JP7119668B2

JP7119668B2 - 蓄電装置、太陽光発電蓄電システム、及び、蓄電池の充電方法

Info

Publication number: JP7119668B2
Application number: JP2018130668A
Authority: JP
Inventors: 裕幸加悦; 貴司文野; 愛実小野; 直樹綾井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2022-08-17
Anticipated expiration: 2038-07-10
Also published as: JP2020010531A

Description

本発明は、蓄電装置、太陽光発電蓄電システム、及び、蓄電池の充電方法に関する。

小規模な需要家における太陽光発電装置は、既に広く普及している。かかる太陽光発電装置は、太陽光発電パネルと、その直流の出力電力を、交流電力に変換するパワーコンディショナとを備えている。パワーコンディショナの出力は、商用電力系統との系統連系により、余剰電力は売電することができる。

一方、電力の買い取り価格は、徐々に低下しており、そのため、電力を売ることよりも、需要家単位で、電力の自給自足を行う方向へ進んでいる。例えば、昼間の太陽光発電中は、余剰電力を蓄電池に蓄え、蓄えた電力を夜間に需要家で使用することができる。このようにして、電力会社からの買電量をなるべく減らすようにすれば、電気料金を低減することができる。但し、太陽光発電の発電量は天候に依存するので、蓄電池が充電不足とならないよう、商用電力系統の電力によって蓄電池を充電できるようにしておくことも必要である。

また、近年、太陽光発電パネルと蓄電池という２種類の直流電源を用いて、直流／交流の電力変換を行う、いわゆる複合型のパワーコンディショナが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。このような複合型のパワーコンディショナは、１又は複数の太陽光発電パネルからの出力と、蓄電池の出力とを１台のパワーコンディショナに繋ぎ込むことができる。パワーコンディショナ内には各電源の必要に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ（チョッパ回路）、及び、インバータが搭載され、商用電力系統との系統連系運転を行うことができる。また、太陽光発電の電力及び商用電力系統の電力のいずれによっても、蓄電池を充電することが可能である。

特開２０１５－１４２４６０号公報特開２０１５－１９２５４９号公報特許第６０１７７１５号公報特開２０１６－２２６２０８号公報特開２０１７－５８４９号公報

しかしながら、既に太陽光発電システムを導入済みの需要家では、新たに蓄電池を設置するために、まだ使えるパワーコンディショナまで買い換えしなければならないのは、経済的負担が大きくなる。既存の太陽光発電システムに対して安価に蓄電装置を追加する種々の提案もなされているが（例えば、特許文献３，４，５参照。）、いずれも太陽光発電の電力による充電のみしか行うことができない。

かかる課題に鑑み、本発明は、太陽光発電システムが既設であっても、既存の設備はそのままで、複合型のパワーコンディショナと同様に蓄電池を使用できる簡易な蓄電装置を提供することを目的とする。

本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は、特許請求の範囲によって定められるものである。

本発明の一表現に係る蓄電装置は、太陽光発電パネルから直流電路、インバータ装置、交流電路を経て、商用電力系統と系統連系可能な太陽光発電装置がある場合に、当該太陽光発電装置に接続される蓄電装置であって、蓄電池と、一端が前記蓄電池に接続され、前記蓄電池の充電及び放電の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端とを繋ぐ第１電路、及び、前記交流電路から整流部を経て前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端へ至る第２電路を有する充放電用回路と、を備えている。

また、本発明の一表現に係る太陽光発電蓄電システムは、太陽光発電パネルから直流電路、インバータ装置、交流電路を経て、商用電力系統と系統連系可能な太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置に接続される蓄電装置と、を備えた太陽光発電蓄電システムであって、前記蓄電装置は、蓄電池と、一端が前記蓄電池に接続され、前記蓄電池の充電及び放電の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端とを繋ぐ第１電路、及び、前記交流電路から整流部を経て前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端へ至る第２電路を有する充放電用回路と、を備えている。

また、本発明の一表現に係る蓄電池の充電方法は、太陽光発電パネルから直流電路、インバータ装置、交流電路を経て、商用電力系統と系統連系可能な太陽光発電装置がある場合に、前記インバータ装置を通らない別の経路を用いて蓄電池を充電可能な、蓄電池の充電方法であって、太陽光発電中は、前記直流電路からの電力の供給を受け、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記蓄電池を充電可能な状態とし、太陽光発電停止中は、前記交流電路から整流部を通して電力の供給を受け、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記蓄電池を充電可能な状態とする。

本発明によれば、太陽光発電システムが既設であっても、既存の設備はそのままで、複合型のパワーコンディショナと同様に蓄電池を使用できる簡易な蓄電装置を提供することができる。

図１は、需要家に例えば既存の太陽光発電装置があって、これに、後付けで第１実施形態の蓄電装置を取り付けた状態を示す回路図である。図２は、太陽光発電パネルによる太陽光発電が行われているときの状態を説明する図である。図３は、太陽光発電パネルによる太陽光発電が停止中であるときの状態を説明する図である。図４は、第１開閉部を設ける意味について説明する回路図である。図５は、需要家に例えば既存の太陽光発電装置があって、これに、後付けで第２実施形態の蓄電装置を取り付けた状態を示す回路図である。図６は、需要家に例えば既存の太陽光発電装置があって、これに、後付けで第３実施形態の蓄電装置を取り付けた状態を示す回路図である。図７は、需要家に例えば既存の太陽光発電装置があって、これに、後付けで第４実施形態の蓄電装置を取り付けた状態を示す回路図である。図８は、需要家に例えば既存の太陽光発電装置があって、これに、後付けで第５実施形態の蓄電装置を取り付けた状態を示す回路図である。

