以下では、図1を用いて、本発明に係る「電力供給システム」の一実施形態である電力供給システム1の構成について説明する。
なお、以下の説明において「上流側」及び「下流側」とは、商用電源300からの電力の供給方向(すなわち、商用電源300から分電盤10側への方向)に基づいて規定する。
電力供給システム1は、住宅に設けられ、商用電源300や太陽光発電部70等からの電力を分電盤10に供給し、図示せぬ負荷(家庭内負荷)へと適宜供給するものである。電力供給システム1は、図1に示すように、主として分電盤10、第一電力経路20、蓄電装置30、第二電力経路40、第三電力経路50、第一切り替えスイッチ60、太陽光発電部70、パワーコンディショナ80、燃料電池90、第一電力センサ110、第一オンオフスイッチ140、第二オンオフスイッチ150、第四電力経路160、第五電力経路170、第六電力経路180、第七電力経路190、第八電力経路200、第二切り替えスイッチ210、第三切り替えスイッチ220、第五電力センサ230、第六電力センサ240及び第七電力センサ250を具備する。
分電盤10は、本発明に係る「分電盤」の一実施形態である。分電盤10は、負荷の消費電力に応じて供給された電力を当該負荷に分配するものである。分電盤10は、電力の供給元となる商用電源300、太陽光発電部70、燃料電池90及び蓄電装置30に接続され、これらからの電力が適宜供給されるように構成される。
なお、本実施形態において負荷とは、前記住宅において電力が消費される電化製品等が接続される回路である。負荷は、例えば部屋ごとや大きな電力を消費する機器専用のコンセントごとに設けられ、それぞれ分電盤10に接続される(不図示)。
第一電力経路20は、本発明に係る「第一電力経路」の一実施形態である。第一電力経路20は、電力が流通可能な経路である。第一電力経路20は、導線等で構成される。第一電力経路20は、一側が商用電源300に接続され、他側が分電盤10に接続される。このように、商用電源300と分電盤10とは、第一電力経路20を介して電力が流通可能に構成される。
蓄電装置30は、本発明に係る「蓄電装置」の一実施形態である。蓄電装置30は、電力を充電可能であると共に当該充電した電力を放電可能な装置である。蓄電装置30は、図示せぬリチウムイオン電池やパワーコンディショナや制御部等により構成される。蓄電装置30は、充電した電力を放電して分電盤10に供給することができる。なお、蓄電装置30は、商用電源300と連系動作可能(系統連係可能)に構成される。また、蓄電装置30は、後述する第五電力センサ230の検出結果に基づいて、放電する電力の電力量を変更する負荷追従運転可能に構成される。
第二電力経路40は、本発明に係る「第二電力経路」の一実施形態である。第二電力経路40は、電力が流通可能な経路である。第二電力経路40は、導線等で構成される。第二電力経路40は、一側が分電盤10に接続され、他側が第一切り替えスイッチ60を介して蓄電装置30に接続可能とされる。このように、分電盤10と蓄電装置30とは、第二電力経路40及び第一切り替えスイッチ60を介して電力が流通可能に構成される。
第三電力経路50は、本発明に係る「第三電力経路」の一実施形態である。第三電力経路50は、電力が流通可能な経路である。第三電力経路50は、導線等で構成される。第三電力経路50は、一側が第一電力経路20の中途部(以下では、「第二接続部22」と称する。)に接続され、他側が第一切り替えスイッチ60を介して蓄電装置30に接続可能とされる。このように、分電盤10と蓄電装置30とは、第一電力経路20、第三電力経路50及び第一切り替えスイッチ60を介して電力が流通可能に構成される。
第一切り替えスイッチ60は、本発明に係る「切り替え手段」の一実施形態である。第一切り替えスイッチ60は、電力の流通の可否及び方向を切り替えるものである。第一切り替えスイッチ60は、第二電力経路40と第三電力経路50と蓄電装置30との接続部に設けられる。
より詳細には、第一切り替えスイッチ60において、第二電力経路40側の接点61及び第三電力経路50側の接点62が両方ともオフとされた場合には、分電盤10と蓄電装置30とは接続されない。すなわち、第二電力経路40側の接点61及び第三電力経路50側の接点62が両方ともオフとされた場合には、分電盤10と蓄電装置30とは、電力の流通が不能な状態に切り替えられる(図1参照)。
また、第一切り替えスイッチ60において、第二電力経路40側の接点61がオンとされて第三電力経路50側の接点62がオフとされた場合には、分電盤10と蓄電装置30とが第二電力経路40を介して接続される。すなわち、第二電力経路40側の接点61がオンとされて第三電力経路50側の接点62がオフとされた場合には、分電盤10と蓄電装置30とが第二電力経路40及び第一切り替えスイッチ60を介して電力の流通が可能な状態に切り替えられる(図2及び図3参照)。
また、第一切り替えスイッチ60において、第三電力経路50側の接点62がオンとされて第二電力経路40側の接点61がオフとされた場合には、分電盤10と蓄電装置30とが第一電力経路20、第三電力経路50及び第一切り替えスイッチ60を介して接続される。すなわち、第三電力経路50側の接点62がオンとされて第二電力経路40側の接点61がオフとされた場合には、分電盤10と蓄電装置30とが第一電力経路20、第三電力経路50及び第一切り替えスイッチ60を介して電力の流通が可能な状態に切り替えられる(図4参照)。
太陽光発電部70は、本発明に係る「発電部」の一実施形態である。太陽光発電部70は、太陽光を利用して発電する装置である。太陽光発電部70は、図示せぬ太陽電池パネル等により構成される。太陽光発電部70は、前記住宅の屋根の上等の日当たりの良い場所に設置される。太陽光発電部70は、電力(直流電力)を発電し、当該発電した電力を出力することができる。
パワーコンディショナ80は、電力を適宜変換するものである。パワーコンディショナ80は、図示せぬインバータ回路等により構成される。パワーコンディショナ80は、電力の入力側が太陽光発電部70に接続され、当該太陽光発電部70から出力された電力(直流電力)が入力される。パワーコンディショナ80は、太陽光発電部70から入力された直流電力を交流電力に変換し、当該変換した交流電力を出力することができる。
なお、パワーコンディショナ80は、電力の出力側が第一電力経路20の中途部(以下では「第三接続部23」と称する。)に接続される。第三接続部23は、第一電力経路20において商用電源300よりも下流側であって、且つ第二接続部22よりも上流側に(商用電源300と第二接続部22との間に)配置される。
