JPWO2011074561A1 - 充放電システム - Google Patents

Abstract

この充放電システムは、電力系統（５０）に連結された発電モジュール（２１）の発電電力を蓄電し、負荷に電力を放電する蓄電部（７１）と、発電モジュールが発電可能な電力量に応じて設定された第１閾値と、負荷が消費する電力に応じた消費電力量との比較結果にしたがって蓄電部の放電を停止する機能を含んだ制御部（７５）と、を備える。

Description

本発明は、電力を蓄電可能な蓄電部を備えた充放電システムに関する。

従来、電力を蓄電可能な蓄電池を備えた発電システムが知られている。このような発電システムでは、通常、太陽光発電モジュールが電力系統に連系されているとともに、電力系統に負荷が接続されている。太陽光発電モジュールの発電電力量は、負荷に供給されて消費される。発電電力量が負荷の消費電力量よりも大きい場合には、余剰電力は電力系統に逆潮流される。また、蓄電部は電力系統からの電力を蓄電することが可能であるとともに、蓄電した電力を負荷に供給することが可能に構成されている。ここで、負荷の消費電力量が太陽光発電モジュールの発電電力量よりも大きい場合には、その不足電力を電力系統から購入（買電）し、負荷の消費電力量が太陽光発電モジュールの発電電力量よりも小さい場合には、その余剰電力が電力系統に逆潮流（売電）されることになる。

このような発電システムにおいては、電力系統の安定運転などの観点から、電力系統から蓄電部に蓄電した電力を電力系統に逆潮流（売電）することは、電力会社が禁止している。また、太陽光発電モジュールの発電電力量の余剰電力が電力系統に逆潮流しているときに、蓄電部から放電して負荷に電力を供給することにより蓄電部からの供給分だけ逆潮流電力量を増加（売電量を増加）させることも、電力会社から望まれていない。

電力系統から蓄電部に蓄電した電力を電力系統に逆潮流せず、かつ、太陽光発電モジュールの発電電力量の余剰電力が電力系統に逆潮流しているときには蓄電部の放電を行わないような発電システムが知られている。

特開２００２−３６９４０６号公報に記載の発電システムでは、太陽光発電モジュールがパワーコンディショナを介して電力系統に連系されている。また、電力系統からの電力を蓄電可能なように蓄電池が設けられている。また、電力系統には負荷が接続されており、電力系統から負荷に電力が供給されるとともに、蓄電池および太陽光発電モジュールの電力も負荷に供給可能に構成されている。この発電システムでは、買電電力量をセンサによって監視するとともに、買電電力量が所定の閾値よりも大きい場合には、その閾値を超えた分の電力だけ蓄電池から放電するように構成されている。これにより、蓄電池からの放電電力は全て負荷において消費されることになるので、電力系統から蓄電部に蓄電した電力が電力系統に逆潮流されることはない。また、電力を買電しているときにのみ蓄電池の放電が行われるので、太陽光発電モジュールの発電電力量の余剰電力が電力系統に逆潮流（売電）しているときに蓄電部の放電は行われない。

特開２００２−３６９４０６号公報

しかしながら、負荷の消費電力量および太陽光発電モジュールの発電電力量は急激に変化する場合があるので、買電状態から売電状態に急激に遷移する場合がある。たとえば、天候の変化によって太陽光発電モジュールの発電電力量が急激に上昇した場合には、買電状態から売電状態に急激に遷移することになる。ここで、上記発電システムでは、蓄電池（蓄電部）の放電を行っている際に買電状態から売電状態に急激に遷移した場合には、蓄電池の放電を行ったまま売電状態に遷移してしまう場合があるという問題点がある。また、このときに、蓄電池（蓄電部）の電力を電力系統に逆潮流（売電）してしまうという問題点もある。

この発明の一の局面による充放電システムは、電力系統に連結された発電モジュールの発電電力を蓄電し、負荷に電力を放電する蓄電部と、発電モジュールが発電可能な電力量に応じて設定された第１閾値と、負荷が消費する電力に応じた消費電力量との比較結果にしたがって蓄電部の放電を停止する機能を含んだ制御部と、を備える。

本発明によれば、発電モジュールの実際の発電電力量が急激に上昇して買電状態から売電状態に急激に遷移した場合にも、蓄電部の電力を放電してしまうことを抑制することができる。

本発明の第１実施形態による発電システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による発電システムの夏季の放電制御を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による発電システムの冬季の放電制御を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による発電システムの買電電力量の減少率を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による発電システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態による発電システムの放電制御を説明するための図である。 本発明の第３実施形態による発電システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態による発電システムの構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態による太陽光発電システム１の構造を説明する。

太陽光発電システム１は、太陽光を用いて発電した電力を出力する発電電力出力部２と、電力系統５０に接続され発電電力出力部２により出力された電力を逆潮流が可能となるように電力系統５０側に出力するインバータ３と、インバータ３および電力系統５０を接続する母線４と、発電電力出力部２の出力電力量を検知する電力検知部５と、電力系統５０から太陽光発電システム１側に供給される電力（買電電力）を検知する電力検知部６と、蓄電部７１を含む蓄電ユニット７と、蓄電部７１に接続された特定負荷６０と、母線４に接続された一般負荷７０と、を含んで構成される。なお、電力検知部５および電力検知部６は、それぞれ、本発明の「第２電力検知部」および「第１電力検知部」の一例である。

