JP4286236B2 - 自然エネルギー発電システム - Google Patents

Description

本発明は、自然エネルギー発電システムに関し、特に、逆潮流可能な自然エネルギー発電システムに関する。

近年、環境保護の観点から風力や太陽光などの自然エネルギーにより発電する自然エネルギー発電システムが注目されている。そして、この自然エネルギー発電システムによって発電された電力は、電力会社などに電力を売却するために逆潮流させることができる。しかし、自然エネルギーによる発電は、風の強さや太陽の日射量などの状況により発電量が大きく変動するという不都合がある。このため、電力会社は、この発電量の変動に対応するために、出力の急変に対応可能なＬＦＣ発電所（負荷周波数制御発電所：Ｌｏａｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ）を建設する必要がある。しかしながら、このＬＦＣ発電所は、設備投資に大きなコストを必要とするとともに、稼働率も低いため、電力系統を安定して維持するコストが増大するという不都合がある。

そこで、従来、発電電力により逆潮流される電力の変動を抑制することが可能な太陽光発電システムが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１において提案された太陽光発電システムは、太陽電池と、充放電素子と、切換司令部とを備えている。この太陽光発電システムでは、切換司令部が、太陽電池の出力電力の所定時間の移動平均を演算し、その移動平均をプロットした移動平均線に基づいて切換司令部が、太陽電池から充放電素子への蓄電と、充放電素子からの逆潮流とを制御している。つまり、移動平均線よりも太陽電池の発電量が大きいときは、移動平均線よりも大きい発電量分だけ太陽電池から充放電素子に電力を蓄電する。一方、移動平均線よりも太陽電池の発電量が小さいときは、太陽電池が発電する電力を全て逆潮流するとともに、移動平均線よりも小さい電力分だけ充放電素子からも逆潮流する。これにより、この特許文献１による太陽光発電システムは、逆潮流させる電力量の変動をある程度抑制することが可能である。

特開２００１−５５４３号公報

しかしながら、上記特許文献１の太陽光発電システムでは、太陽電池が発電する電力の移動平均をプロットして移動平均線を求めているので、移動平均線が一定になることはなく、ある程度増減する。したがって、この移動平均線に逆潮流させる電力を合わせても一定になることはなく、逆潮流させる電力は移動平均線と同じように増減する。この結果、逆潮流させる電力の変動を抑制することはできても、その変動を完全になくすことはできないという問題点がある。特に、大規模な発電施設などにより、大量の電力を逆潮流させる場合、太陽光の日射量による電力量の変動は非常に大きくなるので、電力会社は、発電計画を立てることができない。これにより、ＬＦＣ発電所による発電量の負担が大きくなり、電力系統を安定して維持するコストの増大という問題点が生じる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、逆潮流させる電力の変動をなくすことが可能な自然エネルギー発電システムを提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

この発明の第１の局面による自然エネルギー発電システムは、自然エネルギーにより発電する自然エネルギー発電装置と、自然エネルギー発電装置により発電された電力を蓄電可能な蓄電手段と、蓄電手段に蓄電された第１の期間の電力量に基づいて、第１の期間と異なる第２の期間に逆潮流させる電力を予め決定し、その決定された一定の電力を第２の期間に逆潮流させる制御部とを備え、蓄電手段は、１台の蓄電装置を含み、制御部は、自然エネルギー発電装置により発電されている電力が、制御部により決定された逆潮流させる一定の電力よりも大きい場合には、自然エネルギー発電装置からの電力の一部を逆潮流させるとともに残りの余剰電力を前記蓄電装置に蓄電させ、自然エネルギー発電装置により発電されている電力が、制御部により決定された逆潮流させる一定の電力よりも小さい場合には、自然エネルギー発電装置と蓄電装置との両方の電力を逆潮流させるものである。なお、逆潮流とは、自然エネルギー発電システムから電力系統側へと向かう電力の流れのことである。

この一の局面による自然エネルギー発電システムでは、発電された電力を蓄電可能な蓄電手段と、蓄電手段に蓄電された第１の期間の電力量に基づいて、第２の期間に逆潮流させる一定の電力を予め決定して、その決定された一定の電力を第２の期間に逆潮流させる制御部とを設けることによって、風量や太陽光の日射量の変動による自然エネルギー発電装置の発電量の変動に関わらず、蓄電手段に蓄電された電力量に基づいて、制御部が決定した逆潮流させるための一定の電力を一定の期間逆潮流させることができる。これにより、逆潮流させる電力の変動をなくすことができる。その結果、電力会社は、急な電力の変動によるＬＦＣ発電所などの設備投資を低減することができるので、発電コストを抑制することができる。

