刻においては燃料電池３０の発電を停止するように、燃料電池３０に対して発電停止指示を行う。【選択図】図５

Description

本発明は、発電部及び燃料電池を具備する電力供給システムの技術に関する。

従来、発電部及び燃料電池を具備する電力供給システムの技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１には、太陽光を利用して発電する太陽電池と、水素等の燃料を用いて発電可能であるとともに発電時に発生する排熱を用いて湯を沸かすことができる燃料電池と、電力を充放電可能な蓄電池を具備する電力供給システムが記載されている。当該電力供給システムにおいては、太陽電池で発電された電力や燃料電池で発電された電力を、家庭内負荷に供給することができる。また、太陽電池で発電された電力を蓄電池に充電したり、当該蓄電池に充電された電力を家庭内負荷に供給したりすることができる。また、適宜の場合に太陽光発電部で発電された電力の余剰分（余剰電力）を売電する（商用電源へと逆潮流させる）ことができる。

しかしながら、昨今、太陽光発電部で発電された電力の売電単価は低下する傾向にあり、深夜電力単価よりも低い場合もある。このため、太陽光発電部で発電された電力を家庭内で消費することが望まれる。また、燃料電池は、部分負荷運転（出力を下げた低負荷での運転）を行う場合、定格運転を行う場合と比べて発電効率が低下するという問題がある。

特開２０１６－４８９９２号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、発電部で発電された電力の自家消費の向上を図りつつ、燃料電池の発電効率の維持を図ることができる電力供給システムを提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、自然エネルギーを利用して発電可能な発電部と、燃料を用いて発電可能であるとともに、発電時に発生する熱を蓄える燃料電池と、前記燃料電池の動作を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記発電部で発電された電力のうち電力需要に対して余剰する余剰電力を予測し、前記余剰電力が発生しない時刻を、前記燃料電池を他の時刻に対して優先的に発電する優先時刻に設定し、前記優先時刻のうち前記燃料電池が所定の発電量以下で運転すると予測される低負荷時刻においては前記燃料電池の発電を停止するように、前記燃料電池に対して発電停止指示を行うものである。

請求項２においては、前記低負荷時刻には、電力需要が第一閾値未満であると予測される時刻が含まれるものである。

請求項３においては、前記低負荷時刻には、電力需要の実績値が第二閾値未満である時刻が含まれるものである。

請求項４においては、前記制御部は、前記発電停止指示がされていた時刻の電力需要の実績値が第三閾値未満である場合、同じ時刻の前記発電停止指示を継続し、前記実績値が前記第三閾値以上である場合、同じ時刻の前記発電停止指示を解除するものである。

請求項５においては、前記制御部は、前記発電停止指示がされていた時刻の電力需要の前記実績値が前記第三閾値以上である場合、同じ時刻に前記発電停止指示がされるのを所定期間禁止するものである。

請求項６においては、前記制御部は、前記発電停止指示がされていた時刻と連続する前又は後の時刻における電力需要の予測値が第四閾値未満である場合、当該前又は後の時刻にまで前記発電停止指示を拡張するものである。

請求項７においては、前記制御部は、前記低負荷時刻が連続する低負荷時間帯が複数ある場合、連続時間数が最大の前記低負荷時間帯において前記燃料電池の発電を停止するように、前記発電停止指示を行うものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、発電部で発電された電力の自家消費の向上を図るとともに、燃料電池の発電効率の維持を図ることができる。

請求項２においては、燃料電池の発電効率の維持をより図ることができる。

請求項３においては、燃料電池の発電効率の維持をより図ることができる。

請求項４においては、燃料電池の発電効率の維持をより図ることができる。

請求項５においては、光熱費の低減を図ることができる。

請求項６においては、燃料電池の起動に要する電力の消費を抑制しつつ、燃料電池の発電効率の維持を図ることができる。

請求項７においては、燃料電池の起動に要する電力の消費を抑制しつつ、燃料電池の発電効率の維持を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る電力供給システムの構成を示したブロック図。 発電要請時刻設定制御を示したフローチャート。 発電要請時刻再設定制御を示したフローチャート。 翌日の各時刻における余剰電力及びフラグの設定の一例を示した図。 発電停止時刻設定制御を示したフローチャート。 発電停止時刻設定制御を示したフローチャート。 発電停止時刻設定制御を示したフローチャート。 各時刻における発電停止指示等の設定の一例を示した図。 各時刻における発電停止指示等の設定の一例を示した図。 燃料電池の発電時間を調整する前の消費電力及びＰＶ発電電力等を示した図。 燃料電池の発電時間を調整した後の消費電力及びＰＶ発電電力等を示した図。

以下では、図１を用いて、本発明の一実施形態に係る電力供給システム１について説明する。なお、本明細書においては、「上流側」及び「下流側」とは、系統電源Ｋからの電力供給方向を基準とするものとする。

図１に示す電力供給システム１は、系統電源Ｋからの電力や、発電された電力を負荷Ｈへと供給するものである。電力供給システム１は、住宅に設けられ、当該住宅の負荷Ｈ（例えば、住宅の機器等）へと電力を供給する。電力供給システム１は、主として蓄電システム１０、分電盤２０、燃料電池３０、第一センサ４０、第二センサ５０及びＥＭＳ６０を具備する。

蓄電システム１０は、電力を蓄電したり、負荷Ｈへと供給するものである。蓄電システム１０は、系統電源Ｋと負荷Ｈとの間に設けられる。蓄電システム１０は、太陽光発電部１１、蓄電池１２及びハイブリッドパワコン１３を具備する。

太陽光発電部１１は、太陽光を利用して発電する装置である。太陽光発電部１１は、太陽電池パネル等により構成される。太陽光発電部１１は、例えば、住宅の屋根の上等の日当たりの良い場所に設置される。

蓄電池１２は、電力を充電可能に構成されるものである。蓄電池１２は、例えば、リチウムイオン電池により構成される。蓄電池１２は、後述するハイブリッドパワコン１３を介して太陽光発電部１１と接続される。

