JP2020108207A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】停電時でも有効に活用し得る太陽光発電システムを提供する。【解決手段】太陽光発電システム１０は、太陽光を受けて直流電力を出力する太陽電池パネル２０と、太陽電池パネルから出力された直流電力を、一又は複数の電気機器に供給される交流電力へ変換するパワーコンディショナー３０と、パワーコンディショナーに接続されているとともに、内燃機関を原動機とする発電装置４０とを備える。そして、この太陽光発電システムでは、発電装置によって発電された電力が、パワーコンディショナーの動作電力として、パワーコンディショナーに供給されるように構成されている。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、太陽光発電システムに関する。

例えば特許文献１に、太陽光発電システムが開示されている。この太陽光発電システムは、太陽光を受けて直流電力を出力する太陽電池パネルと、太陽電池パネルから出力された直流電力を、複数の電気機器に供給される交流電力へ変換するパワーコンディショナーとを備える。一般に、家庭や事業所（例えば、オフィス、病院又は工場）に設置される太陽光発電システムは、商用電力系統と連系運転（系統連系）するように構成されており、そのための各種の制御がパワーコンディショナーによって行われている。

特開２０１６−０１３０１０号公報

パワーコンディショナーは、自己が動作するために電力（以下、動作電力という）を必要とする。通常、パワーコンディショナーの動作電力は、商用電力系統から供給されるので、商用電力系統からの送電が停止される（即ち、停電する）と、パワーコンディショナーの動作も停止する。即ち、太陽光発電システムの動作が停止してしまう。一部のパワーコンディショナーについては、自立運転機能が備えられており、例えば太陽電池パネルからの電力を利用することで、停電時でもその動作を再開することができる。しかしながら、自立運転での発電出力は、例えば１．５キロワット程度に制限されているとともに、それを専用のアウトレット（自立運転用コンセント）から出力することしかできない。そのことから、例えば大規模災害が発生した被災地において、十分な数の太陽電池パネルが設置されているのに、停電時には僅かな発電電力しか利用することができず、被災者が不便を強いられるという問題があった。このような実情を鑑み、本明細書は、停電時でも有効に活用し得る太陽光発電システムを提供する。

本明細書が開示する太陽光発電システムは、太陽光を受けて直流電力を出力する太陽電池パネルと、太陽電池パネルから出力された直流電力を、一又は複数の電気機器に供給される交流電力へ変換するパワーコンディショナーと、パワーコンディショナーに接続されているとともに、内燃機関を原動機とする発電装置とを備える。そして、この太陽光発電システムでは、発電装置によって発電された電力が、パワーコンディショナーの動作電力として、パワーコンディショナーに供給されるように構成されている。

上記した太陽光発電システムでは、発電装置が用意されており、パワーコンディショナーの動作電力を、発電装置によって供給することができる。このような構成によれば、商用電力系統からの電力供給を必要とすることなく、パワーコンディショナーに十分な動作電力を供給することができる。特に、液体燃料や気体燃料といった内燃機関の燃料は、例えば電力を蓄えるバッテリと比較して、多くのエネルギーを長期に亘って備蓄しやすい。そのことから、例えば大規模災害が発生した被災地のように、商用電力系統が広域に亘って突然停電し、その復旧作業が長期化するような場合であっても、上記した太陽光発電システムによれば、停電前と同じように、一又は複数の電気機器へ電力を供給し続けることができる。

実施例の太陽光発電システム１０を商用電力系統２と並列させた構成例を示す図。 パワーコンディショナー３０、発電装置４０及び分電盤６との間の通信態様を模式的に示すブロック図。

本技術の一実施形態において、発電装置によって発電された電力は、一又は複数の電気機器に供給されないことが好ましい。即ち、発電装置は、パワーコンディショナーにその動作電力のみを供給することが好ましい。このような構成によると、発電装置に大きな出力が必要とされないので、比較的に小型の発電装置を採用することができる。また、発電装置の発電電力が、電気機器によって消費されないことから、電気機器による消費電力の変動の影響を受けることなく、発電装置はパワーコンディショナーへ安定して電力を供給することができる。これにより、パワーコンディショナーの動作が安定するので、太陽光発電システムは、電気機器へ安定した電力供給を提供することができる。

本技術の一実施形態において、発電装置は、カセットボンベ（あるいは、カセットガスとも称する）式の発電装置であるとよい。即ち、発電装置は、カセットボンベが着脱可能に構成されており、カセットボンベの気体燃料を用いて、内燃機関を作動させるように構成されているとよい。例えばガソリンといった液体燃料と比較して、カセットボンベは一般的なユーザでも容易に取り扱うことができる。従って、ユーザは、発電装置に対する燃料の準備、保存、補充といった作業を容易に行うことができる。

