JP7433093B2 - 電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、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、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に記載される電力供給システムは、分電盤、太陽電池、蓄電池、パワーコンディショナ、発電装置（燃料電池）及び電流センサ等を具備する。分電盤は、負荷及び系統電源と接続される。パワーコンディショナは、太陽電池、蓄電池及び分電盤と接続され、太陽電池及び蓄電池からの電力を適宜変換して分電盤へ供給することができる。発電装置は、分電盤と接続され、発電した電力を分電盤へ供給することができる。電流センサは、負荷に対して余剰した発電装置の発電電力の電流を検知することができる。

特許文献１において、発電装置は、通常時に所定の定格電力値による定格運転を行うことで発電電力を分電盤へ供給する。当該構成において、仮に負荷の消費電力に対して発電装置の発電電力が余剰すると、当該余剰電力の電流を電流センサが検知する。発電装置は、当該検知結果に基づいて発電を停止する。こうして、発電装置は、負荷の消費電力に対して発電電力が余剰した場合に運転を停止して、発電電力が逆潮流するのを防止することができる。

このような特許文献１において、通常時に発電装置の発電電力を蓄電池に充電する場合、発電装置を負荷の消費電力以上に発電させて、当該消費電力に対して発電装置の発電電力を余剰させる必要がある。しかし、発電装置は、上述の如く、発電電力が余剰した場合に運転を停止してしまうため、発電装置の発電電力を蓄電池に充電するためには、発電装置の動作を変更する必要がある。このため、簡単な構成で通常時に発電装置の発電電力を蓄電池に充電することができる技術が望まれていた。

特開２０１６－８６５９４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、簡単な構成で通常時に燃料電池からの電力を蓄電池に充電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、系統電源と分電盤との間に接続されるパワーコンディショナと、燃料が供給されて発電可能であると共に前記分電盤を介して前記パワーコンディショナと接続される燃料電池と、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接続される太陽光発電部と、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、停電時以外の通常時、かつ前記太陽光発電部が発電していない場合において、前記燃料電池の発電電力を、前記分電盤を介さずに前記パワーコンディショナへ流通可能とする制御部と、を具備するものである。

請求項２においては、前記燃料電池は、通常時、かつ前記太陽光発電部が発電していない場合において、一定の電力を継続して出力する一定出力運転により、発電電力を前記パワーコンディショナへ供給可能である。

請求項３においては、前記燃料電池は、停電が発生した場合に、自立運転可能であり、前記制御部は、通常時、かつ前記太陽光発電部が発電していない場合において、前記燃料電池を疑似的な停電状態とすることにより、前記自立運転による発電電力を前記パワーコンディショナへ流通可能とするものである。

請求項４においては、前記パワーコンディショナは、通常時、かつ前記太陽光発電部が発電していない場合において、前記燃料電池から供給される電力が系統電源側へと流れるのを規制するものである。

請求項５においては、前記制御部は、前記分電盤を介さずに前記燃料電池の発電電力を前記パワーコンディショナへ流通可能な状態において、系統電源から供給される電力が所定の閾値を超えた場合に、前記パワーコンディショナへ流通可能な状態から流通不能な状態へ切り替えるものである。

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、簡単な構成で通常時に燃料電池からの電力を蓄電池に充電することができる。

請求項２においては、系統電源から購入する電力を増やすことなく、燃料電池の発電電力を蓄電池に充電することができる。

請求項３においては、より簡単な構成で通常時に燃料電池からの電力を蓄電池に充電することができる。

請求項４においては、燃料電池の発電電力が系統電源へ流れるのを抑制することができる。

請求項５においては、燃料電池の発電電力を蓄電池へ充電することを、適切なタイミングで停止することができる。

本発明の一実施形態に係る電力供給システムを示すブロック図。 燃料電池が連系運転を行う場合の電力の流れを示すブロック図。 燃料電池充電処理を示すフローチャート。 燃料電池が第二自立運転を行う場合の電力の流れを示すブロック図。 具体例において、燃料電池が第二自立運転を行う前の状態を示すブロック図。 図５に示す状態から燃料電池が第二自立運転を行った状態を示すブロック図。 図６に示す状態から負荷の消費電力が増えた状態を示すブロック図。 図７に示す状態から負荷の消費電力が増えた状態を示すブロック図。 燃料電池が第二自立運転から連系運転に切り替えられた状態を示すブロック図。 変形例に係る電力供給システムを示すブロック図。 変形例に係る燃料電池が第二自立運転を行う状態を示すブロック図。 蓄電池が満充電となっても燃料電池が第二自立運転を継続して行う状態を示すブロック図。

以下では、本発明の一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３０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、蓄電システム２０、専用回路３０、燃料電池４０及びリレー５０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、配電線Ｌ１を介して、系統電源Ｋと接続される。

蓄電システム２０は、太陽光を利用して発電可能であると共に、電力を充放電可能なものである。蓄電システム２０は、太陽光発電部２１、蓄電池２２及びパワコン２３を具備する。

太陽光発電部２１は、太陽光を利用して発電する装置である。太陽光発電部２１は、太陽電池パネル等により構成される。太陽光発電部２１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。

蓄電池２２は、電力を充放電可能に構成されるものである。蓄電池２２は、例えばリチウムイオン電池等により構成される。本実施形態において、蓄電池２２の最大放電電力（単位時間当たりに放電可能な電力の最大値）は、２０００Ｗとなっている。

パワコン２３は、電力を適宜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２３は、中途部にブレーカＢ１が設置された配電線Ｌ２を介して配電線Ｌ１の中途部に接続される。こうして、パワコン２３により蓄電システム２０は配電線Ｌ１と接続される。また、パワコン２３は、太陽光発電部２１と蓄電池２２とに所定の電線を介して接続される。このように、パワコン２３は、太陽光発電部２１と蓄電池２２と配電線Ｌ１との間に設けられる。

