JP6745634B2 - 消費電力制御装置及び消費電力制御システム - Google Patents

Description

本発明は、住宅内の電気機器の消費電力を制御する消費電力制御装置及び消費電力制御システムに関する。

近年、地球温暖化の原因となる二酸化炭素の排出量削減問題及び枯渇が予想される化石燃料に対する代替エネルギー問題への関心が高まっている。中でも、クリーンでかつ無尽蔵のエネルギー源である太陽光による太陽光発電システムが注目を集めている。さらに、消費者の省エネルギーへの意識を高め、かつその実践をサポートするための種々の機器も製品化されてきている。

特許文献１には、発電電力計測部により計測された発電電力量及びその積算電力量のデータと、消費電力計測部により計測された消費電力量のデータとを無線通信により送信し、送信されたデータを表示装置にて受信し、表示する太陽光発電システムの電力表示システムが開示されている。

太陽光発電システムは、本来発電可能な電力に対して、電力会社からの指示による意図的な出力制御により出力を抑える機会が増加している。出力制御が指示されている状況下において、発電電力−消費電力＞０の状態、すなわち売電ありの状態であれば、出力制御の指示を上限とした発電電力に制限され、発電電力−消費電力≦０の状態、すなわち売電なしの状態であれば、発電電力−消費電力＝０になるまでは発電電力の上限を増加することが可能である。

特開２００５−２４１３８８号公報

太陽光発電における余剰買取制度では、余剰電力、すなわち売電電力は、上記の通り、発電電力から消費電力を差し引いたものであることから、発電電力が少なくなると売電電力も少なくなる。このため、太陽光発電システムは、出力制御がなされると売電による収益が想定よりも少なくなる可能性がある。

また、売電電力の発生時、出力制御によって太陽光発電による発電電力が制限されてしまう場合、消費電力に回した方が発電電力をより無駄なく利用できて、経済的に得になるケースも出てくると考えられる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、出力制御によって太陽光発電による発電電力が制限された状態でも、発電電力を無駄なく利用できる消費電力制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、太陽電池が出力する直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナの出力電力を制御する出力制御ユニット又は外部機器から、時間帯ごとの出力制御の指令値を取得して、電気機器の消費電力を制御する消費電力制御装置であって、時間帯ごとの出力制御の指令値を外部機器又は出力制御ユニットから取得するスケジュール情報取得部と、系統電源への売電を優先する売電優先又は電気機器での消費を優先する自家消費優先の設定を出力制御の時間帯ごとに受け付ける優先モード設定部とを有する。本発明は、優先モード設定部が受け付けた売電優先又は自家消費優先の設定に応じて、電気機器の消費電力を制御する消費電力制御部を有する。

本発明によれば、出力制御によって太陽光発電による発電電力が制限された状態でも、発電電力を無駄なく利用できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る消費電力制御システムの構成を示す図 実施の形態１に係る消費電力制御システムの消費電力制御装置の機能ブロック図 実施の形態１に係る消費電力制御装置の動作の流れを示すフローチャート 実施の形態１に係る消費電力制御装置の時間帯ごとの発電電力の優先的な利用用途の設定画面を示す図 実施の形態１に係る消費電力制御装置の目標売電電力値及び目標消費電力値を設定する場合の動作の流れを示すフローチャート 実施の形態１に係る消費電力制御装置の優先モード判定閾値と出力制御の指令値とを比較して優先モードを決定する場合の動作の流れを示すフローチャート 本発明の実施の形態２に係る消費電力制御システムの構成を示す図 本発明の実施の形態３に係る消費電力制御システムの構成を示す図 実施の形態１から実施の形態３に係る消費電力制御装置の機能をハードウェアで実現した構成を示す図 実施の形態１から実施の形態３に係る消費電力制御装置の機能をソフトウェアで実現した構成を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る消費電力制御装置及び消費電力制御システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る消費電力制御システムの構成を示す図である。消費電力制御システムは、太陽電池１が発電し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２、出力制御によりパワーコンディショナ２の出力電力を制御する出力制御ユニット４及び電気機器７，８の消費電力を制御する消費電力制御装置６を有する。出力制御ユニット４には、出力制御ユニット４に対して時間帯ごとの出力制御の指令値であるスケジュールを与える外部機器である電力サーバ５が通信線１０ａを介して接続されている。電力サーバ５は、時間帯ごとの出力制御の指令値が記録されている。

