JP7249893B2 - 電力供給システム - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 ウェブサイトの掲載日：平成３１年３月８日 ウェブサイトのアドレス： ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｄａｉｗａｈｏｕｓｅ．ｃｏｍ／ａｂｏｕｔ／ｒｅｌｅａｓｅ／ｈｏｕｓｅ／２０１９０３０８１６１２４３．ｈｔｍｌ

本発明は、停電時に負荷へ電力を供給可能な電力供給システムの技術に関する。

従来、停電時に負荷へ電力を供給可能な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（太陽光発電システム）は、太陽光発電部（太陽光発電設備）と蓄電池（蓄電装置）と配電変圧器とを有する複数のユニットを具備する。太陽光発電部及び蓄電池は、配電変圧器を介して配電線と接続される。配電変圧器は、当該配電線を介して負荷と接続される。このような電力供給システムにおいては、停電時に太陽光発電部及び蓄電池からの電力を配電変圧器を介して配電線へ供給することで、負荷へ電力を供給することができる。

しかし、特許文献１に記載の電力供給システムでは、太陽光発電部の発電電力が０Ｗとなった場合（例えば、夜間の時間帯）に、負荷の消費電力を蓄電池で賄う必要がある。当該構成においては、停電が復旧するのに時間がかかった（長期間の停電が発生した）場合に、蓄電池の残量がなくなってしまい、負荷へ電力を供給できなくなってしまう可能性があった。

特開２０１２－１０５３６号公報

本発明は、以上の如き状況を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、長期間の停電が発生した場合でも、負荷へ電力を供給することが可能な電力供給システムを提供するものである。

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、系統電源と負荷との間に接続されるパワーコンディショナと、太陽光を利用して発電可能であると共に前記パワーコンディショナとそれぞれ接続される複数のストリングを有する太陽光発電部と、電力を充放電可能であると共に前記パワーコンディショナと接続される蓄電池と、燃料が供給されて発電可能であると共に、前記複数のストリングの少なくとも１つである第一ストリングと前記パワーコンディショナとを結ぶ電路に接続される燃料電池と、停電時において、前記電路を介して前記燃料電池と前記パワーコンディショナとを接続可能な接続部と、を具備するものである。

請求項２においては、前記接続部は、前記電路を介して前記燃料電池と前記パワーコンディショナとを接続する場合に、前記電路を介した前記第一ストリングと前記パワーコンディショナとの接続を解除するものである。

請求項３においては、前記パワーコンディショナは、前記電路を介して電力が供給される第一入力部、及び前記第一入力部とは異なる第二入力部を有し、前記接続部は、前記電路を介して前記燃料電池と前記パワーコンディショナとを接続する場合に、前記第一ストリングとは異なる第二ストリングと前記第一ストリングとを直列接続して前記第二入力部に接続するものである。

請求項４においては、前記接続部は、停電が発生してから復旧するまでの間、前記電路を介して前記燃料電池と前記パワーコンディショナとを接続するものである。

請求項５においては、前記接続部は、停電時、かつ、前記燃料電池が発電している場合に、前記電路を介して前記燃料電池と前記パワーコンディショナとを接続するものである。

請求項６においては、前記接続部は、停電時、かつ、前記太陽光発電部の発電電力が所定の第一の閾値以下の場合に、前記電路を介して前記燃料電池と前記パワーコンディショナとを接続するものである。

請求項７においては、前記接続部は、停電時、かつ、前記太陽光発電部の発電電力が所定の第一の閾値以下となった状態が所定時間以上続いた場合に、前記電路を介して前記燃料電池と前記パワーコンディショナとを接続するものである。

請求項８においては、前記接続部は、停電時、かつ、前記太陽光発電部の発電電力が少なくとも前記第一の閾値よりも大きい値である所定の第二の閾値以上となった状態が所定時間以上続いた場合に、前記電路を介して前記第一ストリングと前記パワーコンディショナとを接続するものである。

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、長期間の停電が発生した場合でも、負荷へ電力を供給することができる。

請求項２においては、燃料電池からの電力をパワーコンディショナにだけ供給することができる。

請求項３においては、停電時に太陽光発電部及び燃料電池からの電力を有効に活用することができる。

請求項４においては、停電時において、負荷へ安定して電力を供給することができる。

請求項５においては、停電時に燃料電池からの電力を第一ストリングよりも優先的に供給することができる。

請求項６においては、停電時に太陽光発電部で発電した電力を有効に活用することができる。

請求項７においては、切替部が短時間に繰り返し動作するのを抑制することができる。

請求項８においては、切替部が短時間に繰り返し動作するのを抑制することができる。

本実施形態に係る電力供給システムを示すブロック図。 切替盤を示すブロック図。 切替盤の動作の流れを示すフローチャート。 停電時の電力供給システムの状態を示すブロック図。 停電時の切替盤の状態を示すブロック図。 第一変形例に係る電力供給システムを示すブロック図。 停電時において、燃料電池が発電不能となった状態を示すブロック図。 第二変形例に係る電力供給システムを示すブロック図。 停電時において、太陽光発電部が発電不能となった状態を示すブロック図。 第三変形例に係る電力供給システムを示すブロック図。 第三変形例に係る切替盤を示すブロック図。 停電時の第三変形例に係る切替盤の状態を示すブロック図。 停電時の第三変形例に係る電力供給システムの状態を示すブロック図。