こうして、太陽光発電部２１の発電電力は、パワコン２３を介して配電線Ｌ１に出力することができる。また、太陽光発電部２１の発電電力は、蓄電池２２に充電することができる。また、蓄電池２２の放電電力は、パワコン２３を介して配電線Ｌ１に出力することができる。また、配電線Ｌ１を流れる電力は、パワコン２３を介して蓄電池２２に充電することができる。

また、パワコン２３は、配電線Ｌ３を介して分電盤１０と接続されると共に、配電線Ｌ４を介して後述する専用回路３０と接続される。パワコン２３は、配電線Ｌ１から分電盤１０へ供給された電力を、配電線Ｌ３・Ｌ４を介して専用回路３０へ供給することができる。

また、パワコン２３は、太陽光発電部２１と信号を送受信可能に構成され、当該信号に基づいて太陽光発電部２１の発電電力等に関する情報を取得することができる。また、パワコン２３は、蓄電池２２と信号を送受信可能に構成され、当該信号に基づいて蓄電池２２の残量等に関する情報を取得することできる。また、パワコン２３は、蓄電池２２の動作を制御することができる。

また、パワコン２３は、配電線Ｌ１（配電線Ｌ２との接続部分よりも系統電源Ｋ側）に設けられて配電線Ｌ１を流通する電力を検出可能なセンサ（不図示）から所定の信号が入力可能に構成される。パワコン２３は、当該センサからの信号に基づいてセンサの検出結果を取得可能に構成される。パワコン２３は、取得したセンサの検出結果等に基づいて、蓄電池２２の放電量を調整する負荷追従運転を行うことができる。

また、パワコン２３は、燃料電池４０が後述する第二自立運転を行っている場合（すなわち、パワコン２３に配電線Ｌ６を介して燃料電池４０からの出力電力が供給されている場合）、後述する逆潮流抑制運転を行うことによって、燃料電池４０の出力を制御する（絞る）ことができる。

専用回路３０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３０は、所定の配電線を介して負荷と接続される。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３０に接続された負荷を「重要負荷」と称する。専用回路３０は、通常時だけではなく、停電時においても、パワコン２３を介して電力が供給される。専用回路３０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４０は、住宅に設けられ、水素等のガス燃料を用いて発電する装置である。燃料電池４０は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）や制御部等により構成される。また、燃料電池４０には、貯湯タンク（不図示）が設けられる。燃料電池４０は、中途部にブレーカＢ２が設置された配電線Ｌ５を介して分電盤１０と接続される。こうして、燃料電池４０は、分電盤１０を介してパワコン２３と接続される（間接的に接続される）。また、燃料電池４０は、配電線Ｌ６を介してパワコン２３と接続される（分電盤１０を介さずに直接的に接続される）。

本実施形態において、燃料電池４０は、系統電源Ｋと連系した通常時の連系運転、及び、系統電源Ｋと連系しない停電時の自立運転を行うことができる。なお以下では、連系運転時（すなわち通常時）の燃料電池４０の構成について説明する。

燃料電池４０は、定格出力（最大発電電力）までの交流電力を出力可能である。また、燃料電池４０は、最低出力（最低発電電力）以上の交流電力を出力可能である。本実施形態においては、燃料電池４０の定格出力を７００Ｗとし、最低出力を０Ｗとする。すなわち、燃料電池４０は、最低発電電力（０Ｗ）から最大発電電力（７００Ｗ）までの間で、任意の大きさの電力を出力することができる。燃料電池４０は、発電電力を配電線Ｌ５に出力させて、当該発電電力を分電盤１０へ供給する。また、本実施形態において、燃料電池４０は、配電線Ｌ１（配電線Ｌ２との接続部分よりも分電盤１０側）に設けられて配電線Ｌ１を流通する電力を検出可能なセンサ（不図示）の検出結果に基づいて、発電量を調整する負荷追従運転を行うことができる。

また、燃料電池４０は、発電時に発生する熱（排熱）を用いて湯を製造すると共に、当該製造した湯を貯湯タンクに貯めることができる。燃料電池４０は、貯湯タンクの貯湯量が最大容量に達した場合（貯湯タンクがこれ以上蓄熱ができない状態となった場合）、発電を停止させる（発電を行うことができない）。貯湯タンクに貯められた湯は、浴室等の給湯需要に応じて供給することができる。

なお、住宅においては、燃料電池４０の発電時に、燃料電池４０の発電電力が逆潮流するのを防止するために、所定の電力の購入が義務付けられている。本実施形態においては、燃料電池４０の発電時に、５０Ｗの電力が購入される。

以下では、自立運転時の燃料電池４０の構成について説明する。なお以下では、自立運転時の燃料電池４０の構成について、通常時の連系運転の燃料電池４０と同様の構成については説明を省略し、異なる構成について説明するものとする。

燃料電池４０は、例えば配電線Ｌ５にかかる電圧の状態に基づいて停電の発生を検知した場合、系統電源Ｋと連系した連系運転から、系統電源Ｋと連系しない自立運転に切り替わる。なお、本実施形態において、自立運転時の燃料電池４０の最大出力は、６５０Ｗとされる。

また、自立運転において、燃料電池４０は、発電電力を連系運転時の配電線Ｌ５とは異なる配電線Ｌ６に出力させる。このとき、燃料電池４０は、配電線Ｌ６に直流電力を出力させる。これにより、自立運転において、燃料電池４０は、発電電力（直流電力）をパワコン２３に供給することができる。こうして、燃料電池４０は、自立運転において、パワコン２３を介して、発電電力を蓄電池２２に充電することができると共に専用回路３０へ供給することができる。また、燃料電池４０は、自立運転において、前記センサの検出結果に基づいた負荷追従運転を行うのではなく、前記センサの検出結果に関わらず一定の電力を継続して出力する一定出力運転を行う。本実施形態において燃料電池４０は、一定の電力として、自立運転時の最大出力と同一の電力（６５０Ｗ）を継続して出力する。なお、自立運転における燃料電池４０の出力電力は、適宜変更可能となっている。

