WO2011036523A1 - 系統連系形給電システム - Google Patents

Abstract

系統連系形給電システムは、自然エネルギを利用して発電し商用電力系統と並列に接続された系統連系形の発電装置と、前記商用電力系統から給電される交流電力を直流電力に変換して充電し且つ放電した直流電力を交流電力に変換して負荷に給電する蓄電装置と、蓄電装置の充放電を制御する制御装置とを備える。制御装置は、翌日の発電装置の発電量並びに電力需要を予測し、発電量の予測値が電力需要の予測値を下回る場合は前記商用電力系統の電気料金が相対的に安い時間帯に前記蓄電装置に充電し、発電量の予測値が電力需要の予測値を下回らない場合は前記時間帯に蓄電装置に充電しない制御を行う。

Description

明細書 系統連系形給電システム 技術分野

本発明は、 太陽光発電や風力発電のように自然エネルギを利用する発電装置を商用電 力系統に連系させて給電する系統連系形給電システムに関するものである。 背景技術

従来の系統連系形給電システムとして、 例えば、 太陽光発電装置と商用電力系統を系 統連系するとともに、 双方から充電可能な蓄電装置を設け、 電気料金が相対的に低い （安 い） 夜間 （深夜） に商用電力系統の供給電力で蓄電装置を充電し、 電気料金が相対的に高 い昼間に太陽光発電装置の発電量が不足したときに蓄電装置から放電した電力を負荷に給 電するようにした系統連系形太陽光発電システムが提供されている （特許文献 1あるいは 特許文献 2参照）。 かかる従来システムでは、 曇天時や雨天時のように太陽光発電装置の発 電量が少なく、 負荷の電力需要に満たないときに蓄電装置に蓄電した電力を負荷に給電す ることによって商用電力系統からの給電に要する費用（電気料金）を抑えることができる。

しかしながら、 上記従来における蓄電装置は、 商用電力系統から給電される交流電力 を直流電力に変換して蓄電するとともに負荷に供給する際に再度直流電力から交流電力に 変換する必要があり、 交流—直流変換時の電力損失と直流一交流変換時の電力損失を併せ た電力損失が生じてしまう。 そのため、 太陽光発電装置が十分な電力を発電できる晴天時 においては、 僅かな不足分を前夜に充電した蓄電装置の電力で補うよりも商用電力系統か ら直接給電した方が省電力 （省エネ） にもなり、 また電気料金が安くなる場合もある。

【特許文献 1】 日本特開平 1 0— 2 0 1 1 2 9号公報

【特許文献 2】 日本特開 2 0 0 2— 3 6 9 4 0 6号公報 発明の開始

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、 電力コスト （電気料金） を低減しつ つ省電力 （省エネ） を図ることができる系統連系形給電システムを提供する。

本発明の様態によれば、 系統連系形給電システムは、 自然エネルギを利用して発電し 商用電力系統と並列に接続された系統連系形の発電装置と、 前記商用電力系統から給電さ れる交流電力を直流電力に変換して充電し且つ放電した直流電力を交流電力に変換して負 荷に給電する蓄電装置と、 前記蓄電装置の充放電を制御する制御装置とを備え、 前記制御 装置は、 翌日の発電装置の発電量並びに負荷の電力需要を予測し、 発電量の予測値が電力 需要の予測値を下回る場合は前記商用電力系統の電気料金が相対的に安い時間帯に前記蓄 電装置に充電し、 発電量の予測値が電力需要の予測値を下回らない場合は前記時間帯に前 記蓄電装置に充電しない。

このような構成によれば、 発電量の予測値が電力需要の予測値を下回る場合に商用電 力系統の電気料金が相対的に安い時間帯に蓄電装置に充電することで電力コスト （電気料 金） を低減することができ、 反対に、 発電量の予測値が電力需要の予測値を下回らない場 合は前記時間帯に蓄電装置に充電しないことで蓄電装置への充放電に伴う電力損失を無く して省電力 （省エネ） を図ることができる。

