JP2014023383A - 太陽光発電システム及びこれを備えた電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成のパワーコンディショナーを有するとともに、蓄電装置の劣化を抑制し、安定した電力を長期間にわたって供給することが可能な太陽光発電システム及びこの太陽光発電システムを用いた電力供給システムを提供する。
【解決手段】太陽光発電装置１と、蓄電装置２と、太陽光発電装置１及び蓄電装置２から予め決められた電力を取り出し、交流に変換するパワーコンディショナー３と、蓄電装置２の電位を太陽光発電装置１の動作電圧として与えることができるとともに、蓄電装置２の放電／放電停止を切り替えることができる放電制限装置４とを備えている太陽光発電システムＡ。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電装置及び蓄電装置を備えた太陽光発電システムに関するものであり、この太陽光発電システムを備えた電力供給システムに関するものである。

近年、太陽光のエネルギを電気エネルギに変換する太陽電池を含む太陽光発電システムが普及している。前記太陽光発電システムは、前記太陽電池の発電電力を負荷が接続された負荷系統に供給したり、商用電力系統に逆潮流したりできるように電圧、電流を調整するパワーコンディショナーを備えている。前記太陽電池は、天候（日照量や気温）によって発電電力がばらつきやすい。そこで、前記太陽電池と充放電可能な蓄電装置とを併用し、発電電力のばらつきを前記蓄電装置の放電で補う太陽光発電システムが提案されている。

また、前記太陽電池は、発電電力がばらつくことは上述したとおりであり、前記パワーコンディショナーには、前記太陽電池のそのときの最大発電電力を検出するための、ＭＰＰＴ制御回路（最大電力点追従制御回路）が含まれている場合が多い。そして、前記ＭＰＰＴ制御回路は、前記太陽電池の動作電圧を最大電力となるように設定し、前記太陽電池の発電を制御している。

このような、ＭＰＰＴ制御回路を用いて前記太陽電池の発電を制御する場合、前記太陽電池の発電効率は高くなるが、制御が複雑になる。また、前記蓄電装置の放電電力の制御や充電の制御も別途行わなくてはならず、前記パワーコンディショナーに要求される能力が高くなる。

そこで、前記パワーコンディショナーの構成を簡略化し、制御を単純化するため、前記太陽電池と前記蓄電装置とを同電位で接続し、前記蓄電装置が前記太陽電池に動作電圧を与える構成の太陽光発電システムが提案されている（例えば、特開２００７−２０１２５７号公報参照）。この太陽光発電システムは、前記太陽電池の動作電圧を前記蓄電装置の電圧で与える構成であるため前記パワーコンディショナーにＭＰＰＴ制御回路が不要であり、前記パワーコンディショナーの構成を簡略化することが可能である。

特開２００７−２０１２５７号公報

上述の太陽光発電システムでは、前記太陽電池と前記蓄電装置とが浮動充電状態となっているので、前記太陽電池の発電電力で前記蓄電装置が充電される構成となっており、前記蓄電装置の充電の頻度が高くなる。

また、前記太陽電池と前記蓄電装置とが直接接続された構成であるので、前記パワーコンディショナーが、前記太陽電池の発電電力と前記蓄電装置の放電電力とが混合された電力を取り出すことがあり、前記蓄電装置の放電の頻度が高くなる。

前記蓄電装置は、主に二次電池が用いられており、充放電を繰り返すことで、前記二次電池の蓄電能力の劣化が早くなる。また、二次電池の充放電を頻繁に繰り返すことで、電流が切り替わることによる電力損失が大きくなり、太陽電池発電システム全体としての電力損失が大きくなる。

そこで本発明は、簡単な構成のパワーコンディショナーを有するとともに、蓄電装置の放充電による劣化及び電力損失を抑制し、安定した電力を長期間にわたって供給することが可能な太陽光発電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、太陽光発電装置と、接続点で太陽光発電装置と接続された蓄電装置と、前記接続点と接続し前記太陽光発電装置及び前記蓄電装置から予め決められた電力を取り出すパワーコンディショナーと、前記接続点と前記蓄電装置との間に配置され、前記蓄電装置の電位を前記太陽光発電装置の動作電圧として前記接続点に与えることができるとともに前記蓄電装置の放電／放電停止を切り替えることができる放電制限装置とを備えていることを特徴とする太陽光発電システムを提供する。

この構成によると、前記放電制限装置を備えていることで、前記蓄電装置の電位を前記太陽光発電装置の動作電圧として与えることができるので、太陽光発電装置の最大電力点追従制御回路のような制御回路が不要となる。また、このとき、前記蓄電装置の放電を抑制しているので、前記パワーコンディショナーが前記太陽光発電装置の発電電力だけを正確に取り出すことが可能となる。

