JP4998909B1

JP4998909B1 - 太陽光発電システム

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Publication number: JP4998909B1
Application number: JP2012025083A
Authority: JP
Inventors: 秀彦稲垣
Original assignee: Hokoku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Hokoku Kogyo Co Ltd
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2032-02-08
Also published as: JP2013162717A

Abstract

【課題】蓄電池を備え、自立運転が可能な太陽光発電システムにおいて、災害時、避難所の停電が長期に亘っても、太陽光エネルギに応じて最適な負荷供給電力量となるように非常用負荷を自動制御し避難者自身による負荷調整も容易に可能とする。
【解決手段】系統停電が発生した場合、夜間の自立運転に備えて、昼間の自立運転では蓄電池回復充電電力量を確保した適正な負荷供給電力量となるように、非常用コンセント１５の負荷電力量に応じて非常用照明１８ａの点灯数を自動制御することで、昼間の太陽光発電電力量により蓄電池８に回復充電をしながら非常用負荷に電力供給をし、夜までに太陽光発電電力による回復充電を完了させる非常用負荷制御装置２２を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、災害発生時の収容型避難所等における発電システムに好適な太陽光発電システムに関するものである。

従来から、重要負荷のある施設等において蓄電池設備を設けた太陽光発電システムが用いられているが、系統連系運転及び自立運転の機能を有した太陽光発電システムは、太陽電池及び蓄電池を直流電源として備えてなる。
このような太陽光発電システムは、系統（電力会社の電力系統）が正常な時は太陽電池の直流電力をあるいは太陽電池と蓄電池双方の直流電力を系統電源に同期した交流電力に逆変換し、電力を系統の負荷に給電して分散型電源を形成する。
災害等による系統停電時には、系統から解列して自立運転により、太陽電池及び蓄電池の直流電力を交流電力に逆変換し、この電力を非常用負荷等に給電する。

系統連系時の夜間は、太陽電池の出力電力がなくなり、系統連系運転を維持することができなくなるので、系統連系運転は停止する。つまり通常系統が正常な時の系統連系運転時には蓄電池設備を活用しないシステムが多い。
最近では、繰り返し充放電しても期待寿命を確保できる蓄電池の開発により、系統が正常な時にもこの蓄電池を活用し、昼間のピーク電力をシフトして契約電力の低減を図るピークシフトをするために、昼間のピーク電力時に蓄電池からも合わせて放電（給電）するシステムも提案されている。
災害等による系統停電時に自立運転によって放電した蓄電池は、系統が正常に復電したとき、系統電力によって次の自立運転に備えて蓄電池を充電するシステムも提案されている。
ここで夜間とは、おおよそ日の入りから日の出までの時間を指す。詳しくは、日の入り近くになって太陽光発電システムが太陽光発電電力使用不可能の出力電圧になってから使用可能の出力電圧になる明け方（日の出を少し過ぎる）までの時間を指す。以下、単に夜とも記す。また昼間とは、おおよそ、日の出から日の入りまでの時間を指す。詳しくは、日の出を経て太陽光発電システムが太陽光発電電力使用可能の出力電圧になってから使用不可能の出力電圧になる夕方（日の入り近く）までの時間を指す。以下、単に昼とも記す。

なお、上記従来技術を含む負荷電力制御に関連する従来システムは、以下の特許文献１〜５等に開示されている。
特許文献１では、コンビニ等を対象とした負荷電力管理システムが開示されている。
特許文献２では、エネルギ保存システム及びその制御方法が開示されている。
特許文献３では、避難所における自然エネルギ源と可搬形発電機により、負荷と発電のバランスをとるシステムが開示されている。
特許文献４では、家庭内の負荷供給電力量を確認できる表示装置を電灯のスイッチやコンセントや備えた太陽光発電システムが開示されている。
特許文献５では、各分散型電源が自立運転される際に、分散型電源間で出力電力等の情報をやりとりして同期をとることなく、各分散型電源を並列同期運転する制御方法が開示されている。
特許文献６では、昼間は系統連系を優先して放電した蓄電池を昼夜の別なくすみやかに充電し、かつ、蓄電池を極力満充電状態に保って次の自立運転に備えるようにする。

特開２０１０−１６９９９号公報特開２０１１−１３５７６３号公報特許第４７１９７０９号特開２００５−２４１３８８号公報特開平１１−８９０９６号公報特開２００１−２２４１４２号公報