［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。

（１）これは、太陽光発電パネルから直流電路、インバータ装置、交流電路を経て、商用電力系統と系統連系可能な太陽光発電装置がある場合に、当該太陽光発電装置に接続される蓄電装置であって、蓄電池と、一端が前記蓄電池に接続され、前記蓄電池の充電及び放電の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端とを繋ぐ第１電路、及び、前記交流電路から整流部を経て前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端へ至る第２電路を有する充放電用回路と、を備えている蓄電装置である。

上記のような蓄電装置は、太陽光発電装置の直流電路及び交流電路との接続を実現するだけで構成することができる。従って、新設の太陽光発電装置のみならず、既存の太陽光発電装置にも容易に取り付けることができる。太陽光発電中は、第１電路を介して、発電電力により蓄電池を充電することができる。太陽光発電停止中は、第２電路を介して、商用電力により蓄電池を充電することができる。このようにして、太陽光発電システムが既設であっても、既存の設備はそのままで、複合型のパワーコンディショナと同様に蓄電池を使用できる簡易な蓄電装置を提供することができる。なお、一般に、近年の太陽光発電パネルによる太陽光発電中の直流電路の電圧は、商用電力系統の系統電圧のピーク値より高く、従って、その場合には太陽光発電中に、第１電路を介して発電電力により蓄電池を充電することが優先的に行われ、第２電路を介して商用電力により蓄電池の充電が行われることはない。逆に、太陽光発電停止中の直流電路の電圧は、当然に、商用電力系統の系統電圧のピーク値より低く、従って、その場合には、第２電路を介して商用電力により蓄電池の充電を行うことができる。

（２）また、（１）の蓄電装置において、前記整流部に流れる電流を検出する電流センサと、前記第１電路に設けられ、前記第１電路を開閉する第１開閉部と、前記電流センサにより所定値以上の電流が所定時間以上流れる状態が検出された場合に前記第１開閉部を開路し、当該状態が検出されない場合は前記第１開閉部を閉路するよう制御する制御部と、を備えていてもよい。

太陽光発電停止中であって、第２電路を介して商用電力により蓄電池の充電が行われるとき、インバータ装置は最初停止しているが、第２電路からの電圧が入力されると、動作を開始する場合がある。その場合、第２電路→第１電路→インバータ装置→第２電路という電流のループができる。このようなループができると、整流部及びインバータ装置内での電力損失が発生する。そこで、電流センサにより所定値以上の電流が所定時間以上流れる状態が検出された場合には、制御部が第１開閉部を開路して第１電路を遮断し、インバータ装置の起動及びループの成立を阻止する。このようにして、電流のループによる電力損失の発生を抑制することができる。

（３）また、（１）の蓄電装置において、前記整流部に流れる電流を検出する電流センサと、前記電流センサにより所定値以上の電流が所定時間以上流れる状態が検出された場合に、前記インバータ装置の停止を維持する指令信号を出力する制御部と、を備えていてもよい。

太陽光発電停止中であって、第２電路を介して商用電力により蓄電池の充電が行わるとき、インバータ装置は最初停止しているが、第２電路からの電圧が入力されると、動作を開始する場合がある。その場合、第２電路→第１電路→インバータ装置→第２電路という電流のループができる。このようなループができると、整流部及びインバータ装置内での電力損失が発生する。そこで、電流センサが所定値以上の電流が所定時間以上流れる状態を検出した場合には制御部が、インバータ装置の起動を阻止すべく、停止を維持する指令信号を出力し、ループの成立を阻止する。このようにして、電流のループによる電力損失の発生を抑制することができる。

（４）また、（２）の蓄電装置において、前記インバータ装置の出力を検出する出力センサと、前記第２電路に設けられ、前記第２電路を開閉する第２開閉部と、を備え、前記制御部は、前記インバータ装置の出力が閾値より低い場合、前記第１開閉部を開路して前記第２開閉部を閉路し、また、前記インバータ装置の出力が前記閾値以上である場合、前記第１開閉部を閉路して前記第２開閉部を開路するよう制御するものであってもよい。
この場合、太陽光発電の出力が少なく、そのため、インバータ装置の出力が閾値より低い場合、制御部は、第１開閉部を開路して第２開閉部を閉路し、商用電力系統からの電力により蓄電池を充電することができる。

（５）また、（２）の蓄電装置において、前記第２電路に設けられ、前記第２電路を開閉する第２開閉部、を備え、前記制御部は、前記インバータ装置から出力情報を取得し、前記インバータ装置の出力が閾値より低い場合、前記第１開閉部を開路して前記第２開閉部を閉路し、前記インバータ装置の出力が前記閾値以上である場合、前記第１開閉部を閉路して前記第２開閉部を開路するよう制御するものであってもよい。
この場合、太陽光発電の出力が少なく、そのため、インバータ装置の出力が閾値より低い場合、制御部は、第１開閉部を開路して第２開閉部を閉路し、商用電力系統からの電力により蓄電池を充電することができる。

