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公開番号2021103934
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210715
出願番号2019235262
出願日20191225
発明の名称発電システム
出願人未来工業株式会社
代理人個人
主分類H02J 7/35 20060101AFI20210618BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】制御を簡素化しつつ蓄電手段の蓄電量を適切に保つことが可能な発電システムを提供する。
【解決手段】発電手段11と、パワーコンディショナ12と、発電手段とパワーコンディショナとの間に接続される蓄電手段13と、負荷15と、パワーコンディショナ12の出力を制御する制御手段20と、を備える。制御手段20は、蓄電手段13が満充電でない場合、又は、発電手段11が発電した電力に基づくパワーコンディショナ12の出力が負荷15の消費電力よりも小さい場合には、パワーコンディショナ12の出力を負荷15の消費電力と等しい電力となるように制御する第1制御を行う。蓄電手段13が満充電であり、且つ、発電手段11が発電した電力に基づくパワーコンディショナ12の出力が負荷15の消費電力よりも大きい場合には、パワーコンディショナ12の出力を発電手段11が発電した電力に基づく電力となるように制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
自然エネルギーを直流電力に変換して発電可能な発電手段と、
前記直流電力を交流電力に変換可能であり、前記直流電力側に前記発電手段が接続され、前記交流電力側に負荷が接続されるパワーコンディショナと、
前記発電手段と前記パワーコンディショナとの間に接続され、前記直流電力の充放電が可能な蓄電手段と、
前記パワーコンディショナの出力を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記蓄電手段が満充電でない場合、又は、前記発電手段が発電した電力に基づく前記パワーコンディショナの出力が前記負荷側の消費電力よりも小さい場合には、前記パワーコンディショナの出力を前記負荷側の消費電力と等しい電力となるように制御する第1制御を行い、
前記蓄電手段が満充電であり、且つ、前記発電手段が発電した電力に基づく前記パワーコンディショナの出力が前記負荷側の消費電力よりも大きい場合には、前記パワーコンディショナの出力を前記発電手段が発電した電力に基づく電力となるように制御する第2制御を行う、発電システム。
続きを表示(約 260 文字)【請求項2】
前記交流電力側には電気系統が接続されており、
前記第1制御において前記パワーコンディショナの出力が前記負荷側の消費電力よりも小さい場合に、前記パワーコンディショナの出力に前記電気系統から供給される電力を加えて前記負荷へ給電を行う、請求項1に記載の発電システム。
【請求項3】
前記交流電力側には電気系統が接続されており、
前記第2制御において前記パワーコンディショナの出力が前記負荷側の消費電力よりも大きい場合に、前記電気系統へ逆潮流を行う、請求項1に記載の発電システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、太陽電池等の自然エネルギーを直流電力に変換して発電する発電手段を利用して、負荷及び蓄電手段へ給電を行う発電システムに関する。
続きを表示(約 6,900 文字)【背景技術】
【0002】
従来、太陽電池等の自然エネルギーを直流電力に変換して発電する発電手段を利用して、負荷へ給電、蓄電手段への蓄電、及び、電気系統への売電が行われている。このような発電システムとして、特許文献1に記載の発電システムがある。特許文献1に記載の発電システムでは、余剰電力の売電を可能としつつ、スイッチを利用して蓄電池をインバータから切り離す制御を行うことで、蓄電池に蓄えられた電力の逆潮流を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2011−151961号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の発電システムでは、スイッチを利用して蓄電池をインバータから切り離す制御を行うため、少なくともインバータの出力制御とスイッチの開閉制御とを行う必要があり、制御が複雑化している。すなわち、制御の複雑化に伴い装置全体の構成も複雑化し、故障等が生ずる可能性がある箇所が増大する。
【0005】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、制御を簡素化しつつ蓄電手段の蓄電量を適切に保つことが可能な発電システムを提供することにある。
