JP5518419B2 - 給電管理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池と商用交流電源と蓄電池とを備え、太陽電池の電力により蓄電池を充電し、太陽電池と商用交流電源と蓄電池との少なくとも１つの電力を負荷装置に供給する給電管理装置に関する。
太陽電池と蓄電池とを組み合わせた給電管理装置が知られている。
給電管理装置では、昼間に太陽電池により発電を行い、その電力の一部を電気機器に供給し、余剰電力を蓄電池に供給して充電する。夜間には、蓄電池から放電して電気機器に電力を供給している（例えば、特許文献１）。
特開２００４−０２３８７９号公報
ところで、太陽エネルギを有効利用して、負荷装置の消費電力量が自動的且つ最適に省エネすることが望まれている。一方、従来の給電管理装置によれば、家庭内の負荷装置の消費電力量が太陽光発電量を上回る場合には、電力の不足分を商用交流電源により賄うようにしている。このため、上記の要望を満たすという点においては改善の余地が残されている。
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池及び蓄電池による創電力備蓄設備の状態に応じて、負荷装置の消費電力量を自動的且つ最適に制御することのできる給電管理装置を提供することにある。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、 太陽電池と商用交流電源と蓄電池とを備え、前記太陽電池の電力により前記蓄電池を充電し、前記太陽電池と前記商用交流電源と前記蓄電池との少なくとも１つの電力を複数の負荷装置に供給する給電管理装置において、前記太陽電池の発電量と前記複数の負荷装置の総消費電力量と大きさの比較結果及び前記蓄電池の容量に対する充電割合を示す充電レベルの大きさに基づいて、前記複数の負荷装置の総消費電力の所定割合に相当する電力の消費が減少するように、前記負荷装置の消費電力レベルが制御されることを要旨とする。
この発明によれば、電力を創出する太陽電池の発電量と電力を消費する負荷装置の消費電力量とを比較結果すなわ余剰電力量と、太陽電池の発電に基づいて蓄電される蓄電池の充電レベルとに基づいて、負荷装置の消費電力レベルが制御されている。すなわち、太陽エネルギの創出状況及び備蓄状況に応じて負荷装置の消費電力量が制限されるため、消費電力量を自動的且つ最適に制御することができる。
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の給電管理装置において、前記太陽電池の電力が前記商用交流電源の電力よりも優先して前記負荷装置及び前記蓄電池に供給され、前記太陽電池の発電量が前記複数の負荷装置の総消費電力量よりも大きく、且つ前記蓄電池の充電レベルが基準充電レベルよりも小さいときには、前記複数の負荷装置の総消費電力が第１電力レベルを超えないように制限されることを要旨とする。
この発明によれば、太陽電池の発電量が負荷装置の消費電力量よりも小さいときには、負荷装置に供給される。太陽電池の発電量が負荷装置の消費電力量よりも大きいときには、負荷装置及び蓄電池に供給される。蓄電池の充電レベルが基準充電レベルよりも小さいときには、負荷装置の消費電力が第１電力レベルを超えないように制限される。これにより、負荷装置の消費電力量を自動的且つ最適に低減することができる。この結果、商用交流電源の電力の使用を抑制することができる。
（３）請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の給電管理装置において、前記太陽電池の発電量が前記複数の負荷装置の総消費電力量よりも大きく、且つ前記蓄電池の充電レベルが前記基準充電レベルよりも大きいときには、前記負荷装置の消費電力の制限が行われないことを要旨とする。
この発明によれば、太陽電池の発電量が負荷装置の消費電力よりも大きく、且つ蓄電池の充電レベルが基準充電レベルよりも大きいとき、すなわち太陽電池及び蓄電池の電力により負荷装置の消費電力を賄うことができるとき、負荷装置の消費電力の制限が禁止される。従って、商用交流電源の電力を使用しなくとも負荷装置の性能を維持することができる。
（４）請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の給電管理装置において、前前記太陽電池の発電量が前記複数の負荷装置の総消費電力量よりも小さく、且つ前記蓄電池の充電レベルが前記基準充電レベルよりも大きいときには、前記複数の負荷装置の総消費電力量が前記第１電力レベルよりも小さい第２電力レベルを超えないように制限されることを要旨とする。
この発明によれば、太陽電池の発電量が負荷装置の消費電力量よりも小さく、且つ蓄電池の充電レベルが基準充電レベルよりも大きいとき、すなわち蓄電池の電力の消費量が多くなる旨予測されるとき、負荷装置の消費電力が第２電力レベルを超えないように制限される。従って、蓄電池の充電レベルが過度に低下することを抑制することができる。また、制限のレベルとして第１電力レベルよりも小さい第２電力レベルを用いているため、充電レベルの低下の抑制をより確実なものとすることができる。
（５）請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の給電管理装置において、前記太陽電池の発電量が前記複数の負荷装置の総消費電力量よりも小さく、且つ前記蓄電池の充電レベルが基準充電レベルよりも小さいときには、前記複数の負荷装置の総消費電力量が前記第２電力レベルよりも小さい第３電力レベルを超えないように制限されることを要旨とする。
この発明によれば、太陽電池の発電量が負荷装置の消費電力量よりも小さく、且つ蓄電池の充電レベルが基準充電レベルよりも小さいとき、すなわち蓄電池の電力の消費量がより多くなる旨予測されるとき、負荷装置の消費電力が第３電力レベルを超えないように制限される。従って、蓄電池の充電レベルが過度に低下することを抑制することができる。また、制限のレベルとして第２電力レベルよりも小さい第３電力レベルを用いているため、充電レベルの低下の抑制をより確実なものとすることができる。