また、放電制限装置が前記蓄装置の放電／放電停止を切り替えることができるので、必要に応じて前記蓄電装置の放電による電力を供給することができるので、前記太陽光発電装置の発電電力を補充することができる。また、放電／放電停止を任意に切り替えることができるので、前記蓄電装置の放電を抑制することができる。

また、前記パワーコンディショナーが、前記太陽光発電装置の発電電力を取り出すことができるので、前記発電電力で頻繁に前記蓄電装置を充電するのを抑制することができる。

以上のことより、前記蓄電装置の頻繁な放充電を抑制することができる。これにより、前記蓄電装置の放充電による蓄電能力の劣化や、電力損失を抑制することが可能である。

上記構成において、前記放電制限装置は、前記接続点から前記蓄電装置にのみ電流を流す電流方向規制素子と、前記電流方向制限部をバイパスするバイパス回路と、前記バイパス回路を接続／遮断するスイッチとを備えていてもよい。なお、前記電療方向規制素子としては、例えば、ダイオードを挙げることができる。また、スイッチとしては、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の電子的なスイッチであってもよいし、リレーのような機械的なスイッチであってもよい。

上記構成において、前記放電制限装置は、１つの回路で形成されていてもよい。

上記構成において、前記太陽光発電装置と前記接続点との間には前記太陽光発電装置に電流が流れるのを防止する逆流防止装置が取り付けられていてもよい。

上記目的を達成するため本発明は、上述の太陽光発電システムを含み、負荷が接続された負荷系統に、商用電力系統からの受電電力を補助する補助電力を供給する補助電力系統と、前記放電制限装置及びパワーコンディショナーを制御する制御部とを備えている電力供給システムを提供する。

上記構成において、前記太陽光発電システムが前記放電制限装置を前記蓄電装置の放電を抑制するように動作させるとともに、前記パワーコンディショナーを前記太陽光発電装置の発電電力よりも大きな電力を取り出すように動作させる第１の運転モードと、前記放電制限装置を前記蓄電装置の放電が可能となるように動作させるとともに、前記パワーコンディショナーを前記負荷系統の需要電力と予め決められた設定電力の差分の電力を取り出すように動作させる第２の運転モードとを備えていてもよい。

上記構成において、前記制御部は、前記太陽光発電装置の発電電力が前記需要電力と前記設定電力の差分よりも大きいときは前記第１の運転モードで、逆に小さいときは前記第２の運転モードで前記太陽光発電システムを制御するようにしてもよい。

上記構成において、前記補助電力を供給している状態で前記蓄電装置への充電が必要になった場合、前記パワーコンディショナーを前記太陽光発電装置の発電電力よりも小さい電力を取り出すように動作させる独立充電モードを備えていてもよい。

上記構成において、前記補助電力を供給していない状態のとき、前記パワーコンディショナーで交流を直流に変換し、前記放電制限装置を放電可能な状態に切り替えることで、前記商用電力系統からの受電電力の少なくとも一部を前記蓄電装置に送り、前記蓄電装置を充電する外部充電モードを備えていてもよい。

本発明によると、簡単な構成のパワーコンディショナーを有するとともに、蓄電装置の放充電による劣化及び電力損失を抑制し、安定した電力を長期間にわたって供給することが可能な太陽光発電システム及びこの太陽光発電システムを用いた電力供給システムを提供することができる。

本発明にかかる太陽光発電システムの一例のブロック図である。 放電制限回路のスイッチが開いた状態を示す図である。 放電制限回路のスイッチが閉じた状態を示す図である。 本発明にかかる電力供給システムの一例を示すブロック図である。 本発明にかかる電力供給システムの運転モードの選択手順を示すフローチャートである。

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明にかかる太陽光発電システムの一例のブロック図である。太陽光発電システムＡは、太陽電池１（太陽光発電装置）と、蓄電池２（蓄電装置）と、パワーコンディショナー３と、放電制限回路４（放電制限装置）と、逆流防止回路５（逆流防止装置）とを備えている。太陽光発電システムＡは太陽電池１の発電電力を外部の系統（例えば、電気機器等の負荷が接続された負荷系統や、商用電力系統であり、以下、外部系統と称する場合がある）に供給するシステムである。

太陽光発電システムＡにおいて、パワーコンディショナー３及び放電制限回路４は、制御部Ｃｏｎｔに制御されている。なお、制御部Ｃｏｎｔは、太陽光発電システムＡに備えられているものであってもよく、太陽光発電システムＡが取り付けられたシステム全体を制御する制御回路で兼用することも可能である。ここでは、制御部Ｃｏｎｔは太陽光発電システムＡの外部に配置されているものとする。

