JP7540879B2

JP7540879B2 - 制御装置、制御方法、電力制御システム

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Publication number: JP7540879B2
Application number: JP2019074873A
Authority: JP
Inventors: 喜生徳橋; 純希星出; 彩小林; 努佐藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2024-08-27
Anticipated expiration: 2039-04-10
Also published as: JP2020174460A

Description

本発明は、複数種のエネルギー蓄積装置のエネルギー蓄積時機を制御する制御装置等に関する。

太陽光発電機器を備える家庭において、太陽光によって発電機器が発電し余剰電力が生じる昼間時間帯に売電を行う技術が周知である。また、貯湯式給湯装置を備える家庭において、電力が比較的安価な深夜電力期間に買電を行い貯湯する技術が周知である。

しかし、上述の構成は必ずしも将来にわたって有益ではない。太陽光の売電価格の低下に起因して売電量の抑制が必要になる場合や、系統安定化のための出力抑制が必要になるケースが考えられる。これらのケースでは、余剰電力が全て利用され、売電が生じない事が望ましい。

特許文献１には、太陽光発電機器の予測発電量が予測電力使用量を超える時間に、機器の稼働時刻を制御することによって太陽光発電の余剰電力を削減し、機器の稼働時刻変更によって削減される余剰発電量と、予測電力負荷と蓄電装置内の残存電力量から、充電すべき深夜電力量である充電量を算出し、蓄電装置の充電量を制御することによって、太陽光発電機器の発電量を最大にし、かつ、安価な深夜電力の使用量を増やすことができる技術が開示されている。

また特許文献２には、電力余剰状態が発生しているか否かを判定し、電力余剰状態が発生していると判定した場合に、沸き上げ運転を行うときの加熱装置の加熱能力を非電力余剰時よりも高く設定する加熱制御手段を備える貯湯式給湯装置が開示されている。

特開２０１１―９２００２号公報（２０１１年５月６日公開）特開２０１４―１２２７６４号公報（２０１４年７月３日公開）

しかしながら、特許文献１に開示される技術では、蓄電装置のみが考慮されており、貯湯式給湯装置が考慮されていない。そのため、貯湯式給湯装置を備える家庭において、余剰電力を貯湯式給湯装置に利用することができないという問題が有る。

特許文献２に開示される技術では、余剰電力が生じていると判定されてから沸き上げ制御を行っている。前夜の充電量及び沸き上げ量については考慮されていない。そのため、余剰電力が有効に利用できないという問題が有る。

本発明の一態様は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄電装置および貯湯式給湯装置を含むシステムにおいて、予め余剰電力量が見込まれる場合に、当該余剰電力量を有効に活用できる制御装置を実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る制御装置は、太陽光を利用して発電する発電機器、蓄電池、および貯湯式給湯器を含み、外部から電力供給を受けるシステムにおいて、前記貯湯式給湯器への給電、および前記蓄電池への充電を制御する制御装置であって、前記貯湯式給湯器への給電、および前記蓄電池に充電への充電量を制御するプロセッサを備える。前記プロセッサは、前記発電機器の所定時間毎の発電量の予測値である予測発電量を取得し、機器によって消費される電力量の所定時間毎の予測値である予測消費電力量を取得し、前記予測発電量および前記予測消費電力量に基づいて、前記外部からの電力供給による前記貯湯式給湯器への給電量、前記充電量を調整する構成である。

本発明の一態様によれば、蓄電装置および貯湯式給湯装置を含むシステムにおいて、予め余剰電力量が見込まれる場合に、当該余剰電力量を有効に活用できる。

本発明の実施形態１に係る、機能ブロック図である。本発明の実施形態１に係る、全体構成図である。（ａ）は蓄電量のみを制御した場合の空き容量を示す概要図、（ｂ）は貯湯量のみを制御した場合の空き容量を示す概要図、（ｃ）は本発明の実施形態に係る、両方を制御した場合の空き容量を示す概要図である。本発明の実施形態１に係る、予測発電量、予測消費電力量、予測余剰電力量、および貯湯式給湯器への給電と蓄電池への充電の割り当てを例示する図である。本発明の実施形態１に係る、貯湯量および蓄電量の変化を例示する図である。パターン合わせの結果の例を説明するための図である。本発明の実施形態１に係る、制御装置の処理の流れを示すフローチャート図である。本発明の実施形態１に係る、沸き上げ可能空き容量および充電可能空き容量の制御を例示するフローチャートである。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態１に係る制御装置１０は、発電量予測部１１０、消費電力量予測部１２０、残存量取得部１５０、予測余剰電力量算出部１３０、調整部１６０、充電制御部１７０、給湯器制御部１８０、発電・消費履歴１０１、および沸き上げ・充電スケジュール１０３、を備える。図１の各構成部材を説明する前に、図２を用いて制御装置１０を含む電力制御システムの全体構成を説明し、図３を用いて余剰電力の利用が可能な空き容量の例を示す。

図２に、本発明の実施形態に係る電力制御システムの全体構成を例示する。前記電力制御システムは、制御装置１０に加え、発電機器９１、家電機器９２（機器）、パワーコンディショナ９３、分電盤８１、蓄電池９４、貯湯式給湯器９５、を備える。分電盤８１は、外部の電力網９６と接続されている。制御装置１０は、ウェブネットワーク９８（インターネット）を介して情報収集サーバ９７、通信端末９９、ならびに気象情報会社および電力会社と接続されている。

