JP6121949B2 - 太陽光発電向け蓄電システム - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池の出力を商用電源に系統連系させ、既設の蓄電池を備えていない太陽光発電システムに対して、容易に蓄電システムを追加できる太陽光発電向け蓄電システムに関する。

特許文献１には、光を受光して直流電力を出力する太陽電池モジュールと、直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナーと、前記パワーコンディショナーからの交流電力、または、商用電源からの交流電力を複数系統の家庭内負荷に供給する分電盤と、前記複数系統の家庭内負荷の各々へ流れる電流を測定する複数のセンサと、該複数のセンサの出力が入力される検出装置と、前記複数のセンサからの出力に基づいて演算した各家庭内負荷の消費電力を表示する表示装置とを備えた太陽光発電システムが開示されている。

特許文献１に記載の太陽光発電システムは、蓄電池を備えない構成で、太陽光発電の余剰電力を商用電源へ売電する太陽光発電システムである。

特許文献２には、太陽電池から入力される直流電圧を交流に変換して出力するインバータ装置と、商用電源を入力し主幹漏電ブレーカの下位側にて分岐ブレーカを経て分岐出力する分電盤と、商用電源と太陽電池との電力の系統連系を制御するための系統連系保護装置と、系統連系保護装置により制御される解列開閉装置と、を有する太陽光発電システムにおいて、前記分電盤は、前記系統連系保護装置と解列開閉装置とを有し、解列開閉装置を主幹漏電ブレーカの下位側に分岐ブレーカと並列に接続し成る太陽光発電システムが開示されている。

特許文献２に記載の太陽光発電システムは、段落［００１４］に記載されているように、商用電源停電時に太陽電池の出力した電力を非常用負荷である照明器具や電気配線用コンセントに給電される。

特許文献３には、住宅内の空気が住宅内の一箇所から総括的に排気するようにした空調装置や、住宅内の給湯を賄う給湯装置等の家庭用電力設備が設置され、これら家庭用電力設備は、太陽電池若しくは深夜電力から得られた電力を充電する蓄電池と、この蓄電池への電力充電方式を制御するコントローラーとを主要構成部とした太陽電池システムにより電力が供給されている電力供給システムが開示されている。

特許文献３に記載の電力供給システムは、段落［００２５］乃至［００２７］に記載されているように、商用電源から、又は、太陽電池や深夜電力から給電される蓄電池から、電力消費設備に給電されるが、商用電源又は蓄電池から入力された電力の切替スイッチからの出力がすべての電力消費設備に給電されるように設けてあるシステムである。

特開２０１４−１１８６３号公報 特開平９−１８２２９８号公報 特開平５−９５６３９号公報

しかし、特許文献１に記載の技術は、太陽光発電の電力を商用電源に売電しているが、商用電源が停電したときには復旧工事などの安全面から太陽光発電系統が商用電源系統から切り離され、非常用電源が確保できないという問題があった。

また、特許文献２に記載の技術は、商用電源が停電したときに太陽電池からの電力を非常用負荷に給電できる太陽光発電システムであるが、分電盤内に、一般的に設けられているブレーカ以外に、系統連系保護装置と解列開閉装置とを設けているため、新築の場合には特許文献２に記載の分電盤を容易に設置できるが、すでに分電盤内にブレーカしか設けていない太陽光発電システムを設置している家屋においては、既設の分電盤があるので、商用電源停電時の対応ができる特許文献２に記載の太陽光発電システムを導入しようとすれば、分電盤の大きさや形態が既設の分電盤と異なるために、既設の分電盤を撤去して壁工事を含む大掛かりな分電盤の取り換え工事をしなければならないという問題があった。