【0006】
第1の構成は、発電システムであって、自然エネルギーを直流電力に変換して発電可能な発電手段と、前記直流電力を交流電力に変換可能であり、前記直流電力側に前記発電手段が接続され、前記交流電力側に負荷が接続されるパワーコンディショナと、前記発電手段と前記パワーコンディショナとの間に接続され、前記直流電力の充放電が可能な蓄電手段と、前記パワーコンディショナの出力を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記蓄電手段が満充電でない場合、又は、前記発電手段が発電した電力に基づく前記パワーコンディショナの出力が前記負荷側の消費電力よりも小さい場合には、前記パワーコンディショナの出力を前記負荷側の消費電力と等しい電力となるように制御する第1制御を行い、前記蓄電手段が満充電であり、且つ、前記発電手段が発電した電力に基づく前記パワーコンディショナの出力が前記負荷側の消費電力よりも大きい場合には、前記パワーコンディショナの出力を前記発電手段が発電した電力に基づく電力となるように制御する第2制御を行う。
【0007】
第1の構成では、発電手段が発電した電力に基づくパワーコンディショナの出力が負荷側の消費電力よりも小さい場合には、発電手段が発電した電力に蓄電手段の電力を加えて出力可能である。したがって、発電手段が発電した電力に蓄電手段の電力を加えた電力に基づくパワーコンディショナの出力が負荷側の消費電力以上となる場合には、第1制御を行うことにより、電力を追加することなく負荷側へ電力を供給することができる。一方、第1制御を行ううえで、発電手段が発電した電力に蓄電手段の電力を加えたパワーコンディショナの出力が負荷側の消費電力よりも小さい場合でも、電気系統から購入する電力や、別の発電手段により発電する電力を低減することができる。
【0008】
また、蓄電手段が満充電ではなく、且つ、発電手段が発電した電力に基づくパワーコンディショナの出力が負荷側の消費電力よりも大きい場合には、第1制御を行うことにより、発電手段が発電した電力の余剰分を蓄電手段へ充電することができる。加えて、蓄電手段が満充電であり、且つ、発電手段が発電した電力に基づくパワーコンディショナの出力が負荷側の消費電力よりも大きい場合には、第2制御を行うことにより、蓄電手段からパワーコンディショナへの給電が抑制されるため、発電手段が発電した電力が負荷側の消費電力よりも小さい場合に備えることができる。
【0009】
以上を纏めると、パワーコンディショナの出力を第1制御と第2制御の2つの制御を行うことのみで、スイッチ等の制御を行うことなく、蓄電手段のSOCを適切に保ちつつ負荷への給電を行うことができる。
【0010】
第2の構成は、第1の構成に加えて、前記交流電力側には電気系統が接続されており、前記第1制御において前記パワーコンディショナの出力が前記負荷側の消費電力よりも小さい場合に、前記パワーコンディショナの出力に前記電気系統から供給される電力を加えて前記負荷へ給電を行う。
【0011】
第2の構成では、第1制御を行った結果としてパワーコンディショナの出力が負荷側の消費電力よりも小さい場合でも、負荷への十分な給電を行うことができる。
【0012】
第3の構成は、第1の構成に加えて、前記交流電力側には電気系統が接続されており、前記第2制御において前記パワーコンディショナの出力が前記負荷側の消費電力よりも大きい場合に、前記電気系統へ逆潮流を行う。
【0013】
第3の構成では、余剰電力を逆潮流することにより対価を得ることができ、余剰売電による経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
発電システムの構成を示す図である。
制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。
制御装置が制御を行った場合の各電力の推移を示すタイミングチャートである。
第2実施形態において、制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本実施形態に係る発電システムの全体の構成について、図1を参照して説明する。発電システムは、発電手段として、太陽電池11を備えている。この太陽電池11は、光起電力効果により、光エネルギーを直流電力に変換して出力する。太陽電池11の出力側には、パワーコンディショナ12が接続されている。このパワーコンディショナ12は、入力された直流電力を交流電力に変換して出力する公知のインバータであり、例えば、定格出力が10kw未満である。また、このパワーコンディショナ12の定格出力に合わせて太陽電池11の最大出力も選択されており、例えば、パワーコンディショナ12の定格出力の1.2倍程度の最大出力となっている。後述するが、本実施形態では交流電力を直流電力に変換する制御は必須ではないため、パワーコンディショナ12は直流電力を交流電力に変換する機能のみを備えているものであってもよい。太陽電池11とパワーコンディショナ12との間には、蓄電手段である蓄電池13が接続されている。この蓄電池13は、例えばリチウムイオン蓄電池である。