前記電力制御システムにおいて、発電機器９１の発電履歴、家電機器９２の電力消費履歴、貯湯式給湯器９５が沸き上げに使用した電力量（給電量）の履歴、および貯湯量の履歴は、図示しないスマートメータ、計測機能付き分電盤８１を介して、または別途センサーを用いて所定時間毎に記録され、発電・消費履歴１０１に記憶される。前記所定時間は、典型的には毎時である。制御装置１０は、発電・消費履歴１０１の読出しや分析を行うことができる。

制御装置１０はパワーコンディショナ９３と通信線で接続されており、発電機器９１、蓄電池９４の情報をパワーコンディショナ９３から得ることができる。また、図示しない通信線を用いて家電機器９２、および貯湯式給湯器９５と家庭内ネットワークで接続されており、それらの機器を総合的に制御する。これを家庭エネルギー管理システム（ＨＥＭＳ）と呼んでもよい。ＨＥＭＳが機器（装置）同士の通信に用いるプロトコルは、例えばＥｃｈｏｎｅｔＬｉｔｅである。情報収集サーバ９７は、ウェブネットワーク９８を介して制御装置１０と通信し、発電・消費履歴１０１の読出しや分析を行うことができる。

発電機器９１は、太陽光発電を行う機器である。発電機器９１は、パワーコンディショナ９３と接続される。

家電機器９２は、（交流）電力を消費する機器であり、具体的には、エアコン、電子レンジ、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの家電が挙げられる。貯湯式給湯器９５は電力エネルギーを熱エネルギーに変換して、エネルギーを蓄積する機能を有するため、本明細書においては、家電機器９２と区別される。また同様に、「消費電力」という用語は家電機器９２が消費する電力を指し、「沸き上げ電力」という用語は貯湯式給湯器９５が沸き上げのために使用する電力を指すものとする。家電機器９２は、分電盤８１と接続され、分電盤８１から供給された電力を消費する。

パワーコンディショナ９３は、発電機器９１、および蓄電池９４から供給される直流の電力を交流へと変換する。また、パワーコンディショナ９３は、電力網９６から供給される交流の電力を直流へと変換して蓄電池９４へ提供する。また、パワーコンディショナ９３は、発電装置および蓄電装置から電力網９６への売電を制御する。パワーコンディショナ９３は、制御装置１０と通信線でネットワーク接続されており、制御装置１０への情報の送信、および制御装置１０からのコマンド等の受信を行う。

蓄電池９４は、パワーコンディショナ９３と接続される。蓄電池９４は、パワーコンディショナ９３を介して供給される電力を用いて蓄電量を増加させる（充電）。また蓄電池９４は、パワーコンディショナ９３を介して電力を放電し、家電機器９２への電力供給、貯湯式給湯器９５への電力供給、ならびに外部の電力網９６への電力供給（売電）を行う。なお、蓄電池９４には、固定的に設置される蓄電池のみではなく、電気自動車（ＥＶ）のバッテリが含まれてもよい。

貯湯式給湯器９５は、分電盤８１と接続される。貯湯式給湯器９５は、分電盤８１を介して供給される電力を用いて、沸き上げを行う。沸き上げは原則として、電力が安価な深夜電力期間に行われる。深夜電力期間は、典型的には夜２３時から朝７時であるが、電力会社によって、または電力会社と電力使用者とが契約した契約内容（料金プラン）によって異なる。深夜電力期間は、電力が安価な時間帯であればよい。深夜電力期間が終了する、朝７時から夜２３時までを、深夜電力期間後とも呼ぶ。沸き上げ要否の判断結果は貯湯式給湯器の省エネルギー設定内容などに影響されるが、その手法は貯湯式給湯器の制御に関する既知の技術であり本明細書では説明しない。

外部の電力網９６は、前記の通りパワーコンディショナ９３の制御に応じ、前記電力制御システムへの電力供給（電力制御システムの買電）、および前記電力制御システムからの電力買取（電力制御システムの売電）を行う。

情報収集サーバ９７は、図示しない計測装置によって記録される、発電機器９１の発電履歴、家電機器９２の電力消費履歴、沸き上げ電力の履歴、を記録する。

通信端末９９は、前記電力制御システム使用者の所持する端末である。通信端末９９は、使用者の操作に応答して、制御装置１０、情報収集サーバ９７、ならびに気象情報会社および電力会社、から電力制御に係る情報を収集する。

気象情報会社は、ウェブネットワーク９８を介して翌日の発電量予測に必要な気象情報を制御装置１０へ提供する。また、必要であればその他の日における気象情報を提供してもよい。

一般的には各時間帯における電力料金データは制御装置１０に手動入力で設定されるが、制御装置１０が電力会社から受信してもよい。電力料金は、一般に電力会社と電力使用者との契約内容による他、電力使用量、あるいは使用機器などにも依存する。そのため、電力料金データには、契約内容、電力使用量、使用機器と電力料金との関係、などに係るデータが含まれていてもよい。