（６）請求項６に記載の発明は、請求項２〜５のいずれか一項に記載の給電管理装置において、前記基準充電レベルとして、前記複数の負荷装置により夜間に消費される夜間電力量に相当するレベルが設定されることを要旨とする。
この発明では、蓄電池の充電レベルが負荷装置により夜間に消費される夜間電力量に相当するレベルよりも小さいとき、負荷装置の消費電力が第１電力レベルを超えないように制限されるため、充電レベルが夜間電力量に相当するレベルよりも過度に低いものとなることを抑制することができる。
（７）請求項７に記載の発明は、請求項２〜６のいずれか一項に記載の給電管理装置において、前記商用交流電源の電力料金を定める時間帯として、前記電力料金が通常料金となる通常時間帯と、前記電力料金が前記通常料金よりも低額となる低額時間帯とが設定されているとき、前記基準充電レベルとして、前記複数の負荷装置により夜間に消費される夜間電力量から前記低額時間帯に使用される低額電力量が差し引かれた電力量に相当するレベルが設定されることを要旨とする。
この発明によれば、負荷装置により夜間に消費される夜間電力量から低額時間帯に使用される低額電力量が差し引かれた電力量に相当するレベルが基準充電レベルとして設定されていることにより、負荷装置により夜間に消費される夜間電力量に相当するレベルが基準充電レベルとして設定される場合と比較して、基準充電レベルは低くなる。これにより、蓄電池の充電レベルが基準充電レベルよりも小さくなる頻度が低くなるため、負荷装置の消費電力が第１電力レベルを超えないように制限される頻度を低減することができる。
（８）請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の給電管理装置において、前記負荷装置の消費電力を制御する時刻が前記低額時間帯にあるときには、前記複数の負荷装置の消費電力の制限レベルは、同低額時間帯以外の時間帯にて行われる前記複数の負荷装置の消費電力の制限レベルよりも緩和されることを要旨とする。
この発明によれば、低額時間帯において消費電力の制限が緩和されることにより、同時間帯においてはこの制限緩和がない場合に比較して、負荷装置の消費電力量が増大する。この場合、その負荷装置への電力供給は商用交流電源と蓄電池から賄われることになり、商用交流電源からの電力供給頻度を増やすことができる。これにより、比較的低コストで、夜間時における負荷装置の使用制限を緩和することができる。
本発明によれば、商用交流電源の電力の使用を抑制することのできる給電管理装置を提供することにある。
本発明の給電管理装置を具体化した一実施形態について、同装置を含む電力供給システムの構成を示すブロック図。 同実施形態の給電管理装置の電力制御装置について、その構造を示す模式図。 同実施形態の電力制御装置により実行される「電力制御処理」について、その処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の電力制御装置により実行される「消費電力制限処理」について、その処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の給電管理装置について、その制御態様の一例を示すタイミングチャート。 同実施形態の電力制御装置により実行される「消費電力制限処理」について、その変形例を示すフローチャート。
図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、本実施形態では、本発明の給電管理装置を電力供給システムの一部として実施した場合を例示している。
図１に示すように、住宅には、宅内に設置された各種機器（照明機器、エアコン、家電、オーディオビジュアル機器等）に電力を供給する電力供給システム１が設けられている。電力供給システム１は、家庭用の商用交流電源（ＡＣ電源）２の電力の他に、太陽光により発電する太陽電池３の電力も各種機器に供給する。電力供給システム１は、直流電源（ＤＣ電源）を入力して動作するＤＣ機器５の他に、商用交流電源２を入力して動作するＡＣ機器６にも電力を供給する。
電力供給システム１には、同システム１の分電盤としてコントロールユニット７及びＤＣ分電盤（直流ブレーカ内蔵）８が設けられている。また、電力供給システム１には、住宅のＤＣ機器５の動作を制御する機器として制御ユニット９及びリレーユニット１０が設けられている。
コントロールユニット７には、交流電力を分岐させるＡＣ分電盤１１が交流系電力線１２を介して接続されている。コントロールユニット７は、ＡＣ分電盤１１を介して商用交流電源２に接続されるとともに、直流系電力線１３を介して太陽電池３に接続されている。コントロールユニット７は、ＡＣ分電盤１１から交流電力を取り込むとともに太陽電池３から直流電力を取り込み、これら電力を機器電源として所定の直流電力に変換する。そして、コントロールユニット７は、この変換後の直流電力を、直流系電力線１４を介してＤＣ分電盤８に出力し、また直流系電力線１５を介して蓄電池１６に出力する。コントロールユニット７は、交流電力を取り込むのみならず、太陽電池３や蓄電池１６の直流電力を交流電力に変換してＡＣ分電盤１１に供給する。コントロールユニット７は、信号線１７を介してＤＣ分電盤８とデータやり取りを実行する。
ＤＣ分電盤８は、直流電力対応の一種のブレーカである。ＤＣ分電盤８は、コントロールユニット７から入力した直流電力を分岐させ、その分岐後の直流電力を、直流系電力線１８を介して制御ユニット９に出力したり、直流系電力線１９を介してリレーユニット１０に出力したりする。また、ＤＣ分電盤８は、信号線２０を介して制御ユニット９とデータのやり取りをしたり、信号線２１を介してリレーユニット１０とデータのやり取りをしたりする。