パワーコンディショナ２は、発電所からの電力が供給される系統電源３、電力を熱に変換する電気機器７及び蓄電機能を有する電気機器８に電力線９を介して接続されている。電気機器７は、エアコンディショナー、冷蔵庫及び電気温水器を例示できるが、これらに限定されない。電気機器８は、蓄電池及び電気自動車を例示できるが、これらに限定されない。

消費電力制御装置６は、通信線１０ｂを介して電力サーバ５に接続されている。さらに、消費電力制御装置６は、通信線１０ｃを介して電気機器７，８に接続されている。

パワーコンディショナ２が出力する交流電力は、系統電源３に逆潮流されるか、電気機器７で消費されるか、又は電気機器８の充電に用いられる。出力制御ユニット４は、出力制御を実現するためにパワーコンディショナ２に通信線１０ｄを介して接続されており、時間帯ごとに定められた出力制御の指令値が上限となるように、パワーコンディショナ２が出力する電力を制御する。

消費電力制御装置６は、時間帯ごとの出力制御の指令値を電力サーバ５から取得し、時間帯ごとに定められた出力制御の指令値をユーザに提示するとともに、発電電力を系統電源３への売電を優先で利用する売電優先か、電気機器７，８での消費を優先する自家消費優先で利用するかの時間帯ごとの設定を受け付ける。なお、消費電力制御装置６は、時間帯ごとの出力制御の指令値を出力制御ユニット４から取得しても良い。

電気機器７，８は、時間帯ごとに定められた売電優先又は自家消費優先の設定に応じた消費電力で動作する。

売電優先は、発電電力を優先的に売電に振り分けるように電気機器７，８を制御する設定である。売電優先設定中の時間帯には、消費電力制御装置６は、電気機器７を停止させるか又は低消費電力のモードで運転させることにより消費電力を極力抑える。また、売電優先設定中の時間帯には、消費電力制御装置６は、電気機器８の充電を停止するか、又は小電流で充電が行われるように電気機器７，８を制御する。一方、自家消費優先は、発電電力を優先的に消費に振り分けるように電気機器７，８を制御する設定であり、自家消費優先設定中の時間帯には、消費電力制御装置６は、電気機器７の運転を制約無く行わせるため、結果的に消費電力が増大する。また、自家消費優先設定中の時間帯には、消費電力制御装置６が、電気機器８の充電を大電流で行わせるため、結果的に消費電力が増大する。以下、電気機器７を停止させるか又は低消費電力のモードで運転させること、及び電気機器８の充電を停止するか又は小電流で行うことを「省エネルギー運転」という。また、電気機器７の運転を制約なく行うこと、及び電気機器８の充電を大電流で行うことを「積極運転」という。すなわち、省エネルギー運転は、電気機器７，８での消費電力は抑制され、積極運転では、電気機器７，８での消費電力は抑制されない。

図２は、実施の形態１に係る消費電力制御システムの消費電力制御装置の機能ブロック図である。消費電力制御装置６は、電力サーバ５から時間帯ごとの出力制御の指令値を取得するスケジュール情報取得部６０１、スケジュール情報取得部６０１が取得した時間帯ごとの出力制御の指令値を表示するスケジュール表示部６０２、時間帯ごとの発電電力の優先的な利用用途の設定を受け付ける優先モード設定部６０３及び時間帯ごとの優先モードの設定に応じて電気機器７，８の消費電力を制御する消費電力制御部６０４を備える。

図３は、実施の形態１に係る消費電力制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１０１において、スケジュール情報取得部６０１は、電力サーバ５から時間帯ごとの出力制御の指令値を取得する。ステップＳ１０２において、スケジュール表示部６０２は、時間帯ごとの出力制御の指令値を表示する。ステップＳ１０３において、優先モード設定部６０３は、時間帯ごとの発電電力の優先的な利用用途の設定を受け付ける。

図４は、実施の形態１に係る消費電力制御装置の時間帯ごとの発電電力の優先的な利用用途の設定画面を示す図である。図４に示すように、スケジュール表示部６０２は、時間帯ごとの指令値とともに、自家消費優先設定ボタン及び売電優先設定ボタンを表示させる。自家消費優先設定ボタン及び売電優先設定ボタンは、択一的に押下可能となっている。優先モード設定部６０３は、自家消費優先設定ボタン及び売電優先設定ボタンのいずれかの押下を時間帯ごとに受け付ける。図４においては、押下されたボタンは、黒塗りで図示されている。図４に示す１３：００−１３：３０の時間帯は、出力制御が０％であり、余剰電力を売電できないため、自家消費優先の設定をすることで太陽電池１が発電した電力の有効活用を図る目的で自家消費優先設定がなされている。また、１３：３０−１４：００の時間帯は、出力制御が１００％であり、発電電力は制限されないため、売電量を増やす目的で売電優先設定がなされている。１４：００−１４：３０の時間帯は、出力制御が９０％であり、出力制御による発電電力の制限は小さいため、売電量を増やす目的で売電優先設定がなされている。

