JP5673551B2 - 蓄電ユニット、発電システムおよび充放電システム - Google Patents

Description

本発明は、蓄電ユニット、発電システムおよび充放電システムに関し、特に、電力を蓄電可能な蓄電部を備えた蓄電ユニット、発電システムおよび充放電システムに関する。

従来、電力を蓄電可能な蓄電池を備えた発電システムが知られている。このような発電システムは、たとえば、特開平１１−１２７５４６号公報に開示されている。

この発電システムでは、太陽光発電モジュールが電力系統に連系されている。そして、太陽光発電モジュールには、太陽光発電モジュールの発電電力を蓄電可能なように蓄電池が接続されている。蓄電池は、電力系統からも充電することが可能に構成されている。また、蓄電池は、所定の場合に放電して所定の負荷に電力を供給することが可能である。

特開平１１−１２７５４６号公報

実際にシステムを設置する場合に、蓄電池をどのように設置するのかについては開示していないが、たとえば、屋外に蓄電池を設置する場合に蓄電池を保護するために、蓄電池および蓄電池の充放電に必要な機器を筐体に収納して用いることが考えられる。しかしながら、蓄電池を筐体に収納した場合には、上記機器からの発熱や直射日光によって筐体内の温度（蓄電池の温度）が上昇し易くなってしまうという不都合がある。そして、筐体内の温度が上昇した場合には、蓄電池そのものに悪影響を与える可能性がある。

この発明の１つの目的は、蓄電部を筐体に収納して用いる場合にも、蓄電部そのものに悪影響を与えることを抑制することが可能な蓄電ユニット、発電システムおよび充放電システムを提供することである。

この発明の第１の局面による蓄電ユニットは、電力を蓄電する蓄電部と、電力を変換するコンバータと、コンバータの近傍に配置された第１温度検知部と、少なくともコンバータ、第１温度検知部および蓄電部を収納する筐体とを備える。また、この蓄電ユニットは、筐体に収納され、コンバータを制御する制御部をさらに備え、 制御部は、第１温度検知部による検知温度が所定の第１閾値以上になったと判断した場合に、コンバータの駆動を停止し、電力系統から蓄電部を介さずに所定の負荷に電力を供給する第２電力供給経路をさらに備え、 制御部は、第１温度検知部による検知温度が第１閾値以上になったと判断した場合に、蓄電ユニットの機器のうちの第２電力供給経路上の機器以外の少なくとも１つの機器の駆動を停止する。なお、「コンバータの近傍」とは、コンバータを中心として、コンバータから筐体の内壁までの距離のうち最も長い距離の半分の距離の範囲内を表す。

蓄電部を筐体に収納して用いる場合にも、蓄電部の温度の上昇を抑制することができるので、蓄電部の機能が低下することを抑制することができるとともに、蓄電部に悪影響を与えてしまうことを抑制することができる。

本発明の第１実施形態による発電システムの構成を示すブロック図である。 図１に示した第１実施形態による発電システムの切替スイッチの詳細構造（第１状態および第４状態）を説明するための図である。 図１に示した第１実施形態による発電システムの切替スイッチの詳細構造（第２状態および第３状態）を説明するための図である。 図１に示した第１実施形態による発電システムの切替スイッチの詳細構造（第２状態および第４状態）を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による発電システムの蓄電ユニットを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態による発電システムの蓄電ユニットを示す上面図である。 本発明の第１実施形態による発電システムの蓄電ユニットを示す断面図である。 本発明の第２実施形態による発電システムの構成を示すブロック図である。

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）
まず、図１〜図７を参照して、本発明の第１実施形態による発電システム（太陽光発電システム１）の構造を説明する。

太陽光発電システム１は、太陽光を用いて発電した電力を出力する発電電力出力部２と、電力系統５０に接続され、発電電力出力部２により出力された電力を逆潮流が可能となるように電力系統５０側に出力するインバータ３と、インバータ３および電力系統５０を接続する母線４に接続された切替スイッチ５および切替スイッチ６と、切替スイッチ６に接続された蓄電ユニット７とを備えている。

インバータ３は、発電電力出力部２から出力された直流の電力を交流に変換する機能を有している。発電電力出力部２は、インバータ３を介して電力系統５０に連系されている。

切替スイッチ５には特定負荷６０が接続されている。特定負荷６０は、交流電源によって駆動される機器である。特定負荷６０には、常に電源から電力が供給されていることが望まれ、常時動作する必要のある機器が含まれる。

発電電力出力部２は、互いに直列接続された複数の太陽光発電モジュール２１を含んでいる。太陽光発電モジュール２１は、薄膜シリコン系や結晶シリコン系、或いは化合物半導体系など、種々の太陽電池を用いて構成することができる。なお、太陽光発電モジュール２１は、本発明の「発電モジュール」の一例である。

また、切替スイッチ５は、配線５ａを介して母線４に接続されており、配線５ｂを介して特定負荷６０に接続されている。切替スイッチ５は、配線５ｃおよび５ｄと配線６ａおよび６ｂとを介して切替スイッチ６に接続されている。

この切替スイッチ５は、３つの切替スイッチ５１、５２および５３を内部に含んでおり、ユーザの操作により３つの切替スイッチ５１〜５３のオン／オフが一斉に切り替えられる。すなわち、ユーザの操作により、切替スイッチ５１、５２および５３がそれぞれオフ、オフおよびオンの第１状態と、切替スイッチ５１、５２および５３がそれぞれオン、オンおよびオフの第２状態とが切り替えられる。

