JP5780827B2 - エネルギー管理方法、エネルギー管理プログラム、エネルギー管理装置、エネルギー管理システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、エネルギー管理方法、エネルギー管理プログラム、制御装置、エネルギー管理システムに関する。

太陽光発電と燃料電池を含むエネルギー管理システムにおいては、燃料電池は、給湯負荷（熱負荷）に追従するように運転されているため、電力負荷が小さい場合でも必ずしも電力負荷に追従した運転は行われておらず、不足する電力は、太陽光発電装置や商用系統から受電することで、家電機器による負荷に供給されている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２００６―１２１８５３

オペレーションズ・リサーチ 第５４巻 第６号「家庭用燃料電池コージェネレーションシステムの最適運転制御」３２５頁〜３２８頁

上述した太陽光発電を除く電力システムにおいて受電電力が正の場合には、太陽光発電による発電電力の一部が負荷に供給される。

よって、太陽光発電装置で発電した電力を最大限商用系統に還元することができず、商用系統の電力供給の負担軽減量が最大限行われない。

本実施形態のエネルギー管理方法、エネルギー管理プログラム、制御装置、エネルギー管理システムは、太陽光発電装置により発電した電力を最大限商用系統に逆潮流させ商用系統からの電力供給量を最大限減らすことを可能とする。

実施形態によれば、商用系統と連系する太陽光発電装置が電力負荷に給電可能で、且つ、発電電力の余剰電力を前記商用系統に売電可能に接続する回路構成で、前記電力負荷への燃料電池からの出力を制御する制御装置に、前記太陽光発電装置の発電電力が閾値以上か未満かを判定する判定処理と、前記判定処理により閾値以上であると判定される場合には、前記燃料電池の出力上限値を上限として電力負荷の電力需要に基づき燃料電池出力設定値を算出し、前記判定処理により閾値未満であると判定される場合には、使用湯量予測値に基づき燃料電池出力設定値を算出する算出処理と、前記算出処理により算出される前記燃料電池出力設定値に基づき燃料電池を制御する制御処理とを実現させる。

第１の実施形態に係るエネルギー管理システムの構成の一例を示すブロック図。 第１の実施形態に係る太陽光発電の閾値を格納するテーブルの一例を示す図。 第１の実施形態に係る太陽光発電の発電量を格納するテーブルの一例を示す図。 第１の実施形態に係る太陽光発電の発電量の一例を示すグラフ。 第１の実施形態に係る過去の使用湯量を格納するテーブルの一例を示す図。 第１の実施形態に係る現在の貯湯率を格納するテーブルの一例を示す図。 第１の実施形態に係る燃料電池出力上限値を格納するテーブルの一例を示す図。 第１の実施形態に係る電力需要量を格納するテーブルの一例を示す図。 第１の実施形態に係る電力需要量の一例を示すグラフ。 第１の実施形態に係る燃料電池出力設定値を格納するテーブルの一例を示す図。 第１の実施形態に係る燃料電池出力の一例を示すグラフ。 第１の実施形態に係る制御装置の動作の一例を示すフローチャート。 第１の実施形態に係る太陽光発電と電力需要と燃料電池出力を併せて記載したグラフ。 第２の実施形態に係るエネルギー管理システムの構成の一例を示すブロック図。 第２の実施形態に係る蓄電池出力上限値を格納するテーブルの一例を示す図。 第２の実施形態に係る燃料電池・蓄電池出力設定値を格納するテーブルの一例を示す図。 第２の実施形態に係る太陽光発電と電力需要と燃料電池・蓄電池出力の一例を示すグラフ。 第２の実施形態に係る燃料電池・蓄電池出力設定値を格納するテーブルの一例を示す図。 第２の実施形態に係る太陽光発電と電力需要と燃料電池・蓄電池出力の一例を示すグラフ。 第２の実施形態に係るエネルギー管理システムの動作の一例を示すフローチャート。 第２の実施形態に係る受電量を格納するテーブルの一例を示す図。 第１、第２の実施形態の変形例１を示す図。 第１、第２の実施形態の変形例１を示す図。 第１、第２の実施形態の変形例２を示す図。 第１、第２の実施形態の変形例３を示す図。

以下、本エネルギー管理システムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るエネルギー管理システムの構成の一例を示すブロック図である。

図１に示す情報提供システムは、制御装置１０、太陽光発電装置２０、太陽光発電電力計測装置２１、商用系統３０、燃料電池４０、燃料電池貯湯量計測装置４１、負荷６０、受電端電力計測装置７１を含む構成のコンピュータシステムである。太陽光発電装置２０、燃料電池４０は、商用系統３０と連系し、負荷６０に給電可能に接続している。太陽光発電装置２０、および燃料電池４０の発電電力が電力負荷より大きいときは、その余剰電力を商用系統３０へ売電し、また、発電電力が電力負荷より小さい場合は、不足分を商用系統３０から受電する。

