JP6025637B2 - 電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、自然エネルギーを利用して発電可能な発電部と、電力を蓄える蓄電池を有し、負荷へと電力を供給することが可能な蓄電池システムと、を具備する電力供給システムの技術に関する。

従来、自然エネルギーを利用して発電可能な発電部と、電力を蓄える蓄電池を有し、負荷へと電力を供給することが可能な蓄電池システムと、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に記載の電力供給システムはいわゆる非系統連系型蓄電池システムを有しており、停電時（非常時）には発電部（太陽光発電部）からの電力を蓄電池（蓄電装置）に充電しながら、当該蓄電池から特定の負荷へと電力を放電（供給）することができる。これによって、非常時に発電された電力を効率良く利用することができる。

しかし、このような非系統連系型蓄電池システムを用いた場合、夜間等の発電部における発電ができない状況においては、蓄電池は充電されることなく放電を続けるため、特定の負荷で利用できる電力には限りがあり、利便性が悪くなる点で不利であった。

特開２０１３−３１３３９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、非系統連系型蓄電池システムに系統連系型蓄電池システムを組み合わせることによって、利便性の向上を図ることが可能な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、電力を蓄える蓄電池を有し、負荷へと電力を供給することが可能な系統連系型蓄電池システムと、電力を蓄える蓄電池を有し、前記負荷のうち特定の負荷へと電力を供給することが可能な非系統連系型蓄電池システムと、を具備し、前記発電部及び商用電源からの電力を適宜充電又は放電しながら前記負荷へと供給する電力供給システムであって、前記商用電源からの電力が供給不能な非常時になった場合、前記非系統連系型蓄電池システムに充電された電力を特定の負荷へと自動的に供給し、前記非系統連系型蓄電池システムに充電された電力が所定値以下に減少した場合、前記系統連系型蓄電池システムに充電された電力を前記特定の負荷へと供給することが可能であるものである。

請求項２においては、非常時において、前記非系統連系型蓄電池システムに充電された電力のみが前記特定の負荷へと供給されている場合、前記発電部において発電された電力を当該非系統連系型蓄電池システムに充電するものである。

請求項３においては、前記発電部において発電された電力であって前記非系統連系型蓄電池システムに充電しきれない余剰電力を、前記系統連系型蓄電池システムに充電するものである。

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、非系統連系型蓄電池システムに充電された電力に加えて、系統連系型蓄電池システムに充電された電力も特定の負荷へと供給可能とすることで、より長時間継続して特定の負荷へと電力を供給することが可能となり、利便性を向上させることができる。

請求項２においては、発電部において発電された電力を非系統連系型蓄電池システムに充電しながら、必要な電力を適宜特定の負荷へと供給することができるため、非常時に発電された電力を効率良く利用することができる。

請求項３においては、非常時に発電された電力を無駄にすることが無く、効率良く利用することができる。

本発明の一実施形態に係る電力供給システムの全体的な構成を示したブロック図。 通常時における電力の供給態様を示したブロック図。 非常時において、非系統連系型蓄電池システムが充電しながら放電を行う様子を示したブロック図。 非常時において、非系統連系型蓄電池システムが放電のみ行う様子を示したブロック図。 非常時において、系統連系型蓄電池システムが放電を開始する様子を示したブロック図。 非常時において、系統連系型蓄電池システムにも充電を行う様子を示したブロック図。

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の構成について説明する。

電力供給システム１は、住宅等に設けられ、商用電源２００からの電力及び太陽光を利用して発電された電力等を負荷（家庭内負荷）へと適宜供給するものである。電力供給システム１は、主として太陽光発電部１０、分電盤２０、系統連系型蓄電池システム３０及び非系統連系型蓄電池システム４０等を具備する。

太陽光発電部１０は、本発明に係る発電部の実施の一形態である。太陽光発電部１０は、自然エネルギーである太陽光を利用して発電する装置であり、太陽電池パネル等により構成される。太陽光発電部１０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。太陽光発電部１０は、第一パワーコンディショナ１１に接続される。