ハイブリッドパワコン１３は、電力を適宜変換するもの（ハイブリッドパワーコンディショナ）である。ハイブリッドパワコン１３は、太陽光発電部１１で発電された電力及び蓄電池１２から放電された電力を配電線Ｌ（負荷Ｈ）に出力可能であると共に、配電線Ｌを流れる電力（系統電源Ｋからの電力及び後述する燃料電池３０で発電された電力）を蓄電池１２に出力可能に構成される。また、ハイブリッドパワコン１３は、太陽光発電部１１及び蓄電池１２の性能や運転状態に関する情報を取得可能に構成される。ハイブリッドパワコン１３は、系統電源Ｋと負荷Ｈ（分電盤２０）とを繋ぐ配電線Ｌの中途部（接続点Ｐ）に対して、電路Ａ１を介して接続される。蓄電システム１０のハイブリッドパワコン１３は、後述する第一センサ４０の検出結果等に基づいて、放電（出力）する電力を調整する負荷追従運転を行うことができる。

分電盤２０は、負荷Ｈへと電力を分配するものである。分電盤２０は、蓄電システム１０（接続点Ｐ）よりも下流側に設けられ、負荷Ｈと接続される。なお、図１においては１つの負荷Ｈしか示していないが、分電盤２０は複数の負荷に接続され、各負荷に電力を分配する。分電盤２０は、系統電源Ｋからの電力、蓄電池１２から放電された電力及び後述する燃料電池３０からの電力を負荷Ｈへと供給する。

燃料電池３０は、水素等のガス燃料を用いて発電する装置である。燃料電池３０は、分電盤２０に対して電路Ａ２を介して接続される。燃料電池３０は、発電ユニット３１及び貯湯タンク３２を具備する。

発電ユニット３１は、燃料電池３０の発電部である。発電ユニット３１は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）又は固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）や制御部等により構成される。発電ユニット３１は、後述する第二センサ５０によって検出された電力量に応じて負荷追従運転を行う。また、燃料電池３０は、電力需要（住宅の負荷Ｈの消費電力）や給湯需要に関する情報を学習する学習機能を有する。こうして、燃料電池３０は、学習機能により学習した情報に基づいて発電計画を作成することができる。また、燃料電池３０は、後述するＥＭＳ６０からの指示に応じて、前記作成した発電計画に従って発電を行うことができる。

貯湯タンク３２は、発電ユニット３１の発電時に発生する熱（排熱）を、温水として蓄熱するものである。貯湯タンク３２は、発電ユニット３１の発電時に発生する熱（排熱）によって加熱された上水（温水）を貯湯する。

このように構成された燃料電池３０は、貯湯タンク３２の貯湯量が最大容量に達すると（貯湯タンク３２が満タンになり、これ以上蓄熱ができない状態となると）、発電ユニット３１による発電を停止させる場合がある。また、燃料電池３０は、給湯需要の発生時間帯までに貯湯タンク３２の貯湯量が最大容量になるように、発電を開始させる。

第一センサ４０は、配電線Ｌの中途部に設けられる。より詳細には、第一センサ４０は、蓄電システム１０（接続点Ｐ）よりも上流側（接続点Ｐの直ぐ上流側）に設けられる。第一センサ４０は、当該第一センサ４０が設けられた箇所を流れる電力（上流側へと流れる電力及び下流側へと流れる電力）の電圧（供給電圧）及び電流（供給電流）を検出する。

第二センサ５０は、配電線Ｌの中途部に設けられる。より詳細には、第二センサ５０は、蓄電システム１０（接続点Ｐ）と分電盤２０との間に設けられる。第二センサ５０は、当該第二センサ５０が設けられた箇所を流れる電力（上流側へと流れる電力及び下流側へと流れる電力）の電圧（供給電圧）及び電流（供給電流）を検出する。

ＥＭＳ６０は、電力供給システム１の動作を管理するエネルギーマネジメントシステム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）である。ＥＭＳ６０は、ＣＰＵ等の演算処理部、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶部や、タッチパネル等の入出力部等を具備する。ＥＭＳ６０の記憶部には、電力供給システム１の動作を制御する際に用いられる種々の情報やプログラム等が予め記憶される。ＥＭＳ６０の演算処理部は、前記プログラムを実行して前記種々の情報を用いた所定の演算処理等を行うことで、電力供給システム１を動作させることができる。

ＥＭＳ６０は、ハイブリッドパワコン１３と電気的に接続される。ＥＭＳ６０は、所定の信号をハイブリッドパワコン１３に送信し、蓄電池１２の運転（例えば、蓄電池１２の充放電等）を制御することができる。また、ＥＭＳ６０は、ハイブリッドパワコン１３から所定の信号が入力可能に構成され、各種の情報（蓄電池１２の蓄電残量等）を取得することができる。

また、ＥＭＳ６０は、燃料電池３０に電気的に接続され、当該燃料電池３０の動作を制御することができる。

上述の如く構成された電力供給システム１において、系統電源Ｋから購入された電力や、太陽光発電部１１で発電された電力を、蓄電池１２に充電することができる。また、当該電力供給システム１において、系統電源Ｋから購入された電力、太陽光発電部１１及び燃料電池３０で発電された電力、及び蓄電池１２に充電された電力を、住宅の負荷Ｈへと供給することができる。また、当該電力供給システム１において、太陽光発電部１１で発電された電力の余剰分（余剰電力）は、系統電源Ｋへと逆潮流させて売却することもできる。

次に、電力供給システム１における電力の供給態様（モード）について説明する。

電力供給システム１は、電力の供給態様として第一モード及び第二モードを有する。以下に示す第一モードは、第一センサ４０の検出結果に基づいて蓄電池１２の充放電を行うものである。また、以下に示す第二モードは、ＥＭＳ６０からの指示に基づいて蓄電池１２の充放電を行うものである。