また、本実施形態においては、実際に停電が発生していない場合に、後述するように燃料電池４０に対して疑似的に停電を発生させることにより、当該燃料電池４０に自立運転を行わせることができる。具体的には、後述するリレー５０がオフとなると配電線Ｌ５が無電圧状態となって（配電線Ｌ５を電力が流通不能となって）、実際には停電が発生していないにもかかわらず、燃料電池４０は停電が発生したと判断する。すなわち、電力供給システム１内において、燃料電池４０のみを疑似的な停電状態とすることができる。なお以下では、上述の如く燃料電池４０に対して疑似的に発生させた停電を「疑似停電」と称する。この場合（疑似停電が発生した場合）、燃料電池４０は、実際に停電が発生した場合と同様に、系統電源Ｋと連系した連系運転から、系統電源Ｋと連系しない自立運転に切り替わる。すなわち、通常時であるにもかかわらず、燃料電池４０は、発電電力を、配電線Ｌ６を介してパワコン２３に供給することができる。

なお以下では、便宜上、疑似停電が発生した場合の自立運転を「第二自立運転」と称する。また、本実施形態において、パワコン２３は、太陽光発電部２１が発電していない状態で燃料電池４０が第二自立運転を行う場合に、配電線Ｌ１へ最大で２０００Ｗの電力（蓄電池２２の最大放電電力と同一の電力）を出力することができる。

リレー５０は、分電盤１０と燃料電池４０との接続及び接続解除を行うためのものである。リレー５０は、分電盤１０と燃料電池４０とを接続する配電線Ｌ５の中途部（ブレーカＢ２よりも分電盤１０側）に設置される。リレー５０は、オン（閉状態）となることで、分電盤１０と燃料電池４０とを接続することができる。リレー５０は、オフ（開状態）となることで、分電盤１０と燃料電池４０との接続を解除することができる。リレー５０は、後述する制御部６０と接続され、当該制御部６０からの信号に応じてオンとオフとが適宜切り替えられる。

制御部６０は、電力供給システム１の動作を管理するエネルギーマネジメントシステム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）である。制御部６０は、ＣＰＵ等の演算処理部、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶部や、タッチパネル等の入出力部等を具備する。制御部６０の記憶部には、電力供給システム１の動作を制御する際に用いられる種々の情報やプログラム等が予め記憶される。制御部６０の演算処理部は、前記プログラムを実行して前記種々の情報を用いた所定の演算処理等を行うことで、電力供給システム１を動作させることができる。

制御部６０は、蓄電システム２０（より詳細には、パワコン２３）との間で信号を送受信可能に構成される。これにより、制御部６０は、蓄電システム２０に関する情報を取得することできる。例えば、制御部６０は、太陽光発電部２１の発電電力や蓄電池２２の残量等の情報を取得することができる。

また、制御部６０は、蓄電システム２０の動作を制御することができる。すなわち、制御部６０は、太陽光発電部２１及び蓄電池２２の動作を制御することができる。例えば、制御部６０は、パワコン２３に後述する逆潮流不可運転の指示を行うことができる。

また、制御部６０は、燃料電池４０及び当該燃料電池４０に関連する種々の機器と信号を送受信可能に構成され、燃料電池４０に関する情報を取得することができる。例えば、制御部６０は、燃料電池４０の動作の状態（例えば発電電力や貯湯タンクの貯湯量の情報）を取得することができる。また、制御部６０は、燃料電池４０の発電電力等を制御することができる。

以下では、図２を参照し、通常時における電力供給システム１の電力の供給態様について簡単に説明する。なお、以下では、太陽光発電部２１が発電しているものとして、電力の供給態様を説明する。

電力供給システム１において、分電盤１０には、系統電源Ｋ、蓄電システム２０及び燃料電池４０からの電力が供給される。具体的には、分電盤１０には、配電線Ｌ１を介して系統電源Ｋからの電力が供給される。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、配電線Ｌ３・Ｌ４を介して専用回路３０へ供給される。これにより、専用回路３０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。

また、分電盤１０には、蓄電システム２０からの電力が、パワコン２３を介して適宜供給される。具体的には、パワコン２３は、太陽光発電部２１の発電電力を配電線Ｌ１・Ｌ２を介して分電盤１０へ供給する。当該電力は、一般負荷へ供給されると共に配電線Ｌ３等を介して専用回路３０へ供給される。また、パワコン２３は、太陽光発電部２１の発電電力だけでは負荷の消費電力を賄えない場合に、蓄電池２２を放電させる。このとき、パワコン２３は、配電線Ｌ１に設けられた前記センサの検出結果等に基づいて、蓄電池２２の放電量を調整する負荷追従運転を行う。当該蓄電池２２の放電電力は、太陽光発電部２１からの電力と同様に、配電線Ｌ１・Ｌ２を介して分電盤１０へ供給され、当該分電盤１０から一般負荷へ供給される。また、蓄電池２２の放電電力は、配電線Ｌ３等を介して専用回路３０へ供給される。

また、パワコン２３は、負荷の消費電力に対して太陽光発電部２１の発電電力が余剰する場合に、当該電力を蓄電池２２に充電する。また、パワコン２３は、蓄電池２２に充電しても依然として太陽光発電部２１の発電電力が余剰する場合に、当該余剰電力を配電線Ｌ１・Ｌ２を介して系統電源Ｋへ逆潮流させる。こうして、パワコン２３は、太陽光発電部２１の発電電力を売電することができる。

