JP5263808B2 - 発電システム - Google Patents

Description

本発明は、発電システムに関する。特に、商用電力系統に電力を供給する発電システムにおいて、一般の電気負荷に電力供給の必要性が生じた場合の供給の許可および禁止する技術に関する。

太陽電池や風力発電機などは、自然エネルギーを利用して直流電力を出力する、地球温暖化ガスを排出しないシンプルでクリーンなエネルギー源として知られている。特に、太陽電池を既存建造物の屋根や敷地内に設置する太陽光発電システムが、上記のようなエネルギー源として知られる。この発電システムでは、得られた直流電力を交流電力に変換して、商用電力系統に連系し、逆潮流して電力会社に発電した電力を売却する。

図５は、太陽光発電システムの一例を示す図である。図５を参照して、太陽光発電システム１０１は、太陽電池モジュール１０２と、直流電力を交流電力に変換する電力変換部１０３と、商用電力系統１０４と、電力変換部１０３と商用電力系統１０４とを接続するための分電盤１０５と、発電システム１０１の発電電力量を計量する計量部１０８とを備える。

発電システム１０１では、太陽日射がある場合、太陽電池モジュール１０２からの直流電力を電力変換部１０３により交流電力に変換し、分電盤１０５を介して商用電力系統１０４に逆潮流する。このようにして発電システムの管理者は、計量部１０８で計量された電力量をもとに発電した電力全てを電力会社に売却して利益を得ることができる。そして、たとえば、太陽光発電システムの設置費用を募っていた場合は、その利益を発電システムの出資者に還元する。

このような発電システムでは、発電した電力を全て電力会社に売却して利益を発電システムの出資者に還元することになる。しかし、発電システムの管理者に無断で、発電システム内で電気負荷を接続して電力が使用されると、本来電力会社へ売却する電力量が減り、売却による利益が減る恐れがある。また、発電システムが発電していないときに、電気負荷を発電システムに接続して電力を使用すると、商用電力系統からの電力を使用するので、発電システムから地球温暖化ガスが発生する恐れがある。

そこで、たとえば、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４では、盗電を防止するための装置が提案されている。これにより、発電システムの管理者に無断で電力が使用されることを防ぐことができる。また、商用電力系統からの電力を使用するのを防ぐことができるため、発電システムからの地球温暖化ガスの発生を抑えることができる。
特開平１１−１９４１４０号公報 特開２００３−２１６４９号公報 実開平２−１１９３６９号公報 実用新案３０９７５６６号

しかしながら、特許文献１、特許文献３および特許文献４で提案されている技術では、発電システムに対し、物理的に電気負荷を接続できないように、接続部分に対し接続部分を覆うようなカバーを取り付けることが必要となる。また、特許文献２で提案されている技術では、電力を供給する各電力線に盗電を検知するための端子を取り付ける必要がある。このため、発電システムの管理者には取り付け作業の負担があった。

また、物理的に電気負荷を接続できないようにすると、どうしても電気負荷を接続して電力を使用しなければならないような緊急時においても、電力を使用することが困難になってしまう。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、発電システムの管理者に作業負担を強いることなく、無断で発電システム内に電気負荷を接続して電力を使用することを防止することができるような発電システムを提供することである。

