JP2014197975A - 発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】システムの外部から電力供給がなくても、システム全体が停止した状態より再生可能エネルギーを利用して制御装置等を動作させて、発電を再開することができる発電システムを提供する。【解決手段】発電システム１００は、太陽光パネル１と、太陽光パネル１で発生した電力が入力される電力供給ライン７と、制御電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ４１と、ＰＣ４と、このＰＣ４から動作指令が与えられ、その動作指令に応じて、制御電圧を利用し、太陽光パネル１より電力供給ライン７に入力される電力を制御する入力電力制御部１１２ａと、制御電圧が入力電力制御部１１２ａに入力されない状態で、太陽光パネル１が発生する電力を電力供給ライン７に直接出力する起動ライン１１１とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、一旦全てのシステムが停止した状態から、再生可能エネルギーを利用して発電を再開することが可能な発電システムに関する。

従来から、再生可能エネルギーを利用する発電装置とバッテリとを備える発電システムが知られている（特許文献１）。当該発電装置としては、例えば太陽光パネルや風力発電装置が挙げられ、このような発電システムは、気象条件等によって発電量が変動することから、当該発電システムで生じた余剰の電力や商用電源から供給された電力をバッテリに蓄えておき、発電量が低下して負荷等へ供給すべき電力が不足すると、不足分の電力をバッテリから供給できるように構成されている。また、蓄えられた電力量が一定量を下回ってバッテリから負荷へ電力を供給できなくなった場合には、商用電源から出力された電力を負荷等に供給できるように構成されている。

特開２００８−２７１７０４号公報

ところで、上記のような発電システムでは、一般的に、上記発電装置から一定の電圧で電力を出力させるためのコンバータが用いられる。当該コンバータは、制御装置による制御によって動作を行うことから、例えば大地震等の災害によって商用電源から電力の供給が受けられない状態になった場合には、上記発電装置からの発電量が低下していくと、電力が供給されずに制御装置及びコンバータの動作が停止してしまい、発電システムの外部から別途バッテリや自家発電装置等を持ち込み、それらから発電システムに電力を供給しなければ、上記発電装置による発電を行えないという問題がある。

本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には、システムの外部からの電力供給がなくても、システム全体が停止した状態より再生可能エネルギーを利用して制御装置等を動作させて再生可能エネルギーを用いた発電装置による電力供給を再開することが可能な発電システムを提供することを目的とする。

本発明は、かかる目的を達成するために次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明の発電システムは、再生可能エネルギーを利用する起動用発電源を有する発電手段と、前記発電手段で発生した電力が入力される電力供給ラインと、前記電力供給ラインに接続され、当該電力供給ラインに現れる電圧を降圧して制御電圧を生成する制御電圧生成部と、当該制御電圧生成部により生成された制御電圧が入力されることで動作する制御装置と、この制御装置から動作指令が与えられ、その動作指令に応じて、前記制御電圧生成部により生成された制御電圧を利用し、前記発電手段より前記電力供給ラインに入力される電力を制御する入力電力制御部と、前記制御電圧生成部により生成される制御電圧が前記入力電力制御部に入力されない状態で、前記起動用発電源が発生する電力を前記電力供給ラインに出力する電力出力手段とを備えていることを特徴とする。

ここで、入力電力制御部が行う電力の制御とは、発電手段より電力供給ラインに入力される電力量の変更や電圧の変換等を行うことである。

このような構成であるため、一旦、電力供給ラインへの電力の入力がなくなり制御装置が停止することでシステム全体が停止した状態において、システムの外部より電力供給を行わなくても、太陽光や水力等の再生可能エネルギーが再び得られる状態になると、これを利用して起動用発電源が発生する電力を電力出力手段を介して電力供給ラインに出力することができる。そして、この電力供給ラインに接続された制御電圧生成部により制御電圧が生成されることで、制御装置も再び動作することが可能となる。そのため、制御装置により入力電力制御部の制御が再開されて、発電手段による電力供給ラインへの電力供給を通常状態に復帰させることができる。

具体的な実施の態様としては、前記起動用発電源として太陽光パネルを採用し、前記電力出力手段が、この太陽光パネルで発生した電力を前記電力供給ラインに直接出力する起動ラインであり、前記入力電力制御部が、当該太陽光パネルに接続されて、当該太陽光パネルより前記電力供給ラインに入力される電力を制御する構成のものが挙げられる。このような構成では、システム全体が停止した場合、太陽光パネルが受光を再開することで、太陽光パネルが発生する電力を起動ラインを介して直接、電力供給ラインに出力することができる。そして、この電力供給ラインに接続された制御電圧生成部により制御電圧が生成されることで、制御装置も再び動作することが可能となり、制御装置により入力電力制御部の制御が再開される。

このような態様において供給可能な電力量を増大させるとともに、様々な状況下でも安定して電力を得られるようにするために複数の発電手段を備えつつ、システム全体が停止した場合でも太陽光パネルが受光するのみで、システム全体が復旧して通常状態に移行可能とするためには、前記発電手段が、前記起動用発電源としての第１の発電源に加えて、風力・水力など太陽光以外の再生可能エネルギーを利用する第２の発電源をさらに有するものであり、この第２の発電源に接続されて、当該第２の発電源より前記電力供給ラインに入力される電力を制御する入力電力制御部をさらに備える構成とすることが望ましい。

