JP4998909B1 - 太陽光発電システム - Google Patents
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Abstract
【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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
Claims (3)
- 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。
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