以下では、本実施形態に係る電力供給システム１について説明する。

図１に示す電力供給システム１は、住宅（例えば、戸建て住宅）に設けられ、住宅の負荷（例えば、エアコン等の電気機器）へ電力を供給するものである。本実施形態に係る負荷は、後述する分電盤１０又は専用回路６０に接続される。本実施形態において、電力供給システム１は、分電盤１０、買売電メータ２０、太陽光発電部３０、蓄電池４０、パワコン５０、専用回路６０、燃料電池７０及び切替盤８０を具備する。

分電盤１０は、負荷の消費電力に応じて電力の供給元（系統電源Ｋ等）から供給された電力を、当該負荷に分配するものである。分電盤１０は、図示せぬ漏電遮断器や、配線遮断器、制御ユニット等により構成される。分電盤１０は、系統電源Ｋ、後述するパワコン５０及び燃料電池７０と接続される。分電盤１０には、系統電源Ｋ、パワコン５０及び燃料電池７０から電力が適宜供給される。

買売電メータ２０は、系統電源Ｋから分電盤１０へ流れる電力量（電力会社から購入する電力量）や、分電盤１０から系統電源Ｋへ流れる電力量（電力会社へと販売する電力量）を検出するものである。買売電メータ２０は、分電盤１０と系統電源Ｋとを結ぶ配電線に配置される。

太陽光発電部３０は、太陽光を利用して発電する装置である。太陽光発電部３０は、太陽光によって発電可能な複数のストリングを有する。なお、本実施形態において、ストリングの数は３つであるものとする。また、以下においては、３つのストリングを区別するために、「第一ストリング３１」、「第二ストリング３２」及び「第三ストリング３３」と称する。

第一ストリング３１は、複数の太陽電池モジュール（太陽電池（セル）の集合体）を互いに接続することで構成される。図２に示すように、第一ストリング３１は、パワコン５０と接続可能な正極端子３１ａ及び負極端子３１ｂを有する。図１に示す第二ストリング３２及び第三ストリング３３は、第一ストリング３１と同様に構成される。

蓄電池４０は、電力を充放電可能に構成されるものである。蓄電池４０は、例えば、リチウムイオン電池により構成される。蓄電池４０は、パワコン５０と接続される。

パワコン５０は、電力を適宜変換するもの（直流電力を交流電力に変換可能なハイブリッドパワーコンディショナ）である。パワコン５０は、３つのストリング３１～３３とそれぞれ接続可能な３つの正極端子５１及び負極端子５２（図２参照）を有する。

当該パワコン５０は、電路Ａ１０～Ａ３０を介してストリング３１～３３とそれぞれ接続される。図２に示す電路Ａ１０は、第一ストリング３１とパワコン５０とを接続する電路である。電路Ａ１０は、第一配電線Ａ１１及び第二配電線Ａ１２を配設することで構成される。第一配電線Ａ１１は、第一ストリング３１の正極端子３１ａとパワコン５０の正極端子５１とを接続する。第二配電線Ａ１２は、第一ストリング３１の負極端子３１ｂとパワコン５０の負極端子５２とを接続する。パワコン５０には、このような電路Ａ１０を介して第一ストリング３１から直流電力が入力される。パワコン５０は、入力された直流電力を交流電力に変換して出力することができる。

図１に示す電路Ａ２０は、第二ストリング３２とパワコン５０とを接続する電路である。電路Ａ３０は、第三ストリング３３とパワコン５０とを接続する電路である。電路Ａ２０・Ａ３０は、電路Ａ１０と同様に構成される。

パワコン５０は、通常時において系統電源Ｋと連系して太陽光発電部３０及び蓄電池４０を運転させる連系運転と、停電時において系統電源Ｋから独立して太陽光発電部３０及び蓄電池４０を運転させる自立運転と、を実行可能に構成される。連系運転及び自立運転を行う場合の電力の供給態様については後で詳述する。

専用回路６０は、負荷（分電盤１０に直接接続された負荷とは異なる負荷）への電力供給のために設けられた回路である。専用回路６０は、パワコン５０及び負荷と接続される。なお、以下においては、説明の便宜上、分電盤１０に接続された負荷を「一般負荷」と称し、専用回路６０に接続された負荷を「重要負荷」と称する。専用回路６０は、通常時だけではなく、停電時においても、パワコン５０を介して電力が供給される。専用回路６０は、当該供給された電力を重要負荷へ供給することができる。このような重要負荷としては、例えば、停電が発生しても電力が供給されるのが望ましい機器、具体的には照明等がある。

燃料電池７０は、燃料（例えば、ガス等）が供給されることで発電するものである。燃料電池７０は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ ： Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）等により構成され、住宅に設置される。燃料電池７０は、水が供給可能に構成され、発電時に発生する熱を用いて湯を沸かすことができる。燃料電池７０は、分電盤１０と接続される。また、図２に示すように、燃料電池７０は、パワコン５０と接続可能な正極端子７１及び負極端子７２を有し、電路Ａ１０・Ａ４０を介してパワコン５０と接続される。

電路Ａ４０は、燃料電池７０が自立運転する場合に用いられる電路である。電路Ａ４０は、燃料電池７０と電路Ａ１０とを接続する。電路Ａ４０は、第一配電線Ａ４１及び第二配電線Ａ４２を配設することで構成される。第一配電線Ａ４１は、燃料電池７０の正極端子７１と電路Ａ１０の第一配電線Ａ１１の中途部とを接続する。第二配電線Ａ４２は、燃料電池７０の負極端子７２と電路Ａ１０の第二配電線Ａ１２の中途部とを接続する。なお、以下においては、第一配電線Ａ１１・Ａ４１の接続部分を「第一接続点Ｐ１」と称する。また、以下においては、第二配電線Ａ１２・Ａ４２の接続部分を「第二接続点Ｐ２」と称する。

