JP6532335B2 - 電源システム及びバックアップ電源システムの増設方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば一般住宅において、バッテリによるバックアップ電源システムを備えた太陽光発電システムに関する。

従来、一般家庭等で使用する太陽光発電システムは、商用電源と併用可能に構成され、これにより太陽光発電で不足する電力を商用電源で補うように構成されている。またバックアップ電源システムを設け、太陽光発電による電力、商用電源による電力をバッテリに充電して有効利用する方法が提案されている（例えば特許文献１）。このような太陽光発電システムでは、いわゆる系統連系により余剰電力を商用電源の電力網に送出する工夫も種々に提案されている。

また太陽光パネルのように住宅等に設置する発電設備（局所発電設備と呼ぶ）には、例えばガス、石油等の化石燃料を利用して発電する設備、風力により発電する設備等も種々に提案、利用されており、このような局所発電設備にあっても、商用電源との併用、バックアップ電源システムの利用が図られている。またこのような局所発電設備を備えていない商用電源のみによる電源システムにおいても、バックアップ電源の利用が図られている。

このようなバックアップ電源は、リチウムイオン二次電池等による充放電可能な二次電池セルによりバッテリセルが形成され、各バッテリセルにそれぞれ充放電制御回路が設けられる。またこのバッテリセルを直並列接続して所望の電圧、容量を確保すると共に、各バッテリセルに設けられた充放電制御回路を上位の充放電制御回路により制御し、これにより過放電、過充電、異常発熱等を有効に回避して充放電の処理を実行する。

特開２０１１−１３０６５５号公報

ところで既設の太陽光発電システム等においては、設置後、バックアップ電源システムの容量の増大を希望することも予測される。この場合、バックアップ電源システムに係るバッテリセルの増設により対応することが考えられる。しかしながらこの種のバックアップ電源システムでは、各バッテリセルに設けられた充放電制御回路を上位の充放電制御回路により制御していることにより、単純にバッテリセルを増設することが困難であり、これにより簡単に容量を増大させることが困難な問題がある。

本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、バッテリによるバックアップ電源システムを備えた電源システムにおいて、簡易にバックアップ電源システムの容量を増大できるようにすることを目的とする。

本発明者らは、バックアップ電源システムを複数系統設けて各系統に負荷を振り分ける、との着想により本発明を完成するに至った。

（１） バッテリによる第１及び第２の補助電源装置と、
前記第１の補助電源装置と、商用電源と、対応する負荷との接続を制御する第１の入出力制御部と、
前記第２の補助電源装置と、商用電源と、対応する負荷との接続を制御する第２の入出力制御部と、
前記第１及び第２の入出力制御部を制御する上位コントローラとを備え、
前記第１及び第２の入出力制御部は、
対応する補助電源装置からの電力又は前記商用電源の電力を選択的に対応する負荷に出力する出力側の制御リレーと、
前記補助電源装置への前記商用電源の電力の入力を遮断する入力側の制御リレーと、
少なくとも前記入力側及び出力側の制御リレーを制御する下位コントローラとをそれぞれ備え、
前記上位コントローラによる前記下位コントローラを介した前記第１及び第２の入出力制御部の制御により、
前記商用電源の停電時、
前記第１及び第２の入出力制御部の少なくとも１方で、
前記入力側の制御リレーで前記商用電源の電源網と補助電源装置との接続を遮断した状態で、前記補助電源装置のバッテリに充電した電力により前記負荷を駆動する電源システム。

（１）によれば、補助電源装置と入出力制御部とによるバックアップ電源システムを複数系統設けて各系統に負荷を振り分けることにより、商用電源に対して、第１の入出力制御部と並列に第２の入出力制御部を接続すると共に、この第２の入出力制御部に負荷を接続し直すだけで、第１及び第２の補助電源装置に係る複数系統のバックアップ電源システムを設けることができ、これにより簡易にバックアップ電源システムの容量を増大させることができる。また上位のコントローラにより全体を統括して制御できることにより、このようにバックアップ電源システムを複数系統設けて各系統に負荷を振り分けた場合でも、何らバックアップ電源システムの系統を意識させることなく種々の設定を受け付けることができ、これにより使い勝手を向上することができる。またこのような構成の前提として、第１及び第２の入出力制御部において、出力側の制御リレーと、入力側の制御リレーとにより、商用電源の停電時、商用電源網より切り離して補助電源装置の電力により負荷を駆動することができ、これらにより簡易な接続により複数系統のバックアップ電源システムを設けることができる。

（２） （１）において、
前記商用電源が停電していないとき、
前記第１及び第２の入出力制御部の少なくとも１方で、
夜間の商用電源により、前記入力側の制御リレーを介して前記商用電源を前記対応する補助電源装置に供給して前記商用電源により前記対応する補助電源装置のバッテリを充電し、
少なくとも昼間、前記対応する補助電源装置のバッテリに充電した電力により前記負荷を駆動する電源システム。

（２）によれば、商用電源の夜間電力によりバッテリを充電すると共に、この充電した電力により負荷を駆動することにより、電力を有効に利用することができる。また上位のコントローラにより全体を統括して制御できることにより、このように複数系統のバックアップ電源システムを使用して商用電源の夜間電力を利用する場合に、スケジュールの設定操作等を簡略化することができる。