第１状態では、配線５ａと配線５ｂとがオンになった切替スイッチ５３を介して接続されており、配線５ａと配線５ｃとの間はオフになった切替スイッチ５２により切断されており、配線５ｄと配線５ｂとの間はオフになった切替スイッチ５１により切断されている。この結果、第１状態では、母線４と特定負荷６０とが蓄電ユニット７を介さずに接続される。また、この第１状態では、切替スイッチ５と切替スイッチ６との間で電気的な接続が切断されているので、母線４と蓄電ユニット７とは電気的に切り離されている。したがって、切替スイッチ５が第１状態にある場合には、母線４から特定負荷６０に電力供給を行うことが可能である。

第２状態では、配線５ａと配線５ｂとの間はオフになった切替スイッチ５３により切断されており、配線５ａと配線５ｃとの間はオンになった切替スイッチ５２を介して接続されており、配線５ｄと配線５ｂとの間はオンになった切替スイッチ５１を介して接続されている。この第２状態では、切替スイッチ５と切替スイッチ６とが電気的に接続される。この結果、後述する切替スイッチ６の切替に応じて母線４の接続先が切り替わる。

切替スイッチ５は、屋内に設置されている配電盤８に設けられている。また、特定負荷６０およびインバータ３も屋内に設置されている。

切替スイッチ６には、配線６ｃおよび蓄電ユニット７の配線７ａを介してＡＣ−ＤＣコンバータ７２が電気的に接続されている。また、切替スイッチ６は、配線６ｄおよび蓄電ユニット７の配線７ｂを介して蓄電ユニット７内のインバータ７４ａと接続されている。

この切替スイッチ６も、切替スイッチ５と同様に、ユーザの手動による操作によって切り替えられる。切替スイッチ６は、３つの切替スイッチ６１、６２および６３を内部に含んでおり、ユーザの操作により３つの切替スイッチ６１〜６３のオン／オフが一斉に切り替えられる。すなわち、ユーザの操作により、切替スイッチ６１、６２および６３がそれぞれオフ、オフおよびオンの第３状態と、切替スイッチ６１、６２および６３がそれぞれオン、オンおよびオフの第４状態とが切り替えられる。

第３状態では、配線６ａと配線６ｂとがオンになったスイッチ６３を介して接続されており、配線６ａと配線６ｃとの間はオフになったスイッチ６２により切断されており、配線６ｄと配線６ｂとの間はオフになったスイッチ６１により切断されている。切替スイッチ６と蓄電ユニット７との間で電気的な接続が切断されているので、母線４と蓄電ユニット７とは電気的に切り離されている。また、第４状態では、配線６ａと配線６ｂとの間がオフになったスイッチ６３により切断されており、配線６ａと配線６ｃとの間はオンになったスイッチ６２を介して接続されており、配線６ｄと配線６ｂとの間はオンになったスイッチ６１を介して接続されている。切替スイッチ６と蓄電ユニット７とが電気的に接続されているので、第２状態の切替スイッチ５を介して母線４と蓄電ユニット７とが電気的に接続されている。

また、切替スイッチ５と切替スイッチ６とは互いに独立して電流経路を切り替えることが可能である。第１実施形態では、屋内において切替スイッチ５を第１状態に切り替えるか、または、屋外において切替スイッチ６を第３状態に切り替えることにより、母線４と蓄電ユニット７とを電気的に切り離すことが可能である。蓄電ユニット７を取り外した状態において切替スイッチ５が第１状態に切り替えられることにより、配線５ａおよび５ｂを通る電流経路を介して特定負荷６０に電力系統５０および発電電力出力部２のいずれか一方または両方から特定負荷６０に直接電力が供給される。蓄電ユニット７を取り外した状態において切替スイッチ５および切替スイッチ６をそれぞれ第２状態および第３状態にした場合においても、同様に、配線５ａ、５ｃ、６ａ、６ｂ、５ｄおよび５ｂを通る電流経路を介して、電力系統５０および発電電力出力部２のいずれか一方または両方から特定負荷６０に直接電力が供給される。

切替スイッチ５を第２状態とし、切替スイッチ６を第４状態とした場合には、母線４と蓄電ユニット７とが切替スイッチ５および切替スイッチ６を介して電気的に接続される。この状態では、後述するように、母線４と蓄電ユニット７の蓄電部７１とが接続されるとともに、蓄電部７１と特定負荷６０とが接続される。これにより、電力系統５０または発電電力出力部２からの電力を蓄電部７１に蓄電可能であるとともに、蓄電部７１からの電力を特定負荷６０に供給可能な状態となる。また、蓄電ユニット７内部のスイッチの切り替えによって蓄電ユニット７内の電流経路を切り替えることにより、電力系統５０または発電電力出力部２からの電力を蓄電部７１に供給せずに、特定負荷６０に電力を供給することも可能である。

次に、蓄電ユニット７の構造について説明する。

蓄電ユニット７は、電力系統５０からの電力を蓄電する蓄電部７１と、電力を交流から直流に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ７２と、蓄電部７１の充放電を制御するための充放電制御ボックス７３と、蓄電部７１または母線４から特定負荷６０側に電力を供給するためのインバータユニット７４と、蓄電部７１、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２および充放電制御ボックス７３などの機器の制御を行うコントロールボックス７５とを主に備えている。これらの機器は、筐体７６の内部にまとめて収納されており、１つのユニットとして扱うことが可能である。ここで、蓄電ユニット７と、蓄電ユニット７に設けられたコントロールボックス７５とにより、太陽光発電システム１の充放電システムが構成されている。すなわち、第１実施形態では、蓄電ユニット７は、筐体７６の内部にまとめて収納された各機器により、単体で太陽光発電システム１の充放電システムとして機能するように構成されている。なお、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２、充放電制御ボックス７３、インバータユニット７４およびコントロールボックス７５は、本発明の「蓄電ユニットの機器」の一例であり、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２は、本発明の「コンバータ」の一例である。また、コントロールボックス７５は、本発明の「制御部」の一例である。