燃料電池７０は、通常時において系統電源Ｋと連系して交流電力を出力する連系運転と、停電時において系統電源Ｋから独立して直流電力を出力する自立運転と、を実行可能に構成される。連系運転及び自立運転を行う場合の電力の供給態様については後で詳述する。

図１及び図２に示す切替盤８０は、第一ストリング３１とパワコン５０との接続及び接続解除と、燃料電池７０とパワコン５０との接続及び接続解除と、を切り替えるものである。切替盤８０は、第一リレー８１及び第二リレー８２を具備する。

図２に示す第一リレー８１は、第一ストリング３１とパワコン５０との接続及び接続解除を行うためのものである。第一リレー８１は、電路Ａ１０に設けられる。第一リレー８１は、第一接続点Ｐ１及び第二接続点Ｐ２と、第一ストリング３１の正極端子３１ａ及び負極端子３１ｂと、の間に配置される。

このように構成される第一リレー８１は、系統電源Ｋからの電力に応じて動作する。具体的には、第一リレー８１は、通常時にオン（閉状態）となると共に、停電時にオフ（開状態）となるように構成される。第一リレー８１は、オンとなることで、第一ストリング３１とパワコン５０とを接続することができる。また、第一リレー８１は、オフとなることで、第一ストリング３１とパワコン５０との接続を解除することができる。

第二リレー８２は、燃料電池７０とパワコン５０との接続及び接続解除を行うためのものである。第二リレー８２は、電路Ａ４０に設けられる。

第二リレー８２は、パワコン５０の自立運転時に蓄電池４０から出力される電力に応じて動作する。具体的には、第二リレー８２は、通常時にオフとなると共に、停電時にオンとなるように構成される。第二リレー８２は、オンになることで、燃料電池７０とパワコン５０とを接続することができる。また、第二リレー８２は、オフになることで、燃料電池７０とパワコン５０との接続を解除することができる。

以下では、図３を参照して、切替盤８０の動作の流れについて説明する。

なお、説明の便宜上、図２に示す状態が切替盤８０の動作の初期状態であるものとする。すなわち、切替盤８０は、初期状態である場合、第一リレー８１がオンであると共に、第二リレー８２がオフであるものとする（図２参照）。また、切替盤８０の動作は、所定の制御装置（例えば、パワコン５０等）が第一リレー８１等を制御することで行われるのではなく、系統電源Ｋ等からの電力（停電しているか否か）に応じて第一リレー８１等が開閉することで、切替盤８０によって自発的に行われる。また、切替盤８０は、図３に示すフローが終了した場合、当該フローを最初から繰り返す。

停電が発生した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、系統電源Ｋからの電力供給が遮断されて、第一リレー８１はオフとなる（ステップＳ２０）。

一方、停電が発生していない場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、初期状態（第一リレー８１がオン、第二リレー８２がオフの状態）を維持して、図３に示すフローが終了する。

ステップＳ２０で第一リレー８１がオフとなった切替盤８０は、パワコン５０の自立運転によって蓄電池４０が電力を出力している場合に（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、第二リレー８２がオンとなる（ステップＳ４０）。

一方、パワコン５０の自立運転によって蓄電池４０が電力を出力していない場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）、図３に示すフローが終了する。

ステップＳ４０で第二リレー８２がオンとなった切替盤８０は、停電復帰（停電が復旧）した場合に（ステップＳ５０：Ｙｅｓ）、系統電源Ｋからの電力供給が再開されて第一リレー８１がオンとなると共に、パワコン５０が自立運転を終了して第二リレー８２がオフとなる（ステップＳ６０）。こうして、図３に示すフローが終了する。

一方、停電復帰していない場合（ステップＳ５０：Ｎｏ）に、図３に示すフローが終了する。

以下では、切替盤８０の動作、並びに、パワコン５０及び燃料電池７０の電力の供給態様について、具体的に説明する。まず、図１及び図２を参照して、通常時における切替盤８０の動作及び電力の供給態様について説明する。

通常時において、系統電源Ｋから分電盤１０へ電力が供給される。当該電力は、分電盤１０と接続された一般負荷へ供給される。また、分電盤１０へ供給された電力は、パワコン５０を介して専用回路６０へ供給される。これにより、専用回路６０と接続された重要負荷にも系統電源Ｋからの電力が供給される。

このような通常時において（ステップＳ１０：Ｎｏ）、第一リレー８１がオン、第二リレー８２がオフの初期状態が維持される。こうして、切替盤８０は、通常時において、パワコン５０と第一ストリング３１とを接続する。

パワコン５０及び燃料電池７０は、このような状態で連系運転を行う。これにより、パワコン５０は、全てのストリング３１～３３からの電力及び蓄電池４０からの電力を分電盤１０へ供給することができる。分電盤１０へ供給された電力は、当該分電盤１０と接続された一般負荷へ供給される。また、分電盤１０へ供給された電力は、パワコン５０を介して専用回路６０へ供給される。これにより、専用回路６０と接続された重要負荷にも電力が供給される。こうして、パワコン５０は、通常時において系統電源Ｋと連系して一般負荷及び重要負荷へ電力を供給し、太陽光発電部３０及び蓄電池４０からの電力によって住宅の電気機器を動作させることができる。

