JP3171974U - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】停電や災害などによって商用電力系統からの電力供給が途絶えたとき、商用電力系統に代わって負荷に対して電力を安定的に供給する。【解決手段】商用電力系統Ｂからの電力供給が途絶える非常時に、負荷７に電力を供給する蓄電システムＡであって、商用電力系統Ｂに接続される電力入力端子５から入力される電力を受けて充電が行われる蓄電池１、蓄電池１の電力充電動作と電力放電動作を制御する充放電コントローラ２、商用電力系統Ｂからの電力供給が途絶えたときに、蓄電池１からの電力供給に切り替える回路切替え部４、回路切替え部４に接続される電力出力端子６を備えている。また、蓄電池１は、商用電力系統Ｂとは異なる外部発電源の太陽光発電システムＣから電力を受けて充電が行われる。【選択図】図２

Description

本考案は、蓄電システムに係り、特に、停電や災害などによって商用電力系統から負荷への電力供給が途絶えたときに、負荷に電力を供給するための蓄電システムに関する。

近年、地球温暖化などに対する地球環境対策の観点から、自然エネルギーから得られる電気エネルギーの利用が見直され、クリーンなエネルギー供給源の代表として太陽光エネルギーや風力エネルギーなどを有効に利用したエネルギーシステムが急速に普及してきている。
特に、電気配線や設置費用、そして発電量などの有効性の面から太陽光エネルギーを利用した太陽光発電システムの普及は著しいものであり、また、太陽光発電システムで発電される電力に余剰が生じた場合は、その余剰電力を電力会社に売電し、売却代金収入を得ることで、総合的に見て電気代の削減に寄与しようとするものも急速に普及している。

しかしながら、自然エネルギーにより得られる電気エネルギーの発電量は不安定である。つまり、自然エネルギーを利用した発電システムでは自然環境によっては十分な発電量を得られないような状況も起こり得る。例えば、風力エネルギーを利用した風力発電システムでは、風力の弱いときには所望の発電量が得られないこともあり、電力供給すべき負荷に対して十分な電力の供給ができないという問題がある。
このような問題は、特に、太陽光エネルギーを利用した太陽光発電システムでは顕著であり、太陽の出ている晴天の日の日中には、負荷において消費する電力以上の十分な発電が期待できるものの、曇りや夜間においてはほとんど発電が期待できない。

このような問題に対応するために、商用電力系統に連系させた太陽光発電システム、そして、太陽光発電システムで発電される電力が充電される蓄電池を備えて、電力の安定化を図るように開発された技術が知られている（例えば、特許文献１などを参照。）。

特開２００３−７９０５４号公報

しかしながら、従来技術では、電力需要ピーク時における蓄電池の充電不足を回避することを目的に開発されたシステムであるため、停電などによって商用電力系統からの電力供給が途絶えたときの非常時用の電源として運用することができないおそれが残されている。
すなわち、商用電力系統の停電は突然起き得るものであり、蓄電池から放電された状態で停電が発生した場合、蓄電池には充分な電力が充電されていないという問題が起こる。そのために、停電時などにおいて最低限電力供給を必要とする負荷、例えば、冷蔵庫、テレビなどの家電に電力を供給することができなくなるおそれがある。
また、従来技術では、一定量の電力が蓄電池に充電されていたとしても、それがすべて使われてしまえば他に蓄電池へ充電する手段はなく、特に、災害などによって商用電力系統からの電力供給が長期的に望めないときには電力供給が完全に途絶えてしまうおそれがある。

そこで、本考案は、このような問題を解消することを課題に創案されたものである。すなわち、商用電力系統からの電力供給が途絶えたときに、商用電力系統に代わって負荷に対して電力を安定的に供給することができること、商用電力系統とは異なる外部発電源と併用させることで、商用電力系統からの電力供給が長期的に望めない災害時においても電力を安定的に供給することができること、既設住宅の電源系統に対して簡易に接続併設することができること、などが本考案の目的である。

前記課題を解決するために、本考案に係る蓄電システムでは少なくとも以下の構成を具備している。
すなわち、商用電力系統から負荷への電力供給が途絶えたときに、前記負荷に電力を供給する構成の蓄電システムであって、
少なくとも前記商用電力系統に接続される電力入力端子と、該電力入力端子から入力される電力を受けて少なくとも充電が行われる蓄電池と、該蓄電池の電力充電動作と電力放電動作を制御する充放電コントローラと、前記商用電力系統からの電力供給が途絶えたときに、前記蓄電池からの電力供給に切り替える回路切替え部と、前記回路切替え部に接続される電力出力端子とを備えて構成されていることを特徴とする。
ここで、前記蓄電池への電力充電は、前記商用電力系統とは異なる外部発電源から電力を受けて行われる構成を採用することが好適なものとなる。外部発電源としては、マンションなどの集合住宅や一戸建て住宅への適用が可能で、自然エネルギーを利用した電力の発電が可能な太陽光発電システムや風量発電システムなどの発電システムを挙げることができる。