（３） （２）において、
前記上位コントローラは、
前記第１及び第２の入出力制御部の対応する負荷を一覧表示し、
ユーザによる選択操作により表示を切り替え、
対応する負荷に対する第１及び第２の補助電源装置のバッテリによる駆動のスケジュールの設定を受け付け、
当該スケジュールに従って、対応する負荷に電力を出力する電源システム。

（３）によれば、より具体的構成により、複数系統のバックアップ電源システムを使用して商用電源の夜間電力を利用する場合に、ユーザによる設定操作を簡略化することができる。

（４） （１）、（２）、（３）の何れかにおいて、
前記上位コントローラは、
前記第１及び第２の入出力制御部の対応する負荷を一覧表示し、
ユーザによる選択操作により表示を切り替え、
前記商用電源の停電時における対応する負荷に対する第１及び第２の補助電源装置のバッテリによる駆動の可否を受け付け、
当該可否に従って、前記商用電源の停電時、対応する負荷に電力を出力する電源システム。

（４）によれば、停電時、所望する負荷を選択的に駆動することができ、使い勝手を向上することができる。

（５） （１）、（２）、（３）、（４）の何れかにおいて、
前記上位コントローラは、
前記第１及び第２の入出力制御部の対応する補助電源装置を選択可能に一覧表示し、
ユーザによる選択操作により対応する補助電源装置に対する充放電の設定を受け、
該受け付けた設定に従って前記第１及び第２の補助電源装置のバッテリを充放電制御する電源システム。

（５）によれば、複数系統のバックアップ電源システムに係る充放電制御の設定を簡略化することができる。

（６） バッテリによる第１の補助電源装置と、前記第１の補助電源装置と商用電源と対応する負荷との接続を制御する第１の入出力制御部とによる第１のバックアップ電源システムと、
前記第１の入出力制御部を制御する上位コントローラとを備え、
前記第１の入出力制御部は、
前記第１の補助電源装置からの電力又は前記商用電源の電力を選択的に対応する負荷に出力する出力側の制御リレーと、
前記補助電源装置への前記商用電源の電力の入力を遮断する入力側の制御リレーと、
少なくとも前記入力側及び出力側の制御リレーを制御する下位コントローラとを備える電源システムにおけるバックアップ電源システムの増設方法において、
バッテリによる第２の補助電源装置と、前記第１の入出力制御部に対応する第２の入出力制御部とを備えた第２のバックアップ電源システムに、対応する負荷を接続すると共に、
前記第２のバックアップ電源システムを、前記第１のバックアップ電源システムと並列に前記商用電源に接続し、
前記上位コントローラによる、前記第１及び第２のバックアップ電源システムの下位コントローラを介した前記第１及び第２の入出力制御部の制御により、
前記商用電源の停電時、
前記第１及び第２のバックアップ電源システムの少なくとも１方で、
前記入力側の制御リレーで前記商用電源の電源網と補助電源装置との接続を遮断した状態で、対応する前記補助電源装置のバッテリに充電した電力により負荷を駆動するバックアップ電源システムの増設方法。

（６）によれば、商用電源に対して、第１のバックアップ電源システムと並列に第２のバックアップ電源システムを接続すると共に、この第２のバックアップ電源システムに対応する負荷を接続するだけで、第２のバックアップ電源システムを追加することができ、これにより簡易にバックアップ電源システムの容量を増大させることができる。またこのような構成の前提として、入出力制御部において、出力側の制御リレーにより、商用電源の停電時、商用電源網より切り離してバッテリの電力により負荷を駆動することができ、これらにより簡易な接続により複数系統のバックアップ電源システムを設けることができる。

本発明によれば、バッテリによるバックアップ電源システムを備えた電源システムに関して、簡単にバックアップ電源の容量を増大することができる。

本発明の一実施形態における太陽光発電システムの前提の構成を示す図である。 図１の太陽光発電システムの商用電源を使用する場合の接続を示す図である。 図１の太陽光発電システムにおいて商用電源によりバッテリを充電する場合の接続を示す図である。 図１の太陽光発電システムにおいて売電する場合の接続を示す図である。 図１の太陽光発電システムにおいてバッテリの電力により負荷を駆動する場合を示す図である。 図２から図５の接続の切替の説明に供する図である。 図１の太陽光発電システムにおいて商用電源の停電時の接続を示す図である。 図７の続きの説明に供する図である。 バックアップ電源システムの増設の説明に供する図である バックアップ電源システムＨのみが設けられている状態での設定確認変更画面を示す図である。 バックアップ電源システムＨ、ＨＡが設けられている状態での設定確認変更画面を示す図である。 補助電源装置の設定確認変更画面を示す図である。 補助電源装置の他の設定確認変更画面を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る太陽光発電システムの構成を示す図である。この太陽光発電システム１は、一般住宅等に設置され、売電及び買電用の電力メータ２を介して商用電源網３に接続される。この太陽光発電システム１は、バッテリによる補助電源装置１４を使用したバックアップ電源システムＨが設けられ、このバックアップ電源システムＨによりバックアップ電源が構成される。

ここでこのバックアップ電源システムＨは、補助電源装置１４、制御用分電盤１０及び当該制御用分電盤１０に設けられた制御リレー１１Ｃ、１１Ｄ、安全ブレーカ１８Ｃ、１８Ｄ、漏電ブレーカ１９、コントローラ１７、制御リレー１２、切替スイッチ１３、コンセント２０及びプラグ２１等により構成される。