また、第１実施形態では、この蓄電ユニット７を屋外に設置している。蓄電ユニット７は、電力系統５０から電力を受け取るための配線７ａと、特定負荷６０に電力を供給するための配線７ｂとを有している。配線７ａおよび配線７ｂをそれぞれ屋外に設けられた切替スイッチ６の配線６ｃおよび６ｄに接続することにより、電力系統５０および発電電力出力部２のいずれか一方または両方からの電力を蓄電部７１に蓄電し、蓄電した電力を特定負荷６０に供給可能な発電システムが構成されている。

また、蓄電部７１としては、自然放電が少なく、充放電効率の高い２次電池（たとえば、リチウムイオン蓄電池）が用いられている。なお、リチウムイオン蓄電池は、蓄電時に吸熱する特性を有している。

充放電制御ボックス７３は、コントロールボックス７５によりオン／オフの切り替えが可能な３つのスイッチ７３ａ、７３ｂおよび７３ｃを含んでいる。スイッチ７３ａおよび７３ｂは、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２と蓄電部７１との間の充電経路において直列に接続されている。またスイッチ７３ａと並列に設けられたバイパス経路上に、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２から蓄電部７１に向かう方向に電流を整流するダイオード７３ｄが設けられている。スイッチ７３ｃは、蓄電部７１とインバータユニット７４との間の放電経路に設けられている。

電力系統５０および発電電力出力部２のいずれか一方または両方から蓄電部７１に充電する場合には、まずスイッチ７３ｂがオンにされ、次いでスイッチ７３ａがオンにされる。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２が起動直後であってその出力電圧が低い場合に生じる、蓄電部７１からＡＣ−ＤＣコンバータ７２への逆流を、ダイオード７３ｄによって防止することが可能である。

また、蓄電部７１からインバータユニット７４を介して特定負荷６０に放電する場合には、スイッチ７３ｃがオンにされる。また、スイッチ７３ａをオフにし、次いでスイッチ７３ｂをオフにする。この場合にも同様に、蓄電部７１からＡＣ−ＤＣコンバータ７２への逆流をダイオード７３ｄによって防止することが可能である。なお、スイッチ７３ａ、７３ｂおよび７３ｃの全てがオンにされた場合には、蓄電部７１の充電と放電との両方を行うことが可能である。

インバータユニット７４は、直流電力を出力する蓄電部７１の電力を交流電源で駆動される特定負荷６０に供給するための直流−交流変換器としてのインバータ７４ａと、オン／オフの切り替えが可能なスイッチ７４ｂとを含んでいる。スイッチ７４ｂは、配線７ａと配線７ｂとの間に設けられている。スイッチ７４ｂは通常オンになっており、インバータ７４ａは、インバータ７４ａに電力が供給される場合、好ましくは、インバータ７４ａに所定の電圧以上の電力が供給されている場合に、スイッチ７４ｂをオフにするように構成されている。

また、配線７ａとＡＣ−ＤＣコンバータ７２との間の電流経路のうち、スイッチ７４ｂとの接点よりもＡＣ−ＤＣコンバータ７２側の部分には、オン／オフの切り替えが可能なスイッチ７７が設けられている。このスイッチ７７は、コントロールボックス７５内に設けられた温度センサ７５ａの温度に応じてオン／オフが切り替わるように構成されている。すなわち、温度センサ７５ａの温度が所定の温度（たとえば、約７０度）以下である場合にはスイッチ７７はオンとなり、母線４側からの電力がＡＣ−ＤＣコンバータ７２に供給される。また、温度センサ７５ａの温度が所定の温度を上回った場合にはスイッチ７７はオフとなり、母線４側とＡＣ−ＤＣコンバータ７２との電気的な接続が切断される。スイッチ７７のオン／オフは、コントロールボックス７５によって制御される。なお、温度センサ７５ａは、本発明の「第１温度検知部」の一例である。また、７０℃は、本発明の「第１閾値」の一例である。

なお、コントロールボックス７５の電力は、スイッチ７７とＡＣ−ＤＣコンバータ７２との間の配線から取っているので、スイッチ７７がオフになった場合には、電源がなくなることによりコントロールボックス７５の駆動も自動的に停止するように構成されている。また、コントロールボックス７５が停止した場合、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２からの出力がオフにされ（ＡＣ−ＤＣコンバータ７２への電力供給も断たれている）、スイッチ７３ａおよび７３ｃがオフにされる。スイッチ７３ｃがオフにされることによって、インバータ７４ａへの電力供給が断たれるように構成されている。インバータ７４ａへの電力供給が断たれるので、上述のようにスイッチ７４ｂはオンになる。スイッチ７４ｂをオンにすることにより、切替スイッチ５および切替スイッチ６がそれぞれ第２状態および第４状態の場合に、配線７ａ、スイッチ７４ｂおよび配線７ｂを介した電流経路を介して、母線４側からの電力を蓄電部７１を介さずに特定負荷６０に供給することが可能となる。なお、配線７ａ、スイッチ７４ｂおよび配線７ｂを介した電流経路は、本発明の「第２電力供給経路」の一例である。

