JP5596934B2 - 自立運転用給電装置及びそれを用いる系統連系システム - Google Patents

Description

本発明は、自立運転用給電装置及びそれを用いる系統連系システムに関するものである。

近年、地球温暖化対策のため化石燃料の代替エネルギーとして再生可能エネルギーの導入が図られており、一般家庭においても、屋根に設置した太陽電池パネルの出力を交流に変換し、商用交流電源と系統連系運転を行う太陽光発電システムが普及しつつある（例えば特許文献１参照）。

図４（ａ）は、太陽電池パネルを分散電源として備えた従来の系統連系システムのシステム構成図である。このシステムは、住宅の屋根に設置される太陽電池パネル１と、太陽電池パネル１により発電された直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ２と、住宅用分電盤５とを備えており、パワーコンディショナ２は住宅内、例えば壁の上側位置に設置されている。

住宅用分電盤５には、商用交流電源ＡＣに接続される主幹ブレーカ５１と、主幹ブレーカ５１の二次側の幹線５３に接続される複数の分岐ブレーカ５２とが収納されている。

パワーコンディショナ２は、図４（ｂ）に示すように、太陽電池パネル１の出力を交流電力に変換するインバータ回路２１と、インバータ回路２１の出力と幹線５３との間に設けられた解列開閉器２２と、器体２ａの側面に配設され自立運転時にインバータ回路２１から供給される交流電力を電気機器８に給電する自立運転用コンセント２３と、インバータ回路２１の出力と自立運転用コンセント２３との間に設けられた自立運転用ブレーカ２４と、パワーコンディショナ２の運転モードを系統連系運転又は自立運転の何れかに切り替える切替スイッチ（ＳＷ）２５と、切替スイッチ２５の設定に応じて解列開閉器２２、自立運転用ブレーカ２４のオン／オフを切り替えることで運転モードの切り替えを行う運転モード切替回路２６と、器体２ａの前面に設けられたＬＥＤや液晶ディスプレイからなり、太陽電池パネル１による発電状況や運転モード（系統連系運転モード又は自立運転モード）等を表示する状態表示部２７とを備えている。

ここで、切替スイッチ２５を用いて運転モードが系統連系運転モードに切り替えられると、運転モード切替回路２６は、解列開閉器２２をオン、自立運転用ブレーカ２４をオフさせて、インバータ回路２１の出力を幹線５３に接続させており、分散電源が商用交流電源に系統連系される。

一方、商用交流電源ＡＣの停電時などにパワーコンディショナ２を自立運転モードで動作させる場合、ユーザが切替スイッチ２５を用いて運転モードを自立運転モードに切り替える操作を行うと、運転モード切替回路２６は、切替スイッチ２５からの切替信号に応じて、解列開閉器２２をオフさせることで分散電源を商用電力系統から系統分離するとともに、自立運転用ブレーカ２４をオンさせてインバータ回路２１の出力を自立運転用コンセント２３に供給する。この時、状態表示部２７はパワーコンディショナ２の運転モードが自立運転モードに切り替えられたことを表示しており、この表示を確認したユーザが所望の電気機器８を自立運転用コンセント２３に接続すると、インバータ回路２１の出力が自立運転用コンセント２３に接続された電気機器８に供給される。尚、図４（ａ）中の点線ａは系統連系運転時の発電電力の流れを、一点鎖線ｂは自立運転時の発電電力の流れを夫々示している。

ところで、図４の系統連系システムではパワーコンディショナ２が宅内に設置されているが、パワーコンディショナ２が宅外に設置された系統連系システムもあり、そのシステム構成図を図５（ａ）に示す。この系統連系システムでは、パワーコンディショナ２が宅外に設置されているため、自立運転モードにおいて電気機器８に給電するための自立運転用コンセント６や、太陽電池パネル１の発電状況などを液晶ディスプレイＬＣＤや発光ダイオードＬＤにより表示する表示部７ａを備えた発電モニタ７がパワーコンディショナ２とは別体に設けられて、宅内に設置されている。発電モニタ７とパワーコンディショナ２との間では例えばＲＳ４８５などのシリアル通信によりデータ通信を行っており、パワーコンディショナ２から送られた発電状況などの情報が発電モニタ７に表示される。また、発電モニタ７にはパワーコンディショナ２の運転モードを系統連系運転又は自立運転の何れかに切り替える切替スイッチ（ＳＷ）７ｂが設けられている。