制御用分電盤１０は、局所発電設備である太陽光パネル１５と、商用電源網３と、この制御用分電盤１０に割り振られた対応する負荷９Ｃ、９Ｄとの接続を制御する入出力制御部である。また補助電源装置１４は、それぞれ充放電制御回路を備えた充放電可能なバッテリセルを直並列接続して、所望の容量、電圧により電力を充放電できるように構成されたバックアップ用の電源装置であり、各バッテリセルに設けられた充放電制御回路の動作を、入力電圧等に応じて上位の充放電制御回路により制御することにより、バッテリセルの過放電、過充電、異常発熱等を有効に回避して充放電の処理を実行する。

この太陽光発電システム１に係る住宅は、一般家庭用の分電盤である家庭用分電盤４が設けられる。この家庭用分電盤４は、売電を実施しない場合に設けられる分電盤と同様に、契約ブレーカ５、漏電ブレーカ６、安全ブレーカ７Ａ〜７Ｅが設けられる。契約ブレーカ５は、契約電流以上の電流の流出入により商用電源網との接続を遮断するブレーカであり、電力メータ２を介して商用電源網３に接続される。

漏電ブレーカ６は、契約ブレーカ５、連系用ブレーカ８に接続され、漏電等による過大な電流により契約ブレーカ５、連系用ブレーカ８との接続を遮断する。安全ブレーカ７Ａ〜７Ｅは、それぞれ漏電ブレーカ６に接続され、設定電流を超える過大電流により漏電ブレーカ６との接続をそれぞれ遮断する。太陽光発電システム１は、安全ブレーカ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄがそれぞれこの家庭に設けられた各種家電製品等の負荷９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄに接続される。

これによりこの太陽光発電システム１は、電力メータ２、契約ブレーカ５、漏電ブレーカ６、安全ブレーカ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄを順次介して商用電源網３からの電力を負荷９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄに供給する。なお負荷９Ａ〜９Ｄのうち負荷９Ｃ、９Ｄは、商用電源が停電した場合に著しく不便を感じる室内照明等であり、後述する制御用分電盤１０に設けられた制御リレー１１Ｃ、１１Ｄを介して安全ブレーカ７Ｃ、７Ｄに接続され、これにより制御リレー１１Ｃ、１１Ｄの制御により別途、商用電源網との接続を制御できるように構成される。

これに対して安全ブレーカ７Ｅは、制御リレー１２、切替スイッチ１３を介して補助電源装置１４に接続され、これによりこの太陽光発電システム１は、商用電源を補助電源装置１４に供給できるように構成される。ここで補助電源装置１４は、制御用分電盤１０に設けられたコントローラ１７の制御により動作を切り替え、内蔵のバッテリへの充電により電力を蓄積し、またこのバッテリの放電により蓄積した電力を出力する。これによりこの太陽光発電システム１は、商用電源の電力で補助電源装置１４を充電でき、また充電した電力を送出できるように構成される。

この太陽光発電システム１において、太陽光パネル１５は、例えば屋根等に設置され、太陽光による電力を出力する。パワーコンディショナー１６は、後述するコントローラ４２の制御により動作を切り替え、太陽光パネル１５の電力による補助電源装置１４の充電時、太陽光パネル１５から出力される電力を切替スイッチ１３を介して補助電源装置１４に出力する。また売電時、パワーコンディショナー１６は、系統連系により太陽光パネルから出力される電力を連系用ブレーカ８を介して契約ブレーカ５に出力する。しかして連系用ブレーカ８は、パワーコンディショナー１６からの過大な電流の流出により接続を遮断するブレーカである。なおパワーコンディショナー１６は、当該パワーコンディショナー１６の筐体に設けられたスイッチの操作、コントロール端末４２の制御により、自立発電モードにより系統連係の動作を停止して商用電源と同等の電圧、周波数による電力を切替スイッチ１３に出力する。

切替スイッチ１３は、コントローラ１７の制御により接点を切り替え、補助電源装置１４の商用電源による充電時、制御リレー１２から出力される電力を補助電源装置１４に出力し、また補助電源装置１４の太陽光パネル１５の電力による充電時、パワーコンディショナー１６から出力される電力を補助電源装置１４に出力する。

制御リレー１２は、通常は、安全ブレーカ７Ｅと切替スイッチ１３とを接続するのに対し、商用電源の停電時、コントローラ１７の制御によりこの接続を遮断する。

制御用分電盤１０は、この住宅に太陽光発電システム１を設置する際に設置されるに分電盤であり、制御リレー１１Ｃ、１１Ｄ、安全ブレーカ１８Ｃ、１８Ｄ、漏電ブレーカ１９、コントローラ１７が設けられる。ここで漏電ブレーカ１９には、補助電源装置１４から電力が供給され、この電力に係る電流が過大になると、接続を遮断する。安全ブレーカ１８Ｃ、１８Ｄは、漏電ブレーカ１９をそれぞれ制御リレー１１Ｃ、１１Ｄに接続し、事前に設定されている電力を超える過大な電流により接続を遮断する。制御リレー１１Ｃ、１１Ｄは、それぞれコントローラ１７の制御により動作を切り替え、安全ブレーカ７Ｃ、７Ｄから出力される商用電源による電力、補助電源装置１４から出力されるバッテリによる電力を選択的に負荷９Ｃ、９Ｄに出力する。

なおこの実施形態において、補助電源装置１４の入力側には切替スイッチ１３からの電力を出力するコンセント２０が設けられており、また制御用分電盤１０にはプラグ２１を介して補助電源装置１４からの電力を入力するように構成されている。これにより太陽光発電システム１は、プラグ２１をコンセント２０に差し替えてパワーコンディショナー１６からの電力を負荷９Ｃ、９Ｄに出力できるように構成される。