制御ユニット９には、複数のＤＣ機器５，５が接続されている。これらＤＣ機器５は、直流電力及びデータの両方を搬送する直流供給線路２２を介して制御ユニット９と接続されている。直流供給線路２２は、ＤＣ機器５の電源となる直流電圧に、高周波の搬送波によりデータを電送する通信信号を重畳する、いわゆる電力線搬送通信により、一対の線で電力及びデータの両方をＤＣ機器５に搬送する。制御ユニット９は、直流系電力線１８を介してＤＣ機器５の直流電力を取得し、ＤＣ分電盤８から信号線２０を介して得る動作指令に基づいてＤＣ機器５の動作制御態様について把握する。そして、制御ユニット９は、指示されたＤＣ機器５に直流供給線路２２を介して直流電圧及び動作指令を出力し、ＤＣ機器５の動作を制御する。
制御ユニット９には、宅内のＤＣ機器５の動作を切り換える際に操作するスイッチ２３が直流供給線路２２を介して接続されている。また、制御ユニット９には、例えば赤外線リモートコントローラからの発信電波を検出するセンサ２４が直流供給線路２２を介して接続されている。よって、ＤＣ分電盤８からの動作指示のみならず、スイッチ２３の操作やセンサ２４の検知によっても、直流供給線路２２を通じて送信される通信信号により、ＤＣ機器５が制御される。
リレーユニット１０には、複数のＤＣ機器５，５…がそれぞれ個別の直流系電力線２５を介して接続されている。リレーユニット１０は、直流系電力線１９を介してＤＣ機器５の直流電源を取得し、ＤＣ分電盤８から信号線２１を介して得る動作指令に基づいて、いずれのＤＣ機器５を動作させるのかについて把握する。そして、リレーユニット１０は、指示されたＤＣ機器５に対し、内蔵のリレーにて直流系電力線２５への電源供給をオンオフすることにより、ＤＣ機器５の動作を制御する。また、リレーユニット１０には、ＤＣ機器５を手動操作するための複数のスイッチ２６が接続されており、スイッチ２６の操作によって直流系電力線２５への電源供給をリレーにてオンオフすることにより、ＤＣ機器５が制御される。
ＤＣ分電盤８には、例えば壁コンセントや床コンセントの態様で住宅に建て付けられた直流コンセント２７が直流系電力線２８を介して接続されている。この直流コンセント２７にＤＣ機器５のプラグ（図示略）を差し込めば、同機器に直流電力を直接供給することが可能である。
また、ＡＣ分電盤１１には、例えば商用交流電源２の使用量を遠隔検針可能な電力メータ２９が接続されている。電力メータ２９には、商用交流電源使用量の遠隔検針の機能のみならず、例えば電力線搬送通信や無線通信の機能が搭載されている。電力メータ２９は、電力線搬送通信や無線通信等を介して検針結果を電力会社等に送信する。
電力供給システム１には、宅内の各種機器をネットワーク通信によって制御可能とするネットワークシステム３０が設けられている。ネットワークシステム３０には、同システム３０のコントロールユニットとして宅内サーバ３１が設けられている。宅内サーバ３１は、インターネットなどのネットワークＮを介して宅外の管理サーバ３２と接続されるとともに、信号線３３を介して宅内機器３４に接続されている。また、宅内サーバ３１は、ＤＣ分電盤８から直流系電力線３５を介して取得する直流電力を電源として動作する。
宅内サーバ３１には、ネットワーク通信による宅内の各種機器の動作制御を管理するコントロールボックス３６が信号線３７を介して接続されている。コントロールボックス３６は、信号線１７を介してコントロールユニット７及びＤＣ分電盤８に接続されるとともに、直流供給線路３８を介してＤＣ機器５を直接制御する。コントロールボックス３６には、例えば使用したガス量や水道量を遠隔検針可能なガス／水道メータ３９が接続されるとともに、ネットワークシステム３０の操作パネル４０が接続されている。操作パネル４０には、例えばドアホン子器やセンサやカメラからなる監視機器４１が接続されている。
宅内サーバ３１は、ネットワークＮを介して宅内の各種機器の動作指令を入力すると、コントロールボックス３６に指示を通知して、各種機器が動作指令に準じた動作をとるようにコントロールボックス３６を動作させる。また、宅内サーバ３１は、ガス／水道メータ３９から取得した各種情報を、ネットワークＮを通じて管理サーバ３２に提供可能であるとともに、監視機器４１で異常検出があったことを操作パネル４０から受け付けると、その旨もネットワークＮを通じて管理サーバ３２に提供する。
給電管理装置１００は、太陽電池３と、蓄電池１６と、コントロールユニット７と、電力制御装置７０とにより構成されている。給電管理装置１００は、太陽電池３の発電量及び蓄電池１６の充電レベルＣＬに応じて、ＤＣ機器５の消費電力を制限する。
太陽電池３は、太陽光発電量ＰＷＳを周期的に計測し、信号線５１を介して太陽光発電量ＰＷＳを電力制御装置７０に出力する。なお、太陽光発電量ＰＷＳは、太陽光の強さにより変動するとともに、太陽電池３に加わる負荷によっても変動する。すなわち、太陽電池３に発電余力が十分にあるときでも、太陽電池３に接続されているＤＣ機器５の直流電力総使用量がその太陽電池３の発電量よりも小さいときは、太陽電池３はＤＣ機器５の総消費電力量に応じた分しか発電を行わないようになる。
蓄電池１６は、電力制御装置７０からの要求に応じて充電及び放電する。蓄電池１６は、バックアップレベルＣＬＢと、予備充電レベルＣＬＡ（基準充電レベル）との２つのレベルにより管理される。バックアップレベルＣＬＢは、夜間時の停電や火災等の非常時において電力供給が停止されたときに所定期間電力を賄うために設定される。例えば、バックアップレベルＣＬＢは、非常時において使用される電力量に相当する充電レベルＣＬに設定される。蓄電池１６は、通常、蓄電池１６の充電量がバックアップレベルＣＬＢ以下とならないように、制御されている。
予備充電レベルＣＬＡは、バックアップレベルＣＬＢよりも高い充電レベルに設定されるものであり、夜間時の消費電力を賄うために設定される。例えば、予備充電レベルＣＬＡは、夜間に使用される一晩あたりの電力量に相当する充電レベルＣＬに設定される。蓄電池１６は、周期的に充電レベルＣＬを計測し、信号線５２を介してこの充電レベルＣＬを電力制御装置７０に出力する。
