JP6109108B2 - 電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、発電部からの電力及び蓄電池からの電力を負荷へと供給する電力供給システムの技術に関する。

従来、自然エネルギーを利用して発電可能な発電部と、発電部からの電力を充放電可能な蓄電池と、前記発電部からの電力及び前記蓄電池からの電力を負荷へと供給可能なパワーコンディショナと、前記パワーコンディショナの動作を制御する制御部と、を具備する電力供給システムの技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１に記載の技術は、自然エネルギーを利用して発電可能な発電部（太陽電池）と、前記発電部からの電力を充放電可能な蓄電池（バッテリ）と、前記発電部からの電力及び前記蓄電池からの電力を負荷へと供給可能なパワーコンディショナ（蓄電システム等）と、前記パワーコンディショナの動作を制御する制御部と、を具備する。そして、制御部の制御により、発電部からの電力及び蓄電池からの電力を負荷へと供給することができる。

また、特許文献１に記載の技術では、発電部からの電力を蓄電池に充電させると共に蓄電池から放電した電力を負荷へと供給するために（すなわち、蓄電池の同時充放電を行うために）、蓄電池が２つ設けられている。このように、蓄電池が２つ設けられると、コストが増加する点で不都合である。

また、特許文献１に記載の技術において、仮に蓄電池が１つ設けられたものとして同時充放電を行う場合には、フロート式充電方式を採用し、発電部で発電された電力を一旦蓄電池に充電させて当該蓄電池を常に満充電状態とする必要がある。このように、フロート充電方式を採用した場合には、蓄電池で電力損失するため非効率であり、さらに蓄電池が劣化し易くなる点で不都合である。

特開２０１２−２５３８４９号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、１つの蓄電池を用いて、蓄電池の同時充放電を行っても非効率とならず、さらに蓄電池が劣化するのを抑制することができる電力供給システムを提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、自然エネルギーを利用して発電可能な発電部と、前記発電部からの電力を充放電可能な蓄電池と、前記発電部からの電力及び前記蓄電池からの電力を負荷へと供給可能なパワーコンディショナと、前記パワーコンディショナの動作を制御する制御部と、を具備する電力供給システムであって、前記パワーコンディショナは、前記発電部と前記負荷とを接続する第一電路に配置される第一開閉器と、前記発電部と前記蓄電池とを接続する電路であって、前記第一開閉器よりも前記発電部側で前記第一電路から分岐する第二電路に配置される第二開閉器と、前記蓄電池と前記負荷とを接続する電路であって、前記第一開閉器よりも前記負荷側で前記第一電路から分岐する第三電路に配置される第三開閉器と、を具備し、前記発電部からの電力が前記負荷の消費電力を賄うことができる第二状態と、前記発電部からの電力が前記負荷の消費電力を賄うことができない第三状態と、が交互に変更される第四状態である場合には、前記第一開閉器を開状態とすると共に前記第二開閉器及び前記第三開閉器を閉状態とし、前記発電部からの電力を前記蓄電池に充電させると共に前記蓄電池から放電した電力を前記負荷へと供給するものである。

請求項２においては、前記発電部からの電力が所定の電力よりも小さい第一状態である場合には、前記第一開閉器を開状態とすると共に前記第二開閉器及び前記第三開閉器を閉状態とし、前記発電部からの電力を前記蓄電池に充電させると共に前記蓄電池から放電した電力を前記負荷へと供給するものである。

請求項３においては、前記第二状態である場合には、前記第一開閉器及び前記第二開閉器を閉状態とし、前記発電部からの電力を前記負荷へと供給すると共に前記蓄電池に充電するものである。

請求項４においては、前記第三状態である場合には、前記第一開閉器及び前記第三開閉器を閉状態とし、前記発電部からの電力と共に前記蓄電池から放電した電力を前記負荷へと供給するものである。

請求項５においては、停電時であることを検出する停電検出手段をさらに具備し、前記停電時であることが検出され、前記第一状態である場合には、前記第一開閉器を開状態とすると共に前記第二開閉器及び前記第三開閉器を閉状態とし、前記発電部からの電力を前記蓄電池に充電させると共に前記蓄電池から放電した電力を前記負荷へと供給するものである。

請求項６においては、前記停電時であることが検出され、前記第二状態である場合には、前記第一開閉器及び前記第二開閉器を閉状態とし、前記発電部からの電力を前記負荷へと供給すると共に前記蓄電池に充電し、前記蓄電池に充電させる前記発電部からの電力を徐々に増加させるものである。

請求項７においては、前記第二状態である場合において、前記発電部からの電力の電圧が前記蓄電池への充電を開始した時点よりも小さくなった場合には、前記蓄電池に充電させる前記発電部からの電力を徐々に減少させるものである。

請求項８においては、前記停電時であることが検出され、前記第三状態である場合には、前記第一開閉器及び前記第三開閉器を閉状態とし、前記発電部からの電力と共に前記蓄電池から放電した電力を前記負荷へと供給するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、１つの蓄電池を用いて、蓄電池の同時充放電を行っても非効率とならず、さらに蓄電池が劣化するのを抑制することができる。
また、発電部からの電力が負荷の消費電力を賄うことができる第二状態と、発電部からの電力が負荷の消費電力を賄うことができない第三状態と、が交互に変更される第四状態である場合に、発電部及び蓄電池を好適に動作させることができる。

請求項２においては、発電部からの電力が所定の電力よりも小さい第一状態である場合に、発電部及び蓄電池を好適に動作させることができる。

請求項３においては、第二状態である場合に、発電部及び蓄電池を好適に動作させることができる。

請求項４においては、第三状態である場合に、発電部及び蓄電池を好適に動作させることができる。

請求項５においては、停電時であることが検出され、第一状態である場合に、発電部及び蓄電池を好適に動作させることができる。

請求項６においては、停電時であることが検出され、第二状態である場合に、発電部及び蓄電池を好適に動作させることができる。

請求項７においては、第二状態である場合において、発電部からの電力の電圧が蓄電池への充電を開始した時点よりも小さくなった場合に、発電部及び蓄電池を好適に動作させることができる。