なお補助電源装置１４は、各バッテリセルの充放電回路に、ダイオード等により逆流を防止する構成が設けられており、例えば商用電源により充電する際に、商用電源が一時的に電圧降下した場合、さらには補助電源装置１４で異常が発生した場合等に、この異常が拡大しないように、さらにはこの異常により故障が発生して拡大しないように、構成されている。

〔接続形態〕
コントローラ１７は、このバックアップ電源システムＨの動作を制御するコンピュータである。この太陽光発電システム１に係る上位のコンピュータである上位のコントロール端末４２による制御により、ユーザの設定に応じて全体の動作を切替える。なおコントロール端末４２は、タブレット端末、パーソナルコンピュータ等のコンピュータにより構成される。

図２は、コントローラ１７の制御により商用電源のみにより負荷９Ａ〜９Ｄを駆動する場合の接続を示す図である。なおこの図２及び以下において、電力の供給を極太線により示す。コントローラ１７は、商用電源網３から電力が供給されている場合であって、かつ事前の設定により商用電源のみにより家庭内の電力をまかなうように設定されている場合、制御リレー１１Ｃ、１１Ｄの接点を家庭用分電盤４側に保持する。これによりこの太陽光発電システム１は、商用電源網３による電力を契約ブレーカ５、漏電ブレーカ６、安全ブレーカ７Ａ〜７Ｄ、制御リレー１１Ｃ、１１Ｄを介して負荷９Ａ〜９Ｄに供給する。

またこのように商用電源のみにより負荷を駆動するようにして、商用電源により補助電源装置１４のバッテリを充電しない場合には、制御リレー１２及び又は切替スイッチ１３の制御により補助電源装置１４への商用電源の供給を停止制御するのに対し、商用電源により補助電源装置１４のバッテリを充電する場合、図２との対比により図３に示すように、安全ブレーカ７Ｅを介して供給される商用電源を制御リレー１２、切替スイッチ１３を介して補助電源装置１４に供給し、この電源により補助電源装置１４のバッテリを充電する。

また図２との対比により図４に示すように、太陽光パネル１５の電力により負荷９Ａ〜９Ｄを駆動する場合、パワーコンディショナー１６を系統連係により動作するように設定して、太陽光パネル１５の電力を、パワーコンディショナー１６、連系用ブレーカ８を介して出力し、この電力を漏電ブレーカ６、安全ブレーカ７Ａ〜７Ｄ、制御リレー１１Ｃ、１１Ｄを介して負荷９Ａ〜９Ｄに供給する。またさらにこのようにして太陽光パネル１５の電力により負荷９Ａ〜９Ｄを駆動してさらに売電する場合、契約ブレーカ５、電力メータ２を介して余剰の電力を商用電源網３に出力する。

また図５に示すように、事前の設定により、補助電源装置１４に充電した電力により一部の負荷９Ｃ、９Ｄを駆動する場合、制御リレー１１Ｃ、１１Ｄを補助電源装置１４側に切替えると共に、補助電源装置１４の動作を切替えて蓄積した電力を送出させる。なおこのとき他の負荷９Ａ、９Ｂについては、商用電源、太陽光パネル１５の電力により駆動する。このとき制御リレー１２の制御により安全ブレーカ７Ｅと切替スイッチ１３との接続を遮断する。

図６は、この一連の接続の切り替えを示す図である。この図６において、符号Ｌ１は、太陽光パネル１５による発電量を示し、符号Ｌ２はこの家庭における消費電力を示す。この太陽光発電システム１は、電力料金の安い夜間電力により補助電源装置１４を充電するようにして、電力料金の高い昼間、朝、晩においては、この補助電源装置１４に充電した電力と太陽光パネル１５の電力とにより負荷を駆動し、これにより電力消費の均一化を図る。

このようにして商用電源の電力を部分的に使用して停電が発生すると、この太陽光発電システム１では、太陽光パネル１５の電力のみにより負荷９Ｃ、９Ｄを駆動する。図７及び図８は、この停電時における接続を示す図である。この太陽光発電システム１は、家庭用分電盤４における電圧検出、電流検出等により商用電源の停電を検出できるように構成されており、コントローラ１７は、停電の検出により制御リレー１２の動作を制御し、安全ブレーカ７Ｅと切替スイッチ１３との接続を遮断する。また事前に太陽光パネル１５の電力により負荷を駆動するように設定されている場合、又は太陽光パネル１５の電力が十分な場合、図７に示すように、パワーコンディショナー１６を自立運転により動作させ、太陽光パネル１５の電力を切替スイッチ１３を介して補助電源装置１４に出力してバッテリを充電すると共に、この電力を漏電ブレーカ１９、安全ブレーカ１８Ｃ、１８Ｄ、制御リレー１１Ｃ、１１Ｄを介して負荷９Ｃ、９Ｄに出力する。

これに対してこのようにして太陽光パネル１５の電力により負荷９Ｃ、９Ｄを駆動して、太陽光パネル１５の電力が不足する場合、補助電源装置１４におけるバッテリの充電を停止制御し、これにより太陽光パネル１５の電力を負荷９Ｃ、９Ｄの駆動にのみ使用する。