第一パワーコンディショナ１１は、図示せぬＤＣ／ＡＣインバータ等を具備し、電力を適宜変換するものである。具体的には、第一パワーコンディショナ１１は太陽光発電部１０において発電された直流電力を前記ＤＣ／ＡＣインバータにより交流電力に変換して出力する。
また、第一パワーコンディショナ１１には、停電時（商用電源２００からの電力が供給不能な非常時）における「自立運転モード」のＯＮとＯＦＦとを切り替えるための運転切替スイッチ（不図示）が設けられると共に、自立運転モードがＯＮである場合に電力を取り出すことが可能な非常用コンセント（不図示）が設けられる。当該非常用コンセントは、後述する第一スイッチ４４に接続される。

分電盤２０は、供給される電力を図示しない負荷へと分配するものである。分電盤２０は、商用電源２００及び第一パワーコンディショナ１１に接続される。また分電盤２０は、前記負荷にそれぞれ接続され、当該負荷の要求（消費電力）に応じて電力を分配することができる。

ここで、前記負荷は、前記住宅等において電力が消費される電化製品等が接続される回路である。前記負荷は、例えば部屋ごとや、大きな電力を消費する機器専用のコンセントごとに設けられる。前記負荷は、それぞれ分電盤２０に接続される。

系統連系型蓄電池システム３０は、電力の充放電が可能なシステムであって、商用電源２００（電力会社の電力系統）に接続した状態で運用されるものである。より詳細には、系統連系型蓄電池システム３０は、商用電源２００に接続した状態で当該商用電源２００と連系動作し、前記住宅等における全ての負荷に電力を供給可能とされるものである。系統連系型蓄電池システム３０は、主として蓄電池３１及び第二パワーコンディショナ３２を具備する。

蓄電池３１は、電力を充放電可能に構成されるものである。蓄電池３１は、リチウムイオン電池により構成される。

第二パワーコンディショナ３２は、図示せぬＤＣ／ＤＣコンバータ及び双方向インバータ等を具備し、電力を適宜変換するものである。第二パワーコンディショナ３２は、蓄電池３１及び分電盤２０に接続される。第二パワーコンディショナ３２は、分電盤２０を介して商用電源２００又は太陽光発電部１０から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池３１に充電させることができる。より詳細には、第二パワーコンディショナ３２は、分電盤２０を介して商用電源２００又は太陽光発電部１０から供給される交流電力を、前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより適宜な電圧に変電させてから前記双方向インバータにより交流電力に変換して蓄電池３１に充電させることができる。また第二パワーコンディショナ３２は、蓄電池３１からの直流電力を交流電力に変換して分電盤２０へと供給（放電）することができる。より詳細には、第二パワーコンディショナ３２は、蓄電池３１からの直流電力を、前記双方向インバータにより交流電力に変換させてから前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより適宜な電圧に変電して分電盤２０へと供給（放電）することができる。
また、第二パワーコンディショナ３２は、第一パワーコンディショナ１１の非常用コンセントに接続される。第二パワーコンディショナ３２は、第一パワーコンディショナ１１を介して太陽光発電部１０から供給される電力を蓄電池３１に充電させることができる。
また、第二パワーコンディショナ３２には、停電時（商用電源２００からの電力が供給不能な非常時）における「自立運転モード」のＯＮとＯＦＦとを切り替えるための運転切替スイッチ（不図示）が設けられると共に、自立運転モードがＯＮである場合に電力を取り出すことが可能な非常用コンセント（不図示）が設けられる。当該非常用コンセントは、後述する第三スイッチ４６に接続される。

なお、第二パワーコンディショナ３２と分電盤２０との間には図示しないスイッチが設けられ、第二パワーコンディショナ３２（系統連系型蓄電池システム３０）と商用電源２００とを接続した状態（並列された状態）又は切り離した状態（解列された状態）に切り替えることができる。