【0016】
パワーコンディショナ12の交流出力側は配電盤14に接続されており、この配電盤14には、負荷15及び電気系統16が接続されている。配電盤14には電力計(図示略)等が備えられており、負荷15へ流入した電力、電気系統16から供給された電力、及び、電気系統16へ逆潮流した電力のそれぞれの値を継続して取得している。パワーコンディショナ12から出力された交流電力が負荷15で消費される電力を上回った場合には、この配電盤14を介して、電気系統16への逆潮流が行われる。すなわち、負荷15で消費されない余剰電力の逆潮流を行い、その逆潮流の電力量に応じて対価を得る余剰売電を行うものとなっている。
【0017】
パワーコンディショナ12は制御手段である制御装置20により交流電力の出力が制御される。制御装置20は発電電力取得部21、容量取得部22、負荷電力取得部23、制御部24を備えている。発電電力取得部21は、太陽電池11により発電されパワーコンディショナ12へ入力される電力である発電電力を取得する。容量取得部22は、蓄電池13の蓄電量を示すSOC(State of Charge)を取得する。具体的には、図示しない電圧検出手段により蓄電池13の開回路電圧を取得し、取得した開回路電圧に基づいてSOCを求める。負荷電力取得部23は、配電盤14が備える電力計により、負荷15へと供給される電力の値を必要電力E_reqとして取得する。なお、各負荷15から通信回線等を介して使用している電力を取得する等してもよい。制御部24は、発電電力取得部21、容量取得部22、及び、負荷電力取得部23から取得した各値を用いて、パワーコンディショナ12の出力である交流出力E_outを制御する。
【0018】
続いて、制御装置20が実行する処理について、図2のフローチャートを参照して説明する。図2のフローチャートに係る処理は予め設定されている所定の制御周期で繰り返し実行される。まず、発電電力取得部により太陽電池11により発電されパワーコンディショナ12へ入力される電力を取得し(ステップS31)、容量取得部22により蓄電池13のSOCを取得し(ステップS32)、負荷電力取得部23により負荷15が必要とする電力である必要電力E_reqを取得する(ステップS33)。続いて、発電電力のみをパワーコンディショナ12で交流電力に変換した場合の出力である発電出力E_solを算出する(ステップS34)。このステップS34では、取得した発電電力にパワーコンディショナ12の変換効率(例えば95%等)を乗算する等して発電出力E_solを算出する。
【0019】
続いて、ステップS34で算出した発電出力E_solとステップS32で取得した必要電力E_req力とを比較し、発電出力E_solが必要電力E_reqよりも小さいか否かを判定する(ステップS35)。発電出力E_solが必要電力E_reqよりも小さい場合(ステップS35:YES)、ステップS36へ進み、交流出力E_outを要求電力E_reqとする制御を行う。このステップS36の制御は、第1制御と称することができる。また、ステップS36の制御を行った結果として、交流出力E_outが必要電力E_reqとならなかった場合には、負荷15へは電気系統16からの給電も行われる。
【0020】
一方、発電出力E_solが必要電力E_req以上である場合(ステップS35:NO)、ステップS37へ進み、SOCが100%未満であるか否かを判定する(ステップS37)。SOCが100%未満である場合、すなわち蓄電池13が満充電ではない場合(ステップS37:YES)、ステップS36へ進み、第1制御を行う。一方、SOCが100%である場合、すなわち蓄電池13が満充電である場合(ステップS37:NO)、ステップS38へ進み、交流出力E_outを発電出力E_solとする制御を行う。このとき、交流出力E_outは必要電力E_reqよりも大きいため、電気系統16への逆潮流が行われ、逆潮流の電力量(余剰電力)に応じた対価(余剰売電)を得ることができる。このステップS38の制御は、第2制御と称することができる。すなわち、第2制御は、発電出力E_solが必要電力E_req以上であり(ステップS35:NO)、蓄電池13が満充電である場合(ステップS37:NO)に行われる。
【0021】
以上説明した制御を行う場合のタイミングチャートについて、図3を参照して説明する。なお、図3においては発電出力E_solを一定として説明するが、太陽電池11の出力は変動し、その変動により、交流出力E_out及び必要電力E_reqのタイミングチャートに図示している発電出力E_solのラインが上下する。
