JP2012044733A - 太陽光発電電力を利用した蓄電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電の余剰電力が定格充電電力より少なくても、該余剰電力を、商用系統からの買電を生じさせることなく、蓄電池に充電することができることをはじめとして、種々の効果を発揮できる、太陽光発電電力を利用した蓄電池システムを提供する。
【解決手段】 太陽電池１と、蓄電池２と、商用電力を蓄電池２に充電する充電器３と、充電器３による商用電力の充電のオンオフを切り換える第１スイッチ６と、太陽電池１で発電した太陽光発電電力を蓄電池２に充電するＤＣ／ＤＣコンバータ４と、コンバータ４による太陽光発電電力の充電のオンオフを切り換える第２スイッチ７とが備えられ、第１スイッチ６をオフ、第２スイッチ７をオンにして、太陽光発電電力を蓄電池２に充電できるようになされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽光発電電力を利用した蓄電池システムに関する。

太陽光発電電力を利用した蓄電池システムは、従来より、種々提供されている。

特開２００８−１４８４４３号公報

しかしながら、従来のものでは、太陽光発電電力を蓄電池に充電しようとする場合、蓄電池の充電器は定格で電力を入力することから、太陽光発電の余剰電力が定格充電電力より少ないと、充電中、商用系統からの買電を生じてしまうという問題があった。

また、従来のものでは、蓄電池が充電と放電とを同時に行うことができず、蓄電池がリチウムイオン二次電池等であるような場合に、チャタリング防止機能が働いて充電と放電の切替にタイムラグを生じ、充電中に放電への切り替えを行おうとした場合に、放電に切り替わるまでの間に商用系統からの買電を生じてしまうという問題もあった。

更に、従来のものでは、深夜電力等の商用電力と太陽光発電電力の両方を蓄電池に充電するシステム構成とした場合に、蓄電池に充電された商用電力を逆潮流させることができないことから、蓄電池に充電された太陽光発電電力をも逆潮流させることができないようになっていて、太陽光発電電力の余剰電力を売電することができないという問題もあった。

更にまた、従来のものは、停電用の専用回路が備えられ、停電時には、手動でその専用回路に切り換えなければならず、厄介であるという問題もあった。

本発明は、上記のような問題点に鑑み、太陽光発電の余剰電力が定格充電電力より少なくても、該余剰電力を、商用系統からの買電を生じさせることなく、蓄電池に充電することができる、太陽光発電電力を利用した蓄電池システムを提供することを課題とする。

また、本発明は、チャタリング防止機能が働いて充電と放電の切替にタイムラグを生じるような蓄電池を用いても、それによる商用系統からの買電を生じさせないようにすることができる、太陽光発電電力を利用した蓄電池システムを提供することを課題とする。

更に、本発明は、商用電力と太陽光発電電力の両方を蓄電池に充電することができながら、太陽光発電電力の余剰電力を売電することができる、太陽光発電電力を利用した蓄電池システムを提供することを課題とする。

上記の課題は、太陽電池と、
蓄電池と、
商用電力を前記蓄電池に充電する充電器と、
該充電器による商用電力の充電のオンオフを切り換える第１スイッチと、
前記太陽電池で発電した太陽光発電電力を前記蓄電池に充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、
該ＤＣ／ＤＣコンバータによる太陽光発電電力の充電のオンオフを切り換える第２スイッチと
が備えられ、前記第１スイッチをオフ、第２スイッチをオンにして、太陽光発電電力を前記蓄電池に充電することができるようになされていることを特徴とする太陽光発電電力を利用した蓄電池システムによって解決される（第１発明）。

このシステムでは、商用電力用の充電器に加え、太陽光発電電力充電用のＤＣ／ＤＣコンバータが備えられ、第１スイッチをオフ、第２スイッチをオンにして、太陽光発電電力を蓄電池に充電することができるようになされているので、太陽光発電の余剰電力が商用電力用の充電器の定格充電電力より少なくても、該余剰電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータを通じて、商用系統からの買電を生じさせることなく、蓄電池に充電することができる。

第１発明において、前記蓄電池による負荷への放電のオンオフを切り換える第３スイッチが備えられると共に、
前記蓄電池が複数備えられ、それに対応して、第１乃至第３のスイッチがそれぞれ複数備えられ、
各蓄電池が第１乃至第３のスイッチのオンオフ切換えによって互いに独立して前記充電と放電とを行うことができるようになされており、
それにより、いずれかの蓄電池の充電を、対応する第１，第２スイッチの両方をオフにして停止したとき、対応する第３スイッチをオンにすることなく、他の蓄電池が、負荷への放電を行っている、又は、行うことができるようになされているとよい（第２発明）。