一方、パワーコンディショナ２は、図５（ｂ）に示すように、太陽電池パネル１の出力を交流電力に変換するインバータ回路２１と、インバータ回路２１の出力と幹線５３との間に設けられた解列開閉器２２と、インバータ回路２１の出力と自立運転用コンセント６との間に設けられた自立運転用ブレーカ２４と、発電モニタ７に設けられた切替スイッチ７ｂの設定に応じて解列開閉器２２、自立運転用ブレーカ２４のオン／オフを切り替えることで運転モードの切り替えを行う運転モード切替回路２６と、太陽電池パネル１の発電状況や運転状態などの情報を発電モニタ７に出力して発電モニタ７に表示させる動作情報出力回路２８とを備えている。

ここで、発電モニタ７に設けられた切替スイッチ７ｂを用いて運転モードが系統連系運転モードに切り替えられると、運転モード切替回路２６が、切替スイッチ７ｂから入力される切替信号に応じて解列開閉器２２をオン、自立運転用ブレーカ２４をオフさせて、インバータ回路２１の出力を幹線５３に接続させており、分散電源が商用交流電源に系統連系される。

一方、商用交流電源ＡＣの停電時などにパワーコンディショナ２を自立運転モードで動作させる場合、ユーザが切替スイッチ７ｂを用いて運転モードを自立運転モードに切り替える操作を行うと、運転モード切替回路２６が、切替スイッチ７ｂからの切替信号に応じて、解列開閉器２２をオフさせることで分散電源を商用電力系統から系統分離するとともに、自立運転用ブレーカ２４をオンさせて、インバータ回路２１の出力を自立運転用コンセント６に供給する。この時、発電モニタ７の表示部７ａは、動作情報出力回路２８から入力された運転モードの情報に基づいて、パワーコンディショナ２の運転モードが自立運転モードに切り替えられたことを表示する。そして、この表示を確認したユーザが所望の電気機器８を自立運転用コンセント６に接続すると、インバータ回路２１の出力が自立運転用コンセント６に接続された電気機器８に供給される。

特開２００１−１２４８１４号公報

上述した前者の系統連系システムに用いられるパワーコンディショナ２は、天井付近の高所に設置されることが多いため、このようなパワーコンディショナ２に、自立運転用コンセント２３や切替スイッチ２５が設けられている場合、運転モードを系統連系運転モード又は自立運転モードの何れかに切り換える操作や、自立運転用コンセント２３に電気機器８のプラグを接続する作業がやりにくいという問題があった。また自立運転用コンセント２３が高所にあるため、この自立運転用コンセント２３に接続される電気機器８の置き場所に困るという問題もあった。