また、 前記制御装置は、 商用電力系統の電気料金が相対的に低い時間帯に充電して電 気料金が相対的に高い時間帯に蓄電装置を放電しても良い。

このような構成によれば、 商用電力系統の電気料金が相対的に低い時間帯に優先して 電気料金が相対的に高い時間帯に蓄電装置を放電することにより、 電力コスト （電気料金） を低減することができる。

また、 前記系統連系形給電システムは、 負荷の電力需要に関連した操作入力を受け付 ける操作入力受付手段をさらに備え、 前記制御装置は、 操作入力受付手段で受け付ける操 作入力に基づいて負荷の電力需要を予測しても良い。

このような構成によれば、 例えば、 留守にするために電力需要が普段より少なくなる とか、 大勢の人が集まるために電力需要が普段よりも多くなるといった負荷の電力需要に 関連した操作入力に基づいて制御装置が負荷の電力需要を予測するため、 普段と違う状況 における負荷の電力需要を的確に予測することができる。

また、 前記制御装置は、 蓄電装置を放電する際に蓄電装置が放電可能な電力量と負荷 の電力需要の予測値を比較し、 放電可能な電力量が所定時間内に負荷の電力需要を下回る と予測したときにその趣旨を報知しても良い。

このような構成によれば、 例えば、 数時間後には負荷の電力需要を蓄電装置からの放 電で賄えなくなるといったことを利用者に知らしめ、 負荷の電力消費を抑えるように利用 者に意識させることができる。

また、 前記制御装置は、 負荷である複数の電気機器の動作を制御する機能を有し、 放 電可能な電力量が所定時間内に負荷の電力需要を下回ると予測したときに、 予め決められ ている優先順位の低い電気機器から順次電力消費が少なくなるように動作を制御しても良 い。

このような構成によれば、 電気機器の電力消費を強制的に減らして蓄電装置から給電 可能な時間を延ばすことができる。

また、 前記制御装置は、 発電量の予測値が電力需要の予測値を下回る場合、 発電量の 予測値が電力需要の予測値を下回らないようにするための負荷の電力需要予定を作成して 利用者に提示しても良い。

このような構成によれば、 利用者の省電力 （省エネ） 意識を啓発することができる。 発明の効果 本発明によれば、 電力コスト （電気料金） を低減しつつ省電力 （省エネ） を図ること ができる。

図面の簡単な説明

本発明の目的及び特徴は以下のような添付図面とともに与えられた後述する好ましい 実施形態の説明から明白になる。

【図 1】 本発明の実施形態を示すシステム構成図である。

【図 2】 同上における制御装置の動作を説明するためのフローチヤ一トである。 【図 3】 同上における制御装置の電力需要予定スケジュールの作成例である。 発明を実施するため最良の形態

以下、 本発明の実施形態が本明細書の一部をなす添付図面を参照にしてより詳細に説 明する。 図面全体において、 同一または類似した部分には同じ部材符号を付してそれにつ いての重複する説明を省略する。

以下、 自然エネルギを利用する発電装置として太陽光発電装置を備え、 住宅に設置さ れた実施形態について、 図面を参照して詳細に説明する。 但し、 本発明に係る系統連系形 給電システムにおける発電装置は太陽光発電装置に限定されるものではなく、 例えば、 風 力発電装置等の他の自然エネルギ利用の発電装置であっても構わない。 また、 本実施形態 の系統連系形給電システムが設置される場所は住宅に限定されず、 集合住宅や事務所など であっても構わない。

本実施形態の系統連系形給電システムは、 図 1に示すように商用電力系統 A Cと並列 に接続された系統連系形の太陽光発電装置 1と、 商用電力系統 A Cから給電される交流電 力を蓄電 （充電） するとともに蓄電した交流電力を負荷 6に給電する蓄電装置 2と、 蓄電 装置 2の充放電を制御する制御装置 3と、 表示操作装置 4とを備えている。 尚、 太陽光発 電装置 1の太陽電池アレイ （図示せず） と蓄電装置 2は住宅外に設置されるが、 その他の 太陽光発電装置 1のパワーコンディショナ （図示せず） や制御装置 3、 表示操作装置 4な どは住 ¾内に設置される。