本実施形態において、情報提供システムの構成要素の一つである制御装置１０は、処理機能に応じて装置をＬＡＮ、イントラネット等を介して組み合わせたコンピュータ群で構成することができる。

通信ネットワーク１は、一方向または双方向通信可能なネットワーク網である。本実施形態ではネットワーク１はＬＡＮ、イントラネット等の有線通信網のごとく記載しているが、各種無線通信網に代替することができる。また有線の接続方法もこれに限られることはない。

電力伝送ネットワーク２は、電力を伝送するケーブルである。必ずしも有線である必要はなく電磁誘導方式、磁界共鳴方式などの無線給電設備を介して負荷６０への電力供給が無線給電によりなされていてもよい。

制御装置１０は、ＣＰＵ１００と、ＲＡＭ（ＲＷＭ）１１０と、通信ＩＦ１２０と、入力ＩＦ１３０と、表示ＩＦ１４０と、ＲＯＭ１５０と、記憶部１６０とを含む構成である。その他、ＵＳＢメモリ等の外部記憶装置を装着するＩＦ（インターフェース）など他のＩＦを備えていてもよい。

ＣＰＵ１００は、ＲＯＭ１５０に予め書き込んだ各プログラムをＲＡＭ１１０に読み出し、演算処理を行う演算処理部（例えば、マイクロプロセッサ）である。

ＲＡＭ（ＲＷＭ）１１０は、ＣＰＵ１００がプログラムを実行する際にデータを一次記憶する記憶エリアなどのワーキングエリアとして用いられる。

通信ＩＦ１２０は、通信部１２１を接続するインターフェースである。本ＩＦは必須の構成要素ではなくＩＦを介さず直接サーバ内の配線と接続されていてもよい。

通信部１２１は、太陽光発電装置２０、燃料電池装置４０や太陽光発電計測装置２１、受電端電力計測装置７１と通信を行う通信装置、通信手段である。例えば、有線接続の場合はルーター、無線接続の場合はアンテナなどの通信装置である。その他、赤外線通信、可視光通信などを行う通信装置であってもよい。

本実施形態では一つの通信ＩＦ、通信部として記載しているが、太陽光発電電力計測装置２１、貯湯量計測装置４１、受電端電力計測装置７１と接続する通信ＩＦを複数設けた形態であってもよい。

入力ＩＦ１３０は、入力部１３１と制御装置１０とを接続するインターフェースである。入力部１３１からの信号を受けて、ＣＰＵ１００が認識可能な信号への返還などの入力制御がおこなわれてもよい。本ＩＦは必須の構成要素ではなくＩＦを介さず直接サーバ内の配線と接続されていてもよい。

入力部１３１は、コンピュータ装置が一般に備えている各種キーボードやボタン等の入力制御を行う入力装置、入力手段である。その他、人の発する声を認識することにより、入力信号として認識する機能を備えていてもよい。

表示ＩＦ１４０は、表示部１４１と制御装置１０とを接続するインターフェースである。ＣＰＵ１００から表示ＩＦ１４１を介して表示部１４１の表示制御がおこなわれてもよいし、本ＩＦ内にグラフィックボードなど描画処理を行うＬＳＩ（ＧＰＵ）により表示制御機能を備えさせてもよい。ＩＦを使用せず制御装置１０内部に直接接続される形態であってもよい。

表示部１４１は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイなどのモニターである。その他、音を発生させる出力機能を備えていてもよい。

ＲＯＭ１５０は、プログラムを記憶するプログラムメモリである。一般的には、データの書き込みはできない非一次記憶媒体が好適であるが、データの読み出し、書き込みが随時できる半導体メモリ等の記憶媒体であってもよい。その他、表示部１４１へ人が認識可能な文字や図柄を表示させる表示プログラムや各ＤＢ、ＲＯＭに情報を登録する情報登録プログラムや通信部１２１の通信を制御する通信制御プログラム等が格納されていてもよい。

ＲＯＭ１５０には、太陽光発電判定プログラム１５１、使用湯量予測プログラム１５２、燃料電池出力算出プログラム１５３、燃料電池制御プログラム１５４、が格納されている。

太陽光発電判定プログラム１５１は、太陽光発電電力計測装置２１によって計測された電力値を発電電力ＤＢ１６１の閾値テーブルに格納されている発電電力下限値と比較する機能をＣＰＵ１００に実現させる手段である。

また、太陽光発電判定プログラム１５１は、発電電力を比較した結果、太陽光発電電力が発電電力下限値以上である場合には太陽光発電装置による発電がおこなわれていると判定し、発電電力下限値未満である場合には、太陽光発電装置により発電がおこなわれていないと判定する機能をＣＰＵ１００に実現させる。判定結果は一次ＲＡＭ１１０に格納され、次の使用湯量予測に利用される。