コントロールユニット７には、太陽電池３の電力を低電圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータが設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータにより、太陽電池３による電力が所定の電圧値に変換される。コントロールユニット７は、電力制御装置７０からの要求に応じて、商用交流電源２からの交流を直流に変換し、また太陽電池３や蓄電池１６からの直流を交流に変換する。例えば、ＤＣ機器５の直流使用量（すなわち消費電力量）が、太陽電池３からの太陽光発電量ＰＷＳよりも大きくなり、直流電力が不足しているときは、コントロールユニット７により交流が直流に変換されて、不足している直流電力が賄われる。一方、ＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤが太陽電池３からの太陽光発電量ＰＷＳよりも小さく、太陽電池３の電力が余っているときは、直流が交流に変換される。コントロールユニット７は、交流から直流に変換したＡＣＤＣ電力量、及び直流から交流に変換したＤＣＡＣ電力量を計測し、信号線５３を介してこれら電力量を電力制御装置７０に出力する。
図２に示すように、電力制御装置７０は、演算装置７１と、太陽電池３及びコントロールユニット７及び蓄電池１６等の外部装置と情報通信をする通信部７２と、太陽光発電量格納部７３と、ＡＣＤＣ出力量格納部７４と、蓄電池充電レベル格納部７５と、直流使用量格納部７６と、蓄電池基準値格納部７７と、により構成されている。
通信部７２は、信号線５１〜５３を介して、太陽電池３と、蓄電池１６と、コントロールユニット７から出力される、太陽光発電量ＰＷＳ、充電レベルＣＬ、ＡＣＤＣ電力量、ＤＣＡＣ電力量等の情報を受信する。また同通信部７２は、これら情報を演算装置７１へ出力する。さらに通信部７２は、演算装置７１からの動作指令を蓄電池１６及びコントロールユニット７に送信する。
演算装置７１は、太陽光発電量ＰＷＳを発電量推移データＤＴＡに形成する。発電量推移データＤＴＡは、太陽光発電量ＰＷＳが送られてくる時刻とその時刻における太陽光発電量ＰＷＳとを纏めたデータである。また、演算装置７１は、電力制御処理及び消費電力制限処理を行う。電力制御処理では、太陽電池の太陽光発電量ＰＷＳ及び蓄電池の充電レベルＣＬに応じて、ＤＣ機器５への電力供給源を選択する。消費電力制限処理では、太陽電池の発電量及び蓄電池の充電レベルＣＬに応じて、ＤＣ機器５の消費電力を制限する。
太陽光発電量格納部７３は、発電量推移データＤＴＡ及び一日当りの総発電量ＤＴＢを太陽光発電データＤＴとして記憶する。太陽光発電データＤＴは数年間保持される。ＡＣＤＣ出力量格納部７４は、ＡＣＤＣ電力量及びＤＣＡＣ電力量を記憶する。蓄電池充電レベル格納部７５は、蓄電池１６の充電レベルＣＬを記憶する。直流使用量格納部７６は、直流電力の使用量を記憶する。蓄電池基準値格納部７７は、バックアップレベルＣＬＢと、予備充電レベルＣＬＡとを記憶する。
図３を参照して、電力制御装置７０により実行される「電力制御処理」について、その処理手順を説明する。なお同処理は、電力制御装置７０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
ステップＳ１１０にて、太陽電池３の電力は、優先的に、ＤＣ機器５への電力供給に割り当てられる。すなわち、ＤＣ機器５は、商用交流電源２及び太陽電池３からの電力供給を受けるが、同機器５は優先的に太陽電池３からの電力を消費する。
ステップＳ１２０にて、太陽光発電量ＰＷＳとＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤとが比較される。同ステップＳ１２０にて、太陽光発電量ＰＷＳが直流使用量ＰＷＤよりも大きい旨判定されたとき、すなわち太陽光発電量ＰＷＳが余剰するときは、ステップＳ１３０にて蓄電池１６の充電レベルＣＬが満充電レベルＣＬＣに達しているか否か判定される。
蓄電池１６の充電レベルＣＬが満充電レベルＣＬＣに達していないときは、ステップＳ１４０にて、太陽電池３の電力は、ＤＣ機器５への電力供給に割り当てられるとともに、その余剰電力が蓄電池１６の充電に割り当てられる。このとき、太陽光発電量ＰＷＳは、ＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤと、蓄電池１６への充電量ＰＷＥと総和になっている。
一方、蓄電池１６の充電レベルＣＬが満充電レベルＣＬＣに達しているときは、ステップＳ１５０にて、太陽電池３による電力は、ＤＣ機器５への電力供給に割り当てられる。一方、太陽光発電量ＰＷＳの余剰電力はＤＣ機器５により消費されない。このとき、太陽光発電量ＰＷＳはＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤと等しくなっている。
ステップＳ１２０にて、太陽光発電量ＰＷＳが直流使用量ＰＷＤ以下である旨判定されたときは、ステップＳ１６０にて、蓄電池１６の充電レベルＣＬがバックアップレベルＣＬＢより大きいか否かが判定される。
同ステップＳ１６０にて、肯定判定されるときは、ステップＳ１７０にて、直流使用量ＰＷＤの不足電力に相当する電力量を蓄電池１６から放電する。このとき、太陽光発電量ＰＷＳと蓄電池１６からの放電量ＰＷＦとの総和が、ＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤと等しくなる。
一方、蓄電池１６の充電レベルＣＬがバックアップレベルＣＬＢ以下である旨判定されたときは、ステップＳ１８０にて、直流使用量ＰＷＤの不足電力に相当する電力量の交流を直流に変換して、ＤＣ機器５へ電力を供給する。このとき、太陽光発電量ＰＷＳと、交流から直流に変換されたＡＣＤＣ電力量との総和が、ＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤと等しくなっている。
図４を参照して、電力制御装置７０により実行される「消費電力制限処理」について、その処理手順を説明する。なお同処理は、電力制御装置７０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