太陽電池１は太陽光を電気エネルギに変換する発電装置であり、従来よく知られたものであるので詳細は省略する。太陽電池１は直流の電気を出力する。蓄電池２は、繰り返し充放電可能な二次蓄電池である。蓄電池２として、例えば、リチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池及び鉛蓄電池等を挙げることができる。蓄電池２の出力も直流である。

太陽電池１は逆流防止回路５を介して接続点６に接続されている。また、蓄電池２は放電制限回路４を介して接続点６に接続されている。そして、パワーコンディショナー３が接続点６と接続されている。太陽光発電システムＡは、太陽電池１、蓄電池２、放電制限回路４、逆流防止回路５及び接続点６とを含む電源部１１を有している。

パワーコンディショナー３は、太陽電池１の発電電力及び（又は）蓄電池２の放電電力（電源部１１から電力）を取り出し、安定した電力を外部に出力する。太陽電池１及び蓄電池２が直流で、太陽光発電システムが接続される外部系統は通常交流であることが多い。そのため、太陽光発電システムＡのパワーコンディショナー３は、インバータ３１を備えている。インバータ３１が太陽電池１の発電電力及び（又は）蓄電池２の放電電力を外部系統の電力と同期した交流を出力する。なお、外部系統が直流である場合、パワーコンディショナー３にインバータ３１を備えていなくてもよい。この場合、外部系統に適した直流を出力するためのＤＣ／ＤＣコンバータを備えていてもよい。

太陽光発電システムＡでは、パワーコンディショナー３のインバータ３１の出力を制御することで、電源部１１から取り出す電力を調整することが可能である。インバータ３１は制御部Ｃｏｎｔによって制御される。また、太陽光発電システムＡでは、外部系統からの受電電力で蓄電池２を充電する場合がある。この場合、インバータ３１は交流から直流への変換にも用いられる。

また、逆流防止回路５は、蓄電池２を外部系統からの受電電力で充電するとき、インバータ３１から電源部１１に供給される電力（電流）が太陽電池１に流入するのを防ぐための回路である。逆流防止回路５はダイオードを備えた回路としているが、これに限定されるものではなく、蓄電池２の充電時に電流が流れなくなるようにオフになるスイッチ（素子）を備えた回路であってもよい。

放電制限回路４は、蓄電池２の放電を制限する回路である。図１に示すように、放電制限回路４は、ダイオード４１と、スイッチ４２とを備えている。ダイオード４１は、アノードが接続点６とカソードが蓄電池２と接続されている。つまり、ダイオード４１は、接続点６から蓄電池２に電流が流れる向きが順方向となるように配置されている。そして、放電制限回路４には、接続点６と蓄電池２とを接続し、ダイオード４１をバイパスするバイパス回路４０が備えられている。そして、バイパス回路４０にはスイッチ４２が取り付けられている。バイパス回路４０は、スイッチ４２が閉状態のとき導通状態となり、スイッチ４２が開状態のとき切断状態となる。

スイッチ４２は制御部Ｃｏｎｔからの制御信号に基づいて、制御される。なお、スイッチ４２としては、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラ型トランジスタ等のスイッチング素子を用いてもよいし、リレー等の機械式スイッチを備えた構成のものであってもよい。

次に、本発明の要部である放電制限回路４の動作について図面を参照して説明する。図２は放電制限回路のスイッチが開いた状態を示す図であり、図３は放電制限回路のスイッチが閉じた状態を示す図である。

図２に示すようにスイッチ４２が開状態のとき、バイパス回路４０は、切断状態となっている。そして、蓄電池２と接続点６との間には、ダイオード４１が配置されているので、蓄電池２から接続点６には電流が流れない。つまり、蓄電池２の放電によってパワーコンディショナー３に電力が供給されないようになっている。一方、ダイオード４１が配置されていることで、接続点６の電位Ｖ２は蓄電池２の電位Ｖ１と略同電位となっている。さらに、接続点６と太陽電池１との間には、ダイオードを用いた逆流防止回路５が配置されているので、太陽電池１には接続点６の電位とほぼ同じ電圧の動作電圧Ｖｓが与えられる。つまり、スイッチ４２が開いているとき、蓄電池２の放電が制限されるとともに、太陽電池１の駆動電圧Ｖｓが蓄電池２の電位Ｖ１と略同じ電圧となる。そして、太陽電池１は蓄電池２の電位Ｖ１とほぼ同じ電圧の駆動電圧Ｖｓで発電制御される。

図３に示すようにスイッチ４２が閉状態のとき、バイパス回路４０は導通状態になっている。つまり、蓄電池２から接続点６に電流が流入可能な構成であり、蓄電池２の放電によってパワーコンディショナー３に電力が供給されるようになっている。また、バイパス回路４０によって蓄電池２と接続点６が導通状態となっているので、太陽電池１と蓄電池２とは浮動充電状態となる。これにより、太陽電池１の駆動電圧Ｖｓは蓄電池２の電位Ｖ１とほぼ同じとなる。