（６）また、（１）の蓄電装置において、前記整流部はサイリスタによって構成され、前記インバータ装置から出力情報を取得し、前記インバータ装置の出力が閾値より低い場合、前記整流部をオン状態とし、前記インバータ装置の出力が前記閾値以上である場合、前記整流部がオフ状態となるよう制御する制御部を備えるものであってもよい。
この場合、太陽光発電の出力が少なく、そのため、インバータ装置の出力が閾値より低い場合、制御部は、第２電路を用いて、商用電力系統からの電力により蓄電池を充電することができる。

（７）また、（１）の蓄電装置において、前記整流部はサイリスタによって構成され、前記インバータ装置の出力を検出する出力センサと、前記インバータ装置の出力が閾値より低い場合、前記整流部をオン状態とし、前記インバータ装置の出力が前記閾値以上である場合、前記整流部がオフ状態となるよう制御する制御部を備えるものであってもよい。
この場合、太陽光発電の出力が少なく、そのため、インバータ装置の出力が閾値より低い場合、制御部は、第２電路を用いて、商用電力系統からの電力により蓄電池を充電することができる。

（８）また、（２）～（７）のいずれかの蓄電装置において、前記蓄電池の充放電を管理する蓄電池システム制御部が設けられ、当該蓄電池システム制御部が、前記制御部としての機能を有するものであってもよい。
この場合、蓄電池システム制御部を利用して開閉部の制御を行うことができるので、開閉部の制御のためだけに専用の制御部を設ける必要がない。

（９）他の観点からは、これは、太陽光発電パネルから直流電路、インバータ装置、交流電路を経て、商用電力系統と系統連系可能な太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置に接続される蓄電装置と、を備えた太陽光発電蓄電システムであって、前記蓄電装置は、蓄電池と、一端が前記蓄電池に接続され、前記蓄電池の充電及び放電の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端とを繋ぐ第１電路、及び、前記交流電路から整流部を経て前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端へ至る第２電路を有する充放電用回路と、を備えている太陽光発電蓄電システムである。

上記のような太陽光発電蓄電システムでは、蓄電装置を、太陽光発電装置の直流電路及び交流電路との接続を実現するだけで構成することができる。従って、新設の太陽光発電装置のみならず、既存の太陽光発電装置にも容易に蓄電装置を取り付けることができる。太陽光発電中は、第１電路を介して、発電電力により蓄電池を充電することができる。太陽光発電停止中は、第２電路を介して、商用電力により蓄電池を充電することができる。このようにして、太陽光発電システムが既設であっても、既存の設備はそのままで、複合型のパワーコンディショナと同様に蓄電池を使用できる簡易な蓄電装置を提供することができる。なお、一般に、近年の太陽光発電パネルによる太陽光発電中の直流電路の電圧は、商用電力系統の系統電圧のピーク値より高く、従って、その場合には太陽光発電中に、第１電路を介して発電電力により蓄電池を充電することが優先的に行われ、第２電路を介して商用電力により蓄電池の充電が行われることはない。逆に、太陽光発電停止中の直流電路の電圧は、当然に、商用電力系統の系統電圧のピーク値より低く、従って、その場合には、第２電路を介して商用電力により蓄電池の充電を行うことができる。

（１０）方法の観点からは、これは、太陽光発電パネルから直流電路、インバータ装置、交流電路を経て、商用電力系統と系統連系可能な太陽光発電装置がある場合に、前記インバータ装置を通らない別の経路を用いて蓄電池を充電可能な、蓄電池の充電方法であって、太陽光発電中は、前記直流電路からの電力の供給を受け、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記蓄電池を充電可能な状態とし、太陽光発電停止中は、前記交流電路から整流部を通して電力の供給を受け、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記蓄電池を充電可能な状態とする、蓄電池の充電方法である。

上記のような蓄電池の充電方法によれば、例えば既存の太陽光発電装置を利用して容易に、蓄電池を充電することができる。すなわち、太陽光発電中は、直流電路からの電力により、蓄電池を充電することができる。太陽光発電停止中は、交流電路から整流部を介して、商用電力により蓄電池を充電することができる。このようにして、太陽光発電システムが既設であっても、既存の設備はそのままで、複合型のパワーコンディショナと同様に蓄電池を使用できる簡易な蓄電装置を提供することができる。なお、一般に、近年の太陽光発電パネルによる太陽光発電中の直流電路の電圧は、商用電力系統の系統電圧のピーク値より高く、従って、その場合には太陽光発電中に、直流電路からの電力により蓄電池を充電することが優先的に行われ、商用電力により蓄電池の充電が行われることはない。逆に、太陽光発電停止中の直流電路の電圧は、当然に、商用電力系統の系統電圧のピーク値より低く、従って、その場合には、商用電力により蓄電池の充電を行うことができる。

