JP7438700B2

JP7438700B2 - 太陽光発電システム

Info

Publication number: JP7438700B2
Application number: JP2019168612A
Authority: JP
Inventors: 彰訓加藤
Original assignee: 河村電器産業株式会社
Priority date: 2019-09-17
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2024-02-27
Anticipated expiration: 2039-09-17
Also published as: JP2021048666A

Description

本発明は太陽光発電システムに関し、特に自家消費を前提として太陽光発電を実施する太陽光発電システムに関する。

２０１９年以降から、２００９年に開始された余剰電力買取制度の固定価格買取期間１０年が順次終了し、電力会社の買取義務が無くなるため、買取価格が低下する状況に直面する。これに伴い、契約１１年目以降は、電力会社又は新電力との間で安い買取価格で売電契約を結んだり、蓄電池に貯めて発電電力の多くを自家消費するなどの対応が考えられる。
このような流れを前提として、太陽光発電電力を売電するか自家消費するか選択制御するシステムがある。例えば特許文献１では、蓄電池を設置して蓄電池に充電する回路と商用電力系統に連係して売電する回路を設けて経済的利益を計算して何れかを選択し、選択した一方に発電電力を供給するよう制御した。

特開２０１３－１５８１３２号公報

しかしながら、上記特許文献１では、発電電力の売電を念頭に置いたシステムであり、自家消費を中心として売電を基本的にしない場合には適用できず、売電契約をしない需要家には新たなシステムが望まれていた。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、太陽光発電を自家消費することを基本とする太陽光発電システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、１次側が商用電力系統に接続された主幹ブレーカの２次側に太陽光発電電力が供給されて、商用電力と共に太陽光発電電力が負荷に供給される分電盤を備えた太陽光発電システムであって、商用電力系統への逆潮流を検出する逆潮流検知手段と、太陽光発電電力により蓄電されると共に、放電電力を主幹ブレーカの２次側に出力する蓄電池と、太陽光発電電力が主幹ブレーカの２次側に供給されるのを遮断する遮断手段と、蓄電池の充放電を制御する充放電制御部とを有し、充放電制御部は、太陽光発電が行われない時間帯では、蓄電池の蓄電量が所定の電力量以下になるよう放電制御を行うと共に、逆潮流検知手段が逆潮流を検知したら、遮断手段を遮断動作させて分電盤を介さずに太陽光発電電力を蓄電池へ供給して充電を実施することを特徴とする。
この構成によれば、太陽光発電が自家消費を上回るような場合は、太陽光発電の分電盤への供給が停止されるため、単純な制御で逆潮流の発生を防止できる。
そして、その後太陽光発電電力は蓄電池の充電に回されるため、太陽光発電を継続できる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、分電盤から電力が供給される負荷のうち、一部の負荷である特定負荷に対して、蓄電池から直接電力の供給を可能とする専用電路、及び特定負荷の電源線を分電盤から専用電路に切り替える切替手段を有し、充放電制御部は、太陽光発電が行われない時間帯に加えて、商用電力系統に停電が発生
した場合には、切替手段を切替制御して特定負荷の接続先を分電盤から専用電路とし、蓄電池の電力を特定負荷に供給することを特徴とする。
この構成によれば、特定負荷には蓄電池の電力が分電盤を介さず供給されるため、商用電力の状態、或いは分電盤の状態に関わらず電力を供給でき、他の負荷が停止した場合でも稼働を継続させる事ができる。

本発明によれば、太陽光発電が自家消費を上回るような場合は、余剰分が蓄電池の充電に回されるため、逆潮流を最小限に止めることができるし、太陽光発電を継続できる。そして、蓄電された電力は、夜間等での自家消費に回すことで、翌日はまた蓄電池を余剰電力の蓄電に使用できる。

太陽光発電システムの第１の形態を示す構成図である。太陽光発電システムの第２の形態を示す構成図である。太陽光発電システムの第３の形態を示す構成図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る太陽光発電システムの第１の形態を示す構成図であり、１は太陽電池パネル、２は直流開閉器２ａ等が組み込まれている接続箱、３は直流電力を交流変換するパワーコンディショナ（ＰＣＳ）、４は電力を分岐する分電盤、５は蓄電池、６は蓄電池５の充放電を実施するための電力変換機能を備えた蓄電池制御部、７は蓄電池５の分電盤４への出力をオン／オフする蓄電池スイッチ、８は商用電力系統である。

分電盤４には、主幹ブレーカ１１、複数の分岐ブレーカ１２が組み付けられ、各分岐ブレーカ１２の二次側には電気機器等の負荷（図示せず）が接続されている。主幹ブレーカ１１の１次側は商用電力系統８からの引き込み線が接続され、２次側は主電路１４が接続されて、主電路１４を介して分岐ブレーカ１２が接続されている。
また、主電路１４の主幹ブレーカ１１との接続部には、商用電力系統８への逆潮流が発生したらそれを検出する逆潮流検知手段としての変流器１３が設置されている。