すなわち、太陽光発電システムＡにおいて、放電制限回路４を用いることで、蓄電池２の放電の有無にかかわらず、太陽電池１には蓄電池２の電位Ｖ１によって駆動電圧Ｖｓが与えられる構成となっている。また、スイッチ４２を動作させることで、蓄電池２の不要な放電を制限することが可能である。

以下に、太陽光発電システムＡの動作について説明する。太陽光発電システムＡでは、パワーコンディショナー３が電源部１１から取り出す電力を調整可能な構成となっている。図１、図２に示すように、制御部Ｃｏｎｔが、放電制限回路４のスイッチ４２を開状態で、パワーコンディショナー３を動作すると、太陽電池１の発電電力のみがパワーコンディショナー３に取り出される（図２中矢線ＰＶ）。このとき、制御部Ｃｏｎｔがパワーコンディショナー３（インバータ３１）を、電力源１から太陽電池１の発電電力よりも大きな電力を取り出すように動作すると、パワーコンディショナー３で太陽電池１の発電電力の全てを正確に取り出すことかできる。

そして、制御部Ｃｏｎｔが、パワーコンディショナー３（インバータ３１）を、常に、太陽電池１の発電電力よりも大きな電力を取り出すように動作することで、蓄電池２への充電が抑制される。これにより、蓄電池２の充放電の繰り返しによる蓄電池２の蓄電能力の劣化及び電流が頻繁に大きく変動することによる電力損失を抑えることが可能である。

また、太陽光発電システムＡでは、太陽電池１の発電電力よりも大きな電力を取り出す必要がある場合がある。この場合、図３に示すように、スイッチ４２を閉状態にし、パワーコンディショナー３は、必要な電力を電源部１１より取り出すように動作する。このように、スイッチ４２とパワーコンディショナー３とを動作させるとこで、太陽電池１の発電電力（図中矢線ＰＶ）と蓄電池２の放電による電力(図中矢線ＰＢ)とが合成され、パワーコンディショナー３に取り出される。

以上のように、太陽光発電システムＡでは、太陽電池１の発電電力だけでは不足する電力を蓄電池２で補うことが可能であり、必要な電力を正確に外部系統に供給することができる。

さらに、蓄電池２の蓄電量が低下しすぎると、電位Ｖ１が低下する。その結果、太陽電池１の動作電圧Ｖｓも低下し、発電電力が減少してしまう。そのため、太陽光発電システムＡでは、太陽電池１の発電電力で蓄電池２を充電することが可能であり（独立充電モード）、外部系統からの電力で蓄電池２を充電することも可能となっている。

蓄電池２を独立充電モードで充電する場合、制御部Ｃｏｎｔは、スイッチ４２を開状態とするとともに、パワーコンディショナー３を太陽電池１の発電電力よりも小さな電力を取り出すように動作させる。これにより、太陽電池１の発電電力の一部は、パワーコンディショナー３に取り出され、残りは、ダイオード４１を通って蓄電池２を充電する。

一方、蓄電池２を外部充電モードで充電する場合、制御部Ｃｏｎｔは、外部系統からの交流を直流に変換するようにパワーコンディショナー３のインバータ３１を動作させる。このとき、パワーコンディショナー３は電源部１１に向けて直流の電力を供給する。電源部１１では、太陽電池１は逆流防止回路５が取付けられているので、パワーコンディショナー３から流入した電力は、放電制限回路４のダイオード４１を介して蓄電池２に流入する。なお、このとき、スイッチ４２を閉状態にしていてもよい。スイッチ４２を閉状態にすることで、電流が流れやすくなり、蓄電池２の充電を効率よく行うことが可能である。

以上のように、太陽光発電システムＡでは、太陽電池１の発電電力で蓄電池２を充電する場合であっても、蓄電池２の充電を制限することが可能であるので、蓄電池２の充放電による、蓄電能力の劣化を抑制できる。また、蓄電池２の充放電による電力損失を抑制できる。

つまり、本発明にかかる太陽光発電システムＡは、太陽電池１の発電電力のみを正確に取り出すことができるとともに、太陽電池１の発電電力が要求される電力に到達しない場合でも、蓄電池２から補うことで、要求された電力を外部系統に正確に供給することが可能である。また、必要に応じて、太陽電池１の発電電力で蓄電池２の充電を行うことも可能である。これらのことより、本発明の太陽光発電システムＡでは、蓄電池２が頻繁に放充電を繰り返すのを抑制することができる。