インバータ３は、発電電力出力部２から出力された直流の電力を交流に変換する。発電電力出力部２は、インバータ３を介して電力系統５０に連系されている。

特定負荷６０および一般負荷７０は、交流電源によって駆動される機器である。通常、特定負荷６０は、蓄電ユニット７の蓄電部７１により給電が行われる。蓄電部７１の電力がなくなった時には、特定負荷６０は、母線４側から電力が供給される。一般負荷７０は、発電電力出力部２から電力が供給されるとともに、電力系統５０からも電力が供給される。特定負荷６０および一般負荷７０は、本発明の「負荷」の一例である。

発電電力出力部２は、互いに直列接続された複数の太陽光発電モジュール２１を含んでいる。太陽光発電モジュール２１は、本発明の「発電モジュール」の一例である。

次に、蓄電ユニット７の構造について説明する。

蓄電ユニット７は、電力系統５０からの電力を蓄電する蓄電部７１と、電力を交流から直流に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ７２と、蓄電部７１の充放電を制御するための充放電制御ボックス７３と、蓄電部７１から特定負荷６０側に電力を供給するためのインバータユニット７４と、蓄電部７１、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２および充放電制御ボックス７３などの機器の制御を行うコントロールボックス７５とを主に備えている。コントロールボックス７５は、本発明の「制御部」の一例である。

蓄電ユニット７は屋外に設置されている。蓄電ユニット７は、電力系統５０から電力を受け取るための配線７ａと、特定負荷６０に電力を供給するための配線７ｂとを有している。

蓄電部７１は、自然放電が少なく、充放電効率の高い２次電池（たとえば、リチウムイオン蓄電池）が用いられている。

充放電制御ボックス７３は、コントロールボックス７５によりオン／オフの切り替えが可能な３つのスイッチ７３ａ、７３ｂおよび７３ｃを含んでいる。スイッチ７３ａおよび７３ｂは、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２と蓄電部７１との間の充電経路において直列に接続されている。ダイオード７３ｄは、スイッチ７３ａと並列に設けられたバイパス経路上に設けられている。ダイオード７３ｄは、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２から蓄電部７１に向かう方向に電流を整流する。スイッチ７３ｃは、蓄電部７１とインバータユニット７４との間の放電経路に設けられている。

母線４側から蓄電部７１に充電する場合には、まずスイッチ７３ｂがオンにされ、次いでスイッチ７３ａがオンにされる。これにより、蓄電部７１からＡＣ−ＤＣコンバータ７２への逆流をダイオード７３ｄによって防止することが可能である。この逆流は、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２が起動直後であってその出力電圧が低い場合に生じる。

蓄電部７１からインバータユニット７４を介して特定負荷６０に放電する場合には、スイッチ７３ｃがオンにされる。また、スイッチ７３ａをオフにし、次いでスイッチ７３ｂをオフにする。この場合にも同様に、蓄電部７１からＡＣ−ＤＣコンバータ７２への逆流をダイオード７３ｄによって防止することが可能である。なお、スイッチ７３ａ、７３ｂおよび７３ｃの全てがオンにされた場合には、蓄電部７１の充電と放電との両方を行うことが可能である。

インバータユニット７４は、直流電力を出力する蓄電部７１の電力を交流電源で駆動される特定負荷６０に供給するための直流−交流変換器としてのインバータ７４ａと、オン／オフの切り替えが可能なスイッチ７４ｂとを含んでいる。スイッチ７４ｂは、配線７ａと配線７ｂとの間に設けられている。スイッチ７４ｂは通常オンになっている。インバータユニット７４は、インバータ７４ａに所定の電圧以上の電力が供給されている場合に、スイッチ７４ｂをオフにするように構成されている。

スイッチ７７は、配線７ａとＡＣ−ＤＣコンバータ７２との間の電流経路のうち、スイッチ７４ｂとの接点よりもＡＣ−ＤＣコンバータ７２側の部分に設けられている。スイッチ７７は、コントロールボックス７５内に設けられた温度センサ７５ａの温度に応じてオン／オフが切り替わるように構成されている。すなわち、温度センサ７５ａの温度が所定の温度（たとえば、約７０度）以下である場合にはスイッチ７７はオンとなり、母線４側からの電力がＡＣ−ＤＣコンバータ７２に供給される。また、温度センサ７５ａの温度が所定の温度を上回った場合にはスイッチ７７はオフとなり、母線４側とＡＣ−ＤＣコンバータ７２との電気的な接続が切断される。スイッチ７７のオン／オフは、コントロールボックス７５によって制御される。

コントロールボックス７５の電力は、スイッチ７７とＡＣ−ＤＣコンバータ７２との間の配線から取っている。このため、スイッチ７７がオフになった場合には、電源がなくなることによりコントロールボックス７５の駆動も自動的に停止するように構成されている。コントロールボックス７５が停止した場合、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２からの出力がオフにされ（ＡＣ−ＤＣコンバータ７２への電力供給も断たれている）、スイッチ７３ａおよび７３ｃがオフにされる。スイッチ７３ｃがオフにされることによって、インバータ７４ａへの電力供給が断たれるように構成されている。インバータ７４ａへの電力供給が断たれるので、上述のようにスイッチ７４ｂはオンになる。スイッチ７４ｂをオンにすることにより、配線７ａ、スイッチ７４ｂおよび配線７ｂを介した電流経路を介して、母線４側からの電力を蓄電部７１を介さずに特定負荷６０に供給することが可能となる。