［実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態に係る蓄電装置について、図面を参照して説明する。

《第１実施形態》
図１は、需要家に、例えば既存の太陽光発電装置１００があって、これに、後付けで第１実施形態の蓄電装置３００を取り付けた状態を示す回路図である。図において、まず、太陽光発電装置１００は、太陽光発電パネル１と、当該太陽光発電パネル１から直流電路２を介して接続されたインバータ装置３（パワーコンディショナ）と、当該インバータ装置３から商用電力系統５に系統連系する交流電路４とを含んでいる。なお、交流電路４には、需要家の負荷（図示せず。）も接続されている。また、この商用電力系統５は、例えば３相交流（電圧は例えば２００Ｖ）であり、インバータ装置３は、３相交流との系統連系用である。

一方、蓄電装置３００は、双方向に変換動作が可能なＤＣ／ＤＣコンバータ８と、蓄電池９と、充放電用回路２００とを備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、その一端（図では下端の低圧側）が蓄電池９に接続され、蓄電池９の充電及び放電の動作を行う。充放電用回路２００は、直流電路２とＤＣ／ＤＣコンバータ８の他端（図の上端の高圧側）とを繋ぐ第１電路６、及び、交流電路４から整流部１３を経てＤＣ／ＤＣコンバータ８の他端へ至る第２電路７を有する。

充放電用回路２００は、第１電路６側に、例えばリレー接点である第１開閉部１０が設けられている。また、第１開閉部１０と並列に、抵抗１１及びリレー接点１２の直列体による突入電流抑制回路が接続されている。第１開閉部１０を閉路したいときは、それに先駆けてリレー接点１２を閉路し、抵抗１１を通してＤＣ／ＤＣコンバータ８の内部にあるコンデンサ（図示せず。）をプリチャージする。その後、第１開閉部１０を閉路し、リレー接点１２を開路する。第１開閉部１０及びリレー接点１２の開閉は、制御部１５により制御される。開路している状態の第１開閉部１０を閉路するときは、常にこのようにして、突入電流の抑制が行われる（以下同様。）。

また、充放電用回路２００の第２電路７は、フルブリッジのダイオードｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５、ｄ６による整流部１３を介して、第１電路６と接続される。第２電路７の１線には電流センサ１４が設けられ、その検出出力は制御部１５に送られる。制御部１５の基本的な動作は、電流センサ１４が所定値以上の電流を所定時間以上検出すると、第１開閉部１０を開路する。ここで、「所定値以上」、「所定時間」とは、ダイオードｄ１～ｄ６の漏れ電流程度の微小な電流や、所定値以上ではあっても、ごく瞬間的にしか流れない電流を排除するための条件であり、実際に流れる電流を検出して適切な数値に定めることができる。また、逆に、所定値以上の電流を所定時間以上検出する状態でなくなれば、制御部１５は、第１開閉部１０を閉路する。

制御部１５は、ＣＰＵを含まないハードウェアのみの回路であってもよいし、ＣＰＵを含み、ソフトウェア（コンピュータプログラム）をコンピュータが実行することで、必要な制御機能を実現するものであってもよい。ＣＰＵを含む場合には、ソフトウェアは、制御部１５の記憶装置（図示せず。）に格納される。

次に、上記のように構成された充放電用回路２００の動作について説明する。図２～図４は、図１と同じ回路に、電流の流れ等を追記した回路図である。
まず、図２は、太陽光発電パネル１による太陽光発電が行われているときの状態を説明する図である。図において、太陽光発電パネル１の出力はインバータ装置３により交流電力に変換され、交流電路４に送出されている。直流電路２の電圧は蓄電装置３００にも取り込まれ、閉路している第１開閉部１０を介してＤＣ／ＤＣコンバータ８に給電されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は蓄電池９の充電を行うことができる。

第１電路６の２線間の電圧Ｖｐｖは、太陽光発電中は例えば５００Ｖ程度あり、商用電力系統５における系統電圧Ｖａｃの絶対値のピーク値（２^１／２）|Ｖａｃ|よりも高い電圧となる。従って、整流部１３のダイオードｄ１～ｄ６は、逆方向バイアスをかけた状態となって導通せず、第２電路７に電流は流れない。この状態では、制御部１５は、第１開閉部１０の閉路を継続している。この状態から夕方になり日没を迎えると、太陽光発電は停止となり、第１電路６の２線間の電圧Ｖｐｖは低下して最終的には０になる。電圧Ｖｐｖが、Ｖｐｖ＜（２^１／２）|Ｖａｃ|となると、整流部１３のダイオードｄ１～ｄ６は、順方向バイアスをかけた状態となって導通し、第２電路７に電流が流れる。

図３は、この状態すなわち、太陽光発電パネル１による太陽光発電が停止中であるときの状態を説明する図である。太陽光発電パネル１は発電せず、インバータ装置３は停止している。第２電路７に所定値以上の電流が所定時間以上流れることによって、制御部１５は、第１開閉部１０を開路する。この状態では、商用電力系統５から交流電路４、第２電路７、整流部１３を介してＤＣ／ＤＣコンバータ８に提供される電力により、蓄電池９が充電される。

蓄電池９の充電が完了すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は運転を停止する。従って、第２電路７には電流が流れなくなり、制御部１５は、第１開閉部１０を閉路する。この状態で朝が来て日が昇ると、太陽光発電が開始され、図２の状態となる。