使用湯量予測プログラム１５２は、１日の使用湯量を過去の使用湯量を用いて予測する機能をＣＰＵ１００に実現させる手段である。使用湯量予測ＤＢ１６２に格納されている昨年の同じ季節の使用湯量や一週間前の同じ曜日の使用湯量を読み出し、１日の使用湯量の予測値を算出する。その他、外部の気温を併せて使用湯量予測ＤＢ１６２に記憶がなされてる場合はその値を用いて予測値を算出してもよいし、プログラムに組み込まれている数式を用いてもよい。算出した予測値をＲＡＭに一次記憶させる他、次回の処理に利用するため使用湯量予測ＤＢ１６２に格納させてもよい。

燃料電池出力算出プログラム１５３は、受電端電力計測装置７１で計測された受電端電力がちょうど０（ゼロ）となるように、燃料電池出力設定値を算出する機能をＣＰＵ１００に実現させる手段である。

具体的には、太陽光発電量プログラム１５１が太陽光発電装置による発電がなされていると判定された場合には、燃料電池出力算出ＤＢ１６３に格納されている燃料電池出力および受電端電力の値を読み出して、
燃料電池出力設定値＝燃料電池出力＋受電端電力 （数式１）
から燃料電池出力設定値を算出する。この算出した燃料電池出力設定値と燃料電池出力上限値ＤＢ１６３に格納されている燃料電池出力上限値とを比較する。

比較した結果、（数式１）を読み出して算出した燃料電池出力設定値が、燃料電池出力上限値を上回った場合には、燃料電池出力上限値テーブルから値を読み出し
燃料電池出力設定値＝燃料電池出力上限値 （数式２）
から（数式１）で算出した燃料電池出力設定値を、燃料電池出力上限値としＤＢ１６３に格納する。

また、太陽光発電量プログラム１５１が太陽光発電装置による発電がなされていないと判定された場合は、一つ目のステップとして上記（数式１）、（数式２）を使用した算出を行う。さらに、（数式１）または（数式２）で算出された燃料電池出力設定値により燃料電池４０が運転された場合の貯湯量の予測値が、使用湯量予測プログラム１５２を実行して予測された使用湯量を超える場合は、貯湯量計測装置４１により計測された貯湯量を貯湯量テーブルから読み出し、燃料電池出力設定値を（数式３）により変更する。

燃料電池出力設定値＝(使用湯量予測値−貯湯量)／(運転時間×熱電比) （数式３）
燃料電池制御プログラム１５４は、燃料電池算出ＤＢ１６３から読み出しまたはＲＡＭ１１０に一次記憶されている燃料電池出力算出プログラム１５３によって算出された燃料電池出力設定値を燃料電池４０へ送信し、燃料電池４０の出力が燃料電池出力設定値と一致するように燃料電池４０を制御する機能をＣＰＵ１００に実現させる手段である。

記憶部１６０は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの不揮発性の記憶装置、記憶手段である。この他、不揮発性の記憶手段に限られることなく半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＦｅＲＡＭ、ＲｅＲＡＭ、ＭＲＡＭ、ＰＲＡＭ、ＳＳＤ）等の各種記憶媒体を利用してもよいし、これらの半導体メモリと、ＨＤＤとを組み合わせた方式を採用した記憶媒体であってもよい。本実施形態では、ＲＯＭ１５０と記憶部１６０とは別の記憶媒体のごとく記載しているが、各種ＤＢおよびプログラムを格納する同一の記憶部、記憶手段を用いてもよい。

記憶部１６０は、太陽光発電電力ＤＢ１６１、使用湯量予測ＤＢ１６２、燃料電池出力算出ＤＢ１６３、燃料電池制御ＤＢ１６４を格納している。その他、ＣＰＵ１００が演算処理に必要なデータが記憶されている。

太陽光発電電力ＤＢ１６１は、太陽光発電判定プログラム１５１を実行するＣＰＵ１００により太陽光発電電力計測装置２１による発電量が一定値以上か否かの判定を行う際に利用する値である発電電力下限値（閾値）を格納する。例えば、図２に記載する閾値テーブルの形式で格納されている。また、太陽光発電電力計測装置２１が計測した値を図３の太陽光発電量履歴テーブルに記載するようなテーブル形式で格納してもよい。なお、図３の太陽光発電量履歴テーブルをグラフ化すると図４のように示すことができる。

使用湯量予測ＤＢ１６２は、昨年の同じ季節の使用湯量や一週間前の同じ曜日の使用湯量を格納する。例えば、図５にしめすようなテーブル形式である。その他、外部の気温などの値を格納していてもよい。また貯湯量計測装置４１の貯湯量を格納する。貯湯量を貯湯率として図６に示すようなテーブル形式で格納されている。

燃料電池出力算出ＤＢ１６３は、燃料電池のパワーコンディショナなどから受信した燃料電池出力の値と受電端電力計測装置７１が計測した受電端電力の値（電力需要）と、燃料電池出力上限値とを格納する。例示すると、燃料電池出力上限値を図７のようなテーブル形式で、電力需要の値を図８のようなテーブル形式で格納する。電力需要の値をグラフ化すると図９のように示すことができる。また、燃料電池出力算出プログラム１５３によって算出された燃料電池出力設定値を格納する。例えば図１０に示すようなテーブル形式で格納する。図１０に示す値をグラフ化すると図１１にように表すことができる。