このような太陽光発電システムＡを備えた電力供給システムについて図面を参照して説明する。図４は本発明にかかる電力供給システムの一例を示すブロック図である。図４に示すように、電力供給システムＰＰは、商用電力系統ＣＳ及び（又は）太陽光発電システムＡを有する補助電力系統ＢＳから、負荷Ｌｄ１〜Ｌｄ３が接続されている負荷系統ＬＳに電力を供給するシステムである。図４に示すように、電力供給システムＰＰは、補助電力系統ＢＳと、配電部７１と、電力検出部７２と、記憶部７３と、制御部Ｃｏｎｔとを備えている。なお、電力供給システムＰＰにおいて、太陽光発電システムＡは、電力供給システムＰＰと制御部Ｃｏｎｔを共有している。

商用電力系統ＣＳ及び負荷系統ＬＳは交流であり、補助電力系統ＢＳは直流であるため、太陽光発電システムＡからの電力を負荷系統ＬＳに直接供給することができない。そこで、補助電力系統ＢＳではパワーコンディショナー３で電源部１１からの電力を、商用電力系統ＣＳを流れる交流と同期した交流に変換している。また、パワーコンディショナー３は、交流を直流に変換することもできる変換装置であり、例えば、蓄電池２を充電するとき、商用電力系統ＣＳから供給される交流を直流に変換している。パワーコンディショナー３は制御部Ｃｏｎｔに制御されている。

配電部７１は、商用電力系統ＣＳ、補助電力系統ＢＳ及び負荷系統ＬＳとの分岐部分に配置されている。配電部７１は、商用電力系統ＣＳからの受電電力を負荷系統ＬＳに流す、商用電力系統ＣＳ及び補助電力系統ＢＳから負荷系統ＬＳに流す電力を混合する装置である。また、配電部３は、蓄電池１２の充電時において、商用電力系統ＣＳからの電力を補助電力系統ＢＳ（の蓄電池２）に流す動作も行う。さらに、配電部３は、太陽電池１の発電電力を商用電力系統ＣＳに流す（以下、逆潮流と称する）ため、補助電力系統ＢＳからの電力を商用電力系統ＣＳに流す動作も行う。すなわち、配電部３は、商用電力系統ＣＳ及び（又は）補助電力系統ＢＳからの電力を各系統に分配するための装置である。

電力検出部７２は商用電力系統ＣＳからの受電電力を検出している。つまり、電力検出部４は、所定のタイミングで（例えば、１０秒おきに）商用電力系統ＣＳからの受電電力を検出し、検出した電力値を電力情報ＩＰとして制御部Ｃｏｎｔに送信している。

制御部Ｃｏｎｔは、マイコン等の演算装置を備えた、制御回路を含む構成である。制御部Ｃｏｎｔは、記憶部７３と接続されており、必要に応じて記憶部７３の内部の情報を取り出したり、情報を記憶部７３に記憶させたりしている。

制御部Ｃｏｎｔは、電力検出部７２からの電力情報ＩＰに基づいて、商用電力系統ＣＳからの受電電力を算出している。そして、制御部Ｃｏｎｔは、受電電力が目標の電力（設定電力とする）以下となるように補助電力系統ＢＳ及び配電部７１を制御している。

すなわち、制御部Ｃｏｎｔは、必要に応じ、補助電力系統ＢＳから負荷系統ＬＳに電力（以下、補助電力と称する）を供給するように、スイッチ４２、パワーコンディショナー３及び配電部７１の動作を制御する。なお、スイッチ４２、パワーコンディショナー３の制御は上述のとおりである。また、上述した通り蓄電池１２を充電する場合、制御部Ｃｏｎｔは、商用電力系統ＣＳからの電力が蓄電池２に向かうように、スイッチ４２を閉状態にし、配電部７１を制御するとともに、交流を直流に変換するようにパワーコンディショナー３を制御する。

記憶部７３は、電力供給システムＰＰの制御に必要なデータを保管している。記憶部７３は、呼び出し専用のＲＯＭ、呼び出し及び書き込みが可能なＲＡＭ、フラッシュメモリ等の電力を供給しなくても揮発しない不揮発性メモリ等を含む構成となっている。なお、以下の説明ではこれらのデータが含まれているものとして説明するが、制御方法によっては別のデータが必要な場合もあり、その場合の必要なデータについては、そのときに説明する。

以下に本発明にかかる電力供給システムＰＰの動作について説明する。電力供給システムＰＰでは、補助電力系統ＢＳから負荷系統ＬＳに補助電力を供給することで、商用電力系統ＣＳからの受電電力を減らすこと（ピークカット）が可能となっている。

電力供給システムＰＰでは、夜間、降雨時等で太陽電池１が発電していない場合、商用電力系統ＣＳからの受電電力を負荷系統ＬＳに送っている（通常運転モード）。このとき、制御部Ｃｏｎｔは、パワーコンディショナー３の動作を停止し（或いは、停止状態を維持し）、配電部７１を商用電力系統ＣＳから負荷系統ＬＳに電力が流れるように切り替えている。