また、太陽光パネルが発生した電力を基に前記制御電圧を安定して生成可能とするためには、前記太陽光パネルより前記起動ラインを介して前記電力供給ラインに直接出力される際の電圧が、前記制御電圧を越える所定電圧に設定されていることが望ましい。

発電システムの他の態様としては、前記起動用発電源として風力・水力など太陽光以外の再生可能エネルギーを利用する発電源を採用し、前記電力出力手段が、当該発電源で発生した電圧から起動電圧を生成する起動電圧生成部と、この起動電圧生成部により生成された起動電圧を利用し、当該発電源から電圧を増幅させて取り出して前記電力供給ラインに出力する電圧増幅部とを有するものが挙げられる。このような構成では、システム全体が停止した場合において、風力・水力等の再生可能エネルギーが再び得られる状態になると、前記発電源が電力を発生し、それを利用して起動電圧生成部により起動電圧が生成される。その起動電圧を利用して電圧増幅部が前記発電装置から電力を増幅させて電力供給ラインに出力することで、この電力供給ラインに接続された制御電圧生成部により制御電圧が生成され、制御装置も再び動作することが可能となり、制御装置により入力電力制御部の制御が再開される。

このような態様において供給可能な電力量を増大させるとともに、様々な状況下でも安定して電力を得られるよう、前記発電手段が前記起動用発電源としての第１の発電源に加えて、第２の発電源としての太陽光パネルをさらに含む場合には、前記入力電力制御部がこの太陽光パネルに接続されて、当該太陽光パネルより前記電力供給ラインに入力される電力を制御するように構成されていることが望ましい。

上記２つの態様において、システムの復旧時にシステム全体の安定性を保ちつつ電力供給量を増大させていくためには、状況に応じて、停止状態にあった入力電力制御部を再び動作状態へと適切に移行させることが必要であることから、そのために、前記制御装置は、前記制御電圧の入力が停止された状態から前記制御電圧の入力が開始された場合において、予め定められた所定の条件が満たされることで前記入力電力制御部への動作指令の出力を再開する制御回復手段を備えるように構成されていることが望ましい。

加えて、前記制御電圧生成部によって生成された制御電圧を利用して太陽光パネルより発生する電力を増大させ、より大きな電力を供給可能とするためには、前記入力電力制御部は、前記制御装置からの動作指令に応じて、太陽光パネルが発生する電力を最大効率で取り出すように最大電力点追従制御を行うように構成されていることが望ましい。

併せて、システム全体の効率的な動作の継続と負荷への安定した電力供給を可能とするためには、バッテリと、当該バッテリと前記電力供給ラインとの間に介在するバッテリ用のコンバータと、をさらに備え、前記制御装置は、前記バッテリ用のコンバータにさらに動作指令を与えるものであり、前記バッテリ用のコンバータは、前記制御装置からの動作指令に応じて、前記制御電圧生成部により生成された制御電圧を利用し、前記バッテリに充電又は放電させるように構成されていることが望ましい。

以上説明した本発明によれば、システムの外部からの電力供給がなくても、システム全体が停止した状態より再生可能エネルギーを利用して制御装置及び入力電力制御部を動作させ、再生可能エネルギーを用いた発電装置による電力供給を再開することができる発電システムを提供することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る発電システムを示すブロック図。 太陽光パネルの出力特性曲線（出力電流Ｉ−出力電圧Ｖの関係）を示すグラフ。 同発電システムにおいて電圧の入出力及び制御信号の送受信を示すブロック図。 同発電システムにおいて電圧の入出力を示すブロック図。 同発電システムにおいて制御信号の送受信を示すブロック図。 本発明の第２の実施形態に係る発電システムを示すブロック図。 同発電システムにおいて電圧の入出力及び制御信号の送受信を示すブロック図。 同発電システムにおいて制御信号の送受信を示すブロック図。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態である発電システム１００は、起動用発電源としての第１の発電源である太陽光パネル１、ならびに第２の発電源である水力発電装置２及び風力発電装置３を有する発電手段１１０を備え、これらから電気機器等の負荷６４に電力を供給するものである。そして、この発電システム１００は、たとえシステム全体が停止したとしても、第１の発電源である太陽光パネル１が発生した電力を利用してＰＣ４及び入力電力制御部１１２ａを動作させて、電力供給を再開できるように構成されている。

太陽光パネル１は、再生可能エネルギーである太陽光を利用して発電を行うものであり、図示しない太陽電池セルによって構成され、この太陽光パネル１を更に複数枚直列に接続することで、後述するＤＣ／ＤＣコンバータ４１により生成される制御電圧Ｖｃを越える所定電圧の電力を得るようにしている。この所定電圧とは、これをＤＣ／ＤＣコンバータ４１によって降圧することで、規定の制御電圧Ｖｃを得ることのできる電圧を意味し、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１として用いるものの仕様によって異なりうる。

図１に示すように、太陽光パネル１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下「太陽光用コンバータ」と記載する）１１に接続されており、この太陽光用コンバータ１１は、太陽光パネル１から発生した直流電流を母線である電力供給ライン７に出力させるものである。