したがって、筐体７６内の温度が低い状態では、スイッチ７４ｂおよびスイッチ７７はそれぞれオフおよびオンにされており、筐体７６内の内部（特に、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２）が異常発熱状態（たとえば、コントロールボックス７５の内部の温度が約７０℃以上）になった場合に、スイッチ７４ｂおよびスイッチ７７がそれぞれオンおよびオフにされる。これにより、異常発熱状態になった場合には、母線４側から特定負荷６０への電力供給を維持したまま、発熱源となるＡＣ−ＤＣコンバータ７２、蓄電部７１、インバータ７４ａおよびコントロールボックス７５を停止することが可能である。このため、筐体７６の内部（特に、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２）が異常発熱状態になった場合に、さらなる温度上昇を抑制することができるので、筐体７６内の各機器が受ける熱的なダメージを低減することが可能である。

また、筐体７６の内部には、温度センサ７８と排気ファン７９がさらに設けられている。温度センサ７８の検知温度が所定の温度（約４０℃）以上になった場合に、排気ファン７９が駆動されることにより、筐体７６の内部の熱を排出することが可能である。なお、温度センサ７８および排気ファン７９は、筐体７６内の他の機器（蓄電部７１、コントロールボックス７５など）とは接続されておらず、また電源は配線７ａから取って駆動される。このため、温度センサ７８および排気ファン７９は、スイッチ７７がオフになった場合にも、筐体７６内の他の機器（蓄電部７１、コントロールボックス７５など）から電気的に独立して動作を行うように構成されている。したがって、排気ファン７９は、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２の駆動が停止された場合にも、独立して動作を行う。なお、温度センサ７８および排気ファン７９は、それぞれ、本発明の「第２温度検知部」および「排気部」の一例である。また、４０℃は、本発明の「第２閾値」の一例である。

また、コントロールボックス７５は、蓄電部７１の充電量、温度センサ７５ａの検知結果、現在時刻（深夜時間帯であるか否か）などに基づいて、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２の出力、充放電制御ボックス７３のスイッチ７３ａ〜７３ｃ、インバータユニット７４のスイッチ７４ｂおよびスイッチ７７などのオン／オフなどを制御する機能を有する。具体的には、コントロールボックス７５は、温度センサ７５ａの検知結果に基づいて、筐体７６の内部（特に、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２）の温度が所定の温度（たとえば、コントロールボックス７５の内部の温度が約７０℃）以上であると判断した場合に、異常発熱状態であると判断して、スイッチ７７をオフにする。また、正常状態（異常発熱状態ではない状態）では、所定のプログラムなどに基づき、充放電制御ボックス７３、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２、インバータユニット７４のスイッチ７４ｂなどの各スイッチのオン／オフを制御する。

コントロールボックス７５は、通常運転時、たとえば、深夜においては電力系統５０から蓄電部７１に充電を行い、特定負荷６０に電力を供給する必要が生じたときには昼夜を問わず蓄電部７１から特定負荷６０に電力を供給するように、各スイッチを制御する。母線４側から蓄電部７１に電力を供給して蓄電部７１を充電する際の電流経路は、配線７ａ、スイッチ７７、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２、スイッチ７３ａおよびスイッチ７３ｂを通る経路である。また、蓄電部７１が放電して特定負荷６０に電力を供給する際の電流経路は、スイッチ７３ｃ、インバータ７４ａおよび配線７ｂを通る経路である。なお、蓄電部７１に蓄電された電力は電力系統５０には供給されない。なお、スイッチ７３ｃ、インバータ７４ａおよび配線７ｂを通る経路は、本発明の「第１電力供給経路」の一例である。ここで、第１実施形態では、コントロールボックス７５は、通常運転時に蓄電部７１の放電を行う場合にも、蓄電部７１の容量が所定の閾値（たとえば、満充電状態の５０％）以下にならないように蓄電部７１の放電を制御する。コントロールボックス７５は、蓄電部７１の容量が閾値以下になったと判断した場合には、蓄電部７１から特定負荷６０に電力を供給するのを停止するとともに、母線４から直接特定負荷６０に電力を供給するように各スイッチを切り替える。具体的には、充放電制御ボックス７３のスイッチ７３ｃをオフにするとともに、インバータユニット７４のスイッチ７４ｂをオンにする。この時、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２の出力はオフとし、昼間時間帯での電力充電は行わない。ただし、需要家側からの逆潮流によって配電線の許容電圧を越える場合、或いは電力需要量が電力発電量を大きく下回ることが予想されるような特定日に該当する場合には、蓄電部７１への充電が行われるようにＡＣ−ＤＣコンバータ７２および各スイッチを制御する。

また、停電時などの非常時には、電力系統５０からの電力の供給が停止するので、コントロールボックス７５が停止される。また、スイッチ７７、スイッチ７３ａおよび７３ｂがオフにされる。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２にも電力が供給されないので、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２の駆動も停止される。また、スイッチ７３ｃには配線７ａの電圧線信号が入力されており、停電した場合には、配線７ａに電圧がかかっていないことを検知して、スイッチ７３ｃがオンになるように構成されている。また、インバータ７４ａは、蓄電部７１からの電力供給によって稼動するように構成されている。

通常運転時に蓄電部７１の残容量が所定の閾値（たとえば、５０％）以下にならないように放電を制御している。この結果、停電時などの非常時における蓄電部７１の特定負荷６０への放電開始時には、蓄電部７１に必ず閾値（満充電状態の５０％）より大きい電力が蓄電されている。ここで、停電時においては、通常運転時と異なり、コントロールボックス７５は、蓄電部７１の蓄電量が所定の閾値（満充電状態の５０％）以下になっても放電するように充放電制御ボックス７３を制御する。非常時にはコントロールボックス７５への電力の供給が断たれており、途中でスイッチ７３ｃのオン／オフの切り替えは不可能であるが、第１実施形態のように、たとえばリチウムイオン蓄電池を用いることによって蓄電電力を有効に利用することが可能である。