また上述した後者の系統連系システムでは、パワーコンディショナ２が宅外に設置されているので、パワーコンディショナ２と別に設けた自立運転用コンセント６及び切替スイッチ７ｂが宅内に設置されており、自立運転用コンセント６は、一般的なコンセントと同様に、壁面において床に近い高さ位置に設置されるのに対して、切替スイッチ７ｂを有する発電モニタ７は視認性を考慮して人の目線位置より若干低い高さ位置に設置されている。したがって、自立運転用コンセント６と、発電モニタ７の切替スイッチ７ｂとが離れた場所に設置されることになり、自立運転用コンセント６から給電させるために、系統連系運転モードから自立運転モードに切り換える切替スイッチ７ｂが何処にあるのかが分かりにくいという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、運転モードを切り替える操作や、自立運転用コンセントに負荷を接続する作業を容易に行えるとともに、運転モードを切り替えるスイッチと自立運転用コンセントとの対応関係が容易に理解できる自立運転用給電装置及びそれを用いる系統連系システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、分散電源から供給される直流電力を交流に変換する電力変換部と、商用交流電源に接続された幹線と電力変換部との間に挿入される解列開閉器と、自立運転時に給電される負荷と電力変換部との間に挿入される自立運転用ブレーカと、外部から入力されるモード切替信号に応じて解列開閉器及び自立運転用ブレーカをそれぞれ開閉させることで系統連系運転と自立運転との切替を行う運転モード切替回路とを備えた系統連系システムに用いられ、切替操作に応じてオン／オフが切り替わる接点部を備えた切替スイッチを有し、接点部の接点信号を、運転モードを系統連系運転モード又は自立運転モードの何れかに選択的に切り替えるモード切替信号として、運転モード切替回路に出力する運転モード切替操作部と、電力変換部から自立運転用ブレーカを介して供給される電力を負荷に給電するための自立運転用コンセント部と、切替スイッチと自立運転用コンセント部とが共に取り付けられ、切替スイッチ及び自立運転用コンセント部を造営材に埋込配設するために用いられる取付枠とを備えて、電力変換部と解列開閉器と自立運転用ブレーカと運転モード切替回路とを有するパワーコンディショナとは別体に設けられたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、自立運転用コンセント部に、通電中か否かを表示する通電表示手段が設けられたことを特徴とする。

請求項３の発明は系統連系システムであって、上記電力変換部と上記解列開閉器と上記自立運転用ブレーカと上記運転モード切替回路とを有するパワーコンディショナと、請求項１又は２の何れか１項に記載の自立運転用給電装置とを具備することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、自立運転用給電装置が、運転モード切替操作部と自立運転用コンセント部とを両方共に備えているので、系統連系運転モード又は自立運転モードの何れかに運転モードを切り替えるために操作する運転モード切替操作部と、自立運転時に通電される自立運転用コンセント部の対応関係が理解しやすい自立運転用給電装置を提供できるという効果がある。しかも、自立運転用給電装置は、電力変換部や解列開閉器と別に設けられているので、電力変換部や解列開閉器を備えるパワーコンディショナが壁の上方位置に設置される場合でも、自立運転用給電装置を人の手が届く高さ位置に設置することができ、運転モード切替操作部を用いて運転モードを切り換える操作や、自立運転用コンセント部に負荷の電気機器を接続する作業を容易に行えるという効果がある。

請求項２の発明によれば、通電表示手段の表示から、自立運転用コンセント部に通電されているか否かを容易に判別できるという効果がある。

請求項３の発明によれば、自立運転用給電装置が、運転モード切替操作部と自立運転用コンセント部とを両方共に備えているので、系統連系運転モード又は自立運転モードの何れかに運転モードを切り替えるために操作する運転モード切替操作部と、自立運転時に通電される自立運転用コンセント部との対応関係が理解しやすい系統連系システムを実現できる。しかも、自立運転用給電装置は、電力変換部や解列開閉器を備えるパワーコンディショナと別体に設けられているので、パワーコンディショナが壁の上方位置に設置される場合でも、自立運転用給電装置を人の手が届く高さ位置に設置することができ、運転モード切替操作部を用いて運転モードを切り換える操作や、自立運転用コンセント部に負荷の電気機器を接続する作業を容易に行える系統連系システムを実現できるという効果がある。

本実施形態の自立運転用給電装置が用いられる系統連系システムのブロック図である。 同上が用いられる系統連系システムのシステム構成図である。 （ａ）は同上を取付枠に取り付けた状態の正面図、（ｂ）は取付枠の斜視図である。 従来の系統連系システムを示し、（ａ）はシステム構成図、（ｂ）はパワーコンディショナのブロック図である。 従来の別の系統連系システムを示し、（ａ）はシステム構成図、（ｂ）はパワーコンディショナのブロック図である。