さらに、上記一の局面による自然エネルギー発電システムにおいて、蓄電手段は、１台の蓄電装置を含み、制御部は、自然エネルギー発電装置により発電されている電力が、制御部により決定された逆潮流させる一定の電力よりも大きい場合には、自然エネルギー発電装置からの電力を逆潮流させるとともに残りの余剰電力を前記蓄電装置に蓄電させ、自然エネルギー発電装置により発電されている電力が、制御部により決定された逆潮流させる一定の電力よりも小さい場合には、自然エネルギー発電装置と蓄電装置との両方の電力を逆潮流させる。このように、逆潮流させる電力量の少なくとも一部を自然エネルギー発電装置から直接逆潮流させることにより、蓄電装置への蓄電時および蓄電装置からの逆潮流時における電力損失を低減することができる。これにより、逆潮流させるための電力量を増加させることができる。また、蓄電手段を１台の蓄電装置のみ含むように構成することによって、自然エネルギー発電システムの構成を簡素化することができる。

上記蓄電手段が１台の蓄電装置を含む自然エネルギー発電システムにおいて、好ましくは、自然エネルギー発電装置から蓄電装置へ蓄電するための第５スイッチ手段と、蓄電装置から電力を逆潮流させるための第６スイッチ手段と、自然エネルギー発電装置から直接電力を逆潮流させるための第７スイッチ手段とを有する第２切換手段をさらに備えている。このように構成すれば、蓄電手段が１台の蓄電装置のみを含む場合にも、第２切換手段により、容易に、蓄電手段への蓄電、蓄電手段からの逆潮流および自然エネルギー発電装置からの逆潮流を切り換えることができる。

上記一の局面による自然エネルギー発電システムにおいて、好ましくは、電力会社との通信手段をさらに備え、制御部によって決定された逆潮流させる一定の電力を、制御部が通信手段を介して予め電力会社に通知する。このように構成すれば、電力会社は、発電計画を立てることが容易になるので、発電効率を高めることができる。これにより、発電コストを低減することができるので、消費者に対して供給する電気の料金を下げることができる。

上記一の局面による自然エネルギー発電システムにおいて、好ましくは、第１の期間は、第２の期間の前日の期間である。従って、制御部は、蓄電手段に蓄電された前日の電力量に基づいて、逆潮流させる一定の電力を決定する。このように構成すれば、前日の電力量に基づいて決定された逆潮流させる一定の電力量を電力会社に通知することによって、電力会社は、早い段階で自然エネルギー発電システムから逆潮流される一定の電力を知ることができるので、電力会社は、より容易に、発電計画を立てることができる。

上記前日の電力量に基づいて逆潮流させる一定の電力を決定する自然エネルギー発電システムにおいて、好ましくは、自然エネルギー発電装置は、太陽光発電装置を含む。このように、一日のうち一定の期間のみ発電する太陽光発電装置を用いることによって、前日に発電された電力量に基づいて今日逆潮流させる一定の電力を、容易に、決定することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による自然エネルギー発電システムの全体構成を説明するためのブロック図である。図２は、１日の間に、太陽電池によって発電される電力および逆潮流させる電力と、時間との関係を示した相関図である。なお、図２において、曲線５０と時間軸との間で囲まれてハッチングされている領域の面積が、日付ｎの日に第１蓄電装置（第２蓄電装置）に蓄電された電力量Ｗ_ｎである。また、図２において、長方形５１で囲まれてハッチングされている領域の面積が、日付ｎの日に逆潮流される電力量を表しており、一定電力Ｐ_ｎでｈ時間逆潮流するため、その値はＰ_ｎ・ｈとなる。まず、図１および図２を参照して本実施形態の自然エネルギー発電システム１の構成について説明する。

第１実施形態による自然エネルギー発電システム１は、図１に示すように、太陽光によって発電する太陽光発電装置２と、最適動作点追従装置３と、積算電力量センサ４と、切換機構５と、蓄電装置６と、蓄電装置７と、インバータ８と、積算電力量センサ９と、記憶部１０ａを含む制御部１０と、通信装置１１とを備えている。なお、蓄電装置６は、本発明の「第１蓄電装置」の一例であり、蓄電装置７は、本発明の「第２蓄電装置」の一例である。

最適動作点追従装置３は、太陽光発電装置２からの出力電力に対して、電圧を変化させることによって電圧の最適点（最適動作点）を検出し、蓄電装置６および蓄電装置７へ出力される電力を最大化する機能を有する。積算電力量センサ４は、最適動作点追従装置３によって最適化された電力を積算して、蓄電装置６および蓄電装置７に１日の間に蓄電される電力量Ｗ_ｎ（図２参照）を積算する機能を有する。また、積算電力量センサ４は、積算された蓄電装置６に蓄電された電力量Ｗ_ｎの情報および蓄電装置７に蓄電された電力量Ｗ_ｎの情報を制御部１０へと出力する。

切換機構５は、スイッチ１５と、ダイオード１６と、スイッチ１７と、ダイオード１８と、スイッチ１９と、ダイオード２０と、スイッチ２１と、ダイオード２２とを備えている。なお、切換機構５は、本発明の「第１切換手段」の一例であり、スイッチ１５は、本発明の「第１スイッチ手段」の一例であり、スイッチ１７は、本発明の「第２スイッチ手段」の一例である。また、スイッチ１９は、本発明の「第３スイッチ手段」の一例であり、スイッチ２１は、本発明の「第４スイッチ手段」の一例である。