なお、第１開閉部１０が閉路している状態で、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を放電（昇圧）方向に動作させれば、蓄電池９を放電させることができる。例えば、日中であっても、太陽光発電パネル１の発電量が少ない場合に、蓄電池９を放電させることにより、需要家の負荷電力を賄うことができる（以下同様。）。

図４は、第１開閉部１０を設ける意味について説明する回路図である。太陽光発電の停止中で、第２電路７から電力が供給されているとき、もし仮に、開閉可能な第１開閉部１０が存在せず、図４に示すように、第１電路６がＤＣ／ＤＣコンバータ８まで直結している回路であったとすると、第２電路７の交流電圧が整流部１３を通って直流電圧となり、インバータ装置３に入力電圧として印加される。これにより、インバータ装置３は、太陽光発電パネル１から発電電圧が入力されたときと同じ反応をして、起動する。

その結果、図４の太線で示すようなループを成す循環電流が流れる。このような電流が流れると、整流部１３及びインバータ装置３内の電力損失が発生する。そこで、このような電力損失を抑制すべく、図３に示すように、第１開閉部１０を設けて、それを開路し、ループの成立を阻止する。このようにして、電流のループによる電力損失の発生を抑制することができる。

《第２実施形態》
図５は、需要家に、例えば既存の太陽光発電装置１００があって、これに、後付けで第２実施形態の蓄電装置３００を取り付けた状態を示す回路図である。図１との違いは、第１開閉部１０（図１）が存在しないこと、及び、制御部１５からインバータ装置３に指示を与えうる構成になっていること、である。前述のように、第１開閉部１０（図１）は、太陽光発電停止中に、電流のループができることを防ぐ意味がある。しかし、本実施形態では、第１開閉部１０の代わりの役割を、インバータ装置３に持たせている。

すなわち、電流センサ１４の検出信号に基づいて、所定値以上の電流が所定時間以上流れる状態が検出された場合、制御部１５は、インバータ装置３に対して運転停止の状態を維持する指令信号を出力する。なお、インバータ装置３は、通常、外部からの停止信号を受け付ける入力端子を備えている。従って、後付けの蓄電装置３００であっても、信号線を接続するだけで、インバータ装置３に対して運転停止の状態を維持する指令信号を出力することができる。指令信号を受けたインバータ装置３は、運転停止の状態を維持するので、電流のループは成立しない。所定値以上の電流が所定時間以上流れる状態が検出されない（又はされなくなった）場合には、制御部１５は、インバータ装置３に対する指令信号の出力を停止する。

《第３実施形態》
図６は、需要家に、例えば既存の太陽光発電装置１００があって、これに、後付けで第３実施形態の蓄電装置３００を取り付けた状態を示す回路図である。図１との違いは、まず、第２電路７の、整流部１３より上流側に、例えばリレー接点である第２開閉部１６並びに、突入電流抑制用のリレー接点１７及び抵抗１８の直列体を、第２開閉部１６のいずれか１相の接点と並列に設けた点である。また、インバータ装置３の出力（ここでは電流）を検出する出力センサ１９、又は、インバータ装置３から出力情報を取得する信号線を接続した点である。さらに、第２開閉部１６と直列に、力率改善用のリアクトル２０が設けられていることが好ましい。なお、第２電路７に流れる電流を検出する電流センサ１４（図１）は、本実施形態では無くてもよい。

図６において、インバータ装置３から出力情報を取得するのが容易であれば、出力センサ１９を省略してもよい。インバータ装置３から出力情報を取得するのが困難であれば、出力センサ１９を設ければよい。

また、第３実施形態の回路構成は、太陽光発電パネル１の出力する電圧（開放電圧）Ｖｐｖが、系統電圧Ｖａｃの絶対値のピーク値（２^１／２）|Ｖａｃ|よりも低い電圧となる場合があることを想定したものである。この場合、ダイオードの逆方向バイアス／順方向バイアスでは充電経路の切替ができない。そこで、第１開閉部１０及び第２開閉部１６を設けてこれらを開閉制御することにより、充電経路の切替を実現するものである。

例えば、太陽光発電パネル１による太陽光発電が行われているときには、太陽光発電パネル１の出力はインバータ装置３により交流電力に変換され、交流電路４に送出されている。このとき、制御部１５は、出力センサ１９の検出出力に基づいて、又は、インバータ装置３からの出力情報に基づいて、太陽光発電中か、そうではないか、を判断する。太陽光発電中は、制御部１５は、第１開閉部１０を閉路し、第２開閉部１６を開路するよう制御する。直流電路２の電圧は蓄電装置３００にも取り込まれ、閉路している第１開閉部１０を介してＤＣ／ＤＣコンバータ８に給電されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は蓄電池９の充電を行うことができる。

第２電路７では、途中にある第２開閉部１６が開路しているので、電流は流れない。この状態から夕方になり日没を迎えると、太陽光発電の出力は低下し、最終的には０になる。そこで、出力の閾値を予め定めておき、インバータ装置３の出力が閾値より低い状態になると、制御部１５は、第１開閉部１０を開路し、第２開閉部１６を閉路するよう制御する。なお、第２開閉部１６を閉路する際は、先にリレー接点１７を閉路してＤＣ／ＤＣコンバータ８内のコンデンサのプリチャージを行い、その後第２開閉部１６を閉路してからリレー接点１７を開路する。この状態では、太陽光発電パネル１は発電せず、インバータ装置３は停止している。また、商用電力系統５から交流電路４、閉路した第２開閉部１６を含む第２電路７、整流部１３を介してＤＣ／ＤＣコンバータ８に提供される電力により、蓄電池９が充電される。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の内部の充電電力入力側にあるコンデンサと整流部１３との組合せにより力率が悪化するが、交流側にリアクトル２０を設けておくことにより、このような力率の悪化を抑制することができる。