以下では、このような太陽光発電部２１の発電電力が負荷の消費電力及び蓄電池２２の充電電力に対して余剰する場合に、当該余剰電力を系統電源Ｋへ逆潮流させる運転を「逆潮流可運転」と称する。

なお、パワコン２３は、通常時において、系統電源Ｋからの電力を適宜充電させることができる。例えば、パワコン２３は、太陽光発電部２１が発電していない夜間の時間帯等に、系統電源Ｋからの電力を蓄電池２２に充電させることができる。

また、分電盤１０には、配電線Ｌ５を介して燃料電池４０の発電電力が供給される。具体的には、通常時に太陽光発電部２１が発電している場合、リレー５０がオンとなって、燃料電池４０は、分電盤１０と接続される。当該燃料電池４０は、連系運転を行うことで、配電線Ｌ５を介して発電電力を分電盤１０へ供給する。このとき、燃料電池４０は、負荷追従運転を行う。当該燃料電池４０の発電電力は、分電盤１０から一般負荷へ供給されると共に、配電線Ｌ３等を介して専用回路３０へ供給される。

このように、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２１、蓄電池２２及び燃料電池４０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。

ここで、図２に示す電力の供給態様（上述したような燃料電池４０が連系運転する場合の供給態様）において、蓄電池２２は、太陽光発電部２１及び系統電源Ｋからの電力を充電することができる。当該供給態様において、蓄電池２２に燃料電池４０の発電電力も充電することができれば、系統電源Ｋから購入する電力量を減らして電気料金をさらに節約することができる。

しかし、図２に示す電力の供給態様において、燃料電池４０は、負荷追従運転を行っている。当該燃料電池４０は、負荷の消費電力以上に発電することができないため、燃料電池４０の発電電力を蓄電池２２へ充電することができない。また、仮に連系運転時の動作を変更して負荷の消費電力以上に燃料電池４０を発電させたとすると、負荷の消費電力に対して余剰する燃料電池４０の発電電力は配電線Ｌ１を分電盤１０から系統電源Ｋ側へ流通することとなる。この場合、蓄電池２２は、当該配電線Ｌ１を流通する電力が系統電源Ｋへと逆潮流しないように、充電量を調整しながら充電を行う必要が生じてしまう。このように、燃料電池４０が連系運転を行っている場合に燃料電池４０の発電電力を蓄電池２２に充電する場合、連系運転の構成（例えば、負荷追従運転を行う構成等）や蓄電池２２の充電時における動作を変更する必要が生じてしまい、構成が複雑化してしまう。

そこで、本実施形態では、図３に示す燃料電池充電処理を行うことで、連系運転の構成等を変更することなく、通常時に燃料電池４０の発電電力を蓄電池２２へ充電するようにしている。

以下では、図３及び図４を参照して燃料電池充電処理の内容について説明する。

燃料電池充電処理は、上述の如き疑似停電が発生した場合に行われる第二自立運転を用いて、通常時に燃料電池４０の発電電力を蓄電池２２に充電するための処理である。なお、本実施形態において燃料電池充電処理は、後述するように、蓄電池２２の充電だけではなく、負荷への電力供給も行う。燃料電池充電処理は、通常時に制御部６０により所定のタイミング（例えば、１分間隔）で繰り返し実行される。こうして、制御部６０は、繰り返し種々の判断を行うと共に、得られた判断結果に基づいてリアルタイムで所定の制御を実行する。

図３に示すように、ステップＳ１１０において、制御部６０は、蓄電池２２が満充電であるか否かを判断する。制御部６０は、蓄電池２２が満充電である場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、燃料電池４０の発電電力を蓄電池２２に充電する必要がないため、燃料電池充電処理を終了する。一方、制御部６０は、蓄電池２２が満充電でない場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、ステップＳ１２０へ移行する。

ステップＳ１２０において、制御部６０は、太陽光発電部２１が発電しているか否かを判断する。制御部６０は、太陽光発電部２１が発電している場合（ステップＳ１２０：Ｙｅｓ）、燃料電池充電処理を終了する。一方、制御部６０は、太陽光発電部２１が発電していない場合（ステップＳ１２０：Ｎｏ）、ステップＳ１３０へ移行する。

ここで、上述の如く、（原則として）太陽光発電部２１の発電電力は、系統電源Ｋに売電することが可能である。しかし、本実施形態においては、例外として、燃料電池４０の発電時には、太陽光発電部２１の発電電力が売電できないように設定されている。そこで、太陽光発電部２１が発電している場合には、当該発電電力を売電可能とするために、燃料電池４０の発電を行う燃料電池充電処理を終了させる。

ステップＳ１３０において、制御部６０は、燃料電池４０の貯湯タンクが満蓄（これ以上蓄熱ができない状態）であるか否かを判断する。制御部６０は、燃料電池４０の貯湯タンクが満蓄である場合（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）、燃料電池４０が発電できないため、燃料電池充電処理を終了する。一方、制御部６０は、燃料電池４０の貯湯タンクが満蓄でない場合（ステップＳ１３０：Ｎｏ）、ステップＳ１４０へ移行する。

ステップＳ１４０において、制御部６０は、図４に示すように、所定の信号をリレー５０に送信することで、当該リレー５０をオフにする（解列する）。これにより、配電線Ｌ５が無電圧状態となるため、燃料電池４０は、実際には停電が発生していないにもかかわらず停電が発生したと判断し、第二自立運転を開始する。こうして、燃料電池４０は、配電線Ｌ６を介してパワコン２３に発電電力を供給する。この場合、燃料電池４０は、一定の電力（６５０Ｗ）を継続して供給する一定出力運転を行う。