スイッチ１５は、太陽光発電装置２によって発電された電力を蓄電装置６に蓄電する場合に、オン状態に設定される。また、ダイオード１６は、スイッチ１５がオン状態の場合に、蓄電装置６から太陽光発電装置２への電力の逆流を防ぐ機能を有する。スイッチ１７は、太陽光発電装置２によって蓄電装置６に蓄電された電力を電力系統１３へと逆潮流させる場合に、オン状態に設定される。また、ダイオード１８は、スイッチ１７がオン状態に設定されている場合に、電力系統１３からの電力が蓄電装置６へ流入するのを防ぐ機能を有する。スイッチ１９は、太陽光発電装置２によって発電された電力を蓄電装置７に蓄電する場合に、オン状態に設定される。また、ダイオード２０は、スイッチ１９がオン状態の場合に、蓄電装置７から太陽光発電装置２への電力の逆流を防ぐ機能を有する。スイッチ２１は、太陽光発電装置２によって蓄電装置７に蓄電された電力を電力系統１３へと逆潮流させる場合に、オン状態に設定される。また、ダイオード２２は、スイッチ２１がオン状態に設定されている場合に、電力系統１３からの電力が蓄電装置７へ流入するのを防ぐ機能を有する。

蓄電装置６および蓄電装置７は、それぞれ、充放電効率μ（＜１）を有する鉛蓄電池からなる。したがって、太陽光発電装置２から蓄電装置６（蓄電装置７）へ、最適動作点追従装置３を介して電力量Ｗ_ｎが出力されると、翌日逆潮流可能な電力量は、μＷ_ｎとなる。蓄電装置６は、スイッチ１５がオン状態に設定されている場合は、太陽光発電装置２からの電力を蓄電するとともに、スイッチ１７がオン状態に設定されている場合は、蓄電された電力を一定の電力Ｐ_ｎ（図２参照）で電力系統１３へと逆潮流させる。蓄電装置７は、スイッチ１９がオン状態に設定されている場合は、太陽光発電装置２からの電力を蓄電するとともに、スイッチ２１がオン状態に設定されている場合は、蓄電された電力を一定の電力Ｐ_ｎで電力系統１３へと逆潮流させる。

インバータ８は、蓄電装置６および蓄電装置７から逆潮流させる直流を、商業用電力と同じ周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の交流へと変換するとともに、逆潮流させる電力を制御部１０によって送信された一定の電力Ｐ_ｎで、一定の期間Ｈｓ〜Ｈｅの間、出力する機能を有する。

積算電力量センサ９は、蓄電装置６および蓄電装置７から電力系統１３へと逆潮流させる電力を積算して電力量を検出する機能を有する。また、積算電力量センサ９は、積算された電力量の情報を制御部１０へと出力する。

制御部１０は、スイッチ１５、１７、１９および２１などの自然エネルギー発電システム１の制御全般を司るとともに、積算電力量センサ４から送られる太陽光発電装置２から切換機構５へ出力された電力量Ｗ_ｎや、積算電力量センサ９から送られる逆潮流させた電力量などの情報を記憶部１０ａにより記憶する。また、制御部１０は、通信装置１１を介して電力会社１２と通信可能に構成されている。

図３は、日付ｎ−１の日に発電された電力および日付ｎの日に逆潮流させる一定の電力と、時間との関係を示した相関図である。次に、図３を参照して、制御部１０による逆潮流される一定の電力Ｐ_ｎの演算方法およびその一定の電力Ｐ_ｎによる逆潮流方法について説明する。

まず、日付ｎ−１の日（本日）に、太陽光発電装置２から蓄電装置６（蓄電装置７）へ、最適動作点追従装置３を介して出力された電力量Ｗ_ｎ−１の情報が、積算電力量センサ４から制御部１０へと出力される。次に、制御部１０は、この電力量Ｗ_ｎ−１および蓄電装置６（蓄電装置７）の充放電効率μに基づいて、日付ｎの日（翌日）に逆潮流可能な電力量μＷ_ｎ−１を求める。次に、制御部１０は、その電力量μＷ_ｎ−１を、逆潮流させる一定の期間（時間帯）ｈ（開始時間Ｈｓ（たとえば、１０時）〜終了時間Ｈｅ（たとえば、１６時））で割って逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎ（＝μＷ_ｎ−１／ｈ）を演算する。そして、その演算された一定の電力Ｐ_ｎの情報を記憶部１０ａに記憶するとともに、一定の電力Ｐ_ｎの情報を予めインバータ８へと出力するとともに、電力会社１２にも予め一定の電力Ｐ_ｎの情報を送信する。そして、制御部１０によってスイッチ１７、または、スイッチ２１がオン状態に設定される日付ｎの日（翌日）の逆潮流の開始時間Ｈｓ（たとえば、１０時）から逆潮流の終了時間Ｈｅ（たとえば、１６時）の期間ｈだけ、インバータ８は、蓄電装置６（蓄電装置７）から一定の電力Ｐ_ｎで電力系統１３へと逆潮流させる。