燃料電池制御ＤＢ１６４は、燃料電池制御プログラム１５４の実行に必要なデータを格納する。

太陽光発電装置２０は、太陽電池パネルとパワーコンディショナ（図示しない）を含む構成である。パワーコンディショナは、発電装置により発電された直流電力を交流電力に変換する変換装置と、電力の出力調整を行う制御装置を含む構成である。本実施形態では、太陽光発電電力計測装置２１とパワーコンディショナを分けて記載しているが、パワーコンディショナに電力計測装置、電力計測機能が備えられていてもよい。

太陽光発電電力計測装置２１は、太陽光発電装置２０からの出力電力（交流電力）を計測する。なお、直流電力を計測する形態であっても良い。

商用（電源）系統３０は、負荷６０に電力を供給する。また太陽光発電などで発電された電力を受電することができる。

燃料電池４０は、燃料ガスを改質して水素ガスを発生させる改質器と、改質器から出た水素ガスを空気中の酸素と結合させて直流電力を発生する燃料電池セル、および、燃料電池セルで発電された直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ（図示しない）を含む構成である。また、燃料電池４０は、発電中に発生した熱を回収して湯を沸かし、この湯を貯湯する貯湯槽を備える。燃料電池４０の発電電力は負荷６０を超えることないように制御される。

貯湯量計測装置４１は、燃料電池４０に貯湯槽に貯まった湯量は、貯湯量計測装置４１により計測（検出）する。

負荷６０は、電力の被供給対象である。照明や洗濯機、冷蔵庫、エアコン、ＴＶなどの家電機器である。

受電端電力計測装置７１は、太陽光発電装置１を除く燃料電池４０と負荷６０とからなる配電回路が受電する電力を計測（検出）する。

次に、図１２を用いて制御装置１０の動作について説明する。

ＣＰＵ１００は、太陽光発電判定プログラム１５１を実行し、太陽光発電電力計測装置２１によって計測された電力値を発電電力ＤＢ１６１に格納されている発電電力下限値と比較し、太陽光発電装置により発電がおこなわれているか否かの判定を行う（ステップＳ１０１）。

太陽光発電装置により発電がおこなわれていると判定された場合には、燃料電池出力算出ＤＢ１６３に格納されている燃料電池出力および受電端電力の値を読み出して、（数式１）から燃料電池出力設定値を算出する。この算出した燃料電池出力設定値と燃料電池算出ＤＢ１６３に格納されている燃料電池出力上限値とを比較する。

比較した結果、（数式１）を読み出して算出した燃料電池出力設定値が、燃料電池出力上限値を上回った場合には、次の（数式２）から（数式１）で算出した燃料電池出力設定値を、燃料電池出力上限値とする（ステップＳ１０２）。

太陽光発電装置により発電がおこなわれていないと判定された場合には、まず（数式１）、（数式２）を使用した算出を行う。さらに、（数式１）または（数式２）で算出された燃料電池出力設定値により燃料電池４０が運転された場合の貯湯量の予測値が使用湯量予測プログラム１５２を実行して予測された使用湯量を超える場合は、貯湯量計測装置４１により計測された貯湯量を計測値ＤＢ１６５から読み出し、燃料電池出力設定値を（数式３）により変更する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０２またはＳ１０３の次にＣＰＵ１００は、燃料電池制御プログラム１５４は、燃料電池出力算出プログラム１５３によって算出された燃料電池出力設定値を燃料電池４０へ送信し、燃料電池４０の出力が燃料電池出力設定値と一致するように燃料電池４０を制御する（ステップＳ１０４）。

図１３に、図４、図９、図１１を重ね合わせた図を記載する。図１３からは、太陽光発電中の領域２においては、燃料電池出力は電力需要に最大限近づくような制御がなされている。領域１においては、電力需要に合うようには制御はなされていない。

このように燃料電池出力を太陽光発電による発電がなされている期間は電力負荷に合わせた出力制御を行い、それ以外の期間は使用湯予測量に基づいた出力制御を行うことにより、太陽光発電装置により発電した電力を最大限商用系統に逆潮流させることを可能とし、商用系統の電力供給量を減らすことができ電力供給の安定化を図ることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態と第１の実施形態との主な違いは、図１４に示すように蓄電池５０を備えている点、ＲＯＭ１５０内に燃料電池・蓄電池出力算出プログラム１５５、燃料電池・蓄電池出力制御プログラム１５６および燃料電池・蓄電池ＤＢ１６５、燃料電池・蓄電池制御ＤＢ１６６を備えている点である。