このような構成によれば、商用電力系統から得られる電力を充電する蓄電池の充填状態を制御（管理）する充放電コントローラの電力充電動作によって蓄電池を常に満充電状態で待機させることができる。そして、停電などにより商用電力系統から負荷への電力供給が途絶えたときには、充放電コントローラの電力放電動作（回路切替え部への回路切替え信号）によって蓄電池からの放電に自動的に切り替わり、負荷に対して電力を安定的に供給することができる。

また、既設住宅の分電盤の電力入力側に電力入力端子を接続し、負荷用の照明を含めた家庭内コンセント（主に、プラグ受け口）に配線されている分電盤の電力出力側に電力出力端子を接続するなどの簡易的な工事を行うことによって、停電などにより商用電力系統からの電力供給が途絶えたときに、商用電力系統に代わって非常時用の電源として運用することができる蓄電システムを既設住宅の電源系統に接続併設することができる。

また、外部発電源である太陽光発電システムが設置されている新築や既設の住宅環境では、災害などによって商用電力系統からの電力供給が長期的に望めないことが起きた場合、電力入力端子をパワコン（パワーコンディショナー）に直接接続してパワコンを自立運転モードで運転させることで、太陽光発電システムで発電される電力の余剰分を蓄電池に充電しながら負荷に対して電力を安定的に供給することが可能になる。

本考案の蓄電システムによれば、停電や災害などによって商用電力系統から負荷への電力供給が途絶えたときに、商用電力系統に代わって家庭内負荷に対して電力を安定的に供給することができる。

また、既設住宅の分電盤における電源系統に対して簡易に接続併設させて、既設住宅における停電や災害などにおける非常時用の電源として運用さることができる。

また、商用電力系統とは異なる太陽光発電システムなどの自然エネルギーにより電力を発電する外部発電源と併用させることで、災害によって商用電力系統からの電力供給が長期的に望めないときには外部発電源、蓄電池から得られる電力を負荷に安定的に供給する非常時用として運用させることができる。

本考案の実施形態に係る蓄電システムの構成を示す説明図である。 同蓄電システムを商用電力系統に連系する太陽光発電システムに適用させた例を示す説明図である。 商用電力系統の平常時における蓄電池への電力充電動作を、電力の流れで示す説明図である。 停電により商用電力系統からの電力供給が一時的に途絶えたときの蓄電池からの電力放電動作を、電力の流れで示す説明図である。 災害により商用電力系統からの電力供給が長期的に望めないときの電力の流れを示す説明図である。

以下、本考案の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本考案の実施形態に係る蓄電システムの構成を示す説明図であり、図２は、同蓄電システムを商用電力系統に連系する太陽光発電システムに適用させた例を示す説明図である。
蓄電システムＡは、マンションなどの集合住宅や一戸建て住宅などに設置されて、商用電力系統Ｂの平常時において商用電力系統Ｂと太陽光発電システムＣとから得られる電力、特に、太陽光発電システムＣの太陽電池Ｃ１で発電される電力を充電し、停電により商用電力系統Ｂからの電力供給が一時的に途絶えたときや災害により商用電力系統Ｂからの電力供給が長期的に望めないときに、商用電力系統Ｂに代わり専用負荷７に電力を供給する非常時用の電源として運用されるものである。
つまり、本実施形態に係る蓄電システムＡは、商用電力系統Ｂの平常時とは切り離して、停電や災害などによって商用電力系統Ｂからの電力供給が途絶えたときだけの非常時用の電源として運用されるものである。

≪蓄電システムの構成≫
蓄電システムＡは、図１に示すように、蓄電池１、充放電コントローラ２、ＤＣ／ＡＣインバータ３、回路切替え部４、電力入力端子５、電力出力端子６を備えて構成されている。
また、蓄電システムＡは、電力出力端子６に接続される専用負荷７を備えており、この専用負荷７から停電や災害時などにおいて最低限電力供給を必要とする例えば、冷蔵庫、テレビ、一部の照明などに対して電力を供給するように構成されている。