太陽光用コンバータ１１は入力電力制御部１１２ａ及び起動ライン１１１を有する。入力電力制御部１１２ａは、発電手段１１０より電力供給ライン７に入力される電力を制御するものであり、本実施形態では、図１等に示すＤＣ／ＤＣコンバータ４１で生成された制御電圧Ｖｃが入力された状態で、ＰＣ４より与えられる動作指令としての制御信号を通じて制御されることで、予め定められた動作を開始して、太陽光パネル１から最大電力が得られるよう太陽光パネル１の出力電圧又は出力電流を制御する最大電力点追従（Maximum Power Point Tracking：ＭＰＰＴ）制御を行うものである。

入力電力制御部１１２ａは、図示しないスイッチ素子を内蔵しており、図３等に示すＰＣ４からの制御信号に基づいて前記スイッチ素子のオンオフ制御を行い、図２に示す動作電圧Ｖ１が最適動作電圧Ｖ２となるように追従制御を行うことで、太陽光パネル１から最大電力を出力させることができる。

電力出力手段としての起動ライン１１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１で生成された制御電圧Ｖｃが入力されていない状態や、ＰＣ４による制御が行われていない状態であっても、太陽光パネル１で発生した電力をＭＰＰＴ制御を行うことなく電力供給ライン７にそのまま出力させることが可能なものである。このときに出力する電圧は、上述したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１により生成される制御電圧Ｖｃを越える所定電圧に設定されている。前記スイッチ素子は、制御電圧Ｖｃの入力がない状態において、太陽光パネル１から出力される電力を直接、電力供給ライン７に供給することができるクローズ状態になるものであり、このスイッチ素子によって起動ライン１１１が構成される。なお、このスイッチ素子の代わりにリレーを用いて起動ライン１１１となる回路を構成してもよい。

風力発電装置３は、再生可能エネルギーである風力を利用して発電を行うものであり、例えば、図示しない発電機と、その発電機の回転子に接続された複数の翼を備えたロータとから構成される風力発電装置３が挙げられる。風力発電装置３は、風を受けてロータが回転することによって発電を行うことができる。

水力発電装置２は、再生可能エネルギーである水力を利用して発電を行うものであり、例えば、図示しない水車とこれに接続された軸（ロータ）を備える図示しない発電機とが一体化された水力発電装置２を用いることができる。水力発電装置２からは、水流が確保できる限り、気象条件に左右されずに一定の発電量を得ることができる。

風力発電装置３には風力発電用のＤＣ／ＤＣコンバータ（以下「風力発電用コンバータ」と記載する）３１、水力発電装置２には水力発電用のＤＣ／ＤＣコンバータ（以下「水力発電用コンバータ」）２１が接続されており、これらコンバータ２１，３１はそれぞれ入力電力制御部１１２ｂ，１１２ｃを備える。入力電力制御部１１２ｃ，１１２ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１で生成された制御電圧Ｖｃが入力されている状態でＰＣ４より与えられる動作指令としての制御信号を通じて制御させることで、予め定められた制御動作を行い、風力発電装置３や水力発電装置２で発生した直流出力電圧を、電力供給ライン７の規定値電圧まで昇圧させて電力供給ライン７に出力させる。

バッテリ５は、充電及び放電が可能なものであり、バッテリ用のＤＣ／ＤＣコンバータ（以下「バッテリ用コンバータ」と記載する）５１を介して、余剰電力や商用電源６から供給された電力を蓄えたり、蓄えた電力を電力供給ライン７に供給するものである。

上記のように充放電制御装置として機能するバッテリ用コンバータ５１は、バッテリ５と電力供給ライン７との間に介在し、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１で生成された制御電圧Ｖｃが入力されている状態でＰＣ４により与えられる制御信号を通じて制御させることで、太陽光パネル１、風力発電装置３、水力発電装置２からの発電量が負荷６４の消費電力よりも多い場合に、余剰電力をバッテリ５に蓄えるように動作する。また、気象条件等の変動によって太陽光パネル１、風力発電装置３、水力発電装置２からの発電量が負荷６４の消費電力よりも少ない場合に、バッテリ５に蓄えた電力や、商用電源６から供給された電力を電力供給ライン７に供給するよう動作する。商用電源６により得られる電力が十分に大きい場合には、その電力を用いてバッテリ５に充電する場合もある。

ＤＣ／ＡＣインバータ６２は、電力供給ライン７に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１で生成された制御電圧Ｖｃが入力されている状態でＰＣ４による制御が行われることにより、太陽光パネル１、風力発電装置３、水力発電装置２又はバッテリ５から供給される直流電力から交流電力（例えば２００Ｖ）を電気的に生成する（逆変換する）電力変換装置である。このＤＣ／ＡＣインバータ６２より電力供給ライン７を介して負荷６４に電力を供給することができる。負荷６４としては、家庭用の電気機器や、工場、オフィス等における電気設備等の任意のものを用いることができ、こうした受電側の仕様に応じてＤＣ／ＡＣインバータ６２側で出力電圧を調整するように構成することが好適である。

商用電源６は、整流器６１を介して電力供給ライン７に接続されており、電力供給ライン７に接続されているＤＣ／ＤＣコンバータ４１に電力を供給できるように構成されている。