図４は、図１に示した第１実施形態による蓄電装置を２台含む自然エネルギー発電システムを用いた蓄電および逆潮流の方法を説明するためのフローチャートである。次に、図４を参照して、第１実施形態による自然エネルギー発電システム１による蓄電および逆潮流の方法について説明する。

まず、図４に示したステップＳ１において、初期設定が行われる。ここで行われる初期設定では、逆潮流の開始時間Ｈｓ（たとえば、１０時）、逆潮流の終了時間Ｈｅ（たとえば、１６時）、日付ｎ、フラグＦ、逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎなどの設定が行われる。なお、フラグＦは、蓄電装置６で蓄電（逆潮流）するのか、蓄電装置７で蓄電（逆潮流）するのかを判定するためのフラグであり、蓄電装置６で蓄電して、蓄電装置７で逆潮流する日は、「１」に設定されており、蓄電装置６で逆潮流して、蓄電装置７で蓄電する日は、「０」に設定されている。この自然エネルギー発電システム１が始動されるときは「１」に設定されている。また、初期設定において、逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎは「０」に設定されている。

次に、ステップＳ２において、フラグＦが「１」か否かが判定される。ステップＳ２において、フラグＦが「１」と判定された場合には、ステップＳ３に進み、スイッチ１５がオン状態に設定されて、太陽光発電装置２によって発電された電力による蓄電装置６への蓄電が開始される。次に、ステップＳ４において、逆潮流の開始時間Ｈｓ（たとえば、１０時）か否かが判断され、逆潮流の開始時間Ｈｓになるまで、ステップＳ４が繰り返される。ステップＳ４において、逆潮流の開始時間Ｈｓと判断されると、ステップＳ５に進み、スイッチ２１がオン状態に設定されて、蓄電装置７からインバータ８を介して一定の電力Ｐ_ｎで逆潮流が開始される。次に、ステップＳ６において、逆潮流の終了時間Ｈｅ（たとえば、１６時）か否かが判断され、逆潮流の終了時間Ｈｅになるまで、ステップＳ６が繰り返される。ステップＳ６において、逆潮流の終了時間Ｈｅと判断されると、図２に示す電力量Ｐ_ｎ・ｈを逆潮流したことになるので、ステップＳ７において、スイッチ２１がオフ状態に設定されて、蓄電装置７による一定の電力Ｐ_ｎでの逆潮流が終了する。次に、ステップＳ８において、日付が変更されたか否かが判断され、日付が変更されるまでステップＳ８が繰り返される。ステップＳ８において、日付が変更されたと判断されると、ステップＳ９において、スイッチ１５がオフ状態に設定されて、太陽光発電装置２から蓄電装置６への蓄電が終了する。次に、ステップＳ１０において、フラグＦが「０」に設定される。次に、ステップＳ１１において、設定されている日付ｎが日付ｎ＋１に更新される。次に、ステップＳ１２において、積算電力量センサ４から送られる蓄電装置６に蓄電された電力量Ｗ_ｎ−１の情報に基づいて、上述した逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎ（＝μＷ_ｎ−１／ｈ）の演算方法より、日付ｎの日に逆潮流させるための一定の電力Ｐ_ｎが演算される。次に、ステップＳ１３で逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎをインバータ８に送信する。次に、ステップＳ１４において、通信装置１１を介して、逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎを電力会社１２に送信した後、ステップＳ２に戻る。

一方、ステップＳ２において、フラグＦが「０」と判断された場合は、ステップＳ１５に進み、ステップＳ１５において、スイッチ１９がオン状態に設定されて、太陽光発電装置２によって発電された電力により蓄電装置７への蓄電が開始される。次に、ステップＳ１６において、逆潮流の開始時間Ｈｓか否かが判断され、逆潮流の開始時間Ｈｓになるまで、ステップＳ１６が繰り返される。ステップＳ１６において、逆潮流の開始時間Ｈｓと判断されると、ステップＳ１７に進み、スイッチ１７がオン状態に設定されて、蓄電装置６からインバータ８を介して一定の電力Ｐ_ｎで逆潮流が開始される。次に、ステップＳ１８において、逆潮流の終了時間Ｈｅか否かが判断され、逆潮流の終了時間Ｈｅになるまで、ステップＳ１８が繰り返される。ステップＳ１８において、逆潮流の終了時間Ｈｅと判断されると、図２に示す電力量Ｐ_ｎ・ｈを逆潮流したことになるので、ステップＳ１９においてスイッチ１７がオフ状態に設定されて、蓄電装置６による一定の電力Ｐ_ｎでの逆潮流が終了する。次に、ステップＳ２０において、日付が変更されたか否かが判断され、日付が変更されるまでステップＳ２０が繰り返される。ステップＳ２０において、日付が変更されたと判断されると、ステップＳ２１において、スイッチ１９がオフ状態に設定されて、太陽光発電装置２から蓄電装置７への蓄電が終了する。次に、ステップＳ２２において、フラグＦが「１」に設定される。以下、上述したステップＳ１１〜ステップＳ１４が実行された後、ステップＳ２へと戻る。

