JP5709779B2 - 電力貯蔵型の発電システム - Google Patents

Description

本発明は、典型的には太陽電池を系統と連系させ、太陽電池の発電電力又は系統からの電力を負荷に供給するとともに、太陽電池の発電電力又は系統からの電力を貯蔵できるようにした電力貯蔵型の発電システムに関する。

近年、太陽光発電システムを備えた住宅、その他の建物が増加しており、余剰電力の固定価格買い取り制度が存在する。また、今後、発電電力の全量買い取り制度も創設される予定であり、さらなる太陽光発電システムの普及が予想される。
一方で、太陽光発電システムが大量導入された場合、発電電力の系統への逆潮流量が増加し、将来的に系統電圧の上昇等による逆潮流量を抑制するために太陽光発電システムにおける発電抑制が課題となっている。この課題に対処するため、蓄電池に発電電力を充電し、逆潮流電力の抑制及び電力の地産地消化を促進するシステムの導入が期待されており、各地で実証試験等が実施されている。また、蓄電池の導入により、災害時等系統停電時の非常電源としての利用も期待されている他、近年では電気自動車の量産化により、電気自動車の車載蓄電池を住宅やその他の建物の蓄電池として活用するシステムの開発機運も高まっている。

これらの具体的事例として、交流接続システム、及び、直流接続システムが知られている。交流接続システムは、太陽光発電システムと蓄電池システムを交流系統で系統連系するシステムであり、直流接続システムは太陽電池と蓄電池を直流系統で接続し、発電電力と蓄電池からの放電電力を混合して交流に変換し系統連系するシステムである。
交流接続システムにおいては、発電電力を蓄電池に充電する際、直流電力を一旦交流に変換し、再度直流に変換し充電するため、変換損失が発生し、効率面に課題がある。また、系統が停電していると、太陽光発電システムと蓄電池システムが切り離されるため、発電電力を充電することができず、蓄電池の残蓄電量を放電しきると蓄電池を活用できない問題がある。さらに、太陽光発電システムと蓄電池システムのパワーコンディショナのそれぞれの系統連系保護機能（単独運転検出機能の能動的方式）が干渉する恐れがあるため、系統連系を行う際には、それぞれのパワーコンディショナの保護機能が干渉しないことを確認する多数台連系試験が必要となり、導入時の手続きが複雑となる。

一方、直流接続システムは、発電電力を蓄電池に充電する際、交流に変換する必要がないため、効率面で優れ、非常時にも単一のシステムとして太陽電池の発電電力を蓄電池に充電できるため、繰り返し充放電が可能な、独立電源を構成できる。また、単一のシステムであるため、他の系統連系システムがない場合は、多数台連系試験も不要となる。しかし、直流接続システムの場合、交流に変換される電力を、太陽電池起源の電力と蓄電池起源の電力に区分できない課題がある。特に、系統に逆潮流させることで、買い取り制度を活用する場合は、太陽電池起源の電力であることを明確にする必要がある。この電力区分は、安価な夜間電力を蓄電池に充電し、高価な電力単価となる買い取り制度を活用して売電すること防止するためにも必要となる。

特開２００９−３３７９７公報 特開２００９−３３８０２号公報 特開２００２−１７１６７４号公報

直流接続システムの電力区分の課題に対処するため、特許文献１〜特許文献３は、太陽電池による発電電力を系統に逆潮流させる場合には、いずれも系統電力を夜間等に充電が可能な蓄電池が接続される電力変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を停止し、又は、蓄電池を系統から切離すことにしている。特許文献１〜３のシステムは、このように逆潮流時には必ず蓄電池が停止するため、系統電力を充放電可能な蓄電池に太陽電池による発電電力を充電しながら、余剰電力を逆潮流させることができない。

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、代表的には太陽電池による発電電力を蓄電池に充電しながら、余剰電力を逆潮流させることができる電力貯蔵型の発電システムを提供することを目的とする。

太陽電池と蓄電部の直流接続システムにおいて、太陽電池による発電電力の余剰電力を系統に逆潮流させる場合、逆潮流電力を太陽電池起源の発電電力のみとするには、蓄電部が放電状態の場合は、逆潮流ができないようにすればよい。
そこでなされた本発明は、外部の系統と連系され、自然エネルギを受けて発電する発電部と、
発電部に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータに対して各々直列に接続されるＡＣ／ＤＣコンバータ及び充放電器とを備えるパワーコンディショナと、発電部による発電電力及び前記系統からの電力を、充放電器を介して貯蔵、放出し、発電部と直流接続される蓄電部と、発電部の発電及び蓄電部の充放電を制御する制御部を備える。この制御部は、受電端において所定の受電電力となるように発電部と蓄電部を制御するための受電電力検知部と、蓄電部が放電状態での逆潮流を防止するため、蓄電部からの放電を検知する放電検知部と、系統に向けて逆潮流が生じたことを検知する逆潮流検知部とを有し、放電検知部が放電を検知している間、逆潮流検知部が逆潮流を検知すると、パワーコンディショナを停止し、パワーコンディショナを系統から切離す制御機能、を備えることを特徴とする。
本発明の発電システムによると、蓄電部が放電しているときに逆潮流が発生する場合にのみ、パワーコンディショナが停止し、パワーコンディショナが系統から切り離されるため、蓄電部が充電中には逆潮流することが可能となり、蓄電部や太陽電池の効率的かつ経済性に配慮した運用が可能となる。
また本発明によると、逆潮流する電力は常に発電電力、例えば太陽電池で発電された電力に限定されるので、安価な夜間電力を蓄電部に充電し、高価な電力単価となる買い取り制度を活用して売電することを防止することができる。

