JPH0946912A - 分散形電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 商用電力系統の正常時に定格容量の大きいイ
ンバータ９を用いて太陽電池アレイ６の発電電力を最大
限に利用する連系運転を行うので、商用電力系統の異常
時には、軽負荷の自立運転負荷５に対してこのインバー
タ９での損失が大きくなりすぎる。このような問題を解
決する分散形電源装置を提供する。 【解決手段】 商用電力系統の正常時には、定格容量の
大きいインバータ９を用いて太陽電池アレイ６や蓄電池
８の電力を商用電力系統と連系し一般負荷３に供給する
構成とする。また、商用電力系統の異常時には、定格容
量の小さいコンバータ１１を用いて蓄電池８や太陽電池
アレイ６の直流電力を交流に変換し自立運転負荷５に供
給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池等を利用
した発電装置を商用電力系統と連系運転させると共に、
この商用電力系統の異常時には発電装置を自立運転させ
る分散形電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】病院や学校等の施設では、省エネルギー
化を図るために分散形電源装置を用いる場合がある。分
散形電源装置は、太陽電池等を利用した発電装置を施設
内に設置し、この発電装置で発電した電力を商用電力系
統と連系させて施設内の負荷（一般負荷）に供給するも
のである。また、この分散形電源装置には、災害等によ
り商用電力系統に停電等の異常が発生したときにも、発
電装置を自立運転させて非常用の負荷（自立運転負荷）
に電力を供給できるようにしたものがある。ただし、太
陽電池等を用いた発電装置では日射量等に応じて出力が
不安定となるため、この自立運転の際には、蓄電池を発
電装置に併設して電力を安定供給できるようにする。

【０００３】上記発電装置は太陽電池等により直流電力
を発電するものであり、蓄電池も直流電力を供給するも
のであるため、これらの直流電力は、インバータ等の直
流交流変換装置で交流に変換してから商用電力系統や自
立運転負荷に送る必要がある。そして、従来の分散形電
源装置では、発電装置の最大出力と直流交流変換装置の
定格容量とをほぼ一致させることにより、この発電装置
の発電電力を最大限に利用できるようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、発電装置の
利用率は、最大出力に対するある程度長期的な期間にお
ける平均出力の比、即ち、 利用率＝（発電装置の平均出力）÷（発電装置の最大出
力） によって表される。そして、例えば太陽電池の場合に
は、日中でも日射量に変動があり夜間にはほとんど発電
が行われないので、この利用率は１０〜１５％程度にな
る。従って、商用電力系統の異常時にこの発電装置から
電力の供給を受ける自立運転負荷は、昼夜間を問わず長
期間使用できるようにするために、負荷容量を発電装置
の最大出力の１０〜１５％程度までに納める必要があ
る。即ち、この自立運転負荷の負荷容量は、上記直流交
流変換装置の定格容量の１０〜１５％以下となる。

【０００５】ところが、従来の分散形電源装置では、発
電装置の連系運転時と自立運転時に同じ直流交流変換装
置を用いるので、自立運転時には、この直流交流変換装
置が定格容量の１０〜１５％以下の軽負荷運転を行うこ
とになる。また、直流交流変換装置の損失は、実際の出
力ではなくこの定格容量に比例する。このため、従来の
分散形電源装置は、自立運転時に、この直流交流変換装
置の運転効率が極めて悪くなるので、自立運転負荷に有
効に供給することができる電力量が低下して無駄が多く
なるという問題があった。

【０００６】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、発電装置の連系運転時と自立運転時とで定格
容量の異なる直流交流変換装置を用いることにより、い
ずれの場合にもそれぞれの直流交流変換装置を高効率で
運転することができる分散形電源装置を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、上記課
題を解決するために、直流電力を発電する発電装置
と、この発電装置に併設される蓄電池と、この発電装置
が発電した直流電力を交流に変換し商用電力系統と連系
して一般負荷に供給する第１直流交流変換装置と、これ
ら発電装置及び／又は蓄電池から出力される直流電力を
交流に変換して自立運転負荷に供給する第２直流交流変
換装置とが設けられたことを特徴とする。

【０００８】の手段によれば、商用電力系統の正常時
には、第１直流交流変換装置が発電装置から出力される
直流電力を交流に変換し、商用電力系統との連系運転に
より一般負荷に電力を供給する。このため、この第１直
流交流変換装置の定格容量を発電装置の最大出力にほぼ
一致させれば、従来と同様に連系運転時に発電装置の発
電電力を最大限に利用することができるようになる。