以下に、本発明の技術思想を、分散電源として太陽電池パネルを用いる系統連系システムに適用した実施形態について図面を参照して説明する。

図２は系統連系システムの概略的なシステム構成図であり、本システムは、例えば住宅の屋根ＲＦに設置される太陽電池パネル１と、パワーコンディショナ２と、自立運転用給電装置Ａと、住宅用分電盤５とを備えている。

住宅用分電盤５は、図１に示すように、商用交流電源ＡＣに接続される主幹ブレーカ５１と、主幹ブレーカ５１の二次側の幹線５３に接続される複数の分岐ブレーカ５２とを備えている。

またパワーコンディショナ２は、図１に示すように、運転モードの切替などの全体的な制御を行う制御部２０（運転モード切替回路）と、太陽電池パネル１の出力を交流電力に変換するインバータ回路２１（電力変換部）と、インバータ回路２１の出力と幹線５３との間に設けられた解列開閉器２２と、インバータ回路２１の出力と自立運転用給電装置Ａとの間に設けられた自立運転用ブレーカ２４とを備えている。

制御部２０は、自立運転用給電装置Ａから入力されるモード切替信号に応じて、解列開閉器２２及び自立運転用ブレーカ２４をそれぞれ開閉させることで系統連系運転と自立運転との切替を行うものである。ここで、系統連系運転に切り替えるモード切替信号が入力された場合、制御部２０は解列開閉器２２をオン、自立運転用ブレーカ２４をオフさせて、分散電源である太陽電池パネル１を商用交流電源に系統連系させる。また商用交流電源ＡＣの停電時などに自立運転に切り替えるモード切替信号が制御部２０に入力された場合、制御部２０は解列開閉器２２をオフさせて、分散電源を商用電力系統から系統分離するとともに、自立運転用ブレーカ２４をオンさせて自立運転用給電装置Ａに給電を行う。

自立運転用給電装置Ａは、図１〜図３に示すように運転モード切替操作部としての切替スイッチ３と、自立運転用コンセント部としてのコンセント４とで構成される。

切替スイッチ３は、器体の前面に揺動自在に配置された操作ハンドル３１と、操作ハンドル３１の揺動操作に応じてオン／オフする接点部３２とを備え、接点部３２の接点信号が制御部２０に入力される。

コンセント４は器体４０の前面に、電気機器８の備えるプラグ８ａが差込接続されるプラグ接続部４１を一口備えている。プラグ接続部４１は、器体４０の前面に開口してプラグ８ａの栓刃がそれぞれ挿入される一対の栓刃挿入口４２と、栓刃挿入口４２を通して器体４０内部に挿入される栓刃を受ける一対の刃受部材４３とで構成される。そして、器体４０の内部には、一対の刃受部材４３の間に接続される抵抗ＲとネオンランプＬとの直列回路が収納されており、ネオンランプＬの発光部は器体４０の前面に露設されている。

これら切替スイッチ３及びコンセント４は共通の取付枠６０を用いて造営材に埋込配設される。取付枠６０は、埋込型の配線器具を造営材に埋込配設するために用いられ、図３（ｂ）に示すように矩形枠状に形成され、長手方向に沿う左右の側片６１には配線器具を取り付けるための器具取付孔６２が３組ずつ設けられている。また取付枠６０の長手方向において対向する取付片６３には、図示しない埋込ボックスに取り付けるためのボックスねじ用の長孔６４と、壁を構成する石膏ボードなどに取り付けるための従来周知のはさみ金具（図示せず）が取着される取着孔６５と、前面に化粧プレート７０を取り付けるためのプレートねじ用のねじ孔６６とが設けられている。

取付枠６０には、単位寸法に形成された埋込型の配線器具が３個まで取付可能であり、切替スイッチ３の器体は単位寸法の１個分の大きさ（１個モジュール寸法）、コンセント４の器体は単位寸法の２個分の大きさ（２個モジュール寸法）にそれぞれ形成されているので、切替スイッチ３とコンセント４とを共通の取付枠６０を用いて埋込配設することが可能である。