ステップＳ２１０にて、太陽電池３による太陽光発電量ＰＷＳとＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤとが比較さる。同ステップＳ２１０にて太陽光発電量ＰＷＳが直流使用量ＰＷＤよりも大きい旨判定されたとき、ステップＳ２２０にて、蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡより大きいか否か判定される。
同ステップＳ２２０にて肯定判定されたときは、ステップＳ２３０にて、ＤＣ機器５の消費電力の電力制限は行われない。すなわち、太陽光発電量ＰＷＳが十分にあり、且つ蓄電池１６には、夜間消費電力を賄うために十分な電力が蓄えられているため、電力制限は行われない。
一方、蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡ以下のときは、ステップＳ２４０にて、ＤＣ機器５の消費電力が第１電力レベルに制限される。例えば、第１電力レベルでは、全てのＤＣ機器５の総消費電力の１０％に相当する電力が制限される。具体的には、全てのＤＣ機器５のうちで使用制限可能なものを選出し、さらに使用制限したときに、総消費電力の１０％に相当する電力の消費が減少するようになるものを予め１個又は複数個特定する。そして、消費電力の制限処理が実行されるときに、電力制御装置７０からリレーユニット１０又は制御ユニット９への動作指令によって特定されたＤＣ機器５への電力供給を遮断する。
ステップＳ２１０にて、太陽光発電量ＰＷＳが直流使用量ＰＷＤ以下である判定されたとき、ステップＳ２５０にて、蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡより大きいか否か判定される。
蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡよりも大きいときは、ステップＳ２６０にて、ＤＣ機器５の消費電力について第２電力レベルに制限される。第２電力レベルは、電力制限度合いが第１電力レベルよりも大きくなるように設定されている。
直流使用量ＰＷＤについて太陽電池３の電力により賄うことができないため、暫くの時間経過後に、充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡ以下になると推定される。このため、第１電力レベルよりも制限量が大きい第２電力レベルにてＤＣ機器５の消費電力を制限して、充電レベルＣＬの低減を緩和させている。第２電力レベルでは、例えば、ＤＣ機器５の総消費電力の２０％に相当する電力が制限される。
一方、蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡ以下となるときは、ステップＳ２７０にて、ＤＣ機器５の消費電力について、第２電力レベルよりも制限量が大きい第３電力レベルに制限される。すなわち、直流使用量ＰＷＤについて太陽電池３による電力により賄うことができず、且つ、充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡ以下であることから、暫くの時間経過後に、充電レベルＣＬがバックアップレベルＣＬＢ以下になると推定される。このため、第２電力レベルよりも電力制限量が大きい第３電力レベルにて、ＤＣ機器５の消費電力がさらに制限される。第３電力レベルでは、例えば、ＤＣ機器５の総消費電力の３０％に相当する電力が制限される。
図５を参照して、給電管理装置の制御態様の一例について説明する。
時刻ｔ１のとき、すなわち深夜において、太陽光発電量ＰＷＳが直流使用量ＰＷＤ以下であり且つ蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡよりも小さいとき、ＤＣ機器５の消費電力について、第３電力レベルに制限される。
ここで太陽電池３による発電は行われない一方、ＤＣ機器５の待機電力が使用されるため、直流使用量ＰＷＤが太陽光発電量ＰＷＳよりも大きくなる。また、蓄電池１６の充電レベルＣＬはバックアップレベルＣＬＢになっている。蓄電池１６の充電レベルＣＬをバックアップレベルＣＬＢに維持するために商用交流電力が使用される。このとき、ＤＣ機器５の消費電力は第３電力レベルに制限される。深夜においては、使用されるＤＣ機器５が少ないため、実質的には、ＤＣ機器５の駆動が制限されることは殆どない。
その後、太陽の上昇とともに太陽光発電量ＰＷＳが増大する。一方、ＤＣ機器５の消費電力も増大するため、太陽電池３の発電開始から暫くの間は、太陽光発電量ＰＷＳはＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤよりも小さい状態で推移する。
時刻ｔ２のとき、すなわち太陽光発電量ＰＷＳがＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤより大きくなり、且つ蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡよりも小さいとき、太陽光発電量ＰＷＳが余ることになるため、蓄電池１６への充電が開始される。このとき、ＤＣ機器５の消費電力は第１電力レベルに制限されている。
時刻ｔ３のとき、すなわち太陽光発電量ＰＷＳがＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤより大きく、且つ蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡよりも大きくなったとき、ＤＣ機器５の消費電力についての制限は解除される。このとき、全てのＤＣ機器５を駆動させることができる。
時刻ｔ４のとき、すなわち蓄電池１６の充電レベルＣＬが満充電レベルＣＬＣに達したとき、太陽光発電量ＰＷＳは、ＤＣ機器５の総電力消費量と一致することになる。すなわち、同図（Ａ）の示されるように、太陽電池３は２点鎖線に沿って発電することができると推定される。ところが、太陽電池３に接続されているＤＣ機器５の総電力消費量が発電可能な太陽光発電量ＰＷＳよりも小さいため、実際の太陽光発電量ＰＷＳはＤＣ機器５の負荷と応じた値となっている。このとき、発電可能な太陽光発電量ＰＷＳから実際の太陽光発電量ＰＷＳを差し引いた電力が結局のところ放電されていると考えられる。