第１実施形態では、上記のように、発電された電力を蓄電可能な２台の蓄電装置６および蓄電装置７と、日付ｎ−１の日に蓄電装置６および蓄電装置７に蓄電された電力量Ｗ_ｎ−１に基づいて逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎを予め決定して、その決定された一定の電力Ｐ_ｎを一定の期間ｈだけ逆潮流させる制御部１０を設けることによって、太陽光の日射量の変動による太陽光発電装置２の発電量の変動に関わらず、制御部１０が決定した逆潮流させるための一定の電力Ｐ_ｎを一定の期間ｈ、逆潮流させることができる。これにより、逆潮流させる電力の変動をなくすことができる。その結果、電力会社１２は、急な電力の変動によるＬＦＣ発電所などの設備投資を低減することができるので、電力系統を安定して維持するコストを抑制することができる。また、前日に蓄電された電力量Ｗ_ｎ−１によって逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎを決定するとともに、予め逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎの情報を電力会社１２に送信することによって、電力会社１２は、発電計画を、容易に、立てることができるので、発電効率を高めることができる。これにより、発電コストを抑制することができる。

また、２台の蓄電装置６および蓄電装置７を設けることによって、一方の蓄電装置６（７）に蓄電を行いながら、他方の蓄電装置７（６）により逆潮流を行うことができるので、容易に、蓄電および逆潮流を同時に行うことができる。また、スイッチ１５、１７、１９および２１を設けることによって、蓄電装置６の蓄電および逆潮流と、蓄電装置７の逆潮流および蓄電とを、容易に、切り換えることができるので、たとえば、日付ｎ−１の日（本日）は、蓄電装置６により蓄電するとともに、蓄電装置７により逆潮流し、日付ｎの日（翌日）は、日付ｎ−１の日に蓄電装置６により蓄電された電力を逆潮流するとともに、蓄電装置７により蓄電するような使用方法を容易に行うことができる。

また、制御部１０が通信装置１１を介して、日付ｎ−１の日（本日）に太陽光発電装置２によって発電された電力量Ｗ_ｎに基づいて決定された逆潮流させる電力Ｐ_ｎを予め電力会社１２に送信することによって、電力会社１２は、早い段階で自然エネルギー発電システム１から逆潮流される一定の電力Ｐ_ｎを知ることができる。これにより、電力会社１２は、発電計画を立てることが容易になるので、発電効率を高めることができる。この結果、発電コストを低減することができるので、自然エネルギー発電の総量が増大しても電力会社の利益率が低下することはない。また、一日のうちの一定の期間のみ発電する太陽光発電装置２を用いることによって、日付ｎ−１の日（本日）に発電された電力量Ｗ_ｎに基づいて日付ｎの日（翌日）に逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎを、容易に、決定することができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態による自然エネルギー発電システムの全体構成を説明するためのブロック図である。図６および図７は、太陽光発電装置から切換機構へ出力される電力および自然エネルギー発電システムによって逆潮流される電力と、時間との関係示した相関図である。まず、図５〜図７を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態とは異なり、蓄電装置を１台のみ備えた自然エネルギー発電システム３０の構成について説明する。

第２実施形態による自然エネルギー発電システム３０は、図５に示すように、太陽光発電装置３１と、最適動作点追従装置３２と、積算電力量センサ３３と、切換機構３４と、蓄電装置３５と、インバータ３６と、積算電力量センサ３７と、記憶部３８ａを含む制御部３８と、通信装置３９とを備えている。なお、太陽光発電装置３１、積算電力量センサ３３、インバータ３６と、積算電力量センサ３７および通信装置３９は、それぞれ、第１実施形態の太陽光発電装置２、積算電力量センサ４、インバータ８、積算電力量センサ９および通信装置１１（図１参照）と同じ構成を有する。

最適動作点追従装置３２は、太陽光発電装置３１からの出力電力に対して、電圧を変化させることによって電圧の最適点（最適動作点）を検出し、切換機構３４へ出力される電力Ｐ_ｎｏｗを最大化する機能を有する。また、最適動作点追従装置３２は、切換機構３４へ出力されている電力Ｐ_ｎｏｗの情報を制御部３８へと出力する。

積算電力量センサ３３は、太陽光発電装置３１によって発電されて最適動作点追従装置３２によって最適化された電力Ｐ_ｎｏｗを積算して電力量Ｗ_ｎを求め、その積算された電力量Ｗ_ｎを制御部３８に送信する。なお、この積算電力量センサ３３によって検出される電力Ｐ_ｎｏｗは、蓄電装置３５に蓄電される電力と、蓄電装置３５を介さず直接逆潮流させる電力とを含む。

切換機構３４は、スイッチ４０と、ダイオード４１と、スイッチ４２と、ダイオード４３と、スイッチ４４と、ダイオード４５とを備えている。なお、切換機構３４が、本発明の「第２切換手段」の一例であり、スイッチ４０が、本発明の「第５スイッチ手段」の一例である。また、スイッチ４２が、本発明の「第６スイッチ手段」の一例であり、スイッチ４４が、本発明の「第７スイッチ手段」の一例である。