蓄電池５０は、蓄電装置とその充放電を制御するパワーコンディショナから構成されるいわゆる二次電池である。このパワーコンディショナは、蓄電装置の充放電電力が、制御装置１０から受け取った充放電電力の指令値に一致するように蓄電装置の制御を行う。

燃料電池・蓄電池出力算出プログラム１５５は、受電端電力計測装置７１で計測された受電端電力がちょうど０（ゼロ）となるように、蓄電池出力設定値およびまたは燃料電池出力設定値を算出する機能をＣＰＵ１００に実現させる手段である。

具体的には、太陽光発電量プログラム１５１を実行し太陽光発電装置による発電がなされていると判定された場合には、燃料電池・蓄電池出力算出ＤＢ１６５に格納されている受電端電力の値を読み出して、
蓄電池出力設定値 ＝ 受電端電力 （数式４）
によって蓄電池出力を算出する。受電端電力とは電力需要から燃料電池出力現在値を差し引いた値である。燃料電池出力現在値とは、熱負荷に追従するように運転する燃料電池の出力の値である。

もし、（数式４）で算出された蓄電池出力が蓄電池出力上限値を上回った場合には、蓄電池出力を（数式５）のように、蓄電池出力上限値とし、不足分を（数式６）のように燃料電池の出力を増加させることで対応する。

蓄電池出力 ＝蓄電池出力上限値 （数式５）
燃料電池出力＝燃料電池出力現在値＋（受電端電力−蓄電池出力上限値） （数式６）
なお、受電端電力を一定とするように燃料電池出力およびまたは蓄電池出力を調整することにより、供給電力の変動が少なくなることから商用系統の負担を軽減することができる。蓄電池出力上限値は予めそのときどきの蓄電量に対応する値をテーブル形式で格納しそこから読み出した値を利用しても良いし、予め定めた一の値を格納するテーブルから読み出す形態であってもよい。

蓄電池＋燃料電池の出力を併せても電力需要に満たない場合は、商用系統からの電力または太陽光発電電力を使用する。

太陽光発電量プログラム１５１を実行し太陽光発電装置による発電がなされていないと判定された場合には、
燃料電池出力を（数式１）乃至（数式３）を用いて燃料電池出力を設定する。電力負荷と燃料電池出力との差がある場合は、蓄電池出力と商用系統からの受電量で補う
蓄電池出力設定値＝ 受電端電力−燃料電池出力現在値−商用系統からの受電量
（数式７）
この場合、商用系統からの受電がなくてもよい。

この他、太陽光発電がなされていないと判定された場合には燃料電池・蓄電池出力の出力については各種設定方法が利用することができる。

例えば、図１７に示すように、
燃料電池出力上限値＞電力需要 （数式８）
となった場合、または、図１９に示すように
（燃料電池出力上限値＋一定受電量）＞電力需要 （数式９）
となった場合に蓄電池に商用系統からの電力で充電させるよう燃料電池出力および蓄電池の設定をする。このようにすることにより、電力需要量が少ない時間帯（本実施形態では夜間）の電力を利用して蓄電池に充電することができ、さらなる商用系統からの電力供給量の平準化や安定化に貢献することができる。

燃料電池・蓄電池制御プログラム１５６は、燃料電池・蓄電池出力算出プログラム１５５を実行することによって算出された燃料電池出力および蓄電池出力に応じて、燃料電池４０および蓄電池１３の出力設定値を変更する機能をＣＰＵに実現させる手段である。

また、燃料電池・蓄電池制御手段１５６は、（数式８）、（数式９）を用いて安価な夜間電力を用いて蓄電池１３を満充電しておき、太陽光発電中に蓄電池の十分な放電運転が可能なように蓄電池１３を制御する機能をＣＰＵ１００に実現させる手段でもある。

燃料電池・蓄電池ＤＢ１６５は、燃料電池のパワーコンディショナなどから受信した燃料電池出力の値と受電端電力計測装置７１が計測した受電端電力の値（電力需要）と、蓄電池の出力上限値と、燃料電池出力上限値とを格納する。例示すると、蓄電池の出力上限値を図１５のようなテーブル形式で格納する。燃料電池の出力上限値、電力需要の値については図７、図８等と同様であるので省略する。また、燃料電池出力算出プログラム１５３によって算出された燃料電池出力設定値を格納する。例えば図１６、図１８に示すようなテーブル形式で格納する。図１６、図１８に示す値をグラフ化すると図１７、図１９にように表すことができる。

燃料電池・蓄電池制御ＤＢ１６６は、燃料電池・蓄電池制御プログラム１５５の実行に必要なデータを格納する。

図１７および図１９から読み取れるように太陽光発電が発電している時間帯においては、燃料電池と蓄電池の出力の合計が、電力負荷に追従するように運転される。また、その他の時間帯においては、燃料電池は熱負荷に追従するように運転される。また、蓄電池は、受電量が一定になるように制御する。一定とする受電量は図２１に示すように予め定められた値であってもよいし、電力需要に従って異なる一定値となるよう記憶部１６０に格納されたテーブルから読み出す形態であってもよい。