大規模災害等により系統停電が長期間発生した場合には、系統電力による確実な蓄電池回復充電ができないため、この蓄電池回復充電は自然エネルギに頼ることになる。
しかし、自然エネルギとして代表的な太陽光エネルギによる太陽光発電電力は天候（主に良、不良の別、例えば晴れか、雨又は曇りか）により左右されるため、上記蓄電池回復充電を管理することは従来システムでは困難であった。昼夜共に非常用負荷に電力供給しながら太陽光エネルギによる発電電力（太陽光発電電力）によって上記蓄電池回復充電を管理することは、従来システムにおいて更に困難であった。

また災害時には、昼夜共に非常用負荷に対して自立運転による電力供給が望まれる。しかし従来システムでは、昼間に自立運転をしながら夜間の全電力量を蓄電池からの放電（給電）により賄う自立運転に備えるための蓄電池回復充電を、夜までに完了させることは非常に困難であった。太陽光エネルギは変化するエネルギであり、また、負荷には使用制限がないので負荷も変動するからである。
したがって上記蓄電池回復充電は、安定して信頼性高く充電管理のしやすい系統復電後の系統電力により行うのが一般的であった。

また従来、自立運転をしながら昼間の余剰電力を蓄電池に充電できるシステムも提案されているが、太陽光発電電力は上記のように天候に左右される不安定な自然エネルギである。このため、自立運転による電力供給も蓄電池電圧の監視による出力制限があるものの、夜までに蓄電池を充電する余剰電力を確実に確保することができず、回復充電が完全に行われない場合もある。したがって、夜間に非常用照明や非常用コンセントに電力供給できない致命的な問題が発生する虞がある。

更に従来システムにおいては、夜間の自立運転では全電力量を蓄電池からの放電（給電）により賄うこととなるが、この全電力量は専門的知識のある技術者を除いて容易に監視・管理できないため、使用電力量は使用者に委ねることになる。その結果、翌日昼間の天候が悪く太陽光発電電力量が少ない場合には、翌日昼間の蓄電池充電電力量も少なく、回復充電が完全に行われないこともあり、翌日夜間の負荷供給電力量が確保できなくなる場合もある。

また従来システムにおいては、設置場所における翌日の天候を知り得ないことから、翌日の太陽光発電電力量も予想できない。このため、翌日に蓄電池回復充電がどの程度まで行われるかが不明であり、本日どの程度まで蓄電池を放電してよいか、適正な蓄電池放電量である負荷供給電力量が分からないという問題がある。
このため、翌日の太陽光発電電力量が本日の負荷供給電力量を大きく上回る場合は、蓄電池の蓄電容量が不足して、蓄電できるはずの太陽光エネルギを蓄電ができず、得られるはずの太陽光エネルギが活用されない結果となる。
一方、翌日の太陽光発電電力量が本日の負荷供給電力量を大きく下回る場合は、回復充電が不完全となり、夜間に電力供給できなかったり、自立運転自体ができなくなることもあり得る。
翌日の太陽光発電電力量により回復充電をするため、翌日の天候予測から太陽光発電電力量を予想できなければ、本日の適正な蓄電池放電量である負荷供給電力量が分からないが、従来システムでは、この点についての配慮がされていないという問題がある。

従来システムの中には、蓄電池の放電終止電圧にてパワーコンディショナ（以下、パワコンと略記する。）の自立運転を停止する方法が提案されている。しかしこの従来システムでは、翌日の蓄電池回復充電電力量を考慮していない固定された設定値で自立運転を停止するよう運転制御する。このため、翌日昼間の天候が悪く蓄電池充電電力量（蓄電池回復充電電力量）が不足した場合には、翌日夜間の電力供給ができなくなるという問題がある。

更に従来システムにおいては、系統が停電しパワコンの自立運転によりコンセントの負荷に電力供給する場合は、コンセントに非常用コンセント等の表示を設け、系統電力により供給する一般配線回路の一般コンセントとは別に独立したコンセント回路を構築する。
しかし、この非常用コンセントから電力供給する場合、その非常用コンセントとパワコンとが離れた場所にあり、現在の太陽光発電電力や蓄電池充電残量（蓄電池充電率）、負荷容量等の状態を容易に把握できない。その上、使用者は専門的知識がない人が多いので、適正な蓄電池放電量である負荷供給電力量が全く分からないという問題がある。また、システム管理者も不在な場合が多く、現在の負荷が適正であるかどうか不明となって、負荷（負荷供給電力量）が多すぎたり、もっと使えるのに少なかったりする、という問題がある。