≪蓄電池の構成≫
蓄電池１は、充放電コントローラ２からの要求に応じて充電および放電する。また、停電や災害などにおいて最低限電力供給を必要とする例えば、冷蔵庫、テレビ、一部の照明などの電力を所定期間賄うことができる充電量（バックアップレベル）に設定されている。
この蓄電池１は、例えば、ニッケル・水素蓄電、ニッケル・カドミウム蓄電池またはリチウムイオン電池、鉛電池などのいずれからなり、これらの電池はそれぞれの特色を持っている。本実施形態では鉛電池を使用している。

≪充放電コントローラの構成≫
充放電コントローラ２は、商用電力系統Ｂから供給される電力、太陽光発電システムＣの太陽電池Ｃ１で発電される電力を受けて充電が行われる蓄電池１の電力充電動作を制御する機能を備えている。
これにより、専用負荷７への電力供給による放電や自然放電などによって蓄電池１の充電が満充電状態よりも減った（下がった）ときに、電力充電を開始させて蓄電池１が常に満充電状態で待機するように管理（監視）し、停電時や災害時に備えて確実に蓄電池１を満充電状態で待機させるように蓄電池（図示省略の充電器）１を充電動作させる。

また、充放電コントローラ２は、停電や災害などによって商用電力系統Ｂからの電力供給が途絶えて分電盤Ｂ１の電源が完全に落ちたときにそれを商用電力系統Ｂの停電として検出する停電検出機能と、商用電力系統Ｂの停電検出とほぼ同時に回路切替え部４に回路切替え信号を発信して蓄電池１からの電力供給に切り替える蓄電池１の電力放電動作を制御する機能を備えている。
これにより、回路切替え部４の後記するリレー接点４ａのリレー接点４ｂに対する平常時の接続状態から非常時のリレー接点４ｃ側との接続に自動的に切り替わり、ＤＣ／ＡＣインバータ３を通して蓄電池１から専用負荷７への電力供給が、商用電力系統Ｂからの電力供給が途絶えたときに自動的に開始する。

≪ＤＣ／ＡＣインバータの構成≫
ＤＣ／ＡＣインバータ３は、太陽光発電システムＣの太陽電池Ｃ１で発電されるまたは蓄電池１から放電される直流電力を家庭内使用の交流電力（ＡＣ１００Ｖ）に変換する電力変換装置である。すなわち、ＤＣ／ＡＣインバータ３は、停電や災害などによって商用電力系統Ｂからの電力供給が途絶えて、充放電コントローラ２の電力放電動作により蓄電池１からの電力放電に切り替わったときに、蓄電池１から放電される直流電力を交流電力に変換し、回路切替え部４を通して電力出力端子６に供給するようになっている。

≪回路切替え部の構成≫
回路切替え部４は、商用電力系統Ｂから専用負荷７、通常負荷８への電力供給が平常に行われている平常時にはリレー接点４ａとリレー接点４ｂとを接続、そして、停電や災害などによって商用電力系統Ｂから専用負荷７、通常負荷８への電力供給が途絶える非常時にはリレー接点４ａとリレー接点４ｃとを接続する切り替えを行う。
具体的に説明すると、商用電力系統Ｂからの電力供給が平常時にはリレー接点４ａとリレー接点４ｂとの接続状態が保持され、停電や災害などによって商用電力系統Ｂからの電力供給が途絶えて充放電コントローラ２によって商用電力系統Ｂの停電が検知されて回路切替え部４に切替え指令信号が発信されたときにはリレー接点４ａとリレー接点４ｃとの接続に自動的に切り替わるように構成されている。
これにより、停電や災害などによって商用電力系統Ｂからの電力供給が途絶えたとき、蓄電池１から専用負荷７への電力供給に自動的に切り替わるものである。

≪電力入力端子の構成≫
電力入力端子５は、充放電コントローラ２、回路切替え部４に接続されて、商用電力系統Ｂが平常時において商用電力系統Ｂ、太陽光発電システムＣから得られる電力を充放電コントローラ２、専用負荷７に入力する。また、電力入力端子５は、商用電力系統Ｂの平常時や商用電力系統Ｂから電力供給が一時的に途絶える停電時には分電盤Ｂ１に接続され、そして、商用電力系統Ｂからの電力供給が長期的に望めないなどの災害時には分電盤Ｂ１を介さずに太陽光発電システムＣのパワコンＣ２に直接接続されるものである。

なお、図示を省略しているが、電力入力端子５として、例えば、電源プラグまたは電源コンセントのいずれか一方を使用し、分電盤Ｂ１、パワコンＣ２にわたり配線される延長ケーブル側に備えられている電源コンセントまたは電源プラグを差込み方式にて接続するようにするとよい。