次に、蓄電ユニット７の構成を説明する。

図５〜図７に示すように、第１実施形態では、蓄電ユニット７は、箱状の筐体７６内に箱状の５つのリチウムイオン蓄電池７１１と、箱状の充放電制御ボックス７３と、箱状のコントロールボックス７５と、インバータユニット７４およびＡＣ−ＤＣコンバータ７２が一体的に構成された箱状の電力変換ユニット７００とが収納されている。リチウムイオン蓄電池７１１は、内部に多数のリチウムイオン蓄電池セルを配したパック状の蓄電池ユニットである。５つのリチウムイオン蓄電池７１１から蓄電部７１が構成されている。これらの８個の機器（５つのリチウムイオン蓄電池７１１、充放電制御ボックス７３、コントロールボックス７５および電力変換ユニット７００）は、横方向に隣接するように並べて配置されている。コントロールボックス７５と電力変換ユニット７００とは隣接している。すなわち、コントロールボックス７５の温度センサ７５ａは、電力変換ユニット７００（特に、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２）の近傍に配置されている。電力変換ユニット７００において、インバータユニット７４はコントロールボックス７５側に配置されている。すなわち、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２はコントロールボックス７５に対してインバータユニット７４を介して離間した位置に配置されている。なお、電力変換ユニット７００およびコントロールボックス７５は、本発明の「第１収容部」および「第２収容部」の一例である。

コントロールボックス７５の温度センサ７５ａは、インバータユニット７４側に配置されている。排気ファン７９は、筐体７６の上部の側面に設けられており、温度センサ７８は、筐体７６の上部であって排気ファン７９に隣接した位置に配置されている。また、筐体７６の上部には吸気口７６ａが形成されている。吸気口７６ａは、排気ファン７９および温度センサ７８が配置された筐体７６の側面と対向する側面に形成されている。すなわち、温度センサ７８は、吸気口７６ａから離間した位置に配置されており、温度センサ７８は、吸気口７６ａよりも排気ファン７９に近い位置に配置されている。排気ファン７９の駆動時においては、吸気口７６ａから外気が取り込まれるとともに、排気ファン７９によって排気される。また、筐体７６において熱は上部に溜まるので、筐体７６の上部に配置された吸気口７６ａおよび排気ファン７９によって効率的に熱を排出することが可能である。

電力変換ユニット７００の下部にはＡＣ−ＤＣコンバータ７２およびインバータ７４ａの駆動により発生する熱を電力変換ユニット７００から排出するための２つの放熱ファン７０１が一体的に設けられている。この放熱ファン７０１は電力変換ユニット７００の下面から下方に向けて筐体７６の下方側に送風するように配置されている。なお、放熱ファン７０１は、本発明の「送風部」の一例である。

また、筐体７６の内部底面と各機器（リチウムイオン蓄電池７１１、充放電制御ボックス７３、コントロールボックス７５、電力変換ユニット７００など）との間には空気流通経路７６１が設けられている。また、筐体７６の内側面と各機器との間、および、各機器同士の間（筐体７６内の中央部）には、空気流通経路７６１と連通し、上下に延びて排気ファン７９に至る空気流通経路７６２が設けられている。これらにより、放熱ファン７０１により送られた熱を含む空気は、筐体７６の下部の空気流通経路７６１を通り筐体７６内を流通する。その後、放熱ファン７０１により送られた空気は、空気流通経路７６２を通り各機器の側面に沿って上昇し、筐体７６の上部の排気ファン７９まで送られる。この結果、放熱ファン７０１により筐体７６内の局所的な熱が効果的に拡散されるとともに、空気流通経路７６２を通り排気ファン７９により効率よく排出される。なお、空気流通経路７６２は、本発明の「通気経路」の一例である。

蓄電ユニット７では、電力変換ユニット７００から筐体７６内に排出された熱を利用して、リチウムイオン蓄電池７１１が加熱されるように構成されている。また、電力変換ユニット７００から放出される熱や直射日光によって筐体７６内の温度が上昇し過ぎるのを抑制するために、筐体７６の内部に蓄えられた熱は、筐体７６内の温度（温度センサ７８により検知された温度）が所定の温度（約４０℃）よりも高い場合に、排気ファン７９によって筐体７６の上部から排出される。また、各リチウムイオン蓄電池７１１、充放電制御ボックス７３および電力変換ユニット７００には、各機器の状態（たとえば、温度状態など）をコントロールボックス７５に通信するための通信部（図示せず）が設けられている。各リチウムイオン蓄電池７１１の通信部同士は、直列に数珠つなぎ状にデイジーチェーン（ｄａｉｓｙ ｃｈａｉｎ）接続され、５つのリチウムイオン蓄電池７１１が一体として扱われるように構成されている。

筐体７６の内部の温度を検知するための温度センサ７５ａを設けることによって、筐体７６内の温度（特に、発熱量の多いＡＣ−ＤＣコンバータ７２の温度）が上昇した場合に、その温度上昇を温度センサ７５ａによって検知することができる。これにより、温度センサ７５ａの温度検知に基づいて、筐体７６内の過剰な温度の上昇を抑制するための動作を速やかに開始することができる。これにより、蓄電部７１を筐体７６に収納して用いる場合にも、蓄電部７１の温度の上昇を抑制することができるので、蓄電部７１の機能が低下することを抑制することができるとともに、蓄電部７１に悪影響を与えてしまうことを抑制することができる。

温度センサ７５ａの検知結果に基づいて、筐体７６の内部の温度が７０℃以上になったと判断した場合に、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２の駆動を停止することによって、筐体７６の内部の温度が７０℃以上になった場合に、筐体７６内に収納される機器のうち、最も発熱量の大きいＡＣ−ＤＣコンバータ７２の駆動を停止することができるので、筐体７６内の温度の過剰な上昇を効果的に抑制することができる。