これに対して負荷９Ｃ、９Ｄの駆動にも太陽光パネル１５の電力が不足する場合、図８に示すように、切替スイッチ１３の接続を切替えてパワーコンディショナー１６と補助電源装置１４の接続を遮断する。この状態で補助電源装置１４の動作を切り替え、バッテリに充電した電力を漏電ブレーカ１９、安全ブレーカ１８Ｃ、１８Ｄ、制御リレー１１Ｃ、１１Ｄを介して負荷９Ｃ、９Ｄに出力する。これにより太陽光パネル１５の余剰の電力により補助電源装置１４のバッテリを充電して、この充電した電力を夜間照明等に利用する。このようにして太陽光パネル１５の電力により停電時負荷を駆動するようにして、この実施形態では、商用電源により補助電源装置１４のバッテリを充電する系統を制御リレー１２の制御により切断する。

なおこれらにより補助電源装置１４は、充電時（図３）を除いて商用電源に接続されないことになるものの、この充電時、商用電源が電圧降下した場合、補助電源装置１４が故障することも予測される。そこでこの実施形態において、コントローラ１７は、商用電源の電圧、補助電源装置１４における各バッテリセルの端子電圧、充電電圧、温度の異常を常時監視する。また異常の検出により、制御リレー１２により商用電源への接続を遮断し、これにより各部の異常の発生、拡大を防止する。また負荷９Ｃ、９Ｄを駆動している場合には、異常の検出により、制御リレー１１Ｃ、１１Ｄにより負荷９Ｃ、９Ｄとの接続を遮断し、これにより負荷９Ｃ、９Ｄを保護すると共に、異常の拡大を防止する。

コントローラ１７は、タッチパネルを備えたコントロール端末４２との間の無線通信により、当該コントロール端末４２に各種の情報を表示し、これにより太陽光発電システム１の現在状態、売電量等をユーザに通知する。さらにコントローラ１７は、このコントロール端末４２におけるタッチパネルの操作により設定画面を表示させ、この設定画面により各種の設定を受け付ける。

より具体的には、商用電源のみで負荷９Ａ〜９Ｄを駆動する時間帯（図２）、商用電源により補助電源装置１４のバッテリを充電する時間帯（図３）、太陽光パネル１５の電力を売電する時間帯（図４）、負荷９Ａ〜９Ｄのうちの負荷９Ｃ、９Ｄについて補助電源装置１４の電力により駆動する時間帯（図５）の設定を受け付ける。また補助電源装置の電力により負荷を駆動する場合にあっては、負荷９Ｃ、９Ｄのそれぞれについて時間帯、駆動の有無を受け付ける。またこのようにバッテリを充電して利用する場合には、満充電量を基準にした充電量の設定を受け付ける。

またさらにコントローラ１７は、同様にして、停電時において太陽光パネル１５、補助電源装置１４により駆動する負荷（９Ｃ又は９Ｄ）の選択設定等を受け付ける。コントローラ１７は、このようにして設定された条件に従って、各部の動作を制御して図２〜図８について上述したに全体の接続を切替える。

以上の構成によれば、商用電源により直接に、さらには補助電源装置のバッテリを充電して負荷を駆動する構成において、商用電源の停電時、出力側の制御リレー１１Ｃ、１１Ｄ、切替スイッチ１３側の制御リレー１２により商用電源網と補助電源装置との接続を遮断することにより、従来に比して商用電源網との接続を簡略化することができる。

またさらに商用電源が停電していないとき、夜間の商用電源により補助電源装置のバッテリを充電し、昼間、このバッテリに充電した電力により負荷を駆動するようにして、切替スイッチ１３側の制御リレー１２で商用電源網と切替スイッチ１３との接続を遮断することにより、夜間電力により補助電源装置を充電して利用することができる。またこれらにより停電時、及び停電していない場合の双方において、補助電源装置１４はバッテリの放電時、商用電力網から遮断されることになり、系統連係に係る構成を設けることなく補助電源装置１４を構成することができ、その分、構成を簡略化することができる。より具体的に、補助電源装置１４にあっては、商用電源との接続に係る構成である系統連係の構成を設けなくても良く、これにより構成を簡略化することができる。

なおこれらにより停電時等において、商用電源網に接続された各機器に関する事故を防止して、速やかな商用電源の復帰を図ることができ、当該太陽光発電システム１に係る地域の電力供給の安定化に寄与することができる。

〔バックアップ電源システムの増設〕
ところでこのように補助電源装置１４によるバックアップ電源システムＨを備えた太陽光発電システム１において、バックアップ電源システムの容量を増大する場合も予測される。この実施形態では、このようにバックアップ電源システムの容量を増大する場合、図９に示すように、バックアップ電源システムＨに対してバックアップ電源システムＨＡを増設する。またバックアップ電源システムＨ、ＨＡに対する負荷９Ａ〜９Ｄの割り当てを変更し、この変更に対応するように負荷９Ｃ、９Ｄをバックアップ電源システムＨＡに接続する。