【0022】
まず、時刻t0から時刻t1にかけて、SOCが50%程度であり、必要電力E_reqが発電出力E_solよりも小さいものとする(S35:NO、S37:YES)。この場合には第1制御を行うため、交流出力E_outは必要電力E_reqと等しくなり、余剰分の発電電力が蓄電池13に供給され、SOCが上昇する。
【0023】
続いて、時刻t1において必要電力E_reqが増加し発電出力E_solと等しくなれば、第1制御を行うものの蓄電池13への給電が行われないため、SOCは一定となる。時刻t2において必要電力E_reqがさらに増加し発電出力E_solよりも多くなれば、発電電力に蓄電池13に蓄積されている電力を追加して、第1制御により交流出力E_outが必要電力E_reqと等しくなるようにする。このとき、第1制御の結果として、SOCは減少する。時刻t3においてSOCがゼロに近くなり蓄電池13からの給電ができなれば、必要電力E_reqが発電出力E_solを上回っているため、交流出力E_outを必要電力E_reqと等しくする制御を行ったとしても交流出力E_outは不足し、交流出力E_outは発電出力E_solとなる。このとき、電気系統16からも負荷15への給電が行われる。
【0024】
時刻t4において、一部の負荷15の使用が終了する等して必要電力E_reqが発電出力E_solよりも小さくなれば、交流出力E_outを必要電力E_reqと等しくし、発電電力の余剰分を蓄電池13へ供給し、SOCが増加する。時刻t5においてSOCが100%、すなわち蓄電池13が満充電となれば、第2制御を行う。すなわち、交流出力E_outを発電出力E_solと等しくする。このとき、必要電力E_reqは交流出力E_outよりも小さいため、電気系統16への逆潮流が行われる。
【0025】
時刻t6で必要電力E_reqが増大し、必要電力E_reqが発電出力_solよりも大きくなれば、蓄電池13の電力も追加して給電を行うため、交流出力E_outは発電出力E_solよりも大きくなる。このとき、蓄電池13の電力も追加して交流出力E_outを必要電力E_reqと等しくすべく第1制御を行ったとしても交流出力が必要電力E_outよりも小さければ、その不足分を電気系統16からの給電により賄う。時刻t7において、一部の負荷15の使用が終了する等して必要電力E_reqが発電出力E_solよりも小さくなれば、交流出力E_outを必要電力E_reqと等しくし、発電電力の余剰分を蓄電池13へ供給し、SOCが増加に転ずる。
【0026】
上記構成により、本実施形態に係る発電システムは、以下の効果を奏する。
【0027】
・太陽電池11が発電した電力に基づくパワーコンディショナ12の出力(発電出力E_sol)が負荷15側の必要電力E_reqよりも小さい場合には、太陽電池11が発電した電力に蓄電池13の電力を加えて出力可能である。したがって、太陽電池11が発電した電力に蓄電池13の電力を加えた電力に基づくパワーコンディショナ12の出力(交流出力E_out)が負荷15側の必要電力E_req以上となる場合には、第1制御を行うことにより、電力を追加することなく負荷15側へ電力を供給することができる。一方、第1制御を行ううえで、交流出力E_outが必要電力E_reqよりも小さい場合でも、電気系統16から購入する電力を低減することができる。
【0028】
・蓄電池13が満充電ではなく、且つ、太陽電池11が発電した電力に基づくパワーコンディショナ12の出力が負荷15側の消費電力よりも大きい場合には、第1制御を行うことにより、太陽電池11が発電した電力の余剰分を蓄電池13へ充電することができる。加えて、蓄電池13が満充電であり、且つ、太陽電池11が発電した電力に基づくパワーコンディショナ12の出力が負荷15側の消費電力よりも大きい場合には、第2制御を行うことにより、蓄電池13からパワーコンディショナ12への給電が抑制されるしたがって、蓄電池13からの放電が不要な場合においてSOCを高い状態に維持することができ、太陽電池11が発電した電力が負荷15側の消費電力よりも小さい場合に備えることができる。
【0029】
・パワーコンディショナ12の出力を第1制御と第2制御の2つの制御を行うことのみで、スイッチ等の制御を行うことなく、蓄電池13のSOCを適切に保ちつつ負荷15への給電を行うことができる。
【0030】
・第1制御を行った結果としてパワーコンディショナ12の交流出力E_outが負荷15側の必要電力E_reqよりも小さい場合でも、電気系統16からの給電が可能であるため、負荷15に対する給電量の不足を抑制することができる。
(【0031】以降は省略されています)

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