また従来システムにおいては、非常用コンセントに優先順位を設け、コンセント回路を優先順位に従って適宜遮断することで負荷（負荷供給電力量）を調整する方法もある。
しかし、避難所等における優先順位を設けられない非常用コンセントの負荷を、電力供給管理の観点から一方的に遮断すると、複数の家族あるいはグループが非常用コンセントを使用する場合に不公平感が生じるという問題がある。

本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、蓄電池を備えた自立運転が可能な太陽光発電システムにおいて、災害時に収容型避難所等において系統停電が長期間に亘っても、得られる太陽光エネルギに応じて最適な負荷供給電力量となるように非常用負荷を自動制御でき、また手動によっても容易に負荷調整可能にすることを課題とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、系統からの電力供給時には系統電力と太陽電池とから負荷に電力供給をする系統連系運転を行い、系統停電時には系統から解列して自立運転ができるパワーコンディショナと、夜間でも自立運転が可能なように蓄電池とを備え、自立運転時には系統電力から供給する負荷回路とは異なる独立した負荷回路により非常用負荷である非常用コンセントの負荷及び非常用照明に電力供給する太陽光発電システムにおいて、系統停電が発生した場合、夜間の自立運転に備えて、昼間の自立運転では蓄電池回復充電電力量を確保した適正な負荷供給電力量となるように、前記非常用コンセントの負荷電力量に応じて前記非常用照明の点灯数を自動制御して、昼間の太陽光発電電力量により前記蓄電池に回復充電をしながら前記非常用負荷に電力供給をし、夜までに太陽光発電電力による回復充電を完了させる非常用負荷制御装置を具備することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、太陽電池設備容量は、システム設置場所における必要最低限の照度から前記非常用照明の容量及び最少点灯数を決定し、その容量及び最少点灯数から求まる太陽光発電電力量を天候不良時でも確保できる設備容量に設定され、非常用照明設備容量は、天候不良時でも前記システム設置場所の最低照度を確保し、前記太陽電池設備容量において前記非常用コンセントの負荷がゼロの時には、天候の良い時の供給可能電力量を消費する最多点灯数となる設備容量に設定され前記非常用負荷制御装置は、夜間の自立運転では全電力量を前記蓄電池からの放電により賄い、この全電力量を、翌日昼間の太陽光発電電力量から該昼間の予想負荷供給電力量を減算して得た前記蓄電池回復充電電力量を夜間の蓄電池適正放電電力量とすることで、蓄電池夜間放電電力量を翌日昼間に回復充電できるように、前記夜間の蓄電池適正放電電力量を夜間供給可能電力量と定め、前記非常用コンセントの負荷電力量に応じて最少点灯数から最多点灯数の間で前記非常用照明を自動点消灯制御し、常に太陽光発電電力量に見合った非常用負荷に負荷調整し、かつ、非常用コンセントの負荷回路の電力監視及び遮断が可能で、太陽光発電電力量が小さく前記非常用コンセントの負荷が大きい場合にはその負荷回路を遮断することで、前記蓄電池の適正放電電力量を管理することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記非常用負荷制御装置は、大気圧検出部及び／又は日射量検出部により所定時間毎に計測した気圧データ及び／又は日射量データに基づいて翌日昼間の天候予測を行い、この天候予測の結果と、外気温度検出部により所定時間毎に計測した気温データ及び実績太陽光発電電力量とに基づいて翌日昼間の予想太陽光発電電力量を求め、翌日の夜間供給可能電力量において、非常用コンセントの負荷電力量に応じて非常用照明の点灯数を自動制御することで、予想太陽光発電電力量と負荷供給電力量を等しくするように負荷調整することを特徴とする。

本発明によれば、災害時において、太陽光エネルギを有効に負荷に給電できると共に、太陽光エネルギによる蓄電池回復充電の信頼性が向上し、収容型避難所等に電力を安定供給することが可能となる。
また、長期間に亘る系統停電が発生しても収容型避難所等の非常用コンセントの負荷電力量が得られる太陽光エネルギに対し適正であるかを非常用照明の点灯数で知らしらしめ、使用者が容易に負荷調整をできるようにすることで、長期間安定して電力を供給することが可能である。