第一モードが設定されたハイブリッドパワコン１３は、太陽光発電部１１で発電が行われている場合に、当該太陽光発電部１１からの電力を負荷Ｈに供給する。また、ハイブリッドパワコン１３は、太陽光発電部１１からの電力が負荷Ｈの消費電力に対して余剰すると、当該余剰電力を蓄電池１２に充電する。ハイブリッドパワコン１３は、蓄電池１２を最大充電電力（蓄電池１２が単位時間当たりに充電可能な最大の電力量）で充電しても太陽光発電部１１からの電力が依然として余剰する場合に、当該余剰電力を系統電源Ｓへと逆潮流させる。

上記負荷Ｈへの電力の供給において、ハイブリッドパワコン１３は、第一センサ４０の検出結果に基づいて蓄電池１２の放電量を決定する負荷追従運転を行う。

一方、第二モードが設定されたハイブリッドパワコン１３は、ＥＭＳ６０からの指示に基づいて蓄電池１２の充放電を行う。第二モードが設定されたハイブリッドパワコン１３は、ＥＭＳ６０からの指示に基づいて、例えば系統電源Ｓからの電力（深夜電力）を蓄電池１２に充電させることができる。

ここで、燃料電池３０は、前述の如く負荷追従運転を行うことができるが、絶えず負荷追従運転を行うと、燃料電池３０で発電された電力によって、太陽光発電部１１で発電された電力の自家消費が減少する場合がある。

そこで、電力供給システム１においては、燃料電池３０の「発電要請時刻」を決定する発電要請時刻設定制御を行う。

ここで、「発電要請時刻」とは、燃料電池３０が他の時刻に対して優先的に発電を行う時刻を示すものである。燃料電池３０は、発電要請時刻において所定の条件を満たす場合に、発電を行うこととなる。具体的には、燃料電池３０は、学習機能により作成した発電計画によって発電可能な時間帯が定められているが、当該時間帯のうち発電要請時刻に優先的に発電を行う。換言すれば、発電計画に基づいて発電可能とされた時刻であっても、発電要請時刻でなければ燃料電池３０は発電を行わない。但し、燃料電池３０は、発電要請時刻以外の時刻であっても、排熱を利用可能である（貯湯タンク３２が満タンでない）場合、発電を行うことができる。

以下、図２を用いて、燃料電池３０の発電要請時刻の設定方法（発電要請時刻設定制御）について説明する。なお、図２の発電要請時刻設定制御は、１日１回実行される。また、図２の発電要請時刻設定制御は、日照時間が終わる少し前に開始され、例えば１７時に開始される。なお、以下の図２の発電要請時刻設定制御及び後述する図３の発電要請時刻再設定制御についての説明において、「当日」及び「翌日」とは、図２の発電要請時刻設定制御の開始時を基準としている。

ステップＳ１１において、ＥＭＳ６０は、翌日の電力需要、ＰＶ発電電力（太陽光発電部１１による発電電力）及び余剰電力を予測する。この処理において、ＥＭＳ６０は、太陽光発電部１１の過去の発電電力のデータ、及び翌日の天気予報（例えば１５時発表の天気予報）等に基づいて、当該予測を行う。ＥＭＳ６０は、燃料電池３０が全く発電しない想定で当該予測を行う。本実施形態においては、ＥＭＳ６０は、当該ステップＳ１１の予測及び後述するステップＳ１２のフラグの設定を１時間単位で行う。また、ＥＭＳ６０は、翌日の６時（台）から１７時（台）の電力需要、ＰＶ発電電力及び余剰電力を予測する。

ここで、「余剰電力」とは、負荷Ｈの消費電力（電力需要）に対する太陽光発電部１１及び燃料電池３０による発電電力の余剰分を示すものである。なお、燃料電池３０が全く発電しない想定であるので、ステップＳ１１で予測される「余剰電力」は、電力需要に対するＰＶ発電電力の余剰分となる。

ＥＭＳ６０は、当該ステップＳ１１の処理を行った後、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２において、ＥＭＳ６０は、フラグの設定を行う。具体的には、ＥＭＳ６０は、余剰電力が発生する時刻にフラグを立てる。

図４は、翌日の各時刻における余剰電力及びフラグの設定の一例を示すものである。図４に示す例においては、翌日の６時、１０時、１２時、１４～１７時において余剰電力が発生している。このため、ＥＭＳ６０は、翌日の６時、１０時、１２時、１４～１７時にフラグを立てる。

ＥＭＳ６０は、当該ステップＳ１２の処理を行った後、ステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３において、ＥＭＳ６０は、フラグの更新を行う。具体的には、ＥＭＳ６０は、フラグが立てられた時刻の直後の指定時間（例えば３時間）の全ての時刻にフラグが立てられていない場合、当該時刻のフラグを取り消す。

図４に示す例においては、６時にフラグが立てられているが、６時以降の３時間（７～９時）にはフラグが立てられていない。よって、６時のフラグが取り消される。一方、１０時にフラグが立てられており、１０時以降の３時間のうち１２時にフラグが立てられている。よって、１０時のフラグは取り消されず維持される。また、１５時及び１６時にフラグが立てられているが、１５時及び１６時以降の指定時間は３時間未満しか取れない。このように指定時間が３時間未満しか取れない場合であっても、当該指定期間におけるフラグの有無に基づいて、フラグの維持又は取消しを判定する。また、１７時にフラグが立てられているが、１７時以降に指定時間は存在しない。このように指定時間が存在しない場合、フラグは維持される。このようにして、フラグが更新される。

ＥＭＳ６０は、当該ステップＳ１３の処理を行った後、ステップＳ１４に移行する。

ステップＳ１４において、ＥＭＳ６０は、発電要請時刻の設定を行う。具体的には、ＥＭＳ６０は、開始時刻から最初にフラグが立てられた時刻までを発電要請時刻とする。ここで、「開始時刻」とは、発電要請時刻が開始される時刻を示すものである。開始時刻は太陽光発電部１１が発電しない時刻に設定され、本実施形態においては、当日の１９時に設定されている。

図４に示す例においては、フラグ更新後において、最初にフラグが立てられている時刻は翌日の１０時である。よって、ＥＭＳ６０は、開始時刻（当日の１９時）から翌日の１０時までを、発電要請時刻とする。