スイッチ４０は、太陽光発電装置３１によって発電された電力を蓄電装置３５に蓄電する場合に、オン状態に設定される。また、ダイオード４１は、スイッチ４０がオン状態の場合に、蓄電装置３５から太陽光発電装置３１への逆流を防ぐ機能を有する。スイッチ４２は、太陽光発電装置３１によって蓄電装置３５に蓄電された電力を電力系統１３へと逆潮流させる場合に、オン状態に設定される。また、ダイオード４３は、スイッチ４２がオン状態に設定されている場合に、電力系統１３からの電力が蓄電装置３５に流入するのを防ぐ機能を有する。スイッチ４４は、太陽光発電装置３１によって発電された電力を、蓄電装置３５を介さず、直接電力系統１３へ逆潮流させる場合に、オン状態に設定される。また、ダイオード４５は、スイッチ４４がオン状態の場合に、電力系統１３からの電力が逆流して、太陽光発電装置３１および蓄電装置３５へと流入するのを防ぐ機能を有する。

蓄電装置３５は、充放電効率μ（＜１）を有する鉛蓄電池からなり、太陽光発電装置３１によって発電された電力の一部を蓄電し、その蓄電された電力を電力系統１３へと逆潮流させる機能を有する。

次に、図６を参照して、第２実施形態の日付ｎの日（翌日）に太陽光発電電池３１から切換機構３４へ出力される電力量Ｗ_ｎ（電力Ｐ_ｎｏｗを積算した電力量）の流れを、第１実施形態の流れと比較しながら説明する。まず、日付ｎの日（翌日）に逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎ、逆潮流させる時間をｈとする。なお、電力量ＷＧ_ｎは、クロスハッチングされている領域ＡＢＣＤである。ここで日付ｎ−１の日（本日）に蓄電装置３５に蓄電された電力量に基づいて予定される日付ｎの日（翌日）に逆潮流させる電力量はＰ_ｎ・ｈ（図６の矩形状で囲まれた領域）である。この電力量Ｐ_ｎ・ｈのうち、電力量ＷＧ_ｎが太陽光発電装置３１から直接逆潮流される。太陽光発電装置３１が発電した電力量Ｗ_ｎのうちそれ以外の電力量、すなわち、太陽光発電装置３１が、時間Ｈｓより前に発電された電力量Ｗ_ｎ１と時間Ｈｅ以降に発電した電力量Ｗ_ｎ２とが、蓄電装置３５に一旦蓄電されてから日付ｎ＋１の日（翌々日）以降に逆潮流される。つまり、第２実施形態において、日付ｎ＋１の日（翌々日）に電力系統１３に逆潮流される電力量は、蓄電装置３５の充放電効率をμとすると、
μ・（Ｗ_ｎ１＋Ｗ_ｎ２）＋ＷＧ_ｎ ・・・（１）
となる。一方、第１実施形態の場合に、日付ｎ＋１の日（翌々日）に電力系統１３に逆潮流される電力量は、太陽光発電装置２から切換機構５へ出力される電力量Ｗ_ｎ（＝Ｗ_ｎ１＋ＷＧ_ｎ＋Ｗ_ｎ２）のすべてが一旦蓄電されてから逆潮流されるので、
μ・（Ｗ_ｎ１＋ＷＧ_ｎ＋Ｗ_ｎ２） ・・・（２）
となる。太陽光発電装置３１（２）から切換機構３４（５）へ出力される電力量が同じ電力量Ｗ_ｎであっても、日付ｎ＋１の日（翌々日）の第２実施形態の逆潮流電力量と第１実施形態の逆潮流電力量とを比較（式（１）−式（２）を計算）すると、
式（１）−式（２）＝｛μ・（Ｗ_ｎ１＋Ｗ_ｎ２）＋ＷＧ_ｎ｝−μ・（Ｗ_ｎ１＋ＷＧ_ｎ＋Ｗ_ｎ２）
＝（１−μ）ＷＧ_ｎ ・・・（３）
となる。上記式（３）において、μ＜１より、１−μ＞０となるので、日付ｎの日（翌日）に太陽光発電装置３１（２）から切換機構３４（５）へ同じ電力量Ｗ_ｎを出力した場合、第２実施形態の方が第１実施形態よりも、日付ｎ＋１の日（翌々日）に逆潮流可能な電力量Ｐ_ｎ＋１・ｈが多いことがわかる。すなわち、同じ電力量Ｗ_ｎを太陽光発電装置３１（２）から切換機構３４（５）へ出力しても、式（３）より、第２実施形態の方が第１実施形態よりも、電力量（１−μ）ＷＧ_ｎだけ多く逆潮流することが可能である。

制御部３８は、スイッチ４０、４２および４４などの自然エネルギー発電システム３０の制御全般を司るものであるとともに、最適動作点追従装置３２によって最適化された電力Ｐ_ｎｏｗや、積算電力量センサ３３から送られる太陽光発電装置３１から切換機構３４へ出力された電力量Ｗ_ｎ、積算電力量センサ３７から送られる逆潮流させた電力量の情報などを記憶部３８ａにより記憶する。また、制御部３８は、通信装置３９を介して電力会社１２と通信可能に構成されている。