図３（ａ）に、余剰電力の用途に貯湯式給湯器９５のみが割り当て制御される場合の深夜電力期間終了時点の蓄電量と貯湯量の概要図を示す。図３（ａ）の左側に、蓄電池９４の蓄電量を示す。上端から下端までの距離は満蓄電量を示す。図３（ａ）において、蓄電池９４の蓄電量は、満蓄電量と一致する。図３（ａ）の右側に、貯湯式給湯器９５の沸き上げ可能満量、貯湯量、および沸き上げ可能空き容量の概要図を示す。上端から下端までの距離は沸き上げ可能満量を示す。そのうち、斜線部は貯湯量であり、白抜き部は沸き上げ可能空き容量である。図３（ａ）における沸き上げ可能空き容量は、気象情報から予測される、予測余剰電力量によって生じ得る沸き上げ可能な量と等しい。例えば、気象情報から予測された予測余剰電力量を使用して沸き上げ可能な量が、深夜電力期間が終了した時点における空き容量として確保される。この場合、実際の余剰電力量が予測余剰電力量を上回ったとしても、蓄電池９４には空き容量が無い。そのため、実際の発電電力の変動に応じて蓄電池９４の利用方法を変える余地が殆ど無く、当該上回った余剰電力量を使用者の家庭において活用しきれなくなる。

図３（ｂ）に、余剰電力の用途に蓄電池９４のみが割り当て制御される場合の深夜電力期間終了時点の蓄電量と貯湯量の概要図を示す。図３（ｂ）における白抜き部は、蓄電可能空き容量である。図３（ｂ）における蓄電可能空き容量は、気象情報から予測される、余剰電力量によって充電可能な蓄電量と等しい。例えば、気象情報から予測された余剰電力量が、深夜電力期間が終了した時点における空き容量として確保される。この場合、実際の余剰電力量が予測余剰電力量を上回ったとき、貯湯式給湯器９５には空き容量が無い。そのため、実際の発電電力の変動に応じて貯湯式給湯器９５の利用方法を変える余地が殆ど無く、当該上回った余剰電力量を使用者の家庭において活用しきれなくなる。また、実際のお湯の使用量の変動に応じて貯湯式給湯器９５の利用方法を変える余地も殆ど無い。

図３（ｃ）に、余剰電力の用途に貯湯式給湯器９５と蓄電池９４との両方が割り当て制御される場合の蓄電量と貯湯量の概要図を示す。図３（ｃ）における沸き上げ可能空き容量と蓄電可能空き容量は、予測余剰電力量に応じて確保される。例えば、予測余剰電力量によって生じ得る沸き上げ可能な量および蓄電量と等しくなるように制御される。これにより、余剰電力を貯湯式給湯器９５および蓄電池９４の両方で活用することができ、実際の消費電力やお湯の使用量に応じて余剰電力の利用方法を変えることができる。このように、貯湯式給湯器９５および蓄電池９４の両方に空き容量を設けることにより、消費電力や発電電力、お湯の使用量などの変動に対応しやすくなり、余剰電力をより効率的に活用できる。また、予め余剰電力量が見込まれる場合に、貯湯式給湯器９５の沸き上げ可能空き容量と、蓄電池９４の蓄電可能空き容量と、を連携して設定することで、余剰電力量を有効に活用できる。また、実際の発電量が予測発電量を下回った時でも、蓄電池９４からの放電によって沸き上げ電力を賄う（給電可能なように充電量を調整する）ことができる。

なお、図３において、貯湯式給湯器９５の沸き上げ可能満量は、貯湯式給湯器９５の満量であってもよく、ユーザが設定した量、または、貯湯式給湯器９５が設定した量であってもよい。例えば、貯湯式給湯器９５設定した沸き上げ可能満量は、貯湯式給湯器９５の学習機能により、翌日に使用する量を予測することで決定された値である。

図１を再び参照すると、発電・消費履歴１０１は、電力制御システムが設置される家庭の発電、および消費の履歴データである。発電・消費履歴１０１には、貯湯式給湯器９５が沸き上げのために使用した電力が、家電機器９２の消費電力履歴とは別に含まれる。

〔発電量予測部１１０〕
発電量予測部１１０は、ウェブネットワーク９８を経由して気象情報を取得する。また、発電量予測部１１０は、発電・消費履歴１０１から発電履歴を取得する。発電量予測部１１０は、前記取得した気象情報および発電履歴に基づき、所定の時刻から、翌日の所定の時刻までの期間における、発電量予測を行う。例えば、深夜電力期間が開始される時刻である２３時から翌日の２３時までの期間における発電量を予測する。また、予測期間は、深夜電力期間終了時刻から翌日の深夜電力期間の開始時刻までとしてもよい。

前記発電量予測の開始時刻は、典型的には、深夜電力期間が開始される時刻（一般的には夜２３時）の１時間前であるが、それに限られず、２３時であってもよい。また、発電量予測後、後述する処理により深夜電力期間終了時に目標とする状態（沸き上げ可能空き容量、蓄電可能空き容量、沸き上げ・充電スケジュール等の設定状態）が確保できる場合、２３時以降であってもよい。これにより、より広い時間帯に渡って処理が可能であり、電力料金や契約内容ごとに適切な時間帯での処理が可能になる。

前記発電量の予測の方法は、具体的には、下記の通りである。まず、発電量予測部１１０は、気象情報に含まれる翌日のその地域の日射量予測データを用いて、特定の係数をかけて発電量を予測する。前記係数は、過去の日射量情報と発電量の相関から導き出す。過去の発電履歴データを用いることで、設置場所や向き、周囲環境（影など）、装置の性能や劣化状況などが加味された値となる。過去の発電履歴データは典型的には１週間程度の期間のデータを用いるが、使用者の使用状況により最適な期間は変動し得る。そのため、最適な期間を別途導出してもよい。季節、天候、気温、または発電機器９１の劣化に基づいた発電履歴を用いることで、精度が高い予測をすることができる。