負荷系統ＬＳの需要電力が設定電力以下の場合、需要電力をすべて受電電力でまかなっても、受電電力が設定電力を超えないので、電力供給システムＰＰは、補助電力系統ＢＳから負荷系統ＬＳへの電力供給は行わない。そして、需要電力が設定電力以下で、太陽電池１が発電可能、すなわち、太陽電池１に太陽光が照射しているとき、補助電力系統ＢＳは、太陽電池１で発電した電力を商用電力系統ＣＳに逆潮流させる（逆潮流運転モード）。

逆潮流運転モードでは、太陽電池１の発電電力のみを正確に商用電力系統ＣＳに逆潮流させることが好ましい。そのため、制御部Ｃｏｎｔは、スイッチ４２を開状態にし、太陽電池１の発電電力よりも大きな電力を取り出すようにパワーコンディショナー３を動作させる。上述したように、このように制御することで、補助電力系統ＢＳ（太陽光発電システムＡ）は、太陽電池１の発電電力のみを正確に出力する。そして、制御部Ｃｏｎｔは、商用電力系統ＣＳからの受電電力が負荷系統ＬＳに供給されるとともに、補助電力系統ＢＳからの電力を商用電力系統ＣＳに逆潮流させるように配電部７１を制御する。

また、太陽電池１が発電可能で、蓄電池２の蓄電量が少なくなっている場合がある。この場合、制御部Ｃｏｎｔは、補助電力系統ＢＳからの補助電力を絞る或いは停止し、太陽電池１の発電電力を蓄電池２の充電に充てる。そのため、制御部Ｃｏｎｔは、太陽電池１の発電電力よりも小さな電力を取り出すように又は電力取出しを停止するようにパワーコンディショナー３を動作させる。このとき、スイッチ４２が開状態でもダイオード４１を介して、太陽電池１の発電電力が蓄電池２に供給されるが、スイッチ４２が閉状態であれば、より抵抗が少なくなるので、蓄電池２を充電するときの損失を低減することが可能である（独立充電モード）。

そして、夏季の日中等、負荷系統ＬＳの需要電力が上昇する期間において、需要電力が設定電力を超える場合がある。このとき、電力供給システムＰＰは、商用電力系統ＢＳからの受電電力を設定電力以下に抑えるため、補助電力系統ＢＳからの補助電力を商用電力系統ＬＳに供給する。

補助電力系統ＢＳから補助電力を供給する場合、太陽電池１の発電電力と負荷系統の需要電力とによって動作が変化する。すなわち、太陽電池１の発電電力が需要電力から設定電力を減じた値よりも大きい場合と小さい場合とで電力供給システムＰＰの動作が変わる。

太陽電池１の発電電力が需要電力から設定電力を減じた値よりも大きい場合、太陽電池１の発電電力の全てを供給することで、商用電力系統ＣＳからの受電電力を設定電力以下に抑えることが可能である。そのため、制御部Ｃｏｎｔは、スイッチ４２を開状態にし、太陽電池１の発電電力よりも大きな電力を取り出すようにパワーコンディショナー３を駆動する。これにより、太陽電池１の発電電力の全てがパワーコンディショナー３に取り出され、補助電力として配電部７１に供給される。制御部Ｃｏｎｔは、商用電力系統ＣＳからの受電電力と補助電力系統ＢＳからの補助電力を混合して負荷系統ＬＳに供給するように配電部７１を制御する（第１の運転モード）。

太陽電池１の発電電力が需要電力から設定電力を減じた値よりも大きい場合、商用電力系統ＣＳからの受電電力を設定電力とすることで、太陽電池１の発電電力に余裕ができる。この状態で、蓄電池２の充電が必要な場合、制御部Ｃｏｎｔは、太陽電池１から取り出す電力を需要電力から設定電力を減じた値となるようにパワーコンディショナー３を制御する。このとき、太陽電池１の発電電力のうち、パワーコンディショナー３に取り出された残りの電力で蓄電池２が充電される。なお、この蓄電池２の充電は、必要な場合のみに行われるものであり、通常は、太陽電池１の発電電力は、全量が補助電力として配電部７１に供給され、商用電力系統ＣＳからの受電電力を低く抑えている。

そして、日照量が少なかったり、需要電力が多くなりすぎたりして、太陽電池１の発電電力が需要電力から設定電力を減じた値よりも小さくなる場合がある。この場合、上述のように、太陽電池１の発電電力のみで補助電力をまかなうことができない。そこで、補助電力の太陽電池１の発電電力で不足する電力を蓄電池２の放電による電力でまかなう。すなわち、制御部Ｃｏｎｔは、スイッチ４２を閉状態にし、要求される補助電力と同じ大きさの電力を取り出すことができるようにパワーコンディショナー３を駆動する（第２の運転モード）。