蓄電池９の充電が完了すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は運転を停止する。この状態で朝が来て日が昇ると、太陽光発電が開始され、インバータ装置３の出力が立ち上がる。これを検出した制御部１５は、第１開閉部１０を閉路し、第２開閉部１６を開路する。

《第４実施形態》
図７は、需要家に、例えば既存の太陽光発電装置１００があって、これに、後付けで第４実施形態の蓄電装置３００を取り付けた状態を示す回路図である。第３実施形態の図６との違いは、第２開閉部１６（図６）が無いこと、及び、ダイオードｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６がサイリスタｔｈ１，ｔｈ２，ｔｈ３，ｔｈ４，ｔｈ５，ｔｈ６に置き換わっていることである。サイリスタｔｈ１，ｔｈ２，ｔｈ３，ｔｈ４，ｔｈ５，ｔｈ６のターンオンを制御するのは、制御部１５である。

第４実施形態の回路構成は、第３実施形態と同様に、太陽光発電パネル１の出力する電圧（開放電圧）Ｖｐｖが、系統電圧Ｖａｃの絶対値のピーク値（２^１／２）|Ｖａｃ|よりも低い電圧となる場合があることを想定したものである。この場合、ダイオードの逆方向バイアス／順方向バイアスでは充電経路の切替ができない。そこで、第１開閉部１０及びサイリスタによる整流部１３を設けてこれらを制御することにより、充電経路の切替を実現するものである。

例えば、太陽光発電パネル１による太陽光発電が行われているときには、太陽光発電パネル１の出力はインバータ装置３により交流電力に変換され、交流電路４に送出されている。このとき、制御部１５は、出力センサ１９の検出出力に基づいて、又は、インバータ装置３からの出力情報に基づいて、太陽光発電中か、そうではないか、を判断する。太陽光発電中は、制御部１５は、第１開閉部１０を閉路し、整流部１３を開路（ターンオフ）するよう制御している。直流電路２の電圧は蓄電装置３００にも取り込まれ、閉路している第１開閉部１０を介してＤＣ／ＤＣコンバータ８に給電されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は蓄電池９の充電を行うことができる。

第２電路７では、整流部１３が開路（ターンオフ）しているので、電流は流れない。この状態から夕方になり日没を迎えると、太陽光発電の出力は低下し、最終的には０になる。そこで、出力の閾値を予め定めておき、インバータ装置３の出力が閾値より低い状態になると、制御部１５は、第１開閉部１０を開路し、整流部１３のサイリスタｔｈ１～ｔｈ６がターンオンするよう制御する。この状態では、太陽光発電パネル１は発電せず、インバータ装置３は停止している。また、商用電力系統５から交流電路４、第２電路７の整流部１３を介してＤＣ／ＤＣコンバータ８に提供される電力により、蓄電池９が充電される。

蓄電池９の充電が完了すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は運転を停止する。運転停止により、電流が０になると、整流部１３のサイリスタｔｈ１～ｔｈ６は自然にターンオフとなる。この状態で朝が来て日が昇ると、太陽光発電が開始され、インバータ装置３の出力が立ち上がる。これを検出した制御部１５は、第１開閉部１０を閉路する。

なお、サイリスタとして、ＧＴＯ（ゲートターンオフ）サイリスタを使用し、制御部１５によりターンオフさせてもよい。この場合は、図６の蓄電装置３００と同様な動作になる。すなわち、整流部１３が、第２開閉部１６と同様な機能を内蔵することになる。
また、整流部１３として制御可能な整流素子を用いるとすると、その他、トライアックの使用も可能である。

《第５実施形態》
図８は、需要家に、例えば既存の太陽光発電装置１００があって、これに、後付けで第５実施形態の蓄電装置３００を取り付けた状態を示す回路図である。図１との違いは、制御部１５Ｂとして、蓄電池９に付随して設けられ蓄電池９の充放電を管理する蓄電池システム制御部を使用した点である。
この場合、蓄電池システム制御部１５Ｂを利用して第１開閉部１０の制御を行うことができるので、第１開閉部１０の制御のためだけに専用の制御部を設ける必要が無い。

《その他》
なお、上述の各実施形態については、その少なくとも一部を、相互に任意に組み合わせてもよい。
また、上述の各実施形態では、蓄電装置３００を、既存の太陽光発電装置１００に取り付けるものとして説明したが、このような蓄電装置３００は、新設の太陽光発電装置に併設することもできる。