太陽光発電装置 1は従来周知であって、 多数の太陽電池からなる太陽電池アレイや、 太陽電池ァレイから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ等を具備したパ ヮーコンディショナなどで構成されている。 尚、 太陽光発電装置 1は発電した電力の余剰 分を商用電力系統 A Cへ逆潮流 （売電） することも可能である。

蓄電装置 2は、 鉛蓄電池などの蓄電池 2 0と、 商用電力系統 A C及び太陽光発電装置 1から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池 2 0を充電し且つ蓄電池 2 0から 放電した直流電力を交流電力に変換する直流 交流双方向電力変換部 2 1とを具備してい る。 尚、 直流/交流双方向電力変換部 2 1は、 後述するように制御装置 3から信号線 L s を介して伝送される制御信号に応じて、 動作停止、 充電動作 （交流電力から直流電力への 変換）、 放電動作 （直流電力から交流電力への変換） が択一的に切り換えられる。 また、 直 流 交流双方向電力変換部 2 1では交流から直流への電力変換時並びに直流から交流への 電力変換時にそれぞれ損失が発生するので、 蓄電時に商用電力系統 A Cから給電される電 力よりも放電時に負荷 6に給電する電力の方が少なくなる。

分電盤 5は 1次側が商用電力系統 A Cに接続され、 2次側に太陽光発電装置 1 (パヮ —コンディショナの出力端） 並びに蓄電装置 2が並列接続された主幹ブレーカ （図示せず) と、 主幹ブレーカの 2次側に分岐接続された複数の分岐ブレーカ （図示せず） とを有し、 分岐ブレーカを介して商用電力系統 A C、 太陽光発電装置 1、 蓄電装置 2からそれぞれ各 負荷 6に交流電力が給電される。 負荷 6は、 例えばエアコンディショナゃ亍レビ受像機、 電磁調理器、冷蔵庫などの電気機器である。但し、後述するように複数の負荷 6の中には、 信号線 L sを介して制御装置 3から伝送される制御信号によつて動作制御可能な負荷 6が 混在している。

制御装置 3は、 マイクロコンピュータを主構成要素とする制御部 3 0と、 電気的に書 換可能な半導体メモリ （例えば、 フラッシュメモリ） からなリ、 制御部 3 0のマイクロコ ンピュータで実行するプログラムや種々のデータ等を記憶する記憶部 3 1と、 蓄電装置 2 や負荷 6に信号線 L sを介して制御信号を伝送する制御信号伝送部 3 2と、 電話線や C A T V同軸線若しくは光フアイ/く等の通信線路 L xを介しインターネットフとネットワーク 通信を行うネットワーク通信部 3 3とを具備している。

制御部 3 0は、 制御信号伝送部 3 2から信号線 L sを介して伝送する制御信号によリ、 蓄電装置 2が具備する直流 Z交流双方向電力変換部 2 1の動作 （停止、 充電、 放電） を制 御するとともに、 一部の制御可能な負荷 6の動作を制御する。 尚、 制御信号伝送部 3 2は 専用の信号線 L sを介して制御信号を伝送するものに限定されず、 例えば、 宅内に配線さ れている給電用の電力線を介して電力線搬送通信によって制御信号を伝送するもの、 ある いは小電力無線の無線局のように電波を通信媒体として制御信号を伝送するものであって も構わない。 ネットワーク通信部 3 3は、 ツイストペアケーブル （L A Nケーブル） を通 信媒体 （通信路 L x ) とする有線 L A N (100BASE- TX など） を利用した通信デバイス （し A Nコントローラ） の他、 電話回線や光ファイバ回線若しくは C A T V回線を介してイン ターネットフに接続し様々なウェブサイ卜とデータ通信を行うためのモデム （A D S Lモ デムや O N U、 ケーブルモデムなど） を有している。 尚、 インターネット 7を通してゥェ ブサイ卜とデータ通信を行うため、 前記モデムには固有の I Pアドレス （グローバル I P アドレス） が割り当てられている。