本発明の一実施形態のブロック図である。図１中の非常用コンセントを拡大して示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明による太陽光発電システムの一実施形態を示すブロック図である。
この図１に示す太陽光発電システムは、災害発生時の収容型避難所等に設置されるもので、太陽電池１と、接続箱２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３、ＤＣ／ＡＣインバータ４、蓄電池充放電装置５及びパワコン制御部６からなるパワコン７と、蓄電池８とで構成されたシステム本体を備える。
このシステム本体は、パワコン７によって、系統（電源）９からの電力供給時には系統電力と太陽電池１とから一般負荷１０に電力供給をする系統連系運転を行い、系統停電時には系統９から解列して自立運転ができる。
そして、夜間でも自立運転が可能なように蓄電池８を備え、自立運転時には系統電力から供給する一般負荷１０とは異なる独立した非常用負荷、図示例では非常用コンセント１５の負荷及び非常用照明１８ａに電力供給するという公知の太陽光発電システム（公知システム）を構成する。
ここで、非常用コンセント１５は複数備えて非常用コンセント群１４を構成し、各非常用コンセント１５はコンセント電源ランプ１６及びコンセント警報ブザー１７が付設されている。非常用照明１８ａも複数備えて群（非常用照明群１８）を構成する。
なお、非常用コンセント１５の負荷とは非常用コンセント１５に繋がれた負荷を指す。非常用コンセント１５の負荷及び非常用照明１８ａを非常用負荷と総称する。また、非常用コンセント１５の負荷及び非常用照明１８ａは各々負荷回路とも記し、電力とは電力量を指すこともある。

図１に示す太陽光発電システムは、上記の公知システムに、以下の構成を付加してなる。
すなわち、負荷開閉器（電磁開閉器等）１２及び電力検出部１３からなる非常用負荷配電部１１、蓄電池電力検出部（直流電圧及び充電電流、放電電流の検出部）１９、外気温度検出部２０、大気圧検出部２１、非常用負荷制御装置２２及び日射量検出部２３を付加してなる。

以上の構成において、本実施形態に係る太陽光発電システムは、おおよそ次のように自立運転の負荷制御をする。
すなわち、蓄電池８の充電状態を監視する手段としての蓄電池電力検出部１９により検出した蓄電池電圧と、外気温度検出部２０により検出した気温と、大気圧検出部２１により検出した気圧と、日射量検出部２３により検出した日射量と、パワコン制御部６からの昨日（例えば１月１日、ここでは停電発生前日でもある。）昼間の太陽光発電電力量（実績太陽光発電電力量）とによって、翌日（１月２日：停電発生日でもある。）昼間の予想太陽光発電電力量を演算する。実績太陽光発電電力量は、その日の、ここでは昨日の、日の入り後には分かっており、またこのとき（日の入り時）、蓄電池８は満充電に充電されている。
そして、演算された予想太陽光発電電力量から、翌日（１月２日）昼間の非常用コンセント１５の予想負荷供給電力量を減算して予想蓄電池回復充電電力量（蓄電池８が満充電に回復するための充電電力量）を求める。
そして、上記予想蓄電池回復充電電力量と、翌日（１月２日）の夜間（１月２日の日の入りから１月３日の日の出まで）の全電力量である負荷供給可能電力量とがほぼ等しくなるように、非常用負荷配電部１１に対し自立運転の負荷制御をする。
以上の演算、制御は非常用負荷制御装置２２が行う。

上記非常用負荷制御装置２２は、非常用コンセント１５の負荷の電力検出（監視）が可能である。また非常用負荷制御装置２２は、非常用負荷配電部１１を制御して各非常用コンセント１５の負荷及び各非常用照明１８ａ毎に開閉制御可能であり、更に各非常用コンセント１５に対しては、電力供給表示や遮断を警告する警告音源からの警告音の発生制御が可能である。