図１７と図１９の運転では、太陽光発電が発電中の燃料電池と蓄電池の出力の分担が異なっており、図１７は、蓄電池の容量が比較的大きい場合であり、太陽光発電が発電している時間帯でも燃料電池出力は電力負荷より小さく、蓄電池からの出力と合わせて電力負荷に追従している。また図１９は、蓄電池の容量が比較的小さい場合であり、太陽光発電が発電している時間帯では、燃料電池出力が可能な最大値をとり、残りを蓄電池で分担している。図１７、図１９、いずれの場合にも、蓄電池への充電は夜間に行われることが好適である。

次に、図２０を用いて制御装置１０の動作について説明する。

ＣＰＵ１００は、太陽光発電判定プログラム１５１を実行し、太陽光発電電力計測装置２１によって計測された電力値を発電電力ＤＢ１６１に格納されている発電電力下限値と比較し、太陽光発電装置により発電がおこなわれているか否かの判定を行う（ステップＳ２０１）。

太陽光発電装置により発電がおこなわれていると判定された場合には、燃料電池出力算出ＤＢ１６３に格納されている燃料電池出力および受電端電力の値を読み出して、（数式４）から燃料電池出力設定値を算出する。この算出した燃料電池出力設定値と燃料電池算出ＤＢ１６３に格納されている燃料電池出力上限値とを比較する。

比較した結果、（数式４）を読み出して算出した蓄電池出力設定値が、蓄電池出力上限値を上回った場合には、次の（数式５）から（数式４）で算出した蓄電池出力設定値を、蓄電池出力上限値とする。電力需要量に足りない場合は、さらに、燃料電池出力設定値を（数式６）により変更する（ステップＳ２０２）。

太陽光発電装置により発電がおこなわれていないと判定された場合には、燃料電池出力を（数式１）乃至（数式３）を用いて蓄電池およびまたは燃料電池出力を設定する。足りない場合は、電力負荷と燃料電池出力との差を、太陽光発電による発電電力と商用系統からの受電量で補う（数式７）
（ステップＳ２０３）。

ステップＳ２０２またはＳ２０３の次にＣＰＵ１００は、燃料電池・蓄電池制御プログラム１５４は、燃料電池出力算出プログラム１５３によって算出された燃料電池出力設定値を燃料電池４０へ送信し、燃料電池４０の出力が燃料電池出力設定値と一致するように燃料電池４０を制御する（ステップＳ２０４）。

<変形例１>
また、本実施形態の制御装置１０は、一つのＣＰＵ１００（演算処理部）、一つのＲＯＭ１５０からプログラムを読み出し各機能を実現すると記載しているが、複数のＣＰＵ、ＲＯＭを備えていてもよい。例えば、図２２に示すように、これらＣＰＵ、ＲＯＭ一つのセットとして太陽光発電がなされているか否かの判定を行う太陽光発電判定部１５１、過去の使用湯量等をもとに使用湯量を予測する使用湯量予測部１５２、燃料電池出力の設定値を算出する燃料電池出力算出部１５３、前記設定値と実際の燃料電池出力が一致するよう制御する燃料電池制御部１５４、を備える構成の制御装置であってもよい。また図２１の図１に示す各ＤＢは同義である。

さらに演算処理を行う各部は、図２３に記載するように利用するＤＢを含めた構成の太陽光発電判定手段１５１、過去の使用湯量等をもとに使用湯量を予測する使用湯量予測手段１５２、燃料電池出力の設定値を算出する燃料電池出力算出部１５手段、前記設定値と実際の燃料電池出力が一致するよう制御する燃料電池制御手段１５４としてもよい。

<変形例２>
図２４は、本変形例のエネルギー管理システムの構成図である。

本実施形態と第１、第２、の実施形態の情報提供システムとの違いは、記憶媒体１７１を含む点である。

記憶媒体１７１は、記憶部１７３と接続部１７２とを含む構成である。例えば、ＵＳＢメモリなどのフラッシュメモリやメモリカードなどの外部記憶媒体をいう。また、ネットワークを介して接続されるサーバ―等の記憶媒体であってもよい。

記憶部１７２は、太陽光発電判定プログラム１５１と、使用湯量予測プログラム１５２と、燃料電池出力プログラムプログラム１５３と、燃料電池制御プログラム１５４と、発電電力ＤＢ１６１と、使用湯量予測ＤＢ１６２と、燃料電池出力上限値ＤＢ１６３と、燃料電池制御ＤＢ１６４と、を記憶するメモリである。データの書き込みはできない非一次記憶媒体を用いてもよいし、データの読み出し、書き込みが随時できる半導体メモリ等の記憶媒体であってもよい。その他、画像データを表示部１４０にて人が認識可能な文字や図柄を表示させる表示プログラムや、コンテンツを通信ＩＦを介して移動端末に配信させるプログラム等が格納されていてもよい。