第二自立運転により、配電線Ｌ６を介してパワコン２３に供給された燃料電池４０の発電電力は、配電線Ｌ１・Ｌ２を介して分電盤１０に供給される。当該電力は、分電盤１０を介して一般負荷に供給される。また、分電盤１０に供給された燃料電池４０の発電電力は、配電線Ｌ３・Ｌ４を介して専用回路３０に供給され、当該専用回路３０に接続された重要負荷にも供給される。図３に示すように、制御部６０は、ステップＳ１４０の処理が終了すると、ステップＳ１５０へ移行する。

ステップＳ１５０において、制御部６０は、パワコン２３に逆潮流不可運転を行うように指示を出す。ここで、パワコン２３の逆潮流不可運転とは、第二自立運転により燃料電池４０からパワコン２３に出力された電力が系統電源Ｋ側へ流れないように、当該燃料電池４０からの電力を抑制していく運転を意味する。具体的には、逆潮流不可運転には、蓄電池２２の余剰電力の充電と、燃料電池４０の出力の抑制と、が含まれる。すなわち、逆潮流不可運転を行っているパワコン２３は、燃料電池４０からの電力が負荷の消費電力に対して余剰する場合、当該余剰する分の電力をまず蓄電池２２に充電させる。また、パワコン２３は、蓄電池２２の充電を行っても依然として燃料電池４０からの電力が余剰する場合に、燃料電池４０からの電力が前記消費電力に対して余剰しないように、当該燃料電池４０の出力を抑制していく（絞っていく）。こうして、パワコン２３は、例えば燃料電池４０からの電力を蓄電池２２に充電しても、依然として燃料電池４０からの電力が前記消費電力に対して余剰して系統電源Ｋ側へ流れそうな場合、燃料電池４０の出力が減少するような運転を行う。このように、パワコン２３が逆潮流不可運転を行うことにより、通常時に燃料電池４０からの電力を蓄電池２２に充電できると共に、燃料電池４０からの電力が系統電源Ｋへと逆潮流されるのを抑制することができる。

上述の如く、本実施形態においては、燃料電池４０の発電時に、所定の電力（５０Ｗ）の購入が義務付けられている。このため、ステップＳ１５０においてパワコン２３は、系統電源Ｋから所定の電力（５０Ｗ）の買電が行われるように、分電盤１０へ供給する電力を調整する。制御部６０は、ステップＳ１５０の処理が終了すると、ステップＳ１６０へ移行する。

ステップＳ１６０において、制御部６０は、燃料電池４０の貯湯タンクが満蓄であるか否かを判断する。制御部６０は、燃料電池４０の貯湯タンクが満蓄である場合（ステップＳ１６０：Ｙｅｓ）、燃料電池４０が発電できないため、後述するステップＳ２００へ移行して第二自立運転を終了させる。一方、制御部６０は、燃料電池４０の貯湯タンクが満蓄でない場合（ステップＳ１６０：Ｎｏ）、ステップＳ１７０へ移行する。

ステップＳ１７０において、制御部６０は、蓄電池２２が満充電であるか否かを判断する。制御部６０は、蓄電池２２が満充電である場合（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）、燃料電池４０の発電電力を蓄電池２２に充電する必要がないため、ステップＳ２００へ移行して第二自立運転を終了させる。一方、制御部６０は、蓄電池２２が満充電でない場合（ステップＳ１７０：Ｎｏ）、ステップＳ１８０へ移行する。

ステップＳ１８０において、制御部６０は、太陽光発電部２１が発電しているか否かを判断する。上述の如く、本実施形態においては、燃料電池４０の発電時には、太陽光発電部２１の発電電力が売電できないように設定されている。このため、制御部６０は、太陽光発電部２１が発電している場合（ステップＳ１８０：Ｙｅｓ）、太陽光発電部２１の発電電力を売電可能とするために、ステップＳ２００へ移行して第二自立運転を終了させる。一方、制御部６０は、太陽光発電部２１が発電していない場合（ステップＳ１８０：Ｎｏ）、ステップＳ１９０へ移行する。

ステップＳ１９０において、制御部６０は、所定の閾値以上の買電（系統電源Ｋから分電盤１０への電力供給）が発生しているか否かを判断する。本実施形態において、閾値には、燃料電池４０の発電時に購入が義務付けられている電力（５０Ｗ）よりも大きい値（１００Ｗ）が設定されている。制御部６０は、閾値以上の買電が発生している場合（ステップＳ１９０：Ｙｅｓ）、買電を減らすためにステップＳ２００へ移行して第二自立運転を終了させる。なお、ステップＳ１９０からステップＳ２００へと移行する流れについては、後述する具体例の中で説明する。一方、制御部６０は、閾値以上の買電が発生していない場合（ステップＳ１９０：Ｎｏ）、ステップＳ１６０へ移行する。

ステップＳ２００において、制御部６０は、所定の信号をリレー５０に送信することで、当該リレー５０をオンにする。これにより、配電線Ｌ５が無電圧状態ではなくなる（配電線Ｌ５を電力が流通可能となる）ため、燃料電池４０は、停電が復旧したと判断し、第二自立運転を終了し、連系運転を開始する。こうして、燃料電池４０の発電電力は、配電線Ｌ５を介して分電盤１０へ供給される。制御部６０は、ステップＳ２００の処理が終了すると、ステップＳ２１０へ移行する。

ステップＳ２１０において、制御部６０は、上述した逆潮流可運転（負荷の消費電力及び蓄電池２２の充電電力に対して余剰する太陽光発電部２１の発電電力を逆潮流させる運転）を行うようにパワコン２３に指示を出す。こうして、パワコン２３が逆潮流可運転を行うことにより、太陽光発電部２１の発電電力が適宜系統電源Ｋへ逆潮流されることとなる。制御部６０は、ステップＳ２１０の処理が終了すると、燃料電池充電処理を終了する。