非常用負荷制御装置２２は、系統正常時には系統連係運転を優先させ、系統が停電した時は自立運転を自動的に開始させる。昼間は太陽電池１と蓄電池８の電力（直流電圧・充放電電流）を監視しながら、大気圧検出部２１により所定時間毎に計測した気圧を、自身に内蔵するデータベースに蓄積する。同様にして、外気温度検出部２０により検出した気温と、日射量検出部２３により検出した日射量と、パワコン制御部６からの昨日昼間の実績太陽光発電電力量等も、上記データベースに蓄積する。上記の他、非常用負荷制御装置２２に接続された全ての回路や装置からの各種データを昼間の非常用コンセント１５の予想負荷供給電力量として活用してもよい。
そして、大気圧検出部により所定時間毎に計測した気圧データ、特に同気圧データを適宜時間経過後の値と比較して求めた気圧傾度に基づいて、翌日昼間の天候（例えば晴れ、曇り、雨）を予測（天候予測）する。そして、得られた天候予測の結果と、昨日の実績日射量及び実績太陽光発電電力量とに基づいて、翌日昼間の予想太陽光発電電力量を演算する。

翌日昼間の天候予測を、気圧傾度の他、上記の気温、日射量あるいは実績太陽光発電電力量等以外に、湿度、既に気象庁等で開示されているシステム設置場所の平均日射量を用いて行ってもよい。
本実施形態では、得られた天候予測の結果と、昨日の実績日射量及び実績太陽光発電電力量とに基づいて翌日昼間の予想太陽光発電電力量を求める。そして、本日（昨日の翌日）の夜間供給可能電力量において、上記予想太陽光発電電力量と非常用コンセント１５の負荷電力量に応じて本日夜間（詳しくは本日の日の入りから次の日の日の出までの時間）の非常用照明１８ａの点灯数を自動制御する。すなわち、予想太陽光発電電力量に見合った非常用負荷供給電力量となるように、具体的には予想太陽光発電電力量と非常用負荷供給電力量が等しくなるように、非常用照明１８ａの点灯数を制御（負荷調整制御）する。

気圧傾度に基づいて翌日昼間の天候予測を行い、昨日の温度と、その翌日つまり本日の温度とによって仮予想太陽光発電電力量の補正を行う。
そして、本日夜間の非常用照明１８ａの点灯数を、上記補正後の予想太陽光発電電力量と非常用コンセント１５の負荷電力量によって自動で点灯数を制御することで、予想太陽光発電電力量と非常用負荷供給電力量が等しくなるように、非常用照明１８ａの点灯数を制御（負荷調整制御）するようにしてもよい。

上記にて得られた予想太陽光発電電力量と実際の太陽光発電電力量には必ず誤差が発生する。予想太陽光発電電力量が実際の太陽光発電電力量を下回る場合は、蓄電池回復充電電力量は確保され、余剰電力を昼間のコンセント負荷に供給することで得られる太陽光エネルギを有効活用する。予想太陽光発電電力量が実際の太陽光発電電力量を上回る場合は、蓄電池回復充電電力量が不足する可能性があるため、正時経過毎に蓄電池回復充電状態を監視し予想コンセント負荷電力量（計画コンセント負荷供給電力量）を減少させ蓄電池回復充電を優先した発電電力の配分を行う。

非常用照明１８ａの点灯及び消灯は、日射量検出部２３にて得られた照度もしくはパワコン7の出力電力の大きさにて、非常用負荷制御装置２２が非常用照明１８ａの点灯及び消灯の判断を行い、自動点灯、自動消灯することで、昼間の不必要な照明点灯や、夜間から朝方にかけての消し忘れ、昼間から夕方にかけての不必要な早期点灯を防止できる。
これにより、省エネルギの実現と照明設備管理者の削減を行うことができる。
また、非常用負荷制御装置２２が、非常用コンセント１５の負荷毎に電力監視することで、各非常用コンセント１５の負荷に公平に電力供給できる。そして、適正な負荷制御が行えるように非常用コンセント１５の負荷に応じて非常用照明１８ａの点灯数制御、つまり点灯数の増減をすれば、現在の電力状況を非常用コンセント１５の負荷の使用者に知らせることができる。これによれば、同使用者の非常用コンセント１５の負荷の調整を促す結果となり、翌日の太陽光発電電力に見合った電力供給量を、同翌日の使用者つまり本日の使用者が容易に負荷制御することができる。