非系統連系型蓄電池システム４０は、電力の充放電が可能なシステムであって、商用電源２００に接続されない状態で運用されるものである。より詳細には、非系統連系型蓄電池システム４０は、（前述した系統連系型蓄電池システム３０とは異なり）商用電源２００と連系動作されず、前記住宅等における負荷のうち一部の負荷（後述する特定の負荷３００）に電力を供給可能とされるものである。非系統連系型蓄電池システム４０は、主として蓄電池４１、充電器４２、第三パワーコンディショナ４３、第一スイッチ４４、第二スイッチ４５、第三スイッチ４６、充電用スイッチ４７及びバイパス用スイッチ４８を具備する。

蓄電池４１は、電力を充放電可能に構成されるものである。蓄電池４１は、リチウムイオン電池により構成される。

充電器４２は、図示せぬＡＣ／ＤＣコンバータ等を具備し、蓄電池４１と接続される。充電器４２は、供給された交流電力を前記ＡＣ／ＤＣコンバータにより直流電力に変換して当該蓄電池４１に充電させるものである。

第三パワーコンディショナ４３は、図示せぬＤＣ／ＡＣインバータ等を具備し、電力を適宜変換するものである。第三パワーコンディショナ４３は、蓄電池４１に接続される。第三パワーコンディショナ４３は、蓄電池４１からの直流電力を前記ＤＣ／ＡＣインバータにより交流電力に変換して後述する特定の負荷３００へと供給（放電）することができる。

ここで、特定の負荷３００は、前記住宅等において電力が消費される電化製品等が接続される回路であり、特に、非常時（停電時）に電力を供給する必要性が高いものである。例えば、住宅の場合、リビングに設けられる非常時用（停電時用）のコンセントや照明を特定の負荷３００として選定することができる。図中には特定の負荷３００を１つ図示しているが、実際には複数も受けることが可能である。

第一スイッチ４４、第二スイッチ４５、第三スイッチ４６、充電用スイッチ４７及びバイパス用スイッチ４８は、電力の流通の可否を切り替えるものである。各スイッチがＯＮに切り替えられた場合、電力は当該スイッチを流通可能となり、各スイッチがＯＦＦに切り替えられた場合、電力は当該スイッチを流通不能となる。

第一スイッチ４４は、第一パワーコンディショナ１１の非常用コンセントと接続された電力の流通経路が、非系統連系型蓄電池システム４０と接続される部分に設けられる。
第二スイッチ４５は、分電盤２０と接続された電力の流通経路が、非系統連系型蓄電池システム４０と接続される部分に設けられる。
第三スイッチ４６は、第二パワーコンディショナ３２の非常用コンセントと接続された電力の流通経路が、非系統連系型蓄電池システム４０と接続される部分に設けられる。
充電用スイッチ４７は、第一スイッチ４４、第二スイッチ４５及び第三スイッチ４６と、充電器４２と、を接続する電力の流通経路に設けられる。
バイパス用スイッチ４８は、充電器４２を迂回するようにして、第一スイッチ４４、第二スイッチ４５及び第三スイッチ４６と、特定の負荷３００と、を接続する電力の流通経路に設けられる。

上述の如く構成された電力供給システム１において、各部の情報は図示せぬ制御装置によって管理されると共に、各部の動作は当該制御装置によって自動的に制御される。
例えば、前記制御装置は、商用電源２００からの電力の供給の有無（すなわち、停電が発生しているか否か）、太陽光発電部１０における発電の有無、蓄電池３１及び蓄電池４１の充電残量に関する情報を各部のセンサから受信して管理する。また、前記制御装置は、第一スイッチ４４、第二スイッチ４５、第三スイッチ４６、充電用スイッチ４７及びバイパス用スイッチ４８の動作、並びに第一パワーコンディショナ１１、第二パワーコンディショナ３２、充電器４２及び第三パワーコンディショナ４３の動作を制御することができる。