なお、ステップＳ１３においてフラグの更新を行ったが、仮に６時のフラグを取り消さない場合、ステップＳ１４において発電要請時刻は開始時刻（当日の１９時）から翌日の６時までとなる。そうすると、余剰電力が発生しない７～９時において燃料電池３０が発電しないため、系統電源Ｋからの購入電力量が増加してしまう。このため、ステップＳ１３においては、余剰電力が発生する時刻であっても、当該時刻の直後の指定時間（例えば３時間）に余剰電力が発生していない場合は、当該時刻のフラグを取り消して余剰電力が発生していないとみなすこととしている。

ＥＭＳ６０は、当該ステップＳ１４の処理を行った後、図２に示す発電要請時刻設定制御を終了する。

以下、図３を用いて、燃料電池３０の発電要請時刻の再設定方法（発電要請時刻再設定制御）について説明する。なお、図３の発電要請時刻再設定制御は、図２の発電要請時刻設定制御の後に実行される。

ステップＳ１５において、ＥＭＳ６０は、現在時刻が発電要請時刻終了の１時間前となっているか否かを判定する。本実施形態においては、発電要請時刻は翌日の１０時に終了するので、ＥＭＳ６０は、現在時刻が翌日の９時となっているか否かを判定する。

ＥＭＳ６０は、現在時刻が発電要請時刻終了の１時間前（翌日の９時）となっていると判定した場合（ステップＳ１５で「ＹＥＳ」）、ステップＳ１６に移行する。一方、ＥＭＳ６０は、現在時刻が発電要請時刻終了の１時間前（翌日の９時）となっていないと判定した場合（ステップＳ１５で「ＮＯ」）、図２に示す発電要請時刻設定制御を終了する。

ステップＳ１６において、ＥＭＳ６０は、発電要請時刻の再設定を行う。具体的には、ＥＭＳ６０は、発電要請時刻終了の１時間前（翌日の９時）に、次回の発電要請時刻を再設定する。発電要請時刻は、ステップＳ１４で設定した発電要請時刻と同じ時刻とする。

なお、発電要請時刻が終了（経過）すると、前回の発電要請時刻の設定はリセットされるため、再設定を行わないと燃料電池３０をいつ発電するのか（換言すれば、燃料電池３０をいつ発電させないのか）が決定されていない状態となる。このため、発電要請時刻の終了直前にステップＳ１６の処理（発電要請時刻の再設定）を行うことにより、例えば翌日の１０時～１９時は発電要請時刻ではない（燃料電池３０の発電を行わない）ことが明確となる。

ＥＭＳ６０は、当該ステップＳ１６の処理を行った後、図２に示す発電要請時刻設定制御を終了する。

燃料電池３０は、図２に示す発電要請時刻設定制御で設定された発電要請時刻（当日の１９時～翌日の１０時）においては、優先的に発電（負荷追従運転）を行う。これに対して、燃料電池３０は、原則として発電要請時刻以外の時間（翌日の１０時～１９時）においては、発電を行わない。

このように、本実施形態に係る電力供給システム１は、図２に示す発電要請時刻設定制御及び図３に示す発電要請時刻再設定制御を実行することによって、燃料電池３０は、余剰電力が発生しない時間帯に優先して発電することとなる。言い換えると、余剰電力が発生する時間帯には優先して燃料電池３０の発電を停止させる。そうすることで、太陽光発電部１１の発電電力を負荷Ｈの消費電力に充てることができ、ひいては太陽光発電部１１の発電電力の自家消費を増大させることができる。これにより、深夜電力の買電単価より太陽光発電部１１で発電された電力の売電単価が低い場合、光熱費の低減を図ることができる。

ここで、燃料電池３０は、一般的に、部分負荷運転（出力を下げた低負荷での運転）を行う場合、定格運転を行う場合と比べて発電効率（ひいては電力供給システム１全体の総合効率）が低下する。発電効率の低下は、結果的に光熱費の増大につながる。このため、発電要請時刻（余剰電力が発生していない時間帯）であっても、燃料電池３０を部分負荷運転させることは、光熱費の低減という観点から好ましくない。

そこで、本実施形態においては、発電要請時刻であっても、燃料電池３０が所定の発電量以下で運転すると予測される低負荷時刻には燃料電池３０の発電を停止させる。以下、図５から図７を用いて、燃料電池３０の発電停止時刻の設定方法（発電停止時刻設定制御）について説明する。

なお、図５から図７に示す発電停止時刻設定制御は、１日１回実行される。また、図５から図７に示す発電停止時刻設定制御は、図２のステップＳ１４が実行された後に実行され、例えば１７時３０分に実行される。

なお、図５に示すステップＳ２０からＳ２６は、後述の発電停止指示がされていた時刻において、当該発電停止指示を継続するのか或いは解除するのかを決定するものである。また、図６に示すＳ２７からＳ３４及び図７に示すステップＳ３５からＳ３７は、発電停止指示がされていなかった時刻において、発電停止指示を行うか否かを決定するものである。

図５に示すステップＳ２０において、ＥＭＳ６０は、対象時刻（ｔｉｍｅ）を所定の時刻、例えば１８時に設定する。ここで、「対象時刻」とは、以降のステップにおける判定や処理の対象の時刻を示すものであり、ここでは発電停止指示の継続／解除を判定する対象の時刻を示すものである。なお、図５から図７に示す発電停止時刻設定制御についての説明において、「前日」、「当日」及び「翌日」とは、対象時刻の日を基準としている。

ＥＭＳ６０は、当該ステップＳ２０の処理を行った後、ステップＳ２１に移行する。

ステップＳ２１において、ＥＭＳ６０は、前日の対象時刻（例えば１８時）に発電停止指示があったか否かを判定する。ここで、「発電停止指示」とは、後述するステップＳ３２（図６）及びステップＳ３７（図７）で行われるものであり、ＥＭＳ６０から燃料電池３０に対して発電を停止するよう指示するものである。