燃料電池90は、本発明に係る「燃料電池」の一実施形態である。燃料電池90は、水素等の供給される燃料を用いて発電する装置である。燃料電池90は、固体酸化物形燃料電池(SOFC : Solid Oxide Fuel Cell)や制御部等により構成される。燃料電池90は、後述する発電計画に応じて発電し、当該発電した電力を出力することができる。また、燃料電池90は図示せぬ貯湯ユニットを具備し、発電時に発生する熱を用いて当該貯湯ユニット内で湯を沸かすことができる。
また、燃料電池90は、所定の情報(より詳細には、後述する第一電力センサ110の検出結果から取得された情報)に基づいて負荷の消費電力に関する情報を学習する機能(以下では「学習機能」と称する。)を有する。また、燃料電池90は、学習機能により学習された情報に基づいて発電計画を適宜更新(作成)することができる。なお、発電計画とは、負荷の消費電力の電力量が比較的多い時間帯及び曜日等を推定し、当該推定した時間帯及び曜日等に発電を行うように燃料電池90の発電を制御するための計画を指すものである。
このように、燃料電池90が適宜更新される発電計画に応じて発電することにより、負荷の消費電力の電力量が比較的多いときに(最適のタイミングで)当該燃料電池90で発電された電力を分電盤10に供給することができる。すなわち、燃料電池90で発電された電力を効率良く利用することができ、商用電源300から分電盤10に供給される電力の電力量(買電量)を減らして電力料金を節約することができる。
なお、本実施形態において燃料電池90は、最大発電量が700Wとなるように設定される。また、本実施形態において燃料電池90は、メンテナンスや前記貯湯ユニット内の湯量が一定量以上である等の理由により定期的(又は、不定期的)に運転が停止され、当該運転が停止されている間は発電が行われないように設定される。
また、燃料電池90は、電力の出力側が第一電力経路20の中途部(以下では「第一接続部21」と称する。)に接続される。第一接続部21は、第一電力経路20において第二接続部22よりも下流側であって、且つ分電盤10よりも上流側に(第二接続部22と分電盤10との間に)配置される。
第一電力センサ110は、本発明に係る「第一電力検出手段」の一実施形態である。第一電力センサ110は、設置箇所における電力を検出するものである。第一電力センサ110は、第一電力経路20において第一接続部21と第二接続部22との間に設置される。第一電力センサ110は、燃料電池90に電気的に接続される。第一電力センサ110は、その検出結果に関する信号を燃料電池90に出力することができる。
このように、燃料電池90は、第一電力センサ110から検出結果に関する信号が入力され、当該第一電力センサ110の設置箇所における電力に関する情報を取得することができる。そして、燃料電池90は、取得した第一電力センサ110の設置箇所における電力に関する情報と、自らが発電した電力に関する情報と、により、分電盤10に供給される電力(ひいては、負荷の消費電力)に関する情報を取得(算出)することができる。
こうして、燃料電池90は、第一電力センサ110の検出結果に基づいて負荷の消費電力に関する情報を取得すると共に学習し、当該学習した情報に基づいて当該燃料電池90の発電計画を適宜更新(作成)することができる。
第一オンオフスイッチ140は、設置箇所における電力の流通の可否を切り替えるものである。第一オンオフスイッチ140は、第一電力経路20において第一接続部21と分電盤10との間に設置される。
より詳細には、第一オンオフスイッチ140がオンとされた場合には、第一接続部21側の接点141と分電盤10側の接点142とが接続され、第一接続部21側と分電盤10側とが第一オンオフスイッチ140を介して電力の流通が可能な状態に切り替えられる。他方、第一オンオフスイッチ140がオフとされた場合には、第一接続部21側の接点141と分電盤10側の接点142との接続が解除され、第一接続部21側と分電盤10側とが第一オンオフスイッチ140を介して電力の流通が不能な状態に切り替えられる。
第二オンオフスイッチ150は、設置箇所における電力の流通の可否を切り替えるものである。第二オンオフスイッチ150は、第一電力経路20において第三接続部23と第二接続部22との間に設置される。
より詳細には、第二オンオフスイッチ150がオンとされた場合には、第三接続部23側の接点151と第二接続部22側の接点152とが接続され、第三接続部23側と第二接続部22側とが第二オンオフスイッチ150を介して電力の流通が可能な状態に切り替えられる。他方、第二オンオフスイッチ150がオフとされた場合には、第三接続部23側の接点151と第二接続部22側の接点152との接続が解除され、第三接続部23側と第二接続部22側とが第二オンオフスイッチ150を介して電力の流通が不能な状態に切り替えられる。
第四電力経路160は、電力が流通可能な経路である。第四電力経路160は、導線等で構成される。第四電力経路160は、一側が第二オンオフスイッチ150(より詳細には、接点151)に接続され、他側が第二切り替えスイッチ210(より詳細には、接点211)に接続される。
第五電力経路170は、電力が流通可能な経路である。第五電力経路170は、導線等で構成される。第五電力経路170は、一側が第一オンオフスイッチ140(より詳細には、接点141)に接続され、他側が第二切り替えスイッチ210(より詳細には、接点212)に接続される。
第六電力経路180は、電力が流通可能な経路である。第六電力経路180は、導線等で構成される。第六電力経路180は、一側が第二オンオフスイッチ150(より詳細には、接点152)に接続され、他側が第三切り替えスイッチ220(より詳細には、接点221)に接続される。
第七電力経路190は、電力が流通可能な経路である。第七電力経路190は、導線等で構成される。第七電力経路190は、一側が第一オンオフスイッチ140(より詳細には、接点142)に接続され、他側が第三切り替えスイッチ220(より詳細には、接点222)に接続される。
第八電力経路200は、電力が流通可能な経路である。第八電力経路200は、導線等で構成される。第八電力経路200は、一側が第二切り替えスイッチ210を介して第四電力経路160又は第五電力経路170に接続可能とされ、他側が第三切り替えスイッチ220を介して第六電力経路180又は第七電力経路190に接続可能とされる。