また、燃料電池７０は、通常時において連系運転を行う。具体的には、燃料電池７０は、発電した電力を分電盤１０へ供給する。当該電力は、一般負荷へ供給されると共に、パワコン５０及び専用回路６０を介して重要負荷へ供給される。こうして、燃料電池７０は、通常時において、系統電源Ｋと連系して一般負荷及び重要負荷へ電力を供給する。

以上のように、通常時においては、系統電源Ｋからの電力だけではなく、太陽光発電部３０、蓄電池４０及び燃料電池７０からの電力を分電盤１０へ適宜供給することができる。これにより、住宅の所有者は、系統電源Ｋから分電盤１０への電力量（電力会社から購入する電力量）を減らして電気料金を節約することができる。

以下では、図４及び図５を参照して、停電時における切替盤８０の動作及び電力の供給態様について説明する。

停電が発生した場合、系統電源Ｋから分電盤１０への電力供給が遮断される。また、切替盤８０の第一リレー８１は、停電が発生した場合にオフとなる（ステップＳ１０：Ｙｅｓ、ステップＳ２０）。これによって、第一ストリング３１とパワコン５０との接続が解除される。

また、パワコン５０は、停電が発生した場合に、自立運転を開始する。これにより、第二リレー８２はオンとなる（ステップＳ３０：Ｙｅｓ、ステップＳ４０）。これによって、燃料電池７０とパワコン５０とが接続される。こうして、パワコン５０は、停電が発生した場合に、電力の供給元が第一ストリング３１から燃料電池７０へと切り替えられて、第二ストリング３２、第三ストリング３３、蓄電池４０及び燃料電池７０と接続されることとなる。

また、燃料電池７０は、停電が発生した場合に、自立運転を開始する。これにより、燃料電池７０は、発電した電力を電路Ａ４０へ出力する。当該電力は、電路Ａ１０を介してパワコン５０へ供給される。

これによって、本実施形態では、停電時に、第二ストリング３２、第三ストリング３３及び蓄電池４０に加えて、燃料電池７０からの電力をパワコン５０へと供給可能となる。パワコン５０は、自身に供給された電力を、分電盤１０に供給することなく、専用回路６０へ直接供給する。これにより、パワコン５０は、停電時においても、重要負荷へ電力を供給することができる。

また、燃料電池７０は、燃料及び水が供給されていれば長期間安定して発電することができる。このような燃料電池７０からの電力を専用回路６０へ供給することで、停電が復旧するのに時間がかかった（長期間の停電が発生した）場合でも、重要負荷へ電力を安定して供給することができる。また、燃料電池７０からの電力を、通常時にも電力が供給される専用回路６０へ供給することで、停電時のみ使用可能な自立コンセントへ電力を供給する場合と比較して、利便性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る燃料電池７０は、自立運転時に直流電力を出力することができる。これによれば、自立運転時に燃料電池７０から出力された直流電力を、ストリング３１～３３からパワコン５０への入力部（正極端子５１及び負極端子５２）に入力することができる。これにより、停電時において、当該入力部を利用して、燃料電池７０からの電力を専用回路６０に供給することができる。

また、パワコン５０は、停電時において、第二ストリング３２及び第三ストリング３３からの電力だけではなく、燃料電池７０からの電力を蓄電池４０に充電することができる。これにより、停電時に太陽光発電部３０の発電電力が０Ｗ（例えば、夜間の時間帯）である場合や発電電力が少ない場合でも、蓄電池４０を充電することができ、蓄電池４０の残量を確保し易くすることができる。

また、停電時に太陽光発電部３０の発電電力が０Ｗである場合に、蓄電池４０だけで重要負荷の消費電力を賄うのではなく、燃料電池７０でも重要負荷の消費電力を賄うことができる。これにより、停電時における蓄電池４０の放電量を減らすことができる。

このように、蓄電池４０の残量を確保し易くすると共に、蓄電池４０の放電量を減らすことで、停電時においても長期間蓄電池４０が放電可能な状態を維持することができる。これにより、停電が復旧するのに時間がかかった場合であっても、蓄電池４０からの電力供給が途絶えるのを抑制することができる。

以上の如く、本実施形態に係る電力供給システム１は、系統電源Ｋと負荷との間に接続されるパワコン５０（パワーコンディショナ）と、太陽光を利用して発電可能であると共に前記パワコン５０とそれぞれ接続される複数のストリング３１～３３を有する太陽光発電部３０と、電力を充放電可能であると共に前記パワコン５０と接続される蓄電池４０と、燃料が供給されて発電可能であると共に、前記複数のストリング３１～３３の少なくとも１つである第一ストリング３１と前記パワコン５０とを結ぶ電路Ａ１０に接続される燃料電池７０と、停電時において、前記電路Ａ１０を介して前記燃料電池７０と前記パワコン５０とを接続可能な切替盤８０（接続部）と、を具備するものである。

このように構成することにより、停電時であっても長期間安定して発電可能な燃料電池７０からの電力をパワコン５０へ供給することができる。これにより、長期間の停電が発生した場合でも、負荷へ電力を供給することができる。特に、本実施形態においては、停電時に一部の負荷（重要負荷）にのみ電力を供給することで、停電時の負荷の消費電力を減らすことができる。これによって、蓄電池４０の残量を確保し易くすると共に、蓄電池４０の放電量を減らすことができるため、長期間の停電が発生した場合でも、蓄電池４０からの電力供給が途絶えるのを効果的に抑制することができる。