また、特許文献３に記載の技術は、商用電源が停電したときの非常用の電力消費設備への給電についての記載がなく、夜間に商用電源が停電すると家屋内が真っ暗になり不安全状態になるという問題があった。さらに、蓄電池を備えていない既設の太陽光発電システムに、特許文献３に記載の電力供給システムを追加で設置しようとすると、コントローラ等の設置という大掛かりな追加工事をしなければならないという問題があった。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、蓄電池を備えていない既設の太陽光発電システムを設置している家屋において、既設の分電盤を撤去せずに既設の分電盤を流用させた状態で、蓄電システムを追加設置して、非常用負荷のみへの給電ができ、すべての電力消費設備に給電でき、又は、任意の電力消費設備への給電ができる太陽光発電向け蓄電システムを提供することを課題とする。

請求項１に記載の太陽光発電向け蓄電システム１は、太陽電池４の直流出力を、パワーコンディショナー２０を介して交流に変換して商用電源３に系統連系させ、商用電源３を入力させて入力側の幹線を複数の回路に分岐させて分岐出力する分電盤５を備えた既設の太陽光発電システム４０に、太陽電池４の直流電圧を他の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバーター６と、前記ＤＣ／ＤＣコンバーター６から延出された配線５０と、前記ＤＣ／ＤＣコンバーター６の下流側に設けられた蓄電池９と、前記蓄電池９とＤＣ／ＤＣコンバーター６との間に挿入され蓄電池９の充放電制御を行う充放電コントローラ７と、前記充放電コントローラ７から下流側に配設した、直流を交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータ８と、前記ＤＣ／ＡＣインバータ８の下流側に配設した、入力側を前記ＤＣ／ＡＣインバータ８との接点ｂを含む２接点ａ、ｂとし出力側を１端子ｃとして入力側接点ａ、ｂを切り替える切替スイッチ１０と、前記切替スイッチ１０の入力側１接点ａと出力側１端子ｃとからそれぞれ延出された配線５１、５２と、を備えた蓄電装置２を、前記ＤＣ／ＤＣコンバーター６から延出された配線５０を太陽電池４とパワーコンディショナー２０との間の配線に接続し、かつ前記切替スイッチ１０から延出された配線５１、５２を分電盤５の幹線又は分岐回路に挿入させた回路形態で接続して、追加して設置することを特徴とする。

請求項２に記載の太陽光発電向け蓄電システム１は、請求項１において、前記蓄電装置２から外部に延出した配線５１、５２で切替スイッチ１０に接続された配線５１、５２を、分電盤５内の非常用負荷３０に出力する分岐回路に挿入させた回路形態の場合は、商用電源３通電時は、商用電源３又は太陽電池４からの電力を非常用負荷３０側に供給するようにし、商用電源３停電時は、太陽電池４からの給電により充電された蓄電池９からの電力を非常用負荷３０側に供給するように優先的に切替スイッチ１０が切り替わることを特徴とする。

請求項３に記載の太陽光発電向け蓄電システム１は、請求項１において、前記蓄電装置２から外部に延出した配線５１、５２で切替スイッチ１０に接続された配線５１、５２を、分電盤５内の商用電源３を給電する幹線に挿入させた回路形態の場合は、商用電源３通電時は、商用電源３又は太陽電池４からの電力を分電盤５の幹線に供給するようにし、商用電源３停電時は、太陽電池４からの給電により充電された蓄電池９からの電力を分電盤５の幹線に供給するように優先的に切替スイッチ１０が切り替わることを特徴とする。

請求項４に記載の太陽光発電向け蓄電システム１は、請求項１において、前記蓄電装置２から外部に延出した配線５１、５２で切替スイッチ１０に接続された配線５１、５２を、分電盤５内の商用電源３を給電する幹線に挿入させた回路形態の場合は、太陽電池４発電時は、商用電源３又は太陽電池４からの電力を分電盤５の幹線に供給するようにし、太陽電池４が発電できない時は、太陽電池４からの給電により充電された蓄電池９からの電力を分電盤５の幹線に供給するように切替スイッチ１０で切り替えられ、放電により蓄電池９の電圧が低下したときには商用電源３に優先的に切替スイッチ１０で切り替わることを特徴とする。