本実施形態では、記憶媒体１７１に各プログラム、各テーブルが一括して格納されているが、ＲＯＭ１５０、記憶部１６０、記憶媒体１７１に分割して格納されていてもよい。例えば、ＲＯＭ１５０にプログラム１５１を格納し、記憶部１７１に、プログラム１５２乃至１５４を格納する。

接続部１７３は、サーバ等のコンピュータに設置されるＵＳＢ端子などの外部ＩＦ１７０と電気信号のやり取りが可能なように接続を行う。

なお、ＵＳＢメモリのように直接接続せずネットワークを介した接続であってもよい。

<変形例３>
図２５は、本変形例のエネルギー管理システムの構成図である。いわゆるクラウドコンピューティングを用いたエネルギー管理システムである。

本変形例では、情報提供システムがデータサーバ８０を備えている点である。本実施形態で制御装置１０は記憶部を備えていないかのごとく記載しているが、備えていてもよい。

データサーバ８０は、ＣＰＵ８００と、ＲＡＭ（ＲＷＭ）８１０と、通信ＩＦ８２０と、入力ＩＦ８３０と、表示ＩＦ８４０と、ＲＯＭ８５０と、記憶部８６０とを含む構成である。その他、ＵＳＢメモリ等の外部記憶装置を装着するＩＦ（インターフェース）を備えていてもよい。

ＲＯＭ８５０には、各プログラム１５１乃至１５４が格納されている。その他、表示部への表示や通信に必要なプログラムを格納していてもよい。また、１５１乃至１５４の全てを備えている必要はなく、ＲＯＭ１５０、８５０または他のコンピュータのＲＯＭに分割して格納されていてもよい。

記憶部８６０は、各ＤＢ１６１乃至１６４が格納される。

動作としては、いずれかの制御装置１０Ａ、１０ＢによりＲＯＭからネットワーク上で使用するプログラムを読み出し、実行する。例えば、制御装置１０ＢのＣＰＵが制御装置１０Ａ内のＲＯＭ１５０（図示しない）からプログラムを読み出し、必要なデータを記憶部８６０から読み出して処理機能を発揮する。

通信ネットワーク３は、相互にデータを通信可能なインターネット等の通信回線である。有線のごとく記載しているが無線による接続であってもよい。

なお、各実施形態ともに太陽光発電の判断に用いる「一定以上、一定未満」の組み合わせと、「一定値より多く、一定値以下」の組み合わせとは、適宜相互に交換することができる。

また、説明した各実施形態では、太陽光発電装置２０を使用しているがこれを太陽光発電装置、風力発電装置、地熱発電装置、水力発電装置、ガス発電装置、振動発電装置などの自家発電装置のうち一つ以上を組み合わせた発電装置に代替することができる。つまり、一または複数の太陽光発電装置を商用系統と切り離した単独系統を形成する発電装置群に置き換えることができる。

また、各テーブルは一時間毎の電力量の値等を例示しているが、これに限らず例えば一分毎、二十秒毎、一秒毎などの一定間隔毎であってもよい。一定間隔ではなく、例えば夜間は１時間毎などの長い間隔毎、日中は１０分間毎などの短い間隔で行ってもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ … 通信ネットワーク
２ … 電力伝送ネットワーク
１０ … 制御装置
２０ … 太陽光発電装置
３０ … 商用系統
４０ … 燃料電池
５０ … 蓄電池
６０ … 負荷
７１ … 受電端電力計測装置
８０ … データセンター
１００ … ＣＰＵ（Central Processing Unit）（演算処理部）
１０１ … 太陽光発電判定部
１０２ … 使用湯量予測部
１０３ … 燃料電池出力算出部
１０４ … 燃料電池制御部
１１０ … ＲＡＭ（ＲＷＭ）（Random Access Memory）（Read Write Memory）
１２０ … 通信ＩＦ(inter face)
１２１ … 通信部
１３０ … 入力ＩＦ
１３１ … 入力部
１４０ … 表示ＩＦ
１４１ … 表示部
１５０ … ＲＯＭ(Read Only Memory)
１５１ … 太陽光発電判定プログラム
１５２ … 使用湯量予測プログラム
１５３ … 燃料電池出力算出プログラム
１５４ … 燃料電池制御プログラム
１６０ … 記憶部
１６１ … 太陽光発電電力ＤＢ（data base）
１６２ … 受電端電力ＤＢ
１６３ … 燃料電池ＤＢ
１６４ … 燃料電池制御ＤＢ
１６５ … 燃料電池・蓄電池ＤＢ
１６６ … 燃料電池・蓄電池制御ＤＢ
１７０ … 外部ＩＦ
１７１ … 記憶装置
１７２ … 接続ＩＦ
１７３ … 記憶部
８００ … ＣＰＵ
８１０ … ＲＡＭ（ＲＷＭ）（Random Access Memory）（Read Write Memory）
８２０ … 通信ＩＦ(inter face)
８２１ … 通信部
８３０ … 入力ＩＦ
８３１ … 入力部
８４０ … 表示ＩＦ
８４１ … 表示部
８５０ … ＲＯＭ(Read Only Memory)
８６０ … 記憶部