ステップＳ１０４において、消費電力制御部６０４は、時間帯ごとの優先モードの設定を判別する。ステップＳ１０４で売電優先の設定であれば、ステップＳ１０５に進み、消費電力制御部６０４は、省エネルギー運転を行う。すなわち、消費電力制御部６０４は、電気機器７，８の消費電力を抑制する。ステップＳ１０４で自家消費優先の設定であれば、ステップＳ１０６に進み、消費電力制御部６０４は、積極運転を行う。すなわち、消費電力制御部６０４は、電気機器７，８の消費電力を抑制しない。

図５は、実施の形態１に係る消費電力制御装置の目標売電電力値及び目標消費電力値を設定する場合の動作の流れを示すフローチャートである。図３に示した動作と同じ処理を行うステップには同じ番号を付している。ステップＳ１０１及びＳ１０２は、図３を参照しつつ説明した動作と同様である。ステップＳ１１１において、優先モード設定部６０３は、時間帯ごとの発電電力の優先的な利用用途、目標売電電力値及び目標消費電力値の設定を受け付ける。ステップＳ１０４は、図３を参照しつつ説明した動作と同様である。ステップＳ１０４で売電優先の設定であれば、ステップＳ１１２に進み、消費電力制御部６０４は、売電電力が目標売電電力値を上回るかを判断する。ステップＳ１１２で売電電力が目標売電電力値を上回ったらステップＳ１０６に進み、売電電力が目標売電電力値以下であればステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０４で自家消費優先の設定であれば、ステップＳ１１３に進み、消費電力制御部６０４は、消費電力が目標消費電力値上回るかを判断する。ステップＳ１１３で消費電力が目標消費電力値を上回ったらステップＳ１０５へ進み、消費電力が目標消費電力値以下であればステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０５及びＳ１０６は、図３を参照しつつ説明した動作と同様である。

以上のように、目標売電電力値及び目標消費電力値を設定することにより、消費電力制御装置６は、売電優先設定の場合には、省エネルギー運転を行っていた状態で売電電力が目標売電電力値を上回ったら、積極運転に変更することができる。よって、消費電力制御装置６は、電気機器８の充電を停止していた場合には、売電電力が目標売電電力値を上回ったら充電を再開させることができる。一方、自家消費優先設定の場合には、積極運転を行っていた状態で消費電力が目標消費電力値を上回ったら、省エネルギー運転に変更することができる。

図６は、実施の形態１に係る消費電力制御装置の優先モード判定閾値と出力制御の指令値とを比較して優先モードを決定する場合の動作の流れを示すフローチャートである。図３に示した動作と同じ処理を行うステップには同じ番号を付している。ステップＳ１０１及びＳ１０２は、図３を参照しつつ説明した動作と同様である。ステップＳ１２１において、優先モード設定部６０３は、優先モード判定閾値の設定を受け付ける。ステップＳ１２２において、消費電力制御部６０４は、優先モード判定閾値と出力制御の指令値とを比較する。出力制御の指令値が優先モード判定閾値を超える場合はステップＳ１０５へ進み、出力制御の指令値が優先モード判定閾値以下である場合はステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０５及びＳ１０６は、図３を参照しつつ説明した動作と同様である。

以上のように、消費電力制御装置６は、優先モード判定閾値を設定することにより、出力制御の指令値と優先モード判定閾値との比較結果に基づいて、売電優先か自家消費優先かをユーザが選択しなくても自動で切り替えることができる。

実施の形態１に係る消費電力制御システムは、出力制御中であっても、売電優先設定とした場合には、消費電力を抑えることで売電電力を増やすことにより、売電による収益を可能な限り増加させる効果を奏する。また、自家消費優先設定とした場合には、発電電力を極力消費電力にまわすことで、発電可能な電力を無駄なく利用する効果を奏する。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る消費電力制御システムの構成を示す図である。実施の形態１では、出力制御ユニット４と消費電力制御装置６とは独立しており、個々に電力サーバ５からの出力制御情報を入手して動作していた。実施の形態２では、出力制御ユニット４の内部に消費電力制御装置６が設けられている。