請求項８においては、停電時であることが検出され、第三状態である場合に、発電部及び蓄電池を好適に動作させることができる。

本発明の一実施形態に係る電力供給システムの構成を示したブロック図。 同じく、パワーコンディショナの構成を示したブロック図。 同じく、制御部による通常時の処理を示したフローチャート。 同じく、制御部による停電時の処理を示したフローチャート。 同じく、通常時において、発電部で発電された電力を負荷（分電盤）へと供給する様子を示した図。 同じく、通常時において、発電部で発電された電力を負荷（分電盤）へと供給すると共に蓄電池に充電させる様子を示した図。 同じく、通常時において、発電部で発電された電力及び蓄電池から放電された電力を負荷（分電盤）へと供給する様子を示した図。 同じく、通常時において、発電部で発電された電力を蓄電池に充電させると共に蓄電池から放電された電力を負荷（分電盤）へと供給する（蓄電池が同時充放電する）様子を示した図。 同じく、停電時において、発電部で発電された電力を負荷（専用回路）へと供給する様子を示した図。 同じく、停電時において、発電部で発電された電力を負荷（専用回路）へと供給すると共に蓄電池に充電させる様子を示した図。 同じく、停電時において、発電部で発電された電力及び蓄電池から放電された電力を負荷（専用回路）へと供給する様子を示した図。 同じく、停電時において、発電部で発電された電力を蓄電池に充電させると共に蓄電池から放電された電力を負荷（専用回路）へと供給する（蓄電池が同時充放電する）様子を示した図。 本発明に係る別実施形態に係る電力供給システムの構成を示したブロック図。

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。

電力供給システム１は、建築物（本実施形態においては住宅）に設けられ、商用電源３０や燃料電池４、蓄電池５等からの電力を図示せぬ負荷に供給するものである。電力供給システム１は、主として分電盤２、電力経路３、燃料電池４、蓄電池５、太陽光発電部６、センサ部７、パワーコンディショナ（以下では、単に「パワコン」とする）８及び専用回路９を具備する。

分電盤２は、供給された電力を負荷に分配するものである。分電盤２は、電力経路３を介して商用電源３０に接続される。分電盤２には、図示せぬ漏電遮断器や、配線遮断器、制御ユニット等が設けられる。分電盤２は、負荷に接続される（不図示）。

なお、本実施形態において「負荷」とは、住宅内で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る。なお、以下においては、説明の便宜上、分電盤２は負荷に含まれるものとする。

電力経路３は、電力が流通可能な経路である。電力経路３は、単相三線式の配線により構成される。電力経路３は、一側端（上流側端）が商用電源３０に接続され、他側端（下流側端）が分電盤２に接続される。

燃料電池４は、水素等の燃料を用いて発電する装置である。燃料電池４は、電力経路３の中途部に接続される。燃料電池４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。燃料電池４は、必要に応じて電力を発電する負荷追従運転可能に構成される。

蓄電池５は、本発明に係る「蓄電池」の一実施形態である。蓄電池５は、電力を充電可能に構成されるものである。蓄電池５は、リチウムイオン電池により構成される。蓄電池５は、パワコン８に接続される。

太陽光発電部６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６は、太陽光を利用して発電する装置である。太陽光発電部６は、パワコン８に接続される。太陽光発電部６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６は、住宅の屋根の上等の日当たりの良い場所に設置される。

センサ部７は、本発明に係る「停電検出手段」の一実施形態である。センサ部７は、電力供給システム１内の電力に関する情報を取得するものである。センサ部７は、取得した情報により、停電の発生を検出することができる。センサ部７は、第一センサ７ａ及び第二センサ７ｂを具備する。

第一センサ７ａは、太陽光発電部６とパワコン８との間に接続される。第一センサ７ａは、太陽光発電部６で発電された電力の電圧及び電流（発電電圧及び発電電流）を検出する。第一センサ７ａは、検出結果を出力可能に構成される。

第二センサ７ｂは、電力経路３において商用電源３０の直ぐ下流側に接続される。第二センサ７ｂは、商用電源３０からの電力の電圧及び電流（供給電圧及び供給電流）を検出する。第二センサ７ｂは、検出結果を出力可能に構成される。

パワコン８は、本発明に係る「パワーコンディショナ」の一実施形態である。パワコン８は、ハイブリッドパワーコンディショナである。パワコン８は、太陽光発電部６で発電された電力及び蓄電池５から放電された電力を分電盤２に出力可能であると共に、商用電源３０からの電力を蓄電池５に出力可能に構成される。パワコン８は、電力経路３の中途部（燃料電池４よりも上流側）と蓄電池５と太陽光発電部６との間に接続される。このように、蓄電池５及び太陽光発電部６は、パワコン８及び電力経路３を介して分電盤２に接続される。
なお、パワコン８の構成についての詳細な説明は後述する。

専用回路９は、停電時に、太陽光発電部６で発電された電力や蓄電池５で放電された電力を取り出すための回路である。専用回路９は、パワコン８に接続される。なお、以下においては、説明の便宜上、専用回路９は負荷に含まれるものとする。

以下では、図２を用いて、パワコン８の構成について詳細に説明する。

図２に示すように、パワコン８は、主としてインバータ１１、第一コンバータ１２、第二コンバータ１３、第一電路２１、第二電路２２、第三電路２３、第一リレー１４、第二リレー１５、第三リレー１６、第四リレー１７及び制御部１８を具備する。