請求項１に記載の太陽光発電向け蓄電システム１は、既設の分電盤５の撤去工事を不要とし、既設の分電盤５を使用できて、既設の蓄電器を備えていない太陽光発電システム４０に、簡単な工事で安価にかつ早期に、太陽光発電による電力を蓄電できる蓄電装置２を設置させることができる。

請求項２に記載の太陽光発電向け蓄電システム１は、請求項１と同じ効果を奏するとともに、商用電源３が停電時に、太陽電池４からの給電も遮断されるが、太陽光発電で蓄電された蓄電池９からの電力を使用して、電話やファックス等の通信機器、非常用の照明器具などの非常用負荷３０に安定して電力を供給できるという効果を奏する。

請求項３に記載の太陽光発電向け蓄電システム１は、請求項１と同じ効果を奏するとともに、商用電源３が停電時に、太陽電池４からの給電も遮断されるが、太陽光発電で蓄電された蓄電池９からの電力を使用して、電話やファックス等の通信機器、非常用の照明器具などの非常用負荷３０、及び、照明、冷蔵庫、空調機などの負荷３１、３２、３３，３４、３５に安定して電力を供給できるという効果を奏する。

請求項４に記載の太陽光発電向け蓄電システム１は、請求項１と同じ効果を奏するとともに、夜間、雨天、降雪、曇り等の太陽電池４の発電が困難な時に、太陽光発電で蓄電された蓄電池９からの電力を切替スイッチ１０で選択して給電できるようにして、電力費を安価化させることができる。

本発明の、分電盤の分岐回路に配線を挿入させて接続させた形態の場合の太陽光発電向け蓄電システムの概要説明図である。 本発明の、分電盤の幹線に配線を挿入させて接続させた形態の場合の太陽光発電向け蓄電システムの概要説明図である。 本発明の太陽光発電向け蓄電システム導入前の太陽光発電システムの概要説明図である。

本発明である太陽光発電向け蓄電システム１は、太陽電池４の直流出力を、パワーコンディショナー２０を介して交流に変換して商用電源３に系統連系させ、商用電源３を入力させて入力側の幹線を複数の回路に分岐させて分岐出力する分電盤５を備えた太陽光発電システム４０に、太陽電池４の直流電圧を他の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバーター６と、前記ＤＣ／ＤＣコンバーター６から延出された配線５０と、前記ＤＣ／ＤＣコンバーター６の下流側に設けられた蓄電池９と、前記蓄電池９とＤＣ／ＤＣコンバーター６との間に挿入され蓄電池９の充放電制御を行う充放電コントローラ７と、前記充放電コントローラ７から下流側に配設した、直流を交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータ８と、前記ＤＣ／ＡＣインバータ８の下流側に配設した、入力側を前記ＤＣ／ＡＣインバータ８との接点ｂを含む２接点ａ、ｂとし出力側を１端子ｃとして入力側接点ａ、ｂを切り替える切替スイッチ１０と、前記切替スイッチ１０の入力側１接点ａと出力側１端子ｃとからそれぞれ延出された配線５１、５２と、を備えた蓄電装置２を、前記ＤＣ／ＤＣコンバーター６から延出された配線５０を太陽電池４とパワーコンディショナー２０との間の配線に図１又は図２で示す個所Ａで接続し、前記切替スイッチ１０から延出された配線５１、５２を分電盤５の幹線に挿入させた回路形態で、図２で示す個所Ｃで、又は図１で示す個所Ｂで接続し設置する。

既設の太陽光発電システム４０は、図３に示すように、太陽電池４と、直流電力を系統電力と同じ交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換インバーターや、停電などの系統側の異常時に太陽光発電システムを安全に停止させる系統連系保護装置を有するパワーコンディショナー２０とを備えている。

既設の分電盤５には、図３に示すように、太陽電池４からの回路に太陽電池ブレーカ２２が挿入され、商用電源３からの幹線に主幹ブレーカ２１が挿入され、電話やファックス等の通信機器、照明器具、電気配線用コンセント、テレビ、冷蔵庫及び洗濯機等の家屋内の負荷別にそれぞれ分岐された分岐回路にそれぞれ分岐ブレーカ２３、２４、２５、２６、２７、２８が挿入されている。そして、それぞれの負荷３０、３１、３２、３３、３４、３５に出力されている。