温度センサ７５ａの検知結果に基づいて、筐体７６の内部の温度が７０℃以上になったと判断した場合に、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２およびインバータ７４ａの駆動を停止する。このように構成することによって、筐体７６の内部の温度が７０℃以上になった場合に、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２だけでなく、インバータ７４ａの駆動も停止することができるので、筐体７６内の温度の過剰な上昇をさらに効果的に抑制することができる。

温度センサ７５ａの検知結果に基づいて、筐体７６の内部の温度が７０℃以上になったと判断した場合に、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２の駆動を停止するとともに、蓄電部７１のＡＣ−ＤＣコンバータ７２を介した充電動作とスイッチ７３ｃ、インバータ７４ａおよび配線７ｂを通る経路を介した放電動作とを行うための駆動を停止するように構成している。このように構成することによって、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２の駆動を停止することに加えて、蓄電部７１のＡＣ−ＤＣコンバータ７２を介した充電動作とスイッチ７３ｃ、インバータ７４ａおよび配線７ｂを通る経路を介した放電動作とを行うための機器の駆動が停止されるので、蓄電部７１自体の駆動も停止することができ、その結果、高温時における充放電が抑制され、蓄電部７１の劣化を抑制することができる。

温度センサ７５ａの検知結果に基づいて、筐体７６の内部の温度が７０℃以上になったと判断した場合に、蓄電ユニット７の機器のうちの配線７ａ、スイッチ７４ｂおよび配線７ｂを介した電流経路上の機器以外の少なくとも１つの機器の駆動を停止するように構成している。このように構成することによって、発熱源となるＡＣ−ＤＣコンバータ７２などの機器の駆動を停止して熱の発生を抑制しながら、蓄電部７１からの配線７ａ、スイッチ７４ｂおよび配線７ｂを介した電流経路を介した所定の負荷への電力供給を継続することができる。

温度センサ７８の検知結果に基づいて、筐体７６の内部の温度が７０℃よりも低い所定の４０℃以上になったと判断した場合に、排気ファン７９を駆動するように構成している。このように構成することによって、筐体７６の内部の温度が７０℃よりも低い所定の４０℃以上になった場合に排気ファン７９による排気が開始されるので、筐体７６内の温度が７０℃まで上昇することを抑制することができる。

筐体７６に収納されるとともに筐体７６の上部に配置される温度センサ７８を設けることによって、筐体７６内の熱は上方に移動するので、筐体７６の上部に配置された温度センサ７８によって、筐体７６内の温度上昇を速やかに検知することができる。

また、温度センサ７８の検知結果に基づいて、筐体７６の内部の空気を外部へ排気するように動作する排気ファン７９を設けることによって、筐体７６内の温度が上昇している場合に自動的に排気ファン７９により筐体７６内の熱を排出することができるので、筐体７６内の温度の上昇を効果的に抑制することができる。

温度センサ７８と排気ファン７９との間の距離を温度センサ７８と吸気口７６ａとの間の距離よりも短くすることによって、外気によって筐体７６内のうちでも低い温度となり、かつ、排気ファン７９による排気が行われる際に最も早く温度が低下する吸気口７６ａの付近から温度センサ７８を離すことができる。これにより、温度センサ７８によって筐体７６内の温度を正確に検知することができるので、筐体７６内の温度が実際には十分に下がっていない状態で排気ファン７９による排気が停止するのを抑制することができる。

次に、上記第１実施形態の太陽光発電システム１の具体的な実施例について説明する。

この実施例では、蓄電部７１の容量を７．８５ｋＷｈ、ＡＣ／ＤＣコンバータ７２の出力を１．５ｋＷとし、蓄電部７１を蓄電量が０の状態から満充電状態まで充電する際に、深夜電力時間帯（たとえば、２３時から７時までの８時間など）の半分以上を費やして充電するように設計している。この場合、充電時間は単純計算では５時間以上となる。リチウムイオン蓄電池では、満充電付近では充電速度を遅く制御する必要があるので、実際の充電時間はさらに長くなる。

特定負荷６０の消費電力を約６００Ｗｈとした場合、５時間の特定負荷６０の駆動には約３ｋＷｈの電力量が必要となり、５時間の停電時に蓄電部７１から特定負荷６０に電力を供給する場合には、蓄電部７１の容量も約３ｋＷｈ以上必要となる。蓄電部７１の容量の５０％で放電を停止する制御を行っており、満充電の５０％の容量で５時間の停電時に特定負荷６０を駆動させ続けるには、約６ｋＷｈ以上の容量が必要になる。７．８５ｋＷｈの値は、この６ｋＷｈに余裕を見て決定した値である。

また、蓄電部７１に蓄電した電力を、短時間で放電しきるように使用せず、長時間をかけて出力させることを前提として設計している。昼間時間帯に短時間で蓄電電力を放電しきってしまう場合では、昼間の発電容量を減らすことにはつながりにくい。好ましくは、特定負荷６０は、一日の使用電力量が蓄電容量よりも小さく、蓄電部７１の蓄電電力によってたとえば５時間以上の駆動を賄える程度の消費電力とする。特定負荷６０としない場合には、負荷量の設定が困難であり、適切な蓄電部７１の容量の設定も困難になる。この実施例では、インバータ７４ａの定格電力を１ｋＷとし、特定負荷６０の消費電力は最大でも１ｋＷ程度とする。