本技術の一実施形態において、太陽光発電システムは、商用電力系統と連系運転（系統連系）するものであってもよい。この場合、パワーコンディショナーは、商用電力系統が送電中のときは、商用電力系統からの電力で動作し、商用電力系統が停電中のときに、発電装置からの電力で動作してもよい。即ち、通常時は発電装置が使用されず、非常時に限って発電装置が利用されてもよい。なお、商用電力系統が送電中か停電中かにかかわらず、パワーコンディショナーの動作電力として、太陽電池パネルによる電力がさらに使用されてもよい。

上記した実施形態において、停電時における発電装置の始動は、システムによって自動的に行われてもよいし、ユーザによって手動的に行われてもよい。但し、いずれの態様であるとしても、停電中の逆潮流（即ち、商用電力系統への送電）は回避される必要があり、そのためには、発電装置が始動される前に、太陽光発電システムを商用電力系統から解列する必要がある。そのことから、太陽光発電システムは、停電中に発電装置の動作を制御する停電コントローラをさらに備えてもよい。この場合、停電コントローラは、太陽光発電システムが商用電力系統から解列されていなければ、発電装置の始動を禁止するように構成されているとよい。これにより、発電装置の始動が自動か手動かにかかわらず、停電中の逆潮流を回避することができる。

本技術の一実施形態では、上記した停電コントローラによって、発電装置が自動的に始動される構成としてもよい。この場合、停電コントローラは、商用電力系統の停電を検知したときに、太陽光発電システムを商用電力系統から解列し、その後に発電装置を始動させるように構成されるとよい。このような構成によると、商用電力系統が停電したときに、逆潮流を招くことなく、電気機器への電力供給を速やかに再開することができる。

図面を参照して、実施例の太陽光発電システム１０について説明する。この太陽光発電システム１０は、一般住宅や事業所（例えば、オフィス、工場、病院）に設置され、太陽光によって発電した電力を、一又は複数の電気機器８に供給するシステムである。特に限定されないが、本実施例の太陽光発電システム１０は、商用電力系統２と連系運転（系統連系）するものであり、一般住宅又は事業所の電気機器８には、太陽光発電システム１０に加えて、商用電力系統２も接続されている。商用電力系統２は、電力計４や分電盤６を介して、電気機器８に接続されている。これらの電力計４や分電盤６は、特に限定されないが、例えばスマートメーターやスマートブレーカーといった、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）に対応したものであってもよい。

図１に示すように、太陽光発電システム１０は、複数の太陽電池パネル２０と、パワーコンディショナー３０とを備える。複数の太陽電池パネル２０は、例えば建物の屋根や屋上といった、日当たりのよい場所に設置されている。各々の太陽電池パネル２０は、太陽光を受けて直流電力を出力する。複数の太陽電池パネル２０は、互いに接続されているとともに、接続箱（図示省略）を介して、パワーコンディショナー３０に接続されている。即ち、複数の太陽電池パネル２０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３０へ供給されるように構成されている。なお、太陽電池パネル２０の数については特に限定されず、太陽光発電システム１０は、少なくとも一つの太陽電池パネル２０（又は太陽電池セル）を備えればよい。

パワーコンディショナー３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータを用いて構成されており、太陽電池パネル２０から出力された直流電力を、電気機器８に供給される交流電力へ変換する。パワーコンディショナー３０は、分電盤６に接続されており、パワーコンディショナー３０が出力する交流電力は、分電盤６を介して電気機器８に供給される。なお、電気機器８による電力需要に応じて、パワーコンディショナー３０が出力する交流電力の一部は、分電盤６を介して商用電力系統２にも供給される（いわゆる逆潮流）。即ち、商用電力系統２と太陽光発電システム１０は、複数の電気機器８に対し、分電盤６において並列されている。なお、分電盤６では、商用電力系統２を複数の電気機器８（及び太陽光発電システム１０）から電気的に切断することによって、商用電力系統２を太陽光発電システム１０から解列することができる。

パワーコンディショナー３０は、自己が動作するために電力（以下、動作電力という）を必要とする。通常時、パワーコンディショナー３０の動作電力は、商用電力系統２から供給される。従って、商用電力系統２からの送電が停止される（即ち、停電する）と、パワーコンディショナー３０の動作も停止する。即ち、太陽光発電システム１０の動作が停止してしまう。この点に関して、パワーコンディショナー３０に、自立運転機能を設けることも考えらえる。この場合、パワーコンディショナー３０は、例えば太陽電池パネル２０からの電力を利用することで、停電時でもその動作を再開することができる。しかしながら、自立運転での発電出力は、例えば１．５キロワット程度に制限されるとともに、それを専用のアウトレット（自立運転用コンセント）から出力することしかできない。そのことから、例えば大規模災害が発生した被災地では、十分な数の太陽電池パネル２０が設置されているのに、停電時には僅かな発電電力しか利用することができず、被災者が不便を強いられるおそれがある。