図１に示す制御電圧生成部としてのＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、電力供給ライン７に接続され、電力供給ライン７を介して太陽光パネル１、水力発電装置２、風力発電装置３、バッテリ５、商用電源６より得られる電力を基に制御電圧Ｖｃを生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、制御用電源を不要とするものであり、電力供給ライン７に現れる電圧を降圧して制御電圧Ｖｃ（例えば２４Ｖ）を生成することが可能となっている。そして、生成した制御電圧ＶｃをＰＣ４に入力し、さらに太陽光用コンバータ１１の入力電力制御部１１２ａ、風力発電用コンバータ３１の入力電力制御部１１２ｃ、水力発電用コンバータ２１の入力電力制御部１１２ｂ、バッテリ用コンバータ５１、ＤＣ／ＡＣインバータ６２にも制御電圧を入力するようになっている。

制御装置であるＰＣ（コントローラ）４は、図示しない記憶装置に格納された制御プログラムに従って、システム全体を制御する。この制御プログラムとしては、商用電源６から電力を得ることが可能な通常時のシステム制御を行うための通常制御プログラムや、一旦全てのシステムの動作が停止した後にシステムを回復させるための制御回復プログラム等が含まれる。

図１に示すようにＰＣ４は制御部４２を有し、制御部４２は、通常時には制御電圧Ｖｃが入力されることで、記憶装置から通常制御プログラムを読み込み、そのプログラムに従って動作することにより、周辺ハードリソースと協働して、太陽光用コンバータ１１の入力電力制御部１１２ａ、風力発電用コンバータ３１の入力電力制御部１１２ｃ、水力発電用コンバータ２１の入力電力制御部１１２ｂ及びバッテリ用コンバータ５１等に制御信号を送信して（動作指令を与えて）前述のＭＰＰＴ制御、昇圧制御、充電及び放電の制御等を行わせる。

また制御部４２は、制御電圧Ｖｃの入力が停止された状態から制御電圧Ｖｃの入力が開始された場合には、自動的に記憶装置から制御回復プログラムを読み込み、そのプログラムに従って動作することにより、周辺ハードリソースと協働して太陽光用コンバータ１１の入力電力制御部１１２ａ、風力発電用コンバータ３１の入力電力制御部１１２ｃ、水力発電用コンバータ２１の入力電力制御部１１２ｂ及びバッテリ用コンバータ５１の制御を順次回復させるものであり、このような制御回復手段としての機能も有する。制御部４２は、制御回復時には、制御電圧Ｖｃの入力から所定時間が経過する又は太陽光用コンバータ１１の入力電力制御部１１２ａに入力されている制御電圧Ｖｃが所定値を越える等、予め定められた所定の条件が満たされることで制御信号を与えて入力電力制御部１１２ａの制御を再開する。また、電圧の回復状態を監視しながら、風力発電用コンバータ３１の入力電力制御部１１２ｃ、水力発電用コンバータ２１の入力電力制御部１１２ｂ及びバッテリ用コンバータ５１を予め定めた順番で復旧させるべく制御を再開していく。このようにして、全てのシステムの制御が回復されることで、制御部４２は通常制御プログラムに基づく動作に移行し、通常の制御が行われるようになる。

以上のような発電システム１００では、気象条件等を監視し、制御部４２はそれに応じて、太陽光パネル１、水力発電装置２及び風力発電装置３の動作状態を変更するためのプログラムを実行する。こうすることで、例えば、風の弱い晴天の日の日中には、風力発電装置３からの発電量が減少するものの太陽光パネル１から負荷６４に多くの電力を供給できるようになり、夜間に十分強い風が吹いている場合には、太陽光パネル１で発電が行えなくなるものの風力発電装置３から負荷６４に多くの電力を供給できるようになる。また、風の強い晴天の日の日中には、太陽光パネル１及び風力発電装置３両方の発電量が増加するので、負荷６４に電力を供給しつつバッテリ５に余剰の電力を蓄えることができる。また、強風の吹いていない曇りの日には、太陽光パネル１及び風力発電装置３の発電量が低下するので、バッテリ５に蓄えた電力を負荷６４に供給することで不足分を補うことができる。さらに、バッテリ５に蓄えた電力が少なくなると、商用電源６から供給される電力をバッテリ５に蓄えたり、商用電源６から負荷６４に電力を供給することができるように構成されている。