このシステムでは、蓄電池が複数備えられ、それに対応して、第１乃至第３のスイッチがそれぞれ複数備えられ、各蓄電池が第１乃至第３のスイッチのオンオフ切換えによって互いに独立して前記充電と放電とを行うことができるようになされ、いずれかの蓄電池の充電を、対応する第１，第２スイッチの両方をオフにして停止したとき、対応する第３スイッチをオンにすることなく、他の蓄電池が、負荷への放電を行っている、又は、行うことができるようになされているので、蓄電池が、チャタリング防止機能により充電と放電の切替にタイムラグを生じるようなものであっても、それによる商用系統からの買電を生じさせないようにすることができる。

第１，第２発明において、前記蓄電池から商用系統への逆潮流を防止する逆潮流防止装置が備えられる一方、
前記太陽電池で発電した太陽光発電電力を交流電力に変換する太陽光発電用インバータが備えられて、該太陽光発電用インバータで変換された交流電力を商用系統に逆潮流させることができるようになされていると共に、該逆潮流のオンオフを切り換える第４スイッチが備えられているとよい（第３発明）。

このシステムでは、逆潮流防止装置によって、商用電力と太陽光発電電力の両方を蓄電池に充電することができながら、太陽光発電用インバータが備えられていることによって、太陽光発電電力の余剰電力を売電することもできる。

第３発明において、蓄電池に蓄電された直流電力を交流電力に変換して負荷に送る蓄電池用インバータと、
商用系統の停電を検出する停電検出装置と、
該停電検出装置で停電が検出されたとき、前記第１スイッチと第４スイッチをオフにする、又は、オフの状態を維持する第１の制御を行うと共に、停電復帰で該第１制御を解除する第２の制御を行う制御手段と
が備えられ、前記第１の制御により、商用系統からの独立状態が形成されるようになされているとよい（第４発明）。

このシステムでは、停電検出装置とスイッチと制御手段の採用で、商用系統からの独立状態が形成されたり、復帰したりするようになされているから、停電用の専用回路が必要ないのはもとより、停電時に手動で専用回路に切り換えるというような操作をする必要もなく、また、復帰時の操作も必要なく、停電時の対応を容易にすることができる。

第４発明において、前記負荷が一般負荷と重要負荷とに区分けされ、非停電時には、一般負荷と重要負荷の両方に前記放電電力を送り、前記停電検出装置が停電を検出した時には、一般負荷には前記放電電力を送らず重要負荷にのみ前記放電電力を送る切換えをする第５スイッチが備えられているとよい（第５発明）。

このシステムでは、停電時の放電量を抑えることができて、長期災害に対応することができる。

本発明の太陽光発電電力を利用した蓄電池システムは、以上のとおりのものであるから、太陽光発電の余剰電力が定格充電電力より少なくても、該余剰電力を、商用系統からの買電を生じさせることなく、蓄電池に充電することができる。また、チャタリング防止機能が働いて充電と放電の切替にタイムラグを生じるような蓄電池を用いても、それによる商用系統からの買電を生じさせないようにすることができる。更に、商用電力と太陽光発電電力の両方を蓄電池に充電することができながら、太陽光発電電力の余剰電力を売電することができる。更にまた、停電時の対応が容易であり、また、長期災害に対応することができる。

実施形態のシステムの構成を示す説明図である。 図（イ）及び図（ロ）はそれぞれ作動状態を示す説明図である。 図（ハ）及び図（ニ）はそれぞれ他の作動状態を示す説明図である。 図（ホ）は他の作動状態を示す説明図である。 図（イ）及び図（ロ）はそれぞれ他の作動状態を示す説明図である。 図（イ）及び図（ロ）はそれぞれ他の作動状態を示す説明図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示す実施形態の、太陽光発電電力を利用した蓄電池システムにおいて、１は太陽電池、２はリチウムイオン二次電池などからなる蓄電池、３は充電器、４はＤＣ／ＤＣコンバータである。

充電器３は、商用系統５からの商用電力を蓄電池２に充電するものであり、該充電器３による商用電力の充電のオンオフを切り換える第１スイッチ６が備えられている。

そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、太陽電池１で発電した太陽光発電電力を蓄電池２に充電するものであり、該ＤＣ／ＤＣコンバータ４による太陽光発電電力の充電のオンオフを切り換える第２スイッチ７が備えられ、第１スイッチ６をオフ、第２スイッチ７をオンにして、太陽光発電電力を蓄電池２に充電することができるようになされている。