また、前記切替盤８０は、前記電路Ａ１０を介して前記燃料電池７０と前記パワコン５０とを接続する場合に（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、前記電路Ａ１０を介した前記パワコン５０と前記第一ストリング３１との接続を解除する（ステップＳ２０）ものである。

このように構成することにより、燃料電池７０からの電力をパワコン５０にだけ供給することができる。

また、前記切替盤８０は、停電が発生してから復旧するまでの間、前記電路Ａ１０を介して前記燃料電池７０と前記パワコン５０とを接続する（ステップＳ１０：Ｙｅｓ、ステップＳ２０、ステップＳ３０：Ｙｅｓ、ステップＳ４０、ステップＳ５０：Ｙｅｓ）ものである。

このように構成することにより、停電時であっても安定して発電可能な燃料電池７０からの電力を、停電が復旧するまで負荷へ供給することができる。これにより、停電時において、負荷へ安定して電力を供給することができる。また、本実施形態のように、系統電源Ｋ及び蓄電池４０からの電力に応じて切替盤８０が動作するように構成すれば、センサ等を用いることなく切替盤８０を動作させることができる。これにより、構成を簡素化することができる。

なお、本実施形態に係るパワコン５０は、本発明に係るパワーコンディショナの実施の一形態である。
また、本実施形態に係る切替盤８０は、本発明に係る接続部の実施の一形態である。

次に、本実施形態に係る電力供給システム１の変形例について説明する。

図６に示す第一変形例に係る電力供給システム１０１は、切替盤１８０の動作が、本実施形態に係る電力供給システム１と相違している。以下では、当該相違点を中心に説明する。

第一変形例に係る切替盤１８０は、停電してから復旧するまでの間、パワコン１５０と第一ストリング３１との接続の解除が維持されるのではなく、停電時であっても、所定の条件を満たした場合に、パワコン１５０と第一ストリング３１とを接続する点で、本実施形態に係る切替盤８０と相違する。

第一変形例に係る電力供給システム１０１は、電路Ａ４０に印加される電圧を検知するセンサ１９０を具備する。パワコン１５０は、当該センサ１９０の検知結果を取得可能に構成される。

第一変形例に係る切替盤１８０は、本実施形態と同様に配置された第一リレー８１及び第二リレー８２を具備する（図２参照）。第一リレー８１及び第二リレー８２は、本実施形態とは異なり、系統電源Ｋ等からの電力に応じて開閉するのではなく、パワコン１５０からの信号によって開閉する。

第一変形例に係るパワコン１５０は、センサ１９０が電圧を検知した場合に、第一リレー８１をオフにすると共に、第二リレー８２をオンにする（図５参照）。これにより、切替盤１８０は、停電時、かつ、燃料電池７０が発電している（燃料及び水が供給されて、発電電力が０Ｗよりも大きい）場合に、パワコン１５０と燃料電池７０とを接続する。

図７は、停電時において、燃料電池７０が発電していない状態（発電不能となって、発電電力が０Ｗとなった状態）を示すものである。図７では、このような発電していない燃料電池７０を破線で示している。燃料電池７０が発電していない場合、センサ１９０は、電圧を検知しなくなる。この場合、パワコン１５０は、第一リレー８１をオンにすると共に、第二リレー８２をオフにする（図２参照）。これにより、切替盤１８０は、停電時、かつ、燃料電池７０が発電していない場合に、第一ストリング３１とパワコン５０とを接続し、太陽光発電部３０からの電力を専用回路６０へ供給するようにする。

これによれば、第一ストリング３１及び燃料電池７０がそれぞれ発電可能である場合に、安定して発電可能な燃料電池７０からの電力を第一ストリング３１よりも優先的に供給するようにして、停電時に専用回路６０へ電力を安定して供給することができる。また、停電時における燃料電池７０の状態に応じて、第一ストリング３１とパワコン１５０とを接続することができる。これによって、停電時に安定して発電可能な燃料電池７０からの電力を専用回路６０へ供給しながらも、第一ストリング３１からの電力を利用することができる。

なお、停電復帰した場合、燃料電池７０は、自立運転から連系運転に切り替えられる。これにより、燃料電池７０から電路Ａ４０へ電力が出力されなくなるため、センサ１９０は、電圧を検知しなくなる。このため、パワコン１５０は、停電時に燃料電池７０が発電していない場合と同様に、第一リレー８１等を開閉する。これによって、切替盤１８０は、第一ストリング３１とパワコン１５０とを接続する（図６参照）。

以上の如く、第一変形例に係る電力供給システム１０１において、前記切替盤１８０は、停電時、かつ、前記燃料電池７０が発電している場合に、前記電路Ａ１０を介して前記燃料電池と前記パワコン１５０とを接続するものである。

このように構成することにより、停電時に燃料電池７０からの電力を第一ストリング３１よりも優先的に供給することができる。また、停電時に燃料電池７０からの電力を優先的に供給しながらも、第一ストリング３１からの電力を利用することができる。

次に、第二変形例に係る電力供給システム２０１について説明する。

図８に示す第二変形例に係る電力供給システム２０１は、停電時に第一ストリング３１からの電力を燃料電池７０よりも優先的に専用回路６０へ供給する点で、本実施形態に係る電力供給システム１と相違している。以下では、当該相違点を中心に説明する。