このように発電システム１００は、太陽光パネル１、水力発電装置２、風力発電装置３及び商用電源６を適宜利用することで、負荷６４に安定して電力を供給できるように構成されているが、大地震等の震災で商用電源６からの電力供給を受けられない状態で、太陽光パネル１や風力発電装置３等の発電量が低下するとともにバッテリ５に蓄えられた電力量が低下してシステム内の電力がなくなると、一旦全てのシステムの動作が停止してしまう。しかしながら、太陽光パネル１が受光を再開することで電圧が発生し、図３の矢符１２に示すように、その発生した電圧が太陽光用コンバータ１１に到達して起動ライン１１１を介して電力供給ライン７にそのまま出力される。これによって電力供給ライン７の電圧が上昇すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の電圧が上昇して制御電圧Ｖｃが生成される。この制御電圧Ｖｃは図３に示すようにＰＣ４及び太陽光用コンバータ１１の入力電力制御部１１２ａに入力され、ＰＣ４は制御電圧Ｖｃが入力されることで再度起動して太陽光用コンバータ１１の制御を行えるようになる。ＰＣ４の制御部４２から太陽光用コンバータ１１の入力電力制御部１１２ａに対して図３に示すように制御信号が送信されることで入力電力制御部１１２ａの制御が再開され、ＭＰＰＴ制御が行われることで太陽光パネル１から効率良く電力が取り出されて得られる電力量が増加する。この電力に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ４１で新たに生成された制御電圧Ｖｃは、図４に示すように、太陽光用コンバータ１１の入力電力制御部１１２ａやＰＣ４の他に、水力発電用コンバータ２１の入力電力制御部１１２ｂ、風力発電用コンバータ３１の入力電力制御部１１２ｃ、バッテリ用コンバータ５１、ＤＣ／ＡＣインバータ６２に入力される。加えて図５に示すように、ＰＣ４から太陽光用コンバータ１１の入力電力制御部１１２ａの他に、水力発電用コンバータ２１の入力電力制御部１１２ｂ、風力発電用コンバータ３１の入力電力制御部１１２ｃ、バッテリ用コンバータ５１、ＤＣ／ＡＣインバータ６２にも制御信号が送信され、これによって、風力発電用コンバータ３１や水力発電用コンバータ２１が動作して風力発電装置３や水力発電装置２から電力供給ライン７に電力を供給することが可能になるとともに、バッテリ用コンバータ５１が動作して余剰の電力をバッテリ５に蓄えることができるようになり、さらにＤＣ／ＡＣインバータ６２が動作して負荷６４に電力を供給できるようになる。このように起動用発電源としての第１の発電源（太陽光パネル１）は、システムを回復させる制御回復時に電力供給ライン７に電力を供給可能なものであるとともに、システムが回復して通常状態に移行した後も電力供給ライン７に電力を供給可能なものである。また、第２の発電源（水力発電装置２及び風力発電装置３）は、制御回復時には電力供給ライン７に電力を供給することができず、第１の発電源から出力された電力を利用することでシステムが回復して通常状態に移行した後に、電力供給ライン７に電力を供給可能なものである。なお、起動用発電源として、システムを回復させる制御回復時にのみ電力供給ライン７に電力を供給可能なものを用いても良い。

以上のように本実施形態の発電システム１００は、再生可能エネルギーを利用する第１の発電源（起動用発電源）としての太陽光パネル１を有する発電手段１１０と、発電手段１１０で発生した電力が入力される電力供給ライン７と、前記電力供給ライン７に接続され、当該電力供給ライン７に現れる電圧を降圧して制御電圧Ｖｃを生成する制御電圧生成部としてのＤＣ／ＤＣコンバータ４１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１により生成された制御電圧Ｖｃが入力されることで動作する制御装置としてのＰＣ４と、このＰＣ４から動作指令が与えられ、その動作指令に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１により生成された制御電圧Ｖｃを利用し、発電手段１１０より電力供給ライン７に入力される電力を制御する入力電力制御部１１２ａと、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１により生成される制御電圧Ｖｃが入力電力制御部１１２ａに入力されない状態で、太陽光パネル１が発生する電力を電力供給ライン７に直接出力する電力出力手段としての起動ライン１１１とを有するように構成されている。また、入力電力制御部１１２ａは、太陽光パネル１に接続されて、この太陽光パネル１より電力供給ライン７に入力される電力を制御するものである。

このように構成されているため、一旦、電力供給ライン７への電力の入力がなくなりＰＣ４が停止することでシステム全体が停止した状態において、システムの外部より電力供給を行わなくても、太陽光パネル１が受光を再開することで、太陽光パネル１が発生する電力を起動ライン１１１を介して直接、電力供給ライン７に出力することができる。そして、この電力供給ライン７に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４１により制御電圧Ｖｃが生成されることで、ＰＣ４も再び動作することが可能となる。そのため、ＰＣ４により入力電力制御部１１２ａの制御を再開することができ、太陽光パネル１による電力供給ライン７への電力供給を通常状態に復帰させることができる。

また、前記発電手段１１０が、太陽光パネル１（第１の発電源）に加えて、風力・水力など太陽光以外の再生可能エネルギーを利用する第２の発電源としての水力発電装置２及び風力発電装置３をさらに有するものであり、水力発電装置２及び風力発電装置３に接続されて、これらの発電装置２，３より電力供給ライン７に入力される電力を制御する入力電力制御部１１２ｂ，１１２ｃをさらに備える構成としたので、供給可能な電力量を増大させることができるとともに、様々な状況下でも安定して電力を得られるようにするために複数の発電装置２，３を備えつつ、システム全体が停止した場合でも太陽光パネル１が受光するのみで、システム全体が復旧して通常状態に移行することができる。

さらに、太陽光パネル１より起動ライン１１１を介して電力供給ライン７に直接出力される際の電圧が制御電圧Ｖｃを越える所定電圧に設定されているので、太陽光用コンバータ１１の入力電力制御部１１２ａの動作が停止している状態においても、太陽光パネル１が受光を再開して太陽光パネル１より電力が発生すれば、この電力を基に制御電圧Ｖｃを安定して生成することができる。

特に、ＰＣ４は、制御電圧Ｖｃの入力が停止された状態から制御電圧Ｖｃの入力が開始された場合において、予め定められた所定の条件が満たされることで入力電力制御部１１２ａ〜１１２ｃへの動作指令の出力を再開する制御回復手段としての制御部４２を備えるように構成されているので、状況に応じて、停止状態にあった入力電力制御部１１２ａ〜１１２ｃを再び動作状態へと適切に移行させることができ、システムの復旧時において、システム全体の安定性を保ちつつ電力供給量を増大させていくことができる。