蓄電池制御部６は、蓄電池５を充電するために直流変換するＡＣ／ＤＣコンバータを備えた充電器２１、蓄電池５が出力する電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータを備えた放電回路２２、直流を交流に変換して負荷に供給するためのＤＣ／ＡＣインバータ２３、変流器１３の情報を受けて蓄電池５の充放電を制御すると共に蓄電池制御部６を制御する充放電制御部２４等を備えている。

そして、分電盤４の主電路１４に対して、放電路Ｌ１、充電路Ｌ２がそれぞれ分岐ブレーカ１２を介して接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ２３の出力が放電路Ｌ１を介して分電盤４に供給され、充電路Ｌ２が充電器２１に接続されている。また、放電路Ｌ１には途中に蓄電池スイッチ７が配置されている。

太陽電池パネル１は、接続箱２、ＰＣＳ３を介して分電盤４の２次側に接続され、太陽光発電電力が分電盤４の２次側に供給される。

上記の如く構成された第１の形態の太陽光発電システムは以下のように動作する。個々の負荷には、商用電力系統８からの電力、太陽電池パネル１からの太陽光発電電力、そして蓄電池５の何れかからの電力が分電盤４を介して供給されるが、充放電制御部２４の制御により、太陽光発電が成されている間は、この電力が優先して供給され、足りない分が商用電力系統８により補われる。また、夜間等太陽光発電が行われない時間帯では、蓄電池５の電力が優先して使用され、商用電力系統８からの電力が不足分を供給するよう制御される。
また、充放電制御部２４により、太陽光発電電力が商用電力系統８に流れ込む逆潮流が発生しないよう制御される。

具体的に充放電制御部２４は、太陽電池パネル１が発電している昼間は、変流器１３の情報から逆潮流を監視し、逆潮流が検知されたら充電器２１を起動して蓄電池５への充電を開始する。
この充電は、変流器１３の情報を基に商用電力系統８からの電力の使用がゼロで且つ逆潮流が発生しない電力が算出され、その電力で充電が成されるよう充電器２１を制御して成される。充電電力は、放電路Ｌ１を介して分電盤４から蓄電池５に供給される。

こうして、太陽電池パネル１の出力を制限すること無く、商用電力系統８からの電力の使用が最小限で済むよう蓄電池の充電が制御される。
尚、この充電で蓄電池５が満充電状態になった場合は充電制御を終了する。そして、ＰＣＳ３を制御して、太陽電池パネル１の発電量が抑制され、引き続き逆潮流が発生しないよう制御される。

一方、太陽光発電が行われない夜間等は、蓄電池５の放電が実施される。充放電制御部２４は、予め時間設定が成されており、時間制御で発電が無い時間帯では放電を実施する。この場合、蓄電池スイッチ７をオフすると共に、放電回路２２及びＤＣ／ＡＣインバータ２３を起動して蓄電池５の電力を分電盤４に供給する。
この放電電力は例えば一定の電力で送出され、不足分は商用電力系統８からの電力で補われる。この放電は蓄電量が所定の電力量（例えば、満充電の２０％）になるまで実施される。結果、翌日の太陽光発電が行われる時間帯までには、蓄電池５が一定量の充電が可能な状態となる。

このように、太陽光発電電力が自家消費を上回るような場合は、余剰分が蓄電池５の充電に回されるため、逆潮流を最小限に止めることができる。そして、蓄電された電力は、夜間等での自家消費に回すことで、翌日はまた蓄電池５を余剰電力の充電に使用できる。また、分電盤４の設備を変更することで蓄電池５への充電を実施でき、太陽光発電設備自体を改良する必要が無く、簡易な改良で済む。

次に、太陽光発電システムの第２の形態を説明する。図２は太陽光発電システムの第２の形態を示す構成図であり、この図を参照して説明する。但し、図１と共通する構成要素には同一の符号を付与して説明を省略し、以下相違点を中心に説明する。上記第１の形態とは蓄電池５の充電経路及び放電経路が異なっている。
蓄電池制御部６には、充電に加えて放電も可能なＤＣ／ＤＣコンバータを備えた充放電装置２５が設けられ、ＤＣ／ＡＣインバータ２６は双方向インバータであり、これらの装置を介して充放電が行われる。