第二変形例に係るパワコン２５０は、太陽光発電部３０の発電電力の値を取得可能に構成される。また、パワコン２５０は、タイマー機能を有し、時間を計測可能に構成される。

第二変形例に係る切替盤２８０は、本実施形態と同様に配置された第一リレー８１及び第二リレー８２を具備する（図２参照）。第一リレー８１及び第二リレー８２は、本実施形態とは異なり、系統電源Ｋ等からの電力に応じて開閉するのではなく、パワコン２５０からの信号によって開閉する。

第二変形例において、パワコン２５０は、停電が発生した時点においては、第一リレー８１及び第二リレー８２の開閉を行わず、通常時の状態を維持する。よって、第二変形例においては、停電が発生した時点では、燃料電池７０が発電を開始したとしても、第一ストリング３１とパワコン２５０とが接続された状態となる。

図９は、停電時において、太陽光発電部３０（第一ストリング３１から第三ストリング３３まで）の発電電力が０Ｗとなった状態を示すものである。図９では、このような太陽光発電部３０の第一ストリング３１から第三ストリング３３までを破線で示している。

パワコン２５０は、停電時において、太陽光発電部３０の発電電力が所定の第一の閾値以下となった場合に、時間の計測を開始する。第二変形例において、第一の閾値は、０Ｗとなっている。この場合、図９に示す状態のように、太陽光発電部３０の発電電力が０Ｗとなった場合に第一の閾値以下となり、パワコン２５０による時間の計測が開始される。そして、パワコン２５０は、発電電力が第一の閾値以下の状態が所定時間（例えば、５分）続いた場合に、第一リレー８１等を開閉し、第一ストリング３１とパワコン２５０との接続を解除すると共に、燃料電池７０とパワコン２５０とを接続する。

また、パワコン２５０は、停電時において、太陽光発電部３０の発電電力が所定の第二の閾値以上となった場合に、時間の計測を開始する。第二の閾値は、第一の閾値（０Ｗ）よりも大きな値である。第二変形例において、第二の閾値は、５００Ｗとなっている。パワコン２５０は、発電電力が第二の閾値以上の状態が所定時間（例えば、５分）続いた場合に、第一リレー８１等を開閉し、燃料電池７０とパワコン２５０との接続を解除すると共に、第一ストリング３１とパワコン２５０とを接続する（図８参照）。こうして、パワコン２５０は、電力の供給元が燃料電池７０から第一ストリング３１へと切り替えられて、全てのストリング３１～３３及び蓄電池４０と接続されることとなる。

このような構成によれば、停電時において、第一ストリング３１からの電力を燃料電池７０よりも優先的に供給することができる。これにより、第一ストリング３１で発電した電力を極力パワコン５０へ供給することができる。

以上の如く、第二変形例に係る電力供給システム２０１において、前記切替盤２８０は、停電時、かつ、前記太陽光発電部３０の発電電力が所定の第一の閾値以下となった状態が所定時間以上続いた場合に、前記電路Ａ１０を介して前記燃料電池７０と前記パワコン２５０とを接続するものである。

このように構成することにより、天候の影響で太陽光発電部３０の発電が不安定な場合等において、切替盤２８０が短時間に繰り返し動作するのを抑制することができる。

また、前記切替盤２８０は、停電時、かつ、前記太陽光発電部３０の発電電力が少なくとも前記第一の閾値よりも大きい値である所定の第二の閾値以上となった状態が所定時間以上続いた場合に、前記電路Ａ１０を介して前記第一ストリング３１と前記パワコン２５０とを接続するものである。

このように構成することにより、天候の影響で太陽光発電部３０の発電が不安定な場合等において、切替盤２８０が短時間に繰り返し動作するのを抑制することができる。

なお、第二変形例において、第一の閾値は、０Ｗであるものとしたが、これに限定されるものではなく、０Ｗよりも大きな値が設定されていてもよい。また、第二の閾値は、５００Ｗであるものとしたが、第一の閾値よりも大きな値であれば、これに限定されるものではない。

また、第二変形例において、パワコン２５０は、停電時に必ずしも時間を計測する必要はなく、太陽光発電部３０の発電電力に応じて切替盤２８０を動作させてもよい。この場合、パワコン２５０は、例えば、太陽光発電部３０の発電電力が第一の閾値（例えば、０Ｗ）以下の場合に、燃料電池７０とパワコン２５０とを接続すると共に、発電電力が第二の閾値（例えば、５００Ｗ）以上である場合に、第一ストリング３１とパワコン２５０とを接続してもよい。

以上の如く、第二変形例において、前記切替盤２８０は、停電時、かつ、前記太陽光発電部３０の発電電力が所定の第一の閾値以下の場合に、前記電路Ａ１０を介して前記燃料電池７０と前記パワコン２５０とを接続するものである。

このように構成することにより、停電時に太陽光発電部３０で発電した電力を有効に活用することができる。

次に、第三変形例に係る電力供給システム３０１について説明する。

図１０に示す第三変形例に係る電力供給システム３０１は、切替盤３８０の構成が、本実施形態に係る電力供給システム１と相違している。以下では、当該相違点を中心に説明する。

第三変形例に係る切替盤３８０は、第一ストリング３１及び燃料電池７０とパワコン５０との接続に加えて、第二ストリング３２の接続も適宜切替可能に構成される。切替盤３８０の説明に際して、第一ストリング３１、第二ストリング３２、燃料電池７０及びパワコン５０の接続について説明する。

図１１に示すパワコン５０は、第一ストリング３１及び燃料電池７０と接続可能な第一正極端子５１ａ及び第一負極端子５１ｂと、第一ストリング３１及び第二ストリング３２と接続可能な第二正極端子５２ａ及び第二負極端子５２ｂと、を有する。