上記のように構成することによって、電力サーバ５との通信部分は出力制御ユニット４と消費電力制御装置６とで共通化でき、その他個々に設けていた処理を共通化することにより、回路規模及び機器のサイズを削減することができる。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る消費電力制御システムの構成を示す図である。実施の形態３では、出力制御ユニット４及び消費電力制御装置６は、パワーコンディショナ２の内部に設けられている。

このように構成することにより、出力制御ユニット４、消費電力制御装置６、パワーコンディショナ２間のやり取りをパワーコンディショナ２内部ですべて実現できることから、回路構成及び相互間の通信を共通化することができるので、回路構成を簡素化でき、コストの削減が可能である。

上記の実施の形態１から実施の形態３において、消費電力制御装置６の機能は、処理回路により実現される。すなわち、消費電力制御装置６は、電力サーバ５から時間帯ごとの出力制御の指令値を取得する処理と、時間帯ごとの出力制御の指令値を表示する処理と、時間帯ごとの発電電力の優先的な利用用途を設定する処理と、時間帯ごとの優先モードの設定に応じて電気機器７，８の消費電力を制御する処理とを行う処理回路を備える。また、処理回路は、専用のハードウェアであっても、記憶装置に格納されるプログラムを実行する演算装置であってもよい。

処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、又はこれらを組み合わせたものが該当する。図９は、実施の形態１から実施の形態３に係る消費電力制御装置の機能をハードウェアで実現した構成を示す図である。処理回路１９には、電力サーバ５から時間帯ごとの出力制御の指令値を取得する処理と、時間帯ごとの出力制御の指令値を表示する処理と、時間帯ごとの発電電力の優先的な利用用途を設定する処理と、時間帯ごとの優先モードの設定に応じて電気機器７，８の消費電力を制御する処理とを実現する論理回路１９ａが組み込まれている。なお、電力サーバ５から時間帯ごとの出力制御の指令値を取得する処理と、時間帯ごとの出力制御の指令値を表示する処理と、時間帯ごとの発電電力の優先的な利用用途を設定する処理と、時間帯ごとの優先モードの設定に応じて電気機器７，８の消費電力を制御する処理とを別々の処理回路で実現してもよい。また、処理回路１９には、時間帯ごとの出力制御の指令値を表示する表示装置１９ｃと電力サーバ５及び電気機器７，８との通信を実現する通信インタフェース１９ｄとが接続される。表示装置１９ｃには、液晶表示装置を適用可能であるがこれには限定されない。

処理回路１９が演算装置の場合、電力サーバ５から時間帯ごとの出力制御の指令値を取得する処理と、時間帯ごとの出力制御の指令値を表示する処理と、時間帯ごとの発電電力の優先的な利用用途を設定する処理と、時間帯ごとの優先モードの設定に応じて電気機器７，８の消費電力を制御する処理とは、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。

図１０は、実施の形態１から実施の形態３に係る消費電力制御装置の機能をソフトウェアで実現した構成を示す図である。処理回路１９は、プログラム１９ｂを実行する演算装置１９１と、演算装置１９１がワークエリアに用いるランダムアクセスメモリ１９２と、プログラム１９ｂを記憶する記憶装置１９３を有する。記憶装置１９３に記憶されているプログラム１９ｂを演算装置１９１がランダムアクセスメモリ１９２上に展開し、実行することにより、電力サーバ５から時間帯ごとの出力制御の指令値を取得する処理と、時間帯ごとの出力制御の指令値を表示する処理と、時間帯ごとの発電電力の優先的な利用用途を設定する処理と、時間帯ごとの優先モードの設定に応じて電気機器７，８の消費電力を制御する処理とが実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラム言語で記述され、記憶装置１９３に格納される。また、処理回路１９には、時間帯ごとの出力制御の指令値を表示する表示装置１９ｃと電力サーバ５及び電気機器７，８との通信を実現する通信インタフェース１９ｄとが接続される。表示装置１９ｃには、液晶表示装置を適用可能であるがこれには限定されない。

処理回路１９は、記憶装置１９３に記憶されたプログラム１９ｂを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、消費電力制御装置６は、処理回路１９により実行されるときに、電力サーバ５から時間帯ごとの出力制御の指令値を取得するステップと、時間帯ごとの出力制御の指令値を表示するステップと、時間帯ごとの発電電力の優先的な利用用途を設定するステップと、時間帯ごとの優先モードの設定に応じて電気機器７，８の消費電力を制御するステップとが結果的に実行されることになるプログラム１９ｂを格納するための記憶装置１９３を備える。また、プログラム１９ｂは、上記の手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