インバータ１１は、直流電力が入力された場合に、当該直流電力を交流電力に適宜変換して出力する。また、インバータ１１は、交流電力が入力された場合に、当該交流電力を直流電力に適宜変換して出力する。インバータ１１は、電力経路３を介して分電盤２に接続される。また、インバータ１１は、第二コンバータ１３に接続される。また、インバータ１１は、専用回路９に接続される。

第一コンバータ１２は、太陽光発電部６で発電された直流電力を所定の電圧に適宜変換して出力する。第一コンバータ１２は、太陽光発電部６に接続される。また、第一コンバータ１２は、第二コンバータ１３に接続される。また、第一コンバータ１２は、蓄電池５に接続される。

第二コンバータ１３は、入力された直流電力を所定の電圧に適宜変換して出力する。第二コンバータ１３は、インバータ１１に接続される。また、第二コンバータ１３は、蓄電池５に接続される。また、第二コンバータ１３は、第一コンバータ１２に接続される。

第一電路２１は、本発明に係る「第一電路」の一実施形態である。第一電路２１は、太陽光発電部６と負荷とを接続する電路である。

第二電路２２は、本発明に係る「第二電路」の一実施形態である。第二電路２２は、太陽光発電部６と蓄電池５とを接続する電路である。第二電路２２は、後述する第一リレー１４よりも太陽光発電部６側で第一電路２１から分岐している。

第三電路２３は、本発明に係る「第三電路」の一実施形態である。第三電路２３は、蓄電池５と負荷とを接続する電路である。第三電路２３は、後述する第一リレー１４よりも負荷側で第一電路２１から分岐している。

なお、第一コンバータ１２と第二コンバータ１３とは、第一電路２１を介して接続される。具体的には、第一電路２１の一側に第一コンバータ１２が接続され、第一電路２１の他側に第二コンバータ１３が接続される。

また、第一コンバータ１２と蓄電池５とは、第一電路２１及び第二電路２２を介して接続される。具体的には、第二電路２２の一側に蓄電池５が接続され、第二電路２２の他側に第一電路２１の中途部（以下では「第一中途部２１ａ」と称する。）が接続される。

また、第二コンバータ１３と蓄電池５とは、第一電路２１及び第三電路２３を介して接続される。具体的には、第三電路２３の一側に蓄電池５が接続され、第三電路２３の他側に第一電路２１の中途部（以下では「第二中途部２１ｂ」と称する。）が接続される。

第一リレー１４は、本発明に係る「第一開閉器」の一実施形態である。第一リレー１４は、第一コンバータ１２と第二コンバータ１３との接続及び接続の解除（開閉状態の切り替え）を行うものである。具体的には、第一リレー１４が閉状態となると、第一コンバータ１２と第二コンバータ１３との接続が行われる。一方、第一リレー１４が開状態となると、第一コンバータ１２と第二コンバータ１３との接続の解除が行われる。第一リレー１４は、第一電路２１において第一中途部２１ａと第二中途部２１ｂとの間に配置される。

第二リレー１５は、本発明に係る「第二開閉器」の一実施形態である。第二リレー１５は、第一コンバータ１２と蓄電池５との接続及び接続の解除（開閉状態の切り替え）を行うものである。具体的には、第二リレー１５が閉状態となると、第一コンバータ１２と蓄電池５との接続が行われる。一方、第二リレー１５が開状態となると、第一コンバータ１２と蓄電池５との接続の解除が行われる。第二リレー１５は、第二電路２２に配置される。

第三リレー１６は、本発明に係る「第三開閉器」の一実施形態である。第三リレー１６は、第二コンバータ１３と蓄電池５との接続及び接続の解除（開閉状態の切り替え）を行うものである。具体的には、第三リレー１６が閉状態となると、第二コンバータ１３と蓄電池５との接続が行われる。一方、第三リレー１６が開状態となると、第二コンバータ１３と蓄電池５との接続の解除が行われる。第三リレー１６は、第三電路２３に配置される。

第四リレー１７は、インバータ１１と専用回路９との接続及び接続の解除（開閉状態の切り替え）を行うものである。具体的には、第四リレー１７が閉状態となると、インバータ１１と専用回路９との接続が行われる。一方、第四リレー１７が開状態となると、インバータ１１と専用回路９との接続の解除が行われる。第四リレー１７は、第一電路２１においてインバータ１１と専用回路９との間に配置される。

制御部１８は、本発明に係る「制御部」の一実施形態である。制御部１８は、パワコン８内の情報を管理すると共に、当該パワコン８の動作を制御するものである。制御部１８は、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶部や、ＣＰＵ等の演算処理部等により構成される。制御部１８の記憶部には、電力の供給態様（後述する通常時の処理や停電時の処理）に関する情報が予め記憶されている。

また、制御部１８は、パワコン８に具備される各部（具体的には、インバータ１１、第一コンバータ１２、第二コンバータ１３、第一リレー１４、第二リレー１５、第三リレー１６及び第四リレー１７等）に接続され（不図示）、当該各部の動作を制御することができる。また、制御部１８は、第一コンバータ１２や、第二コンバータ１３、インバータ１１等の動作を制御することにって、太陽光発電部６で発電された電力の出力や、蓄電池５の充放電を制御することができる。

制御部１８は、センサ部７（第一センサ７ａ及び第二センサ７ｂ）に接続される。制御部１８は、センサ部７の検出結果を取得することができる。

以下では、電力供給システム１における電力の供給態様の概略について説明する。

商用電源３０からの電力は、電力経路３を介して分電盤２に供給される。また、太陽光発電部６で発電された電力、及び蓄電池５で放電された電力も、パワコン８から電力経路３を介して分電盤２に供給される。また、燃料電池４で発電された電力も、電力経路３を介して分電盤２に供給される。このように、商用電源３０からの電力、太陽光発電部６及び燃料電池４で発電された電力、蓄電池５から放電された電力は、電力経路３を介して分電盤２に供給される。