本発明の発電システムにおいて、放電時の逆潮流検出後のパワーコンディショナの停止及びパワーコンディショナの系統からの解列操作は、蓄電部を有さない汎用の発電システムと同様に、ＡＣ／ＤＣコンバータ（逆変換装置）のゲートブロックによりシステム停止、及び解列リレーの開放により、系統からの解列を行う。尚、汎用の発電システムと同様の解列操作の他、解列リレーの開放は行わず、充放電器のみゲートブロックすることで、蓄電部の放電のみを停止し、放電電力の逆潮流を防止することも可能である。

逆電力継電器は、太陽電池を用いた電力貯蔵型の発電システムにおいて、信頼性のある機器としてよく知られており、本発明における逆潮流検知部として、逆電力継電器を用いることができる。
本発明における逆電力継電器は、放電検知部が放電を検知している間に動作状態となるとともに、逆潮流を検知すると逆電力検出信号を出力し、パワーコンディショナを停止し、パワーコンディショナを系統から解列し、一方、放電検知部が放電を検知していない間は、逆電力継電器は不動作状態となり、逆潮流を許可することができる。

本発明による発電システムは、少なくとも二つの運用により運転することができる。一つ目の運用は負荷への電力供給を優先させるものであり、二つ目の運用は蓄電部への充電を優先させるものである。
一つ目の運用は、発電部による発電電力が、発電システムと系統の間に接続される負荷に必要な電力よりも大きい場合には、発電電力を負荷に供給し、その残余を蓄電部に充電する。その際、充電電力が発電電力のみとなるように、受電電力検知部の受電端電力がゼロとなるように制御する。但し、余剰電力が最大充電電力を超過する場合には、蓄電部への充電を継続したまま、超過分の余剰電力を系統に逆潮流する。
一方、発電部による発電電力が、発電システムと系統の間に接続される負荷に必要な電力以下の場合には、その不足電力について、蓄電部に貯蔵された電力を負荷に向けて放電する、というものである。その際、放電電力が系統に逆潮流しないよう、受電電力検知部の受電端電力がゼロになるように制御する。但し、負荷が発電電力と最大放電電力の和を超過する場合は、超過分の不足電力は系統電力より負荷に供給する。
尚、受電端電力をゼロとするのは、発電電力のみの充電と放電時に逆潮流が生じないようにするためであるが、受電端電力が順潮流（系統電力の購入方向）となるように所定の受電電力にて制御してもよい。

二つ目の運用は、発電部による発電電力が、発電システムにおける基準充電電力よりも大きい場合には、発電電力を蓄電部に充電し、その残余を電力貯蔵型の発電システムと系統の間に接続される負荷に供給する。負荷に供給後にさらに残余がある場合には、蓄電部への充電を継続したまま、残余分を余剰電力として系統に逆潮流する。
一方、発電部による発電電力が、発電システムにおける基準充電電力以下の場合には、さらに、発電部による発電電力が、発電システムに接続される負荷に必要な電力よりも大きい場合には、蓄電部からの放電、又は、蓄電部への充電を行なうことなく、発電電力を負荷に供給し、残余分は余剰電力として系統に逆潮流する。また、発電部による発電電力が、発電システムに接続される負荷に必要な電力以下の場合には、一つ目の運用と同様に、放電電力が系統に逆潮流しないよう、受電電力検知部の受電端電力がゼロになるように制御しながら、その不足電力について、蓄電部に貯蔵された電力を負荷に向けて放電する、というものである。

本発明の発電システムによると、蓄電部が放電しているときに逆潮流が発生する場合にのみ、システムは系統から切り離されるので、蓄電池が充電中も逆潮流することが可能となり、蓄電池や太陽電池の効率的かつ経済性に配慮した運用が可能となる。特に、従来の充電中に逆潮流が発生した場合に蓄電池が停止もしくは切離されるシステムの場合、昼間に太陽電池の発電電力を蓄電池に十分充電することができない課題があり、また、充電中に逆潮流を生じないように、発電電力を抑制制御するシステムの場合、発電電力を効率的に引き出せない問題があったが、本発明の発電システムによると、太陽電池の発電電力は抑制することなく、太陽電池の発電制御に用いられる最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）を継続でき、発電電力による蓄電池への充電量の確保と発電電力の最大化を両立することが可能となる。また、系統に逆潮流される電力は、太陽電池起源の発電電力であるため、余剰電力の固定価格買い取り制度の買取単価が適用可能となり、経済性も向上する。
また本発明によると、逆潮流する電力は常に太陽電池で発電された電力に限定されるので、安価な夜間電力を蓄電池に充電し、高価な電力単価となる買い取り制度を活用して売電することを防止することができる。