したがって、筐体７６内の温度が低い状態では、スイッチ７４ｂおよびスイッチ７７はそれぞれオフおよびオンにされており、筐体７６内の内部が異常発熱状態（たとえば、コントロールボックス７５の内部の温度が約７０℃以上）になった場合に、スイッチ７４ｂおよびスイッチ７７がそれぞれオンおよびオフにされる。これにより、異常発熱状態になった場合には、母線４側から特定負荷６０への電力供給を維持したまま、発熱源となるＡＣ−ＤＣコンバータ７２、蓄電部７１、インバータ７４ａおよびコントロールボックス７５を停止することが可能である。このため、筐体７６の内部が異常発熱状態になった場合に、さらなる温度上昇を抑制することができるので、筐体７６内の各機器が受ける熱的なダメージを低減することが可能である。

筐体７６の内部には、温度センサ７８と排気ファン７９とがさらに設けられている。温度センサ７８の検知温度が所定の温度（約４０℃）以上になった場合に、排気ファン７９が駆動されることにより、筐体７６の内部の熱を排出することが可能である。

温度センサ７８および排気ファン７９は、筐体７６内の他の機器（蓄電部７１、コントロールボックス７５など）とは接続されておらず、また電源は配線７ａから取って駆動される。このため、温度センサ７８および排気ファン７９は、スイッチ７７がオフになった場合にも、筐体７６内の他の機器（蓄電部７１、コントロールボックス７５など）から電気的に独立して動作を行うように構成されている。

また、コントロールボックス７５は、蓄電部７１の充電量、温度センサ７５ａの検知結果、現在時刻（深夜時間帯であるか否か）などに基づいて、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２の出力、充放電制御ボックス７３のスイッチ７３ａ〜７３ｃ、インバータユニット７４のスイッチ７４ｂおよびスイッチ７７などのオン／オフなどを制御する機能を有する。具体的には、コントロールボックス７５は、温度センサ７５ａの検知結果に基づいて、筐体７６の内部の温度が所定の温度（たとえば、コントロールボックス７５の内部の温度が約７０℃）以上であると判断した場合に、異常発熱状態であると判断して、スイッチ７７をオフにする。また、正常状態（異常発熱状態ではない状態）では、所定のプログラムなどに基づき、充放電制御ボックス７３、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２、インバータユニット７４のスイッチ７４ｂなどの各スイッチのオン／オフを制御する。

コントロールボックス７５は、通常運転時、たとえば、深夜においては電力系統５０から蓄電部７１に充電を行い、特定負荷６０に電力を供給する必要が生じたときには昼夜を問わず蓄電部７１から特定負荷６０に電力を供給するように、各スイッチを制御する。母線４側から蓄電部７１に電力を供給して蓄電部７１を充電する際の電流経路は、配線７ａ、スイッチ７７、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２、スイッチ７３ａおよびスイッチ７３ｂを通る経路である。配線７ａ、スイッチ７７、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２、スイッチ７３ａおよびスイッチ７３ｂを通る電流経路は、本発明の「充電経路」の一例である。蓄電部７１が放電して特定負荷６０に電力を供給する際の電流経路は、スイッチ７３ｃ、インバータ７４ａおよび配線７ｂを通る経路である。なお、蓄電部７１に蓄電された電力は電力系統５０には供給されない。スイッチ７３ｃ、インバータ７４ａおよび配線７ｂを通る電流経路は、本発明の「放電経路」の一例である。

図２および図３に示すように、コントロールボックス７５は、放電可能閾値と、負荷の消費電力量との比較結果にしたがって蓄電部７１の放電を停止する機能を有する。放電可能閾値は、本発明の「第１閾値」の一例である。放電可能閾値は、太陽光発電モジュール２１の発電可能な電力量に応じて予め設定される。その一例として、ここでは放電可能閾値として最大発電電力量そのものの値を用いた。

最大発電電力量とは、太陽光発電モジュール２１の使用条件に応じて太陽光発電モジュール２１が発電可能な電力量の範囲のうち最大の値である。太陽光発電モジュール２１の使用条件は、太陽光発電モジュール２１自体の発電能力、太陽光発電システム１が設置される地域、太陽光発電システム１が設置される設置条件、時刻および季節などを含む。したがって、最大発電電力量（放電可能閾値）は、太陽光発電モジュール２１自体の発電能力、太陽光発電システム１が設置される地域、太陽光発電システム１が設置される設置条件、時刻および季節などによって変化する値である。

最大発電電力量の時刻および季節による変化について説明する。図２に示すように、夏季においては５時から１９時が発電時間となっており、最大発電電力量は１２時においてピーク値を示している。図３に示すように、冬季においては６時から１８時が発電時間となっており、１２時における最大発電電力量のピーク値は夏季のピーク値よりも小さくなっている。図２と図３とを比較すると、消費電力量は同じであるが放電可能閾値が異なる。このため、ハッチング（斜線）で示す放電可能部分の領域が異なっている。このことは、夏季と冬季とで放電可能時間および放電可能量が異なることを意味する。