また、分電盤２に供給された電力は、当該分電盤２により負荷に分配される。これによって、住宅の居住者は、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においては、負荷の消費電力（分電盤２により分配される電力）を、商用電源３０からの電力だけでなく、太陽光発電部６及び燃料電池４で発電された電力や、蓄電池５で放電された電力を用いて賄うことができる。これによって、商用電源３０から分電盤２に供給される電力（買電）を減らし、電力料金を節約することができる。

また、負荷の消費電力が商用電源３０からの電力以外の電力（すなわち、燃料電池４で発電された電力等）で賄え、且つ太陽光発電部６で発電された電力に余剰した電力が生じた場合には、当該余剰した電力を商用電源３０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と共に、経済的な利益を得ることができる。また、当該余剰した（太陽光発電部６で発電された）電力や、商用電源３０からの電力は、蓄電池５に充電させることもできる。

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詳細に説明する。

本供給態様においては、パワコン８に具備される各部を制御することにより、通常時（非停電時）及び停電時にて、太陽光発電部６で発電された電力の出力や、蓄電池５の充放電を好適に制御することができる。
なお、本供給態様においては、通常時の処理及び停電時の処理がパワコン８の制御部１８により順次行われる。この処理は、概ね１分間間隔で繰り返し行われる。

まず、図３のフローチャート、及び図２、図５から図８までを用いて、制御部１８による通常時の処理について詳細に説明する。

なお、制御部１８の処理においては、各リレーの動作の制御が含まれる。ここで、通常時には、太陽光発電部６で発電された電力や、蓄電池５で放電された電力は分電盤２へと供給されるため、専用回路９は使用されない。したがって、通常時には、インバータ１１と専用回路９との間に配置される第四リレー１７は常に開状態とされ、インバータ１１と専用回路９との接続の解除が継続して行われる。以下では、第四リレー１７の動作の制御については説明を省略する。

また、通常時の処理の開始時には、図２に示すように、第一リレー１４が閉状態となる。また、第二リレー１５及び第三リレー１６が開状態となる。すなわち、第一コンバータ１２と第二コンバータ１３との接続が行われる。また、第一コンバータ１２及び第二コンバータ１３と蓄電池５との接続の解除が行われる。

ステップＳ１０１において、制御部１８は、センサ部７（第二センサ７ｂ）の検出結果により、商用電源３０の供給電流が０Ａ（アンペア）よりも小さいか否かを判定する。
制御部１８は、商用電源３０の供給電流が０Ａ（アンペア）よりも小さいと判定した場合には、ステップＳ１０２へ移行する。
制御部１８は、商用電源３０の供給電流が０Ａ（アンペア）よりも小さくないと判定した場合には、ステップＳ１０４へ移行する。

なお、商用電源３０の供給電流が０Ａ（アンペア）よりも小さい場合には、商用電源３０へと電力が逆潮流している（売電されている）。一方、商用電源３０の供給電流が０Ａ（アンペア）よりも大きい場合には、商用電源３０から電力が供給されている（買電されている）。

ステップＳ１０２において、制御部１８は、第二リレー１５を閉状態とする。すなわち、図６に示すように、第一コンバータ１２と蓄電池５との接続が行われる。
制御部１８は、ステップＳ１０２の処理の後、ステップＳ１０３へ移行する。

ステップＳ１０３において、制御部１８は、商用電源３０へと売電されている量の電力を蓄電池５に充電する。すなわち、太陽光発電部６で発電された電力が分電盤２へと供給されて余剰が生じた場合に、当該余剰した電力を逆潮流させて売電するのではなく、図６に示すように、蓄電池５に充電させる。
制御部１８は、ステップＳ１０３の処理の後、ステップＳ１０６へ移行する。

ステップＳ１０４において、制御部１８は、第三リレー１６を閉状態とする。すなわち、図７に示すように、第二コンバータ１３と蓄電池５との接続が行われる。
制御部１８は、ステップＳ１０４の処理の後、ステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０５において、制御部１８は、商用電源３０から買電されている量の電力を蓄電池５から放電する。すなわち、太陽光発電部６で発電された電力が分電盤２へと供給されて不足が生じた場合に、当該不足した電力を商用電源３０から買電するのではなく、図７に示すように、蓄電池５から放電させる。
制御部１８は、ステップＳ１０５の処理の後、ステップＳ１０６へ移行する。

ステップＳ１０６において、制御部１８は、センサ部７（第一センサ７ａ）の検出結果により、太陽光発電部６の発電電流が１Ａ（アンペア）よりも小さいか否かを判定する。
制御部１８は、太陽光発電部６の発電電流が１Ａ（アンペア）よりも小さいと判定した場合には、ステップＳ１０８へ移行する。
制御部１８は、太陽光発電部６の発電電流が１Ａ（アンペア）よりも小さくないと判定した場合には、ステップＳ１０７へ移行する。

なお、本実施形態においては、太陽光発電部６の発電電流が１Ａ（アンペア）よりも小さい場合には、太陽光発電部６で安定して発電し難い環境（例えば、天候が雨天）であることを想定している。

なお、本実施形態において前記「１Ａ（アンペア）」は、太陽光発電部６で安定して発電し難い環境（例えば、天候が雨天）であるか否かの基準となる値である。当該基準となる値は、「１Ａ（アンペア）」に限定するものではなく、太陽光発電部６の発電性能等に応じて任意に設定することができる。なお、前記「１Ａ（アンペア）」は、本発明に係る「所定の電力」の一実施形態である。

ステップＳ１０７において、制御部１８は、５分間で３回以上蓄電池５の充電と放電とが切り替えられたか否かを判定する。
制御部１８は、５分間で３回以上蓄電池５の充電と放電とが切り替えられたと判定した場合には、ステップＳ１０８へ移行する。
制御部１８は、５分間で３回以上蓄電池５の充電と放電とが切り替えられていないと判定した場合には、通常時の処理を終了して停電時の処理へ移行する。