第１実施形態における電力貯蔵型太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。 第１実施形態における電力貯蔵型太陽光発電システムにおいて、（ａ）蓄電池を充電中に逆潮流が生じている状態を示し、（ｂ）は蓄電池から放電中に、逆潮流を検知したため、系統から電力貯蔵型太陽光発電システムのパワーコンディショナを解列し、蓄電池の放電電力が系統に逆潮流することを防止している状態を示すブロック図である。 第１実施形態における電力貯蔵型太陽光発電の第１運用例の手順を示すフローチャートである。 第１実施形態における電力貯蔵型太陽光発電の第２運用例の手順を示すフローチャートである。 第２実施形態における電力貯蔵型太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。

［第１実施形態］
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示す第１実施形態における太陽光発電システム１は、太陽電池１０をパワーコンディショナ１９により系統４０と連系させ、昼間に太陽電池１０の発電電力又は系統４０からの電力をＡＣ負荷５０に供給すると共に、夜間に系統４０からの電力を蓄電池６０に貯蔵する電力貯蔵型の発電システムである。また、太陽光発電システム１は、太陽電池１０で発電された電力を交流に変換することなく、直流電力として蓄電池６０に貯蔵する直流接続システムに該当する。

パワーコンディショナ１９は、太陽電池１０に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に対して各々直列に接続されるＡＣ／ＤＣコンバータ２２及び充放電器２３と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２と系統４０を接続する電線上に設けられる解列リレー２４と、を備えている。
太陽電池１０で発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１により所定の電圧に変換して、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２及び充放電器２３の一方又は双方に供給される。
ＡＣ／ＤＣコンバータ２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を経た太陽電池１０からの直流電力（発電電力）を交流電力に変換するインバータ動作および系統４０からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ動作の双方向機能を有している。
充放電器２３は、蓄電池６０への電力の充電、蓄電池６０からの電力の放電を制御する。
解列リレー２４は、パワーコンディショナ１９と系統４０の間の接続、及び切り離しを行なう。
また、太陽光発電システム１は、パワーコンディショナ１９と系統４０の間に設置された電流検出器２８と、電流検出器２８が検知した電流信号を取得する制御部２６から構成される受電電力検出回路２９を備える。制御部２６では、受電電力がゼロ又は所定の受電電力値になるように、ＡＣ負荷５０に合わせ、電力変換器２０の発電及び充放電制御を行い、パワーコンディショナ１９の出力を調整する。

太陽光発電システム１は、蓄電池放電検出回路３０を備えている。
蓄電池放電検出回路３０は、電流検出部３１と、蓄電池放電検知信号生成部３２と、を備える。
電流検出部３１は、充放電器２３と蓄電池６０の間に流れる電流を検知する。検知された電流信号は、蓄電池放電検知信号生成部３２に送られる。
蓄電池放電検知信号生成部３２は、電流検出部３１にて検知した電流信号Ｉが蓄電池６０からの放電方向の電流を示す場合、蓄電池放電検知信号Ｉｄを逆電力継電器（ＲＰＲ）２５に向けて送信し、逆電力継電器２５を動作状態とする。
系統４０は、電力会社から交流電力を供給するものであり、図示を省略した分電盤に接続される。
ＡＣ負荷５０は、建物内で使用されるＡＣ電源で動作する電気機器からなり、分電盤に接続される。実際に使用される電気機器の種類、数に応じて、ＡＣ負荷５０は変動する。
蓄電池６０は、本実施形態では自動車に搭載されるものを示しているが、電力を貯蔵し、必要に応じて放電できる蓄電装置を広く適用することができる。

太陽光発電システム１は、解列リレー２４と系統４０の間に、系統４０に向けて逆潮流が発生したことを検出する逆電力継電器２５を備えている。
蓄電池６０が放電中に逆潮流が発生したことを逆電力継電器２５が検知すると、逆電力検出信号Ｉｂが電力変換器２０に送信される。ＡＣ／ＤＣコンバータ２２は、逆電力検出信号Ｉｂを受信すると、ゲートブロックし、電力の系統方向への出力（逆変換動作）を停止、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１及び充放電器２３もゲートブロックし、停止する。また、逆電力検出信号Ｉｂは解列リレー２４にも送信される。解列リレー２４は、逆電力検出信号Ｉｂを受信すると、開かれる。こうして、パワーコンディショナ１９は停止し、系統から解列される。
本実施形態における逆電力継電器２５は、蓄電池放電検知信号Ｉｄを受信しているおり、蓄電池６０が放電している場合にのみ動作状態になるように設定されている。したがって、逆電力検出信号Ｉｂに基づく電力変換器２０の停止、及び、逆電力検出信号Ｉｂに基づく解列リレー２４の切り離しは、逆電力継電器２５が蓄電池放電検知信号Ｉｄを受信している場合に限り実行される。
なお、ここでは蓄電部を有さない汎用の発電システムと同様に、逆電力検出信号Ｉｂに基づくＡＣ／ＤＣコンバータ２２のゲートブロックを主とした電力変換器２０の停止、及び、解列リレー２４の開放の両者を行うことで、パワーコンディショナ１９の停止及び系統４０からの解列により逆潮流をより確実に防いでいるが、充放電器２３のみをゲートブロックすることで、蓄電池の放電電力を遮断し、解列リレー２４は開放せず、パワーコンディショナ１９の運転を継続することでも本発明は成立する。