≪電力出力端子の構成≫
電力出力端子６は、回路切替え部４のリレー接点４ａに接続されて、商用電力系統Ｂ、太陽電池Ｃ１、蓄電池１から得られる電力を専用負荷７に出力するものである。

なお、図示を省略しているが、電力出力端子６として、例えば、電源プラグまたは電源コンセントのいずれか一方を使用し、専用負荷７側に備えられている電源コンセントまたは電源プラグに差込み方式にて接続するようにするとよい。

［作用説明］
つぎに、以上のように構成されている本実施形態に係る蓄電システムＡを太陽光発電システムＣに適用させたときの動作の一例について簡単に説明する。
まず初めに、商用電力系統Ｂからの電力供給が平常（通常）に行われている平常時（通常時）について説明する。
図３は、商用電力系統の平常時における蓄電池への電力充電動作（デフォルト動作）を、電力の流れで示す説明図である。矢印ａは、商用電力系統Ｂ、太陽光発電システムＣからの電力の流れを示す。

図３は、商用電力系統Ｂから専用負荷７、通常負荷８への電力供給が平常に行われている平常時の状態であり、この状態において商用電力系統Ｂ、太陽光発電システムＣからの電力は、通常負荷８、電力入力端子５から蓄電システムＡの専用負荷７へと供給されるとともに、充放電コントローラ２を通して蓄電池１に流れる。
このとき、蓄電池１の充電状態が満充電状態であるときには、充放電コントローラ２の電力充電動作は機能せず、電力は蓄電池１に流れない。一方、自然放電などによって蓄電池１の充電が満充電状態よりも減って（下がって）いるときには、充放電コントローラ２が電力充電動作を開始して蓄電池１への電力充電を行う。
このようにして、蓄電池１の充電は充放電コントローラ２によって常に満充電状態に管理（監視）維持される。つまり、蓄電池１は常に満充填状態で停電や災害などにより商用電力系統Ｂからの電力供給が途絶えたときの非常時用の電源として備える。これにより、商用電力系統Ｂからの電力供給が一時的に途絶える停電時に、最低限電力供給を必要とする専用負荷７に対して電力を安定的に供給することができる。

また、蓄電池１が満充電状態で、太陽電池Ｃ１で発電される電力量が、専用負荷７、通常負荷８の消費電力量（需要量）を超えた場合には、余った電力を分電盤Ｂ１から商用電力系統Ｂに逆潮流し、余剰電力を電力会社に売電することができる。

つぎに、商用電力系統Ｂからの電力供給が一時的に途絶える停電時について説明する。
図４は、停電により商用電力系統からの電力供給が一時的に途絶えたときの電力放電動作を、電力の流れで示す説明図である。矢印ｂは、蓄電池１から放電される電力の流れを示す。ここでは、図３を適宜参照しながら説明する。

停電などによって商用電力系統Ｂからの電力供給が途絶えて分電盤Ｂ１の電源が完全に落ちると、充放電コントローラ２は商用電力系統Ｂの停電として検出するとともに、停電検出とほぼ同時に回路切替え部４に回路切替え信号を発信する。
すると、回路切替え部４の回路接続が、図３に示すリレー接点４ａとリレー接点４ｂとの接続状態から図４に示すリレー接点４ａとリレー接点４ｃとの接続に自動的に切り替わる。
これにより、蓄電池１からの放電が開始して専用負荷７に供給される。つまり、停電時において最低限電力供給を必要とする例えば、冷蔵庫、テレビ、一部の照明などに対して蓄電池１から電力を安定的に供給することができる。

そして、商用電力系統Ｂからの電力供給が復帰した時には分電盤Ｂ１の電源が立ち上がることで、これを充放電コントローラ２が検出するとともに、復帰検出とほぼ同時に回路切替え部４に回路切替え信号を発信する。
すると、回路切替え部４の回路接続が、図４に示すリレー接点４ａとリレー接点４ｃとの接続状態から図３に示すリレー接点４ａとリレー接点４ｂとの接続に自動的に切り替わる。これにより、商用電力系統Ｂから専用負荷７、通常負荷８への電力供給が平常に行われる図３に示す平常時の電力供給系統に戻される。

つぎに、商用電力系統Ｂからの電力供給が長期的に望めないおそれがある災害時（非常時）について説明する。
図５は、災害により商用電力系統からの電力供給が長期的に望めないときの電力の流れを示す説明図である。矢印ｃは、太陽光発電システムＣ（パワコンＣ２）からの電力の流れを示す。ここでは、図３を適宜参照しながら説明する。