燃料電池充電処理においては、燃料電池４０を通常時に連系運転させるのではなく、自立運転（第二自立運転）させることで、通常時に燃料電池４０の発電電力を蓄電池２２に充電することができる。これによれば、連系運転の構成（例えば、負荷追従運転を行う構成等）を変更することなく、燃料電池４０の発電電力を蓄電池２２に充電することができる。

また、燃料電池充電処理によれば、リレー５０をオフにすると共に逆潮流不可運転を指示することで（ステップＳ１４０・Ｓ１５０）、通常時に燃料電池４０の発電電力を、分電盤１０を介さずに蓄電池２２に充電可能となる。これにより、簡素な構成で通常時に燃料電池４０の発電電力を蓄電池２２に充電することができる。

また、燃料電池充電処理によれば、蓄電池２２の放電電力だけではなく、第二自立運転により燃料電池４０から出力された電力も、パワコン２３を介して分電盤１０へ供給することができる。これによって、分電盤１０への電力供給をパワコン２３だけで制御することができる。

以下では、図５から図９を参照し、燃料電池充電処理の具体例を説明する。

図５は、燃料電池充電処理を行う前の電力供給システム１の状態の一例を示している。図５に示す状態において、太陽光発電部２１は発電していない。また、図５に示す蓄電池２２は、放電しておらず、かつ、満充電ではない状態となっている。また、燃料電池４０の貯湯タンクは、満蓄ではない状態となっている。また、図５に示す状態において、負荷の消費電力（分電盤１０と接続された一般負荷の消費電力、及び専用回路３０と接続された重要負荷の消費電力の総合計）は、５００Ｗとなっている。また、専用回路３０と接続された重要負荷の消費電力は、１００Ｗとなっている。また、図５に示す状態において停電は発生していない。また、図５に示すリレー５０は、オンの状態となっている。また、燃料電池４０は、連系運転により４５０Ｗの電力を発電している。また、燃料電池４０の発電に伴い、系統電源Ｋから分電盤１０へ５０Ｗの電力が供給されている。こうして、負荷の消費電力５００Ｗは、燃料電池４０の発電電力４５０Ｗと系統電源Ｋからの電力５０Ｗとにより賄われている。

当該図５に示す状態において燃料電池充電処理が行われると、蓄電池２２が満充電ではなく（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、太陽光発電部２１は発電しておらず（ステップＳ１２０：Ｎｏ）、貯湯タンクは満蓄ではないことから（ステップＳ１３０：Ｎｏ）、リレー５０がオフとなる（ステップＳ１４０）。これにより、図６に示すように、分電盤１０と燃料電池４０との接続が解除され、配電線Ｌ５が無電圧状態となる。

これに伴って、燃料電池４０は第二自立運転を開始する。当該燃料電池４０は、配電線Ｌ６を介してパワコン２３に直流電力を供給する。また、燃料電池４０は、一定の電力６５０Ｗを継続して供給する。

また、パワコン２３は、制御部６０からの指示により逆潮流不可運転を開始する（ステップＳ１５０）。図６に示す状態においては、負荷の消費電力５００Ｗに対して、パワコン２３からの電力６５０Ｗと、燃料電池４０の発電に伴う系統電源Ｋからの電力５０Ｗと、の合計７００Ｗを分電盤１０に供給可能な状態となっている。すなわち、図６においては、負荷の消費電力５００Ｗに対して２００Ｗの電力が余剰する状態となっている。このため、パワコン２３は、蓄電池２２に指示を出し、負荷の消費電力に対して余剰する２００Ｗの電力を、燃料電池４０から蓄電池２２に充電させる。これにより、燃料電池４０の発電電力を蓄電池２２へ充電できると共に、当該発電電力が系統電源Ｋへ逆潮流するのを防止することができる。

また、図６に示す状態において、燃料電池４０は、パワコン２３に直流電力を供給する。これによれば、燃料電池４０の発電電力を変換（交流直流変換）しなくても蓄電池２２に充電することができるため、燃料電池４０からパワコン２３に交流電力が供給される場合と比較して、電力の変換ロスを減らすことができる。

なお、逆潮流不可運転を行っているパワコン２３は、蓄電池２２の充電を行っても依然として電力が余剰する場合に、燃料電池４０の出力を絞る（配電線Ｌ６に出力される電力を減らす）制御を行う。これにより、燃料電池４０の出力を抑制する。

一方、逆潮流不可運転を行っているパワコン２３は、燃料電池４０の発電電力が負荷の消費電力に対して不足する場合に、蓄電池２２に指示を出して蓄電池２２の放電を行う。

図７は、図６に示す状態から負荷の消費電力が増大したことに伴い、蓄電池２２が放電した状態を示す図である。図７において負荷の消費電力は、５００Ｗから１０００Ｗへ増大している。燃料電池４０は、６５０Ｗの電力をパワコン２３へ供給している。図７に示す状態においては、負荷の消費電力１０００Ｗに対して、パワコン２３からの電力６５０Ｗと、燃料電池４０の発電に伴う系統電源Ｋからの電力５０Ｗと、を分電盤１０に供給しても、依然として３００Ｗの電力が不足する。このため、蓄電池２２は、パワコン２３からの指示により放電を開始して、不足している３００Ｗの電力をパワコン２３に供給する。これによって、燃料電池充電処理において蓄電池２２も負荷の消費電力を賄うことができる。

図８は、図７に示す状態から負荷の消費電力がさらに増大した状態、具体的には、１０００Ｗから３０００Ｗへ増大した状態を示す図である。上述の如く、本実施形態において、パワコン２３は、太陽光発電部２１が発電していない状態で燃料電池４０が第二自立運転を行う場合に、配電線Ｌ１へ最大で２０００Ｗの電力を出力することができる。このため、図８に示す状態において、分電盤１０には、パワコン２３を介して燃料電池４０の発電電力６５０Ｗと、蓄電池２２の放電電力１３５０Ｗと、の合計２０００Ｗの電力が供給される。この場合、負荷の消費電力３０００Ｗに対して１０００Ｗの電力が不足するため、当該不足する電力１０００Ｗが系統電源Ｋから分電盤１０へ供給される。こうして、図８に示す状態においては、ステップＳ１９０で設定された閾値１００Ｗ以上の買電が発生している。