このとき、蓄電池２の放電による電力がスイッチ４２を介してパワーコンディショナー３に供給される構成となっている。そのため、電源部１１では、要求される補助電力に対し、太陽電池１の発電電力で不足する電力を、蓄電池２の放電による電力で補っており、太陽電池１の発電電力と蓄電池２の放電による電力とが合成され、パワーコンディショナー３に取り出されている。このように、太陽電池１の発電電力で不足する電力を蓄電池２の放電による電力で補うことが可能であるので、電力供給システムＰＰは、確実にピークカット動作を行うことが可能となっている。なお、このとき、制御部Ｃｏｎｔは、商用電力系統ＣＳからの受電電力と補助電力系統ＢＳからの補助電力とを混合し、負荷系統ＬＳに供給できるように、配電部７１を制御している。

さらに、蓄電池２は、充放電や大きな電流の変動が頻繁に繰り返されると、蓄電能力が劣化しやすい。そこで、どうしても必要な場合を除き、電力（電流、電圧）がばらつく太陽電池１の発電電力からではなく、電力（電流、電圧）が安定している商用電力系統ＣＳからの受電電力で充電されることが好ましい。

そのため、制御部Ｃｏｎｔは、スイッチ４２を閉状態にし（閉状態にしなくても、蓄電池２に向かう方向が順方向のダイオード４１が取り付けられているため電流は流れるが、ここでは閉じるものとする）、パワーコンディショナー３を交流から直流に変換するように駆動する。また、制御部Ｃｏｎｔは、商用電力系統ＣＳからの受電電力のうち、需要電力に相当する電力を負荷系統ＬＳに供給するとともに、その残りを補助電力系統ＢＳに供給するように配電部７１を制御する。これにより、一定の範囲の電力（電圧、電流）で蓄電池２が充電される（外部充電モード）。

本発明にかかる電力供給システムＰＰでは、複数の運転モードを備えており、その運転モードのうち、最適な運転モードを選択し、その運転モードで運転される。以下に、最適な運転モードの決定方法について説明する。図５は本発明にかかる電力供給システムの運転モードの選択手順を示すフローチャートである。なお、以下に示す切り替え手順は、一例であり、これ以外の手順で運転モードを切り替えるようにしてもよい。また、制御部Ｃｏｎｔは、各運転モードが選択された後も、一定の頻度で運転モードの選択（見直し）を行っている。

制御部Ｃｏｎｔは、太陽電池１が発電しているかどうか確認する（ステップＳ１１）。太陽電池１が発電していない場合（ステップＳ１１でＮｏの場合）、制御部Ｃｏｎｔは、蓄電池２の充電が必要かどうか確認する（ステップＳ１２）。充電が必要な場合（ステップＳ１２でＹｅｓの場合）、制御部Ｃｏｎｔは、電力供給システムＰＰの運転モードとして外部充電モードを選択する（ステップＳ１３）。一方蓄電池２の充電が不要な場合（ステップＳ１２でＮｏの場合）、制御部Ｃｏｎｔは、電力供給システムＰＰの運転モードとして通常運転モードを選択する（ステップＳ１４）。

また、太陽電池１が発電中である場合（ステップＳ１１でＹｅｓの場合）、制御Ｃｏｎｔは、負荷系統ＬＳの需要電力Ｐ１が設定電力ＰＡよりも大きいか判断する(ステップＳ１５)。需要電力Ｐ１が設定電力ＰＡよりも小さい場合（ステップＳ１５でＮｏの場合）、制御部Ｃｏｎｔは、蓄電池２の充電が必要か確認する(ステップＳ１６)。蓄電池２の充電が必要な場合（ステップＳ１６でＹｅｓの場合）、制御部Ｃｏｎｔは、電力供給システムＰＰの運転モードとして独立充電モードを選択する（ステップＳ１７）。また、蓄電池２の充電が不要な場合（ステップＳ１６でＮｏの場合）、制御部Ｃｏｎｔは、電力供給システムＰＰの運転モードとして逆潮流モードを選択する（ステップＳ１８）。

負荷系統ＬＳの需要電力Ｐ１が設定電力ＰＡよりも大きい場合（ステップＳ１５でＹｅｓの場合）、制御部Ｃｏｎｔは需要電力Ｐ１から設定電力ＰＡを減じた値が太陽電池１の発電電力よりも小さいかどうか判断する（ステップＳ１９）。需要電力Ｐ１から設定電力ＰＡを減じた値が太陽電池１の発電電力よりも小さい場合（ステップＳ１９でＹｅｓの場合）、制御部Ｃｏｎｔは電力供給システムＰＰの運転モードとして第１の運転モードを選択する（ステップＳ１１０）。また、需要電力Ｐ１から設定電力ＰＡを減じた値が太陽電池１の発電電力よりも大きい場合（ステップＳ１９でＮｏの場合）、制御部Ｃｏｎｔは、電力供給システムＰＰの運転モードとして第２の運転モードを選択する（ステップＳ１１１）。