第一ストリング３１は、電路Ａ１０を介してパワコン５０（第一正極端子５１ａ及び第一負極端子５１ｂ）と接続される。燃料電池７０は、電路Ａ４０を介して電路Ａ１０と接続される。

第二ストリング３２は、電路Ａ２０を介してパワコン５０と接続される。当該電路Ａ２０は、第一配電線Ａ２１及び第二配電線Ａ２２を配設することで構成される。第一配電線Ａ２１は、第二ストリング３２の正極端子３２ａ及びパワコン５０の第二正極端子５２ａと接続される。第二配電線Ａ２２は、第二ストリング３２の負極端子３２ｂ及びパワコン５０の第二負極端子５２ｂと接続される。第二配電線Ａ２２は、後述する第三リレー３８３において分岐するように形成される。

次に、切替盤３８０の構成について説明する。切替盤３８０は、第一リレー３８１から第四リレー３８４までを具備する。

第一リレー３８１及び第二リレー３８２は、本実施形態に係る第一リレー８１及び第二リレー８２と同様に構成される。具体的には、第一リレー３８１は、電路Ａ１０に設けられる。第二リレー８２は、電路Ａ４０に設けられる。

第三リレー３８３は、直列接続した第一ストリング３１及び第二ストリング３２と、パワコン５０と、の接続及び接続解除を行うためのものである。第三リレー３８３は、電路Ａ２０に設けられる。電路Ａ２０の第二配電線Ａ２２は、当該第三リレー３８３の第二ストリング３２（負極端子３２ｂ）側の接点において分岐するように形成される。当該分岐した第二配電線Ａ２２は、第三リレー３８３を介することなくパワコン５０の第二負極端子５２ｂと接続される。こうして、電路Ａ２０は、第三リレー３８３の開閉状態に関わらず、常に第二ストリング３２の負極端子３２ｂとパワコン５０の第二負極端子５２ｂとを接続するように構成される。

第三リレー３８３は、系統電源Ｋからの電力に応じて動作する。具体的には、第三リレー３８３は、通常時にオンとなると共に、停電時にオフとなるように構成される。

第四リレー３８４は、直列接続した第一ストリング３１及び第二ストリング３２と、パワコン５０と、の接続及び接続解除を行うためのものである。第四リレー３８４は、第一リレー３８１とパワコン５０の第二正極端子５２ａとを接続する電路Ａ５１、及び第一リレー３８１と第三リレー３８３とを接続する電路Ａ５２に設けられる。

電路Ａ５１は、第一リレー３８１の第一ストリング３１（正極端子３１ａ）側の接点Ｐ３１とパワコン５０の第二正極端子５２ａとを接続する。電路Ａ５２は、第一リレー３８１の第一ストリング３１（負極端子３１ｂ）側の接点Ｐ３２と第三リレー３８３の第二ストリング３２（正極端子３２ａ）側の接点Ｐ３３とを接続する。

第四リレー３８４は、パワコン５０の自立運転時に蓄電池４０から出力される電力に応じて動作する。具体的には、第四リレー３８４は、通常時にオフとなると共に、停電時にオンとなるように構成される。

このように構成される切替盤３８０は、通常時において、系統電源Ｋからの電力に基づいて第一リレー３８１及び第三リレー３８３がオンとなる。一方、第二リレー３８２及び第四リレー３８４は、オフとなる。これにより、切替盤３８０は、通常時において、第一ストリング３１及び第二ストリング３２とパワコン５０とを接続する。これにより、パワコン５０（第一正極端子５１ａ及び第一負極端子５１ｂ）には、電路Ａ１０を介して第一ストリング３１から電力が供給される。また、パワコン５０（第二正極端子５２ａ及び第二負極端子５２ｂ）には、電路Ａ２０を介して第二ストリング３２から電力が供給される。

また、図１２に示すように、切替盤３８０は、停電が発生すると、系統電源Ｋからの電力供給が遮断されて第一リレー３８１及び第三リレー３８３がオフとなる。一方、第二リレー３８２及び第四リレー３８４は、蓄電池４０から出力された電力に基づいてオンとなる。

これにより、燃料電池７０は、パワコン５０（第一正極端子５１ａ及び第一負極端子５１ｂ）と接続される。また、第一ストリング３１及び第二ストリング３２は、直列接続されると共に、パワコン５０（第二正極端子５２ａ及び第二負極端子５２ｂ）と接続される。

このような構成によれば、図１３に示すように、停電時において、燃料電池７０をパワコン５０に接続しながらも、全てのストリング３１～３３をパワコン５０に接続することができる。これによって、太陽光発電部３０（第一ストリング３１）からの電力を無駄にすることなく使用することができる。また、専用回路６０へより多くの電力を供給することができるため、利便性を向上させることができる。

また、切替盤３８０は、停電が復旧すると、第一リレー３８１等が動作して、通常時の状態に戻る（図１０及び図１１参照）。こうして、第三変形例においては、停電が発生してから復旧するまでの間、第一ストリング３１、第二ストリング３２及び燃料電池７０とパワコン５０とを接続する。

以上の如く、第三変形例に係る電力供給システム３０１において、前記パワコン５０は、前記電路Ａ１０を介して電力が供給される第一正極端子５１ａ及び第一負極端子５１ｂ（第一入力部）、並びに、第一正極端子５１ａ及び第一負極端子５１ｂとは異なる第二正極端子５２ａ及び第二負極端子５２ｂ（第二入力部）を有し、前記切替盤３８０は、前記電路Ａ１０を介して前記燃料電池７０と前記パワコン５０とを接続する場合に、前記第一ストリング３１とは異なる第二ストリング３２と前記第一ストリング３１とを直列接続して前記第二正極端子５２ａ及び第二負極端子５２ｂに接続するものである。