ＤＣ／ＡＣインバータ２６は、充放電路Ｌ３を介して分電盤４及び特定負荷１５に接続されている。特定負荷１５は、分電盤４から電力が供給される負荷の中で特に電源を停止させたくない負荷であり、例えば一般家庭であれば冷凍庫がそれにあたる。
充放電路Ｌ３は途中で分岐され、一方が開閉スイッチ１７を介して分電盤４に接続され、他方が切替スイッチ１６を介して特定負荷１５に接続されている。
切替スイッチ１６は、特定負荷１５の電源線の接続先を分電盤４と蓄電池５との間で切り替えるスイッチである。切替スイッチ１６及び開閉スイッチ１７は充放電制御部２４に制御される。

この第２の形態の太陽光発電システムは以下のように動作する。太陽電池パネル１が発電している昼間は、個々の負荷には商用電力系統８からの電力、太陽電池パネル１からの太陽光発電電力が供給される。この状態で、充放電制御部２４が変流器１３の情報から逆潮流を監視し、逆潮流が検知されたら開閉スイッチ１７を閉じてＤＣ／ＡＣインバータ２６及び充放電装置２５を起動し、蓄電池５への充電を実施する。
この充電は、変流器１３の情報を元に商用電力系統８からの電力の使用がゼロで、且つ逆潮流が発生しない電力を算出し、その電力で充電が実施されるよう充放電装置２５を制御する。

こうして、太陽電池パネル１の出力を制限すること無く、商用電力の使用が最小限で済むよう蓄電池５の充電が制御される。
尚、この充電で蓄電池５が満充電状態になった場合は充電制御を終了する。そして、ＰＣＳ３を制御して、太陽電池パネル１の発電量が抑制され、引き続き逆潮流が発生しないよう制御される。

一方、太陽光発電が行われない夜間等は、蓄電池５の放電が実施される。充放電制御部２４は、予め時間設定が成されており、時間制御で太陽光発電が行われない時間帯では放電を実施する。
具体的に、開閉スイッチ１７をオフし、切替スイッチ１６を切替操作して特定負荷１５の電源を蓄電池５に切り替える。同時に、充放電装置２５及びＤＣ／ＡＣインバータ２６を放電制御に切り替えて、充放電路Ｌ３を介して特定負荷１５に電力を供給する。尚、他の負荷には商用電力が供給される。

この放電は蓄電量が所定の電力量（例えば、満充電の２０％）になるまで実施され、蓄電量が所定量まで減少したら、切替スイッチ１６を切り替えて電源を分電盤４の商用電力系統８の電力に切り替える。結果、翌日の太陽光発電が行われる時間帯までには、蓄電池５が一定量の充電が可能な状態となる。
また、この蓄電池５による特定負荷１５への電力の供給は、設定された時間だけで無く、商用電力系統８に停電が発生した場合等の異常時に実施しても良く、特定負荷１５を分電盤４から分離することで良好に供給できる。

このように、太陽光発電電力が自家消費を上回るような場合は、余剰分が蓄電池５の充電に回されるため、逆潮流を最小限に止めることができる。そして、太陽光発電電力を引き続き分電盤４の２次側に供給しつつ、逆潮流が発生しないよう制御することが可能となる。
また、蓄電池５の電力は、分電盤４を介さず特定負荷１５に供給されるため、商用電力の状態、或いは分電盤４の状態に関わらず電力を供給でき、他の負荷が停止した場合でも稼働を継続させる事ができる。

尚、蓄電池５の電力は特定負荷１５に限定せず、他の負荷も加えて供給しても良い。切替スイッチ１６を分電盤４側に接続した状態で、開閉スイッチ１７をオン状態とすれば分電盤４の２次側に供給できるため、上記第１の形態のように電力供給を実施しても良い。

次に、太陽光発電システムの第３の形態を説明する。図３は太陽光発電システムの第３の形態を示す構成図であり、この図を参照して説明する。但し、図１と共通する構成要素には同一の符号を付与して説明を省略し、以下相違点を中心に説明する。上記第１の形態とは蓄電池５の充電経路及び放電経路が異なっている。
図１と共通する構成要素には同一の符号を付与して説明を省略し、以下相違点を中心に説明する。尚、図２の形態とは充電経路が異なっている。

接続箱２から太陽光発電電力を送出する電路は２分岐されており、一方がＰＣＳ３を介して分電盤４の２次側に接続され、他方の電路Ｌ５は蓄電池５を充電するために蓄電池制御部６に接続されている。
蓄電池制御部６には、交流電力を生成するためのＤＣ／ＡＣインバータ２３に加えて、蓄電池５の充放電を制御するＤＣ／ＤＣコンバータを内蔵した充放電装置２５、充電する直流電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２７が設けられている。
そして、電路Ｌ５はＤＣ／ＤＣコンバータ２７に接続され、この出力が充放電装置２５を介して蓄電池５に供給される。