ここで、ユーザが切替スイッチ３の操作ハンドル３１を系統連系運転側に切り替える操作を行うと、操作ハンドル３１の操作に応じて接点部３２がオン又はオフされ、運転モードを系統連系運転モードに切り替える接点信号がパワーコンディショナ２に入力される。このとき、制御部２０は、切替スイッチ３からの接点信号に応じて解列開閉器２２をオン、自立運転用ブレーカ２４をオフさせて、インバータ回路２１の出力を幹線５３に接続し、太陽電池パネル１からなる分散電源を商用電源系統に系統連系させる。

一方、ユーザが切替スイッチ３の操作ハンドル３１を自立運転側に切り替える操作を行うと、操作ハンドル３１の操作に応じて接点部３２がオフ又はオンされ、運転モードを自立運転モードに切り替える接点信号がパワーコンディショナ２に入力される。このとき、制御部２０は、切替スイッチ３からの接点信号に応じて解列開閉器２２をオフさせるとともに、自立運転用ブレーカ２４をオンさせており、分散電源が商用電源系統から系統分離され、コンセント４に給電される。ここで、インバータ回路２１の出力がコンセント４に供給されると、抵抗Ｒを介してネオンランプＬに電流が流れ、ネオンランプＬが点灯するので、ユーザはネオンランプＬの点灯状態からコンセント４に通電されたことを確認できる。そして、ユーザが所望の電気機器８のプラグ８ａをコンセント４のプラグ接続部４１に接続すると、太陽電池パネル１で発電されインバータ回路２１で交流に変換された電力が電気機器８に供給されるので、例えば停電などの異常で商用電源系統から受電できない場合でも、自立運転用のコンセント４に接続された電気機器８を動作させることができる。

以上説明したように自立運転用給電装置Ａは、運転モード切替操作部としての切替スイッチ３と、自立運転用コンセント部としてのコンセント４とを両方共に備えているので、、系統連系運転モードから自立運転モードに切り替えるために操作する切替スイッチ３と、自立運転時に通電されるコンセント４との対応関係が容易に理解できる。すなわち、自立運転時にコンセント４から給電させるために、どのスイッチを操作すればよいかが容易に判別できるから、ユーザの使い勝手が向上する。また、コンセント４および切替スイッチ３を備えた自立運転用給電装置Ａは、インバータ回路２１や解列開閉器２２を備えるパワーコンディショナ２とは別体に設けられているので、パワーコンディショナ２が壁の上方位置に設置される場合でも、自立運転用給電装置Ａを人の手が届く高さ位置に設置することができ、切替スイッチ３を用いて運転モードを切り換える操作や、コンセント４に負荷の電気機器を接続する作業を容易に行うことができる。

尚、本実施形態では埋込型配線器具の１個モジュール寸法に形成された切替スイッチ３と２個モジュール寸法に形成されたコンセント４とを共通の取付枠６０に取り付けて自立運転用給電装置Ａを構成しているが、取付枠６０に取り付けられる１つの器体に、切替操作に応じて運転モードを系統連系運転モード又は自立運転モードの何れかに選択的に切り替えるモード切替信号を発生する運転モード切替操作部と、自立運転用ブレーカから入力される電力を前記負荷に給電するための自立運転用コンセント部とを設けてもよい。また、自立運転用給電装置Ａは埋込型のものに限定されるものではなく、造営面に露設される共通の器体に運転モード切替操作部と自立運転用コンセント部とを設けてもよい。

また更にパワーコンディショナ２の自立運転時には、コンセント４に設けた通電表示手段としてのネオンランプＬが点灯するので、このネオンランプＬの点灯状態から、コンセント４に通電されているか否かを容易に判別することができる。尚、本実施形態では一対の刃受部材４３の間に、抵抗Ｒを介して接続されたネオンランプＬで通電表示手段を構成しているが、刃受部材４３への通電状態を検知する通電センサと、通電センサの検知結果を音或いは光で報知するブザーやランプなどの報知手段で通電表示手段を構成してもよい。