その後、太陽の下降とともに太陽光発電量ＰＷＳが徐々に低下する。太陽光発電量ＰＷＳが直流使用量ＰＷＤより大きい間は、太陽電池３の電力によりＤＣ機器５の使用電力が賄われるため、蓄電池１６の放電は行われない。そのため、この間、蓄電池１６の充電レベルＣＬは満充電レベルＣＬＣに維持される。
時刻ｔ５のとき、すなわち、太陽光発電量ＰＷＳがＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤより小さくなったとき、ＤＣ機器５への供給電力が不足するため、蓄電池１６から放電が開始される。一方、ＤＣ機器５の消費電力については第２電力レベルに制限される。この制限がない場合と比べて蓄電池１６からの放電が抑制されるため、蓄電池１６の充電レベルＣＬの低下が抑制される。
その後、太陽光発電量ＰＷＳが減少し、且つ蓄電池１６の充電レベルＣＬが低下する。そして、夜間では、太陽電池３の発電が行われないため、蓄電池１６の放電がさらに進行する。
時刻ｔ６のとき、すなわち太陽光発電量ＰＷＳがＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤより小さく且つ蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡ以下となったとき、ＤＣ機器５の消費電力について、第３電力レベルに制限される。
すなわち、この時点においては、太陽電池３による発電力がＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤよりも小さくなり、且つ、蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡ以下となるため、ＤＣ機器５の消費電力に対する制限が第２電力レベルから第３電力レベルに引き上げられる。
時刻ｔ７のとき、すなわち蓄電池１６の充電レベルＣＬがバックアップレベルＣＬＢとなったときは、蓄電池１６からの放電が禁止される。一方、蓄電池１６の充電レベルＣＬを維持するために、電力の不足分は商用交流電源２からの電力により賄われる。
本実施形態の給電管理装置１００によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、電力を創出する太陽電池３の発電量と電力を消費するＤＣ機器５の消費電力量とを比較結果すなわ余剰電力量と、太陽電池３の発電に基づいて蓄電される蓄電池１６の充電レベルＣＬとに基づいて、ＤＣ機器５の消費電力レベルが制御されている。
この構成によれば、太陽エネルギの創出状況及び備蓄状況に応じてＤＣ機器５の消費電力量が制限されるため、消費電力量を自動的且つ最適に制御することができる。
（２）本実施形態では、太陽電池３の発電量がＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤよりも大きいときには、ＤＣ機器５及び蓄電池１６に供給される。太陽電池３の発電量がＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤよりも小さいときには、ＤＣ機器５に供給される。蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡよりも小さいときには、ＤＣ機器５の消費電力が第１電力レベルを超えないように制限される。
この構成によれば、太陽電池３の発電量がＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤよりも小さいときにはＤＣ機器５に供給される。太陽電池３の発電量がＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤよりも大きいときには、ＤＣ機器５及び蓄電池１６に供給される。蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡよりも小さいときには、ＤＣ機器５の消費電力が第１電力レベルを超えないように制限される。これにより、ＤＣ機器５の消費電力量を自動的且つ最適に低減することができる。この結果、この結果、商用交流電源２の電力の使用を抑制することができる。
（３）本実施形態では、太陽電池３の発電量がＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤよりも大きく、且つ蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡよりも大きいときには、ＤＣ機器５の消費電力の制限が行われない。
この構成によれば、太陽電池３の発電量がＤＣ機器５の消費電力よりも大きく、且つ蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡよりも大きいとき、すなわち太陽電池３及び蓄電池１６の電力によりＤＣ機器５の消費電力を賄うことができるとき、ＤＣ機器５の消費電力の制限が禁止される。従って、商用交流電源２の電力を使用しなくともＤＣ機器５の性能を維持することができる。
（４）本実施形態では、太陽電池３の発電量がＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤよりも小さく、且つ蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡよりも大きいときには、ＤＣ機器５の消費電力が第１電力レベルよりも小さい第２電力レベルを超えないように制限される。
この構成によれば、太陽電池３の発電量がＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤよりも小さく、且つ蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡよりも大きいとき、すなわち蓄電池１６の電力の消費量が多くなる旨予測されるとき、ＤＣ機器５の消費電力が第２電力レベルを超えないように制限される。従って、蓄電池１６の充電レベルＣＬが過度に低下することを抑制することができる。また、制限のレベルとして第１電力レベルよりも小さい第２電力レベルを用いているため、充電レベルＣＬの低下の抑制をより確実なものとすることができる。