発電量予測部１１０は、予測発電量（発電機器の所定時間毎の発電量の予測値）の時系列、具体的には、太陽光発電器による発電が期待できる午前７時から午後７時の発電量の時系列を、予測余剰電力量算出部１３０へ送信する。なお、自然エネルギーにより発電可能な時刻は季節により変動するため、発電量の時系列は前述の時刻に限られるものではない。

〔消費電力量予測部１２０〕
消費電力量予測部１２０は、発電量予測部１１０と同様に、気象情報および消費履歴を取得し、消費電力量を予測する。消費電力量予測部１２０は、得られた予測消費電力量の時系列を予測余剰電力量算出部１３０へ送信する。

〔予測余剰電力量算出部１３０〕
予測余剰電力量算出部１３０は、受信した予測発電量の時系列および予測消費電力量の時系列に基づき、余剰電力量の時系列を算出する。予測余剰電力量算出部１３０は、算出される余剰電力量の時系列を、後述する調整部１６０へ送信する。

図４に、発電量予測部１１０が予測する発電量の時系列と、消費電力量予測部１２０が予測する消費電力量の例を示す。横軸は、図４の所定の予測期間開始時刻である２３時から、次の２３時までの２４時間の各時間帯である。図４の縦軸は電力であり、図中の面積は電力量を示す。図４における破線は予測される発電電力の時系列を示し、実線は消費電力の時系列を示す。発電電力が消費電力を上回る場合余剰電力が発生する。図４のうち、破線が実線を上回る部分の面積が余剰電力量に相当する。ここでは、１０時から１６時に余剰電力が発生している例を例示している。余剰電力が発生している期間を余剰電力期間と呼び、その時系列を予測余剰電力量の時系列と呼ぶ。

〔残存量取得部１５０〕
残存量取得部１５０は、充電割当部１６４からの要求に応答して、予測開始時刻における蓄電池９４の残存量（現在蓄電量）を充電割当部１６４へ送信する。また、残存量取得部１５０は、沸き上げ割上げ部１６３からの要求に応答して、予測開始時刻における貯湯式給湯器９５の残存量（現在貯湯量）を沸き上げ割当部１６３へ送信する。

〔調整部１６０〕
調整部１６０は、余剰有無判定部１６１、沸き上げ割当部１６３、および充電割当部１６４、を備える。

調整部１６０は、予測余剰電力量算出部１３０から受信した予測余剰電力量の時系列を、余剰有無判定部１６１へと送信する。なお、予測余剰電力量が無い場合、調整部１６０はそれ以上の処理を行わない。

〔余剰有無判定部１６１〕
余剰有無判定部１６１は、前記受信した予測余剰電力量を用いて、予測余剰電力量の有無、すなわち、余剰電力量の時系列に、予測余剰電力量＞０である時間帯が有るかどうかを判定する。予測余剰電力量が有ると判断される場合、余剰有無判定部１６１は、沸き上げ割当部１６３へ予測余剰電力量の時系列を送信する。

〔沸き上げ割当部１６３〕
沸き上げ割当部１６３は、後述する処理により、現在貯湯量を送信するように残存量取得部１５０へ要求を発信し、取得する。その後、前記受信した予測余剰電力量の時系列を用いて、沸き上げを行う時間および沸き上げ予定電力量（給電期間）を決定する処理を行う。換言すれば、発電・消費履歴１０１から受信した、いつどれだけの貯湯量が必要かを示すデータと、予測余剰電力量算出部１３０から受信した、いつどれだけの余剰電力が生じるかの予測データに基づいて、いつどれだけの沸き上げを行うかを決定する。すなわち、貯湯式給湯器への給電量を調整する。

深夜電力期間における買電スケジュール、および余剰電力期間における沸き上げスケジュールを設定することにより、制御装置１０は、深夜電力期間終了時における貯湯式給湯器９５の空き容量を確保することができる。

〔充電割当部１６４〕
充電割当部１６４は、後述する処理により、予測余剰電力量の時系列から沸き上げ電力量を差し引いた電力量を、蓄電池９４の充電予定分として決定する。すなわち、第１に給電を割り当て、余った場合に、第２に充電を割り当て、蓄電池への充電量を調整する。深夜電力期間における買電スケジュール、および余剰電力期間における沸き上げスケジュールを設定することにより、制御装置１０は、深夜電力期間終了時における蓄電池９４の空き容量を確保することが出来る。

沸き上げ・充電スケジュール１０３は、後述する処理により、沸き上げ割当部１６３および充電割当部１６４によって設定される、当該家庭の発電、消費、買電、沸き上げ、充電および放電の将来のスケジュールである。

〔充電制御部１７０〕
充電制御部１７０は、設定された沸き上げ・充電スケジュール１０３に従い、蓄電池９４の制御を行う。

充電制御部１７０は、深夜電力期間においてはスケジュール通りに蓄電池を充電させる。すなわち、充電を抑制する。深夜電力期間終了後は、発電量が沸き上げ電力量および消費電力量の合計を下回れば放電させ、発電量が沸き上げ電力量および消費電力量の合計を上回れば充電させる。なお、発電量は自然エネルギー条件の変動、具体的には日照量の変動に起因し、１時間よりも短い時間スケールで、例えば秒単位で変動する。充電制御部１７０が上記のように深夜電力期間後の蓄電池９４の充放電を制御する結果、短い時間スケールでの変動を蓄電池９４が吸収する。