さらにまた、入力電力制御部１１２ａは、ＰＣ４からの動作指令に応じて、太陽光パネル１が発生する電力を最大効率で取り出すように最大電力点追従制御を行うように構成されているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１によって生成された制御電圧Ｖｃを利用して太陽光パネル１より発生する電力を増大させ、より大きな電力を供給することができる。

加えて、バッテリ５と、バッテリ５と電力供給ライン７との間に介在するバッテリ５用のコンバータとしてのバッテリ用コンバータ５１と、をさらに備え、ＰＣ４は、バッテリ用コンバータ５１にさらに動作指令を与えるものであり、バッテリ用コンバータ５１は、ＰＣ４からの動作指令に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１により生成された制御電圧Ｖｃを利用し、バッテリ５に充電又は放電させるように構成されているので、上記のようにして発電を再開した太陽光パネル１、水力発電装置２及び風力発電装置３からの発電量が多い場合に余剰電力をバッテリ５に蓄えることができ、気象条件等の変化により太陽光パネル１、水力発電装置２及び風力発電装置３からの発電量が低下してシステム内の電力が不足した場合に、バッテリ５に蓄えられている電力を利用してＤＣ／ＤＣコンバータ４１により制御電圧Ｖｃの生成を行うことで、バッテリ５からの放電が可能な間は、安定した電力供給を可能とし、ＰＣ４、入力電力制御部１１２ａ〜１１２ｃ等の動作を継続させることができる。

さらには、商用電源６からの電力供給が可能な間においても、発電量が多い場合に余剰電力をバッテリ５に蓄えることができ、発電量が低下して電力が不足した場合に、商用電源６から電力を得る代わりにバッテリ５に蓄えた電力を使用することで商用電力にかかるコストを低減できる。また、発電量が低下した場合に備えて商用電源６から得られる電力を蓄えることも可能であり、その充電に相対的に安い夜間の電力を利用することでさらにコストを低減できる。さらに、商用電源６から電力供給を受けられなくなった場合には、バッテリ５から電力を供給することで、発電システム１００による発電を継続することができる。

以上のような第１の実施形態の発電システム１００では、太陽光パネル１が起動用発電源であるとともに太陽光用コンバータ１１が電力出力手段を有しているが、図６に示す本発明の第２の実施形態である発電システム２００のように、水力発電装置２０２が起動用発電源（第１の発電源）であり、水力発電用コンバータ２２１が電力出力手段を備える構成としてもよい。

本発明の第２の実施形態である発電システム２００は、図６〜８に示すように、第２の発電源である太陽光パネル１、第１の発電源である水力発電装置２０２、及び第２の発電源である風力発電装置３を有する発電手段１１０と、バッテリ５と、これらと接続する各コンバータ２１１，２２１，３１，５１と、これらのコンバータ２１１，２２１，３１，５１が接続する起動ライン７と、起動ライン７に直接又は間接的に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４１、ＰＣ４、ＤＣ／ＡＣインバータ６２、負荷６４、整流器６１及び商用電源６とを備える。これらのうち、第１の実施形態と同様のものについては図１〜５と同一の符号を付して記載を省略する。

水力発電装置２０２は、再生可能エネルギーである水力を利用して発電を行うものであり、例えば、図示しない水車とこれに接続された軸（ロータ）を備える図示しない発電機とが一体化された水力発電装置２０２を用いることができる。本実施形態では、水力発電装置２０２の発電機として永久磁石発電機を用いている。永久磁石発電機は、水車の回転に伴って軸（ロータ）が回転することで交流電圧を発生させるものである。なお、水車と発電機との間に、水車の回転力を増速して軸（ロータ）に伝達する増速機を設けたものを用いてもよい。また水力発電装置２０２は、単独では制御電圧Ｖｃを越える所定電圧の電力を発生させることができないものである。

このような水力発電装置２０２に接続される水力発電用コンバータ２２１は、ＡＣ／ＤＣコンバータであり、電力出力手段としての起動電圧生成部２２３及び電圧増幅部２２４を備える。起動電圧生成部２２３は、整流作用を有する図示しないダイオードを備え、水力発電装置２０２から出力された交流電圧をダイオード整流して起動電圧（制御用電源）Ｖｄを生成する。電圧増幅部２２４は、図６に示すように起動電圧生成部２２３から出力された起動電圧Ｖｄを利用し、水力発電装置２０２で発生した電圧を、電力供給ライン７の規定値電圧まで昇圧させて電力供給ライン７に出力する。前述のように太陽光パネル１は入力電力制御部１１２ａ等の昇圧手段を利用することなく制御電圧Ｖｃを超える所定電圧の電力を得ることができるものであるのに対して、水力発電装置２０２は単独では制御電圧Ｖｃを越える所定電圧の電力を発生させることができないものである。したがって、水力発電装置２０２より得られる電力を電圧増幅部２２４を利用して昇圧させることによって、水力発電装置２０２より制御電圧Ｖｃを越える所定電圧の電力を電力供給ライン７に出力するようにしている。