また、蓄電池２による負荷８，９への放電のオンオフを切り換える第３スイッチ１０が備えられており、前記蓄電池２は複数、本実施形態では３つ備えられ、それに対応して、第１〜第３のスイッチ６，７，１０はそれぞれ、対応する数備えられ、各蓄電池２が第１〜第３のスイッチ６，７，１０のオンオフ切換えによって互いに独立して充電と放電とを行うことができるようになされていて、いずれかの蓄電池２の充電を、対応する第１，第２のスイッチ６，７の両方をオフにして停止したとき、対応する第３スイッチ１０をオンにすることなく、他の蓄電池が、負荷８，９への放電を行っている、又は、行うことができるようになされている。

更に、蓄電池２…から商用系統５への逆潮流を防止する逆潮流防止装置１１が備えられる一方で、太陽電池１で発電した太陽光発電電力を交流電力に変換する太陽光発電用インバータ１２が備えられ、該太陽光発電用インバータ１２で変換された交流電力を商用系統５に逆潮流させることができるようになされており、また、該逆潮流のオンオフを切り換える第４スイッチ１３が備えられている。

また、蓄電池２…に蓄電された直流電力を交流電力に変換して負荷８，９に送る蓄電池用インバータ１４が備えられていると共に、商用系統５の停電を検出する停電検出装置１５が備えられ、図示しない制御手段により、停電検出装置１５で停電が検出されたとき、第１スイッチ６と第４スイッチ１３をオフにする、又は、オフの状態を維持する第１の制御を行うと共に、停電復帰で該第１制御を解除する第２の制御を行うようになされていて、前記第１の制御により、商用系統５からの独立状態が形成されるようになされている。

また、本実施形態では、負荷が一般負荷８と重要負荷９とに区分けされていて、非停電時には、一般負荷８と重要負荷９の両方に放電電力を送り、停電検出装置１５が停電を検出した時には、一般負荷８には放電電力を送らず重要負荷９にのみ放電電力を送る切換えをする第５スイッチ１６が備えられている。

次に、上記システムの作動状態を、図２〜図６に基づいて説明していくが、
・ 図２〜第４は、太陽光発電電力を充電して使用する場合のものであり、
・ 図５は、商用電力（深夜電力）を充電して使用する場合のものであり、
・ 図６は、停電時のものであり、
同システムにおいて、太陽光発電電力を充電して使用する場合と、商用電力を充電して使用する場合とは、それぞれのモードに切換えることによって行われるようになされている。

まず、太陽光発電電力を充電して使用する場合のモードについて説明する。

図２（イ）は、太陽電池出力があり、かつ、その太陽電池出力が蓄電池一つ分の充電電力よりも低いか等しいときのものである。この場合は、ＳＯＣ（バッテリーレベル）の一番低い蓄電池２に対応する第２スイッチ７がオンになって該蓄電池２の充電が行われる。また、負荷８，９に対しては、それ以外の蓄電池２が、状況にあわせて第３スイッチをオンにして負荷８，９への放電を行う。放電が完了した場合には、充電する蓄電池と放電する蓄電池の入れ替えが行われる。これらは、図示しない、太陽電池出力検知センサーや、バッテリーレベルセンサー、スイッチ駆動手段、制御手段等により自動で行われる。なお、負荷８，９の容量が蓄電池用パワーコンディショナーの容量よりも大きいときには、商用系統からの買電を生じる。

次に、図２（ロ）は、太陽電池出力があり、かつ、その太陽電池出力が蓄電池一つ分の充電電力よりも高く、蓄電池二つ分の充電電力よりも低いか等しいときのものである。この場合は、ＳＯＣ（バッテリーレベル）の一番目と二番目に低い蓄電池２に対応する第２スイッチ７がオンになって該蓄電池２の充電が行われる。また、負荷８，９に対しては、それ以外の蓄電池２が、状況にあわせて第３スイッチ１０をオンにして負荷８，９への放電を行う。放電が完了した場合には、充電する蓄電池と放電する蓄電池の入れ替えが行われる。なお、負荷８，９の容量が蓄電池用パワーコンディショナーの容量よりも大きいときには、商用系統からの買電を生じる。

次に、図３（ハ）は、太陽電池出力があり、かつ、その太陽電池出力が蓄電池二つ分の充電電力よりも高いときのものである。この場合は、ＳＯＣ（バッテリーレベル）の一番目と二番目に低い蓄電池２に対応する第２スイッチ７がオンになって該蓄電池２の充電が行われる。また、負荷８，９に対しては、それ以外の蓄電池２が、状況にあわせて第３スイッチ１０をオンにして負荷８，９への放電を行う。放電が完了した場合には、充電する蓄電池と放電する蓄電池の入れ替えが行われる。そして、太陽光発電出力が、負荷８，９の容量と蓄電池二つ分の充電電力との和よりも高いときは、第４スイッチ１３がオンになり、逆潮流が発生して商用系統５への売電が行われる。