発電量が少ない側に予測が外れた場合、充電制御部１７０は、蓄電池９４に放電動作をさせてもよい。これにより、貯湯式給湯器９５が沸き上げを行っている最中に発電量が少ない側に予測が外れた場合、不足する電力を、蓄電池９４からの放電により補うことができる。

〔給湯器制御部１８０〕
給湯器制御部１８０は、設定された沸き上げ・充電スケジュール１０３に従い、貯湯式給湯器９５の制御を行う。すなわち、貯湯式給湯器への給電量を抑制する。

図４における例では余剰電力期間のうち、１２時から、余剰電力期間の終了時刻（１６時）まで、所定の閾電力値以上の一定量の余剰電力が貯湯式給湯器９５への給電に割り当てられる。例えば、所定の閾電力値が６００Ｗであり、図４における縦軸１マス分の電力が３００Ｗであった場合、６００Ｗ以上の電力が確保されるように給電が割り当てされる。貯湯式給湯器９５への給電が割り当てられたのち、なお余った余剰電力が、蓄電池９４への充電に割り当てられる。図４に示す例では、余剰電力期間の開始時刻（９時）から１５時までの余剰電力が、蓄電池９４への充電に割り当てられる。ここで、余剰電力の発生を抑制するために蓄電装置と貯湯式給湯装置との両種の蓄エネルギー装置を利用する場合、それらの特性の違いを考慮することが望ましい。具体的には、蓄電池９４は秒以下の単位の速度で充放電が可能であるが、貯湯式給湯器９５は沸き上げに一定の電力および分から時間単位の沸き上げ時間を要する。また、貯湯式給湯器９５は、貯湯量不足が生じた場合に外部から直ちに補えない。そのため、貯湯式給湯器は、消費が予測される所定の湯量を、消費が予測される当該時刻までに確保する必要が有る。したがって、図４では、予測される余剰電力に、先に貯湯式給湯器９５への給電を割り当て、その後に蓄電池９４への充電を割り当てている。

図５に、本実施形態に係る制御の結果得られる空き容量の変化の例を示し、これを用いて制御の概要を説明する。図５の中央に、予測消費電力の時系列および予測発電電力の時系列グラフを示す。なお、前記各時系列は図４と同一である。時系列グラフの上部に蓄電量変化のイメージを、下部に貯湯量の変化のイメージを示す。

まず、所定の予測期間開始時刻である夜２３時に、後述する処理により、沸き上げ割当部１６３は、貯湯式給湯器９５の深夜電力期間における沸き上げスケジュール、および余剰電力期間（１０時から１６時）における沸き上げスケジュールを決定する。また、充電割当部１６４は、蓄電池９４の深夜電力期間における充電スケジュール、および余剰電力期間における充電スケジュール、を決定する。

余剰電力を用い沸き上げが終了した時（１６時）に満量になるように、深夜電力期間終了時（７時）における貯湯量は、決定される。そのため、深夜電力期間終了時における貯湯量は満量ではなく、沸き上げ可能空き容量が確保される。また、沸き上げ後になお余る余剰電力量を充電に割り当て、余剰電力期間が終了する時点（１５時）に満蓄電量となるように、深夜電力期間終了時（７時）における蓄電量は、決定される。そのため、深夜電力期間終了時における蓄電量は満量ではなく、蓄電可能空き容量もまた確保される。

決定充電スケジュールに従って、充電制御部１７０は深夜電力期間の終了時刻（７時）迄、安価な深夜電力を用いて充電を行い、前記決定された状態まで蓄電量を増加させる。深夜電力期間後は、余剰電力を用いて充電が行われる。

一方、給湯器制御部１８０は、深夜電力期間の終了時刻（７時）迄は蓄電池９４と同様に、安価な深夜電力を用いて沸き上げを行い前記決定された状態まで貯湯量を増加させる。その後、沸き上げスケジュールに従って、１１時から１６時まで、沸き上げが行われる。
〔動作〕
図７および図８のフローを参照に、本実施形態に係る制御装置１０の動作を説明する。

Ｓ１１において、発電量予測部１１０は、ウェブネットワーク９８を経由して気象情報を取得し、また、発電・消費履歴１０１から発電履歴を取得する。発電量予測部１１０は、所定の予測開始時刻に、前記取得した気象情報および発電履歴に基づき、翌日の発電量の予測を行う。

次に、Ｓ１２において、消費電力量予測部１２０は、ウェブネットワーク９８を経由して気象情報を取得し、また、発電・消費履歴１０１から発電履歴を取得して、消費電力量を予測する。消費電力量予測部１２０は、得られた消費電力量の時系列を予測余剰電力量算出部１３０へ送信する。

Ｓ１３において、予測余剰電力量算出部１３０は、受信した予測発電量の時系列および予測消費電力量の時系列に基づき、余剰電力量の時系列を算出する。予測余剰電力量算出部１３０は、算出される余剰電力量の時系列を、後述する調整部１６０へ送信する。