上記の実施例の構成を前提として、蓄電部７１としてリチウムイオン蓄電池を用いた場合と鉛蓄電池を用いた場合との差異について説明する。

鉛蓄電池の体積エネルギー密度は、約５０Ｗｈ／Ｌ〜１００Ｗｈ／Ｌであり、リチウムイオン蓄電池の体積エネルギー密度は、約４００Ｗｈ／Ｌ〜６００Ｗｈ／Ｌである。したがって、鉛蓄電池およびリチウムイオン蓄電池の体積エネルギー密度をそれぞれ１００Ｗｈ／Ｌおよび５００Ｗｈ／Ｌとした場合、５倍の差が生じる。すなわち、蓄電池を筐体７６に収納する場合、鉛蓄電池の場合はリチウムイオン蓄電池の場合と比べて、約５倍の体積の筐体７６が必要になる。また、この場合の筐体７６の表面積は、約２倍の差が生じる。筐体７６の表面積の大きさは、筐体７６の放熱量に比例すると考えられるので、筐体７６内を同じ温度だけ上げるために必要な熱量は、筐体７６の体積比（約５倍）および表面積比（約２倍）から、約１０倍の差が生じる。

第１実施形態において発熱源となるＡＣ−ＤＣコンバータ７２の発熱量はＡＣ−ＤＣコンバータ７２の出力値に比例し、上記の前提のように、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２の出力値は蓄電池７１の容量に応じて決められるので、蓄電池容量が同じであれば、発熱量も同じとなる。したがって、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２の発熱による筐体７６内の温度上昇効果については、鉛蓄電池はリチウムイオン蓄電池の約１０分の１となる。

以上の点から、リチウムイオン蓄電池を蓄電部７１として用いた場合には、鉛蓄電池を用いた場合よりもＡＣ−ＤＣコンバータ７２などの機器から排出される熱によって筐体７６内の温度が容易に上昇するので、温度センサ７５ａおよび７８による温度検知がより重要である。

（第２実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態による発電システム（太陽光発電システム１００）について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、太陽光発電モジュール２１ａによる発電電力を蓄電部７１に直接供給する構成の例について説明する。

発電電力出力部１０１は、互いに接続された複数の太陽光発電モジュール２１ａと、太陽光発電モジュール２１ａの発電電力をインバータ３側または蓄電ユニット７の蓄電部７１側に選択的に切替可能に接続する切替回路部１０１ａとを含んでいる。

切替回路部１０１ａは、発電電力出力部１０１をインバータ３側に接続する場合には、発電電力出力部１０１と蓄電部７１との接続を電気的に切断し、発電電力出力部１０１を蓄電部７１側に接続する場合には、発電電力出力部１０１とインバータ３との接続を電気的に切断するように構成されている。また、切替回路部１０１ａは、発電電力出力部１０１をインバータ３側に接続する場合には、５つの太陽光発電モジュール２１ａ同士の接続状態を、５つの太陽光発電モジュール２１ａが互いに直列接続された直列接続状態に切り替えることが可能である。また、切替回路部１０１ａは、発電電力出力部１０１を蓄電部７１側に接続する場合には、５つの太陽光発電モジュール２１ａ同士の接続状態を、５つの太陽光発電モジュール２１ａが互いに並列接続された並列接続状態に切り替えることが可能である。

制御部１０２は、発電電力出力部１０１の発電量、蓄電部７１の充電量、インバータ３の動作状況および予め設定された設定情報などに基づいて、蓄電ユニット７のコントロールボックス７５に制御指令を送信するとともに、コントロールボックス７５から蓄電部７１の蓄電量などの蓄電ユニット７に関する情報を受信する機能を有する。また、制御部１０２は、発電電力出力部１０１の発電量、蓄電部７１の充電量、インバータ３の動作状況および予め設定された設定情報などに基づいて、発電電力出力部１０１の切替回路部１０１ａなどを制御する機能を有する。具体的には、制御部１０２は、蓄電部７１の充電量、インバータ３の動作状況および予め設定された設定情報などに基づいて、システムが通常運転時であるか非常時であるかを判断する。蓄電ユニット７とコントロールボックス７５とにより、太陽光発電システム１の充放電システムが構成されているとともに、蓄電ユニット７と制御部１０２とによっても、太陽光発電システム１の充放電システムが構成されている。

制御部１０２は、通常運転時であると判断した場合には、太陽光発電モジュール２１ａの接続状態を直列接続状態にするとともに、発電電力出力部１０１の接続先をインバータ３側に切り替えるように切替回路部１０１ａを制御する。通常運転時においては、発電電力出力部１０１の出力電力は、特定負荷６０等において消費され、余った電力は電力系統５０に逆潮流される。

また、制御部１０２は、非常時であると判断した場合には、太陽光発電モジュール２１ａの接続状態を並列接続状態にするとともに、発電電力出力部１０１の接続先を蓄電部７１側に切り替えるように切替回路部１０１ａを制御する。非常時においては、発電電力出力部１０１の出力電力は、蓄電部７１に供給され、特定負荷６０は、蓄電部７１の充電電力および発電電力出力部１０１の出力電力によって駆動される。

また、制御部１０２は、インバータ３の発電電力出力部１０１側に設けられた電流検知部１０３およびインバータ３の電力系統５０側に設けられた電流検知部１０４の検知結果に基づいて、太陽光発電モジュール２１ａの発電量、逆潮流電力量および特定負荷６０における電力消費量などを検知することが可能である。また、制御部１０２は、太陽光発電モジュール２１ａの発電量、逆潮流電力量、特定負荷６０における電力消費量および蓄電部７１の状態（充電量、温度状態など）、その他の太陽光発電システム１００の情報をインターネットを介して外部サーバ１５０に送信するように構成されている。この外部サーバ１５０は、たとえば、太陽光発電システム１００のメンテナンス会社のサーバである。これにより、太陽光発電システム１００の状態をメンテナンス会社が随時把握することが可能である。また、この外部サーバ１５０にはユーザのＰＣ（パーソナルコンピュータ）１６０などからインターネットを介してアクセスすることが可能であり、ユーザはＰＣ１６０を用いて自己の太陽光発電システム１００の状態を確認することが可能である。