第二切り替えスイッチ210は、電力の流通の可否及び方向を切り替えるものである。第二切り替えスイッチ210は、第四電力経路160と第五電力経路170と第八電力経路200との接続部に設けられる。
より詳細には、第二切り替えスイッチ210において、第四電力経路160側の接点211及び第五電力経路170側の接点212が両方ともオフとされた場合には、第四電力経路160と第五電力経路170と第八電力経路200とはそれぞれ接続されない。すなわち、第四電力経路160側の接点211及び第五電力経路170側の接点212が両方ともオフとされた場合には、第四電力経路160と第五電力経路170と第八電力経路200とはそれぞれ第二切り替えスイッチ210を介して電力の流通が不能な状態に切り替えられる(図1参照)。
また、第二切り替えスイッチ210において、第四電力経路160側の接点211がオンとされて第五電力経路170側の接点212がオフとされた場合には、第四電力経路160と第八電力経路200とが第二切り替えスイッチ210を介して接続される。すなわち、第四電力経路160と第八電力経路200とが、第二切り替えスイッチ210を介して電力の流通が可能な状態に切り替えられる。また、第五電力経路170と第八電力経路200とは、第二切り替えスイッチ210を介して接続されない。すなわち、第五電力経路170と第八電力経路200とは、第二切り替えスイッチ210を介して電力の流通が不能な状態に切り替えられる(図4参照)。
また、第二切り替えスイッチ210において、第四電力経路160側の接点211がオフとされて第五電力経路170側の接点212がオンとされた場合には、第四電力経路160と第八電力経路200とが第二切り替えスイッチ210を介して接続されない。すなわち、第四電力経路160と第八電力経路200とが、第二切り替えスイッチ210を介して電力の流通が不能な状態に切り替えられる。また、第五電力経路170と第八電力経路200とは、第二切り替えスイッチ210を介して接続される。すなわち、第五電力経路170と第八電力経路200とは、第二切り替えスイッチ210を介して電力の流通が可能な状態に切り替えられる(図2及び図3参照)。
第三切り替えスイッチ220は、電力の流通の可否及び方向を切り替えるものである。第三切り替えスイッチ220は、第六電力経路180と第七電力経路190と第八電力経路200との接続部に設けられる。
より詳細には、第三切り替えスイッチ220において、第六電力経路180側の接点221及び第七電力経路190側の接点222が両方ともオフとされた場合には、第六電力経路180と第七電力経路190と第八電力経路200とはそれぞれ接続されない。すなわち、第六電力経路180側の接点221及び第七電力経路190側の接点222が両方ともオフとされた場合には、第六電力経路180と第七電力経路190と第八電力経路200とはそれぞれ第三切り替えスイッチ220を介して電力の流通が不能な状態に切り替えられる(図1参照)。
また、第三切り替えスイッチ220において、第六電力経路180側の接点221がオンとされて第七電力経路190側の接点222がオフとされた場合には、第六電力経路180と第八電力経路200とが第三切り替えスイッチ220を介して接続される。すなわち、第六電力経路180と第八電力経路200とが、第三切り替えスイッチ220を介して電力の流通が可能な状態に切り替えられる。また、第七電力経路190と第八電力経路200とは、第三切り替えスイッチ220を介して接続されない。すなわち、第七電力経路190と第八電力経路200とは、第三切り替えスイッチ220を介して電力の流通が不能な状態に切り替えられる(図4参照)。
また、第三切り替えスイッチ220において、第六電力経路180側の接点221がオフとされて第七電力経路190側の接点222がオンとされた場合には、第六電力経路180と第八電力経路200とが第三切り替えスイッチ220を介して接続されない。すなわち、第六電力経路180と第八電力経路200とが、第三切り替えスイッチ220を介して電力の流通が不能な状態に切り替えられる。また、第七電力経路190と第八電力経路200とは、第三切り替えスイッチ220を介して接続される。すなわち、第七電力経路190と第八電力経路200とは、第三切り替えスイッチ220を介して電力の流通が可能な状態に切り替えられる(図2及び図3参照)。
このように、電力供給システム1においては、複数の電力経路やスイッチが設けられ、電力の流通の可否や方向が適宜切り替えられる。
なお、本実施形態において第四電力経路160と第八電力経路200と第六電力経路180とが、第二切り替えスイッチ210と第三切り替えスイッチ220とを介して接続されて構成された経路は、電力が流通可能且つ循環可能な経路であって、その一側(第二オンオフスイッチ150の接点151又は接点152の一側)及び他側(第二オンオフスイッチ150の接点151又は接点152の他側)が第一電力経路20において第二接続部22よりも上流側に配置されるものであり、本発明に係る「第一電力循環路」の一実施形態である。以下では、第四電力経路160と第八電力経路200と第六電力経路180とにより構成される経路(循環路)を、「第一電力循環路」と称する。
また、本実施形態において第五電力経路170と第八電力経路200と第七電力経路190とが、第二切り替えスイッチ210と第三切り替えスイッチ220とを介して接続されて構成された経路は、電力が流通可能且つ循環可能な経路であって、その一側(第一オンオフスイッチ140の接点141又は接点142の一側)及び他側(第一オンオフスイッチ140の接点141又は接点142の他側)が第一電力経路20において第一接続部21よりも下流側に配置されるものであり、本発明に係る「第二電力循環路」の一実施形態である。以下では、第五電力経路170と第八電力経路200と第七電力経路190とにより構成される経路(循環路)を、「第二電力循環路」と称する。
なお、第一電力循環路において第八電力経路200は、第二切り替えスイッチ210及び第三切り替えスイッチ220を介して第四電力経路160と第八電力経路200と接続される。また、第二電力循環路において第八電力経路200は、第二切り替えスイッチ210及び第三切り替えスイッチ220を介して第五電力経路170と第七電力経路190と接続される。そして、第八電力経路200は、第二切り替えスイッチ210及び第三切り替えスイッチ220を介して第四電力経路160と第八電力経路200と接続される場合には、第二切り替えスイッチ210及び第三切り替えスイッチ220を介して第五電力経路170と第七電力経路190と接続されない。他方、第八電力経路200は、第二切り替えスイッチ210及び第三切り替えスイッチ220を介して第四電力経路160と第八電力経路200と接続されない場合には、第二切り替えスイッチ210及び第三切り替えスイッチ220を介して第五電力経路170と第七電力経路190と接続される。