（５）本実施形態では、太陽電池３の発電量がＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤよりも小さく、且つ蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡよりも小さいときには、ＤＣ機器５の消費電力が第２電力レベルよりも小さい第３電力レベルを超えないように制限される。
この構成によれば、太陽電池３の発電量がＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤよりも小さく、且つ蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡよりも小さいとき、すなわち蓄電池１６の電力の消費量がより多くなる旨予測されるとき、ＤＣ機器５の消費電力が第３電力レベルを超えないように制限される。従って、蓄電池１６の充電レベルＣＬが過度に低下することを抑制することができる。また、制限のレベルとして第２電力レベルよりも小さい第３電力レベルを用いているため、充電レベルＣＬの低下の抑制をより確実なものとすることができる。なお、上記実施形態では、第３電力レベルとしてＤＣ機器５の総消費電力の３０％に相当する電力が制限するとしているが、この制限に代えて、ＤＣ機器５の使用を停止させてもよい。
（６）本実施形態では、予備充電レベルＣＬＡとして、ＤＣ機器５により夜間に消費される夜間電力量に相当するレベルが設定される。この構成によれば、蓄電池１６の充電レベルＣＬがＤＣ機器５により夜間に消費される夜間電力量に相当するレベルよりも小さいとき、ＤＣ機器５の消費電力が第１電力レベルを超えないように制限されるため、充電レベルＣＬが夜間電力量に相当するレベルよりも過度に低いものとなることを抑制することができる。
（その他の実施形態）
本発明の給電管理装置の実施態様は、上記実施形態に例示した内容に限定されるものではなく、例えば以下のように変更して実施することもできる。また、以下の各変形例は、上記実施形態についてのみ適用されるものでなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。
・上記実施形態では、消費電力制限処理において消費電力を制限する場合に、ＤＣ機器５の総消費電力に対する割合によってその制限を行っているが、このような制限に代えて、ＤＣ機器５の総消費電力に対して数量的に制限を行ってもよい。例えば、ＤＣ機器５の総直流使用量について、その最大直流使用量から第１電力レベルでは２００Ｗ、第２電力レベルでは４００Ｗ、第３電力レベルでは６００Ｗの電力を減ずることにより、使用電力の制限を行ってもよい。
・上記実施形態では、予備充電レベルＣＬＡは、夜間時において使用される一晩あたりの電力量に相当する充電レベルＣＬとして設定されているが、これに代えて、季節毎に設定を変更してもよい。例えば、春季や秋季は、予備充電レベルＣＬＡが夏季や冬季よりも低く設定する。この設定値は、タッチパネル等のインターフェイスを介して設定の変更を可能とする。
・また、予備充電レベルＣＬＡについては、夜間時において使用される一晩あたりの電力量だけを基準とするのではなく、蓄電池１６の最大容量を考慮して、設定してもよい。例えば、蓄電池１６の容量がＤＣ機器５の夜間時使用量よりも十分に大きい場合は、夜間時において使用される一晩あたりの電力量よりも高いレベルに予備充電レベルＣＬＡが設定される。このような設定によれば、夜間時に電力不足時に商用交流電源２から電力供給を受ける頻度を抑制することができる。
・また、蓄電池１６の容量が夜間時使用量よりも小さい場合は、夜間時において使用される一晩あたりの電力量よりも低いレベルに予備充電レベルＣＬＡを設定してもよい。このような設定によれば、蓄電池１６の容量が小さい場合でも、適宜、ＤＣ機器５の電力消費を制限することができる。
・予備充電レベルＣＬＡについては、夜間時において使用される一晩あたりの電力量だけを基準とするのではなく、電力料金の低額時間帯である場合は、次のように設定してもよい。すなわち、予備充電レベルＣＬＡは、ＤＣ機器５が夜間に消費する夜間電力量から低額時間帯に使用される電力量を差し引いた電力量と同等レベルに設定する。
この構成によれば、蓄電池１６の充電レベルＣＬは、ＤＣ機器５が夜間に消費する夜間電力量から低額時間帯に使用される電力量を差し引いた電力量に相当するレベルを基準として、ＤＣ機器５の消費電力の制限が行われるようになる。従って、低額時間帯の電力を有効に活用することによって、太陽電池３による発電量のうち、蓄電池１６への充電に割り当てられる電力を小さくすることができるため、ＤＣ機器５への電力供給を増大させることができる。
・商用交流電源の電力料金を定める時間帯として、電力料金が通常料金となる通常時間帯と、電力料金が通常料金よりも低額となる低額時間帯とが設定されている場合がある。そこで、図６に示すように、消費電力制限処理のステップＳ２５０以降の処理において、当該処理時刻が、電力料金の低額時間帯であるか否かの結果に基づいて制限レベルを変更してもよい。すなわち、商用交流電源２からの電力は時間帯よって料金が異なっているため、低額時間帯において消費電力量の制限度合いを変更することにより、商用交流電源２からの電力を有効に利用される。なお、図６は、図４の２点鎖線で囲った部分の変形例を示し、同処理については同符号を付している。