また自立運転用給電装置Ａからは、運転モードを切り換えるモード切替信号として接点信号を出力しているので、自立運転用給電装置Ａにパワーコンディショナ２との間で通信を行う通信回路を設ける必要がなく、自立運転用給電装置Ａの回路構成を簡単にできる。

なおパワーコンディショナ２には、接点信号の入力インターフェイスを備える必要があり、既設の系統連系システムに自立運転用給電装置Ａを追加する場合に、既設のパワーコンディショナ２が接点信号の入力インターフェイスを備えていなければ、高価なパワーコンディショナ２を置き換える必要がある。そこで、パワーコンディショナ２が元々備えているシリアル通信インターフェイス（例えばＲＳ４８５の通信ポートなど）を利用し、自立運転用給電装置Ａから入力される接点信号を、パワーコンディショナ２が備えるシリアル通信インターフェイスの通信プロトコルに変換して、パワーコンディショナ２側に送信する信号中継用アダプタを自立運転用給電装置Ａとパワーコンディショナ２との間に設けても良く、既設のパワーコンディショナ２をそのまま利用できるから、高額の設備を置き換えることなく、本実施形態の自立運転用給電装置Ａを利用することができる。また、上述のような信号中継用アダプタを備える代わりに、自立運転用給電装置Ａに、パワーコンディショナ２が元々備えている通信インターフェイスとの間で通信を行う通信回路を設け、当該通信回路からモード切替信号を送信させるようにしてもよい。

また本実施形態では、分散電源として太陽電池パネルを用いる系統連系システムを例に説明を行ったが、系統連系システムを上記の形態に限定する趣旨ではなく、分散電源として燃料電池や風力発電設備などを用いたものでもよい。

Ａ 自立運転用給電装置
ＡＣ 商用交流電源
１ 太陽電池パネル（分散電源）
２ パワーコンディショナ
３ 切替スイッチ（運転モード切替操作部）
４ コンセント（自立運転用コンセント部）
５ 住宅用分電盤
２０ 制御部（運転モード切替回路）
２１ インバータ回路（電力変換）
２２ 解列開閉器
２４ 自立運転用ブレーカ
３２ 接点部
５３ 幹線
６０ 取付枠

Claims (3)

1. 分散電源から供給される直流電力を交流に変換する電力変換部と、商用交流電源に接続された幹線と前記電力変換部との間に挿入される解列開閉器と、自立運転時に給電される負荷と前記電力変換部との間に挿入される自立運転用ブレーカと、外部から入力されるモード切替信号に応じて前記解列開閉器及び前記自立運転用ブレーカをそれぞれ開閉させることで系統連系運転と自立運転との切替を行う運転モード切替回路とを備えた系統連系システムに用いられ、
   切替操作に応じてオン／オフが切り替わる接点部を備えた切替スイッチを有し、前記接点部の接点信号を、運転モードを系統連系運転モード又は自立運転モードの何れかに選択的に切り替えるモード切替信号として、前記運転モード切替回路に出力する運転モード切替操作部と、
   前記電力変換部から前記自立運転用ブレーカを介して供給される電力を前記負荷に給電するための自立運転用コンセント部と、
   前記切替スイッチと前記自立運転用コンセント部とが共に取り付けられ、前記切替スイッチ及び前記自立運転用コンセント部を造営材に埋込配設するために用いられる取付枠とを備えて、
   前記電力変換部と前記解列開閉器と前記自立運転用ブレーカと前記運転モード切替回路とを有するパワーコンディショナとは別体に設けられたことを特徴とする自立運転用給電装置。
2. 前記自立運転用コンセント部に、通電中か否かを表示する通電表示手段が設けられたことを特徴とする請求項１記載の自立運転用給電装置。
3. 前記電力変換部と前記解列開閉器と前記自立運転用ブレーカと前記運転モード切替回路とを有するパワーコンディショナと、請求項１又は２の何れか１項に記載の自立運転用給電装置とを具備することを特徴とする系統連系システム。

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