コントロールボックス７５は、負荷の消費電力量が上記した放電可能閾値よりも小さい場合に、蓄電部７１から特定負荷６０への放電を停止するように構成されている。また、コントロールボックス７５は、負荷の消費電力量が放電可能閾値よりも大きい場合に、蓄電部７１から放電して特定負荷６０に電力を供給することが可能なように構成されている。なお、消費電力量が太陽光発電モジュール２１の放電可能閾値よりも大きい場合であっても、所定の場合にはコントロールボックス７５は蓄電部７１の放電を行わないように制御する。

負荷の消費電力量は、電力検知部５により検知した発電電力出力部２の実際の出力電力量と、電力検知部６により検知した買電電力量（＝発電電力出力部２の実際の出力電力量−消費電力量）との和から算出される。負荷の消費電力量とは、電力系統５０からの電力供給を受けている負荷の消費電力量であり、主に一般負荷７０の消費電力量である。特定負荷６０にも電力系統５０から電力が供給される場合には、負荷の消費電力量とは一般負荷７０の消費電力量と特定負荷６０の消費電力量との和となる。

コントロールボックス７５は、買電電力量の減少度合い（単位時間当たりの減少量）が放電停止閾値以上になった場合に、蓄電部７１の放電を停止するように構成されている。買電電力量の減少は負荷の消費電力量の減少あるいは発電電力出力部２の出力電力量の増加が原因で生じる。このような買電電力量の減少を負荷の消費電力量の減少として扱うことにより、蓄電部７１の電力を売電してしまうことをより確実に抑制する。図４に示すように、時間Ｔ毎に買電電力量を検知している場合に、買電電力量が時間Ｔの間にＸ０からＸ１に減少した場合には、買電電力量の減少率（単位時間当たりの減少量）は、（Ｘ０−Ｘ１）／Ｔで表される。放電停止閾値は、本発明の「第２閾値」の一例である。放電停止閾値は、負荷の消費電力量と放電可能閾値との差を所定の係数で除算するなどによって求めることが可能である。

コントロールボックス７５は、通常運転時に蓄電部７１の放電を行う場合にも、蓄電部７１の容量が放電禁止閾値（たとえば、満充電状態の５０％）以下にならないように蓄電部７１の放電を制御する。放電禁止閾値は、本発明の「第３閾値」の一例である。放電禁止閾値は、特定負荷６０の消費電力量を考慮して適宜設定すればよい。たとえば、特定負荷６０で消費される半日分あるいは１日分の電力量を賄えるように放電禁止閾値を設定することができる。

コントロールボックス７５は、蓄電部７１の容量が放電禁止閾値以下になったと判断した場合には、蓄電部７１から特定負荷６０に電力を供給するのを停止するとともに、母線４から直接特定負荷６０に電力を供給するように各スイッチを切り替える。具体的には、充放電制御ボックス７３のスイッチ７３ｃをオフにするとともに、インバータユニット７４のスイッチ７４ｂをオンにする。この時、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２の出力はオフとし、昼間時間帯での電力充電は行わない。ただし、需要家側からの逆潮流によって配電線の許容電圧を越える場合、或いは電力需要量が電力発電量を大きく下回ることが予想されるような特定日に該当する場合には、蓄電部７１への充電が行われるようにＡＣ−ＤＣコンバータ７２および各スイッチを制御する。

停電時などの非常時には、電力系統５０からの電力の供給が停止するので、コントロールボックス７５が停止される。また、スイッチ７７、スイッチ７３ａおよび７３ｂがオフにされる。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２にも電力が供給されないので、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２の駆動も停止される。また、スイッチ７３ｃには配線７ａの電圧線信号が入力されており、停電した場合には、配線７ａに電圧がかかっていないことを検知して、スイッチ７３ｃがオンになるように構成されている。また、インバータ７４ａは、蓄電部７１からの電力供給によって稼動するように構成されている。

コントロールボックス７５は、通常運転時に蓄電部７１の残容量が放電禁止閾値（たとえば、５０％）以下にならないように蓄電部７１の放電を制御している。この結果、停電時などの非常時における蓄電部７１の特定負荷６０への放電開始時には、蓄電部７１に必ず放電禁止閾値（満充電状態の５０％）より大きい電力が蓄電されている。停電時においては、配線７ａに電圧がかかっていないことを検知して、スイッチ７３ｃがオンになるため、蓄電部７１の蓄電量が放電禁止閾値（満充電状態の５０％）以下になっても放電する。

第１実施形態では、上記のように、放電可能閾値と、負荷の消費電力量との比較結果にしたがって蓄電部７１の放電を停止することによって、実際の発電電力量の大きさに拘わらず、負荷の消費電力が発電可能な発電量に基づく閾値（放電可能閾値）よりも小さい場合に放電が停止されるので、太陽光発電モジュール２１の実際の発電電力量が急激に上昇して買電状態から売電状態に急激に遷移した場合にも、遷移直後において売電状態で蓄電部７１から放電が行われてしまうことを抑制することができる。その結果、太陽光発電モジュール２１の発電電力量の急激な変化に起因して蓄電部７１の電力を売電してしまうことを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、蓄電部７１からの電力を電力系統５０には逆潮流せずに特定負荷６０に電力を供給することによって、蓄電部７１の電力を売電してしまうのを確実に防止することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、蓄電部７１からの電力を電力系統５０には逆潮流せずに特定負荷６０に電力を供給することによって、電力系統５０に連系するインバータをインバータ３以外に設ける必要がなくなる。