このように、第八電力経路200は、第一電力循環路及び第二電力循環路とに排他的に接続される(含まれる)ように構成される。
なお、第八電力経路200は、後述する第五電力センサ230が配置されるものであり本発明に係る「第二電力検出経路」の一実施形態である。
なお、第二切り替えスイッチ210及び第三切り替えスイッチ220のオンオフの切り替えは、第一オンオフスイッチ140と第二オンオフスイッチ150とのオンオフの切り替えと共に、各スイッチのオンオフが相互に関連して排他的に行われるように設定される。
具体的には、第一オンオフスイッチ140と、第二切り替えスイッチ210の接点211と、第三切り替えスイッチ220の接点221と、がオンとされる場合には、第二オンオフスイッチ150と、第二切り替えスイッチ210の接点212と、第三切り替えスイッチ220の接点222と、がオフとされる。
また、第二オンオフスイッチ150と、第二切り替えスイッチ210の接点212と、第三切り替えスイッチ220の接点222と、がオンとされる場合には、第一オンオフスイッチ140と、第二切り替えスイッチ210の接点211と、第三切り替えスイッチ220の接点221と、がオフとされる。
このように、電力供給システム1においては、各スイッチのオンオフを相互に関連して排他的に行うことにより、各機器からの電力を予め設定された特定の経路に流通させることができる。
なお、以下では、第二オンオフスイッチ150と、第二切り替えスイッチ210の接点212と、第三切り替えスイッチ220の接点222と、がオンとされた各スイッチの切り替え状態を「第一切り替え状態」と称する。
また、以下では、第一オンオフスイッチ140と、第二切り替えスイッチ210の接点211と、第三切り替えスイッチ220の接点221と、がオンとされた各スイッチの切り替え状態を「第二切り替え状態」と称する。
第五電力センサ230は、本発明に係る「第二電力検出手段」の一実施形態である。第五電力センサ230は、設置箇所における電力を検出するものである。第五電力センサ230は、第八電力経路200における中途部(第二切り替えスイッチ210と第三切り替えスイッチ220との間)に設置される。第五電力センサ230は、蓄電装置30に電気的に接続される。第五電力センサ230は、その検出結果に関する信号を蓄電装置30に出力することができる。
第六電力センサ240は、設置箇所における電力を検出するものである。第六電力センサ240は、第一電力経路20において商用電源300と第三接続部23との間に設置される。第六電力センサ240は、蓄電装置30に電気的に接続される。第六電力センサ240は、その検出結果に関する信号を蓄電装置30に出力することができる。
第七電力センサ250は、設置箇所における電力を検出するものである。第七電力センサ250は、燃料電池90と第一接続部21との間に設置される。第七電力センサ250は、蓄電装置30に電気的に接続される。第七電力センサ250は、その検出結果に関する信号を蓄電装置30に出力することができる。
このように、蓄電装置30は、第五電力センサ230、第六電力センサ240及び第七電力センサ250から検出結果に関する信号が入力され、各電力センサの設置箇所における電力に関する情報を取得することができる。
具体的には、蓄電装置30は、第五電力センサ230の検出結果により、第八電力経路200を流通する電力の電力量に関する情報を取得することができる。なお、前述したように蓄電装置30は、第五電力センサ230の検出結果に基づいて、放電する電力の電力量を変更する負荷追従運転可能に構成される。
また、蓄電装置30は、第六電力センサ240の検出結果により、商用電源300からの電力供給(買電)の有無、商用電源300への電力の逆潮流(売電)の有無及びその設置箇所を流通する電力の電力量に関する情報を取得することができる。
また、蓄電装置30は、第七電力センサ250の検出結果により、燃料電池90の発電の有無に関する情報を取得することができる。
なお、前述した第六電力センサ240及び第七電力センサ250は、後述する特定の目的を達成するために各機器の電力のやり取りを具体的に設定した複数のモード(第一モード及び第二モード)を実行するためにそれぞれ配置されるものである。そして、前述したような商用電源300からの電力供給(買電)の有無等や燃料電池90の発電の有無に関する情報は、本実施形態のように蓄電装置30が第六電力センサ240及び第七電力センサ250の検出結果により取得するものでなくてもよい。すなわち、蓄電装置30は、前記情報を、第六電力センサ240や第七電力センサ250とは異なるセンサからの検出結果により取得(算出)する構成であってもよい。
なお、本実施形態において太陽光発電部70、パワーコンディショナ80、燃料電池90、蓄電装置30及び第一切り替えスイッチ60、第一オンオフスイッチ140、第二オンオフスイッチ150、第二切り替えスイッチ210及び第三切り替えスイッチ220等はそれぞれ図示せぬ制御装置に接続され、当該制御装置により電力供給システム1における各種の情報が管理されると共に動作が制御される。
以下では、電力供給システム1における電力の供給態様について簡単に説明する。
なお、以下の説明における電力の流通方向の変更は、前記制御装置により制御されるものとする。
太陽光発電部70で発電された電力は、パワーコンディショナ80により直流電力から交流電力へと変換された後、所定の電力経路を介して分電盤10に供給される。また、商用電源300からの電力は、所定の電力経路を介して分電盤10に供給される。また、燃料電池90で発電された電力は、所定の電力経路を介して分電盤10に供給される。こうして、前記住宅等の居住者は、太陽光発電部70、商用電源300及び燃料電池90からの電力によって、照明を点灯させたり調理器具やエアコンを使用したりすることができる。