太陽光パネル１に接続された太陽光用コンバータ２１１は、起動ライン１１１を有しないこと以外は第１の実施形態における太陽光コンバータ１１と同様の構成であり、入力電力制御部１１２ａを有する。

このような本実施形態の発電システム２００では、一旦全てのシステムの動作が停止した場合には、水力発電装置２０２の水車に動力源（水）が供給されて水車が回転することでその水車に接続された発電機から電圧（交流）が発生する。発生した電圧は、図６の矢符２１４に示すように水力発電用コンバータ２２１の起動電圧生成部２２３に到達し、起動電圧生成部２２３はダイオード整流して起動電圧Ｖｄを生成（確保）する。起動電圧Ｖｄが生成されることで電圧増幅部２２４が稼動し、電圧増幅部２２４は、水力発電装置２０２から電圧を増幅させて取り出して図７の矢符２１３に示すように電力供給ライン７に出力する。これによって電力供給ライン７の電圧が上昇すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の電圧が上昇して制御電圧Ｖｃが生成される。この制御電圧Ｖｃは図７に示すようにＰＣ４及び太陽光用コンバータ２１１の入力電力制御部１１２ａに入力され、ＰＣ４は制御電圧Ｖｃが入力されることで再度起動して入力電力制御部１１２ａの制御を行えるようになる。ＰＣ４の制御部４２から入力電力制御部１１２ａに対して図８に示すように制御信号が送信されることで入力電力制御部１１２ａの制御が再開され、ＭＰＰＴ制御が行われることで、入力電力制御部１１２ａを介して太陽光パネル１から効率良く電力が取り出されて得られる電力量が増加する。この電力に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ４１で新たに生成された制御電圧Ｖｃは、図８に示すように、入力電力制御部１１２ａやＰＣ４の他に、風力発電用コンバータ３１の入力電力制御部１１２ｃ、バッテリ用コンバータ５１、ＤＣ／ＡＣインバータ６２に入力される。加えて図８に示すように、ＰＣ４から入力電力制御部１１２ａの他に、風力発電用コンバータ３１の入力電力制御部１１２ｃ、バッテリ用コンバータ５１及びＤＣ／ＡＣインバータ６２にも制御信号が送信される。これによって、風力発電用コンバータ３１が動作して風力発電装置３による発電が可能になるとともに、バッテリ用コンバータ５１が動作して余剰の電力をバッテリ５に蓄えることができるようになり、さらにＤＣ／ＡＣインバータ６２が動作して負荷６４に電力を供給できるようになる。なお、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１で制御電圧Ｖｃを生成可能な状態であっても、起動電圧生成部２２３及び電圧増幅部２２４を介して水力発電装置２０２から電圧を増幅させて取り出しており、水力発電用コンバータ２２１に制御電圧Ｖｃは入力されず、また制御信号も送信されない。

以上のように発電システム２００は、第１の発電源（起動用発電源）として水力を利用する水力発電装置２０２を採用し、電力出力手段として、水力発電装置２０２で発生した電圧から起動電圧Ｖｄを生成する起動電圧生成部２２３と、この起動電圧生成部２２３により生成された起動電圧Ｖｄを利用し、水力発電装置２０２から電圧を増幅させて取り出して電力供給ライン７に出力する電圧増幅部２２４とを有することを特徴とする。また、発電手段１１０が起動用発電源としての水力発電装置２０２に加えて、第２の発電源としての太陽光パネル１を含み、入力電力制御部１１２ａが、この太陽光パネル１に接続されて、太陽光パネル１より電力供給ライン７に入力される電力を制御するように構成されている。

このように構成されているため、一旦、電力供給ライン７への電力の入力がなくなりＰＣ４が停止することでシステム全体が停止した状態において、システムの外部より電力供給を行わなくても、水力発電装置２０２の水車が回転することで、発電機で発生した電圧から起動電圧生成部２２３において起動電圧Ｖｄを生成し、電圧増幅部２２４がその起動電圧Ｖｄを利用して水力発電装置２０２から電圧を増幅させて電力供給ライン７に出力する。そのため、制御電圧Ｖｃを生成するために必要な電力量を電力供給ライン７に供給することができ、この電力供給ライン７に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４１により制御電圧Ｖｃを生成してＰＣ４を再び動作させることが可能となる。そして、ＰＣ４により入力電力制御部１１２ａの制御を再開することで、太陽光パネル１による電力供給ライン７への電力供給を通常状態に復帰させることができる。

なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。

本実施形態では、第１の発電源及び第２の発電源として太陽光パネル１、水力発電装置２及び風力発電装置３を用いたが、地熱発電装置等これら以外の発電装置がさらに用いられてもよく、また水力発電装置２又は風力発電装置３が選択的に用いられてもよい。

また、第２の実施形態である発電システム２００において、水力発電用コンバータ２２１が入力電力制御部を含む構成としてもよい。この場合、入力電力制御部は、水力発電装置２０２で発生した電圧を電力供給ライン７の規定値電圧まで昇圧させて電力供給ライン７に出力するように動作する。このような構成では、水力発電装置２０２から電圧を規定値電圧まで昇圧させて取り出すために、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１で制御電圧Ｖｃを生成可能な状態では制御電圧Ｖｃを利用して入力電力制御部を稼動させ、制御電圧Ｖｃを生成できない状態では起動電圧Ｖｄを利用して電圧増幅部２２４を稼動させる。すなわち、一旦システム全体が停止した場合には、起動電圧生成部２２３で生成された起動電圧Ｖｄを利用して電圧増幅部２２４を介して水力発電装置２０２から電圧を増幅させて取り出し、その電圧を基にしてＤＣ／ＤＣコンバータ４１で制御電圧Ｖｃが生成されるようになってからは、その制御電圧Ｖｃを利用して、ＰＣ４の制御部４２から送信された制御信号に基づいて、入力電力制御部を介して水力発電装置２０２から電圧を増幅させて電力を取り出すようになる。