ところで、 制御部 3 0では太陽光発電装置 1の翌日の発電量と、 翌日に負荷 6が消費 する電力 （電力需要） とを予測している。 太陽光発電装置 1の翌日の発電量を予測する方 法としては、 天気予報等の気象情報を提供しているウェブサイト （例えば、 気象庁や各地 方の地方管区気象台のホームページなど） からインターネットフを通して取得する翌日の 予想最高気温や予想日射量に基づいて予測する方法がある。 また、 翌日の電力需要を予測 する方法としては、 過去の電力消費の実績並びに天候などの履歴情報に基づいて予測する 方法がある。

表示操作装置 4は、 マイクロコンピュータを主構成要素とする制御部 4 0と、 液晶デ イスプレイや有機 E Lディスプレイなどの表示デバイスと当該表示デバイスを駆動して文 字や図形、 記号などの視覚情報を提示 （表示） する表示部 4 1と、 表示デバイスと組み合 わされるタツチパネルからなり、 利用者 （住人） がタツチパネルに触れることで種々の操 作入力を受け付けて制御部 4 0に渡す操作入力受付部 4 2と、 制御装置 3のネットワーク 通信部 3 3と共通の通信デバイス （L A Nコントローラ） からなリ、 通信路 L x ( L A N ケーブル） を介して制御装置 3との間でバケツト通信を行うネットワーク通信部 4 3とを 具備している。 尚、 当該パケット通信を行うために、 制御装置 3並びに表示操作装置 4に は、 それぞれ固有の I Pアドレス （プライベート I Pアドレス） が割り当てられている。

次に、 本発明の要旨である制御装置 3の制御動作について、 図 2のフローチャートを 参照して説明する。ここで、商用電力系統 A Cには時間帯別の電気料金が設定されており、 例えば、 午前 7時〜午前 1 0時までの早朝の時間帯と午後 5時〜午後 1 1時までの夕方の 時間帯は同一料金に設定され、 午前 1 0時〜午後 5時までの昼間の時間帯は最も高い料金 に設定され、 午後 1 1時〜翌朝午前フ時までの深夜の時間帯は最も安い料金に設定されて いる。 つまり、 商用電力系統 A Cから給電される電力量が同一であれば、 深夜の時間帯の 電気料金が最も低く （安く） なり、 昼間の時間帯の電気料金が最も高くなる。

例えば、 商用電力系統 A Cの電気料金が最も安くなる時間帯に切り替わる時刻 （午後 1 1時） になると、 制御部 3 0はネットワーク通信部 3 3によリウエブサイ 卜から取得す る翌日の予想最高気温並びに予想日射量に基づいて太陽光発電装置 1の翌日の発電量 P 1 を予測する （ステップ S 1 ) とともに、 過去の電力需要の実績等に基づいて翌日の負荷 6 の電力需要 P 2を予測し （ステップ S 2 )、 予測した翌日の発電量 P 1 と翌日の電力需要 P 2とを比較する （ステップ S 3 )。

翌日の発電量 P 1が翌日の電力需要 P 2を下回る場合、 制御部 3 0は、 電気料金が最 も安くなる時間帯 （午後 1 1時〜翌朝の午前 7時） において商用電力系統 A Cから給電さ れる交流電力を蓄電するように蓄電装置 2 (直流ノ交流双方向電力変換部 2 1 ) を制御す る （ステップ S 4 )。 一方、 翌日の発電量 P 1が翌日の電力需要 P 2を下回らない場合、 制 御部 3 0は、 深夜の時間帯に蓄電装置 2に蓄電する制御を行わない （ステップ S 5 )。