ＥＭＳ６０は、前日の対象時刻に発電停止指示があったと判定した場合（ステップＳ２１で「ＹＥＳ」）、ステップＳ２２に移行する。一方、ＥＭＳ６０は、前日の対象時刻に発電停止指示がなかったと判定した場合（ステップＳ２１で「ＮＯ」）、ステップＳ２５に移行する。

ステップＳ２２において、ＥＭＳ６０は、前日の対象時刻における（１時間当りの）電力需要＜２５０Ｗｈであったか否かを判定する。ＥＭＳ６０は、前日の対象時刻における第一センサ４０及び第二センサ５０の検出結果に基づいて、前日の対象時刻における電力需要を算出する。なお、「２５０Ｗｈ」とは、燃料電池３０の発電効率の低下を考慮して設定される値であり、燃料電池３０に応じて任意に設定される値である。

ＥＭＳ６０は、前日の対象時刻における電力需要＜２５０Ｗｈであったと判定した場合（ステップＳ２２で「ＹＥＳ」）、ステップＳ２３に移行する。一方、ＥＭＳ６０は、前日の対象時刻における電力需要＜２５０Ｗｈでなかったと判定した場合（ステップＳ２２で「ＮＯ」）、ステップＳ２４に移行する。

ステップＳ２３において、ＥＭＳ６０は、当日における対象時刻の発電停止指示を継続する。これにより、燃料電池３０は、当日における対象時刻において発電が停止されることとなる。

一方、ステップＳ２４において、ＥＭＳ６０は、当日における対象時刻の発電停止指示を解除する。そして、ＥＭＳ６０は、当日の対象時刻において停止禁止フラグをオンする。なお、「停止禁止フラグ」とは、燃料電池３０の発電停止を禁止する（すなわち発電を可能とする）ことを示すものであり、停止禁止フラグがオンされた時刻においては、燃料電池３０の発電停止が不可となる。

ＥＭＳ６０は、当該ステップＳ２３又はＳ２４の処理を行った後、ステップＳ２５に移行する。

ステップＳ２５において、ＥＭＳ６０は、対象時刻を１時間進める。ＥＭＳ６０は、現在の対象時刻が例えば１８時である場合、対象時刻を１９時に設定する。

ＥＭＳ６０は、当該ステップＳ２５の処理を行った後、ステップＳ２６に移行する。

ステップＳ２６において、ＥＭＳ６０は、対象時刻がステップＳ２０の対象時刻の２４時間後（すなわち翌日の１８時）より前であるか否かを判定する。

ＥＭＳ６０は、対象時刻が翌日の１８時より前であると判定した場合（ステップＳ２６で「ＹＥＳ」）、ステップＳ２１に処理を戻す。そして、ＥＭＳ６０は、ステップＳ２１からＳ２６までの処理を繰り返すことにより、１８時以降の各時刻（１時間毎）における発電停止指示の継続／解除を決定する。

一方、ＥＭＳ６０は、対象時刻が翌日の１８時より前でないと判定した場合、（ステップＳ２６で「ＮＯ」）、図６に示すステップＳ２７に移行する。すなわち、ＥＭＳ６０は、１８時から翌日の１８時より前の時刻（１７時）までの全ての時刻において発電停止指示の継続／解除を決定した後に、図６に示すステップＳ２７に移行する。

図６に示すステップＳ２７において、ＥＭＳ６０は、対象時刻を当日の１８時に設定する。

ＥＭＳ６０は、当該ステップＳ２７の処理を行った後、ステップＳ２８に移行する。

ステップＳ２８において、ＥＭＳ６０は、前日の対象時刻に発電停止指示がなかったか否かを判定する。

ＥＭＳ６０は、前日の対象時刻に発電停止指示がなかったと判定した場合（ステップＳ２８で「ＹＥＳ」）、ステップＳ２９に移行する。一方、ＥＭＳ６０は、前日の対象時刻に発電停止指示があったと判定した場合（ステップＳ２８で「ＮＯ」）、ステップＳ３３に移行する。

ステップＳ２９において、ＥＭＳ６０は、当日の対象時刻における需要予測＜２５０Ｗｈであったか否かを判定する。ここで、「需要予測」とは、天気予報等に基づいて予測される電力需要（電力需要の予測値）を示すものである。

ＥＭＳ６０は、当日の対象時刻における需要予測＜２５０Ｗｈであったと判定した場合（ステップＳ２９で「ＹＥＳ」）、ステップＳ３０に移行する。一方、ＥＭＳ６０は、当日の対象時刻における需要予測＜２５０Ｗｈでなかったと判定した場合（ステップＳ２９で「ＮＯ」）、ステップＳ３３に移行する。

ステップＳ３０において、ＥＭＳ６０は、対象時刻において停止禁止フラグがオフされているか否かを判定する。なお、停止禁止フラグはステップＳ２４（図５）においてオンされた後、所定の期間（例えば１ヶ月）経過後に自動的にオフされるようになっている。

ＥＭＳ６０は、対象時刻において停止禁止フラグがオフされていると判定した場合（ステップＳ３０で「ＹＥＳ」）、ステップＳ３１に移行する。一方、ＥＭＳ６０は、対象時刻において停止禁止フラグがオフされていない（すなわち停止禁止フラグがオンされている）と判定した場合（ステップＳ３０で「ＮＯ」）、ステップＳ３３に移行する。

ステップＳ３１において、ＥＭＳ６０は、対象時刻の１時間前又は１時間後の各時刻に発電停止指示があったか否かを判定する。

ＥＭＳ６０は、対象時刻の１時間前又は１時間後の各時刻に発電停止指示があったと判定した場合（ステップＳ３１で「ＹＥＳ」）、ステップＳ３２に移行する。一方、ＥＭＳ６０は、対象時刻の１時間前及び１時間後の時刻ともに発電停止指示がなかったと判定した場合（ステップＳ３１で「ＮＯ」）、ステップＳ３３に移行する。