なお、本実施形態においては、５分間で３回以上蓄電池５の充電と放電とが切り替えられた場合には、太陽光発電部６で安定して発電し難い環境（例えば、天候が曇天）であることを想定している。具体的には、例えば天候が曇天である場合には、太陽が雲に遮られたり、太陽が雲から露出したりを交互に繰り返し、太陽光発電部６で安定して発電し難くなる。すなわち、天候が曇天であると、蓄電池５の充電と放電とが交互に繰り返し行われる（いわゆるチャタリングが発生する）おそれがある。

なお、本実施形態において前記「５分間で３回以上蓄電池５の充電と放電とが切り替えられるか否か」は、太陽光発電部６で安定して発電し難い環境（例えば、天候が曇天）であるか否かの基準である。当該基準は、「５分間で３回以上蓄電池５の充電と放電とが切り替えられるか否か」に限定するものではなく、太陽光発電部６の発電性能等に応じて任意に設定することができる。

ステップＳ１０８において、制御部１８は、第一リレー１４を開状態とし、第二リレー１５及び第三リレー１６を閉状態とする。すなわち、図８に示すように、第一コンバータ１２と第二コンバータ１３との接続の解除が行われる。また、第一コンバータ１２及び第二コンバータ１３と蓄電池５との接続が行われる。
制御部１８は、ステップＳ１０８の処理の後、ステップＳ１０９へ移行する。

ステップＳ１０９において、制御部１８は、太陽光発電部６で発電された電力を蓄電池５に充電すると共に、蓄電池５から放電された電力を分電盤２へと供給する。すなわち、図８に示すように、太陽光発電部６で安定して発電し難い環境（天候が雨天や曇天）である場合には、蓄電池５において充電と放電とが同時に行われる。
制御部１８は、ステップＳ１０９処理の後、ステップＳ１１０へ移行する。

ステップＳ１１０において、制御部１８は、センサ部７（第一センサ７ａ）の検出結果により、太陽光発電部６の発電電流が５Ａ（アンペア）よりも大きいか否かを判定する。
制御部１８は、太陽光発電部６の発電電流が５Ａ（アンペア）よりも大きいと判定した場合には、ステップＳ１１１へ移行する。
制御部１８は、太陽光発電部６の発電電流が５Ａ（アンペア）よりも大きくないと判定した場合には、再びステップＳ１０９へ移行する。

なお、本実施形態においては、太陽光発電部６の発電電流が５Ａ（アンペア）よりも大きい場合には、太陽光発電部６で安定して発電し易い環境（例えば、天候が晴天）であることが想定される。具体的には、例えば天候が晴天である（空が雲で覆われていない）場合には、太陽が雲に遮られたりすることがなく、太陽光発電部６で安定して発電が行われる。

なお、本実施形態において前記「５Ａ（アンペア）」は、太陽光発電部６で安定して発電し易い環境（例えば、天候が晴天）であるか否かの基準となる値である。当該基準となる値は、「５Ａ（アンペア）」に限定するものではなく、太陽光発電部６の発電性能等に応じて任意に設定することができる。

ステップＳ１１１において、制御部１８は、第一リレー１４を閉状態とし、第二リレー１５及び第三リレー１６を開状態とする。すなわち、図５に示すように、第一コンバータ１２と第二コンバータ１３との接続が行われる。また、第一コンバータ１２及び第二コンバータ１３と蓄電池５との接続の解除が行われる。こうして、制御部１８は、太陽光発電部６で発電された電力を分電盤２へと供給する。
制御部１８は、ステップＳ１０８の処理の後、通常時の処理を終了して停電時の処理へ移行する。

次に、図４のフローチャート、及び図９から図１２までを用いて、制御部１８による停電時の処理について詳細に説明する。

ステップＳ２０１において、制御部１８は、停電を検知したか否かを判定する。具体的には、制御部１８は、センサ部７（第二センサ７ｂ）の検出結果により、商用電源３０の供給電圧が検出されているか否かを判定する。
制御部１８は、商用電源３０の供給電圧が検出されている（停電していない）と判定した場合には、停電時の処理を終了して通常時の処理へ移行する。
制御部１８は、商用電源３０の供給電圧が検出されていない（停電している）と判定した場合には、ステップＳ２０２へ移行する。

ここで、停電時には、太陽光発電部６で発電された電力や、蓄電池５で放電された電力は分電盤２へと供給されず、専用回路９が使用される。したがって、ステップＳ２０１において、停電していると判定された場合、インバータ１１と専用回路９との間に配置される第四リレー１７は常に閉状態とされ、インバータ１１と専用回路９との接続が継続して行われる。以下では、第四リレー１７の動作の制御については説明を省略する。

また、制御部１８は、ステップＳ２０１において、停電していると判定した場合には、第一リレー１４、第二リレー１５及び第三リレー１６を全て一旦開状態とする。すなわち、第一コンバータ１２と第二コンバータ１３との接続の解除が行われる。また、第一コンバータ１２と蓄電池５との接続の解除が行われる。また、第二コンバータ１３と蓄電池５との接続の解除が行われる。

ステップＳ２０２において、制御部１８は、第一リレー１４を閉状態とする。すなわち、図９に示すように、第一コンバータ１２と第二コンバータ１３との接続が行われる。
制御部１８は、ステップＳ２０２の処理の後、ステップＳ２０３へ移行する。

ステップＳ２０３において、制御部１８は、センサ部７（第一センサ７ａ）の検出結果により、太陽光発電部６の発電電流が１Ａ（アンペア）よりも大きいか否かを判定する。
制御部１８は、太陽光発電部６の発電電流が１Ａ（アンペア）よりも大きいと判定した場合には、ステップＳ２０７へ移行する。
制御部１８は、太陽光発電部６の発電電流が１Ａ（アンペア）よりも大きくないと判定した場合には、ステップＳ２０４へ移行する。