上述のように本実施形態では、 制御装置 3の制御部 3 0が、 太陽光発電装置 1の翌日 の発電量並びに負荷 6の翌日の電力需要を予測するとともに発電量と電力需要とを比較し、 発電量の予測値 P 1が電力需要の予測値 P 2を下回る場合に商用電力系統 A Cの電気料金 が相対的に安い時間帯 （深夜の時間帯） に蓄電装置 2に充電することで電力コスト （電気 料金） を低減することができ、 反対に、 発電量の予測値 P 1が電力需要の予測値 P 2を下 回らない場合は前記時間帯に蓄電装置 2に充電しないことで蓄電装置 2への充放電に伴う 電力損失を無くして省電力 （省エネ） を図ることができる。 ここで、 制御装置 3の記憶部 3 1は過去の電力需要の実績などのような情報を記憶し ており、 制御部 3 0は記憶部 3 1に記憶されている過去の電力需要の実績等に基づいて翌 日の電力需要を予測しているため、 普段と異なる状況、 例えば、 留守にするために電力需 要が普段よリ少なくなるとか、 大勢の人が集まるために電力需要が普段よリも多くなると いつた状況になると、 電力需要の予測値 P 2が実際の電力需要と大きく異なってしまう虞 がある。

そこで、 表示操作装置 4の操作入力受付部 4 2で負荷 6の電力需要に関連した操作入 力、 例えば、 上述したような不定期 （ィレギユラ） な電力需要の増減を指示する操作入力 を受け付けた場合、 当該指示の内容を表示操作装置 4の制御部 4 0からネットワーク通信 部 4 3を通じて制御装置 3の制御部 3 0に伝達する。 そして、 制御装置 3の制御部 3 0で は、 表示操作装置 4から受け取った指示内容、 すなわち、 翌日の電力需要が普段よりも多 く （あるいは少なく） なるという情報に基づいて負荷 6の電力需要を予測するので、 普段 と違う状況における負荷 6の電力需要をよリ的確に予測することができる。

また、 太陽光発電装置 1の翌日の予測発電量が負荷 6の翌日の予測電力需要を下回る 場合、制御装置 3の制御部 3 0は、商用電力系統 A Cの電気料金が相対的に低い時間帯（例 えば、 早朝及び夜間の時間帯） に充電して翌日電気料金が相対的に高い時間帯 （例えば、 昼間の時間帯） に蓄電装置 3を放電することにより、 電力コスト （電気料金） を低減する ようにしている。

ところで、 蓄電装置 2の直流 交流双方向電力変換部 2 1においては、 蓄電池 2 0の 電池電圧等に基づいて蓄電池 2 0の残容量 （放電可能な電力量） を検出し、 制御装置 3の 制御部 3 0から残容量を問い合わせる制御信号を受け取つたときに当該残容量の情報を返 信するようになっている。 そして、 制御装置 3の制御部 3 0は、 蓄電装置 2を放電する際 に蓄電装置 2が放電可能な電力量 （蓄電池 2 0の残容量） と負荷 6の電力需要の予測値 P 2を比較し、 放電可能な電力量が所定時間 （例えば、 1〜2時間） 内に負荷 6の電力需要 を下回ると予測した場合、 表示操作装置 4の表示部 4 1にその旨のメッセージ、 例えば、 このままだと数時間後に蓄電装置 2からの給電が不能になる、 といったメッセージを表示 させて利用者 （住人） に報知し、 負荷 6の電力消費を抑えるように利用者に意識させるこ とができる。 尚、 本実施形態では視覚的にのみ報知しているが、 表示操作装置 4にスピー 力を搭載し、 当該スピーカから音声メッセージを鳴動させ、 視覚的な報知とともに聴覚的 な報知を行うようにしても構わない。

さらに、 上述のように蓄電装置 2の放電可能な電力量が所定時間内に負荷 6の電力需 要を下回ると予測した場合、 制御装置 3の制御部 3 0が、 予め決められている優先順位の 低い負荷 6 (電気機器） から順次電力消費が少なくなるように動作を制御する、 例えば、 エアコンの温度設定を変更したり、 エアコンを停止すれば、 電気機器の電力消費を強制的 に減らして蓄電装置 2から給電可能な時間を延ばすことができる。