地震、その他の自然災害などにより商用電力系統Ｂからの電力供給が途絶えて分電盤Ｂ１の電源が完全に落ちると、前記停電時と同じく、回路切替え部４の回路接続が、図３に示すリレー接点４ａとリレー接点４ｂとの接続状態から図５に示すリレー接点４ａとリレー接点４ｃとの接続に自動的に切り替わる。
そして、商用電力系統Ｂからの電力供給が長期的に望めない非常事態になったときには、蓄電システムＡの電力入力端子５の接続を、図３に示す分電盤Ｂ１への接続から図５に示す太陽光発電システムＣのパワコンＣ２に備えられている図示省略の自立運転コンセントなどに繋ぎ替える。つぎに、パワコンＣ２に備えられている図示省略の運転モード切替えスイッチを平常時運転モード側から自立運転モード側に切り替えて、パワコンＣ２を自立運転モードで運転させる。
すると、太陽電池Ｃ１で発電されてパワコンＣ２によって直流から交流に変換された電力は、電力入力端子５から充放電コントローラ２を通して蓄電池１に直接供給されて蓄電池１に一旦充電された後に、蓄電池１から放電されて専用負荷７に供給される。つまり、商用電力系統Ｂからの電力供給が長期的に望めない災害時においては太陽光発電システムＣから蓄電池１への電力供給経路にて最低限電力供給を必要とする例えば、冷蔵庫、テレビ、一部の照明などに対して安定的に電力を供給することができる。

なお、図示を省略しているが、商用電力系統Ｂの分電盤Ｂ１が接続される電力入力端子５に加えて、太陽光発電システムＣのパワコンＣ２が単独で接続される電力入力端子を増設する。さらに、回路切替え部４と同じ構成の回路切替え部を蓄電システムＡに増設し、該増設回路切替え部のリレー接点のうち、１ヶ所のリレー接点（回路切替え部４のリレー接点４ａに相当）を充放電コントローラ２に接続、残る２ヶ所のリレー接点（回路切替え部４のリレー接点４ｂ，４ｃに相当）を電力入力端子５と増設電力入力端子にそれぞれ接続するとともに、増設回路切替え部を充放電コントローラ２に連繋させる。
このように、蓄電システムＡに、電力入力端子と回路切替え部をそれぞれ増設することで、災害時において充放電コントローラ２からの回路切替え信号によって増設回路切替え部の接続が、電力入力端子５側（分電盤Ｂ１側）との接続から増設電力入力端子側（パワコンＣ２側）との接続に自動的に切り替わり、太陽電池Ｃ１で発電される電力をパワコンＣ２から充放電コントローラ２を通して蓄電池１に直接供給する電力供給経路に変更することができる。つまり、パワコンＣ２の運転モードを平常時運転モードから自立運転モードに切り替えるのみで、太陽光発電システムＣから蓄電池１への電力供給に切り替えることが可能になる。

以上、本考案の実施形態の具体例を詳細に説明したが、前記詳述の実施形態は例示にすぎなく、実用新案登録請求の範囲を限定するものではない。実用新案登録請求の範囲に記載の技術事項には、本考案の要旨を逸脱しない範囲で設計変更などしたものであっても含まれるものである。
前記詳述の実施形態では、商用電力系統Ｂとは異なる外部発電源として太陽光エネルギーを利用した太陽光発電システムＣを例示して説明したが、自然エネルギーを利用した発電システムであればよい。例えば、風力エネルギーを利用して電力を発電する風力発電システムやその他の自然エネルギーを利用した発電システムを商用電力系統Ｂとは異なる外部発電源として併用（活用）することができる。

Ａ 蓄電システム
１ 蓄電池
２ 充放電コントローラ
３ ＤＣ／ＡＣインバータ
４ 回路切替え部
５ 電力入力端子
６ 電力出力端子
７，８ 負荷
Ｂ 商用電力系統
Ｂ１ 分電盤
Ｃ 太陽光発電システム（外部発電源）
Ｃ１ 太陽電池
Ｃ２ パワコン

Claims (2)

1. 商用電力系統から負荷への電力供給が途絶えたときに、前記負荷に電力を供給する構成の蓄電システムであって、
   少なくとも前記商用電力系統に接続される電力入力端子と、
   該電力入力端子から入力される電力を受けて充電が行われる蓄電池と、
   該蓄電池の電力充電動作と電力放電動作を制御する充放電コントローラと、
   前記商用電力系統からの電力供給が途絶えたときに、前記蓄電池からの電力供給に切り替える回路切替え部と、
   該回路切替え部に接続される電力出力端子と、を備えて構成されていることを特徴とする蓄電システム。
2. 前記蓄電池は、前記商用電力系統とは異なる外部発電源から電力を受けて充電が行われることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。

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