このように、電力供給システム1では、分電盤10で負荷に分配される電力(負荷の消費電力)を、商用電源300からの電力だけでなく、太陽光発電部70で発電された電力や、燃料電池90で発電された電力を用いてまかなうことができる。これにより、商用電源300から分電盤10に供給される電力の電力量(買電量)を減らし、電力料金を節約することができる。また、燃料電池90の学習機能により当該燃料電池90で発電された電力が効率良く利用されるように構成される。
また、負荷の消費電力が商用電源300からの電力以外の電力(すなわち、太陽光発電部70で発電された電力や、燃料電池90で発電された電力)だけでまかなえ、且つ太陽光発電部70で発電された電力や、燃料電池90で発電された電力に余剰した電力(余剰電力)が生じる場合には、当該余剰電力を商用電源300に逆潮流させて売電することができる。これにより、電力料金を節約することができると共に、経済的な利益を得ることができる。
また、太陽光発電部70で発電された電力や、燃料電池90で発電された電力と同様に、蓄電装置30から放電された電力を、分電盤10に供給することもできる。また、商用電源300からの電力や、太陽光発電部70で発電された電力や、燃料電池90で発電された電力を分電盤10を介して蓄電装置30に供給し、当該供給した電力を蓄電装置30に充電させることもできる。
なお、分電盤10に供給される電力としては、燃料電池90で発電された電力が、他の電力(商用電源300からの電力、太陽光発電部70で発電された電力及び蓄電装置30から放電された電力)に優先して用いられるように設定される。
以下では、前述したような電力供給システム1の電力の供給態様において、蓄電装置30の充放電と燃料電池90の発電との関係について詳細に説明する。
まず、前述したような電力供給システム1の電力の供給態様において、蓄電装置30の充電と燃料電池90の発電との関係について、図2を用いて説明する。
なお、図2においては説明の便宜上、商用電源300からの電力及び太陽光発電部70で発電された電力は分電盤10に供給されていない状態であるものとする。
燃料電池90で発電された電力を蓄電装置30に充電させる場合には、図2に示すように、各スイッチのオンオフの切り替え状態が第一切り替え状態とされ、且つ第一切り替えスイッチ60の接点61がオンとされる。
これにより、第五電力経路170と第八電力経路200とは、第二切り替えスイッチ210を介して接続され、当該第二切り替えスイッチ210を介して電力が流通可能な状態となる。また、第八電力経路200と第七電力経路190とは、第三切り替えスイッチ220を介して接続され、当該第三切り替えスイッチ220を介して電力が流通可能な状態となる。すなわち、第五電力経路170と第八電力経路200と第七電力経路190とにより第二電力循環路が形成される。
また、第二電力経路40と蓄電装置30とは、第一切り替えスイッチ60を介して接続され、当該第一切り替えスイッチ60を介して電力が流通可能な状態となる。
こうして、燃料電池90で発電された電力は、第一電力経路20、第五電力経路170、第二切り替えスイッチ210、第八電力経路200、第三切り替えスイッチ220、第七電力経路190、第一電力経路20を順番に流通して分電盤10に供給される。そして、燃料電池90から分電盤10に供給して余剰した電力(余剰電力)が生じた場合、当該余剰電力は第二電力経路40、第一切り替えスイッチ60を順番に流通して蓄電装置30に供給される。
このように、各スイッチのオンオフの切り替え状態を第一切り替え状態とし、且つ第一切り替えスイッチ60の接点61をオンとすることにより、燃料電池90から分電盤10に供給して余剰した電力(余剰電力)を蓄電装置30に供給して充電させることができる。すなわち、燃料電池90で発電された電力の全てを有効活用することができる。
次に、前述したような電力供給システム1の電力の供給態様において、蓄電装置30の放電と燃料電池90の発電との関係について、図3及び図4を用いて説明する。
なお、図3及び図4においては説明の便宜上、商用電源300からの電力は分電盤10に供給されている状態であり、且つ太陽光発電部70で発電された電力は分電盤10に供給されていない状態であるものとする。
蓄電装置30を放電させる場合、図3及び図4に示すように、燃料電池90が発電しているか否かに応じて、各スイッチのオンオフの切り替え状態が第一切り替え状態又は第二切り替え状態とされ、第一切り替えスイッチ60の接点61又は接点62がオンとされる。
なお、以下では、蓄電装置30を放電させる場合に燃料電池90が発電している状態での電力の供給態様を「第一供給態様」と、蓄電装置30を放電させる場合に燃料電池90が発電していない状態での電力の供給態様を「第二供給態様」と、それぞれ称する。
以下では、第一供給態様について詳細に説明する。
第一供給態様である場合、図3に示すように、各スイッチのオンオフの切り替え状態が第一切り替え状態とされ、且つ第一切り替えスイッチ60の接点61がオンとされる。
これにより、第五電力経路170と第八電力経路200とは、第二切り替えスイッチ210を介して接続され、当該第二切り替えスイッチ210を介して電力が流通可能な状態となる。また、第八電力経路200と第七電力経路190とは、第三切り替えスイッチ220を介して接続され、当該第三切り替えスイッチ220を介して電力が流通可能な状態となる。すなわち、第五電力経路170と第八電力経路200と第七電力経路190とにより第二電力循環路が形成される。
また、第二電力経路40と蓄電装置30とは、第一切り替えスイッチ60を介して接続され、当該第一切り替えスイッチ60を介して電力が流通可能な状態となる。
そして、まず燃料電池90で発電された電力が、第一電力経路20、第五電力経路170、第二切り替えスイッチ210、第八電力経路200、第三切り替えスイッチ220、第七電力経路190、第一電力経路20を順番に流通して分電盤10に供給される。
そして、燃料電池90から供給された電力だけでは負荷の消費電力がまかなえない場合には、不足する電力を補うための電力が商用電源300から供給される。商用電源300からの電力は、燃料電池90で発電された電力と同様に、第一電力経路20(第二オンオフスイッチ150)、第五電力経路170、第二切り替えスイッチ210、第八電力経路200、第三切り替えスイッチ220、第七電力経路190、第一電力経路20を順番に流通して分電盤10に供給される。
そして、蓄電装置30は、第五電力センサ230の検出結果に基づいて、分電盤10に供給されている電力の電力量についての情報を取得する。具体的には、蓄電装置30は、第五電力センサ230により検出された電力の電力量が燃料電池90の最大発電量の700W以上である場合には、「負荷の消費電力が燃料電池90で発電された電力だけでまかなえず、不足した電力を補うために燃料電池90で発電された電力以外の電力が分電盤10に供給されている」との情報を取得する。
