JPWO2014002801A1 - 固体酸化物形燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
これは、電力需要場所に近接した分散型発電による電源を商用電源と接続して使用することができ、商用電源と切断されても、自立運転や、自立起動が可能である。よって、災害時などの短絡事故を回避して、家庭への電力を供給することができ、家庭の消費電力の変動による余剰電力を適切に消費して安全運転ができるよう構成されている。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、自立運転時の適切な制御によって、システムを大型化することなく、停電時にも必要な電力を確保できるようにした燃料電池システムを提供することを目的とする。
燃料と酸化剤との電気化学反応により発電する固体酸化物形燃料電池と、この燃料電池の出力側に設けられるパワーコンディショナーと、前記燃料電池及び前記パワーコンディショナーを制御し、系統電源との連系による系統連系運転と系統電源から解列しての自立運転とを切換可能な制御装置と、を備える、固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
自立発電時に本システムの総負荷電力を検出する総負荷電力検出部と、
自立運転時に前記燃料電池の発電電力を予め定めた一定値に制御する発電電力一定制御部と、
自立発電時の総負荷電力が前記一定値を超える場合は、本システムに接続される外部負荷への電力供給を一定時間停止する電力供給停止部と、
を含んで構成されることを特徴とする。
図1は本発明の一実施形態を示す固体酸化物形燃料電池システムの構成図である。
本実施形態の固体酸化物形燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池(SOFC)1と、パワーコンディショナー(PCS)2と、制御装置100と、を含んで構成される。
従って、系統連系時(系統連系リレー5のオン時)には、燃料電池1の発電電力がDC/ACインバータ4を介して家庭内負荷7に供給され、燃料電池1の発電電力が家庭内負荷7の需要電力に満たない場合は、不足分として、系統電源6からの系統電力が家庭内負荷7に供給される。
自立運転を可能にするため、パワーコンディショナー2には、外部電源13を接続可能である。外部電源13としては、例えば自動車のバッテリ(DC12V)を想定している。このため、パワーコンディショナー2内のDC/ACインバータ4の入力側にDC/DCコンバータ3と並列に専用のDC/DCコンバータ14を設け、このDC/DCコンバータ14の入力側に適宜のコネクタを介して外部電源13を接続可能としてある。このように外部電源13を接続可能とすることで、燃料電池1の発電停止中に停電した場合など、自立運転のために燃料電池1の起動が必要な場合に対処可能となる。
尚、燃料電池システムは、系統電源6での運転中に停電を検知すると、一定時間(例えば15分間)、待機状態に入るように構成されており、この待機時間内であれば、自立運転へのスムーズな移行が可能である。
そして、電力供給再開後に負荷状態を再度チェックし、適正な負荷であれば、電力供給を継続するが、過負荷であれば、電力供給を再び一定時間(30秒)停止する。この一定時間(30秒)は、ユーザーが負荷を減少させることを期待しての待ち時間である。
図4は制御装置100により実行されるモード切換制御のフローチャートである。尚、初期状態は系統連系運転モードであるとする。
S2では、系統解列を実行する。次のS3では、燃料電池(FC)1が停止中か否かを判定し、停止中であれば、S4へ進んで、燃料電池1を起動する。燃料電池1が運転中の場合、又は、燃料電池1の起動が完了した場合は、S5の自立運転モードへ移行する。
S7では、系統連系を実行する。そして、S8の系統連系運転モードへ戻る。
S11では、発電電力を予め定めた一定電力、例えば500Wに固定して、外部負荷に電力を供給し、余剰電力は余剰電力ヒータ9等により消費する設定とする。この発電電力一定制御部は、目標発電電力を一定(500W)とする制御シーケンスにより実行され、この機能が発電電力一定制御部に相当する。
S13では、総負荷電力が発電電力である一定電力(500W)以下であるかを判定し、一定電力以下に維持されているときは、S15へ進む。
湯水の温度が上限温度以下に維持されていると判定された場合は、S16で余剰電力ヒータ9のみで余剰電力を消費させる。
このように、自立運転時に発電電力を500W等、比較的高めの値に設定しておけば、例えば、外部負荷としてTV、冷蔵庫、蛍光灯を使用したときのシステム消費電力(総負荷電力)が300Wであれば、停電になった場合でも、停電前の使用状態を維持できる。さらに、エアコンの消費電力が200W以下の場合、エアコンを使用した場合でもその使用状態を維持できる。
また、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
2 パワーコンディショナー
3 DC/DCコンバータ
4 DC/ACインバータ
5 系統連系リレー
6 系統電源
7 家庭内負荷
8 補機
9 余剰電力ヒータ(ACヒータ)
10 ソリッドステートリレー
11 電力計測器
12 電力計測器
13 外部電源
14 外部電源用DC/DCコンバータ
15 自立起動リレー
16 自立出力リレー
17 自立専用コンセント
18 切換リレー
20 運転モード切換スイッチ
51 貯湯ユニット
52 ラジエータ
53 リレー
Claims (6)
- 燃料と酸化剤との電気化学反応により発電する固体酸化物形燃料電池と、この燃料電池の出力側に設けられるパワーコンディショナーと、前記燃料電池及び前記パワーコンディショナーを制御し、系統電源との連系による系統連系運転と系統電源から解列しての自立運転とを切換可能な制御装置と、を備える、固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
自立運転時に本システムの総負荷電力を検出する総負荷電力検出部と、
自立運転時に前記燃料電池の発電電力を予め定めた一定値に制御する発電電力一定制御部と、
自立運転時の総負荷電力が前記一定値を超える場合は、自立運転時に本システムに接続される外部負荷への電力供給を一定時間停止する電力供給停止部と、
を含んで構成されることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。 - 前記制御装置は、
自立運転時に前記一定値が外部負荷電力を超える場合には、該外部負荷電力を超える余剰電力を余剰負荷により消費させる余剰電力消費部、
を更に含んで構成されることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システム。 - 前記余剰負荷は、電力ヒータを含むことを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 前記余剰負荷は、電力ヒータによって加熱された湯水の温度が所定値以上のときに、該湯水を冷却する冷却器を含む請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 系統連系運転時の燃料電池の発電が停止状態又は前記一定値より低い発電電力での運転状態で自立運転に切り換えるときは、燃料電池の発電出力を前記一定値に到達するまで徐々に増大させると共に、前記一定値より低い予め定めた出力値に到達したときに、外部負荷への出力を可能とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 系統連系運転時の燃料電池の発電出力が前記一定値より高い状態で自立運転に切り換えるときは、燃料電池の発電出力を徐々に減少させ、前記一定値まで減少したときに、外部負荷への出力を可能とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
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