第２実施形態の上記以外の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、非常時において、太陽光発電モジュール２１ａの発電電力を蓄電部７１に蓄電することができるので、より長時間特定負荷６０を駆動することができる。

第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

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、太陽光発電モジュール２１によって発電を行う例について説明したが、本発明はこれに限らず、発電モジュールとして他の直流発電装置あるいは風力発電装置などの他の自然エネルギーを用いて発電する発電モジュールを用いてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、蓄電部７１としてリチウムイオン蓄電池７１１を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、他の２次電池を用いてもよい。たとえば、ニッケル水素蓄電池や鉛蓄電池などの蓄電池を用いてもよい。また、本発明の「蓄電部」の一例として、蓄電池の代わりにキャパシタを用いてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、特定負荷６０の例として交流電源で駆動させる機器を示したが、直流電源で駆動される機器を用いてもよい。この場合、蓄電部７１と特定負荷６０との間には、直流から交流に変換するインバータ７４ａに代えて直流と直流との電圧変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータが用いられる。或いは、蓄電部７１と特定負荷６０との間が直接接続される。さらに、特定負荷６０として、直流負荷および交流負荷が混在してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、蓄電ユニット７に温度センサ７８および排気ファン７９を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、温度センサ７８および排気ファン７９がなくてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、筐体７６内において、各機器の中で電力変換ユニット７００を端に配置した例を示したが、本発明はこれに限らず、適宜配置を変えてもよい。たとえば、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２とインバータユニット７４とを分離し、温度センサ７５ａを有するコントロールボックス７５をＡＣ−ＤＣコンバータ７２とインバータユニット７４との間に配置してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、リチウムイオン蓄電池７１１、充放電制御ボックス７３、電力変換ユニット７００およびコントロールボックス７５を横に並べて配置した例について説明したが、本発明はこれに限らず、これらの機器の全部または一部を上下に重ねて配置してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、切替スイッチ５および６を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、切替スイッチ５および６のいずれか一方のみを設けるようにしてもよいし、切替スイッチを設けなくてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、蓄電ユニット７を屋外に設置する例について説明したが、本発明はこれに限らず、蓄電ユニット７を屋内に設置してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、「第１温度検知部」としての温度センサ７５ａをコントロールユニット７５内に設けた例について説明したが、本発明はこれに限らず、コントロールユニット７５の外部に設けてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、「第１閾値」および「第２閾値」がそれぞれ７０℃および４０℃である例について説明したが、本発明はこれに限らず、７０℃および４０℃以外の温度でもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、配線７ａ、スイッチ７４ｂおよび配線７ｂを介した電流経路（第２電力供給経路）上に機器が設けられていない構成において、温度が７０℃以上になった場合に、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２などの機器を停止させる例について説明したが、本発明はこれに限られない。すなわち、第２電力供給経路上に機器が設けられている構成においては、温度が７０℃以上になった場合に、第２電力供給経路上の機器以外の機器を停止させればよい。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ７２などの機器を停止させた場合にも、第２電力供給経路を介して負荷に電力を供給し続けることができる。

Claims (4)

1. 電力を蓄電する蓄電部と、
   電力を変換するコンバータと、
   前記コンバータの近傍に配置された第１温度検知部と、
   少なくとも前記コンバータ、前記第１温度検知部および前記蓄電部を収納する筐体とを備え、
   前記筐体に収納され、前記コンバータを制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１温度検知部による検知温度が所定の第１閾値以上になったと判断した場合に、前記コンバータの駆動を停止し、
   電力系統から前記蓄電部を介さずに所定の負荷に電力を供給する第２電力供給経路をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１温度検知部による検知温度が前記第１閾値以上になったと判断した場合に、前記蓄電ユニットの機器のうちの前記第２電力供給経路上の機器以外の少なくとも１つの機器の駆動を停止する蓄電ユニット。
2. 電力を蓄電する蓄電部と、
   電力を変換するコンバータと、
   前記コンバータの近傍に配置された第１温度検知部と、
   少なくとも前記コンバータ、前記第１温度検知部および前記蓄電部を収納する筐体とを備え、
   前記筐体に収納され、前記コンバータを制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１温度検知部による検知温度が所定の第１閾値以上になったと判断した場合に、前記コンバータの駆動を停止し、
   前記筐体に収納され、前記筐体の内部の温度を検知するための第２温度検知部と、
   前記筐体の内部の空気を外部へ排気するための排気部とをさらに備え、
   前記制御部は、前記第２温度検知部による検知温度が前記第１閾値よりも低い所定の第２閾値以上になったと判断した場合に、前記排気部を駆動する蓄電ユニット。
3. 前記排気部は、前記コンバータの駆動が停止された場合にも、独立して動作を行うよう
   に構成されている、請求項２に記載の蓄電ユニット。
4. 電力を蓄電する蓄電部と、
   電力を変換するコンバータと、
   前記コンバータの近傍に配置された第１温度検知部と、
   少なくとも前記コンバータ、前記第１温度検知部および前記蓄電部を収納する筐体とを備え、
   前記コンバータは、箱状の第１収容部内に収容され、
   前記第１温度検知部は、箱状の第２収容部内に収容され、
   前記第１収容部と前記第２収容部とは前記筐体内で隣接するように配置されている蓄電ユニット。
   

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