図１又は図２に示すように、蓄電装置２は太陽電池３と分電盤５との間に介設される。そして、蓄電装置２は、直流電圧を他の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバーター６と、ＤＣ／ＤＣコンバーター６から外部に延出された配線５０と、蓄電池９と、前記蓄電池９とＤＣ／ＤＣコンバーター６との間に挿入され蓄電池９の充放電制御を行う充放電コントローラ７と、前記充放電コントローラ７から下流側に配設した、直流を交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータ８と、前記ＤＣ／ＡＣインバータ８の下流側に配設した切替スイッチ１０と、前記切替スイッチ１０の入力側１接点ａと出力側１端子ｃとからそれぞれ延出された配線５１、５２とを備えている。

蓄電装置２の入力側は、ＤＣ／ＤＣコンバーター６から外部に延出された配線５０が、図１又は図２に示す個所Ａで太陽電池４に接続されパワーコンディショナー２０と並列に接続されている回路を形成させている。これにより、太陽電池４からの電力は、商用電力３の停電に影響されずに、かつ太陽光発電システム４０のパワーコンディショナー２０に影響されずに、常時太陽電池４の電力が発電されたら、その電力が供給される。

ＤＣ／ＤＣコンバーター６は、太陽電池４の電力が直流電圧であるが蓄電池９の直流電圧に変換させる。例えば、太陽電池４からの４００Ｖを蓄電池９の１２〜２４Ｖに変換する。これにより蓄電池９を充電できる。

充放電コントローラ７は、入力側である太陽電池４側においてはＤＣ／ＤＣコンバーター６と蓄電池９と間の配線に挿入され、出力側である既設の分電盤５側においては蓄電池９とＤＣ／ＡＣインバータ８との間の配線に挿入され、蓄電池９の状態を監視し、蓄電池９が満充電時には太陽電池４からの充電電流を遮断するなどの蓄電池９の充放電制御を行う。

ＤＣ／ＡＣインバータ８は、商用電源３と同じ電力にするために、蓄電池９の直流電圧を交流電圧に変換する。例えば、蓄電池９からの直流電圧２４Ｖを商用電源３の交流電圧１００Ｖに変換する。

ＤＣ／ＡＣインバータ８の下流側で出力側の回路には、図１又は図２に示すように、切替スイッチ１０や非常時にも使用できるコンセント１１、１２を配置する。切替スイッチ１０は、出力側を１端子ｃとし入力側を２接点ａ、ｂとして、入力側接点ａ、ｂを切替える構成としている。切替スイッチ１０の入力側の一つの接点ｂにはＤＣ／ＡＣインバータ８からの配線が接続され、他の入力側接点ａと出力側端子ｃから蓄電装置２の外部に延出された配線５１、５２を分電盤５内の幹線又は分岐回路に挿入させた回路形態で分電盤５の回路に接続している。

図１に示すように、蓄電装置２から外部に延出した配線５１、５２で切替スイッチ１０に接続された配線５１、５２を、分電盤５内の非常用負荷３０に出力する分岐回路に挿入させた回路形態の場合は、商用電源３通電時は、商用電源３又は太陽電池４からの電力を非常用負荷３０側に供給するようにし、商用電源３停電時は、太陽電池４からの給電により充電された蓄電池９からの電力を非常用負荷３０側に供給するように優先的に切替スイッチ１０が切り替わるように制御される。