図８は、図５に示した第２実施形態による蓄電装置を１台のみ含む自然エネルギー発電システムの蓄電および逆潮流の方法を説明するためのフローチャートである。次に、図８を参照して、第２実施形態による自然エネルギー発電システム３０による蓄電および逆潮流の方法について説明する。

まず、図８に示したステップＳ３０において、ここで行われる初期設定では、逆潮流の開始時間Ｈｓ（たとえば、１０時）、逆潮流の終了時間Ｈｅ（たとえば、１６時）、日付ｎ、逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎなどの設定が行われる。なお、初期設定において、逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎは「０」に設定されている。次に、ステップＳ３１においてスイッチ４０がオン状態に設定されて、太陽光発電装置３１により発電された電力が蓄電装置３５へ蓄電される。次に、ステップＳ３２において、逆潮流の開始時間Ｈｓか否かが判断され、逆潮流の開始時間Ｈｓになるまで、ステップＳ３２が繰り返される。ステップＳ３２において、逆潮流の開始時間Ｈｓと判断されると、ステップＳ３３に進む。

次に、ステップＳ３３において、今、太陽光発電装置３１によって発電され、最適動作点追従装置３２により最適化されて切換機構３４へと出力されている電力Ｐ_ｎｏｗと、今日逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎとの大小関係が判断される。ステップＳ３３において、たとえば、図７に示す期間Ｈｓ〜Ｈ_１および期間Ｈ_３〜Ｈｅの間のように、Ｐ_ｎｏｗ＜Ｐ_ｎと判断される場合は、ステップＳ３４に進む。次に、ステップＳ３４において、スイッチ４０がオフ状態にされ、スイッチ４２とスイッチ４４とがオン状態に設定される。そして、たとえば、時間Ｈ_０に示すように、太陽光発電装置３１から蓄電装置３５を介さず、スイッチ４４を介して直接電力系統１３へと太陽光発電装置３１によって発電された電力Ｐ_ｎｏｗが逆潮流されるとともに、蓄電装置３５から不足電力Ｐ_ｓがスイッチ４２を介して逆潮流される。一方、ステップＳ３３において、たとえば、図７に示す期間Ｈ_１〜Ｈ_３の間のように、Ｐ_ｎｏｗ＞Ｐ_ｎと判断される場合は、ステップＳ３５に進む。

次に、ステップＳ３５において、スイッチ４０とスイッチ４４とがオン状態に設定され、スイッチ４２がオフ状態に設定される。そして、たとえば、時間Ｈ_１に示すように、太陽光発電装置３１によって発電された電力Ｐ_ｎｏｗのうち電力Ｐ_ｎがスイッチ４４を介して直接電力系統１３へと逆潮流されるとともに、残りの余剰電力Ｐ_ｒがスイッチ４０を介して蓄電装置３５へと蓄電される。次に、ステップＳ３６において、逆潮流の終了時間Ｈｅか否かが判断され、逆潮流の終了時間Ｈｅになるまで、ステップＳ３３〜ステップＳ３５が繰り返される。そして、ステップＳ３６において、逆潮流の終了時間Ｈｅと判断された場合は、図６に示す電力量Ｐ_ｎ・ｈを逆潮流したことになるので、ステップＳ３７に進み、スイッチ４０がオン状態に設定され、スイッチ４２とスイッチ４４がオフ状態に設定され、太陽光発電装置３１で発電された電力Ｐ_ｎｏｗが全て蓄電装置３５へと蓄電される。次に、ステップＳ３８において、日付が変更されたか否かが判断され、日付が判断されるまで、ステップＳ３８が繰り返される。そして、ステップＳ３８において日付が変更されたと判断されると、ステップＳ３９に進む。次に、ステップＳ３９において、設定されている日付ｎがｎ＋１へと更新されて、ステップＳ４０に進む。次に、ステップＳ４０において、積算電力量センサ３３から送られた前日に太陽光発電装置３１によって発電された電力量Ｗ_ｎ−１に基づいて、今日逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎ［＝｛ＷＧ_ｎ＋μ（Ｗ_ｎ−ＷＧ_ｎ）｝／ｈ＝｛μＷ_ｎ＋（１−μ）ＷＧ_ｎ｝／ｈ］を演算する。次に、ステップＳ４１において、演算された逆潮流させるための一定の電力Ｐ_ｎがインバータ３６に送信されるとともに、次のステップＳ４２において逆潮流させるための一定の電力Ｐ_ｎが電力会社１２に送信されて、ステップＳ３２に戻る。

第２実施形態では、上記のように、逆潮流させる一定の電力Ｐ_ｎのうち少なくとも一部を太陽光発電装置３１から蓄電装置３５を介さずに直接逆潮流させることにより、蓄電装置３５への蓄電時および蓄電装置３５からの逆潮流時の電力損失を低減することができる。また、蓄電するための装置を１台の蓄電装置３５のみで構成することによって、自然エネルギー発電システム３０の構成を簡素化することができる。また、蓄電するための装置を１台の蓄電装置３５のみで構成した場合にも、切換機構３４により、容易に、蓄電装置３５への蓄電、蓄電装置３５からの逆潮流および太陽光発電装置３１からの逆潮流を、切り換えることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、太陽光発電装置を有する自然エネルギー発電システム１および３０の例を示したが、本発明はこれに限らず、風力発電装置などを備えた自然エネルギー発電システムにも適用可能である。