以上の構成を備える太陽光発電システム１の基本的な動作は以下の通りである。
太陽電池１０で発電された直流電力（以下、ＰＶ電力ということがある）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１により所定の電圧にされる。この直流電流は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２、又は、充放電器２３に供給される。
発電された直流電力は、ＡＣ負荷５０に合わせ、受電電力検出回路２９にて受電電力がゼロ又は所定の受電電力値になるようにＡＣ／ＤＣコンバータ２２に供給され、交流電力に変換され、ＡＣ負荷５０にて消費される。

一方、交流電力に変換されなかった発電電力は充放電器２３により充電電力を制御されながら、蓄電池６０に充電される。このとき、交流電力に変換されなかった発電電力が最大充電電力を超過する場合は、超過分はＡＣ／ＤＣコンバータ２２に供給され、交流電力に変換され、余剰電力として系統４０に逆潮流される。
蓄電池６０への充電には、もちろん、系統４０からの系統電力を用いることができる。この場合、系統４０から与えられる交流の系統電力は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２で直流に変換された後、充放電器２３により充電電力が制御されながら、蓄電池６０に充電される。系統電力の充電は、料金の低い夜間電力を用いるのが有利である。また、蓄電池６０への充電には系統電力と発電電力の併用も可能であり、この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１では発電電力を所定の電圧とし、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２では系統電力を直流に変換し、双方の電力を合流した上で、充放電器２３を通じて蓄電池６０に充電される。

太陽光発電システム１は、蓄電池６０に貯蔵されたＰＶ電力又は系統電力を放電し、ＡＣ負荷５０の消費に供することができる。この場合、貯蔵されたＰＶ電力又は系統電力は、系統に逆潮流しないよう、ＡＣ負荷５０に合わせ、受電電力検出回路２９にて受電電力がゼロ又は所定の受電電力値になるようにＡＣ／ＤＣコンバータ２２に供給され、交流電力に変換され、ＡＣ負荷５０にて消費される。一方、ＡＣ負荷５０が最大放電電力を超過する場合は、超過分は系統電力により補われ、ＡＣ負荷５０にて消費される。また、蓄電池６０を経ることなく太陽電池１０から直接供給されるＰＶ電力を蓄電池６０からの放電電力と併用することも可能である。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１で所定の電圧とした発電電力と充放電器２３で所定の電圧とした放電電力を合流した上で、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２にて交流電力に変換し、ＡＣ負荷５０に合わせて消費させることができる。
蓄電池６０から放電される貯蔵されたＰＶ電力又は系統電力は、受電電力検出回路２９にて受電電力がゼロ又は所定の受電電力値になるように制御し、系統４０への逆潮流が生じないようにＡＣ負荷５０に供されるが、制御不良により逆潮流を生じさせるおそれがある。しかるに、本実施形態は、蓄電池６０から放電されている間には、逆電力継電器２５を動作状態とし逆潮流を監視することで、放電電力の逆潮流が生じないようにしている。

以上説明したように、第１実施形態の電力貯蔵型の太陽光発電システム１によると、蓄電池６０が放電しているときに逆潮流が発生する場合のみ、電力変換器２０が停止し、パワーコンディショナ１９が系統４０から解列されるように構成したので、蓄電池６０が充電中でも逆潮流させることができる。逆潮流が生じうる具体的なケースは例えば、以下の通りであるが、太陽光発電システム１によると、以下の場合であっても、ＰＶ電力を充電しながら逆潮流、つまり売電できる。したがって、蓄電池や太陽電池の効率的かつ経済性に配慮した運用が可能となる。
（１）蓄電池６０が満充電付近で充電電力を制限する場合に、発電電力をＡＣ負荷５０で消費した後の残余電力が充電電力より大きくなり余剰電力が発生する場合
（２）ＰＶ電力の内、一定量充電しながら蓄電池６０を運用し、残余電力をＡＣ負荷５０に供給するが、ＡＣ負荷５０が残余電力より小さく、供給後も余剰電力が発生する場合
（３）太陽電池１０や太陽電池を接続するＤＣ／ＤＣコンバータ２１の容量に対し、充放電器２３の容量が小さいシステムの場合において、通常時の発電電力が最大充電電力を上回る場合
また、太陽光発電システム１によると、逆潮流する電力は常に太陽電池１０で発電された電力に限定することができるので、固定価格買い取り制度により割高な太陽電池１０発電時の単価で売電することが可能となる。