図１において説明する。商用電源３通電時は、切替スイッチ１０は接点ａと端子ｃとが接続されるので、商用電源３又は太陽電池４からの電力は図１で点線で示す方向に供給され非常用負荷３０側に供給される。一方、商用電源３停電時は、切替スイッチ１０は接点ｂと端子ｃとが接続されるので、太陽電池４からの給電により充電された蓄電池９からの電力が図１で実線で示す方向に供給され非常用負荷３０側に供給するように優先的に切替スイッチ１０が切り替わる。これにより、商用電源３停電時においても、電話、照明器具、電気配線用コンセント、テレビなどの負荷の中から非常時に使用したい負荷を選択して配線しておけば、その負荷を通電時や停電時に影響なく常時使用することができる。蓄電池９の容量を要求される負荷を満足できる容量にすれば、家屋内のすべての負荷も使用可能にすることができる。

次に、図２に示すように、蓄電装置２から外部に延出した配線５１、５２で切替スイッチ１０に接続された配線５１、５２を、分電盤５内の商用電源３を給電する幹線に挿入させた回路形態の場合は、商用電源３の停電時と太陽電池４の発電が困難なときとで蓄電池９の利用形態が異なる。

まず、商用電源３通電時は、商用電源３又は太陽電池４からの電力を分電盤５の幹線に供給するようにし、商用電源３の停電時は、太陽電池４からの給電により充電された蓄電池９からの電力を分電盤５の幹線に供給するように優先的に切替スイッチ１０が切り替わるように制御される。

図２において説明する。商用電源３通電時は、切替スイッチ１０は接点ａと端子ｃとが接続されるので、商用電源３又は太陽電池４からの電力は図２で点線で示す方向に供給されすべての負荷３０、３１、３２、３３、３４、３５側に供給される。一方、商用電源３停電時は、切替スイッチ１０は接点ｂと端子ｃとが接続されるので、太陽電池４からの給電により充電された蓄電池９からの電力が図２で実線で示す方向に供給されすべての負荷３０、３１、３２、３３、３４、３５側に供給するように優先的に切替スイッチ１０が切り替わる。これにより、すべての負荷３０、３１、３２、３３、３４、３５を通電時や停電時に影響なく常時使用することができる。

次に、太陽電池４の発電がされているときは、商用電源３通電時と同じように電力が供給されるが、夜間、雨天、降雪、曇り等の太陽電池４の発電が困難な時には、切替スイッチ１０は優先的に商用電源３からの電力を供給するように設定されている。したがって、切替スイッチ１０は接点ａと端子ｃとが接続されるので、商用電源３からの電力は図２で点線で示す方向に供給されすべての負荷３０、３１、３２、３３、３４、３５側に供給される。しかし、これでは蓄電装置２に蓄電した電力を使用されないためコスト高になる。

そこで、切替スイッチ１０の手動操作釦（図なし）を設け、切替スイッチ１０の手動操作によって接点ｂと端子ｃとを接続させ、太陽電池４からの給電により充電された蓄電池９からの電力が図２で実線で示す方向に供給されすべての負荷３０、３１、３２、３３、３４、３５側に供給するようになる。これによって、夜間などの太陽電池４が発電困難になったときに商用電源３を使用せず蓄電装置２の蓄電池９からの電力を使用するので、コストを抑制することができる。

しかし、太陽電池４が発電困難になったときに、商用電源３の電力を供給せずに蓄電装置２の蓄電池９からの電力を供給し続けると、蓄電池９の放電が進み蓄電池９の電圧が、負荷３０、３１、３２、３３、３４、３５を使用できる最低限レベルである所定の電圧以下に低下する。そこで、電圧測定手段（図示なし）を蓄電池９に設け、電圧測定手段が蓄電池９の電圧が所定の電圧に到達すると、電圧測定手段は切替スイッチ１０に対して、切替スイッチ１０の入力側を接点ｂから接点ａに切り替えるように制御しており、切替スイッチの接点ａと端子ｃとが接続され、商用電源３からの電力が負荷３０、３１、３２、３３、３４、３５側に供給される。

これにより、太陽電池４が発電困難になったときに、商用電源３からの電力の供給を最小限に抑制させながら、負荷３０、３１、３２、３３、３４、３５に停電を生じないようにすることができる。