以下では、上述の如く構成された電力供給システム１における電力の供給態様について説明する。

まず、図２を用いて、通常時、すなわち停電が発生しておらず、商用電源２００からの電力が供給可能な状態における、電力の供給態様について説明する。

通常時においては、第二スイッチ４５及びバイパス用スイッチ４８がＯＮに、第一スイッチ４４、第三スイッチ４６及び充電用スイッチ４７がＯＦＦに、それぞれ切り替えられる。

この場合、太陽光発電部１０及び商用電源２００からの電力は、分電盤２０へと供給され、適宜負荷へと分配される。この際、前記負荷で必要とされる電力が、太陽光発電部１０からの電力で十分にまかなえる場合には、商用電源２００からの電力の供給（買電）を停止することで、電気料金を節約することができる。

また、太陽光発電部１０及び商用電源２００からの電力を系統連系型蓄電池システム３０の蓄電池３１に適宜充電すると共に、当該蓄電池３１に充電された電力を適宜分電盤２０へと供給する。太陽光発電部１０において発電されて負荷で利用されずに余った電力（余剰電力）や、電気料金の安い深夜における商用電源２００からの電力（深夜電力）を蓄電池３１に充電しておくことで、電力を無駄にすることが無く、また電気料金を節約することができる。

また、分電盤２０に供給された電力は、第二スイッチ４５及びバイパス用スイッチ４８を介して特定の負荷３００へと供給可能とされる。さらに、非系統連系型蓄電池システム４０の蓄電池４１に充電された電力も、適宜特定の負荷３００へと供給される。

このようにして、通常時においては太陽光発電部１０及び商用電源２００からの電力に加えて系統連系型蓄電池システム３０からの電力が、分電盤２０（ひいては、前記負荷）へと供給可能とされる。さらに、太陽光発電部１０、商用電源２００及び系統連系型蓄電池システム３０からの電力に加えて非系統連系型蓄電池システム４０からの電力が、特定の負荷３００へと供給可能とされる。

次に、図３から図６までを用いて、非常時における電力の供給態様について説明する。

図３に示すように、非常時においては、まず第一スイッチ４４及び充電用スイッチ４７がＯＮに、第二スイッチ４５、第三スイッチ４６及びバイパス用スイッチ４８がＯＦＦに、それぞれ切り替えられる。

第二スイッチ４５がＯＦＦに切り替えられることによって、非系統連系型蓄電池システム４０と商用電源２００とが切り離された状態（解列された状態）に切り替えられる。またこの際、系統連系型蓄電池システム３０も商用電源２００から切り離された状態（解列された状態）切り替えられる。

この場合、まず非系統連系型蓄電池システム４０の蓄電池４１からの電力が特定の負荷３００へと供給される。これによって、停電が発生してもすぐに特定の負荷３００を利用することができる。

また、非常時には、電力供給システム１の利用者（住宅の居住者等）によって第一パワーコンディショナ１１及び第二パワーコンディショナ３２の運転切替スイッチが操作され、自立運転モードがＯＮに切り替えられる。これによって、太陽光発電部１０からの電力が第一パワーコンディショナ１１の非常用コンセントから取り出し可能となると共に、系統連系型蓄電池システム３０の蓄電池３１からの電力が第二パワーコンディショナ３２の非常用コンセントから取り出し可能となる。

この状態で、太陽光発電部１０において発電が可能な場合には、当該太陽光発電部１０からの電力が第一スイッチ４４、充電用スイッチ４７及び充電器４２を介して非系統連系型蓄電池システム４０の蓄電池４１に充電される。すなわち、当該蓄電池４１は太陽光発電部１０からの電力を充電しながら、特定の負荷３００の要求に応じた電力を放電し、当該特定の負荷３００へと供給する。このようにして、太陽光発電部１０からの電力を蓄電池４１に充電しながら、必要な電力を特定の負荷３００に供給することで、電力を効率良く利用することができる。

次に、図４に示すように、太陽光発電部１０における発電が停止した場合（例えば、夜になって太陽光が得られない場合等）には、第一スイッチ４４がＯＦＦに切り替えられる。

この場合においても、非系統連系型蓄電池システム４０の蓄電池４１は特定の負荷３００への電力の供給を継続する。すなわち、この場合には蓄電池４１の充電を行うことはできないが、当該蓄電池４１に予め充電されている電力を特定の負荷３００に供給し続けることができる。したがって、非常時で、かつ太陽光発電部１０が発電できない状況であっても、特定の負荷３００を利用することができる。