ステップＳ３２において、ＥＭＳ６０は、対象時刻において発電停止指示を行う。

ＥＭＳ６０は、当該ステップＳ３２の処理を行った後、ステップＳ３３に移行する。

ステップＳ３３において、ＥＭＳ６０は、対象時刻を１時間進める。ＥＭＳ６０は、現在の対象時刻が例えば１８時である場合、対象時刻を１９時に設定する。

ＥＭＳ６０は、当該ステップＳ３３の処理を行った後、ステップＳ３４に移行する。

ステップＳ３４において、ＥＭＳ６０は、対象時刻が翌日の１８時より前であるか否かを判定する。

ＥＭＳ６０は、対象時刻が翌日の１８時より前であると判定した場合（ステップＳ３４で「ＹＥＳ」）、ステップＳ２８に処理を戻す。そして、ＥＭＳ６０は、ステップＳ２８からＳ３４までの処理を繰り返すことにより、既に発電停止指示がされた時刻の前後の時刻にまで発電停止指示を行うか（すなわち、既に発電停止指示がされた時刻から前後の時刻にまで発電停止指示を拡張するか）否かを決定する。

一方、ＥＭＳ６０は、対象時刻が翌日の１８時より前でないと判定した場合（ステップＳ３４で「ＮＯ」）、図７に示すステップＳ３５に移行する。

図７に示すステップＳ３５において、ＥＭＳ６０は、全ての時刻において発電停止指示がないか否かを判定する。

ＥＭＳ６０は、全ての時刻において発電停止指示がないと判定した場合（ステップＳ３５で「ＹＥＳ」）、ステップＳ３６に移行する。一方、ＥＭＳ６０は、全ての時刻において発電停止指示がないわけではない（発電停止指示がされた時刻がある）と判定した場合（ステップＳ３５で「ＮＯ」）、図５から図７に示す発電停止時刻設定制御を終了する。

ステップＳ３６において、ＥＭＳ６０は、需要予測＜２５０Ｗｈの時刻が連続する時間帯があるか否かを判定する。

ＥＭＳ６０は、需要予測＜２５０Ｗｈの時刻が連続する時間帯があると判定した場合（ステップＳ３６で「ＹＥＳ」）、ステップＳ３７に移行する。一方、ＥＭＳ６０は、需要予測＜２５０Ｗｈの時刻が連続する時間帯がないと判定した場合（ステップＳ３６で「ＮＯ」）、図５から図７に示す発電停止時刻設定制御を終了する。

ステップＳ３７において、ＥＭＳ６０は、需要予測＜２５０Ｗｈの時刻が連続する時間帯に停止指示を行う。ＥＭＳ６０は、当該連続する時間帯が複数ある場合、連続時間数が最大の時間帯に発電停止指示を行う。ＥＭＳ６０は、連続時間数が同数の場合、１日の中で早い時間帯に発電停止指示を行う。

ＥＭＳ６０は、当該ステップＳ３７の処理を行った後、図５から図７に示す発電停止時刻設定制御を終了する。

図８は、各時刻における発電停止指示の設定等の一例を示すものである。図８に示す例においては、前日に発電停止指示した時刻（８時及び９時）の需要実績（電力需要の実績値）が２５０Ｗｈ（０．２５ｋＷｈ）以上である（図５に示すステップＳ２２でＮＯ）。このため、８時及び９時において、発電停止指示が解除されるとともに停止禁止フラグがオンされる（図５に示すステップＳ２４）。

そうすると、全ての時刻で停止指示がなくなる（図７に示すステップＳ３５でＹＥＳ）。図８に示すように、１時～３時及び、５時～９時の時間帯においては、需要予測が２５０Ｗｈ未満の時刻が連続している（図７に示すステップＳ３６でＹＥＳ）。そして、８時及び９時においては停止禁止フラグがオンされているので、両時間帯ともに連続時間数は３時間である。そして、連続時間数が同数である場合は早い時間帯が優先されるため、１～３時に発電停止指示が行われる。

図９は、各時刻における発電停止指示等の設定の一例を示すものである。図９に示す例においては、前日に発電停止指示した時間帯（１時～３時）の需要実績が２５０Ｗｈ未満である（図５に示すステップＳ２２でＹＥＳ）。このため、１時～３時において発電停止指示が継続される。

そして、１時～３時の前後の時刻（１２時及び４時）のうち、４時の需要予測が２５０Ｗｈ未満である（図６に示すステップＳ３１でＹＥＳ）。このため、４時にも発電停止指示を行う。これにより、１時から４時まで発電停止指示が拡張される。

ここで、全ての時刻に発電停止指示がされていない場合、発電停止指示の継続又は解除の判断（図５のステップＳ２３又はＳ２４）や前後に発電停止指示があるか否かの判断（図６のステップＳ３２）を行わず、図７のステップＳ３５からＳ３７の処理を行うこととなる。したがって、全ての時刻に発電停止指示がされていない最初の段階においては、需要予測に基づいて発電停止時刻を設定する。具体的には、電力需要が所定量（例えば２５０Ｗｈ）未満と予測される時刻においては、燃料電池３０の発電を停止させる（図７に示すステップＳ３５からＳ３７）。これにより、燃料電池３０の低負荷運転を抑制し、ひいては燃料電池３０の発電効率の維持を図っている。

ここで、本実施形態に係る電力供給システム１において、ＥＭＳ６０は、電力需要（負荷Ｈの消費電力）を第一センサ４０又は第二センサ５０の検出値に基づいて算出している。しかしながら、ＥＭＳ６０は、燃料電池３０の発電状況（発電の有無）や発電量を把握することができないため、当該検出値が、燃料電池３０が発電したうえでのもの（負荷Ｈの消費電力量から燃料電池３０の発電量を引いたもの）であるのか、それとも燃料電池３０の発電が停止したうえでのもの（負荷Ｈの消費電力量そのもの、すなわち系統電源Ｋからの購入電力量）であるのかを判別することができない。もし当該検出値が燃料電池３０が発電したうえでのものである場合、本来発電を停止させなくてもよい時刻まで発電停止指示をしてしまうおそれがある。

したがって、本実施形態に係る電力供給システム１においては、まずは需要予測に基づいて発電停止指示を行い（発電停止時刻を設定し）、そして需要実績に基づいて発電停止指示の継続／解除を決定する。