ここでこの増設に係るバックアップ電源システムＨＡは、既設のバックアップ電源システムＨと同様に、バッテリによる補助電源装置１４Ａと、制御用分電盤１０Ａを備える。ここで補助電源装置１４Ａは、補助電源装置１４と同様に、それぞれ充放電制御回路を備えた充放電可能なバッテリセルを直並列接続して、所望の容量、電圧により電力を充放電できるように構成されたバックアップ用の電源装置であり、各バッテリセルに設けられた充放電制御回路の動作を、入力電圧等に応じて上位の充放電制御回路により制御することによりバッテリセルの過充電、過放電、異常発熱等を有効に回避して充放電の処理を実行する。制御用分電盤１０Ａは、太陽光パネル１５、商用電源網３と、この制御用分電盤１０Ａに割り振られた対応する負荷９Ａ、９Ｂとの接続を制御する入出力制御部であり、制御用分電盤１０と同様に、制御リレー１１Ｃ、１１Ｄ、安全ブレーカ１８Ｃ、１８Ｄ、漏電ブレーカ１９、コントローラ１７、制御リレー１２、切替スイッチ１３、コンセント２０及びプラグ２１等が設けられる。

バックアップ電源システムＨＡは、既設のバックアップ電源システムＨと並列に、太陽光パネル（パワーコンディショナー１６）及び商用電源（家庭用分電盤４）に接続される。また負荷９Ａ、９Ｂの接続の変更に対応して家庭用分電盤４との接続が変更され、それまで負荷９Ｂ、９Ａが接続されていた安全ブレーカ７Ｂ、７Ａに、制御用分電盤１０Ａの制御リレー１１Ｃ、１１Ｄを介して、これらの負荷９Ａ、９Ｂが接続される。

これによりこの実施形態では、バックアップ電源システムを複数系統設けて各系統に負荷が振り分けられる。これによりこの実施形態では、何らバッテリセルを配慮することなく、単に負荷の割り当てを変更して、既存のバックアップ電源システムＨと並列にバックアップ電源ＨＡを設けるだけで、簡単にバックアップ電源の容量を増大させることができる。またバックアップ電源の容量の減少にあっても、これとは逆にバックアップ電源システムの系統数を減少させて簡易に実行することができる。またバックアップ電源システムの交換にあっても、簡易に実行することができる。これらによりこの実施形態では、バックアップ電源の容量を簡易に変更することができる。

〔コントロール端末による制御〕
このようにしてバックアップ電源システムＨＡを増設してなる太陽光発電システム１においては、上位のコントローラであるコントロール端末４２により制御用分電盤１０、１０Ａを纏めて制御し、これによりユーザに対してバックアップ電源システムを増設したことによる負担の増大を感じさせないようにユーザインターフェースを構成し、ユーザの使い勝手を向上する。

すなわちコントロール端末４２は、作業員、ユーザの操作によりメインメニュー画面を表示し、このメインメニュー画面にてバックアップ電源の設定に係るメニューが選択されると、バックアップ電源の系統数の入力画面を表示し、この入力画面にてバックアップ電源の系統数の入力を受け付ける。また同様にして各系統における負荷の系統数（制御リレー１１Ａ〜１１Ｄの数である）の入力を受け付ける。なおこの場合に、制御用分電盤１０、１０Ａに設けられたコントローラ１７、１７Ａとの無線、有線によるデータ通信により、コントローラ１７、１７Ａに係るバックアップ電源Ｈ、ＨＡを認識してバックアップ電源及び負荷の系統数等をコントロール端末４２で自動的に検出してもよい。

このようにして系統数を入力して、負荷を駆動するスケジュール、停電時の設定のメニュー画面が選択されると、入力された系統数により、それまでのバックアップ電源システムＨの各系統と、追加されたバックアップ電源システムに係る系統とを一覧表示し、各系統が何れの負荷に接続されているかの負荷の名称の設定、電源供給のスケジュールの設定等を受け付ける。

すなわち図１０は、バックアップ電源システムＨのみが設けられている状態の、この名称の設定及びスケジュールの設定画面を示す図である。この画面の例は、負荷を接続する制御リレー１１Ｃ、１１Ｄが５個設けられて、バックアップ電源システムＨから５系統の負荷に電源を供給可能な例であり、この負荷の系統が接続先１〜接続先５により表示される。この表示画面の左端には、蓄電池１の表記が設けられ、これにより各接続先が第１のパックアップ電源システムＨに係る接続先であることが明示されている。また各接続先には、作業員の操作により入力された名称が付され、この例では接続先１がリビングの照明であり、接続先２が冷蔵庫であることが示されている。またさらに各接続先に、バックアップ電源システムＨから電源を供給する時間が示されている。また各系統の先頭には、停電時に電力を供給する系統であることを示すオン、又は停電時に電力を供給しない系統であることを示すオフが表示される。また続いて、電源容量の不足により順次電源の供給を停止する場合に、この電源を優先して供給する順位（優先順位）が数字により表示されている。

この画面において、各系統に設けたれた「修正」のメニューが選択されると、コントロール端末４２は、対応する系統の修正画面を表示し、補助電源装置の電力を供給する時間の設定及び変更、各系統の名称の設定及び変更、停電時における電源供給の有無の設定、電源の優先供給の順位設定を受け付ける。

これに対して図１１は、バックアップ電源システムＨＡが追加された場合の、対応する設定画面を示す図である。この図１１の例では、バックアップ電源システムＨＡの追加によりバックアップ電源システムＨＡに設けられた２個の制御リレー１１Ｃ、１１Ｄにより２つの接続先が追加され、この追加された接続先が接続先６、７により示されている。またこの接続先が第２のバックアップ電源システムＨＡに係るものであることが、左端の蓄電池２の表示により示されている。この図１１は、この追加された接続先である接続先６、７に、系統の名称が何ら設定されていない状態であり、バックアップ電源システムＨＡからの電源供給が初期設定時間に設定されている。