［運用例］
次に、図２〜図４を参照して、太陽光発電システム１の２つの運用例を説明する。第１運用例（図３）は発電電力のＡＣ負荷５０への供給を優先しており、第２運用例（図４）は蓄電池６０への蓄電を優先している。
［第１運用例］
第１運用例は、夜間電力の時間帯と昼間電力の時間帯に区分され、昼間電力の時間帯は、太陽電池１０によるＰＶ電力がＡＣ負荷５０を上回るか否かで蓄電池６０の充放電が区分される。また、ＰＶ電力とＡＣ負荷の差分が最大充電電力上回るか否かで系統への逆潮流電力の有無が区分され、ＡＣ負荷とＰＶ電力の差分が最大放電電力を上回るか否かで系統から電力供給の有無が区分される。
（１）夜間電力時間帯
系統４０からの夜間電力を蓄電池６０に充電する（図３ ステップＳ１０１ Ｙｅｓ）。
また、建物内のＡＣ負荷５０はすべて系統４０からの電力で賄い、蓄電池６０からの放電は行わない。なお、夜間充電終了時の充電状態は、昼間に太陽電池１０のＰＶ電力の余剰電力を蓄電池６０に充電できるよう、満充電とせず、昼間の余剰電力による充電によって満充電となる充電状態(state of charge：ＳＯＣ)を目標値とする（図３ ステップＳ１０３）。目標値は、太陽電池１０の発電容量と蓄電池６０の容量及びＡＣ負荷５０のバランスで決定する固定値の他、昼間の天気予報や予測日射量、ＡＣ負荷５０の予測電力需要量等から予測する余剰電力量に基づき、日々変化する変数としてもよい。

（２）昼間電力時間帯でＰＶ電力がＡＣ負荷５０に必要な電力を上回る場合
昼間電力（図３ ステップＳ１０１ Ｎｏ）の時間帯であって、太陽電池１０のＰＶ電力がＡＣ負荷５０に必要な電力（以下、単にＡＣ負荷５０）を上回る場合（図３ ステップＳ１０５ Ｙｅｓ）には、太陽電池１０のＰＶ電力を建物内のＡＣ負荷５０に供給した後の、余剰電力を蓄電池６０に充電する。この場合、ＰＶ電力とＡＣ負荷５０の差分が、最大充電電力を超えているか否かで、処理が異なる（図３ ステップＳ１０７）。ここで、最大充電電力は、充放電器２３と蓄電池６０の仕様により定まり、蓄電池６０に充電しうる最大の電力である。ＰＶ電力とＡＣ負荷５０の差分が最大充電電力を超えている場合（図３ ステップＳ１０７ Ｙｅｓ）には、最大充電電力で蓄電池６０を充電しながら、最大充電電力の超過分の余剰電力は系統４０に逆潮流する。（図３ ステップＳ１０９，Ｓ１１９）。
例えば、蓄電池６０が満充電付近となり、最大充電電力が抑制され、充電をしても余剰電力が発生する場合は、蓄電池６０は充電状態のまま余剰電力を系統４０に逆潮流（売電）する。このとき、蓄電池６０は充電中であるため、逆電力継電器２５は不動作状態であるから、逆潮流が可能である。この状態を図２（ａ）に示しており、機器間の太線で示されている電線は、付されている矢印の向きに電力が流れていることを示している（図２（ｂ）も同様）。なお、逆潮流電力は太陽電池１０を起源とする余剰電力であるため、売電単価は固定価格買い取り制度の単価が適用される。
一方、ＰＶ電力とＡＣ負荷５０の差分が最大充電電力以下の場合（図３ ステップＳ１０７ Ｎｏ）には、ＰＶ電力とＡＣ負荷５０の差分の電力で蓄電池６０を充電する（図３ ステップＳ１１１）。

（３）昼間電力時間帯でＰＶ電力がＡＣ負荷５０以下の場合（朝方・夕方など）
一方、太陽電池１０のＰＶ電力がＡＣ負荷５０以下の場合（図３ ステップＳ１０５ Ｎｏ）には、その不足電力について、ＡＣ負荷５０へ蓄電池６０から電力を放電することにより、建物内のＡＣ負荷５０に電力を供給する。
そうすることで、太陽電池１０と蓄電池６０による電力の地産地消化、受電電力のピークカット、及び夜間電力による電力需要のピークシフトを促進する。なお、放電される電力は、夜間電力時間帯に蓄電された系統４０からの電力、及び、太陽電池１０のＰＶ電力の余剰分として蓄電された余剰電力に基づいている。
以上の場合、ＰＶ電力とＡＣ負荷５０の差分が、最大放電電力を超えているか否かで、処理が異なる（図３ ステップＳ１１３）。ここで、最大放電電力は、充放電器２３と蓄電池６０の仕様により定まり、蓄電池６０の放電しうる最大の電力である。ＰＶ電力とＡＣ負荷５０の差分が最大放電電力を超えている場合（図３ ステップＳ１１３ Ｙｅｓ）には、最大放電電力でＡＣ負荷５０に電力を放電、供給し、最大放電電力の超過分の不足電力は系統４０より供給される（図３ ステップＳ１１５，Ｓ１２１）。一方、ＰＶ電力とＡＣ負荷５０の差分が最大放電電力以下の場合（図３ ステップＳ１１３ Ｎｏ）には、ＰＶ電力とＡＣ負荷５０の差分の電力でＡＣ負荷５０に電力を放電、供給する（図３ ステップＳ１１７）。
この過程で、蓄電池放電検出回路３０が蓄電池６０の放電を検知するので、逆電力継電器２５が動作状態となる。万一、蓄電池６０の制御不良などにより系統４０への逆潮流が発生した場合は、逆電力継電器２５から逆電力検出信号Ｉｂが送信され、パワーコンディショナ１９の停止及び系統４０からの解列により、蓄電池６０の放電電力が系統４０に逆潮流することを防止する。この状態を図２（ｂ）に示している。この場合、ＡＣ負荷５０には、系統４０から系統電力が供給される。