他の効果としては、例えば太陽光発電の余剰電力を商用電源に売電する効果が減じてきた場合に、本発明である太陽光発電向け蓄電システム１を追加設置して、太陽電池４が発電しているときには太陽電池４からの電力を売電せずに分電盤５への供給をしながら蓄電地９に充電して、太陽電池４が発電困難なときに商用電源３からの給電を最小限にして蓄電池９からの電力を供給させて電力費の安価化を実現させることができる。

１ 太陽光発電向け蓄電システム
２ 蓄電装置
３ 商用電源
４ 太陽電池
５ 分電盤
６ ＤＣ／ＤＣコンバーター
７ 充放電コントローラ
８ ＤＣ／ＡＣインバータ
９ 蓄電池
１０ 切替スイッチ
１１ コンセント
１２ コンセント
２０ パワーコンディショナー
２１ 主幹ブレーカ
２２ 太陽電池ブレーカ
２３ 分岐ブレーカ
２４ 分岐ブレーカ
２５ 分岐ブレーカ
２６ 分岐ブレーカ
２７ 分岐ブレーカ
２８ 分岐ブレーカ
３０ 非常用負荷
３１ 負荷
３２ 負荷
３３ 負荷
３４ 負荷
３５ 負荷
４０ 太陽光発電システム
５０ 配線
５１ 配線
５２ 配線

Claims (4)

1. 太陽電池の直流出力を、パワーコンディショナーを介して交流に変換して商用電源に系統連系させ、商用電源を入力させて入力側の幹線を複数の回路に分岐させて分岐出力する分電盤を備えた既設の太陽光発電システムに、
   太陽電池の直流電圧を他の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバーターと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバーターから延出された配線と、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの下流側に設けられた蓄電池と、
   前記蓄電池とＤＣ／ＤＣコンバーターとの間に挿入され蓄電池の充放電制御を行う充放電コントローラと、
   前記充放電コントローラから下流側に配設した、直流を交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、
   前記ＤＣ／ＡＣインバータの下流側に配設した、入力側を前記ＤＣ／ＡＣインバータとの接点を含む２接点とし出力側を１端子として入力側接点を切り替える切替スイッチと、
   前記切替スイッチの入力側１接点と出力側１端子とからそれぞれ延出された配線と、を備えた蓄電装置を、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバーターから延出された配線を太陽電池とパワーコンディショナーとの間の配線に接続し、かつ前記切替スイッチから延出された配線を分電盤の幹線又は分岐回路に挿入させた回路形態で接続して、追加して設置することを特徴とする太陽光発電向け蓄電システム。
2. 前記蓄電装置から外部に延出した配線で切替スイッチに接続された配線を、分電盤内の非常用負荷に出力する分岐回路に挿入させた回路形態の場合は、商用電源通電時は、商用電源又は太陽電池からの電力を非常用負荷側に供給するようにし、商用電源停電時は、太陽電池からの給電により充電された蓄電池からの電力を非常用負荷側に供給するように優先的に切替スイッチが切り替わることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電向け蓄電システム。
3. 前記蓄電装置から外部に延出した配線で切替スイッチに接続された配線を、分電盤内の商用電源を給電する幹線に挿入させた回路形態の場合は、商用電源通電時は、商用電源又は太陽電池からの電力を分電盤の幹線に供給するようにし、商用電源停電時は、太陽電池からの給電により充電された蓄電池からの電力を分電盤の幹線に供給するように優先的に切替スイッチが切り替わることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電向け蓄電システム。
4. 前記蓄電装置から外部に延出した配線で切替スイッチに接続された配線を、分電盤内の商用電源を給電する幹線に挿入させた回路形態の場合は、太陽電池発電時は、商用電源又は太陽電池からの電力を分電盤の幹線に供給するようにし、太陽電池が発電できない時は、太陽電池からの給電により充電された蓄電池からの電力を分電盤の幹線に供給するように切替スイッチで切り替えられ、放電により蓄電池の電圧が低下したときには商用電源に優先的に切替スイッチで切り替わることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電向け蓄電システム。

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