コントロール端末４２は、この設定画面により、バックアップ電源システムＨ、ＨＡの電力で負荷を駆動するスケジュ−ルの設定を受け付け、このスケジュールに従ってコントローラ１７、１７Ａを介して制御用分電盤１０、１０Ａを制御し、負荷９Ａ〜９Ｄを駆動する。また停電時、優先的に電力を供給する。

またコントロール端末４２は、メインメニュー画面にてユーザが設定確認のメニューを選択すると、図１０及び図１１と同様の一覧表示を実行し、各負荷への電源供給のスケジュール等を確認できるようにする。またこの表示において、ユーザが修正のボタンを選択すると、各負荷の名称の変更、電源供給のスケジュールの変更等を受け付ける。

これによりユーザにおいては、スケジュールの設定に関して、何らバックアップ電源システムの増設を考慮することなく使用することができ、ユーザの使い勝手を向上することができる。なおこのようにバックアップ電源システムを増設するようにして系統数を増大させるようにして、系統毎にスケジュールの設定を受け付けて駆動することにより、多くの系統を細かなスケジュールにより駆動することができる。具体的に、例えば第１〜第３のバックアップ電源システムを設けるようにして、第１〜第３のバックアップ電源システムでそれぞれ５系統、９系統、５系統の負荷を駆動する場合にあっては、全部で１９系統の負荷の駆動を制御することができる。

これに対してコントロール端末４２は、バックアップ電源システムに係る設定画面において、補助電源装置１４、１４Ａに係る設定メニューが選択されると、対応する設定画面を表示して容量等の設定を受け付ける。具体的に、図１２は、補助電源装置１４、１４Ａの容量の設定を受け付けるメニュー画面であり、図１３は、補助電源装置１４、１４Ａにおける最大放電時における残容量の設定を受け付けるメニュー画面である。

コントロール端末４２は、容量の設定画面において（図１２）、全体の容量（バックアップ電源システムＨ、ＨＡの容量の加算容量）を棒グラフ状に表示し、さらに各バックアップ電源システムＨ、ＨＡの容量を表示する。またこの表示における選択操作により容量の変更を受け付ける。またコントロール端末４２は、同様にして、バッテリの使用割合の設定画面（図１３）を表示する。ここでこの設定画面にあっても、同様に、全体で放電を許容する割合を棒グラフ状に表示し、さらに各バックアップ電源システムＨ、ＨＡについて、放電を許容する割合を表示する。またこの表示における選択操作により割合の変更を受け付ける。これによってもこの実施形態では、バックアップ電源の系統数を何ら考慮することなく、残容量を確認することができ、使い勝手を向上することができる。

またコントロール端末４２は、このようにして初期設定した後に、ユーザーが対応するメニュー画面を選択すると、これらの設定画面（図１１〜図１３）を表示し、設定の修正、変更を受け付ける。

しかしてコントロール端末４２は、このようにして実行された設定に基づいて、バックアップ電源システムＨ、ＨＡ毎に充放電制御の処理を実行する。より具体的に、図１１について上述したスケジュールに従ってバックアップ電源を供給するようにして、この図１２及び図１３で設定された残容量以上に容量が減少しないように、補助電源装置１４、１４Ａからの電力の供給を停止制御し、これに代えて商用電源を供給する。また同様にしてバックアップ電源システムＨ、ＨＡ毎に売電の処理を実行し、この図１２及び図１３で設定された残容量以上に容量が減少しないように、売電の処理を中止する。このようにバックアップ電源システムＨ、ＨＡ毎に充放電制御の設定を受け付けて充放電制御することにより、より細やかに当該太陽光発電システムを制御して電力を有効利用することができる。なおこのようにバックアップ電源システム毎の残容量の設定により放電を中止する代わりに、全体の残容量の設定により放電を中止するようにしてもよく、何れかの方法を選択できるようにしてもよい。また補助電源装置１４、１４Ａによる電力の供給停止を負荷単位で実行するようにしてもよい。

また商用電源の使用が契約電力を超えそうになると、電源の優先供給の順位に従って（図１１）、順次段階的に負荷への商用電源の供給を停止し、またこれとは逆にこのように負荷への商用電源の供給を停止した状態で、契約電力に対して消費する商用電源に余裕が生まれると、電源の優先供給の順位に従って順次段階的に負荷への商用電源の供給を開始する。またこのようにして商用電源の供給を停止している負荷に対しては、バックアップ電源システムＨ、ＨＡにより電源を供給する。

具体的に、例えば商用電源の契約電力が３０Ａである場合に、この契約電力を超えそうになると、商用電源による駆動からバックアップ電源による駆動に順次切り替えて、またこれとは逆に契約電力に対して余裕が充分である場合に、バックアップ電源による駆動から商用電源による駆動に順次切り替えるようにして、効率良く商用電源を利用することができる。なおこのようにすることによりバックアップ電源システムにおけるバッテリの急激な容量低下を低減することができる。

なおバックアップ電源システムの容量を減少させる場合にあっては、増設の場合と逆にバックアップ電源システムの１系統を撤去し、コントロール端末による設定を変更することにより対応することができる。またバックアップ電源システムの全部又は一部の交換にあっても、同様に対応することができ、これらによりバックアップ電源システムの容量を簡易に変更することができる。

〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態の構成を種々に変更し、さらには従来構成と組み合わせることができる。

すなわち上述の実施形態では、バックアップ電源を２系統設ける場合について述べたが、本発明はこれに限らず、３系統以上の複数系統設ける場合にも広く適用することができる。