図４に示す状態で蓄電池４１の放電（特定の負荷３００への電力の供給）を続けると、当該蓄電池４１に充電された電力は減少する。そして、当該蓄電池４１に充電された電力が所定値以下に減少した時点で、図５に示すように、第三スイッチ４６及びバイパス用スイッチ４８がＯＮに、充電用スイッチ４７がＯＦＦにそれぞれ切り替えられる。

なお、この蓄電池４１に充電された電力の「所定値」とは任意に設定することができる値であるが、当該蓄電池４１の放電が停止しない程度に大きい値に設定される。

この場合、系統連系型蓄電池システム３０の蓄電池３１からの電力が、第三スイッチ４６及びバイパス用スイッチ４８を介して特定の負荷３００へと供給される。このように、非系統連系型蓄電池システム４０の蓄電池４１の充電が所定値以下に減少した場合には、系統連系型蓄電池システム３０の蓄電池３１からの電力を特定の負荷３００へと供給することで、当該特定の負荷３００をさらに継続して利用することができる。

また、図３に示す状態（非系統連系型蓄電池システム４０の蓄電池４１が、太陽光発電部１０からの電力を充電しながら、特定の負荷３００へと電力を放電している状態）において、太陽光発電部１０から蓄電池４１へと供給（充電）される電力が、当該蓄電池４１から特定の負荷３００へと供給（放電）される電力よりも多い場合、太陽光発電部１０において発電された電力の全てを蓄電池４１に充電することができず余ってしまい、無駄にしてしまう。

そこで、このように蓄電池４１に充電される電力が放電される電力よりも多く、かつ系統連系型蓄電池システム３０の蓄電池３１が満充電でない（すなわち、まだ電力を充電する余裕がある）場合、図６に示すように、太陽光発電部１０からの余った電力（余剰電力）を、第一パワーコンディショナ１１及び第二パワーコンディショナ３２を介して系統連系型蓄電池システム３０の蓄電池３１に充電する。これによって、太陽光発電部１０において発電される電力を無駄にすることなく、効率良く利用することができる。

以上の如く、本実施形態に係る電力供給システム１は、
太陽光（自然エネルギー）を利用して発電可能な太陽光発電部１０（発電部）と、
電力を蓄える蓄電池３１を有し、負荷へと電力を供給することが可能な系統連系型蓄電池システム３０と、
電力を蓄える蓄電池４１を有し、前記負荷のうち特定の負荷３００へと電力を供給することが可能な非系統連系型蓄電池システム４０と、
を具備し、
太陽光発電部１０及び商用電源２００からの電力を適宜充電又は放電しながら前記負荷へと供給する電力供給システム１であって、
商用電源２００からの電力が供給不能な非常時になった場合、
非系統連系型蓄電池システム４０に充電された電力を特定の負荷３００へと自動的に供給し、
非系統連系型蓄電池システム４０に充電された電力が所定値以下に減少した場合、系統連系型蓄電池システム３０に充電された電力を特定の負荷３００へと供給することが可能なものである。

このように構成することにより、非系統連系型蓄電池システム４０に充電された電力に加えて、系統連系型蓄電池システム３０に充電された電力も特定の負荷３００へと供給可能とすることで、より長時間継続して特定の負荷３００へと電力を供給することが可能となり、利便性を向上させることができる。
また、予め特定の負荷に接続された非系統連系型蓄電池システム４０を用いることで、非常時には自動的に特定の負荷３００へと電力を供給することができる。これによって、第一パワーコンディショナ１１又は第二パワーコンディショナ３２の自立運転モードをＯＮに切り替えるよりも先に特定の負荷３００を利用することができる。
また、非系統連系型蓄電池システム４０に充電された電力は特定の負荷３００にのみ供給可能であるが、本実施形態に係る電力供給システム１においては、系統連系型蓄電池システム３０を組み合わせることによって、当該系統連系型蓄電池システム３０に充電された電力を通常時に全ての負荷（分電盤２０）へと供給することを可能としている。これによって、より利便性の高い電力供給システム１を提供することができる。