Claims (6)

1. 商用系統と連系する太陽光発電装置が電力負荷に給電可能で、且つ、発電電力の余剰電力を前記商用系統に売電可能に接続する回路構成で、前記電力負荷への燃料電池からの出力を制御する制御装置に、
   前記太陽光発電装置の発電電力が閾値以上か未満かを判定する判定処理と、
   前記判定処理により閾値以上であると判定される場合には、前記燃料電池の出力上限値を上限として電力負荷の電力需要に基づき燃料電池出力設定値を算出し、前記判定処理により閾値未満であると判定される場合には、使用湯量予測値に基づき燃料電池出力設定値を算出する算出処理と、
   前記算出処理により算出される前記燃料電池出力設定値に基づき燃料電池を制御する制御処理と
   を実現させるエネルギー管理方法。
2. 商用系統と連系する太陽光発電装置が電力負荷に給電可能で、且つ、発電電力の余剰電力を前記商用系統に売電可能に接続する回路構成で、ＲＯＭからデータを読み出しＣＰＵを備えるコンピュータに前記電力負荷への燃料電池からの出力の制御処理を実行させるエネルギー管理プログラムにおいて、
   前記太陽光発電装置の発電電力が閾値以上か未満かを判定する判定機能と、
   前記判定機能により閾値以上であると判定される場合には、前記燃料電池の出力上限値を上限として電力負荷の電力需要に基づき燃料電池出力設定値を算出し、前記判定機能により閾値未満であると判定される場合には、使用湯量予測値に基づき燃料電池出力設定値を算出する算出機能と、
   前記算出機能により算出される前記燃料電池出力設定値に基づき燃料電池を制御する制御機能と
   を実現させるエネルギー管理プログラム。
3. 商用系統と連系する太陽光発電装置が電力負荷に給電可能で、且つ、発電電力の余剰電力を前記商用系統に売電可能に接続する回路構成で、前記電力負荷への燃料電池からの出力を制御する制御装置において、
   前記太陽光発電装置の発電電力が閾値以上か未満かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により閾値以上であると判定される場合には、前記燃料電池の出力上限値を上限として電力負荷の電力需要に基づき燃料電池出力設定値を算出し、前記判定手段により閾値未満であると判定される場合には、使用湯量予測値に基づき燃料電池出力設定値を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出される前記燃料電池出力設定値に基づき燃料電池を制御する制御手段と
   を備える制御装置。
4. 商用系統と連系する太陽光発電装置が電力負荷に給電可能で、且つ、発電電力の余剰電力を前記商用系統に売電可能に接続する回路構成で、前記電力負荷への燃料電池および蓄電池からの出力を制御する制御装置において、
   前記太陽光発電装置の発電電力が閾値以上か未満かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により閾値以上であると判定される場合には、前記燃料電池の出力上限値を上限として電力負荷の電力需要に基づき燃料電池出力設定値および蓄電池出力設定値を算出し、前記判定手段により閾値未満であると判定される場合には、使用湯量予測値に基づき燃料電池出力設定値および蓄電池出力設定値を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出される前記燃料電池出力設定値および蓄電池出力設定値に基づき燃料電池および蓄電池を制御する制御手段と
   を備える制御装置。
5. 商用系統と連系する太陽光発電装置が電力負荷に給電可能で、且つ、発電電力の余剰電力を前記商用系統に売電可能に接続する回路構成で、前記電力負荷への燃料電池および蓄電池からの出力を制御する制御装置において、
   前記太陽光発電装置の発電電力が閾値以上か未満かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により閾値以上であると判定される場合には、前記燃料電池の出力上限値を上限として電力負荷の電力需要を満たし、且つ、商用系統からの受電量を一定とするように燃料電池出力設定値および蓄電池出力設定値を算出し、前記判定手段により閾値未満であると判定される場合には、使用湯量予測値に基づき燃料電池出力設定値および蓄電池出力設定値を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出される前記燃料電池出力設定値および蓄電池出力設定値に基づき燃料電池および蓄電池を制御する制御手段と
   を備える制御装置。
6. 商用系統と連系する太陽光発電装置が電力負荷に給電可能で、且つ、発電電力の余剰電力を前記商用系統に売電可能に接続する回路構成で、前記電力負荷への燃料電池からの出力を制御するエネルギー管理システムにおいて、
   前記太陽光発電装置の発電電力が閾値以上か未満かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により閾値以上であると判定される場合には、前記燃料電池の出力上限値を上限として電力負荷の電力需要に基づき燃料電池出力設定値を算出し、前記判定手段により閾値未満であると判定される場合には、使用湯量予測値に基づき燃料電池出力設定値を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出される前記燃料電池出力設定値に基づき燃料電池を制御する制御手段と
   を備えるエネルギー管理システム。

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