具体的には次の処理が実行される。すなわち、ステップＳ２５０にて、蓄電池１６の充電レベルＣＬが予備充電レベルＣＬＡ以下となるときは、ステップＳ２５１にて、その処理時刻が低額時間帯であるか否か判定される。処理時刻が、電力料金の低額時間帯ではないとき、すなわち通常料金時間帯であるときは、ステップＳ２６１にて、ＤＣ機器５の消費電力について第３電力レベルに制限される。すなわち、電力料金が通常料金であるため、比較的高いレベルでＤＣ機器５の消費電力について制限される。一方、処理時刻が、電力料金の低額時間帯であるときは、ステップＳ２６２にて、ＤＣ機器５の消費電力について、第２電力レベルよりも電力制限量が大きく且つ第３電力レベルよりも小さい値に制限される。すなわち、電力料金が低料金であるため、比較的高いレベルでＤＣ機器５の消費電力制限が緩和され、商用交流電源からの電力の使用が促進される。これにより、比較的低コストで、夜間時におけるＤＣ機器５の使用制限を緩和することができる。
・上記実施形態では、電力制御処理において、太陽電池３による太陽光発電量ＰＷＳがＤＣ機器５の直流使用量ＰＷＤよりも大きくなっており且つ蓄電池１６が満充電レベルＣＬＣになっているときは、太陽電池３の余剰電力は棄てられるようになっている。このような場合、この余剰電力をコントロールユニット７により直流から交流に変換して、ＡＣ機器６に電力を供給してもよい。このような直流交流供給制御を行うとき、コントロールユニット７は一種のＤＣ機器５とみなされる。このときコントロールユニット７による直流から交流への電力変換量が直流使用量ＰＷＤとして扱われるようになる。
・上記実施形態では、電力制御処理において、特定のＤＣ機器５の消費電力を制限しているが、このような制限に代えて、全てのＤＣ機器５について一律に消費電力の使用量を制限するようにしてもよい。また、所定の電力レベルに制限する場合において、特定のＤＣ機器５を設定するのではなく、各ＤＣ機器５について使用の優先順位を設定してその優先順位の低い順から、その消費電力の制限を加えるようにしてもよい。
１…電力供給システム、２…商用交流電源、３…太陽電池、５…ＤＣ機器、６…ＡＣ機器、７…コントロールユニット、８…ＤＣ分電盤、９…制御ユニット、１０…リレーユニット、１１…ＡＣ分電盤、１２…交流系電力線、１３、１４、１５、１８、１９、２５、２８、３５…直流系電力線、１６…蓄電池、１７、２０、２１、３３、３７、５１、５２、５３…信号線、２２、３８…直流供給線路、２３、２６…スイッチ、２４…センサ、２７…直流コンセント、２９…電力メータ、３０…ネットワークシステム、３１…宅内サーバ、３２…管理サーバ、３４…宅内機器、３６…コントロールボックス、３９…ガス／水道メータ、４０…操作パネル、４１…監視機器、７０…電力制御装置、７１…演算装置、７２…通信部、７３…太陽光発電量格納部、７４…ＡＣＤＣ出力量格納部、７５…蓄電池充電レベル格納部、７６…直流使用量格納部、７７…蓄電池基準値格納部、１００…給電管理装置。

Claims (8)

  1. 太陽電池と商用交流電源と蓄電池とを備え、前記太陽電池の電力により前記蓄電池を充電し、前記太陽電池と前記商用交流電源と前記蓄電池との少なくとも１つの電力を複数の負荷装置に供給する給電管理装置において、
    前記太陽電池の発電量と前記複数の負荷装置の総消費電力量と大きさの比較結果及び前記蓄電池の容量に対する充電割合を示す充電レベルの大きさに基づいて、前記複数の負荷装置の総消費電力の所定割合に相当する電力の消費が減少するように、前記負荷装置の消費電力レベルが制御される
    ことを特徴とする給電管理装置。
  2. 請求項１に記載の給電管理装置において、
    前記太陽電池の電力が前記商用交流電源の電力よりも優先して前記負荷装置及び前記蓄電池に供給され、
    前記太陽電池の発電量が前記複数の負荷装置の総消費電力量よりも大きく、且つ前記蓄電池の充電レベルが基準充電レベルよりも小さいときには、前記複数の負荷装置の総消費電力が第１電力レベルを超えないように制限される
    ことを特徴とする給電管理装置。
  3. 請求項２に記載の給電管理装置において、
    前記太陽電池の発電量が前記複数の負荷装置の総消費電力量よりも大きく、且つ前記蓄電池の充電レベルが前記基準充電レベルよりも大きいときには、前記負荷装置の消費電力の制限が行われない
    ことを特徴とする給電管理装置。
  4. 請求項２または３に記載の給電管理装置において、
    前記太陽電池の発電量が前記複数の負荷装置の総消費電力量よりも小さく、且つ前記蓄電池の充電レベルが前記基準充電レベルよりも大きいときには、前記複数の負荷装置の総消費電力量が前記第１電力レベルよりも小さい第２電力レベルを超えないように制限される
    ことを特徴とする給電管理装置。
  5. 請求項４に記載の給電管理装置において、
    前記太陽電池の発電量が前記複数の負荷装置の総消費電力量よりも小さく、且つ前記蓄電池の充電レベルが基準充電レベルよりも小さいときには、前記複数の負荷装置の総消費電力量が前記第２電力レベルよりも小さい第３電力レベルを超えないように制限される
    ことを特徴とする給電管理装置。
  6. 請求項２〜５のいずれか一項に記載の給電管理装置において、
    前記基準充電レベルとして、前記複数の負荷装置により夜間に消費される夜間電力量に相当するレベルが設定される
    ことを特徴とする給電管理装置。
  7. 請求項２〜６のいずれか一項に記載の給電管理装置において、
    前記商用交流電源の電力料金を定める時間帯として、前記電力料金が通常料金となる通常時間帯と、前記電力料金が前記通常料金よりも低額となる低額時間帯とが設定されているとき、前記基準充電レベルとして、前記複数の負荷装置により夜間に消費される夜間電力量から前記低額時間帯に使用される低額電力量が差し引かれた電力量に相当するレベルが設定される
    ことを特徴とする給電管理装置。
  8. 請求項７に記載の給電管理装置において、
    前記負荷装置の消費電力を制御する時刻が前記低額時間帯にあるときには、前記複数の負荷装置の消費電力の制限レベルは、同低額時間帯以外の時間帯にて行われる前記複数の負荷装置の消費電力の制限レベルよりも緩和される
    ことを特徴とする給電管理装置。
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