非常用照明１８ａが最少点灯数に達しているにも拘わらず負荷容量が大きい非常用コンセント１５の負荷が使用された場合には、その非常用コンセント１５の負荷の使用者に警告を行うこともできる。警告は、非常用コンセント１５に設けた電力供給表示を行うコンセント電源ランプ１６を点滅させたり、同非常用コンセント１５に設けた警告音源からの警告音により行う。上記コンセント電源ランプ１６の点滅や警告音の発生後、非常用負荷配電部１１の負荷開閉器１２によりその非常用コンセント１５（負荷回路）を遮断して、蓄電池８の過放電を防止することができる。
コンセント電源ランプ１６は、各々その非常用コンセント１５の負荷への電力が供給状態であれば点灯し、遮断状態であれば消灯する。

自立運転が長期間に亘った場合でも、翌日の太陽光発電電力の予想と非常用負荷を制御することで、翌日の蓄電池回復充電を確実に行うことができると共に、翌日得られる太陽光エネルギを同翌日である本日に有効に活用することができる。
なお、系統（系統電源９）が正常に復帰した場合は、公知システムの場合と同様、系統電力により蓄電池回復充電が行われる。

なお、非常用負荷制御装置２２は、非常用負荷制御につき、自動で行わせる自動モード、手動で行う手動モード、試験をする試験モード、初期設定をするための初期設定モード等のモードを切替えるモード切替手段（図示せず）を備える。
上記初期設定モードにおいては、太陽電池１、蓄電池８、非常用照明１８ａ、非常用コンセント１５の各設備容量及び回路数等、及び非常用コンセント１５の負荷の警告に使用する各種設定の入力手段と、それらを制御するために必要な時限的要素を設定する入力手段を備える。非常用負荷制御は、上記のような初期設定モードにおける設定に従って行われる。
非常用負荷制御装置２２は、パワコン７のパワコン制御部６との通信により、パワコン７の運転状態や太陽光発電電力に関する種々のデータの送受信を行う。パワコン７の運転状態や太陽光発電電力に関するデータの受信によれば、日射量の実績や太陽光発電電力量の実績を演算し、非常用負荷制御に利用できる。

本実施形態に係る太陽光発電システムは、更に詳しくは以下のように構成されている。
夜間の非常用照明１８ａの点灯数制御は、上記のように非常用負荷制御装置２２による自動の負荷調整制御としているが、非常用コンセント１５の負荷の負荷調整は使用者による人的負荷調整により行う。このことから、自動制御の対象である非常用照明１８ａには点灯消灯スイッチは設けられていない。
夜間の非常用コンセント１５の負荷は、非常用照明１８ａによる負荷調整範囲を超えた場合、及び昼間の非常用コンセント１５の予想負荷供給電力量を超えた場合に、その回路（コンセント回路）が遮断されて非常用コンセント１５から切り離される。

太陽電池１の設備容量（太陽電池設備容量）は、日照時間が少ない冬季の曇天や雨天時における最少太陽光発電電力量でも、収容型避難所等のシステム設置場所の必要最低限の照度を確保するために、必要な非常用照明１８ａの最少負荷供給電力量を賄える設備容量に設定されている。
非常用照明群１８の設備容量（非常用照明設備容量）は、最大太陽光発電電力量となっている時に非常用コンセント群１４の負荷がなくても非常用照明１８ａにより消費できる設備容量に設定されている。したがって、最大太陽光発電電力量となっている時に非常用コンセント群１４の負荷がなければ、非常用照明１８ａは全数点灯することとなる。
非常用照明１８ａの点灯数は、非常用コンセント群１４の負荷供給電力量に応じて最少数（例えば２灯）から最多数（全灯数、例えば７灯）まで自動点消灯制御される。この自動点消灯制御は非常用負荷制御装置２２が行うが、この非常用負荷制御装置２２は、非常用照明１８ａの負荷供給電力量と非常用コンセント１５の負荷供給電力量の和が予想太陽光発電電力量と同じとなるように、上記の自動点消灯によって制御する。

非常用負荷制御装置２２は、上記の予想太陽光発電電力量から非常用照明１８ａの最少点灯時の負荷供給電力量を減算して非常用コンセント群１４の供給可能電力量を求め、その時の非常用コンセント１５の許容最大電力も求める。