また、 制御装置 3の制御部 3 0は、 発電量の予測値 P 1が電力需要の予測値 P 2を下 回る場合、 発電量の予測値 P 1が電力需要の予測値 P 2を下回らないようにするための負 荷 6の電力需要予定 （スケジュール） を作成して利用者に提示するようにしている。 例え ば、 普段の日 （1曰） の電力需要予定 （スケジュール） が図 3の実線 Aで示されるような 場合、 制御部 3 0は、 図 3の破線 Bで示すような電力需要予定 （スケジュール） を作成す るとともに普段の日の電力需要予定と新たに作成した電力需要予定を表示するためのゥェ ブコンテンツを作成して表示操作装置 4に配信する。 表示操作装置 4では、 制御部 4 0の ウェブブラウザ機能を用いて制御装置 3から配信されたウェブコンテンツを再生し、 表示 部 4 1の画面に図 3に示すような電力需要予定 （実線 A及び破線 B ) を表示する。 これに より、 表示部 4 1に表示される電力需要予定を見た利用者に対して省電力 （省エネ） 意識 を啓発することができる。

上記の実施形態において、 蓄電装置の充放電のための時間情報は、 例えば、 公知の時 計 I Cを用いることで分かる。

以上、 本発明の好ましい実施形態が説明されているが、 本発明はこれらの特定の実施 形態に限られるものではなく、 請求範囲の範疇から離脱しない多様な変更及び変形が可能 であり、 それも本発明の範疇内に属する。

Claims

請求の範囲

【請求項 1】

自然エネルギを利用して発電し商用電力系統と並列に接続された系統連系形の発電装 置と、 前記商用電力系統から給電される交流電力を直流電力に変換して充電し且つ放電し た直流電力を交流電力に変換して負荷に給電する蓄電装置と、 前記蓄電装置の充放電を制 御する制御装置'とを備え、

前記制御装置は、 翌日の発電装置の発電量並びに負荷の電力需要を予測し、 発電量の 予測値が電力需要の予測値を下回る場合は前記商用電力系統の電気料金が相対的に安い時 間帯に前記蓄電装置に充電し、 発電量の予測値が電力需要の予測値を下回らない場合は前 記時間帯に前記蓄電装置に充電しないことを特徴とする系統連系形給電システム。

【請求項 2】

前記制御装置は、 商用電力系統の電気料金が相対的に低い時間帯に充電して電気料金 が相対的に高い時間帯に蓄電装置を放電することを特徴とする請求項 1記載の系統連系形 給電システム。

【請求項 3】

負荷の電力需要に関連した操作入力を受け付ける操作入力受付手段を更に備え、 前記 制御装置は、 操作入力受付手段で受け付ける操作入力に基づいて負荷の電力需要を予測す ることを特徴とする請求項 1又は 2記載の系統連系形給電システム。

【請求項 4】

前記制御装置は、 蓄電装置を放電する際に蓄電装置が放電可能な電力量と負荷の電力 需要の予測値を比較し、 放電可能な電力量が所定時間内に負荷の電力需要を下回ると予測 したときにその趣旨を報知することを特徴とする請求項 1 〜 3の何れか 1項に記載の系統 連系形給電システム。

【請求項 5】

前記制御装置は、 負荷である複数の電気機器の動作を制御する機能を有し、 放電可能 な電力量が所定時間内に負荷の電力需要を下回ると予測したときに、 予め決められている 優先順位の低い電気機器から順次電力消費が少なくなるように動作を制御することを特徴 とする請求項 4記載の系統連系形給電システム。

【請求項 6】

前記制御装置は、 発電量の予測値が電力需要の予測値を下回る場合、 発電量の予測値 が電力需要の予測値を下回らないようにするための負荷の電力需要予定を作成して利用者 に提示することを特徴とする請求項 1 〜 5の何れか 1項に記載の系統連系形給電システム。