具体的には、需要予測に基づいて発電停止時刻を設定したうえで（図７に示すステップＳ３７）、発電停止時刻の需要実績が所定値（例えば２５０Ｗｈ）より少なかった場合（図５に示すステップＳ２２でＹＥＳ）、発電停止指示を継続する（図５に示すステップＳ２３）。一方、発電停止時刻帯の需要実績が所定値（例えば２５０Ｗｈ）以上であった場合（図５に示すステップＳ２２でＮＯ）、発電停止指示を解除する（図５に示すステップＳ２４）。これにより、発電停止時刻の需要実績（すなわち、燃料電池３０の発電が停止された状態での電力需要）に基づいて発電停止指示を行うのか否かを決定することができる。

また、発電停止指示を継続する場合、発電停止時刻の前後の時刻の需要予測が所定値（例えば２５０Ｗｈ）より少なかった場合、当該前後の時刻にまで発電停止指示を拡張する。これにより、既に発電停止指示がされている時刻と連続する時刻を発電停止とするので、燃料電池３０の停止及び再起動を行うことなく、燃料電池３０の部分負荷運転の時間を低減することができる。

以下、図１０及び図１１を用いて、燃料電池３０の発電時間の設定の具体例を示す。

図１０は、燃料電池３０の発電時間を調整する前の消費電力及びＰＶ発電電力等を示した図である。なお、図１０及び後述する図１１においては、太陽光発電部１１（ＰＶ）と燃料電池３０（ＦＣ）の発電電力の合計を二点鎖線で示している。図１０に示す例においては、燃料電池３０は、常時負荷追従運転を行っており、余剰電力が発生する時間帯（９～１６時頃）においても発電（負荷追従運転）している。このため、余剰電力が発生する時間帯において、太陽光発電部１１で発電された電力は電力需要に用いられることなく、蓄電池１２へ充電され、それでも余剰する分は系統電源Ｋへ売電されている。

図１１は、燃料電池３０の発電時間を調整した後の電力需要（消費電力）及びＰＶ発電電力等を示した図である。図１１に示す例においては、余剰電力が発生する時間帯（９～１６時頃）において燃料電池３０が発電を停止している（発電要請指示を行っていない）ため、太陽光発電部１１で発電された電力の一部は電力需要に用いられている（自家消費されている）。また、深夜から早朝（０～５時頃）においては、電力需要が比較的少ない（例えば２５０Ｗｈ未満である）ので、燃料電池３０の発電を停止している。これにより、燃料電池３０の低負荷運転が抑制され、ひいては燃料電池３０の発電効率を維持することができる。

このように、本実施形態に係る電力供給システム１は、図２に示す発電要請時刻設定制御及び図３に示す発電要請時刻再設定制御を実行することによって、余剰電力が発生しない時間帯に発電要請時刻を設定して燃料電池３０を優先的に発電する（図２に示すステップＳ１１からＳ１４）。すなわち、余剰電力が発生する時間帯には燃料電池３０の発電を停止させる。そうすることで、燃料電池３０による発電電力が減少した分、太陽光発電部１１の発電電力の自家消費率を向上させることができる。これにより、深夜電力の買電単価より太陽光発電部１１で発電された電力の売電単価が低い場合、光熱費の低減を図ることができる。

また、本実施形態に係る電力供給システム１においては、図５から図７までに示す発電停止時刻設定制御を実行することによって、発電要請時刻であっても、燃料電池３０が低負荷運転を行うと予測される場合には燃料電池３０の発電を停止させる。そうすることで、燃料電池３０が比較的小さい出力で運転を行うことが抑制されるので、燃料電池３０の発電効率を維持（向上）させることができる。

以上の如く、本実施形態に係る電力供給システム１は、自然エネルギーを利用して発電可能な太陽光発電部１１（発電部）と、燃料を用いて発電可能であるとともに、発電時に発生する熱を蓄える燃料電池３０と、前記燃料電池３０の動作を制御するＥＭＳ６０（制御部）と、を具備し、前記ＥＭＳ６０は、前記太陽光発電部１１で発電された電力のうち電力需要に対して余剰する余剰電力を予測し、前記余剰電力が発生しない時刻を、前記燃料電池３０を他の時刻に対して優先的に発電する発電要請時刻（優先時刻）に設定し（図２のステップＳ１４）、前記発電要請時刻のうち前記燃料電池３０が所定の発電量以下で運転すると予測される低負荷時刻においては前記燃料電池３０の発電を停止するように、前記燃料電池３０に対して発電停止指示を行う（図５のステップＳ２３、図６のステップＳ３２、図７のステップＳ３７）ものである。

このように構成されることにより、太陽光発電部１１で発電された電力の自家消費の向上を図りつつ、燃料電池３０の発電効率の維持を図ることができる。
具体的には、余剰電力が発生しない時刻に燃料電池３０の発電時間を設定することにより、燃料電池３０による発電電力が減少した分、太陽光発電部１１の発電電力の自家消費率を向上させることができる。
また、燃料電池３０が比較的小さい出力で運転を行うことが抑制されるので、燃料電池３０の発電効率を維持（向上）させることができる。

また、前記低負荷時刻には、電力需要が第一閾値（例えば２５０Ｗｈ）未満であると予測される時刻（図６のステップＳ２９でＹＥＳ、図７のステップＳ３６でＹＥＳ）が含まれるものである。

このように構成されることにより、燃料電池３０の発電効率の維持をより図ることができる。
具体的には、燃料電池３０が所定の出力以下で運転を行うことが抑制されるので、燃料電池３０の発電効率を維持（向上）させることができる。

また、前記低負荷時刻には、電力需要の実績値が第二閾値（例えば２５０Ｗｈ）未満である時刻（図５のステップＳ２２でＹＥＳ）が含まれるものである。

このように構成されることにより、燃料電池３０の発電効率の維持をより図ることができる。
具体的には、燃料電池３０が所定の出力以下で運転を行うことが抑制されるので、燃料電池３０の発電効率を維持（向上）させることができる。