また、第２の実施形態である発電システム２００において、システムの回復時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１で生成した制御電圧Ｖｃをまず風力発電用コンバータ３１の入力電力制御部１１２ｃに入力して風力発電装置３からの電力供給を再開させた後、太陽光用コンバータ１１の入力電力制御部１１２ａに入力して、太陽光パネル１からの電力供給を再開させる構成としてもよい。

さらに、上記の実施形態では第１の発電源として太陽光パネル１又は水力発電装置２を採用したが、風力発電装置３又はその他の発電装置を第１の発電源としてもよい。

その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…太陽光パネル、起動用発電源、第１の発電源
２…発電源、第２の発電源（水力発電装置）
３…発電源、第２の発電源（風力発電装置）
４…制御装置（ＰＣ）
５…バッテリ
７…電力供給ライン
４１…制御電圧生成部（ＤＣ／ＤＣコンバータ）
４２…制御回復手段（制御部）
５１…バッテリ用のコンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）
１００，２００…発電システム
１１０…発電手段
１１１…起動ライン
１１２ａ〜１１２ｃ…入力電力制御部
２０２…起動用発電源（水力発電装置）
２２３…起動電圧生成部
２２４…電圧増幅部
Ｖｃ…制御電圧
Ｖｄ…起動電圧

Claims (9)

1. 再生可能エネルギーを利用する起動用発電源を有する発電手段と、
   前記発電手段で発生した電力が入力される電力供給ラインと、
   前記電力供給ラインに接続され、当該電力供給ラインに現れる電圧を降圧して制御電圧を生成する制御電圧生成部と、
   当該制御電圧生成部により生成された制御電圧が入力されることで動作する制御装置と、
   この制御装置から動作指令が与えられ、その動作指令に応じて、前記制御電圧生成部により生成された制御電圧を利用し、前記発電手段より前記電力供給ラインに入力される電力を制御する入力電力制御部と、
   前記制御電圧生成部により生成される制御電圧が前記入力電力制御部に入力されない状態で、前記起動用発電源が発生する電力を前記電力供給ラインに出力する電力出力手段とを備えていることを特徴とする発電システム。
2. 前記起動用発電源として、太陽光パネルを採用し、
   前記電力出力手段が、この太陽光パネルで発生した電力を前記電力供給ラインに直接出力する起動ラインであり、
   前記入力電力制御部が、当該太陽光パネルに接続されて、当該太陽光パネルより前記電力供給ラインに入力される電力を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の発電システム。
3. 前記発電手段が、前記起動用発電源としての第１の発電源に加えて、風力・水力など太陽光以外の再生可能エネルギーを利用する第２の発電源をさらに有するものであり、
   この第２の発電源に接続されて、当該第２の発電源より前記電力供給ラインに入力される電力を制御する入力電力制御部をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の発電システム。
4. 前記太陽光パネルより前記起動ラインを介して前記電力供給ラインに直接出力される際の電圧が、前記制御電圧を越える所定電圧に設定されていることを特徴とする請求項２又は３記載の発電システム。
5. 前記起動用発電源として、風力・水力など太陽光以外の再生可能エネルギーを利用する発電源を採用し、
   前記電力出力手段が、当該発電源で発生した電圧から起動電圧を生成する起動電圧生成部と、この起動電圧生成部により生成された起動電圧を利用し、当該発電源から電圧を増幅させて取り出して前記電力供給ラインに出力する電圧増幅部とを有することを特徴とする請求項１記載の発電システム。
6. 前記発電手段が、前記起動用発電源としての第１の発電源に加えて、第２の発電源としての太陽光パネルをさらに含み、
   前記入力電力制御部が、この太陽光パネルに接続されて、当該太陽光パネルより前記電力供給ラインに入力される電力を制御するものであることを特徴とする請求項５記載の発電システム。
7. 前記制御装置は、前記制御電圧の入力が停止された状態から前記制御電圧の入力が開始された場合において、予め定められた所定の条件が満たされることで前記入力電力制御部への動作指令の出力を再開する制御回復手段を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の発電システム。
8. 前記入力電力制御部は、前記制御装置からの動作指令に応じて、太陽光パネルが発生する電力を最大効率で取り出すように最大電力点追従制御を行うことを特徴とする請求項２〜４，６のいずれかに記載の発電システム。
9. バッテリと、
   当該バッテリと前記電力供給ラインとの間に介在するバッテリ用のコンバータと、をさらに備え、
   前記制御装置は、前記バッテリ用のコンバータにさらに動作指令を与えるものであり、
   前記バッテリ用のコンバータは、前記制御装置からの動作指令に応じて、前記制御電圧生成部により生成された制御電圧を利用し、前記バッテリに充電又は放電させることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の発電システム。
   

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