本発明の１つの局面に従うと、発電システムは、直流電源である発電部と、発電部からの直流電流を交流電流に変換するための電力変換部と、電力変換部と商用電力系統とを接続するための接続部と、接続部に接続される電気負荷用コンセントに対し、余剰電力データの電力量値に応じて発電部からの電力供給を制御するための制御部とを備える。制御部は、余剰電力データを記録するための記憶部と、電気負荷用コンセントへの電力供給を許可または禁止する接続遮断部と、接続遮断部を制御する接続遮断指令部と、電気負荷用コンセントに接続された電気負荷の消費電力量を計量するための消費電力量計量部と、発電部による発電電力量と電気負荷の消費電力量とを比較するための電力量比較部とを含む。接続遮断指令部は、電気負荷用コンセントへの電力供給が電気負荷を利用するユーザに対して許可されているか否かを判断する。電気負荷用コンセントへの電力供給がユーザに対して許可されている場合に、電力量比較部は、発電電力量がゼロよりも大きいか否かを判断する。接続遮断指令部は、電力量比較部が、発電電力量がゼロよりも大きくないと判断したことに応じて、電気負荷用コンセントに電力を供給することを禁止するように接続遮断部に指示する。接続遮断指令部は、電力量比較部が、発電電力量がゼロよりも大きいと判断したことに応じて、電気負荷用コンセントに電力を供給することを許可するように接続遮断部に指示する。電力量比較部は、発電電力量がゼロよりも大きく、かつ、消費電力量計量部で計量された電気負荷の消費電力量よりも発電電力量の方が大きいと判断した場合に、発電電力量から消費電力量を減じた電力量を余剰電力データの電力量値に加算して記憶部に記録する。電力量比較部は、発電電力量がゼロよりも大きく、かつ、消費電力量よりも発電電力量の方が大きくなく、かつ、余剰電力データの電力量値がゼロよりも大きいと判断した場合に、消費電力量から発電電力量を減じた電力量を余剰電力データの電力量値から減算して記憶部に記録する。接続遮断指令部は、電力量比較部が、発電電力量がゼロよりも大きく、かつ、消費電力量よりも発電電力量の方が大きくなく、かつ、余剰電力データの電力量値がゼロよりも大きくないと判断したことに応じて、電気負荷用コンセントに電力を供給することを禁止するように接続遮断部にさらに指示する。

好ましくは、記憶部は、消費電力量計量部で計量された電気負荷の消費電力量を記憶し、記憶された消費電力量に基づいて代価を算出する。

好ましくは、直流電源は太陽電池である。

本発明によれば、発電システムの管理者に無断で発電システム内に電気負荷を接続して電力を使用することを防止することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについては詳細な説明は繰り返さない。

図１は、本実施の形態における発電システムを示した図である。
図１を参照して、本実施の形態に係る、太陽電池を直流電源とする発電システムについて説明する。

発電システム１は、太陽電池モジュール２と、太陽電池モジュール２からの直流電力を交流電力に交換するための電力変換部３と、電力変換部３と商用電力系統４とを接続する分電盤５と、発電システム１内で電気負荷９を接続して電力を使用する際に用いられる専用コンセント６と、分電盤５と専用コンセント６との間に接続され、専用コンセント６に電力を供給したり、供給を禁止したりする制御を行なう制御部７と、発電システム１が商用電力系統４に逆潮流する電力を計量する計量部８とを備える。なお、電力変換部３は、電力変換部３からの出力電力を検出するための交流電力検出部３ａを含む。また、専用コンセント６には、スイッチ６ａが設けられている。そして、専用コンセント６には電気負荷９のコンセントプラグ９ａが差し込まれる。

図２は、専用コンセント６の正面および側面を示した図である。
図２を参照して、専用コンセント６には、図２に示すように突起状のスイッチ６ａが設けられている。電気負荷９のコンセントプラグ９ａ（図１参照）が専用コンセント６に差し込まれると、突起状のスイッチ６ａがコンセントプラグ９ａに押されてスイッチ６ａはオンする。一方、電気負荷９のコンセントプラグ９ａが専用コンセント６から引き抜かれると、突起状のスイッチ６ａがコンセントプラグ９ａに押されないのでスイッチ６ａは元の状態に戻ってオフする。

図１に戻って、発電システム１は、１００枚の太陽電池モジュール２（たとえば、１枚あたり定格１２３Ｗ、開放電圧２１．３Ｖ）が既存建造物の空きスペースである屋根や敷地内に出資者より提供された資金で設置されている。太陽電池モジュール２で発電した直流電力は、電力変換部３で交流電力（たとえば、最大約１０ｋＷ）に変換される。そして、分電盤５を介した商用電力系統４に逆潮流され、電力会社に発電した電力を売却する。発電システム１の管理者は、発電電力を商用電力系統４に逆潮流する際に、発電電力を電力会社との契約により定められた計量部８で計量し、発電電力の売却により得られた利益を出資者に還元する。