また、第１実施形態では、上記のように、放電可能閾値を、季節、太陽光発電システム１が設置される地域、太陽光発電システム１が設置される設置条件および時刻などに基づいて決定することによって、個々の太陽光発電システム１の状況に即した値を放電可能閾値として設定することができる。これにより、蓄電部７１の放電時間や放電電力量が過多または過少になるのを抑制することができるので、個々の太陽光発電システム１において、有効に、売電状態における蓄電部７１の放電の発生を抑制し、かつ、蓄電部７１の電力を売電してしまうことを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、通常運転時に、蓄電部７１の蓄電量が放電禁止閾値以下になった場合に、蓄電部７１の放電を行わないように蓄電部７１の充放電を制御することによって、通常運転時に、蓄電部７１の蓄電量を常に一定量以上確保することができるので、非常時になった場合にも、蓄電部７１から電力を特定負荷６０に十分に供給することができる。また、通常運転時においては蓄電量が一定量以上の範囲内で充放電が行われるので、通常運転時における蓄電部７１の放電深度を小さくすることができる。これにより、蓄電部７１への負担を軽減することができるので、蓄電部７１の長寿命化を図ることができる。

次に、上記第１実施形態の太陽光発電システム１の具体的な実施例について説明する。

この実施例では、蓄電部７１の容量を７．８５ｋＷｈ、ＡＣ／ＤＣコンバータ７２の出力を１．５ｋＷとし、蓄電部７１を蓄電量が０の状態から満充電状態まで充電する際に、深夜電力時間帯（たとえば、２３時から７時までの８時間など）の半分以上を費やして充電するように設計している。この場合、充電時間は単純計算では５時間以上となる。リチウムイオン蓄電池では、満充電付近では充電速度を遅く制御する必要があるので、実際の充電時間はさらに長くなる。

また、特定負荷６０の消費電力を約６００Ｗｈとした場合、５時間の特定負荷６０の駆動には約３ｋＷｈの電力量が必要となり、５時間の停電時に蓄電部７１から特定負荷６０に電力を供給する場合には、蓄電部７１の容量も約３ｋＷｈ以上必要となる。ここで、第１実施形態では、蓄電部７１の容量の５０％で放電を停止する制御を行っており、満充電の５０％の容量で５時間の停電時に特定負荷６０を駆動させ続けるには、約６ｋＷｈ以上の容量が必要になる。７．８５ｋＷｈの値は、この６ｋＷｈに余裕を見て決定した値である。

また、実施例では、蓄電部７１に蓄電した電力を、短時間で放電しきるように使用せず、長時間をかけて出力させることを前提として設計している。昼間時間帯に短時間で蓄電電力を放電しきってしまう場合では、電力会社の昼間の発電容量を減らすことにはつながりにくい。好ましくは、特定負荷６０は、一日の使用電力量が蓄電容量よりも小さく、蓄電部７１の蓄電電力によってたとえば５時間以上の駆動を賄える程度の消費電力とする。特定負荷６０としない場合には、負荷量の設定が困難であり、適切な蓄電部７１の容量の設定も困難になる。この実施例では、インバータ７４ａの定格電力を１ｋＷとし、特定負荷６０の消費電力は最大でも１ｋＷ程度とする。

（第２実施形態）
次に、図５および図６を参照して、本発明の第２実施形態による太陽光発電システム１００について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、放電可能閾値（最大発電電力量）のみならず、実際の発電電力量にも基づいて、蓄電部７１の放電を制御する例について説明する。図５に示すように、第２実施形態による太陽光発電システム１００の構成は、コントロールボックス１０１の制御以外については上記第１実施形態による太陽光発電システム１と同様である。コントロールボックス１０１は、本発明の「制御部」の一例である。

太陽光発電システム１００のコントロールボックス１０１は、負荷の消費電力量が、放電可能閾値と、太陽光発電モジュール２１の実際の発電電力量から予測される予測発電電力量範囲の最大値とのうち、小さい方の量よりも大きい場合に、蓄電部７１から放電して特定負荷６０に電力を供給することが可能なように構成されている。予測発電電力量範囲の最大値は、本発明の「予測閾値」の一例である。

ここで、予測発電電力量範囲について説明する。太陽光発電モジュール２１の発電電力量は天候の変化などによって急激に変化する場合がある。この点、本願発明者らは、過去の発電電力量のデータに基づいて、少なくとも発電電力量の上昇量は一定の範囲内に収まることを見出した。すなわち、ある時点の実際の発電電力量からその直後の発電電力量がどの程度の電力量となり得るのかを表す発電電力量範囲の上限を予測することが可能であることを見出した。したがって、予測発電電力量範囲の最大値を放電の制御の閾値として用いる（消費電力量が予測発電電力量範囲の最大値よりも大きい場合に蓄電部７１の放電を可能とする）ことにより、放電可能閾値を閾値として放電の制御を行う場合と同様に、放電を行っているときに発電電力量が急激に上昇した場合にも、買電状態から売電状態に急激に遷移することが抑制される。