なお、本実施形態においては、太陽光発電部６の発電電流が１Ａ（アンペア）よりも小さい場合には、前述したように、太陽光発電部６で安定して発電し難い環境（例えば、天候が雨天）であることを想定している。

ステップＳ２０７において、制御部１８は、太陽光発電部６の発電電圧が当該太陽光発電部６の最適電圧よりも大きいか否かを判定する。
制御部１８は、太陽光発電部６の発電電圧が当該太陽光発電部６の最適電圧よりも大きいと判定した場合には、ステップＳ２０８へ移行する。
制御部１８は、太陽光発電部６の発電電圧が当該太陽光発電部６の最適電圧よりも大きくないと判定した場合には、ステップＳ２１０へ移行する。

なお、太陽光発電部６の発電電圧が当該太陽光発電部６の最適電圧よりも大きい場合には、太陽光発電部６で発電された電力だけで専用回路９で必要とする電力が賄われている（又は、余剰した電力、すなわち蓄電池５に充電可能な電力が生じている）。一方、太陽光発電部６の発電電圧が当該太陽光発電部６の最適電圧よりも大きくない場合、すなわち太陽光発電部６の発電電圧が当該太陽光発電部６の最適電圧以下である場合には、太陽光発電部６で発電された電力だけでは専用回路９で必要とする電力が不足している。

ステップＳ２０８において、制御部１８は、第二リレー１５を閉状態とする。すなわち、図１０に示すように、第一コンバータ１２と蓄電池５との接続が行われる。
制御部１８は、ステップＳ２０８の処理の後、ステップＳ２０９へ移行する。

ステップＳ２０９において、制御部１８は、専用回路９へと供給されている太陽光発電部６で発電された電力の一部（すなわち、余剰した電力）を蓄電池５に充電する。

また、通常時の処理及び停電時の処理が１分間間隔で繰り返し行われるところ、一旦停電時の処理へと移行してからステップＳ２０９の処理を繰り返すごとに、蓄電池５への充電電流を１Ａ（アンペア）ずつ増加させる（徐々に増加させる）。また、太陽光発電部６の供給電圧が蓄電池５への充電を開始した時点よりも小さくなった場合には、蓄電池５への充電電流を１Ａ（アンペア）ずつ減少させる（徐々に減少させる）。このような制御によって、専用回路９で余剰した電力を最大限に蓄電池５に充電させることができる。
制御部１８は、ステップＳ２０９の処理の後、ステップＳ２０６へ移行する。

ステップＳ２１０において、制御部１８は、第三リレー１６を閉状態とする。すなわち、図１１に示すように、第二コンバータ１３と蓄電池５との接続が行われる。
制御部１８は、ステップＳ２１０の処理の後、ステップＳ２１１へ移行する。

ステップＳ２１１において、制御部１８は、蓄電池５に充電された電力を放電する。すなわち、図１１に示すように、太陽光発電部６で発電された電力だけでなく、蓄電池５から放電された電力が専用回路９へと供給される。
制御部１８は、ステップＳ２１１の処理の後、ステップＳ２０６へ移行する。

ステップＳ２０３から移行したステップＳ２０４において、制御部１８は、第一リレー１４を開状態とし、第二リレー１５及び第三リレー１６を閉状態とする。すなわち、図１２に示すように、第一コンバータ１２と第二コンバータ１３との接続の解除が行われる。また、第一コンバータ１２及び第二コンバータ１３と蓄電池５との接続が行われる。
制御部１８は、ステップＳ２０４の処理の後、ステップＳ２０５へ移行する。

ステップＳ２０５において、制御部１８は、太陽光発電部６で発電された電力を蓄電池５に充電すると共に、蓄電池５から放電された電力を分電盤２へと供給する。すなわち、図１２に示すように、太陽光発電部６で安定して発電し難い環境（例えば、天候が雨天）である場合には、蓄電池５において充電と放電とが同時に行われる。
制御部１８は、ステップＳ２０５の処理の後、ステップＳ２０６へ移行する。

このように、本実施形態において、通常時の処理においては、例えば天候が雨天や曇天が想定される場合に、蓄電池５において充電と放電とが同時に行われるところ、停電時の処理においては、例えば天候が雨天が想定される場合に、蓄電池５において充電と放電とが同時に行われる。こうして、停電時においては、専用回路９で必要とする電力に、出来るだけ不足が生じないように構成される。

ステップＳ２０６において、制御部１８は、停電が解除された（停電が回復した）か否かを判定する。具体的には、制御部１８は、センサ部７（第二センサ７ｂ）の検出結果により、商用電源３０の供給電圧が検出されているか否かを判定する。
制御部１８は、商用電源３０の供給電圧が検出されている（停電が解除された）と判定した場合には、停電時の処理を終了して通常時の処理へ移行する。
制御部１８は、商用電源３０の供給電圧が検出されていない（停電が解除されていない）と判定した場合には、ステップＳ２０３へ移行する。

なお、停電時の処理を終了して通常時の処理へ移行する場合には、インバータ１１と専用回路９との間に配置される第四リレー１７は常に開状態となる。また、第一リレー１４が閉状態となる。また、第二リレー１５及び第三リレー１６が開状態となる。すなわち、各リレーの動作は、図２に示す状態となる。