［第２運用例］
第１運用例においては、ＰＶ電力を建物内のＡＣ負荷５０へ供給することを優先させるが、以下説明する第２運用例のように、ＰＶ電力を蓄電池６０へ充電することを優先し、蓄電池６０への充電後の余剰電力を建物内のＡＣ負荷５０に供給することもできる。第２運用例は、以下のことを考慮している。
太陽光発電は、日射量によりＰＶ電力が変動し、また、建物内の負荷も変動するため、建物内の負荷５０に優先的に供給した場合、余剰電力が大きく変動し、蓄電池６０への充電電力が不安定となる可能性がある。特に、充放電器２３は定格容量付近では効率は高いが、余剰電力が不足し、充電電力が低下する場合、低負荷での充電となるため、効率が低下する。そこで、第２運用例は、効率よく充電できる基準充電電力を充放電器２３に基づいて設定する。また、車載用の蓄電池６０を適用した場合には、移動動力として利用する可能性もあるため、余剰電力が不足すると、充電電力量の不足により、移動距離に制限が生じるか、又は、系統４０の割高な昼間電力により充電電力量を補う必要が生じる。

（１）夜間電力時間帯
系統４０からの夜間電力を蓄電池６０に充電する（図４ ステップＳ２０１ Ｙｅｓ）。
建物内のＡＣ負荷５０はすべて系統４０からの電力で賄い、蓄電池６０からの放電は行わないこと、充電は目標値までとすること（図３ ステップＳ２０３）は、第１運用例と同様である。

（２）昼間電力時間帯でＰＶ電力が基準充電電力を上回る場合
昼間電力（図４ ステップＳ２０１ Ｎｏ）の時間帯であって、太陽電池１０のＰＶ電力が予め定められた基準充電電力を上回る場合（図４ ステップＳ２０５ Ｙｅｓ）には、ＰＶ電力を蓄電池６０に充電した後、建物内のＡＣ負荷５０に供給する。この場合、ＰＶ電力が最大充電電力を超えているか否かで、処理が異なる（図４ ステップＳ２０７）。ＰＶ電力が最大充電電力を超えている場合（図４ ステップＳ２０７ Ｙｅｓ）には、最大充電電力で蓄電池６０を充電する（図４ ステップＳ２０９）。さらに、ＰＶ電力から最大充電電力を差し引いた値がＡＣ負荷５０よりも大きければ、余剰電力を系統４０に逆潮流させる（図４ ステップＳ２２３，Ｓ２２５）。そうでなければ、不足電力は系統電力にてＡＣ負荷５０に供給する（図４ ステップＳ２２３，Ｓ２２７）。
一方、ＰＶ電力が最大充電電力以下の場合（図４ ステップＳ２０７ Ｎｏ）には、ＰＶ電力で蓄電池６０を充電する（図４ ステップＳ２１１）。この場合、ＡＣ負荷５０には系統電力を供給する（図４ ステップＳ２２９）。なお、蓄電池６０への充電電力は、基準充電電力を上回る場合に必ずしもＰＶ電力を全量充電する必要はなく、充電時の効率特性が大幅に低下しない範囲である基準充電電力による一定電力充電として余剰電力をＡＣ負荷５０に供給してもよい。

充電電力に使用された後の余剰電力は、ＡＣ負荷５０に供給され、さらに余剰電力が生じる場合は、系統４０に逆潮流（売電）する。このとき、蓄電池６０は充電中であるため、逆電力継電器２５は不動作状態であり、逆潮流が可能である。なお、逆潮流電力は太陽電池１０を起源とする余剰電力であるため、売電単価は固定価格買い取り制度の単価が適用される。

（３）昼間電力時間帯でＰＶ電力が基準充電電力以下の場合（朝方・夕方など）
昼間電力（図４ ステップＳ２０１ Ｎｏ）の時間帯であって、太陽電池１０のＰＶ電力が予め定められた基準充電電力以下の場合（図４ ステップＳ２０５ Ｎｏ）には、充電効率が低いため、充電は行わず、建物内のＡＣ負荷５０に優先的にＰＶ電力を供給する。