図３は、制御部７の機能ブロック図である。
図３を参照して、制御部７の機能について説明する。

制御部７は、専用コンセント６に電気負荷９が接続されているか否かを検出するための電気負荷接続検出部１０と、交流電力検出部３ａからの信号を受信するための発電電力量受信部１１と、専用コンセント６に接続された電気負荷９が消費する消費電力量を計量するための消費電力量計量部１２と、発電電力量受信部１１が受信した電力量と消費電力計量部１２で計量された電力量とを比較するための電力量比較部１３と、専用コンセント６と分電盤５とを接続または接続の解除を行なうための接続遮断部１４と、電力量比較部１３の比較結果に基づき余剰電力量を記憶するための余剰電力量記憶部１５と、消費電力量計量部１２で計量された消費電力量を記憶するための消費電力量記憶部１６と、電力量比較部１３および電気負荷接続検出部１０からの信号に基づき、接続遮断部１４に制御信号を送るための接続遮断指令部１７と、発電電力量受信部１１からの信号により発電電力の表示を行なうための表示部１８とを含む。

余剰電力量記憶部１５は、電力量比較部１３が発電電力量と消費電力量とを比較した結果、発電電力量の方が大きいと判断した場合、その発電電力量から消費電力量を減じた電力量差（以下、「余剰電力量Ｒ１」と呼ぶ）を、記憶した電力量（以下、「余剰電力データ」と呼ぶ）に加算する。一方、消費電力量の方が大きいと判断した場合、その消費電力量から発電電力量を減じた電力量差（以下、「余剰電力量Ｒ２」と呼ぶ）を、余剰電力データから減算する。ここで、余剰電力量記憶部１５は、上記のように電力量値を記憶してもよいし、電力量値以外に換算された値（たとえば、使用料金やポイントのような余剰電力量に準じたデータ）を記憶していてもよい。

発電システム１の管理者は、使用者が発電システム１に電気負荷を接続することを許可するかどうかを予め設定することができる。接続を許可しない場合は、電気負荷に電力の供給は行なわない。また、使用者が発電システム１の管理者から発電電力の使用をする許可をもらう方法として、許可用キーや許可用カードを利用する方法が考えられる。これにより、管理者に無断で発電システムの発電電力を使用することを防止することができる。

以下では、上記のような構成の発電システム１における動作を説明する。
発電システム１において、昼間時に太陽電池モジュール２に太陽光が当たっており日射強度が十分にある場合、電力変換部３は太陽電池モジュール２からの直流電力を交流電力に変換する。そして、発電電力は、分電盤５を介して商用電力系統４に逆潮流され、電力会社に売却される。この場合、管理者に許可された電気負荷９が接続されていると、発電した総電力量が総消費電力量を上まわる限り、発電電力または商用電力系統からの電力を電気負荷９に供給する。また、電気負荷９を接続した使用者は、消費した電力量に相当する代価を管理者に支払うようにする。

一方、夜間時や雨天時のように太陽電池モジュール２に太陽光が当たらない場合、発電システム１では発電せず、商用電力系統４に逆潮流しないので発電電力の売却による利益は得られない。この場合、管理者に許可された電気負荷９が接続されていても商用電力系統４からの電力供給は行なわない。

このような動作により、電力を消費したことによる売却益の減少を防ぐことができる。また、上述のように、発電システム１において、電力が発電されている場合に、総発電電力と総消費電力量とが相殺されるまで電力供給するようにすれば、商用電力系統からの電力を使用していても発電システム１からの地球温暖化ガスの発生は抑制することができる。

図４は、発電システム１の動作を示すフローチャートである。
図４を参照して、発電システム１の動作について具体的に説明する。なお、このフローチャートは、発電システム１の動作の一例に過ぎず、たとえば、ステップを入れ替えて実行するなどしてもよい。