次に、図３（ニ）は、太陽電池出力があり、かつ、二つの蓄電池２が満充電となっている場合のもので、負荷８，９に対しては、一つの蓄電池２が、状況にあわせて第３スイッチ１０をオンにして負荷８，９への放電を行う。放電が完了した場合には、満充電の蓄電池と放電した蓄電池の入れ替えが行われる。そして、太陽光発電出力が負荷８，９の容量よりも高いときは、第４スイッチ１３がオンになり、逆潮流が発生して商用系統５への売電が行われる。

最後に、図４（ホ）は、太陽電池出力がない場合のもので、ＳＯＣの一番高い蓄電池２に対応する第３スイッチ１０がオンになって負荷８，９への放電が行われる。負荷８，９の状態に応じてその他の蓄電池２も放電を行う。放電停止基準に達したら他の蓄電池の放電が開始される。すべての蓄電池が放電停止基準に達したら商用系統５からの買電を生じる。

次に、商用電力（深夜電力）を充電して使用する場合のモードについて説明する。

図５（イ）は、深夜電力時間帯（２３時〜７時）のものであり、その時間帯には、第１スイッチ６がオンになっていて、蓄電池２が充電されていき、満充電になった時点で、第１スイッチ６はオフになる。なお、第２〜第４のスイッチ７，１０，１３はオフである。一般負荷８に対して、商用系統５からの商用電力が供給される。

図５（ロ）は、それ以外の時間帯のものであり、深夜に充電した電力を昼間等に放電する場合のもので、負荷８，９の状況に応じて第３スイッチ１０がオンになって蓄電池２からの放電が行われる。負荷容量が蓄電池用インバータ１４の出力より小さいか等しいときは、太陽電池発電出力はすべて売電される。負荷容量が蓄電池用インバータ１４の出力より大きいときは、太陽電池発電出力が使用され、太陽電池発電容量に余剰がある場合は売電される。負荷容量が蓄電池用インバータ１４の出力と太陽電池発電出力の和より大きいときは、商用系統５からの買電を生じる。

最後に、停電時について説明する。

図６（イ）は、停電が発生し、そのとき太陽光発電量がある場合のもので、停電検出装置１５が停電を検出すると、第１スイッチ６と第４スイッチ１３と第５スイッチ１６がオフになる、又は、オフの状態を維持する。これにより、システムは商用系統５から独立する。太陽光発電用パワーコンディショナーも自動的にオフになる。次に、ＳＯＣの一番高い蓄電池２が放電モードになり、重要負荷９に対して蓄電池用パワーコンディショナーから電力の供給が行われる。その他の蓄電池２は太陽光発電出力に応じて充電を行う。その場合に、ある蓄電池２が満充電になったときは、その蓄電池を放電モードにし、それまで放電していた蓄電池を充電モードにする。これにより、太陽光発電出力を効率良く蓄電池に貯めておく。

次に、図６（ロ）は、停電が発生し、そのとき太陽光発電量がない場合のもので、停電検出装置１５が停電を検出すると、第１スイッチ６と第４スイッチ１３と第５スイッチ１６がオフになる、又は、オフの状態を維持する。次に、ＳＯＣの一番高い蓄電池２が放電モードになり、重要負荷９に対して蓄電池用パワーコンディショナーから電力の供給が行われる。放電停止基準に達すると、次のＳＯＣの高い蓄電池２が放電モードになる。最終的にすべての蓄電池２が放電停止基準に達した場合は（完全停電）、一つの蓄電池２を充電モードにして待機状態となり、太陽光発電出力が発生した時点で充電が介しされ、ＳＯＣが特定値以上、例えばＳＯＣ５０以上になったら放電モードになって他の蓄電池２が充電モードになり、電力が長期的に重要負荷９に供給される。

以上の説明かに明らかなように、上記のシステムによれば、商用電力用の充電器３に加え、太陽光発電電力充電用のＤＣ／ＤＣコンバータ４が備えられ、第１スイッチ６をオフ、第２スイッチ７をオンにして、太陽光発電電力を蓄電池２に充電することができるようになされているので、太陽光発電の余剰電力が商用電力用の充電器３の定格充電電力より少なくても、該余剰電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を通じて、商用系統５からの買電を生じさせることなく、蓄電池２に充電することができる。