よって、図８に示す状態において、制御部６０は、１００Ｗ以上の買電が発生していると判断し（ステップＳ１９０：Ｙｅｓ）、リレー５０をオンにする（ステップＳ２００）。これにより、図９に示すように、分電盤１０と燃料電池４０とが接続され、配電線Ｌ５を電力が流通可能な状態となる。

これに伴って、燃料電池４０は、連系運転を開始する。当該燃料電池４０は、配電線Ｌ５を介して分電盤１０に交流電力を供給する。また、燃料電池４０は、負荷追従運転により、７００Ｗの電力（最大発電電力と同一の電力）を分電盤１０に供給する。

また、パワコン２３には、蓄電池２２から２０００Ｗの電力（最大放電電力と同一の電力）が供給される。パワコン２３は、蓄電池２２からの電力２０００Ｗを分電盤１０へ供給する。

このように、リレー５０をオンにすることで（ステップＳ２００）、燃料電池４０からの発電電力７００Ｗと、パワコン２３からの電力２０００Ｗと、の合計２７００Ｗを分電盤１０に供給することができる。これにより、蓄電池２２及び燃料電池４０から分電盤１０へ供給する電力を、第二自立運転時（２０００Ｗ、図８参照）よりも増やすことができる。このため、系統電源Ｋから購入する電力を減らすことができる。

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と分電盤１０との間に接続されるパワコン２３（パワーコンディショナ）と、燃料が供給されて発電可能であると共に前記分電盤１０を介して前記パワコン２３と接続される燃料電池４０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２３と接続される太陽光発電部２１と、電力を充放電可能であると共に前記パワコン２３と接続される蓄電池２２と、停電時以外の通常時、かつ前記太陽光発電部２１が発電していない場合において、前記燃料電池４０の発電電力を、前記分電盤１０を介さずに前記パワコン２３へ流通可能とする制御部６０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、通常時に分電盤１０を介することなく、燃料電池４０からパワコン２３へ電力を流通させることができる。これにより、パワコン２３を介して燃料電池４０の発電電力を蓄電池２２へ簡単に充電可能となるため、簡単な構成で通常時に燃料電池４０からの電力を蓄電池２２に充電することができる。

また、前記燃料電池４０は、通常時、かつ前記太陽光発電部２１が発電していない場合において、一定の電力を継続して出力する一定出力運転により、発電電力を前記パワコン２３へ供給可能である（ステップＳ１４０）。

このように構成することにより、負荷の消費電力が一定出力運転時の燃料電池４０の発電電力よりも小さい場合に、燃料電池４０の発電電力を余剰させることができる。このため、当該余剰電力を蓄電池２２に充電すれば、系統電源Ｋから購入する電力を増やすことなく、燃料電池４０の発電電力を蓄電池２２に充電することができる。

また、前記燃料電池４０は、停電が発生した場合に、自立運転可能であり、前記制御部６０は、通常時、かつ前記太陽光発電部２１が発電していない場合において、前記燃料電池４０を疑似的な停電状態とすることにより、前記自立運転による発電電力を前記パワコン２３へ流通可能とするものである。

このように構成することにより、燃料電池４０の自立運転を利用して燃料電池４０の発電電力を蓄電池２２へ充電することができる。これによれば、より簡単な構成で通常時に燃料電池４０からの電力を蓄電池２２に充電することができる。

また、前記パワコン２３は、通常時、かつ前記太陽光発電部２１が発電していない場合において、前記燃料電池４０から供給される電力が系統電源Ｋ側へと流れるのを規制するものである（ステップＳ１５０）。

このように構成することにより、燃料電池４０の発電電力が系統電源Ｋへ流れるのを抑制することができる。

また、前記制御部６０は、前記分電盤１０を介さずに前記燃料電池４０の発電電力を前記パワコン２３へ流通可能な状態において、系統電源Ｋから前記負荷へ供給される電力が所定の閾値を超えた場合に（ステップＳ１９０：Ｙｅｓ）、前記パワコン２３へ流通可能な状態から流通不能な状態へ切り替えるものである（ステップＳ２００）。

このように構成することにより、系統電源Ｋからの電力が増え（閾値を超え）、蓄電池２２を放電させることが望ましい状態において、燃料電池４０からパワコン２３への電力供給（分電盤１０を介さない電力供給）を停止することができる。これにより、燃料電池４０の発電電力を蓄電池２２へ充電することを、適切なタイミングで停止することができる。

なお、本実施形態に係るパワコン２３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。

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２１、蓄電池２２及び燃料電池４０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つ以上の任意の台数とすることができる。

また、燃料電池４０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４０は、第二自立運転時に太陽光発電部２１及び蓄電池２２とパワコン２３とを接続する電路とは異なる配電線Ｌ６を介して、パワコン２３と接続されるものとしたが、第二自立運転時におけるパワコン２３との接続態様はこれに限定されるものではない。図１０は、第二自立運転時におけるパワコン２３と燃料電池４０との接続態様の変形例を示すものである。変形例において、燃料電池４０は、第二自立運転時に太陽光発電部２１とパワコン２３とを接続する電路（配電線Ｌ２１）を利用して、パワコン２３と接続される。以下では、変形例の構成について説明する。

