JP2014192986A - 電力システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽電池アレイ10と、太陽電池アレイ10による発電電力を充電する蓄電池システム12と、蓄電池システム12に接続される宅内の分電盤22と、停電時における宅内の重要負荷系統15と、を備え、太陽電池アレイ10で発電した電力を、蓄電池システム12を経由してから分電盤22または重要負荷系統15へと供給する電力システムであって、分電盤22は、系統電源42と蓄電池システム12との間に設けられ、停電時に開放されるブレーカー22cを有しており、ブレーカー22cの開放時において蓄電池システム12と重要負荷系統15とが接続されている。
【選択図】図5
Description
また、太陽電池モジュール1で発電した発電量は宅内に設置された表示装置6によって確認することができる。
また、震災等による長期停電時には、特に夜間や天候が悪い時の電力供給が強く望まれている。特に、食料庫である冷蔵庫や医療機器等の重要負荷については電力供給をストップさせたくないという要望がある。
太陽電池アレイ10と、
前記太陽電池アレイ10による発電電力を充電する蓄電池システム12と、
前記蓄電池システム12に接続される宅内の分電盤22と、
停電時における宅内の重要負荷系統15と、を備え、
前記太陽電池アレイ10で発電した電力を、前記蓄電池システム12を経由してから前記分電盤22または前記重要負荷系統15へと供給する電力システムであって、
前記分電盤22は、系統電源42と前記蓄電池システム12との間に設けられ、停電時に開放されるブレーカー22cを有しており、
前記ブレーカー22cの開放時において前記蓄電池システム12と前記重要負荷系統15とが接続されていることを特徴とする。
前記蓄電池システム12は、
蓄電池本体12bと、
前記蓄電池本体12bと、前記分電盤22および前記重要負荷系統15とに接続され、直流電力と交流電力との双方向の変換を行う双方向インバータ12cと、を有しており、
前記蓄電池システム12内において前記太陽電池アレイ10からの発電電力が流れる導線が、前記双方向インバータ12c側と前記重要負荷系統15側とに分岐していることを特徴とする。
これによって、前記太陽電池アレイ10からの発電電力を、優先度の高い重要負荷に対して確実に供給することができる。さらに、重要負荷への電力供給と同時に、前記蓄電池本体12bへの充電も継続的に行うことができるので、太陽電池アレイ10による発電が行われない時でも、前記蓄電池本体12bから重要負荷への電力供給を行うことができる。
前記重要負荷系統15と、前記分電盤22および前記蓄電池システム12との間に設けられる非常時切替ボックス18をさらに備えており、
前記非常時切替ボックス18は、通常時に前記分電盤22と前記蓄電池システム12とを接続し、停電時に前記蓄電池システム12と前記重要負荷系統15とを接続するための切替スイッチ18aを有することを特徴とする。
図1は、ホームエネルギーマネージメントシステム(HEMS:Home Energy Management System)20の概略図である。ホームエネルギーマネージメントシステム20は、住宅全体の電力等のエネルギー需給を総合的に管理するものであり、住宅に設置されている。なお、本実施の形態の住宅は、家屋そのもの(建物21)と、建物21が建築される敷地も含むものとする。
ホームエネルギーマネージメントシステム20は、電気配線網、通信ネットワーク、分電盤22および表示装置23等を備える。電気配線網および通信ネットワークは住宅に張り巡らされ、必要な電力を供給・受給したり、必要な情報を送受信したりしている。
また、この分電盤22はセンサー付き分電盤とされており、住宅内の各所で使用される電力使用量を計測する計測ユニットや、ガス・水道の使用量を計測する流量センサーと接続されるパルスカウンターを有する。
また、この表示装置23は、エネルギー状況や各種情報が表示される表示部23aと、前記表示部23aに表示された画面や前記ホームエネルギーマネージメントシステム20に組み込まれた各種電気機器の操作を行うための操作部23bと、前記ホームエネルギーマネージメントシステム20の各種動作を制御するための制御手段と備える。
なお、この表示装置23は通信ネットワークを利用して、例えばスマートフォン等の情報端末と接続可能とされており、外出中でも、この情報端末上で各種操作や情報確認等を行うことができる。
また、この表示装置23は通信ネットワークを利用して、例えば住宅関連サービスを提供する会社のサーバー41にアクセスして、住宅関連サービスを受けることができる。例えば、地域のリアルタイムの気象情報を受信したり、表示装置23を構成するソフトウェアのアップデートを行ったりするなど様々なサービスが挙げられる。