ここで、図６に示すように、放電可能閾値と予測発電電力量範囲の最大値とは同じ値ではなく、時刻などによって両者の大小が変わる場合がある。そこで、放電可能閾値と予測発電電力量範囲の最大値とのうち、小さい方の値を放電の制御の閾値として用いることにより、より小さい値を閾値とすることが可能である。なお、予測発電電力量範囲の最大値そのものと放電可能閾値とを比較するのではなく、予測発電電力量範囲の最大値よりも大きい値と放電可能閾値とのうちで小さい方を放電制御の閾値としてもよい。

また、第２実施形態では、予測発電電力量範囲の最大値を、実際の発電電力量に所定の係数を乗じた量としている。図６では、実際の発電電力量に係数として「３」を乗じたもの（実際の発電電力量の３倍）を点線で示している。図６に示すハッチング部分の時間帯は、放電可能閾値よりも予測発電電力量の最大値の方が小さくなっているため、予測発電電力量の最大値を放電制御の閾値としている部分を示している。第２実施形態では、図６に示すように、放電可能閾値を放電制御の閾値として一律に用いる場合と比較して、ハッチング部分（斜線部分）の分だけ放電可能時間と放電可能量とが増加している。

第２実施形態では、上記のように、放電可能閾値と、電力検知部５に検知された太陽光発電モジュール２１の実際の発電電力量から予測される予測発電電力量範囲の最大値とのうち、小さい方の量よりも負荷の消費電力量が大きい場合に、蓄電部７１から電力を放電する。ここで、放電可能閾値よりも負荷の消費電力量が大きいときに蓄電部７１の放電を行う場合のみならず、太陽光発電モジュール２１の実際の発電電力量から予測される予測発電電力量範囲の最大値よりも負荷の消費電力量が大きいときに蓄電部７１の放電を行う場合にも、放電中において実際の発電量が仮に急激に上昇した場合にその上昇した発電量が負荷の消費量を上回ってしまう（放電している状態で、買電状態から売電状態に遷移してしまう）ことを抑制することができるので、売電状態における蓄電部７１の放電の発生を抑制することができる。したがって、この放電可能閾値と太陽光発電モジュール２１の実際の発電電力量から予測される予測発電電力量範囲の最大値とのいずれか小さい方を放電制御の閾値とすることにより、売電状態における蓄電部７１の放電の発生を抑制しながら、蓄電部７１の放電可能時間および放電可能電力量をより多くすることができる。その結果、蓄電部７１の電力を有効に活用することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、太陽光発電モジュール２１の発電電力量から予測される予測発電電力量範囲の最大値として、太陽光発電モジュール２１の実際の発電電力量に所定の係数を乗じた値を用いることによって、太陽光発電モジュール２１の実際の発電電力量に基づいて、容易に、予測発電電力量範囲の最大値を算出することができる。この値は、発電電力量のサンプリング間隔、パワーコンディショナのＭＰＰＴ制御の追従性能、地域性などを考慮して求めるとよい。

第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第３実施形態による太陽光発電システム２００について説明する。この第３実施形態では、蓄電部７１から特定負荷６０に電力を供給する上記第１実施形態と異なり、蓄電部７１から一般負荷８０に電力を供給する例について説明する。

図７に示すように、本発明の第３実施形態による太陽光発電システム２００では、母線４には蓄電部７１を含む蓄電ユニット２０１が接続されており、蓄電部７１には一般負荷８０が接続されている。また、一般負荷８０は母線４にも接続されている。

一般負荷８０は、交流電源によって駆動される機器である。一般負荷８０には、母線４から（発電電力出力部２および電力系統５０から）電力が供給されるとともに、蓄電ユニット２０１の蓄電部７１からも電力を供給することが可能に構成されている。一般負荷８０は、本発明の「負荷」の一例である。

また、蓄電ユニット２０１のコントロールボックス２０２は、一般負荷８０の消費電力量が放電可能閾値よりも大きい場合に、蓄電部７１から放電して一般負荷８０に電力を供給することが可能なように構成されている。コントロールボックス２０２は、本発明の「制御部」の一例である。

コントロールボックス２０２は、蓄電部７１の放電を行う際に、一般負荷８０の消費電力量から太陽光発電モジュール２１の発電電力量を減算した電力を超えない程度の電力を放電するように、放電量の上限を制御している。

第３実施形態による太陽光発電システム２００の上記以外の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第３実施形態では、上記のように、蓄電部７１の放電量の上限を制御することによって、蓄電部７１から一般負荷８０に電力を供給する場合にも、蓄電部７１からの電力が電力系統５０に逆潮流することを抑制することができる。

第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第４実施形態による太陽光発電システム３００について説明する。この第４実施形態では、上記第１実施形態と異なり、太陽光発電モジュール２１ａによる発電電力を蓄電部７１に蓄電可能に構成した例について説明する。

発電電力出力部３０１は、互いに接続された複数の太陽光発電モジュール２１ａと、太陽光発電モジュール２１ａの発電電力をインバータ３側または蓄電ユニット７の蓄電部７１側に選択的（択一的）に切替可能に接続する切替回路部３０１ａとを含んでいる。太陽光発電モジュール２１ａは、温度係数が小さく（温度変化による特性の変化が小さく）、最大出力動作電圧の季節変動が少ない太陽電池を用いることが望ましい。温度係数の小さい太陽電池としては、たとえば、ａ−Ｓｉを用いた太陽電池（薄膜ａ−Ｓｉ、結晶系シリコンとアモルファスシリコン薄膜とのハイブリッド型など）およびＧａＡｓ系などの化合物系太陽電池が挙げられる。