【０００９】また、商用電力系統の異常時には、第２直
流交流変換装置が発電装置や蓄電池から出力される直流
電力を交流に変換し、自立運転により自立運転負荷に電
力を供給する。この際、自立運転負荷の負荷容量は発電
装置の最大出力よりも十分に小さい。しかし、第２直流
交流変換装置を自立運転負荷の負荷容量に応じて定格容
量の小さいものとすれば、この第２直流交流変換装置を
高効率で運転させることができる。

【００１０】従って、本発明の分散形電源装置によれ
ば、連系運転時には定格容量の大きい第１直流交流変換
装置を高効率で運転させると共に、自立運転時には定格
容量の小さい第２直流交流変換装置を高効率で運転させ
るので、蓄電池に蓄積した電力や発電装置で発電した電
力を無駄なく利用することができるようになる。即ち、
従来と同じ自立運転負荷に同じ時間電力を供給する場合
には、蓄電池の電池容量を少なくすることができ、ま
た、従来と同じ電池容量の蓄電池を用いる場合には、よ
り長時間自立運転負荷に電力を供給し続けることができ
るようになる。

【００１１】また、前記の蓄電池と発電装置及び第
１直流交流変換装置との間の接続をしゃ断する開閉器が
設けられると共に、前記第２直流交流変換装置が、この
開閉器によるしゃ断時に、商用電力系統からの交流電力
を直流に変換して蓄電池に供給する交流直流変換機能を
も有することを特徴とする。

【００１２】の手段によれば、前記第２直流交流変換
装置が交流直流変換機能を用いて商用電力系統からの交
流電力を直流に変換して蓄電池に供給することができる
ので、商用電力系統の正常時に蓄電池の充電を行うこと
ができ、別途充電器を設ける必要がなくなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１４】図１は本発明の一実施形態を示すものであ
って、分散形電源装置の構成を示す回路ブロック図であ
る。

【００１５】本実施形態では、病院や学校等の施設に設
置した、太陽電池を利用する分散形電源装置について説
明する。商用電力系統は、受電点１を介して施設内の低
圧母線２に引き入れられる。商用電力系統は、例えば２
００Ｖ三相３線式で低圧母線２に供給される。低圧母線
２には、一般負荷３が接続されると共に、電磁接触器４
を介して自立運転負荷５が接続されている。一般負荷３
は、この施設内で通常時に使用される負荷であり、自立
運転負荷５は、商用電力系統の停電時等の異常時に使用
する非常用の負荷である。なお、この配電線では、保護
用のしゃ断器等は省略して示している。

【００１６】上記施設には、野外や屋上等の太陽光が照
射する場所に発電装置として太陽電池アレイ６が設置さ
れている。太陽電池アレイ６は、太陽光を受光すること
により直流電力を発電する太陽電池を平面状に多数配列
させたものである。また、この太陽電池アレイ６には、
開閉器７を介して蓄電池８が並列に接続されている。こ
の太陽電池アレイ６の正極出力と、開閉器７を介した蓄
電池８の正極は、インバータ９（第１直流交流変換装
置）の直流入力に接続されている。インバータ９は、太
陽電池アレイ６が発電した直流電力を２００Ｖの交流に
変換する、半導体素子を利用した静止型の直流交流変換
装置である。このインバータ９の交流出力は、電磁接触
器１０を介して上記低圧母線２に接続されている。

【００１７】上記蓄電池８の正極は、コンバータ１１
（第２直流交流変換装置）の直流入力にも接続されてい
る。そして、このコンバータ１１の交流出力は、電磁接
触器１２を介して上記自立運転負荷５に接続されてい
る。コンバータ１１は、インバータ９と同様に、太陽電
池アレイ６が発電した直流電力や蓄電池８から供給され
る直流電力を２００Ｖの交流に変換する、半導体素子を
利用した静止型の直流交流変換装置である。ただし、こ
のコンバータ１１の定格容量は、インバータ９に比べて
十分に小さいものを使用する。また、このコンバータ１
１は、上記低圧母線２から電磁接触器４と電磁接触器１
２を介して供給される交流電力を直流に変換し蓄電池８
に供給することにより、この蓄電池８の充電を行う充電
器として使用することもできるようになっている。な
お、電磁接触器４，１０，１２は、図示しない継電器に
よってＯＮ／ＯＦＦが制御されるようになっている。