太陽光発電部２１は、太陽光によって発電可能な複数のストリング２１ａ～２１ｃを有している。当該複数のストリング２１ａ～２１ｃは、複数の配電線Ｌ２１～Ｌ２３を介してパワコン２３とそれぞれ接続される。燃料電池４０は、配電線Ｌ１６を介して、前記配電線Ｌ２３～Ｌ２３のうち、１つのストリング２１ａとパワコン２３とを接続する配電線Ｌ２１と接続される。また、変形例において電力供給システム１０１は、配電線Ｌ１６・Ｌ２１が接続される部分に設置される切替盤１７０を具備する。切替盤１７０は、リレー（不図示）を具備し、配電線Ｌ２１を介したストリング２１ａとパワコン２３との接続及び接続解除と、配電線Ｌ１６・Ｌ２１を介した燃料電池４０とパワコン２３との接続及び接続解除と、を切り替えることができる。

変形例において切替盤１７０は、通常時において燃料電池４０が連系運転を行う場合に、配電線Ｌ２１を介してストリング２１ａとパワコン２３とを接続すると共に、配電線Ｌ１６・Ｌ２１を介した燃料電池４０とパワコン２３との接続を解除する。また、図１１に示すように、切替盤１７０は、燃料電池４０が第二自立運転を行う場合に、配電線Ｌ２１を介したストリング２１ａとパワコン２３との接続を解除すると共に、配電線Ｌ１６・Ｌ２１を介して燃料電池４０とパワコン２３とを接続する。変形例によれば、ストリング２１ａからパワコン２３への入力部を利用して、燃料電池４０をパワコン２３と接続することができる。

また、本実施形態では、制御部６０が燃料電池充電処理を行うものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、パワコン２３等が燃料電池充電処理を行ってもよい。

また、燃料電池充電処理において燃料電池４０が第二自立運転を行う場合、蓄電池２２が満充電であれば（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）、当該第二自立運転を終了させるものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、第二自立運転を継続させてもよい。

図１２は、蓄電池２２が満充電であっても第二自立運転を継続させた場合の具体例を示す図である。より詳細には、図１２は、図６に示す状態（２００Ｗの電力を蓄電池２２に充電している状態）から蓄電池２２が満充電となった場合に、第二自立運転を継続させた状態を示す図である。当該図１２において、仮に、燃料電池４０が６５０Ｗの電力を発電すると、当該発電電力６５０Ｗ及び系統電源Ｋからの電力５０Ｗの合計７００Ｗの電力のうち、２００Ｗの電力が負荷の消費電力５００Ｗに対して余剰してしまう。そこで、パワコン２３は、燃料電池４０の出力を絞っていく。当該燃料電池４０は、パワコン２３へ供給する電力を６５０Ｗから４５０Ｗへ減少させる。これによって、燃料電池４０の発電電力が系統電源Ｋへ逆潮流するのを防止することができる。

また、燃料電池充電処理において燃料電池４０が第二自立運転を行う場合、パワコン２３は、逆潮流不可運転を行うものとしたが（ステップＳ１５０）、これに限定されるものではなく、例えば、逆潮流可運転を行ってもよい。この場合、パワコン２３は、負荷の消費電力に対して燃料電池４０の発電電力が余剰すると、当該余剰電力を蓄電池２２に充電する。また、パワコン２３は、負荷の消費電力及び蓄電池２２の充電電力に対して燃料電池４０の発電電力が余剰しても、燃料電池４０の出力の抑制は行わない。こうして、燃料電池４０は、第二自立運転において、常に一定の電力を継続して発電することとなる。

また、ステップＳ１９０における閾値は、燃料電池４０の発電時に購入が義務付けられている電力（５０Ｗ）よりも大きい値（１００Ｗ）であるものとしたが、第二自立運転時に買電電力が増大しているか否かを判断可能な値であれば、これに限定されるものではない。例えば、本実施形態のように燃料電池４０の発電時に５０Ｗの購入が義務付けられている場合、第二自立運転時には、負荷の消費電力の大きさにかかわらず、少なくとも５０Ｗの買電が発生することとなる。よって、この場合、買電電力が増大しているか否かを判断可能な値は、５０Ｗ（購入が義務付けられた電力）以上の任意の値となる。

１ 電力供給システム
１０ 分電盤
２１ 太陽光発電部
４０ 燃料電池
２２ 蓄電池
２３ パワコン（パワーコンディショナ）

Claims (5)

1. 系統電源と分電盤との間に接続されるパワーコンディショナと、
   燃料が供給されて発電可能であると共に前記分電盤を介して前記パワーコンディショナと接続される燃料電池と、
   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接続される太陽光発電部と、
   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、
   停電時以外の通常時、かつ前記太陽光発電部が発電していない場合において、前記燃料電池の発電電力を、前記分電盤を介さずに前記パワーコンディショナへ流通可能とする制御部と、
   を具備する、
   電力供給システム。
2. 前記燃料電池は、
   通常時、かつ前記太陽光発電部が発電していない場合において、一定の電力を継続して出力する一定出力運転により、発電電力を前記パワーコンディショナへ供給可能である、
   請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記燃料電池は、
   停電が発生した場合に、自立運転可能であり、
   前記制御部は、
   通常時、かつ前記太陽光発電部が発電していない場合において、前記燃料電池を疑似的な停電状態とすることにより、前記自立運転による発電電力を前記パワーコンディショナへ流通可能とする、
   請求項１又は請求項２に記載の電力供給システム。
4. 前記パワーコンディショナは、
   通常時、かつ前記太陽光発電部が発電していない場合において、前記燃料電池から供給される電力が系統電源側へと流れるのを規制する、
   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. 前記制御部は、
   前記分電盤を介さずに前記燃料電池の発電電力を前記パワーコンディショナへ流通可能な状態において、系統電源から供給される電力が所定の閾値を超えた場合に、前記パワーコンディショナへ流通可能な状態から流通不能な状態へ切り替える、
   請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電力供給システム。

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