以上のように、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は、
自然エネルギーを利用して発電可能な太陽光発電部６（発電部）と、
前記太陽光発電部６（発電部）からの電力を充放電可能な蓄電池５と、
前記太陽光発電部６（発電部）からの電力及び前記蓄電池５からの電力を負荷へと供給可能なパワコン８（パワーコンディショナ）と、
前記パワコン８の動作を制御する制御部１８と、
を具備する電力供給システムであって、
前記パワコン８は、
前記太陽光発電部６（発電部）と前記負荷とを接続する第一電路２１に配置される第一リレー１４（第一開閉器）と、
前記太陽光発電部６（発電部）と前記蓄電池５とを接続する電路であって、第一リレー１４（第一開閉器）よりも前記太陽光発電部６（発電部）側で前記第一電路２１から分岐する第二電路２２に配置される第二リレー１５（第二開閉器）と、
前記蓄電池５と前記負荷とを接続する電路であって、第一リレー１４（第一開閉器）よりも前記負荷側で前記第一電路２１から分岐する第三電路２３に配置される第三リレー１６（第三開閉器）と、
を具備するものである。

このような構成により、各リレーの開閉状態を切り替えることにより、フロート式充電方式を採用せずに蓄電池５の同時充放電を行うことができる。（具体的には、蓄電池５の同時充放電を行う場合には、第一リレー１４を開状態とし、第二リレー１５及び第三リレー１６を閉状態とする。また、蓄電池５の同時充放電を行わない場合には、少なくとも第一リレー１４を閉状態とする。）したがって、本実施形態においては、太陽光発電部６で発電された電力を一旦蓄電池５に充電させて当該蓄電池５を常に満充電状態とする必要が無いため、蓄電池５での電力損失を削減させることができ（非効率とならず）、さらに蓄電池５が劣化するのを抑制することができる。

また、電力供給システム１においては、
前記太陽光発電部６（発電部）からの電力が所定の電力よりも小さい第一状態である場合には、
第一リレー１４（第一開閉器）を開状態とすると共に前記第二リレー１５（第二開閉器）及び前記第三リレー１６（第三開閉器）を閉状態とし、前記太陽光発電部６（発電部）からの電力を前記蓄電池５に充電させると共に前記蓄電池５から放電した電力を前記負荷へと供給するものである。

このような構成により、ステップＳ１０６；ＹＥＳ、Ｓ１０８、Ｓ１０９等に示すように、太陽光発電部６（発電部）からの電力が所定の電力よりも小さい第一状態である場合に、太陽光発電部６及び蓄電池５を好適に動作させることができる。

また、電力供給システム１においては、
前記太陽光発電部６（発電部）からの電力が前記負荷の消費電力を賄うことができる第二状態と、前記太陽光発電部６（発電部）からの電力が前記負荷の消費電力を賄うことができない第三状態と、が交互に変更される第四状態である場合には、
第一リレー１４（第一開閉器）を開状態とすると共に前記第二リレー１５（第二開閉器）及び前記第三リレー１６（第三開閉器）を閉状態とし、前記太陽光発電部６（発電部）からの電力を前記蓄電池５に充電させると共に前記蓄電池５から放電した電力を前記負荷へと供給するものである。

このような構成により、ステップＳ１０７；ＹＥＳ、Ｓ１０８、Ｓ１０９等に示すように、太陽光発電部６（発電部）からの電力が負荷の消費電力を賄うことができる第二状態と、太陽光発電部６（発電部）からの電力が負荷の消費電力を賄うことができない第三状態と、が交互に変更される第四状態である場合に、太陽光発電部６及び蓄電池５を好適に動作させることができる。

また、電力供給システム１においては、
前記第二状態である場合には、
第一リレー１４（第一開閉器）及び前記第二リレー１５（第二開閉器）を閉状態とし、前記太陽光発電部６（発電部）からの電力を前記負荷へと供給すると共に前記蓄電池５に充電するものである。

このような構成により、ステップＳ１０１；ＹＥＳ、Ｓ１０２、Ｓ１０３等に示すように、第二状態である場合に、太陽光発電部６及び蓄電池５を好適に動作させることができる。

また、電力供給システム１においては、
前記第三状態である場合には、
第一リレー１４（第一開閉器）及び前記第三リレー１６（第三開閉器）を閉状態とし、前記太陽光発電部６（発電部）からの電力と共に前記蓄電池５から放電した電力を前記負荷へと供給するものである。

このような構成により、ステップＳ１０１；Ｎ０、Ｓ１０４、Ｓ１０５等に示すように、第三状態である場合に、太陽光発電部６及び蓄電池５を好適に動作させることができる。

また、電力供給システム１においては、
停電時であることを検出するセンサ部７（停電検出手段）をさらに具備し、
前記停電時であることが検出され、前記第一状態である場合には、
第一リレー１４（第一開閉器）を開状態とすると共に前記第二リレー１５（第二開閉器）及び前記第三リレー１６（第三開閉器）を閉状態とし、前記太陽光発電部６（発電部）からの電力を前記蓄電池５に充電させると共に前記蓄電池５から放電した電力を前記負荷へと供給するものである。

このような構成により、ステップＳ２０３；ＮＯ、Ｓ２０４、Ｓ２０５等に示すように、停電時であることが検出され、第一状態である場合に、太陽光発電部６及び蓄電池５を好適に動作させることができる。

また、電力供給システム１においては、
前記停電時であることが検出され、前記第二状態である場合には、
第一リレー１４（第一開閉器）及び前記第二リレー１５（第二開閉器）を閉状態とし、前記太陽光発電部６（発電部）からの電力を前記負荷へと供給すると共に前記蓄電池５に充電し、
前記蓄電池５に充電させる前記太陽光発電部６（発電部）からの電力を徐々に増加させるものである。

このような構成により、Ｓ２０３；ＹＥＳ、Ｓ２０７；ＹＥＳ、Ｓ２０８、Ｓ２０９等に示すように、停電時であることが検出され、第二状態である場合に、太陽光発電部６及び蓄電池５を好適に動作させることができる。

また、電力供給システム１においては、
前記第二状態である場合において、
前記太陽光発電部６（発電部）からの電力の電圧が前記蓄電池５への充電を開始した時点よりも小さくなった場合には、
前記蓄電池５に充電させる前記太陽光発電部６（発電部）からの電力を徐々に減少させるものである。