Ｓ１４において、余剰有無判定部１６１は、予測余剰電力量の有無（算出される余剰電力量の時系列に、予測余剰電力量＞０である時間帯が有るかどうか）を判定する。余剰電力量が無いと予測される場合（Ｓ１４においてＮｏ）、余剰有無判定部１６１は、処理を終える。余剰電力量が有ると予測される場合（Ｓ１４においてＹｅｓ）、余剰有無判定部１６１は、沸き上げ割当部１６３へ予測余剰電力量の時系列、を送信する。

Ｓ１５において、沸き上げ割当部１６３、および充電割当部１６４は、後述するＳ１５１からＳ１５Ａの処理に基づいて、予測余剰電力量に対して、沸き上げおよび充電の割り当て処理を行う。Ｓ１５の詳細を図８に示す。

図８に示すように、Ｓ１５１において、沸き上げ割当部１６３は、予測余剰電力量の時系列を取得する。

Ｓ１５２において、沸き上げ割当部１６３は、沸き上げ必要電力量を算出する。具体的には、沸き上げ割当部１６３はまず、現在の貯湯量を送信するように残存量取得部１５０へ要求を発信し、取得する。沸き上げ割当部１６３は次に、図示しないルートで貯湯式給湯器９５から受信した沸き上げ可能満量と、前記取得した現在貯湯量との差分（沸き上げ可能満量－貯湯量）から沸き上げ必要量を決定する。次に、前記沸き上げ必要量を用いて、沸き上げ必要電力量を決定する。なお、残存量取得部１５０は、沸き上げ割当部１６３および充電割当部１６４からの取得要求を待たず、所定の予測開始時刻に、自動的に残存量取得部１５０が現在貯湯量および現在蓄電量を送信する構成としてもよい。

Ｓ１５３において、沸き上げ割当部１６３は、予測余剰電力量の時系列にパターン合わせを行い、給電に割り当てる電力量の時系列を決定する。

貯湯式給湯器、特にヒートポンプ給湯機と呼ばれる、等温過程を利用して外部の大気からエネルギーを抽出し、沸き上げる方式の貯湯式給湯器は、一定の電力を一定の期間かけて沸き上げ続けることが望ましい。そのため、余剰電力量の総量が沸き上げに必要な電力量を上回っている場合であっても、沸き上げに活用できるとは限らない。例えば、余剰電力量が沸き上げに必要な電力量を上回っている期間が、貯湯式給湯器９５のスペック上沸き上げに適さない短時間であったり、あるいは余剰が少なく貯湯式給湯器９５のスペック上沸き上げに適さない余剰電力しか割り当てできない時間帯が含まれる場合、沸き上げには活用できない。一定の電力を一定の期間割り当てできない場合は系統から電力を購入する必要が有るため、Ｓ１５３および後述するＳ１５４において、一定の電力を一定の期間割り当てできるか否かを確認する処理を行う。

図６を用いて、前記パターン合わせの結果の例を説明する。図６の上部に、（ａ）沸き上げ必要電力が全て割り当て可能であったケースの例を示す。図６の下部に、（ｂ）沸き上げ必要電力が全て割り当て可能でなかったケースの例を示す。各図中に、余剰電力が二重鎖線で示されており、給湯器への給電に割り当てられた電力量が右斜線で示されている。図６（ａ）においては、余剰電力を用いて沸き上げ必要電力（右斜線でマークされた１０マス分）が全て割り当て可能と予測されている。すなわち、一定の期間（１１時から１６時の５時間）、所定の電力量閾値以上の一定の電力（縦方向２マス分に相当する電力）が割り当て可能と予測されている。一方、図６（ｂ）においては、余剰電力を用いて沸き上げ必要電力の全てが割り当て可能とは予測されていない。すなわち、一定の電力（縦方向２マス分に相当する電力）が、一部の期間（１３時から１６時の３時間）のみ割り当て可能と予測されている。この場合、４マスの不足分は、余剰電力が発生していない期間に外部の電力網９６から購入するように沸き上げスケジュールを決定してもよい。また、図６（ｂ）における９時から１１時の２時間など、沸き上げ電力を割り当てできる別の時間帯に沸き上げるように沸き上げスケジュールを決定してもよい。これにより、余剰電力期間における沸き上げスケジュールが決定される。

Ｓ１５４において、沸き上げ割当部１６３は、パターン合わせの結果、沸き上げ必要電力が全て割り当てできたかを判定する。

パターン合わせの結果、沸き上げ必要電力が全て割り当てできた場合（Ｓ１５４においてＹＥＳ）、Ｓ１５５において沸き上げ割当部１６３は、前記割り当てられた電力量の時系列をそのまま、沸き上げスケジュールとして決定する。

Ｓ１５６において、沸き上げ割当部１６３は、深夜電力を用いた沸き上げ電力量をゼロに設定する。これにより、深夜電力期間における沸き上げスケジュールが決定される。沸き上げ割当部１６３は、余剰電力期間及び深夜電力期間において決定された沸き上げスケジュールを、沸き上げ・充電スケジュール１０３へ格納する。

Ｓ１５７において、充電割当部１６４は、予測余剰電力量の時系列から給電に割り当てられた電力量の時系列を除いた部分を、余剰電力期間における充電量に割り当て、余剰電力期間における充電スケジュールを決定する。