昨日予想された予想太陽光発電電力量が少ない翌日夜間に、非常用照明１８ａの点灯数が最少点灯数（２灯）となった場合、非常用照明１８ａは最少点灯数である最低照度を確保する必要があることから、これ以上点灯数を減らすことができない。したがってこの場合、非常用負荷制御装置２２は、パワコン７の出力（合計負荷電力）が許容最大電力を超える場合には、突出したコンセント回路（負荷回路）に対して、所定時間、コンセント電源ランプ１６を点滅させたり、コンセント警報ブザー１７から警告音を発して使用者に非常用コンセント１５の負荷を減らすよう報知する。それでもその非常用コンセント１５の負荷を減さない場合には、その非常用コンセント１５のコンセント回路を負荷開閉器１２により遮断し、過負荷を防止する。
非常用負荷制御装置２２は、非常用照明１８ａの負荷電力量と非常用コンセント１５の負荷電力量の合計負荷電力量が、常にその時点で供給できる電力に等しくなるよう制御する。このことから、非常用コンセント１５の負荷が小さくなると、非常用照明１８ａの点灯数が増加してゆき、非常用コンセント１５の負荷が大きくなると、非常用照明１８ａの点灯数が減少してゆく。そして最少点灯数に達すると、それ以上点灯数は減少せず、収容型避難所等のシステム設置場所における夜間の必要最低限の照度を確保する。

以上述べた本実施形態によれば、災害時において、太陽光エネルギを有効に負荷に給電できると共に、太陽光エネルギによる蓄電池回復充電の信頼性が向上し、収容型避難所等に電力を安定供給することが可能となる。
また、長期間に亘る系統停電が発生しても収容型避難所等の非常用コンセント１５の負荷電力量が適正であるかを非常用照明１８ａの点灯数で知らしらしめ、使用者が容易に負荷調整をできるようにすることで、長期間安定して電力を供給することを可能である。
自立運転による蓄電池８の放電深度を決定づける負荷調整を使用者自ら容易に行えるため、翌日の太陽光エネルギによる蓄電池８への回復充電が確実に行われ、蓄電池８の期待寿命が確保されると共に、蓄電池８の性能を十分に発揮できる。

公知の太陽光発電システムでは、系統の停電時間を１時間から１日程度以下の短い時間を対象とし、重要負荷等の必要負荷供給電力量から蓄電池設備容量を決定しており、回復充電は系統復電を前提としている。蓄電池設備容量は、太陽電池設備容量に関係なく非常時の必要負荷供給電力量から求めた短時間対応型の太陽光発電システムが一般的である。
一方、本実施形態の太陽光発電システムでは、非常用負荷の必要電力量は収容型避難所等の非常用照明設備容量と非常用コンセント設備容量とそれらへの給電時間とによって決まり、これにより長期間に亘る系統停電にも対応できる独立した太陽光発電システムの確立を主目的とする。そして、１日の太陽光発電電力量で蓄電池回復充電を完了するよう蓄電池設備容量を決定しているため、公知の太陽光発電システムに比べてシステムの設備使用率が高くなる。

また、太陽電池設備容量に見合った蓄電池設備容量を選定することで蓄電池８を必要以上設ける必要がなく、経済的なシステム構築が可能となる。
更に、翌日の太陽光発電電力量に応じた非常用コンセント１５の負荷に応じて非常用照明１８ａの点灯数を自動制御することで過負荷を防止でき、使用電力量の自粛による負荷不足も防止でき、系統停電時の太陽光エネルギを有効に活用することができる。
また、太陽光発電電力の予想と非常用負荷の制御をすることで、長期間の安定した電力供給が可能となる。

上述した実施形態では、１日の太陽光発電電力量で蓄電池回復充電を完了するよう蓄電池設備容量を決定している場合について説明した。本発明は、長期間に亘る自立運転を太陽電池設備容量に見合った蓄電池設備容量にて安定的に継続することに主眼をおいた発明であるため、例えば２日間の太陽光発電電力量で蓄電池回復充電を完了するようにしてもよい。

非常用照明１８ａを自動点消灯制御することと、非常用コンセント１５の各回路（コンセント回路）に設けた電力検出部１３により現在の電力検出をすることにより、使用している非常用コンセント１５の負荷がどのような状況であるかを照明の点灯数で容易に知ることができる。また、非常用コンセント１５の回路単位で遮断して過負荷を防止できる。したがって、例えば複数の家族あるいはグループが非常用コンセント１５を使用する場合に公平に電力供給ができ、専門的知識のある技術者以外、例えば避難者である非常用コンセント１５の使用者自身による負荷調整を容易に行うことができる。