《まとめ》
各実施形態に共通する特徴の一表現としては、この蓄電装置３００は、太陽光発電パネル１から直流電路２、インバータ装置３、交流電路４を経て、商用電力系統５と系統連系可能な太陽光発電装置１００がある場合に、当該太陽光発電装置１００に接続される蓄電装置３００である、という前提であり、そして、蓄電装置３００は、蓄電池９と、一端が蓄電池９に接続され、蓄電池９の充電及び放電の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータ８と、直流電路２とＤＣ／ＤＣコンバータ８の他端とを繋ぐ第１電路６、及び、交流電路４から整流部１３を経てＤＣ／ＤＣコンバータ８の他端へ至る第２電路７を有する充放電用回路２００と、を備えていることである。

このような蓄電装置３００は、太陽光発電装置１００の直流電路２及び交流電路４との接続を実現するだけで構成することができる。従って、新設の太陽光発電装置のみならず、既存の太陽光発電装置にも容易に取り付けることができる。太陽光発電中は、第１電路６を介して、発電電力により蓄電池９を充電することができる。太陽光発電停止中は、第２電路７を介して、商用電力により蓄電池９を充電することができる。

また、一般に、近年の太陽光発電パネル１による太陽光発電中の直流電路２の電圧は、商用電力系統５の系統電圧のピーク値より高く、従って、その場合には太陽光発電中に、第１電路６を介して発電電力により蓄電池９を充電することが優先的に行われ、第２電路７を介して商用電力により蓄電池９の充電が行われることはない。逆に、太陽光発電停止中の直流電路の電圧は、当然に、商用電力系統５の系統電圧のピーク値より低く、従って、その場合には、第２電路７を介して商用電力により蓄電池９の充電を行うことができる。

また、方法の観点から異なる表現をすれば、太陽光発電パネル１から直流電路２、インバータ装置３、交流電路４を経て、商用電力系統５と系統連系可能な太陽光発電装置１００がある場合に、インバータ装置３を通らない別の経路を用いて蓄電池９を充電可能な、蓄電池９の充電方法であって、太陽光発電中は、直流電路２からの電力の供給を受け、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を介して蓄電池９を充電可能な状態とし、太陽光発電停止中は、交流電路４から整流部１３を通して電力の供給を受け、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を介して蓄電池９を充電可能な状態とする、蓄電池の充電方法でもある。

また、循環電流（電流のループ）防止の観点では、第１電路６に第１開閉部１０を設け、電流センサ１４により所定値以上の電流が所定時間以上流れる状態が検出された場合に第１開閉部１０を開路し、当該状態が検出されない場合は第１開閉部１０を閉路するよう制御することができる。このようにして、電流のループによる電力損失の発生を抑制することができる。同様のことは、第１開閉部１０の代わりに、インバータ装置３の停止を維持することによっても実現できる。

また、太陽光発電の出力が小さい場合、第２電路７に第２開閉部１６を設けてもよい。制御部１５は、インバータ装置３の出力が閾値より低い場合、第１開閉部１０を開路して第２開閉部１６を閉路し、また、インバータ装置３の出力が閾値以上である場合、第１開閉部１０を閉路して第２開閉部１６を開路するよう制御することができる。インバータ装置の出力は、独自に出力センサを設けて検出してもよいし、可能な場合は、インバータ装置から出力情報を取得してもよい。
すなわち、太陽光発電の出力が少なく、そのため、インバータ装置３の出力が閾値より低い場合、制御部は、第１開閉部１０を開路して第２開閉部１６を閉路し、商用電力系統５からの電力により蓄電池９を充電することができる。

また、整流部１３は、ダイオードの他、サイリスタの使用も可能である。サイリスタのような制御可能な整流素子は、第２開閉部１６の機能も持ち合わせることができる。

《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１太陽光発電パネル
２直流電路
３インバータ装置
４交流電路
５商用電力系統
６第１電路
７第２電路
８ＤＣ／ＤＣコンバータ
９蓄電池
１０第１開閉部
１１抵抗
１２リレー接点
１３整流部
１４電流センサ
１５制御部
１５Ｂ蓄電池システム制御部
１６第２開閉部
１７リレー接点
１８抵抗
１９出力センサ
２０リアクトル
１００太陽光発電装置
２００充放電用回路
３００蓄電装置
ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６ダイオード
ｔｈ１，ｔｈ２，ｔｈ３，ｔｈ４，ｔｈ５，ｔｈ６サイリスタ