この重要負荷分電盤13は、通常時においては前記分電盤22に接続されているが、停電時には太陽電池アレイ10および蓄電池システム11等によって自立運転が可能となっている。
なお、重要負荷系統15としては、停電時における食料庫として機能する冷蔵庫等のように、停電時(非常時)にその稼働が止まってはならない電気機器が該当する。
以上のようなホームエネルギーマネージメントシステム20は、電力システムを含んで構成されている。
電力システムは、図2および図3に示すように、太陽電池アレイ10と、前記太陽電池アレイ10による発電電力を充電する蓄電池システム11(12)と、前記蓄電池システム11(12)に接続される宅内の前記分電盤13(22)と、を備えるものである。
そして、前記太陽電池アレイ10と、前記蓄電池システム11(12)と、前記分電盤13(22)とが、前記太陽電池アレイ10による発電電力が前記蓄電池システム11(12)を経由する並び順となるように直列的に接続されている。
まず、電力システムの第1の実施例について説明する。
前記太陽電池アレイ10は複数の太陽電池モジュールからなる。そして、この太陽電池アレイ10は、当該太陽電池アレイ10によって発電された電力を直流電力から交流電力へと変換するパワーコンディショナー10aを介して前記分電盤22に接続されている。
また、太陽電池アレイ10は、図1に示すように、建物21の外(例えば、建物21の屋根の上)に設けられている。
前記蓄電池システム11も前記分電盤22に接続されている。また、蓄電池システム11は、本実施の形態においては建物21内の床上にあり、かつ建物21内の居室環境と同等の環境を備える宅内スペース(図示せず)に設けられている。
すなわち、通常時には、太陽電池アレイ10によって発電された直流電力がパワーコンディショナー10aによって宅内用電圧の交流電力に変換されて、その交流電力が前記分電盤22に供給される。
また、停電時には、太陽電池アレイ10によって発電された直流電力がパワーコンディショナー10aによって宅内用電圧の交流電力に変換されて、その交流電力が前記重要負荷分電盤13に供給される。
すなわち、前記太陽電池アレイ10で発電し、前記パワーコンディショナー10aを介して供給される交流電力を前記コンバータ11aによって直流電力に変換して前記蓄電池本体11bに充電することができる。
なお、前記コンバータ11aと前記双方向インバータ11cは、前記蓄電池本体11bに付属するパワーコンディショナーとして機能するものとなる。
また、前記双方向インバータ11cは、前記蓄電池本体11bと前記重要負荷分電盤13との間に設けられる。
したがって、停電時には、前記太陽電池アレイ10で発電された電力は前記重要負荷分電盤13に供給される間に前記蓄電池本体11bを経由することになる。蓄電池本体11bを経由する電力は、当該蓄電池本体11bに充電されてから前記重要負荷分電盤13へと供給されるため、太陽電池アレイ10で発電している間は、常に蓄電池本体11bへの充電が行われることになる。
また、夜間においては前記分電盤22によって安価な深夜電力を系統電力網から受給して、この深夜電力を前記蓄電池本体11bへと供給することができる。
そして、当該ブレーカーの開放時において前記蓄電池システム11と前記重要負荷系統15とが接続されるようにしてもよい。
すなわち、本実施例1の電力システムを、太陽電池アレイ10と、前記太陽電池アレイ10による発電電力を充電する蓄電池システム11と、前記蓄電池システム11に接続される宅内の分電盤22と、停電時における宅内の重要負荷系統15と、を備え、前記太陽電池アレイ10で発電した電力を、前記蓄電池システム11を経由してから前記分電盤22または前記重要負荷系統15へと供給するものとし、前記分電盤22が、系統電源42と前記蓄電池システム11との間に設けられ、停電時に開放されるブレーカーを有し、当該ブレーカー22cの開放時において前記蓄電池システム11と前記重要負荷系統15とが接続される。
次に、電力システムの第2の実施例について説明する。
本実施例の電力システムは、図3〜図7に示すように、前記太陽電池アレイ10と、前記太陽電池アレイ10による発電電力を充電する前記蓄電池システム12と、前記蓄電池システム12に接続される前記分電盤22と、停電時における宅内の重要負荷系統15と、を備え、前記太陽電池アレイ10で発電した電力を、前記蓄電池システム12を経由してから前記分電盤22または前記重要負荷系統15へと供給している。
前記分電盤22は、系統電源42と前記蓄電池システム12との間に設けられ、停電時に開放されるブレーカー22cを有する。
そして、前記ブレーカー22cの開放時において前記蓄電池システム12と前記重要負荷系統15とが接続されている。