そして、蓄電装置30は、前記不足した電力を補うための電力を放電する。蓄電装置30から放電された電力は、第一切り替えスイッチ60、第二電力経路40を順番に流通して分電盤10に供給される。
そして、燃料電池90で発電された電力及び蓄電装置30から放電された電力により負荷の消費電力がまかなえると、商用電源300からの電力の供給が停止される。
また、図3に示すように、第一供給状態において第一電力センサ110は、商用電源300からの電力を検出している。これにより、燃料電池90は、取得した第一電力センサ110の設置箇所における電力に関する情報と、自らが発電した電力に関する情報と、により、分電盤10に供給される電力(負荷の消費電力)に関する情報を取得することができる。例えば図3に示した状態においては、燃料電池90は、「負荷の消費電力の電力量が少なくとも当該燃料電池90の最大発電量である700W以上である」との情報を取得(学習)することができる。
こうして、燃料電池90は、前記学習した時間帯及び曜日においての負荷の消費電力に関する情報(「負荷の消費電力の電力量が少なくとも700W以上であり、前記学習した時間帯及び曜日においては最大発電量の電力を発電すれば良い」との情報)を学習することができる。このように、蓄電装置30から電力を放電させる場合における電力の供給態様のうち第一供給態様においては、燃料電池90は負荷の消費電力に関する情報を学習でき、当該燃料電池90の学習機能が阻害されない。
以下では、第二供給態様について詳細に説明する。
第二供給態様である場合、図4に示すように、各スイッチのオンオフの切り替え状態が第二切り替え状態とされ、且つ第一切り替えスイッチ60の接点62がオンとされる。
これにより、第四電力経路160と第八電力経路200とは、第二切り替えスイッチ210を介して接続され、当該第二切り替えスイッチ210を介して電力が流通可能な状態となる。また、第八電力経路200と第六電力経路180とは、第三切り替えスイッチ220を介して接続され、当該第三切り替えスイッチ220を介して電力が流通可能な状態となる。すなわち、第四電力経路160と第八電力経路200と第六電力経路180とにより第一電力循環路が形成される。
また、第三電力経路50と蓄電装置30とは、第一切り替えスイッチ60を介して接続され、当該第一切り替えスイッチ60を介して電力が流通可能な状態となる。
そして、まず商用電源300からの電力が、第一電力経路20、第四電力経路160、第二切り替えスイッチ210、第八電力経路200、第三切り替えスイッチ220、第六電力経路180、第一電力経路20(第一オンオフスイッチ140)を順番に流通して分電盤10に供給される。
そして、蓄電装置30は、第五電力センサ230の検出結果に基づいて、分電盤10に供給されている電力(すなわち、燃料電池90は発電していないため、当該燃料電池90以外からの電力)の電力量についての情報を取得する。そして、蓄電装置30は、負荷の消費電力をまかなうための電力を放電する。蓄電装置30から放電された電力は、第一切り替えスイッチ60、第三電力経路50、第一電力経路20(第一オンオフスイッチ140)を順番に流通して分電盤10に供給される。
そして、蓄電装置30から放電された電力により負荷の消費電力がまかなえると、商用電源300からの電力の供給が停止される。
また、図4に示すように、第二供給状態において第一電力センサ110は、蓄電装置30から放電された電力と商用電源300からの電力とを検出している。これにより、燃料電池90は、取得した第一電力センサ110の設置箇所における電力に関する情報と、自らが発電した電力に関する情報(すなわち、「発電していない」との情報)と、により、分電盤10に供給される電力(負荷の消費電力)に関する情報を取得することができる。すなわち、燃料電池90は、負荷の消費電力の電力量に関する情報を取得(学習)することができる。
こうして、燃料電池90は、前記学習した時間帯及び曜日においての負荷の消費電力に関する情報を学習することができる。このように、蓄電装置30から電力を放電させる場合における電力の供給態様のうち第二供給態様においては、燃料電池90は負荷の消費電力に関する情報を学習でき、当該燃料電池90の学習機能が阻害されない。
このように、電力供給システム1の電力の供給態様においては、第一供給態様又は第二供給態様であっても、すなわち燃料電池90が発電している状態で蓄電装置30を放電させる場合又は燃料電池90が発電していない状態で蓄電装置30を放電させる場合であっても、燃料電池90の学習機能が阻害されることを防止することができる。
以上のように、燃料電池90が発電しているか否かに応じて蓄電装置30の配置を第一切り替えスイッチ60により切り替えることにより、燃料電池90の学習機能が阻害されず、且つ燃料電池90で発電された電力の全てを有効に活用することができる。
また、蓄電装置30を負荷追従運転させるための情報を取得する第五電力センサ230を、燃料電池90が発電しているか否かに応じて、第二切り替えスイッチ210及び第三切り替えスイッチ220により第一電力循環路又は第二電力循環路のいずれか一方に含まれるようにすることができる。
また、前述したように第五電力センサ230を第一電力循環路又は第二電力循環路のいずれか一方に含まれるようにすることができ、蓄電装置30を負荷追従運転させるための情報を取得するセンサを複数でなく一つ(第五電力センサ230)だけ設ければ良いため、当該一つのセンサから取得する情報に基づいて蓄電装置30の制御を行えば良く、当該蓄電装置30の制御を容易とすることができる。
なお、電力供給システム1においては、前述したような蓄電装置30を充電させる場合の電力の供給態様、及び蓄電装置30を放電させる場合の電力の供給態様(第一供給態様及び第二供給態様)において、特定の目的を達成するために各機器の電力のやり取りを具体的に設定した複数のモードが設けられる。
具体的には、前記複数のモードとして、第一モードと、第二モードと、が設けられる。第一モード及び第二モードは、住宅の居住者等により任意に選択することができる。なお、第一モード及び第二モードを実行するための情報は、前記制御装置に格納される。
以下では、第一モードについて詳細に説明する。