なお、電力サーバ５から時間帯ごとの出力制御の指令値を取得する処理と、時間帯ごとの出力制御の指令値を表示する処理と、時間帯ごとの発電電力の優先的な利用用途を設定する処理と、時間帯ごとの優先モードの設定に応じて電気機器７，８の消費電力を制御する処理とについて、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。

このように、処理回路１９は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 太陽電池、２ パワーコンディショナ、３ 系統電源、４ 出力制御ユニット、５ 電力サーバ、６ 消費電力制御装置、７，８ 電気機器、９ 電力線、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 通信線、１９ 処理回路、１９ａ 論理回路、１９ｂ プログラム、１９ｃ 表示装置、１９ｄ 通信インタフェース、１９１ 演算装置、１９２ ランダムアクセスメモリ、１９３ 記憶装置、６０１ スケジュール情報取得部、６０２ スケジュール表示部、６０３ 優先モード設定部、６０４ 消費電力制御部。

Claims (5)

1. 太陽電池が出力する直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナの出力電力を制御する出力制御ユニット又は外部機器から、時間帯ごとの出力制御の指令値を取得して、電気機器の消費電力を制御する消費電力制御装置であって、
   前記時間帯ごとの出力制御の指令値を前記外部機器又は前記出力制御ユニットから取得するスケジュール情報取得部と、
   系統電源への売電を優先する売電優先又は前記電気機器での消費を優先する自家消費優先の設定を前記出力制御の時間帯ごとに受け付ける優先モード設定部と、
   前記優先モード設定部が受け付けた前記売電優先又は前記自家消費優先の設定に応じて、前記電気機器の消費電力を制御する消費電力制御部とを有し、
   前記優先モード設定部は、前記出力制御の時間帯ごとに、系統電源への売電電力の目標売電電力値及び電気機器の消費電力の目標消費電力値の設定を受け付け、
   前記消費電力制御部は、前記売電優先の設定時には、前記系統電源への売電電力が前記目標売電電力値を上回ったら前記電気機器の消費電力を抑制しない積極運転を行い、前記系統電源への売電電力が前記目標売電電力値以下であれば前記電気機器の消費電力を抑制する省エネルギー運転を行い、前記自家消費優先の設定時には、前記電気機器の消費電力が前記目標消費電力値を上回ったら前記省エネルギー運転を行い、前記電気機器の消費電力が前記目標消費電力値以下であれば前記積極運転を行うことを特徴とする消費電力制御装置。
2. 前記優先モード設定部は、前記出力制御の時間帯ごとに、優先モード判定閾値を受け付け、
   前記優先モード判定閾値と前記出力制御の指令値との比較結果に基づいて、前記売電優先と自家消費優先とを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の消費電力制御装置。
3. 太陽電池が出力する直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナの出力電力を制御する出力制御ユニット又は外部機器から、時間帯ごとの出力制御の指令値を取得して、電気機器の消費電力を制御する消費電力制御装置であって、
   前記時間帯ごとの出力制御の指令値を前記外部機器又は前記出力制御ユニットから取得するスケジュール情報取得部と、
   系統電源への売電を優先する売電優先又は前記電気機器での消費を優先する自家消費優先の設定を前記出力制御の時間帯ごとに受け付ける優先モード設定部と、
   前記優先モード設定部が受け付けた前記売電優先又は前記自家消費優先の設定に応じて、前記電気機器の消費電力を制御する消費電力制御部とを有し、
   前記優先モード設定部は、前記出力制御の時間帯ごとに、優先モード判定閾値を受け付け、
   前記優先モード判定閾値と前記出力制御の指令値との比較結果に基づいて、前記売電優先と自家消費優先とを切り替えることを特徴とする消費電力制御装置。
4. 前記消費電力制御部は、前記売電優先の設定時には前記電気機器の消費電力を抑制する省エネルギー運転を行い、前記自家消費優先の設定時には前記電気機器の消費電力を抑制しない積極運転を行うことを特徴とする請求項３に記載の消費電力制御装置。
5. 太陽電池が出力する直流出力電力を交流電力に変換して、電気機器又は系統電源に供給するパワーコンディショナと、
   外部機器から取得した時間帯ごとの出力制御の指令値に基づいて前記パワーコンディショナの出力電力を制御する出力制御ユニットと、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の消費電力制御装置とを有することを特徴とする消費電力制御システム。

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