Ｓ１５８において、充電割当部１６４は、現在蓄電量を送信するように残存量取得部１５０へ要求を発信し、取得する。充電割当部１６４は次に、Ｓ１５７において決定された充電スケジュールと、取得した現在蓄電量とに基づいて、深夜充電量を算出する。具体的には、深夜充電量を、深夜充電量＝（満蓄電量－余剰電力期間における充電量－現在蓄電量）として算出する。算出された深夜充電量を用いて、充電割当部１６４は、深夜電力期間における充電スケジュールを作成し、沸き上げ・充電スケジュール１０３へ格納する。

パターン合わせの結果、沸き上げ必要電力が全て割り当てできなかった場合（Ｓ１５４においてＮｏ）、Ｓ１５９において、沸き上げ割当部１６３は、確保可能な電力量の総量を、沸き上げ電力量に割り当て、余剰電力期間における沸き上げスケジュールを決定する。

Ｓ１５Ａにおいて、沸き上げ割当部１６３は、不足分、すなわち沸き上げ必要電力量から給電に割り当てられた電力量の総量を差し引いた差分を算出する。沸き上げ割当部１６３は、算出された不足分を深夜電力を用いた沸き上げ電力量とし、深夜電力期間における沸き上げスケジュールを決定する。沸き上げ割当部１６３は、決定された余剰電力期間および深夜電力期間における沸き上げスケジュールを、沸き上げ・充電スケジュール１０３へ格納する。

Ｓ１５Ｂにおいて、充電割当部１６４は、現在蓄電量を送信するように残存量取得部１５０へ要求を発信し、取得する。充電割当部１６４は次に、取得した現在蓄電量に基づいて、深夜充電量を算出する。具体的には、深夜充電量を、深夜充電量＝（満蓄電量－現在蓄電量）として算出する。算出された深夜充電量を用いて、充電割当部１６４は、深夜電力期間における充電スケジュールを作成し、沸き上げ・充電スケジュール１０３へ格納する。

Ｓ１５における処理を終えた後、図７のＳ１６において、充電制御部１７０および給湯器制御部１８０は、設定された沸き上げ・充電スケジュール１０３を読出し、蓄電池９４、および貯湯式給湯器９５の制御を行う。

上記の構成及び動作により、発電機器９１、蓄電池９４、および貯湯式給湯器９５を有する家庭において、余剰電力量を予測し、予測した予測余剰電力量によって生じ得る蓄電量および沸き上げ量を当て込み、蓄電装置と貯湯式給湯装置との両種の蓄エネルギー装置の空き容量を制御することができる。また、発電量が少ない側に予測が外れた場合でも、減少分はまず充電に割り当てられた予測発電量から削減されることになるため、貯湯式給湯器９５における湯切れを防止できる。

なお、本明細書においては、矛盾しない限り、用語「電力」は、ワットなどの単位で表される単位時間当たりのエネルギー変化量に対して用い、「電力量」は原則としてワット時などの単位で表されるエネルギー量に対して用いる。
〔変形例〕
本明細書では一例として、家庭に設置される制御装置１０が発電・消費履歴１０１、発電量予測部１１０、消費電力量予測部１２０、予測余剰電力量算出部１３０、調整部１６０を備える構成を記載したが、情報収集サーバ９７がそれらを備える構成としてもよい。これにより、情報収集サーバ９７が沸き上げ・充電スケジュール１０３を作成し、制御装置１０を経由して遠隔で制御を行うことができる。

また、ＨＥＭＳは宅内の制御装置１０において制御されてもよいし、サーバから遠隔で制御装置１０を経由して制御されてもよい。

〔ソフトウェアによる実現例〕
制御装置１０の制御ブロック（特に予測余剰電力量算出部１３０、調整部１６０、充電制御部１７０、給湯器制御部１８０）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、制御装置１０は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば少なくとも１つのプロセッサ（制御装置）を備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な少なくとも１つの記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る制御装置は、太陽光を利用して発電する発電機器、蓄電池、および貯湯式給湯器を含み、外部から電力供給を受けるシステムにおいて、前記貯湯式給湯器への給電、および前記蓄電池への充電を制御する制御装置であって、プロセッサを備え、前記プロセッサは、前記発電機器の所定時間毎の発電量の予測値である予測発電量を取得し、機器によって消費される電力量の所定時間毎の予測値である予測消費電力量を取得し、前記予測発電量および前記予測消費電力量に基づいて、前記外部からの電力供給による前記貯湯式給湯器への給電量、および前記蓄電池への充電量を調整する。

上記の構成によれば、前記貯湯式給湯器の沸き上げ可能空き容量と、前記蓄電池の蓄電可能空き容量と、を連携して制御することができる。また、予測発電量および前記予測消費電力量に基づいて、貯湯式給湯器への給電量、および蓄電池への充電量を調整するので、余剰電力を有効に活用することができる。

本発明の態様２に係る制御装置は、上記態様１において、前記プロセッサは、翌日の深夜電力期間後の前記予測発電量および前記予測消費電力量を取得して、前記予測発電量が前記予測消費電力量を上回る場合、前記深夜電力期間後に行われる、前記発電機器による発電電力を利用した前記給電および前記充電を予測し、前記深夜電力期間に、前記上回る分の電力量に応じた電力量について、前記外部からの電力供給による前記給電および前記充電を抑制するものであってもよい。

上記の構成によれば、深夜電力期間終了時点で沸き上げ可能空き容量を確保し、余剰電力を利用して沸き上げを行うことができる。また、深夜電力期間終了時点で充電可能空き容量を確保し、予測余剰電力量から沸き上げ電力量を除いた電力量を用いて充電を行うことができる。