切替回路部３０１ａは、発電電力出力部３０１をインバータ３側に接続する場合には、発電電力出力部３０１と蓄電部７１との接続を電気的に切断し、発電電力出力部３０１を蓄電部７１側に接続する場合には、発電電力出力部３０１とインバータ３との接続を電気的に切断するように構成されている。また、切替回路部３０１ａは、発電電力出力部３０１をインバータ３側に接続する場合には、５つの太陽光発電モジュール２１ａ同士の接続状態を、５つの太陽光発電モジュール２１ａが互いに直列接続された直列接続状態に切り替えることが可能である。また、切替回路部３０１ａは、発電電力出力部３０１を蓄電部７１側に接続する場合には、５つの太陽光発電モジュール２１ａ同士の接続状態を、５つの太陽光発電モジュール２１ａが互いに並列接続された並列接続状態に切り替えることが可能である。

蓄電ユニット７のコントロールボックス７５と通信可能な制御部３０２が設けられている。制御部３０２は、発電電力出力部３０１の発電量、蓄電部７１の充電量、インバータ３の動作状況および予め設定された設定情報などに基づいて、蓄電ユニット７のコントロールボックス７５に制御指令を送信するとともに、コントロールボックス７５から蓄電部７１の蓄電量などの蓄電ユニット７に関する情報を受信する機能を有する。また、制御部３０２は、発電電力出力部３０１の発電量、蓄電部７１の充電量、インバータ３の動作状況および予め設定された設定情報などに基づいて、発電電力出力部３０１の切替回路部３０１ａなどを制御する機能を有する。具体的には、制御部３０２は、蓄電部７１の充電量、インバータ３の動作状況および予め設定された設定情報などに基づいて、システムが通常運転時であるか非常時であるかを判断する。制御部３０２は、本発明の「制御部」の一例である。

制御部３０２は、通常運転時であると判断した場合には、太陽光発電モジュール２１ａの接続状態を直列接続状態にするとともに、発電電力出力部３０１の接続先をインバータ３側に切り替えるように切替回路部３０１ａを制御する。通常運転時においては、発電電力出力部３０１の出力電力は、一般負荷７０等において消費され、余った電力は電力系統５０に逆潮流される。

制御部３０２は、非常時であると判断した場合には、太陽光発電モジュール２１ａの接続状態を並列接続状態にするとともに、発電電力出力部３０１の接続先を蓄電部７１側に切り替えるように切替回路部３０１ａを制御する。非常時においては、発電電力出力部３０１の出力電力は、蓄電部７１に供給され、特定負荷６０は、蓄電部７１の充電電力および発電電力出力部３０１の出力電力によって駆動される。

制御部３０２は、電力検知部５および電力検知部６の検知結果に基づいて、太陽光発電モジュール２１ａの発電量、買電電力量および負荷（特定負荷６０および一般負荷７０）における電力消費量などを検知することが可能である。また、制御部３０２は、太陽光発電モジュール２１ａの発電量、買電電力量、負荷における電力消費量および蓄電部７１の状態（充電量、温度状態など）、その他の太陽光発電システム３００の情報をインターネットを介して外部サーバ１５０に送信するように構成されている。この外部サーバ１５０は、たとえば、太陽光発電システム３００のメンテナンス会社のサーバである。これにより、太陽光発電システム３００の状態をメンテナンス会社が随時把握することが可能である。また、この外部サーバ１５０にはユーザのＰＣ（パーソナルコンピュータ）１６０などからインターネットを介してアクセスすることが可能であり、ユーザはＰＣ１６０を用いて自己の太陽光発電システム３００の状態を確認することが可能である。

第４実施形態では、放電可能閾値、放電停止閾値などの充放電制御に用いられる各種データが更新可能に構成されている。そして、放電可能閾値、放電停止閾値などの更新データを外部サーバ１５０から受信して、その更新データに基づいて蓄電部７１の放電制御を行うことが可能である。外部サーバ１５０は、本発明の「サーバ」の一例である。

第４実施形態の上記以外の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第４実施形態では、非常時において、太陽光発電モジュール２１ａの発電電力を蓄電部７１に蓄電することができるので、より長時間特定負荷６０を駆動することができる。

第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１〜第４実施形態では、太陽光発電モジュール２１によって発電を行う例について説明したが、本発明はこれに限らず、発電モジュールとして他の直流発電装置あるいは風力発電装置などの他の自然エネルギーを用いて発電する発電モジュールを用いてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、蓄電部７１としてリチウムイオン蓄電池７１１を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、他の２次電池を用いてもよい。たとえば、ニッケル水素蓄電池や鉛蓄電池などの蓄電池を用いてもよい。また、本発明の「蓄電部」の一例として、蓄電池の代わりにキャパシタを用いてもよい。