また上述の実施形態では、太陽光パネルと商用電源との電力を利用する太陽光発電システムに本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ガス、風力等による発電機構をさらに備えた太陽光発電システムにも広く適用することができる。また補助電源装置を備えていない、商用電源のみによる電源システムにも広く適用することができる。

１ 太陽光発電システム
２ 電力メータ
３ 商用電源網
４ 家庭用分電盤
５ 契約ブレーカ
６、１９ 漏電ブレーカ
７Ａ〜７Ｅ、１８Ｃ、１８Ｄ 安全ブレーカ
８ 連系用ブレーカ
９Ａ〜９Ｄ 負荷
１０、１０Ａ 制御用分電盤
１１Ｃ、１１Ｄ、１２ 制御リレー
１３ 切替スイッチ
１４、１４Ａ 補助電源装置
１５ 太陽光パネル
１６ パワーコンディショナー
１７、１７Ａ コントローラ
２０ コンセント
２１ プラグ
４３ コントロール端末
Ｈ、ＨＡ バックアップ電源システム

Claims (6)

1. バッテリによる第１及び第２の補助電源装置と、
   前記第１の補助電源装置と、商用電源と、対応する負荷との接続を制御する第１の入出力制御部と、
   前記第２の補助電源装置と、商用電源と、対応する負荷との接続を制御する第２の入出力制御部と、
   前記第１及び第２の入出力制御部を制御する上位コントローラとを備え、
   前記第１及び第２の入出力制御部は、
   対応する補助電源装置からの電力又は前記商用電源の電力を選択的に対応する負荷に出力する出力側の制御リレーと、
   前記補助電源装置への前記商用電源の電力の入力を遮断する入力側の制御リレーと、
   少なくとも前記入力側及び出力側の制御リレーを制御する下位コントローラとをそれぞれ備え、
   前記上位コントローラによる前記下位コントローラを介した前記第１及び第２の入出力制御部の制御により、
   前記商用電源の停電時、
   前記第１及び第２の入出力制御部の少なくとも１方で、
   前記入力側の制御リレーで前記商用電源の電源網と補助電源装置との接続を遮断した状態で、前記補助電源装置のバッテリに充電した電力により前記負荷を駆動する
   電源システム。
2. 前記商用電源が停電していないとき、
   前記第１及び第２の入出力制御部の少なくとも１方で、
   夜間の商用電源により、前記入力側の制御リレーを介して前記商用電源を前記対応する補助電源装置に供給して前記商用電源により前記対応する補助電源装置のバッテリを充電し、
   少なくとも昼間、前記対応する補助電源装置のバッテリに充電した電力により前記負荷を駆動する
   請求項１に記載の電源システム。
3. 前記上位コントローラは、
   前記第１及び第２の入出力制御部の対応する負荷を一覧表示し、
   ユーザによる選択操作により表示を切り替え、
   対応する負荷に対する第１及び第２の補助電源装置のバッテリによる駆動のスケジュールの設定を受け付け、
   当該スケジュールに従って、対応する負荷に電力を出力する
   請求項２に記載の電源システム。
4. 前記上位コントローラは、
   前記第１及び第２の入出力制御部の対応する負荷を一覧表示し、
   ユーザによる選択操作により表示を切り替え、
   前記商用電源の停電時における対応する負荷に対する第１及び第２の補助電源装置のバッテリによる駆動の可否を受け付け、
   当該可否に従って、前記商用電源の停電時、対応する負荷に電力を出力する
   請求項１、請求項２、請求項３の何れかに記載の電源システム。
5. 前記上位コントローラは、
   前記第１及び第２の入出力制御部の対応する補助電源装置を選択可能に一覧表示し、
   ユーザによる選択操作により対応する補助電源装置に対する充放電の設定を受け、
   該受け付けた設定に従って前記第１及び第２の補助電源装置のバッテリを充放電制御する
   請求項１、請求項２、請求項３、請求項４の何れかに記載の電源システム。
6. バッテリによる第１の補助電源装置と、前記第１の補助電源装置と商用電源と対応する負荷との接続を制御する第１の入出力制御部とによる第１のバックアップ電源システムと、
   前記第１の入出力制御部を制御する上位コントローラとを備え、
   前記第１の入出力制御部は、
   前記第１の補助電源装置からの電力又は前記商用電源の電力を選択的に対応する負荷に出力する出力側の制御リレーと、
   前記補助電源装置への前記商用電源の電力の入力を遮断する入力側の制御リレーと、
   少なくとも前記入力側及び出力側の制御リレーを制御する下位コントローラとを備える電源システムにおけるバックアップ電源システムの増設方法において、
   バッテリによる第２の補助電源装置と、前記第１の入出力制御部に対応する第２の入出力制御部とを備えた第２のバックアップ電源システムに、対応する負荷を接続すると共に、
   前記第２のバックアップ電源システムを、前記第１のバックアップ電源システムと並列に前記商用電源に接続し、
   前記上位コントローラによる、前記第１及び第２のバックアップ電源システムの下位コントローラを介した前記第１及び第２の入出力制御部の制御により、
   前記商用電源の停電時、
   前記第１及び第２のバックアップ電源システムの少なくとも１方で、
   前記入力側の制御リレーで前記商用電源の電源網と補助電源装置との接続を遮断した状態で、対応する前記補助電源装置のバッテリに充電した電力により負荷を駆動する
   バックアップ電源システムの増設方法。

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