また、本実施例においては、前記蓄電池システム12が前記分電盤22に接続されている。また、この蓄電池システム12は、前記重要負荷分電盤13に対しても接続されている。
また、前記双方向インバータ12cは、前記太陽電池アレイ10に付属するパワーコンディショナー10aに接続されている。
すなわち、前記太陽電池アレイ10で発電し、前記パワーコンディショナー10aを介して供給される交流電力を前記双方向インバータ12cによって直流電力に変換して前記蓄電池本体12bに充電することができる。
なお、前記双方向インバータ12cは、前記蓄電池本体12bに付属するパワーコンディショナーとして機能するものとなる。
また、この双方向インバータ12cは、前記蓄電池本体12bと、前記分電盤22または前記重要負荷分電盤13との間に設けられる。
すなわち、前記太陽電池アレイ10で発電された電力が前記分電盤22または前記重要負荷分電盤13に供給される間には、発電電力を前記蓄電池本体12bに一旦充電してから、充電休止後、前記双方向インバータ12cを介して前記分電盤22または前記重要負荷分電盤13に供給する第1ルートと、発電電力を前記蓄電池本体12bを介さずに、前記双方向インバータ12cを介して前記分電盤22または前記重要負荷分電盤13に供給する第2ルートとが形成されることになる。
したがって、通常時、停電時の双方において、前記第1ルートと前記第2ルートを選択的に利用して発電電力の供給を行うことができる。
本実施の形態においては、この制御回路によって、前記第1ルートと前記第2ルートとを短時間で切り替えるような制御が行われる。これによって、前記蓄電池本体12bによる充放電が短時間で繰り返し行われることになり、発電電力を充電しながら前記分電盤22または前記重要負荷分電盤13に発電電力を供給できることになる。
なお、この制御回路が稼働するための電源は前記太陽電池アレイ10で発電された電力を利用して行われる。
通常時には、住宅全体の電力使用量等を考慮した上で、前記表示装置23による前記第1ルートと前記第2ルートの選択が行われる。
停電時には、初期段階では前記表示装置23に通常通りの通電がなされないため、前記表示装置23を手動で自立運転に切り替えたり、前記蓄電池システム12の前記制御回路の制御に基づいて停電時の充放電を開始したりする。
すなわち、本実施例、ひいては本実施の形態においては、停電時に、宅内における電力使用量を監視し、太陽電池アレイ10から蓄電池本体12bに充電される充電電力との和がP[VA]となるように充電電力を自動で調整している。
これに伴い、前記重要負荷系統15につながる導線に、家庭内負荷への電流量を監視するための電流センサーが取り付けられている。また、前記蓄電池システム12の筺体内部の導線には、家庭内負荷への電圧量を監視するための電圧センサーが取り付けられている。
そして、前記電流センサーと前記電圧センサーとから得られた数値によって、充電電力を自動制御できれば、停電時に充電電力を手動で操作する必要がなくなるので、停電時の居住者への負担を軽減できる。
すなわち、前記重要負荷系統15と、前記分電盤22および前記蓄電池システム12との間に非常時切替ボックス18が設けられている。
このような非常時切替ボックス18は、通常時に前記分電盤22と前記蓄電池システム12とを接続し、停電時に前記蓄電池システム12と前記重要負荷系統15とを接続するための切替スイッチ18aを有する。
前記切替スイッチ18aは、前記蓄電池システム12側からの導線の延長線上にあり、前記分電盤22側と、前記重要負荷系統15側とに通電を切り替えることができる。
また、本実施例の切替スイッチ18aは、ブレーカーによって構成されており、手動または自動で切り替え操作ができるようになっている。
表示装置23が自立運転に切り替わったら、前記蓄電池システム12の双方向インバータ12cが自動で自立運転に切り替わる。
その後、前記非常時切替ボックス18の切替スイッチ18aを操作して、前記蓄電池システム12と前記重要負荷系統15とを接続する。
以上のような手順で適宜切り替え操作を行えば、停電中であっても、前記蓄電池システム12に充電をし、なおかつ、必要な時に重要負荷系統15に充電電力の供給を行うことができる。さらに、前記表示装置23が稼働していれば、充放電制御を自動で行うこともできる。
本実施例において、前記設定値は、例えば1kWに設定されており、1kW以上の発電電力が前記蓄電池システム12に充電され、1kW以下の発電電力は前記重要負荷系統15へと供給される。
また、蓄電残量(SOC値)が5%以下の場合、前記蓄電池本体12bの劣化を防ぐため、補充充電を開始するように設定されている。そして、蓄電残量が100%に到達した場合には充電を停止する。