第一モードとは、太陽光発電部70で発電された電力を可及的に売電して(商用電源300へと逆潮流させて)金銭的な利益を得ることを目的として、各機器の電力のやり取りが具体的に設定されたものである。
第一モードにおいて蓄電装置30を充電させる場合には、図5に示すように、前述した燃料電池90で発電された電力を蓄電装置30に充電させる場合と同様に、各スイッチのオンオフの切り替え状態が第一切り替え状態とされ、且つ第一切り替えスイッチ60の接点61がオンとされる。
なお、第一モードにおいては太陽光発電部70で発電された電力を可及的に商用電源300へと逆潮流させるため、蓄電装置30を充電させる電力として、燃料電池90で発電された電力及び商用電源300からの電力が用いられる。なお、蓄電装置30への電力の供給は、太陽光発電部70が発電しておらず、且つ電力の買電料金が比較的料金の安価となる深夜の時間帯に行われる。
これにより、商用電源300からの電力及び燃料電池90で発電された電力は、分電盤10に供給して余剰した場合に蓄電装置30に供給して充電させることができる。
第一モードにおいて蓄電装置30が放電される場合に、燃料電池90が発電しているならば、図6に示すように、前述した第一供給態様(燃料電池90が発電している状態で蓄電装置30を放電させる場合の電力の供給態様)と同様に、各スイッチのオンオフの切り替え状態が第一切り替え状態とされ、且つ第一切り替えスイッチ60の接点61がオンとされる。
これにより、燃料電池90で発電された電力及び蓄電装置30から放電された電力により負荷の消費電力がまかなえる場合には、太陽光発電部70で発電された電力は商用電源300へと逆潮流させて売電することができる。
また、太陽光発電部70で発電が行われていない場合であって、燃料電池90で発電された電力及び蓄電装置30から放電された電力により負荷の消費電力がまかなえない場合には、図7に示すように、燃料電池90で発電された電力及び蓄電装置30から放電された電力に加えて商用電源300からの電力を分電盤10に供給することができる。
第一モードにおいて蓄電装置30が放電される場合に、燃料電池90が発電していないならば、図8に示すように、前述した第二供給態様(燃料電池90が発電していない状態で蓄電装置30を放電させる場合の電力の供給態様)と同様に、各スイッチのオンオフの切り替え状態が第二切り替え状態とされ、且つ第一切り替えスイッチ60の接点62がオンとされる。
これにより、蓄電装置30から放電された電力により負荷の消費電力がまかなえる場合には、太陽光発電部70で発電された電力を商用電源300へと逆潮流させて売電することができる。
また、蓄電装置30から放電された電力により負荷の消費電力がまかなえない場合には、図9に示すように、蓄電装置30から放電された電力に加えて太陽光発電部70で発電された電力や商用電源300からの電力を分電盤10に供給することができる。
以下では、第二モードについて詳細に説明する。
第二モードとは、太陽光発電部70で発電された電力を蓄電装置30に充電しておき、必要に応じて当該充電した電力を可及的に住宅内で消費して省エネ効果を得ることを目的として、各機器の電力のやり取りが具体的に設定されたものである。
第二モードにおいて蓄電装置30に充電させる場合には、図10に示すように、前述した燃料電池90で発電された電力を蓄電装置30に充電させる場合と同様に、各スイッチのオンオフの切り替え状態が第一切り替え状態とされ、且つ第一切り替えスイッチ60の接点61がオンとされる。
これにより、太陽光発電部70で発電された電力、商用電源300からの電力及び燃料電池90で発電された電力は、分電盤10に供給して余剰した場合に蓄電装置30に供給して充電させることができる。
なお、かかる場合、商用電源300から分電盤10に供給される電力が一定の電力量(本実施形態においては、100W)となるように設定される。これにより、買電の電力量を抑制しつつ商用電源300から電力を供給された状態(買電の状態)を確保して太陽光発電部70で発電された電力の電力量が若干増加しただけで当該電力が商用電源300に逆潮流(売電)されることを防止することができる。すなわち、太陽光発電部70で発電される電力の電力量は天候(曇りや雨等)に左右され易く比較的不安定な状態であるところ、売電と買電とを繰り返すことを防止することができる。
また、図11に示すように、太陽光発電部70で発電されておらず、且つ燃料電池90が発電計画に応じて最大発電量の電力を発電していない場合には、燃料電池90の発電量を最大発電量まで増加させ、当該増加分を蓄電装置30に充電させることもできる。これによって、燃料電池90を出来る限り最大発電量まで発電させ、効率向上を図ることができる。
第二モードにおいて蓄電装置30が放電される場合に、燃料電池90が発電しているならば、図12に示すように、前述した第一供給態様(燃料電池90が発電している状態で蓄電装置30を放電させる場合の電力の供給態様)と同様に、各スイッチのオンオフの切り替え状態が第一切り替え状態とされ、且つ第一切り替えスイッチ60の接点61がオンとされる。
これにより、燃料電池90で発電された電力及び太陽光発電部70で発電された電力により負荷の消費電力がまかなえない場合には、商用電源300からの電力及び蓄電装置30で放電された電力を分電盤10に供給することができる。また、かかる場合には、前述した場合と同様に、商用電源300から分電盤10に供給される電力が一定の電力量(本実施形態においては、100W)となるように設定される。
なお、太陽光発電部70で発電されていない場合も同様である。
第二モードにおいて蓄電装置30が放電される場合に、燃料電池90が発電していないならば、図13に示すように、前述した第二供給態様(燃料電池90が発電していない状態で蓄電装置30を放電させる場合の電力の供給態様)と同様に、各スイッチのオンオフの切り替え状態が第二切り替え状態とされ、且つ第一切り替えスイッチ60の接点62がオンとされる。
これにより、太陽光発電部70で発電された電力を分電盤10に供給し、太陽光発電部70で発電された電力だけでは負荷の消費電力をまかなうことができない場合には、商用電源300からの電力及び蓄電装置30から放電された電力を分電盤10に供給することができる。また、かかる場合には、前述した場合と同様に、商用電源300から分電盤10に供給される電力が一定の電力量(本実施形態においては、100W)となるように設定される。
なお、太陽光発電部70で発電されていない場合も同様である。
以上のように、電力供給システム1においては、