ＤＣ／ＡＣインバータ２３の出力は、電路Ｌ６により切替スイッチ１６を介して特定負荷１５に供給される。
切替スイッチ１６は、特定負荷１５に接続される電源線の接続先を分電盤４と蓄電池５との間で切り替えるスイッチである。切替スイッチ１６及び開閉スイッチ１７は充放電制御部２４に制御される。

太陽電池パネル１が分電盤４に接続される一方の電路は、ＰＣＳ３、第１開閉スイッチ９を介して分電盤４に接続されている。蓄電池５に接続される他方の電路Ｌ５は、接続箱２の内部に設けられた第２開閉スイッチ２ｂを介して蓄電池制御部６のＤＣ／ＤＣコンバータ２７に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７の出力が充放電装置２５を介して蓄電池５に供給される。

この第３の形態の太陽光発電システムは以下のように動作する。太陽電池パネル１が発電している昼間は、個々の負荷には商用電力系統８からの電力、太陽電池パネル１からの太陽光発電電力が供給される。この状態で、充放電制御部２４が変流器１３の情報を基に逆潮流を監視し、逆潮流が検知されたら第１開閉スイッチ９をオフすると同時に、第２開閉スイッチ２ｂをオンする。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７、充放電装置２５を起動して蓄電池５の充電を開始する。
この制御により、太陽光発電電力は分電盤４に供給されなくなるため、逆潮流の発生は防止される。
尚、この充電で蓄電池５が満充電状態になった場合は充電制御を終了する。そして、ＰＣＳ３を制御して、太陽電池パネル１の発電量が抑制され、引き続き逆潮流が発生しないよう制御される。

一方、太陽光発電が行われない夜間等は、蓄電池５の放電が実施される。充放電制御部２４は、予め時間設定が成されており、時間制御で発電が無い時間帯では放電を実施する。具体的に、切替スイッチ１６を切り替えて、特定負荷１５の電源を分電盤４からの電路から、蓄電池５からの電路Ｌ６に切り替える。そして、充放電装置２５、ＤＣ／ＡＣインバータ２３をオンして、蓄電池５の電力を特定負荷１５に供給する。尚、他の負荷には商用電力が供給される。

このように、太陽光発電電力が自家消費を上回るような場合は、太陽光発電の分電盤４への供給が停止されるため、単純な制御で逆潮流の発生を防止できる。そして、切り離された太陽光発電は蓄電池５の充電に回されるため、太陽光発電を継続できる。
また、蓄電池５の電力は商用電力とは分離されて特定負荷１５に直接供給されるため、商用電力と連系する必要が無く、ＤＣ／ＡＣインバータ２３は簡易な構成で済む。

尚、第１の形態では蓄電池５の電力を供給する負荷を限定していないが、第２、３の形態のように限定しても良い。

１・・太陽電池パネル、２・・接続箱、３・・パワーコンディショナ、４・・分電盤、５・・蓄電池、６・・蓄電池制御部、８・・商用電力系統、１１・・主幹ブレーカ、１２・・分岐ブレーカ、１３・・変流器（逆潮流検知手段）、１４・・主電路、１５・・特定負荷、１６・・切替スイッチ（切替手段）、１７・・開閉スイッチ（遮断手段）、２４・・充放電制御部、Ｌ６・・電路（専用電路）。

Claims

１次側が商用電力系統に接続された主幹ブレーカの２次側に太陽光発電電力が供給されて、商用電力と共に太陽光発電電力が負荷に供給される分電盤を備えた太陽光発電システムであって、
商用電力系統への逆潮流を検出する逆潮流検知手段と、
前記太陽光発電電力により蓄電されると共に、放電電力を前記主幹ブレーカの２次側に出力する蓄電池と、
前記太陽光発電電力が前記主幹ブレーカの２次側に供給されるのを遮断する遮断手段と、
前記蓄電池の充放電を制御する充放電制御部とを有し、
前記充放電制御部は、前記太陽光発電が行われない時間帯では、前記蓄電池の蓄電量が所定の電力量以下になるよう放電制御を行うと共に、
前記逆潮流検知手段が逆潮流を検知したら、前記遮断手段を遮断動作させて前記分電盤を介さずに前記太陽光発電電力を前記蓄電池へ供給して充電を実施することを特徴とする太陽光発電システム。
前記分電盤から電力が供給される負荷のうち、一部の負荷である特定負荷に対して、前記蓄電池から直接電力の供給を可能とする専用電路、及び前記特定負荷の電源線を前記分電盤から前記専用電路に切り替える切替手段を有し、
前記充放電制御部は、前記太陽光発電が行われない時間帯に加えて、商用電力系統に停電が発生した場合には、前記切替手段を切替制御して前記特定負荷の接続先を前記分電盤から前記専用電路とし、前記蓄電池の電力を前記特定負荷に供給することを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システム。