この場合、ＰＶ電力がＡＣ負荷５０を超えるか否かで、処理が異なる（図４ ステップＳ２１３）。
つまり、ＰＶ電力がＡＣ負荷５０を超える場合（図４ ステップＳ２１３ Ｙｅｓ）には、蓄電池６０について充放電することなく（図４ ステップＳ２１５）、ＰＶ電力はＡＣ負荷５０に供給され（図４ ステップＳ２３３）、余剰電力（ＰＶ電力−ＡＣ負荷）は系統４０に逆潮流（売電，図４ ステップＳ２３５）する。このとき、蓄電池６０は充放電されないため、逆電力継電器２５は不動作状態であり、逆潮流が可能である。

一方、ＰＶ電力が建物内のＡＣ負荷５０以下の場合（図４ ステップＳ２１３ Ｎｏ）には、蓄電池６０から電力を放電することにより、建物内のＡＣ負荷５０に電力を供給する。
そうすることで、太陽電池と蓄電池６０による電力の地産地消化、受電電力のピークカット、及び夜間電力による電力需要のピークシフトを促進する。なお、放電される電力が、夜間電力時間帯に蓄電された系統４０からの電力、及び、ＰＶ電力の余剰分として蓄電された電力に基づいていることは、第１運用例と同じである。
以上の場合、ＡＣ負荷５０とＰＶ電力の差分が、最大放電電力を超えているか否かで、処理が異なる（図４ ステップＳ２１５）。つまり、ＡＣ負荷５０とＰＶ電力の差分が最大放電電力を超えている場合（図４ ステップＳ２１７ Ｙｅｓ）には、最大放電電力でＡＣ負荷５０に電力を放電、供給し、最大放電電力の超過分の不足電力は系統４０より供給される（図４ ステップＳ２１９，Ｓ２３１）。一方、ＡＣ負荷５０とＰＶ電力の差分が最大放電電力以下の場合（図４ ステップＳ２１７ Ｎｏ）には、ＡＣ負荷５０とＰＶ電力の差分の電力でＡＣ負荷５０に電力を放電、供給する（図３ ステップＳ１１７）。
この過程で、蓄電池放電検出回路３０が蓄電池６０の放電を検知するので、逆電力継電器２５が動作状態となる。万一、蓄電池６０の制御不良などにより系統４０への逆潮流が発生した場合は逆電力継電器２５から逆電力検出信号Ｉｂが送信され、パワーコンディショナ１９の停止及び系統４０からの解列により、蓄電池６０の放電電力が系統４０に逆潮流することを防止する。

第２運用例によると、ＰＶ電力を蓄電池６０に優先的に充電するため、建物内の負荷変動の影響を低減し、かつ充電量を確保することで充放電器２３の低負荷付近での稼動を避けるので、充電効率の低下を抑制する。また、蓄電池６０への充電を優先するため、車載用の蓄電池６０を利用した場合に充電量が確保されやすくなり、移動動力として利用する際の充電不足となる状態を抑制することが可能となる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態による太陽光発電システム２を図５に基づいて参照して説明する。
なお、太陽光発電システム２は、逆電力継電器２５を用いることなく、第１実施形態の太陽光発電システム１と同様の効果を得るものである。
太陽光発電システム２は、第１実施形態と同様の受電電力検出回路２９及び蓄電池放電検出回路３０を備えており、その蓄電池放電検知信号生成部３２が送信する蓄電池放電検知信号Ｉｄを受電電力検出回路２９の制御部兼逆電力継電器２７が取得する。
制御部兼逆電力継電器２７は、蓄電池放電検知信号Ｉｄを受信しており、かつ、電流検出器２８より取得した電流信号に基づいて系統４０に逆潮流が発生していると判断すると、逆電力検出信号Ｉｂが電力変換器２０に送信される。ＡＣ／ＤＣコンバータ２２は、逆電力検出信号Ｉｂを受信すると、ゲートブロックし、電力の系統方向への出力（逆変換動作）を停止、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１及び充放電器２３もゲートブロックし、停止する。また、逆電力検出信号Ｉｂは解列リレー２４にも送信される。解列リレー２４は、逆電力検出信号Ｉｂを受信すると、開かれる。こうして、パワーコンディショナ１９は停止し、系統から解列される。このように、制御部兼逆電力継電器２７は、蓄電池６０が放電している場合であって、逆潮流を検知した場合にのみ、パワーコンディショナ１９を停止し、系統４０から切り離す。

以上説明したように、第２実施形態の太陽光発電システム２も、第１実施形態と同様に、蓄電池６０が充電中でも逆潮流させることができるので、蓄電池６０や太陽電池１０の効率的かつ経済性に配慮した運用が可能となる。また、逆潮流する電力は常に太陽電池１０で発電された電力に限定することができるので、固定価格買い取り制度による買電より割高な太陽電池１０発電時の単価で売電することが可能となる。
さらに、第２実施形態の太陽光発電システム２は、制御部兼逆電力継電器２７をソフトウェアで構成できるとともに、逆電力継電器２５を省くことができるので、コスト的な利点がある。