以上のようにして、制御部Ｃｏｎｔは、電力供給システムＰＰ、すなわち、太陽光発電システムＡの放電制限部４（スイッチ４２）及びパワーコンディショナー３（インバータ３１）の動作モードを決定する。なお、上述の各運転モードにおける、放電制限部４、パワーコンディショナー３及び配電部７１の動作については、記憶部７３にモードごとに格納されていてもよいし、制御部Ｃｏｎｔに予め含められていてもよい。

以上示したように、本発明の電力供給システムでは、蓄電池２の放電を制限する放電制限回路４を備えていることで、太陽電池１の発電電力だけを正確に取り出すことが可能である。また、蓄電池２の充放電の頻度及びそのときの電流の変動を低減することができる、蓄電池２の蓄電能力の劣化を抑制することが可能である。さらに、蓄電池２の充放電の頻度を低減することで、蓄電池２の充放電時の電力損失を抑えることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。

本発明は、商用電力系統から受電する受電電力を削減するための、電力供給システム、例えば、オフィスビルやマンションのコジェネレーションシステム、一般家庭の太陽発電システム、工場等の電力供給システムに採用することが可能である。

Ａ 太陽光発電システム
１ 太陽電池
２ 蓄電池
３ パワーコンディショナー
３１ インバータ
４ 放電制限回路
４０ バイパス回路
４１ ダイオード
４２ スイッチ
５ 逆流防止回路
６ 接続点
７１ 配電部
７２ 電力検出部
７３ 記憶部
Ｃｏｎｔ 制御部
ＰＰ 電力供給システム
ＬＳ 負荷系統
ＢＳ 補助電力系統
ＣＳ 商用電力系統

Claims (9)

1. 太陽光発電装置と、
   接続点で前記太陽光発電装置と接続された蓄電装置と、
   前記接続点と接続し前記太陽光発電装置及び前記蓄電装置から予め決められた電力を取り出すパワーコンディショナーと、
   前記接続点と前記蓄電装置との間に配置され、前記蓄電装置の電位を前記太陽光発電装置の動作電圧として前記接続点に与えることができるとともに、前記蓄電装置の放電／放電停止を切り替えることができる放電制限装置とを備えていることを特徴とする太陽光発電システム。
2. 前記放電制限装置は、前記接続点から前記蓄電装置にのみ電流を流す電流方向規制素子と、前記電流方向制限部をバイパスするバイパス回路と、前記バイパス回路を接続／遮断するスイッチとを備えている請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 前記放電制限装置は、１つの回路で形成されている請求項１又は請求項２に記載の太陽光発電システム。
4. 前記太陽光発電装置と前記接続点との間には前記太陽光発電装置に電流が流れるのを防止する逆流防止装置が取り付けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載の太陽光発電システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の太陽光発電システムを含み、負荷が接続された負荷系統に、商用電力系統からの受電電力を補助する補助電力を供給する補助電力系統と、
   前記放電制限装置及びパワーコンディショナーを制御する制御部とを備えている電力供給システム。
6. 前記太陽光発電システムが前記放電制限装置を前記蓄電装置の放電を抑制するように動作させるとともに、前記パワーコンディショナーを前記太陽光発電装置の発電電力よりも大きな電力を取り出すように動作させる第１の運転モードと、前記放電制限装置を前記蓄電装置の放電が可能となるように動作させるとともに、前記パワーコンディショナーを前記負荷系統の需要電力と予め決められた設定電力の差分の電力を取り出すように動作させる第２の運転モードとを備えている請求項５に記載の電力供給システム。
7. 前記制御部は、前記太陽光発電装置の発電電力が前記需要電力と前記設定電力の差分よりも大きいときは前記第１の運転モードで、逆に小さいときは前記第２の運転モードで前記太陽光発電システムを制御する請求項５又は請求項６に記載の電力供給システム。
8. 前記補助電力を供給している状態で前記蓄電装置への充電が必要になった場合、前記パワーコンディショナーを前記太陽光発電装置の発電電力よりも小さい電力を取り出すように動作させる独立充電モードを備えている請求項５から請求項７のいずれかに記載の電力供給システム。
9. 前記補助電力を供給していない状態のとき、前記パワーコンディショナーで交流を直流に変換し、前記放電制限装置を放電可能な状態に切り替えることで、前記商用電力系統からの受電電力の少なくとも一部を前記蓄電装置に送り、前記蓄電装置を充電する外部充電モードを備えている請求項５から請求項８のいずれかに記載の電力供給システム。

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