Claims

太陽光発電パネルから直流電路、インバータ装置、交流電路を経て、商用電力系統と系統連系可能な太陽光発電装置がある場合に、当該太陽光発電装置に接続される蓄電装置であって、
蓄電池と、
一端が前記蓄電池に接続され、前記蓄電池の充電及び放電の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記直流電路と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端とを繋ぐ第１電路、及び、前記交流電路から整流部を経て前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端へ至る第２電路を有する充放電用回路と、
前記整流部に流れる電流を検出する電流センサと、
前記第１電路に設けられ、前記第１電路を開閉する第１開閉部と、
前記電流センサにより所定値以上の電流が所定時間以上流れる状態が検出された場合に前記第１開閉部を開路し、当該状態が検出されない場合は前記第１開閉部を閉路するよう制御する制御部と、
を備えている蓄電装置。
太陽光発電パネルから直流電路、インバータ装置、交流電路を経て、商用電力系統と系統連系可能な太陽光発電装置がある場合に、当該太陽光発電装置に接続される蓄電装置であって、
蓄電池と、
一端が前記蓄電池に接続され、前記蓄電池の充電及び放電の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記直流電路と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端とを繋ぐ第１電路、及び、前記交流電路から整流部を経て前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端へ至る第２電路を有する充放電用回路と、
前記整流部に流れる電流を検出する電流センサと、
前記電流センサにより所定値以上の電流が所定時間以上流れる状態が検出された場合に、前記インバータ装置の停止を維持する指令信号を出力する制御部と、
を備えている蓄電装置。
前記電流センサは、前記第２電路のうちの前記交流電路と前記整流部との間に接続されている、請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
前記インバータ装置の出力を検出する出力センサと、
前記第２電路に設けられ、前記第２電路を開閉する第２開閉部と、を備え、
前記制御部は、前記インバータ装置の出力が閾値より低い場合、前記第１開閉部を開路して前記第２開閉部を閉路し、また、前記インバータ装置の出力が前記閾値以上である場合、前記第１開閉部を閉路して前記第２開閉部を開路するよう制御する、請求項１に記載の蓄電装置。
前記第２電路に設けられ、前記第２電路を開閉する第２開閉部、を備え、
前記制御部は、前記インバータ装置から出力情報を取得し、前記インバータ装置の出力が閾値より低い場合、前記第１開閉部を開路して前記第２開閉部を閉路し、前記インバータ装置の出力が前記閾値以上である場合、前記第１開閉部を閉路して前記第２開閉部を開路するよう制御する、請求項１に記載の蓄電装置。
前記蓄電池の充放電を管理する蓄電池システム制御部が設けられ、当該蓄電池システム制御部が、前記制御部としての機能を有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の蓄電装置。
太陽光発電パネルから直流電路、インバータ装置、交流電路を経て、商用電力系統と系統連系可能な太陽光発電装置と、
前記太陽光発電装置に接続される蓄電装置と、を備えた太陽光発電蓄電システムであって、前記蓄電装置は、
蓄電池と、
一端が前記蓄電池に接続され、前記蓄電池の充電及び放電の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記直流電路と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端とを繋ぐ第１電路、及び、前記交流電路から整流部を経て前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端へ至る第２電路を有する充放電用回路と、
前記整流部に流れる電流を検出する電流センサと、
前記第１電路に設けられ、前記第１電路を開閉する第１開閉部と、
前記電流センサにより所定値以上の電流が所定時間以上流れる状態が検出された場合に前記第１開閉部を開路し、当該状態が検出されない場合は前記第１開閉部を閉路するよう制御する制御部と、
を備えている太陽光発電蓄電システム。
太陽光発電パネルから直流電路、インバータ装置、交流電路を経て、商用電力系統と系統連系可能な太陽光発電装置と、
前記太陽光発電装置に接続される蓄電装置と、を備えた太陽光発電蓄電システムであって、前記蓄電装置は、
蓄電池と、
一端が前記蓄電池に接続され、前記蓄電池の充電及び放電の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記直流電路と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端とを繋ぐ第１電路、及び、前記交流電路から整流部を経て前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端へ至る第２電路を有する充放電用回路と、
前記整流部に流れる電流を検出する電流センサと、
前記電流センサにより所定値以上の電流が所定時間以上流れる状態が検出された場合に、前記インバータ装置の停止を維持する指令信号を出力する制御部と、
を備えている太陽光発電蓄電システム。
太陽光発電パネルから直流電路、インバータ装置、交流電路を経て、商用電力系統と系統連系可能な太陽光発電装置がある場合に、前記インバータ装置を通らない別の経路を用いて蓄電池を充電可能な、蓄電池の充電方法であって、
太陽光発電中は、前記直流電路から第１電路を介して電力の供給を受け、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記蓄電池を充電可能な状態とする第１ステップと、
太陽光発電停止中は、前記交流電路から第２電路を介し、前記第２電路に含まれる整流部を通して電力の供給を受け、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記蓄電池を充電可能な状態とする第２ステップと、
を備え、
前記第２ステップは、前記整流部に流れる電流を検出する電流センサにより、所定値以上の電流が所定時間以上流れる状態が検出された場合に、前記第１電路に設けられ前記第１電路を開閉する第１開閉部を開路するステップを含み、
前記第１ステップは、前記電流センサにより前記状態が検出されない場合に、前記第１開閉部を閉路するステップを含む、
蓄電池の充電方法。
太陽光発電パネルから直流電路、インバータ装置、交流電路を経て、商用電力系統と系統連系可能な太陽光発電装置がある場合に、前記インバータ装置を通らない別の経路を用いて蓄電池を充電可能な、蓄電池の充電方法であって、
太陽光発電中は、前記直流電路から第１電路を介して電力の供給を受け、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記蓄電池を充電可能な状態とする第１ステップと、
太陽光発電停止中は、前記交流電路から第２電路を介し、前記第２電路に含まれる整流部を通して電力の供給を受け、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記蓄電池を充電可能な状態とする第２ステップと、
を備え、
前記第２ステップは、前記整流部に流れる電流を検出する電流センサにより、所定値以上の電流が所定時間以上流れる状態が検出された場合に、前記インバータ装置の停止を維持するステップを含む、
蓄電池の充電方法。