【００１８】上記構成の分散形電源装置の動作を説明す
る。商用電力系統の正常時には、電磁接触器４，１０を
ＯＮとし、通常は開閉器７と電磁接触器１２をＯＦＦと
する。従って、太陽電池アレイ６が発電した直流電力
は、インバータ９で交流に変換され電磁接触器１０を介
して低圧母線２に供給され、これによって商用電力系統
との連系運転が行われる。即ち、一般負荷３と電磁接触
器４を介した自立運転負荷５は、太陽電池アレイ６から
電力の供給を受けると共に、日射量が少ないためにこの
発電電力が不足する場合に、商用電力系統から不足分の
電力の供給を受ける。なお、この商用電力系統の正常時
には、電磁接触器４をＯＦＦにして自立運転負荷５を切
り離すようにしてもよい。

【００１９】商用電力系統の異常時には、電磁接触器
４，１０をＯＦＦとし、電磁接触器１２をＯＮとする。
このため、蓄電池８からの直流電力がコンバータ１１で
交流に変換されて電磁接触器１２を介し自立運転負荷５
に供給される。この際、電磁接触器４，１０がＯＦＦと
なるので、インバータ９やコンバータ１１から出力され
た交流電力が低圧母線２に供給されることはない。ま
た、この場合には、開閉器７もＯＮとされるので、太陽
電池アレイ６が発電した直流電力が蓄電池８に供給され
て回復充電が行われると共に、この直流電力がコンバー
タ１１で交流に変換されて自立運転負荷５に供給され
る。従って、日中の日射量が十分な場合には、蓄電池８
に蓄積された電力が消費されることなく、太陽電池アレ
イ６により自立運転負荷５に電力が供給され、日射量が
不足する夜間等には、専ら蓄電池８により自立運転負荷
５に電力が供給される。

【００２０】商用電力系統が再び正常に戻ると、上記の
ように、再び電磁接触器４，１０をＯＮとし、電磁接触
器１２をＯＦＦとする。しかし、蓄電池８が放電してい
る場合には、開閉器７をＯＮとし、太陽電池アレイ６が
発電した直流電力を蓄電池８に供給して充電を行うこと
ができる。また、開閉器７をＯＦＦとし電磁接触器１２
をＯＮにすると共に、コンバータ１１を充電器として運
転し、低圧母線２から電磁接触器４とこの電磁接触器１
２を介して供給される商用電力系統の交流電力を直流に
変換して蓄電池８に供給することにより、この蓄電池８
の充電を行うこともできる。なお、商用電力系統の正常
時に蓄電池８が自己放電した場合にも、これらの方法に
より充電を行うことができる。

【００２１】上記蓄電池８は、商用電力系統の異常時
に、太陽電池アレイ６がほとんど発電を行わない夜間等
の場合にも、自立運転負荷５に所定時間以上電力を供給
できるような電池容量に設定される。ここで、太陽電池
アレイ６の最大出力を２０ｋＷとし、自立運転負荷５の
負荷容量をその１５％の３ｋＷとする。また、インバー
タ９は、定格容量を太陽電池アレイ６の最大出力と同じ
２０ｋＷ、損失を１．２ｋＷとし、コンバータ１１は、
定格容量を５ｋＷ、損失を０．３ｋＷとする。そして、
蓄電池８の放電深度と保守率をそれぞれ８０％（＝０．
８）と０．８とした場合に、自立運転負荷５に８時間電
力を供給し続けるために必要となる蓄電池８の電池容量
を計算する。まず商用電力系統の異常時に運転されるコ
ンバータ１１に供給すべき直流電力は、自立運転負荷５
の負荷容量とこのコンバータ１１の損失との和であるか
ら、 ３ｋＷ＋０．３ｋＷ＝３．３ｋＷ の計算により３．３ｋＷとなる。また、蓄電池８は、こ
の３．３ｋＷの直流電力を８時間にわたりコンバータ１
１に供給しなければならないので、 ３．３ｋＷ×８時間＝２６．４ｋＷｈ の計算により総電力量が２６．４ｋＷｈとなる。従っ
て、蓄電池８が必要とする電池容量は、この２６．４ｋ
Ｗｈの総電力量に放電深度と保守率を考慮したものとな
るので、 ２６．４ｋＷｈ÷（０．８×０．８）＝４１．２５ｋＷｈ の計算により４１．２５ｋＷｈ以上あれば足りることに
なる。