また、前記ＥＭＳ６０は、前記発電停止指示がされていた時刻の電力需要の実績値が第三閾値（例えば２５０Ｗｈ）未満である場合（図５のステップＳ２２でＹＥＳ）、同じ時刻の前記発電停止指示を継続し（図５のステップＳ２３）、前記実績値が前記第三閾値以上である場合（図５のステップＳ２２でＮＯ）、同じ時刻の前記発電停止指示を解除する（図５のステップＳ２４）ものである。

このように構成されることにより、燃料電池３０の発電効率の維持をより図ることができる。
具体的には、燃料電池３０の発電を停止させた状態の電力需要に基づいて発電停止指示の継続又は解除が判定されるので、燃料電池３０の発電効率維持の精度を向上させることができる。

また、前記ＥＭＳ６０は、前記発電停止指示がされていた時刻の電力需要の実績値が前記第三閾値（例えば２５０Ｗｈ）以上である場合（図５のステップＳ２２でＮＯ）、同じ時刻に前記発電停止指示がされるのを所定期間禁止する（停止禁止フラグをオンする、図５のステップＳ２４）ものである。

このように構成されることにより、光熱費の低減を図ることができる。
具体的には、電力需要が比較的多い時間帯に燃料電池３０が発電することができるので、購入電力量の増加を抑制することができる。

また、前記ＥＭＳ６０は、前記発電停止指示がされていた時刻と連続する前又は後の時刻における電力需要の予測値が第四閾値未満である場合（図６のステップＳ２９、Ｓ３１でＹＥＳ、）、当該前又は後の時刻にまで前記発電停止指示を拡張する（図６のステップＳ３２）ものである。

このように構成されることにより、燃料電池３０の起動に要する電力の消費を抑制しつつ、燃料電池３０の発電効率の維持を図ることができる。
具体的には、既に発電停止指示がされている時刻と連続する時刻を発電停止とするので、燃料電池３０の停止及び再起動を行うことなく、燃料電池３０の低負荷運転の時間を低減することができる。

また、前記ＥＭＳ６０は、前記低負荷時刻が連続する低負荷時間帯が複数ある場合、連続時間数が最大の前記低負荷時間帯において前記燃料電池３０の発電を停止するように、前記発電停止指示を行う（図７のステップＳ３７）ものである。

このように構成されることにより、燃料電池３０の起動に要する電力の消費を抑制しつつ、燃料電池３０の発電効率の維持を図ることができる。
具体的には、互いに連続しない複数の低負荷時間帯の両方に発電停止指示を行うと燃料電池３０の停止及び再起動が必要となる。また、連続時間数が短い方に発電停止指示を行うと燃料電池３０の低負荷運転の時間が多くなる。そこで、連続時間数が最大の低負荷時間帯にのみ発電停止指示を行うことにより、燃料電池３０の停止及び再起動を行うことなく、燃料電池の低負荷運転の時間を低減することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、電力供給システム１は住宅に設けられるものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、オフィス等に設けられるものであってもよい。

また、本実施形態において発電部は、太陽光を利用して発電する太陽光発電部１１であるものとしたが、他の自然エネルギー（例えば、水力や風力）を利用して発電するものであってもよい。

また、本実施形態においては、燃料電池３０の発電停止時刻は、電力需要の予測値及び実績値の両方に基づいて決定されるものとしたが、電力需要の予測値又は実績値のいずれか一方に基づいて決定されるものであってもよい。

また、本実施形態においては、ＥＭＳ６０は、図７のステップＳ３７において、需要予測＜２５０Ｗｈの連続する時間帯が複数ある場合、連続時間数が最大の時間帯に発電停止指示を行うものとしたが、図５のステップＳ２２又は図６のステップＳ２９において需要予測＜２５０Ｗｈの連続する時間帯が複数ある場合にも、連続時間数が最大の時間帯に発電停止指示を行うものとしてもよい。

１ 電力供給システム
１１ 太陽光発電部
３０ 燃料電池
６０ ＥＭＳ

Claims (7)

1. 自然エネルギーを利用して発電可能な発電部と、
   燃料を用いて発電可能であるとともに、発電時に発生する熱を蓄える燃料電池と、
   前記燃料電池の動作を制御する制御部と、
   を具備し、
   前記制御部は、
   前記発電部で発電された電力のうち電力需要に対して余剰する余剰電力を予測し、
   前記余剰電力が発生しない時刻を、前記燃料電池を他の時刻に対して優先的に発電する優先時刻に設定し、
   前記優先時刻のうち前記燃料電池が所定の発電量以下で運転すると予測される低負荷時刻においては前記燃料電池の発電を停止するように、前記燃料電池に対して発電停止指示を行う、
   電力供給システム。
2. 前記低負荷時刻には、
   電力需要が第一閾値未満であると予測される時刻が含まれる、
   請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記低負荷時刻には、
   電力需要の実績値が第二閾値未満である時刻が含まれる、
   請求項１又は請求項２に記載の電力供給システム。
4. 前記制御部は、
   前記発電停止指示がされていた時刻の電力需要の実績値が第三閾値未満である場合、同じ時刻の前記発電停止指示を継続し、前記実績値が前記第三閾値以上である場合、同じ時刻の前記発電停止指示を解除する、
   請求項３に記載の電力供給システム。
5. 前記制御部は、
   前記発電停止指示がされていた時刻の電力需要の前記実績値が前記第三閾値以上である場合、同じ時刻に前記発電停止指示がされるのを所定期間禁止する、
   請求項４に記載の電力供給システム。
6. 前記制御部は、
   前記発電停止指示がされていた時刻と連続する前又は後の時刻における電力需要の予測値が第四閾値未満である場合、当該前又は後の時刻にまで前記発電停止指示を拡張する、
   請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電力供給システム。
7. 前記制御部は、
   前記低負荷時刻が連続する低負荷時間帯が複数ある場合、連続時間数が最大の前記低負荷時間帯において前記燃料電池の発電を停止するように、前記発電停止指示を行う、
   請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の電力供給システム。

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