商用電源300からの電力の供給方向における下流側に設けられて負荷に電力を分配する分電盤10と、
前記分電盤10よりも商用電源300からの電力の供給方向における上流側に設けられて電力を検出する第一電力検出手段(第一電力センサ110)及び第二電力検出手段(第五電力センサ230)と、
前記分電盤10よりも前記上流側に設けられ、前記第一電力センサ110の検出結果に基づいて前記負荷の消費電力に関する情報を学習する学習機能を有し、当該学習機能に基づいて適宜更新される発電計画に応じて発電可能な燃料電池90と、
電力を充電可能であると共に当該充電した電力を放電可能であり、前記第五電力センサ230の検出結果に基づいて放電する電力の電力量を変更する負荷追従運転可能に構成され、当該放電した電力を前記分電盤10に供給する蓄電装置30と、
前記蓄電装置30の配置を、前記分電盤10よりも前記下流側又は前記第一電力センサ110よりも前記上流側のいずれか一方となるように切り替える第一切り替え手段(第一切り替えスイッチ60)と、
前記第五電力センサ230の配置を、前記燃料電池90よりも前記下流側又は前記蓄電装置30よりも前記上流側のいずれか一方となるように切り替える第二切り替え手段(第二切り替えスイッチ210及び第三切り替えスイッチ220)と、
を具備し、
前記蓄電装置30の配置を前記分電盤10よりも前記下流側に切り替えた場合には、前記燃料電池90から前記分電盤10に供給して余剰した電力を前記蓄電装置30に供給可能となり、
前記蓄電装置30の配置を前記第一電力センサ110よりも前記上流側に切り替えた場合には、前記蓄電装置30から放電された電力を前記第一電力センサ110に検出させた後に前記分電盤10に供給可能となり、
前記燃料電池90が発電しているときに前記蓄電装置30が放電される場合には、前記蓄電装置30の配置を前記分電盤10よりも前記下流側に切り替えると共に、前記第五電力センサ230の配置を前記燃料電池90よりも前記下流側に切り替え、
前記燃料電池90が発電していないときに前記蓄電装置30が放電される場合には、前記蓄電装置30の配置を前記第一電力センサ110よりも前記上流側に切り替えると共に、前記第五電力センサ230の配置を当該蓄電装置30よりも前記上流側に切り替えるものである。
このような構成により、燃料電池の学習機能が阻害されず、且つ燃料電池で発電された電力の全てを有効に活用することができる。
また、蓄電装置30を負荷追従運転させるための情報を取得するセンサを複数でなく一つ(第五電力センサ230)だけ設ければ良いため、当該一つのセンサから取得する情報に基づいて蓄電装置30の制御を行えば良く、当該蓄電装置30の制御を容易とすることができる。
また、電力供給システム1において、
電力が流通可能な第一電力経路20と第二電力経路40と第三電力経路50とを具備し、
前記第一電力経路20は、一側が前記商用電源300に接続され、他側が前記分電盤10に接続され、中途に設けられた第一接続部21が前記燃料電池90に接続され、
前記第二電力経路40は、一側が前記第一切り替えスイッチ60を介して前記蓄電装置30に接続可能であって、他側が前記分電盤10に接続され、
前記第三電力経路50は、一側が前記第一切り替えスイッチ60を介して前記蓄電装置30に接続可能であって、他側が前記第一電力経路20において前記第一接続部21よりも前記上流側に設けられた第二接続部22に接続され、
前記第一切り替えスイッチ60は、前記蓄電装置30を前記第二電力経路40又は前記第三電力経路50のいずれか一方と切り替え可能に接続する切り替えスイッチにより構成されるものである。
このような構成により、燃料電池90が発電しているか否かに応じて蓄電装置30の配置を第一切り替えスイッチ60により切り替えることにより、燃料電池90の学習機能が阻害されず、且つ燃料電池90で発電された電力の全てを有効に活用することができる。
また、電力供給システム1において、
電力が流通可能、且つ循環可能な第一電力循環路(第四電力経路160・第八電力経路200・第六電力経路180)と第二電力循環路(第五電力経路170・第八電力経路200・第七電力経路190)と、
前記第五電力センサ230が配置される第二電力検出手段経路(第八電力経路200)と、
を具備し、
前記第一電力循環路は、一側及び他側が前記第一電力経路20において前記第二接続部22よりも前記上流側に接続され、
前記第二電力循環路は、一側及び他側が前記第一電力経路20において前記第一接続部21よりも前記下流側に接続され、
前記第八電力経路200は、前記第一電力循環路と前記第二電力循環路とに排他的に含まれるものである。
このような構成により、蓄電装置30を負荷追従運転させるための情報を取得する第五電力センサ230を、燃料電池90が発電しているか否かに応じて、前記第一電力循環路又は前記第二電力循環路のいずれか一方に含まれるようにすることができる。
また、電力供給システム1において、
第二切り替えスイッチ210及び第三切り替えスイッチ220は、前記第八電力経路200を、前記第一電力循環路の一部又は前記第二電力循環路の一部のいずれか一方と切り替え可能に接続する切り替えスイッチ(第二切り替えスイッチ210及び第三切り替えスイッチ220)により構成されるものである。
このような構成により、蓄電装置30を負荷追従運転させるための情報を取得する第五電力センサ230を、燃料電池90が発電しているか否かに応じて、第二切り替えスイッチ210及び第三切り替えスイッチ220により前記第一電力循環路又は前記第二電力循環路のいずれか一方に含まれるようにすることができる。
また、電力供給システム1において、
自然エネルギーを利用して発電可能な発電部(太陽光発電部70)を具備し、
前記発電部(太陽光発電部70)は、前記第一電力経路20の一側に接続されるものである。
このような構成により、電力供給システム1においては、太陽光発電部70を具備する場合であっても、燃料電池90の学習機能が阻害されず、且つ燃料電池90で発電された電力の全てを有効に活用することができる。
なお、本実施形態において、電力供給システム1は住宅に設けられる構成としたが、この構成に限定するものではない。例えば、電力供給システム1は、事務所や公共施設等の建物に設けられる構成としてもよい。
また、本実施形態において、自然エネルギーとして太陽光を利用する構成(本発明に係る「発電部」として太陽光発電部70を具備する構成)としてが、これに限定するものではない。利用する自然エネルギーは、例えば水力、風力、潮力等であってもよい。