また、蓄電残量が5%以下になるまで放電を行い、5%以下となったら、上述のように充電を開始する。
図7は、停電時の制御フローおよび機器挙動を示している。
系統電源42が停電した時は、それまで通電状態となっていた宅内標準負荷系統、重要負荷系統15、各種連携機器等が停電・停止状態となる。
なお、前記蓄電池システム12の弱電出力は、停電時であっても常に通電状態(DC16V)となっている。また、前記双方向インバータ12cも、停電時であっても常に作動状態となっている。
また、この時に、前記蓄電池システム12用の拡張ECUも同様に、前記太陽電池アレイ10からの発電電力および前記蓄電池システム12からの充電電力を受電して通電状態を維持できるようになっている。
その後は、コンバータに通電、続いてハブに通電が開始される。ハブに通電が開始されると、前記蓄電池システム12用以外の拡張器が作動を開始する。
そして、表示装置23と拡張器との通信が復帰し、蓄電残量等の表示が再開される。
次に、電力システムの第3の実施例について説明する。
本実施例においては、図8に示すように、前記蓄電池システム11または前記蓄電池システム12が、電気で駆動する車両14に搭載された車両用蓄電池14aと、絶縁トランス14bを介して接続されている。
なお、前記蓄電池システム11または前記蓄電池システム12と、前記車両用蓄電池14aとの間には、これら蓄電池システム11,12と車両用蓄電池14aとを接続する図示しない電線が設けられているものとする。
この充電機器27は、前記ホームエネルギーマネージメントシステム20に組み込まれており、前記表示装置23によって車両14の充電状態の確認や充電開始・停止等の制御を行うことができる。また、この充電機器27の電源は前記分電盤22とされている。
また、充電機器27は、充電ケーブルを備える。また、この充電ケーブルの先端部には、前記車両14の受電口に挿入される充電コネクタが取り付けられている。
すなわち、この絶縁トランス14bは、前記蓄電池システム11,12と車両用蓄電池14aとを接続する電線に対して設けられている。
これによって、前記車両14の車両用蓄電池14aから前記蓄電池システム11,12に対して充電した電力を、感電等を防止しつつ供給することができる。
これによって、前記太陽電池アレイ10からの発電電力を、優先度の高い重要負荷に対して確実に供給することができる。さらに、重要負荷への電力供給と同時に、前記蓄電池本体12bへの充電も継続的に行うことができるので、太陽電池アレイ10による発電が行われない時でも、前記蓄電池本体12bから重要負荷への電力供給を行うことができる。
10a パワーコンディショナー
11 蓄電池システム
11a コンバータ
11b 蓄電池本体
11c 双方向インバータ
12 蓄電池システム
12b 蓄電池本体
12c 双方向インバータ
13 重要負荷分電盤
14 車両
14a 車両用蓄電池
14b 絶縁トランス
15 重要負荷系統
18 非常時切替ボックス
18a 切替スイッチ
20 ホームエネルギーマネージメントシステム
21 建物
22 分電盤
22c ブレーカー
23 表示装置
29 照明器具
Claims (3)
- 太陽電池アレイと、
前記太陽電池アレイによる発電電力を充電する蓄電池システムと、
前記蓄電池システムに接続される宅内の分電盤と、
停電時における宅内の重要負荷系統と、を備え、
前記太陽電池アレイで発電した電力を、前記蓄電池システムを経由してから前記分電盤または前記重要負荷系統へと供給する電力システムであって、
前記分電盤は、系統電源と前記蓄電池システムとの間に設けられ、停電時に開放されるブレーカーを有しており、
前記ブレーカーの開放時において前記蓄電池システムと前記重要負荷系統とが接続されていることを特徴とする電力システム。 - 請求項1に記載の電力システムにおいて、
前記蓄電池システムは、
蓄電池本体と、
前記蓄電池本体と、前記分電盤および前記重要負荷系統とに接続され、直流電力と交流電力との双方向の変換を行う双方向インバータと、を有しており、
前記蓄電池システム内において前記太陽電池アレイからの発電電力が流れる導線が、前記双方向インバータ側と前記重要負荷系統側とに分岐していることを特徴とする電力システム。 - 請求項1に記載の電力システムにおいて、
前記重要負荷系統と、前記分電盤および前記蓄電池システムとの間に設けられる非常時切替ボックスをさらに備えており、
前記非常時切替ボックスは、通常時に前記分電盤と前記蓄電池システムとを接続し、停電時に前記蓄電池システムと前記重要負荷系統とを接続するための切替スイッチを有することを特徴とする電力システム。
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