上記の問題に対して、図１、図２に示すように、太陽光発電システム１０は、発電装置４０をさらに備えている。発電装置４０は、パワーコンディショナー３０に接続されており、パワーコンディショナー３０へ動作電力を供給する。発電装置４０は、発電機４２（ジェネレータ）と、発電機４２を駆動する内燃機関４４と、内燃機関４４の動作を制御するコントローラ４６とを備える。発電装置４０のコントローラ４６は、内部バッテリ４６ａを内蔵しており、停電時においても動作し得るように構成されている。特に限定されないが、本実施例における発電装置４０は、内燃機関４４を始動するためのスタータモータ４８をさらに備える。スタータモータ４８の動作は、コントローラ４６によって制御される。ここで、発電装置４０が出力する電力は、直流電力であってもよいし、交流電力であってもよい。いずれの場合であっても、パワーコンディショナー３０の動作電力として電力変換が必要とされる場合は、その電力変換が発電装置４０で行われてもよいし、パワーコンディショナー４０で行われてもよい。

このように、本実施例の太陽光発電システム１０では、発電装置４０が用意されており、パワーコンディショナー３０の動作電力を、発電装置４０によって供給することができる。このような構成によれば、商用電力系統２からの電力供給を必要とすることなく、パワーコンディショナー３０に十分な動作電力を供給することができる。特に、液体燃料や気体燃料といった内燃機関４４の燃料は、例えば電力を蓄えるバッテリと比較して、多くのエネルギーを長期に亘って備蓄しやすい。そのことから、例えば大規模災害が発生した被災地のように、商用電力系統２が広域に亘って突然停電し、その復旧作業が長期化するような場合であっても、この太陽光発電システム１０によれば、停電前と同じように、複数の電気機器８へ電力を供給し続けることができる。

ここで、発電装置４０によって発電された電力は、パワーコンディショナー３０のみに動作電力として供給され、電気機器８には供給されない。このような構成によると、発電装置４０に大きな出力が必要とされないので、発電装置４０に小型なタイプのものを採用することができる。また、発電装置４０の発電電力が、電気機器８によって消費されないことから、電気機器８による消費電力の変動の影響を受けることなく、発電装置４０はパワーコンディショナー３０へ安定して電力を供給することができる。これにより、パワーコンディショナー３０の動作が安定するので、太陽光発電システム１０は、電気機器８へ安定した電力供給を提供することができる。

一例ではあるが、本実施例における発電装置４０は、カセットボンベ式の発電装置である。即ち、発電装置４０は、カセットボンベ４４ａが着脱可能に構成されており、カセットボンベ４４ａの気体燃料を用いて、内燃機関４４を作動させるように構成されている。例えばガソリンといった液体燃料と比較して、カセットボンベ４４ａは一般的なユーザでも容易に取り扱うことができる。従って、ユーザは、発電装置４０に対する燃料の準備、保存、補充といった作業を容易に行うことができる。

本実施例の太陽光発電システム１０は、前述したように、商用電力系統２と連系運転するように構成されている。そのことから、パワーコンディショナー３０は、商用電力系統２が送電中のときは、商用電力系統２からの電力で動作し、商用電力系統２が停電中のときに、発電装置４０からの電力で動作する。即ち、通常時は発電装置４０が使用されず、非常時に限って、発電装置４０が利用されるように構成されている。なお、商用電力系統２が送電中か停電中かにかかわらず、パワーコンディショナー３０の動作電力として、太陽電池パネル２０による発電電力がさらに使用されてもよい。

本実施例の太陽光発電システム１０では、停電時における発電装置４０の始動が、太陽光発電システム１０によって自動的に行われる。そのために、パワーコンディショナー３０には、停電時における動作を制御するための停電コントローラ３２が設けられている。なお、停電コントローラ３２は、内部バッテリ３２ａを内蔵しており、停電時においても動作し得るように構成されている。

停電コントローラ３２は、発電装置４０のコントローラ４６及び分電盤６と通信可能に接続されており、それらの動作を制御することができる。停電コントローラ３２は、商用電力系統２の停電を検知すると、先ず、分電盤６に指令を与えて、商用電力系統２を太陽光発電システム１０から解列する。これにより、太陽光発電システム１０及び複数の電気機器８を接続する宅内配線が、商用電力系統２から電気的に断絶される。なお、分電盤６が遠隔操作不能なタイプの場合は、例えば電力計４と分電盤６との間に、遠隔操作可能な遮断器（リモートブレーカとも称される）を設け、それを停電コントローラ３２によって制御してもよい。