また、蓄電池２が複数備えられ、それに対応して、第１乃至第３のスイッチ６，７，１０がそれぞれ複数備えられ、各蓄電池２が第１乃至第３のスイッチ６，７，１０のオンオフ切換えによって互いに独立して充電と放電とを行うことができるようになされ、いずれかの蓄電池２の充電を、対応する第１，第２スイッチ６，７の両方をオフにして停止したとき、対応する第３スイッチ１０をオンにすることなく、他の蓄電池２が、負荷８，９への放電を行っている、又は、行うことができるようになされているので、蓄電池２が、チャタリング防止機能により充電と放電の切替にタイムラグを生じるようなものであっても、それによる商用系統５からの買電を生じさせないようにすることができる。

更に、逆潮流防止装置１１によって、商用電力と太陽光発電電力の両方を蓄電池２に充電することができながら、太陽光発電用インバータ１２が備えられていることによって、太陽光発電電力の余剰電力を売電することができる。

また、停電検出装置１５とスイッチ６，１３，１６と図示しない制御手段の採用で、商用系統５からの独立状態が形成されたり、復帰したりするようになされているから、停電用の専用回路が必要ないのはもとより、停電時に手動で専用回路に切り換えるというような操作をする必要もなく、また、復帰時の操作も必要なく、停電時の対応を容易にすることができる。

そして、負荷が一般負荷８と重要負荷９とに区分けされ、停電時には、一般負荷８には放電電力を送らず重要負荷９にのみ放電電力を送る切換えをする第５スイッチ１６が備えられているので、停電時の放電量を抑えることができて、長期災害に対応することができる。

１…太陽電池
２…蓄電池
３…充電器
４…ＤＣ／ＤＣコンバータ
５…商用系統
６…第１スイッチ
７…第２スイッチ
８…一般負荷
９…重要負荷
１０…第３スイッチ
１１…逆潮流防止装置
１２…太陽光発電用インバータ
１３…第４スイッチ
１４…蓄電池用インバータ
１５…停電検出装置
１６…第５スイッチ

Claims (5)

1. 太陽電池と、
   蓄電池と、
   商用電力を前記蓄電池に充電する充電器と、
   該充電器による商用電力の充電のオンオフを切り換える第１スイッチと、
   前記太陽電池で発電した太陽光発電電力を前記蓄電池に充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   該ＤＣ／ＤＣコンバータによる太陽光発電電力の充電のオンオフを切り換える第２スイッチと
   が備えられ、前記第１スイッチをオフ、第２スイッチをオンにして、太陽光発電電力を前記蓄電池に充電することができるようになされていることを特徴とする太陽光発電電力を利用した蓄電池システム。
2. 前記蓄電池による負荷への放電のオンオフを切り換える第３スイッチが備えられると共に、
   前記蓄電池が複数備えられ、それに対応して、第１乃至第３のスイッチがそれぞれ複数備えられ、
   各蓄電池が第１乃至第３のスイッチのオンオフ切換えによって互いに独立して前記充電と放電とを行うことができるようになされており、
   それにより、いずれかの蓄電池の充電を、対応する第１，第２スイッチの両方をオフにして停止したとき、対応する第３スイッチをオンにすることなく、他の蓄電池が、負荷への放電を行っている、又は、行うことができるようになされている請求項１に記載の太陽光発電電力を利用した蓄電池システム。
3. 前記蓄電池から商用系統への逆潮流を防止する逆潮流防止装置が備えられる一方、
   前記太陽電池で発電した太陽光発電電力を交流電力に変換する太陽光発電用インバータが備えられて、該太陽光発電用インバータで変換された交流電力を商用系統に逆潮流させることができるようになされていると共に、該逆潮流のオンオフを切り換える第４スイッチが備えられている請求項１又は２に記載の太陽光発電電力を利用した蓄電池システム。
4. 蓄電池に蓄電された直流電力を交流電力に変換して負荷に送る蓄電池用インバータと、
   商用系統の停電を検出する停電検出装置と、
   該停電検出装置で停電が検出されたとき、前記第１スイッチと第４スイッチをオフにする、又は、オフの状態を維持する第１の制御を行うと共に、停電復帰で該第１制御を解除する第２の制御を行う制御手段と
   が備えられ、前記第１の制御により、商用系統からの独立状態が形成されるようになされている請求項３に記載の太陽光発電電力を利用した蓄電池システム。
5. 前記負荷が一般負荷と重要負荷とに区分けされ、非停電時には、一般負荷と重要負荷の両方に前記放電電力を送り、前記停電検出装置が停電を検出した時には、一般負荷には前記放電電力を送らず重要負荷にのみ前記放電電力を送る切換えをする第５スイッチが備えられている請求項４に記載の太陽光発電電力を利用した蓄電池システム。

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