更に、非常用負荷制御装置２２に各種設定値を入力できるので、異なるシステム設置場所や、太陽電池１、蓄電池８、非常用照明１８ａ、非常用コンセント１５の各設備容量及び回路数等に柔軟に対応できる。
また、既存の蓄電池を備えた公知の太陽光発電システムに、非常用負荷設備と非常用負荷制御装置２２等を設けることで、本実施形態の太陽光発電システムを構築できる。つまり、パワコンメーカを問わずに本実施形態の太陽光発電システムを構築できるもので、拡張性のある安定した太陽光発電システムを提供できる。

１：太陽電池、６：パワコン制御部、７：パワコン（パワーコンディショナ）、８：蓄電池、９：系統電源、１０：一般負荷、１１：非常用負荷配電部、１２：負荷開閉器、１３：電力検出部、１４：非常用コンセント群、１５：非常用コンセント、１６：コンセント電源ランプ、１７：コンセント警報ブザー、１８：非常用照明群、１８ａ：非常用照明、１９：蓄電池電力検出部、２０：外気温度検出部、２１：大気圧検出部、２２：非常用負荷制御装置、２３：日射量検出部。

Claims

系統からの電力供給時には系統電力と太陽電池とから負荷に電力供給をする系統連系運転を行い、系統停電時には系統から解列して自立運転ができるパワーコンディショナと、夜間でも自立運転が可能なように蓄電池とを備え、自立運転時には系統電力から供給する負荷回路とは異なる独立した負荷回路により非常用負荷である非常用コンセントの負荷及び非常用照明に電力供給する太陽光発電システムにおいて、
系統停電が発生した場合、夜間の自立運転に備えて、
昼間の自立運転では蓄電池回復充電電力量を確保した適正な負荷供給電力量となるように、前記非常用コンセントの負荷電力量に応じて前記非常用照明の点灯数を自動制御して、昼間の太陽光発電電力量により前記蓄電池に回復充電をしながら前記非常用負荷に電力供給をし、夜までに太陽光発電電力による回復充電を完了させる非常用負荷制御装置を具備することを特徴とする太陽光発電システム。
太陽電池設備容量は、
システム設置場所における必要最低限の照度から前記非常用照明の容量及び最少点灯数を決定し、その容量及び最少点灯数から求まる太陽光発電電力量を天候不良時でも確保できる設備容量に設定され、
非常用照明設備容量は、
天候不良時でも前記システム設置場所の最低照度を確保し、前記太陽電池設備容量において前記非常用コンセントの負荷がゼロの時には、天候の良い時の供給可能電力量を消費する最多点灯数となる設備容量に設定され
前記非常用負荷制御装置は、
夜間の自立運転では全電力量を前記蓄電池からの放電により賄い、この全電力量を、翌日昼間の太陽光発電電力量から該昼間の予想負荷供給電力量を減算して得た前記蓄電池回復充電電力量を夜間の蓄電池適正放電電力量とすることで、蓄電池夜間放電電力量を翌日昼間に回復充電できるように、前記夜間の蓄電池適正放電電力量を夜間供給可能電力量と定め、前記非常用コンセントの負荷電力量に応じて最少点灯数から最多点灯数の間で前記非常用照明を自動点消灯制御し、常に太陽光発電電力量に見合った非常用負荷に負荷調整し、かつ、非常用コンセントの負荷回路の電力監視及び遮断が可能で、太陽光発電電力量が小さく前記非常用コンセントの負荷が大きい場合にはその負荷回路を遮断することで、前記蓄電池の適正放電電力量を管理することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
前記非常用負荷制御装置は、
大気圧検出部及び／又は日射量検出部により所定時間毎に計測した気圧データ及び／又は日射量データに基づいて翌日昼間の天候予測を行い、この天候予測の結果と、外気温度検出部により所定時間毎に計測した気温データ及び実績太陽光発電電力量とに基づいて翌日昼間の予想太陽光発電電力量を求め、翌日の夜間供給可能電力量において、非常用コンセントの負荷電力量に応じて非常用照明の点灯数を自動制御することで、予想太陽光発電電力量と負荷供給電力量を等しくするように負荷調整することを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電システム。