このように構成することにより、停電時において、全てのストリング３１～３３及び燃料電池７０からの電力を負荷へ供給することができる。これにより、停電時に太陽光発電部３０及び燃料電池７０からの電力を有効に活用することができる。また、ストリング３１・３２用の入力部（第一正極端子５１ａ及び第一負極端子５１ｂ）を用いて、ストリング３１・３２とは異なる燃料電池７０をパワコン５０に接続することができる。これにより、入力部を増やすことなく、燃料電池７０からの電力を負荷へ供給することができる。

なお、第三変形例に係る第一正極端子５１ａ及び第一負極端子５１ｂは、本発明に係る第一入力部の実施の一形態である。
また、第三変形例に係る第二正極端子５２ａ及び第二負極端子５２ｂは、本発明に係る第二入力部の実施の一形態である。

なお、第三変形例に係る切替盤３８０は、本実施形態と同様に、停電が発生してから復旧するまでの間、第一ストリング３１、第二ストリング３２及び燃料電池７０とパワコン５０とを接続するものとしたが、切替盤３８０の動作は、これに限定されるものではない。切替盤３８０は、例えば、停電時、かつ、燃料電池７０が発電している場合に、第一ストリング３１、第二ストリング３２及び燃料電池７０とパワコン５０とを接続してもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、電力供給システム１・１０１・２０１・３０１は、住宅に適用されるものとしたが、これに限定されるものではなく、オフィス等に適用されるものであってもよい。

また、本実施形態において太陽光発電部３０、蓄電池４０及び燃料電池７０の台数は、全て１台であるものとしたが、これに限定されるものではなく、２つ以上の任意の個数とすることができる。

また、太陽光発電部３０のストリングの数は、３つであるものとしたが、これに限定されるものではなく、２つ以上の任意の数とすることができる。

また、燃料電池７０は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）に限定するものではなく、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ ： Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）等、種々の方式のものを用いることが可能である。

また、燃料電池７０は、自立運転時における最大発電電力が第一ストリング３１の最大発電電力よりも大きくなるように構成されていてもよい。これにより、停電時により多くの電力を燃料電池７０から専用回路６０へ供給することが可能となる。これにより、停電時であっても、消費電力の大きな機器（例えば、電子レンジ等）を動作させ易くすることができるため、利便性を向上させることができる。

１ 電力供給システム
３０ 太陽光発電部
３１ 第一ストリング
３２ 第二ストリング（ストリング）
３３ 第三ストリング（ストリング）
４０ 蓄電池
５０ パワコン（パワーコンディショナ）
７０ 燃料電池
８０ 切替盤（接続部）
Ａ１０ 電路
Ｋ 系統電源

Claims (8)

1. 系統電源と負荷との間に接続されるパワーコンディショナと、
   太陽光を利用して発電可能であると共に前記パワーコンディショナとそれぞれ接続される複数のストリングを有する太陽光発電部と、
   電力を充放電可能であると共に前記パワーコンディショナと接続される蓄電池と、
   燃料が供給されて発電可能であると共に、前記複数のストリングの少なくとも１つである第一ストリングと前記パワーコンディショナとを結ぶ電路に接続される燃料電池と、
   停電時において、前記電路を介して前記燃料電池と前記パワーコンディショナとを接続可能な接続部と、
   を具備する、
   電力供給システム。
2. 前記接続部は、
   前記電路を介して前記燃料電池と前記パワーコンディショナとを接続する場合に、前記電路を介した前記第一ストリングと前記パワーコンディショナとの接続を解除する、
   請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記パワーコンディショナは、
   前記電路を介して電力が供給される第一入力部、及び前記第一入力部とは異なる第二入力部を有し、
   前記接続部は、
   前記電路を介して前記燃料電池と前記パワーコンディショナとを接続する場合に、前記第一ストリングとは異なる第二ストリングと前記第一ストリングとを直列接続して前記第二入力部に接続する、
   請求項２に記載の電力供給システム。
4. 前記接続部は、
   停電が発生してから復旧するまでの間、前記電路を介して前記燃料電池と前記パワーコンディショナとを接続する、
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電力供給システム。
5. 前記接続部は、
   停電時、かつ、前記燃料電池が発電している場合に、前記電路を介して前記燃料電池と前記パワーコンディショナとを接続する、
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電力供給システム。
6. 前記接続部は、
   停電時、かつ、前記太陽光発電部の発電電力が所定の第一の閾値以下の場合に、前記電路を介して前記燃料電池と前記パワーコンディショナとを接続する、
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電力供給システム。
7. 前記接続部は、
   停電時、かつ、前記太陽光発電部の発電電力が所定の第一の閾値以下となった状態が所定時間以上続いた場合に、前記電路を介して前記燃料電池と前記パワーコンディショナとを接続する、
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電力供給システム。
8. 前記接続部は、
   停電時、かつ、前記太陽光発電部の発電電力が少なくとも前記第一の閾値よりも大きい値である所定の第二の閾値以上となった状態が所定時間以上続いた場合に、前記電路を介して前記第一ストリングと前記パワーコンディショナとを接続する、
   請求項６又は請求項７に記載の電力供給システム。

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