、
なお、以上説明した太陽光発電システム１，２は発電を太陽電池１０で行うことにしているが、本発明は自然エネルギに由来する発電源（例えば風力発電）を太陽電池１０に替えて、又は、太陽電池１０とともに用いることができる。
また、以上説明した太陽光発電システム１，２は、建物が住宅、蓄電部が車載用の蓄電池を示したが、建物は住宅に限らず、例えば、工場、各種施設などの住宅以外の建物にも適用可能であり、車載用蓄電池に限らず、建物に据え置かれる定置型蓄電池にも適用可能である。
さらに、逆電力継電器２５、電流検出器２８などの機器の設置位置は受電端に限らず、逆潮流を抑制したい任意の場所に設置することが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１，２ 太陽光発電システム
１０ 太陽電池
１９ パワーコンディショナ
２０ 電力変換器
２１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２ ＡＣ／ＤＣコンバータ
２３ 充放電器
２４ 解列リレー
２５ 逆電力継電器
２６ 制御部
２７ 制御部兼逆電力継電器
２８ 電流検出器
２９ 受電電力検出回路
３０ 蓄電池放電検出回路
３１ 電流検出部
３２ 蓄電池放電検知信号生成部
４０ 系統
５０ ＡＣ負荷
６０ 蓄電池
Ｉ 電流信号
Ｉｂ 逆電力検出信号
Ｉｄ 蓄電池放電検知信号

Claims (4)

1. 外部の系統と連系され、自然エネルギを受けて発電する発電部と、
   前記発電部に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対して各々直列に接続されるＡＣ／ＤＣコンバータ及び充放電器とを備えるパワーコンディショナと、
   前記発電部による発電電力及び前記系統からの電力を、前記充放電器を介して貯蔵、放出し、前記発電部と直流接続される蓄電部と、
   前記発電部の発電及び前記蓄電部への充放電を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   受電端において所定の受電電力となるように前記発電部と前記蓄電部を制御するための受電電力検知部と、
   蓄電部が放電状態での逆潮流を防止するため、前記蓄電部からの放電を検知する放電検知部と、
   前記系統に向けて逆潮流が生じたことを検知する逆潮流検知部とを有し、
   前記放電検知部が前記放電を検知している間に、前記逆潮流検知部が前記逆潮流を検知すると、前記パワーコンディショナを停止し、前記パワーコンディショナを前記系統から解列することで放電電力の逆潮流を防止する制御と、前記放電検知部が前記放電を検知していない間は、前記逆潮流検知部が前記逆潮流を検知せず、前記蓄電部が充電中であっても前記発電部からの発電電力の逆潮流を許可する制御と、
   を備えることを特徴とする電力貯蔵型の発電システム。
2. 前記逆潮流検知部は、逆電力継電器からなり、
   前記逆電力継電器は、前記放電検知部が前記放電を検知している間に動作状態となるとともに、前記逆潮流を検知すると逆電力検知信号を出力し、前記パワーコンディショナを停止し、前記パワーコンディショナを前記系統から解列し、一方、前記放電検知部が前記放電を検知していない間は、前記逆電力継電器は不動作状態となり、前記逆潮流を許可する、
   請求項１に記載の電力貯蔵型の発電システム。
3. 前記発電部による発電電力が、前記発電システムに接続される負荷に必要な電力よりも大きい場合には、
   前記発電電力を前記負荷に供給し、その残余を前記蓄電部に充電し、
   前記発電部による発電電力が、前記発電システムに接続される負荷に必要な電力以下の場合には、
   その不足電力について、前記蓄電部に蓄えられた電力を前記負荷に向けて放電し、
   前記受電電力検出部を備え、所定の受電電力となるように前記発電部の発電と前記蓄電部の充放電を制御する電力貯蔵型の発電システムにおいて、
   前記発電部による発電電力が、負荷に必要な電力よりも大きく、且つ前記負荷に供給後の残余が、前記蓄電部の最大充電電力を超過する場合、その超過分となる余剰電力を、前記蓄電部の充電を継続したまま、前記系統への逆潮流を行うことを可能とした、
   請求項１又は２に記載の電力貯蔵型の発電システム。
4. 前記発電部による発電電力が、前記発電システムにおける基準充電電力よりも大きい場合には、
   前記発電電力を前記蓄電部に蓄電した残余を前記発電システムに接続される負荷に供給し、
   前記発電部による発電電力が、前記発電システムにおける基準充電電力以下の場合には、
   さらに、
   前記発電部による発電電力が、前記発電システムに接続される負荷に必要な電力よりも大きい場合には、前記蓄電部からの放電、又は、前記蓄電部への充電を行なうことなく、前記発電電力を前記負荷に供給し、余剰電力は前記系統に逆潮流され、
   前記発電部による発電電力が、前記発電システムに接続される負荷に必要な電力以下の場合には、
   その不足電力について、前記蓄電部に貯蔵された電力を前記負荷に向けて放電し、
   前記受電電力検出部を備え、所定の受電電力となるように前記発電部の発電と前記蓄電部の充放電を制御する電力貯蔵型の発電システムにおいて、
   前記発電部による発電電力が、基準充電電力よりも大きく、且つ、前記発電電力を前記蓄電部に蓄電した残余が負荷の消費電力を超過する場合、その超過分となる余剰電力を、前記蓄電部の充電を継続したまま、前記系統への逆潮流を行うことを可能とした、
   請求項１又は２に記載の電力貯蔵型の発電システム。

Images