このような構成により、太陽光発電部６（発電部）からの電力の電圧が蓄電池５への充電を開始した時点よりも小さくなった場合に、太陽光発電部６及び蓄電池５を好適に動作させることができる。

また、電力供給システム１においては、前記停電時であることが検出され、前記第三状態である場合には、
第一リレー１４（第一開閉器）及び前記第三リレー１６（第三開閉器）を閉状態とし、前記太陽光発電部６（発電部）からの電力と共に前記蓄電池５から放電した電力を前記負荷へと供給するものである。

このような構成により、Ｓ２０３；ＹＥＳ、Ｓ２０７；ＮＯ、Ｓ２１０、Ｓ２１１等に示すように、停電時であることが検出され、第三状態である場合に、太陽光発電部６及び蓄電池５を好適に動作させることができる。

なお、本実施形態において電力供給システム１は住宅に設けられているが、本発明に係る「電力供給システム」は、住宅だけでなく、店舗やオフィスビル、マンション等、種々の建築物に採用することができる。

また、図１３は、本発明に係る「電力供給システム」の別実施形態である電力供給システム１０１を図示している。図１３に示すように、蓄電池５、太陽光発電部６、パワコン８及び専用回路９は、分電盤２よりも下流側に配置される構成であってもよい。

また、本発明に係る「発電部」は、自然エネルギーとして太陽光を利用する構成としたが、これに限定するものではない。本発明に係る「発電部」において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。

また、本発明に係る「制御部」の構成は、制御部１８の構成に限定するものではなく、パワコン８に含まれていなくてもよい。例えば、本発明に係る「制御部」は、図示せぬホームサーバ等の制御手段や、スイッチ部、蓄電池５の制御部、燃料電池４の制御部等により構成されるものでもよい。

また、本実施形態においては、停電時に、太陽光発電部６で発電された電力や、蓄電池５で放電された電力は分電盤２へと供給されず、専用回路９へと供給される構成としたが、これに限定するものではない。すなわち、停電時であっても、太陽光発電部６で発電された電力や、蓄電池５で放電された電力が分電盤２へと供給される構成であってもよい。

１ 電力供給システム
５ 蓄電池
６ 太陽光発電部
８ パワコン
１４ 第一リレー
１５ 第二リレー
１６ 第三リレー
１８ 制御部
２１ 第一電路
２２ 第二電路
２３ 第三電路

Claims (8)

1. 自然エネルギーを利用して発電可能な発電部と、
   前記発電部からの電力を充放電可能な蓄電池と、
   前記発電部からの電力及び前記蓄電池からの電力を負荷へと供給可能なパワーコンディショナと、
   前記パワーコンディショナの動作を制御する制御部と、
   を具備する電力供給システムであって、
   前記パワーコンディショナは、
   前記発電部と前記負荷とを接続する第一電路に配置される第一開閉器と、
   前記発電部と前記蓄電池とを接続する電路であって、前記第一開閉器よりも前記発電部側で前記第一電路から分岐する第二電路に配置される第二開閉器と、
   前記蓄電池と前記負荷とを接続する電路であって、前記第一開閉器よりも前記負荷側で前記第一電路から分岐する第三電路に配置される第三開閉器と、
   を具備し、
   前記発電部からの電力が前記負荷の消費電力を賄うことができる第二状態と、前記発電部からの電力が前記負荷の消費電力を賄うことができない第三状態と、が交互に変更される第四状態である場合には、
   前記第一開閉器を開状態とすると共に前記第二開閉器及び前記第三開閉器を閉状態とし、前記発電部からの電力を前記蓄電池に充電させると共に前記蓄電池から放電した電力を前記負荷へと供給する、
   電力供給システム。
2. 前記発電部からの電力が所定の電力よりも小さい第一状態である場合には、
   前記第一開閉器を開状態とすると共に前記第二開閉器及び前記第三開閉器を閉状態とし、前記発電部からの電力を前記蓄電池に充電させると共に前記蓄電池から放電した電力を前記負荷へと供給する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記第二状態である場合には、
   前記第一開閉器及び前記第二開閉器を閉状態とし、前記発電部からの電力を前記負荷へと供給すると共に前記蓄電池に充電する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力供給システム。
4. 前記第三状態である場合には、
   前記第一開閉器及び前記第三開閉器を閉状態とし、前記発電部からの電力と共に前記蓄電池から放電した電力を前記負荷へと供給する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電力供給システム。
5. 停電時であることを検出する停電検出手段をさらに具備し、
   前記停電時であることが検出され、前記第一状態である場合には、
   前記第一開閉器を開状態とすると共に前記第二開閉器及び前記第三開閉器を閉状態とし、前記発電部からの電力を前記蓄電池に充電させると共に前記蓄電池から放電した電力を前記負荷へと供給する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電力供給システム。
6. 前記停電時であることが検出され、前記第二状態である場合には、
   前記第一開閉器及び前記第二開閉器を閉状態とし、前記発電部からの電力を前記負荷へと供給すると共に前記蓄電池に充電し、
   前記蓄電池に充電させる前記発電部からの電力を徐々に増加させる、
   ことを特徴とする請求項５に記載の電力供給システム。
7. 前記第二状態である場合において、
   前記発電部からの電力の電圧が前記蓄電池への充電を開始した時点よりも小さくなった場合には、
   前記蓄電池に充電させる前記発電部からの電力を徐々に減少させる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の電力供給システム。
8. 前記停電時であることが検出され、前記第三状態である場合には、
   前記第一開閉器及び前記第三開閉器を閉状態とし、前記発電部からの電力と共に前記蓄電池から放電した電力を前記負荷へと供給する、
   ことを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれか一項に記載の電力供給システム。

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