また、電力供給システム１は、
非常時において、非系統連系型蓄電池システム４０に充電された電力のみが特定の負荷３００へと供給されている場合、太陽光発電部１０において発電された電力を当該非系統連系型蓄電池システム４０に充電するものである。

このように構成することによって、太陽光発電部１０において発電された電力を非系統連系型蓄電池システム４０に充電しながら、必要な電力を適宜特定の負荷３００へと供給することができるため、非常時に発電された電力を効率良く利用することができる。
このように、前記双方向インバータを具備することにより充電と放電を同時に行うことができない系統連系型蓄電池システム３０に、充電と放電を同時に行うことができる非系統連系型蓄電池システム４０を組み合わせることで、電力を効率良く利用することができる。

また、電力供給システム１は、
太陽光発電部１０において発電された電力であって非系統連系型蓄電池システム４０に充電しきれない余剰電力を、系統連系型蓄電池システム３０に充電するものである。

このように構成することにより、非常時に発電された電力を無駄にすることが無く、効率良く利用することができる。

なお、本実施形態においては、自然エネルギーを利用して発電可能な発電部として、太陽光を利用して発電する太陽光発電部１０を例示したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば風力等の他の自然エネルギーを利用して発電するものであっても良い。
また、本実施形態において蓄電池３１及び蓄電池４１はリチウムイオン電池であるものとしたが、本発明はこれに限るものではなく、その他の電池（例えばニッケル水素電池等）であっても良い。
また、電力供給システム１の各部（第一パワーコンディショナ１１、第二パワーコンディショナ３２等）の動作は図示せぬ制御装置によって制御されるものとしたが、各部がそれぞれ有する制御部によって個別に制御される構成であっても良い。
また、本実施形態において、第一パワーコンディショナ１１及び第二パワーコンディショナ３２の運転切替スイッチの操作（すなわち、自立運転モードのＯＮ／ＯＦＦの切り替え）は電力供給システム１の利用者によって行われるものとしたが、本発明はこれに限るものではなく、前記制御装置等によって自動的に切り替えられるものであっても良い。

１ 電力供給システム
１０ 太陽光発電部（発電部）
３０ 系統連系型蓄電池システム
３１ 蓄電池
４０ 非系統連系型蓄電池システム
４１ 蓄電池
２００ 商用電源
３００ 特定の負荷

Claims (3)

1. 自然エネルギーを利用して発電可能な発電部と、
   電力を蓄える蓄電池を有し、負荷へと電力を供給することが可能な系統連系型蓄電池システムと、
   電力を蓄える蓄電池を有し、前記負荷のうち特定の負荷へと電力を供給することが可能な非系統連系型蓄電池システムと、
   を具備し、
   前記発電部及び商用電源からの電力を適宜充電又は放電しながら前記負荷へと供給する電力供給システムであって、
   前記商用電源からの電力が供給不能な非常時になった場合、
   前記非系統連系型蓄電池システムに充電された電力を特定の負荷へと自動的に供給し、
   前記非系統連系型蓄電池システムに充電された電力が所定値以下に減少した場合、前記系統連系型蓄電池システムに充電された電力を前記特定の負荷へと供給することが可能であることを特徴とする、
   電力供給システム。
2. 非常時において、前記非系統連系型蓄電池システムに充電された電力のみが前記特定の負荷へと供給されている場合、前記発電部において発電された電力を当該非系統連系型蓄電池システムに充電することを特徴とする、
   請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記発電部において発電された電力であって前記非系統連系型蓄電池システムに充電しきれない余剰電力を、前記系統連系型蓄電池システムに充電することを特徴とする、
   請求項２に記載の電力供給システム。

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