また、上記第１および第２実施形態では、通信装置を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、図９に示す第１実施形態の変形例の自然エネルギー発電システム６０のように、第１実施形態の構成において通信装置を省略してもよい。また、同様に、第２実施形態の構成において、通信装置を省略してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、鉛蓄電池を有する蓄電装置６、７および３５の例を示したが、本発明はこれに限らず、電気２重層コンデンサやリチウム二次電池からなる蓄電装置を適用可能である。

また、上記第１および第２実施形態では、蓄電装置の蓄電量を検出する手段を設けない例を示したが、本発明はこれに限らず、蓄電量を検出可能に構成してもよい。このように構成した場合、満蓄電状態の場合、蓄電を停止するように構成してもよい。また、蓄電装置を保護するために、一定の電力量を残した状態で逆潮流を停止するように構成してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、期間Ｈｓ〜Ｈｅ（たとえば、１０時〜１６時）を固定的に設定した例を示したが、本発明はこれに限らず、電力会社からの通信によって変更可能としたり、ユーザによって変更可能に構成してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、日付ｎの日に発電された電力量に基づいて日付ｎ＋１の日に逆潮流させる電力を演算する例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、午前中に発電された電力量に基づいて、同じ日の午後から逆潮流させる電力を演算するようにしてもよい。さらに、風力発電装置や太陽光発電装置によって、任意の所定の期間に発電された電力量に基づいて、逆潮流させる一定の電力を決定するように構成することが可能である。

本発明の第１実施形態による自然エネルギー発電システムの全体構成を説明するためのブロック図である。 １日の間に、太陽電池によって発電される電力および逆潮流させる電力と、時間との関係を示した相関図である。 図３は、昨日発電された電力および今日逆潮流させる一定の電力と時間との関係を示した相関図である。 図１に示した第１実施形態による蓄電装置を２台含む自然エネルギー発電システムを用いた蓄電および逆潮流の方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２実施形態による自然エネルギー発電システムの全体構成を説明するためのブロック図である。 太陽光発電装置から切換機構へ出力される電力および自然エネルギー発電システムによって逆潮流される電力と、時間との関係示した相関図である。 太陽光発電装置から切換機構へ出力される電力および自然エネルギー発電システムによって逆潮流される電力と、時間との関係示した相関図である。 図５に示した第２実施形態による蓄電装置を１台のみ含む自然エネルギー発電システムの蓄電および逆潮流の方法を説明するためのフローチャートである。 第１実施形態の変形例による自然エネルギー発電システムの全体構成を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１ 自然エネルギー発電システム
２ 太陽光発電装置
６ 蓄電装置（第１蓄電装置）
７ 蓄電装置（第２蓄電装置）
１０ 制御部
３０ 自然エネルギー発電システム
３１ 太陽光発電装置
３５ 蓄電装置
３８ 制御部

Claims (5)

1. 自然エネルギーにより発電する自然エネルギー発電装置と、
   前記自然エネルギー発電装置により発電された電力を蓄電可能な蓄電手段と、
   前記蓄電手段に蓄電された第１の期間の電力量に基づいて、前記第１の期間と異なる第２の期間に逆潮流させる電力を予め決定し、その決定された一定の電力を前記第２の期間に逆潮流させる制御部とを備え、
   前記蓄電手段は、１台の蓄電装置を含み、
   前記制御部は、前記自然エネルギー発電装置により発電されている電力が、前記制御部により決定された逆潮流させる一定の電力よりも大きい場合には、前記自然エネルギー発電装置からの電力の一部を逆潮流させるとともに残りの余剰電力を前記蓄電装置に蓄電させ、前記自然エネルギー発電装置により発電されている電力が、前記制御部により決定された逆潮流させる一定の電力よりも小さい場合には、前記自然エネルギー発電装置と前記蓄電装置との両方の電力を逆潮流させる、自然エネルギー発電システム。
2. 前記自然エネルギー発電装置から前記蓄電装置へ蓄電するための第５スイッチ手段と、前記蓄電装置から電力を逆潮流させるための第６スイッチ手段と、前記自然エネルギー発電装置から直接電力を逆潮流させるための第７スイッチ手段とを有する第２切換手段をさらに備えた、請求項１に記載の自然エネルギー発電システム。
3. 電力会社との通信手段をさらに備え、
   前記制御部によって決定された逆潮流させる一定の電力を、前記制御部が前記通信手段を介して予め電力会社に通知する、請求項１または２に記載の自然エネルギー発電システム。
4. 前記第１の期間は、前記第２の期間の前日の期間である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の自然エネルギー発電システム。
5. 前記自然エネルギー発電装置は、太陽光発電装置を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の自然エネルギー発電システム。

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