次いで、停電コントローラ３２は、発電装置４０のコントローラ４６に指令を与えて、発電装置４０を始動させる。発電装置４０では、停電コントローラ３２からの指令を受けたコントローラ４６が、スタータモータ４８を用いて内燃機関４４を始動させる。これにより、発電装置４０が発電を開始し、発電装置４０によって発電された電力が、動作電力としてパワーコンディショナー３０へ供給される。これにより、パワーコンディショナー３０は自己の動作を再開し、太陽電池パネル２０による発電電力が、通常時と同じように、分電盤６を介して各々の電気機器８へ供給される。このとき、商用電力系統２は既に解列されているので、停電時における商用電力系統２への逆潮流が確実に防止される。

他の実施形態として、停電時における発電装置４０の始動は、ユーザによって手動的に行われてもよい。この場合、停電コントローラ３２は、太陽光発電システム１０が商用電力系統から解列されていなければ、発電装置４０の始動を禁止するように構成されているとよい。具体的には、ユーザが発電装置４０を始動操作したときに、発電装置４０のコントローラ４６は、停電コントローラ３２へ許可を求めるリクエスト信号を送信するとよい。その場合、停電コントローラ３２は、分電盤６に指令を与え、商用電力系統２を解列した上で、発電装置４０のコントローラ４６へ許可を与えるアンサー信号を送信してもよい。

なお、分電盤６における商用電力系統２の解列についても、ユーザによって手動的に行われる場合は、停電コントローラ３２が、分電盤６と通信して解列を確認した上で、発電装置４０のコントローラ４６にアンサー信号を送信すればよい。これにより、発電装置４０及び／又は分電盤６の操作がユーザによって行われる場合でも、停電時における商用電力系統２への逆潮流を確実に防止することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載された技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、上述した太陽光発電システム１０では、停電コントローラ３２がパワーコンディショナー３０に設けられているが、停電コントローラ３２の位置や具体的な構造は特に限定されない。停電コントローラ３２は、複数の装置によって構成されていてもよいし、その一部又は全部が、太陽光発電システム１０から離れた場所に配置されていてもよい。例えば、停電コントローラ３２の一部又は全部が、ユーザのスマートフォン又はタブレットによって構成されてもよい。

また、停電コントローラ３２は、発電装置４０の始動だけでなく、発電装置４０の動作停止も制御するように構成されてもよい。この場合、停電コントローラ３２は、日没に合わせて発電装置４０の動作を停止させてもよく、その後、日の出に合わせて発電装置４０を再始動してもよい。なお、日没や日の出については、例えば太陽電池パネル２０の出力から判断することができる。あるいは、停電コントローラ３２は、周囲の明るさを検出する照度センサを備えてもよいし、暦と時刻に基づいて日没や日の出を判断してもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載された組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成することだけでも、技術的有用性を持つものである。

２：商用電力系統、 ４：電力計、 ６：分電盤、 ８：電気機器、 １０：太陽光発電システム、 ２０：太陽電池パネル、 ３０：パワーコンディショナー、 ３２：停電コントローラ、 ３４：内燃機関、 ３４ａ：カセットボンベ、 ４０：発電装置、 ４２：発電機、 ４４：内燃機関、 ４６：コントローラ、 ４８：スタータモータ

Claims (6)

1. 太陽光発電システムであって、
   太陽光を受けて直流電力を出力する太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルから出力された直流電力を、一又は複数の電気機器に供給される交流電力へ変換するパワーコンディショナーと、
   前記パワーコンディショナーに接続されているとともに、内燃機関を原動機とする発電装置と、を備え、
   前記発電装置によって発電された電力が、前記パワーコンディショナーの動作電力として、前記パワーコンディショナーに供給される、
   太陽光発電システム。
2. 前記発電装置によって発電された電力は、前記一又は複数の電気機器に供給されない、請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 前記発電装置は、カセットボンベ式の発電装置である、請求項１又は２に記載の太陽光発電システム。
4. 前記太陽光発電システムは、商用電力系統と連系運転するものであり、
   前記パワーコンディショナーは、前記商用電力系統が送電中のときは、前記商用電力系統からの電力で動作し、前記商用電力系統が停電中のときに、前記発電装置からの電力で動作する、請求項１又は２に記載の太陽光発電システム。
5. 前記停電中に前記発電装置の動作を制御する停電コントローラをさらに備え、
   前記停電コントローラは、前記太陽光発電システムが前記商用電力系統から解列されていなければ、前記発電装置の始動を禁止する、請求項４に記載の太陽光発電システム。
6. 前記停電コントローラは、前記商用電力系統の停電を検知したときに、前記太陽光発電システムを前記商用電力系統から解列し、その後に前記発電装置を始動させる、請求項５に記載の太陽光発電システム。

Images