本発明の態様３に係る制御装置は、上記態様２において、前記プロセッサは、前記上回る分の電力量の用途について、第１に前記給電を割り当て、余った場合に、第２に前記充電を割り当てて、前記発電機器による発電電力を利用した前記給電および前記充電を予測するものであってもよい。

上記の構成によれば、沸き上げに必要な電力量を見積もることができる貯湯式給湯器の予定を先に決めることで、容易に予測することができる。

本発明の態様４に係る制御装置は、上記態様３において、前記プロセッサは、前記上回る分の電力量について、所定時間毎の上回る分の電力量を取得し、所定の電力量閾値以上の前記上回る分の電力量を確保可能な時間帯における前記上回る分の電力量の用途に前記給電を割り当てるものであってもよい。

上記の構成によれば、前記貯湯式給湯器へ一定の電力を供給可能な時間帯に給電するため、沸き上げ実行中に買電する可能性を低減できる。

本発明の態様５に係る制御装置は、上記態様１～４の何れかにおいて、前記プロセッサは、前記深夜電力期間後に行われる前記給電が前記発電機器による発電電力で賄えない場合、前記蓄電池からの放電により給電可能なように充電量を調整するものであってもよい。

上記の構成によれば、発電量が予測よりも少なかった場合でも、買電することなく沸き上げを実行できる。

本発明の態様６に係る制御方法は、装置は太陽光を利用して発電する発電機器、蓄電池、および貯湯式給湯器を含み、外部から電力供給を受けるシステムにおいて、前記貯湯式給湯器への給電、および前記蓄電池への充電を制御する制御方法であって、前記発電機器の所定時間毎の発電量の予測値である予測発電量を取得し、機器によって消費される電力量の所定時間毎の予測値である予測消費電力量を取得し、前記予測発電量および前記予測消費電力量に基づいて、前記外部からの電力供給による前記貯湯式給湯器への給電量、および前記蓄電池への充電量を調整する。

本発明の各態様に係る制御装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記制御装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより上記制御装置をコンピュータにて実現させ制御装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１０制御装置
９１発電機器
９２家電機器（機器）
９４蓄電池
９５貯湯式給湯器
１０１発電・消費履歴
１１０発電量予測部
１２０消費電力量予測部
１５０残存量取得部
１３０予測余剰電力量算出部
１６０調整部
１６１余剰有無判定部
１６３沸き上げ割当部
１６４充電割当部
１０３沸き上げ・充電スケジュール

Claims

太陽光を利用して発電する発電機器、蓄電池、および貯湯式給湯器を含み、外部から電力供給を受けるシステムにおいて、前記貯湯式給湯器への給電、および前記蓄電池への充電を制御する制御装置であって、
プロセッサを備え、
前記プロセッサは、
前記発電機器の所定時間毎の発電量の予測値である予測発電量を取得し、
機器によって消費される電力量の所定時間毎の予測値である予測消費電力量を取得し、
前記予測発電量および前記予測消費電力量に基づいて、前記外部からの電力供給による前記貯湯式給湯器への給電量、および前記蓄電池への充電量を調整し、
さらに、前記プロセッサは、
翌日の深夜電力期間後の前記予測発電量および前記予測消費電力量を取得して、前記予測発電量が前記予測消費電力量を上回る場合、
前記深夜電力期間後に行われる、前記発電機器による発電電力を利用した前記給電および前記充電を予測し、
前記深夜電力期間に、前記上回る分の電力量に応じ、前記外部からの電力供給による前記給電および前記充電を抑制する制御装置。
前記プロセッサは、
前記上回る分の電力量の用途について、第１に前記給電を割り当て、余った場合に、第２に前記充電を割り当て、
前記発電機器による発電電力を利用した前記給電および前記充電を予測する、請求項１に記載の制御装置。
前記プロセッサは、
前記上回る分の電力量について、所定時間毎の上回る分の電力量を取得し、
所定の電力量閾値以上の前記上回る分の電力量を確保可能な時間帯における前記上回る分の電力量の用途に前記給電を割り当てる、請求項２に記載の制御装置。
太陽光を利用して発電する発電機器、蓄電池、および貯湯式給湯器を含み、外部から電力供給を受けるシステムにおいて、前記貯湯式給湯器への給電、および前記蓄電池への充電を制御する制御方法であって、
前記発電機器の所定時間毎の発電量の予測値である予測発電量を取得し、
機器によって消費される電力量の所定時間毎の予測値である予測消費電力量を取得し、
前記予測発電量および前記予測消費電力量に基づいて、前記外部からの電力供給による前記貯湯式給湯器への給電量、および前記蓄電池への充電量を調整し、
さらに、
翌日の深夜電力期間後の前記予測発電量および前記予測消費電力量を取得して、前記予測発電量が前記予測消費電力量を上回る場合、
前記深夜電力期間後に行われる、前記発電機器による発電電力を利用した前記給電および前記充電を予測し、
前記深夜電力期間に、前記上回る分の電力量に応じ、前記外部からの電力供給による前記給電および前記充電を抑制する制御方法。
請求項１に記載の制御装置と、前記発電機器および前記発電機器を制御するパワーコンディショナと、前記蓄電池と、前記貯湯式給湯器と、を備える電力制御システム。