また、上記第１、第２および第４実施形態では、特定負荷６０の例として交流電源で駆動させる機器を示したが、直流電源で駆動される機器を用いてもよい。この場合、蓄電部７１と特定負荷６０との間には、直流から交流に変換するインバータ７４ａに代えて直流と直流との電圧変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータが用いられる。或いは、蓄電部７１と特定負荷６０との間が直接接続される。さらに、特定負荷６０として、直流負荷および交流負荷が混在してもよい。第１、第２および第４実施形態の一般負荷７０および第３実施形態の一般負荷８０についても同様に、直流電源で駆動される機器を用いてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、リチウムイオン蓄電池７１１、充放電制御ボックス７３、電力変換ユニット７００およびコントロールボックス７５を横に並べて配置した例について説明したが、本発明はこれに限らず、これらの機器の全部または一部を上下に重ねて配置してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、蓄電ユニット７を屋外に設置する例について説明したが、本発明はこれに限らず、蓄電ユニット７を屋内に設置してもよい。また、その他、気温が大きく低下する可能性のある環境に蓄電ユニット７を設置する場合に、より有効である。

また、上記第１〜第４実施形態では、放電可能閾値が太陽光発電モジュール２１の最大発電電力量である例について説明したが、本発明はこれに限らず、放電可能閾値が最大発電電力量そのものでなくてもよい。たとえば、特定負荷や一般負荷の使用状況および消費電力量などを勘案して、放電可能閾値を最大発電電力量に所定の係数を乗じるなどして求めてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、放電停止閾値が一定値である例について説明したが、本発明はこれに限らず、放電可能閾値と同様に、季節、地域、時刻などに基づいて決定してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、予め設定された値を放電可能閾値として用いる例について説明したが、本発明はこれに限らず、実際の発電電力量に応じて放電可能閾値（最大発電電力量）を修正（自己学習）してもよい。これにより、近隣に建物が新しく建てられるなど、日射時間などの発電システムの状況が途中で変化した場合にも、その状況に応じて最適な値を本発明の放電可能閾値として自動的に設定することができる。

Claims (15)

1. 電力系統に連結された発電モジュールの発電電力を蓄電し、負荷に電力を放電する蓄電部と、
   前記発電モジュールが発電可能な電力量に応じて設定された第１閾値と、前記負荷が消費する電力に応じた消費電力量との比較結果にしたがって前記蓄電部の放電を停止する機能を含んだ制御部と、を備えた、充放電システム。
2. 前記第１閾値は、前記発電モジュールの使用条件に応じて変動する値である、請求項１に記載の充放電システム。
3. 前記発電モジュールの使用条件は、季節、前記発電モジュールが設置される地域、前記充放電システムが設置される設置条件、または時刻のうち、少なくともいずれかを含む、請求項２に記載の充放電システム。
4. 前記第１閾値は、前記発電モジュールの使用条件に応じて前記発電モジュールが発電可能な電力量の範囲のうち最大の値に基づいて設定される、請求項３に記載の充放電システム。
5. 前記電力系統から前記充放電システム側に供給された電力量である買電電力量を検知する第１電力検知部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１電力検知部の検知結果に基づいて、前記蓄電部の放電を停止する制御を行うように構成されている、請求項１に記載の充放電システム。
6. 前記制御部は、前記第１電力検知部により検出される前記買電電力量の減少度合いが所定の第２閾値以上になった場合に、前記蓄電部の放電を停止するように構成されている、請求項５に記載の充放電システム。
7. 前記買電電力量の減少度合いは、前記買電電力量の単位時間当たりの減少量である、請求項６に記載の充放電システム。
8. 前記負荷は、前記蓄電部から電力が供給される特定負荷を含み、
   前記蓄電部は、前記蓄電部からの電力を前記電力系統には逆潮流せずに前記特定負荷に供給するように構成されている、請求項１に記載の充放電システム。
9. 前記発電モジュールまたは前記電力系統のうちの少なくとも一方と前記蓄電部との間を接続可能な充電経路と、前記電力系統には電力供給不能なように前記蓄電部と前記特定負荷との間を接続可能な放電経路とをさらに備える、請求項８に記載の充放電システム。
10. 前記発電モジュールが実際に発電した電力量を検知する第２電力検知部をさらに備え、
    前記制御部は、前記第１閾値と、前記第２電力検知部に検知された前記発電モジュールの実際の発電電力量から予測される予測発電電力量範囲に基づいて決められる予測閾値とのうち、小さい方の量よりも前記負荷の消費電力量が大きい場合に、前記蓄電部から電力を放電することが可能なように構成されている、請求項１に記載の充放電システム。
11. 前記予測閾値は、前記第２電力検知部に検知された前記発電モジュールの実際の発電電力量から予測される予測発電電力量範囲の最大値である、請求項１０に記載の充放電システム。
12. 前記発電モジュールの発電電力量から予測される予測発電電力量範囲の最大値は、前記発電モジュールの実際の発電電力量に所定の係数を乗じた値である、請求項１１に記載の充放電システム。
13. 前記発電モジュールが実際に発電した電力量を検知する第２電力検知部をさらに備え、
    前記制御部は、前記第２電力検知部に検知された前記発電モジュールの実際の発電電力量に応じて前記発電モジュールの最大発電電力量を修正した値を前記第１閾値として用いるように構成されている、請求項１に記載の充放電システム。
14. 前記制御部は、通常運転時に、前記蓄電部の蓄電量が所定の第３閾値以下になった場合に、前記蓄電部の放電を行わないように前記蓄電部の充放電を制御するように構成されている、請求項１に記載の充放電システム。
15. 前記制御部は、前記第１閾値を更新可能に構成されており、
    前記制御部と通信回線を介して通信可能に構成され、前記第１閾値の更新データを前記制御部に送信可能なサーバをさらに備える、請求項１に記載の充放電システム。
    

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