【００２２】これに対して、従来のように、商用電力系
統の異常時にもこの商用電力系統との連系運転用のイン
バータ９により自立運転負荷５に電力を供給した場合に
は、このインバータ９に供給すべき直流電力が、 ３ｋＷ＋１．２ｋＷ＝４．２ｋＷ の計算により４．２ｋＷとなる。また、蓄電池８は、こ
の４．２ｋＷの直流電力を８時間にわたりインバータ９
に供給しなければならないので、 ４．２ｋＷ×８時間＝３３．６ｋＷｈ の計算により総電力量が３３．６ｋＷｈとなる。従っ
て、この場合に蓄電池８が必要とする電池容量は、 ３３．６ｋＷｈ÷（０．８×０．８）＝５２．５ｋＷｈ の計算により５２．５ｋＷｈ以上となる。

【００２３】この結果、商用電力系統の異常時に、本実
施形態のように定格容量の小さいコンバータ１１を用い
て自立運転負荷５に電力を供給した場合と、従来のよう
に商用電力系統との連系運転用のコンバータ１１を用い
た場合とを比較すると表１に示す通りとなる。

【表１】 従って、本実施形態の分散形電源装置で用いる蓄電池８
は、従来の８０％以下（４１．２５ｋＷｈ÷５２．５ｋ
Ｗｈ＝７８．６％）の電池容量で足りることになり、こ
の蓄電池８のコトスダウンを図ることができる。しか
も、太陽電池アレイ６が十分な電力を発電するようにな
ると、電池容量の減少分だけ少ない電力でこの蓄電池８
を完全に回復充電することができるようになる。また、
本実施形態の分散形電源装置についても従来と同じ電池
容量の蓄電池８を用いた場合には、自立運転負荷５に１
０時間以上（３３．６ｋＷｈ÷３．３ｋＷ＝１０．２時
間）にわたって電力を供給することができるようにな
り、この電力の供給可能な時間を従来の１２５％以上に
延長することができる。

【００２４】以上説明したように、本実施形態の分散形
電源装置によれば、連系運転時には容量の大きいインバ
ータ９を使用して、従来と同様に太陽電池アレイ６の発
電電力を最大限に利用できるようにすると共に、自立運
転時には容量の小さいコンバータ１１を高効率で運転す
ることにより、蓄電池８に蓄積した電力や太陽電池アレ
イ６で発電した電力を無駄なく利用することができるよ
うになる。従って、災害が発生した場合等のように、電
力が貴重となる自立運転時には、この電力を有効に活用
することができる。

【００２５】なお、本実施形態では、コンバータ１１を
充電器としても利用することにより機器の無駄を省いて
いるが、このコンバータ１１に代えて直流交流変換専用
の第２のインバータを用いることもできる。

【００２６】また、本実施形態では、太陽電池アレイ６
を利用した分散形電源装置について説明したが、他の直
流電力を発電する発電装置を用いた分散形電源装置につ
いても同様に実施することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の分散形電源装置によれば、自立運転時には、連系運転
時の第１直流交流変換装置よりも定格容量の小さい第２
直流交流変換装置を高効率で運転させることができるの
で、この自立運転時に使用する蓄電池の電池容量を少な
くしてシステムのコストダウンに寄与し、又は、この自
立運転時に従来よりも長い時間自立運転負荷に電力を供
給し続けることができるようになる。また、商用電力系
統の正常時には、第２直流交流変換装置の交流直流変換
機能を蓄電池の充電用に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、分散
形電源装置の構成を示す回路ブロック図である。

【符号の説明】

１ 商用電力系統の受電点 ３ 一般負荷 ５ 自立運転負荷 ６ 太陽電池アレイ ８ 蓄電池 ９ インバータ １１ コンバータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電力を発電する発電装置と、この発
   電装置に併設される蓄電池と、この発電装置が発電した
   直流電力を交流に変換し商用電力系統と連系して一般負
   荷に供給する第１直流交流変換装置と、これら発電装置
   及び／又は蓄電池から出力される直流電力を交流に変換
   して自立運転負荷に供給する第２直流交流変換装置とが
   設けられたことを特徴とする分散形電源装置。
2. 【請求項２】 前記蓄電池と発電装置及び第１直流交流
   変換装置との間の接続をしゃ断する開閉器が設けられる
   と共に、前記第２直流交流変換装置が、この開閉器によ
   るしゃ断時に、商用電力系統からの交流電力を直流に変
   換して蓄電池に供給する交流直流変換機能をも有するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の分散形電源装置。