まず、ステップＳ１０において、接続遮断指令部１７は、発電システム１の管理者が専用コンセント６のコンセントプラグ６ａに電気負荷９を接続することを許可するように設定されているかどうか判定する。

許可されていないと判断すれば（ステップＳ１０において、ＮＯ）、ステップＳ１０の処理に戻る。

一方、許可されていると判断すれば（ステップＳ１０において、ＹＥＳ）、ステップＳ１２において、電気負荷接続検出部１０は、専用コンセント６に電気負荷９が接続されているかどうかを判定する。上述のように、電気負荷９の接続は、専用コンセント６のスイッチ６ａがオンされているかどうかで判定できる。

電気負荷が接続されていないと判断すれば（ステップＳ１２において、ＮＯ）、ステップＳ１２の処理に戻る。

一方、電気負荷が接続されていると判断すれば（ステップＳ１２において、ＹＥＳ）、ステップＳ１４において、電力量比較部１３は、発電電力量受信部１１が受信した発電電力量Ｐがゼロより大きいかどうかを判定する。

発電電力量Ｐがゼロより大きくないと判断すれば（ステップＳ１４において、ＮＯ）、ステップＳ１６において、接続遮断指令部１７は、接続遮断部１４に対し、分電盤５と電気負荷６との接続を遮断するよう制御信号を送る。そして、接続遮断部１４は、分電盤５と電気負荷６との接続を遮断する。

一方、発電電力量Ｐがゼロより大きいと判断すれば（ステップＳ１４において、ＹＥＳ）、ステップＳ１８において、接続遮断指令部１７は、接続遮断部１４に対し、分電盤５と電気負荷６とを接続するように制御信号を送る。そして、接続遮断部１４は、分電盤５と電気負荷６とを接続する。

次いで、ステップＳ２０において、消費電力量計量部１２は、消費電力量Ｑの計量を開始する。なお、消費電力量記憶部１６は、計量した消費電力量Ｑを記憶する。

続いて、ステップＳ２２において、電力量比較部１３は、発電電力量Ｐと消費電力量Ｑとを比較し、発電電力量Ｐの方が消費電力量Ｑよりも大きいかどうかを判定する。

発電電力量Ｐの方が大きいと判断すれば（ステップＳ２２において、ＹＥＳ）、ステップＳ２４において、余剰電力量記憶部１５は、記憶している余剰電力データに余剰電力量Ｒ１を加算した余剰電力データを記憶する。そして、ステップＳ１２の処理に戻る。

一方、発電電力量Ｐの方が大きくないと判断すれば（ステップＳ２２において、ＮＯ）、ステップＳ２６において、電力量比較部１３は、余剰電力量記憶部１５が記憶している余剰電力データが示す電力量値がゼロより大きいかどうか判定する。

余剰電力データが示す電力量値がゼロより大きくないと判断すれば（ステップＳ２６において、ＮＯ）、ステップＳ１６の処理に進み、分電盤５と電気負荷９との接続を遮断する。

一方、余剰電力データが示す電力量値がゼロより大きいと判断すれば（ステップＳ２６において、ＹＥＳ）、ステップＳ２８において、余剰電力量記憶部１５は、記憶している余剰電力データに余剰電力量Ｒ２を減算した余剰電力データを記憶する。そして、ステップＳ１２の処理に戻る。

なお、消費電力量記憶部１６で記憶された電気負荷９の総消費電力量については、専用コンセント６から電気負荷９のコンセントプラグ９ａを抜いたときに、使用分の代価を支払うよう使用者に促す表示を表示部１８に示すようにしてもよい。

また、たとえば、表示部１８をＬＥＤ（Light Emitting Diode）で構成し、発電電力量受信部１１で発電電力量Ｐを受信した場合はＬＥＤを点灯させ、受信しない場合はＬＥＤを消灯させるようにしてもよい。

上述したように、本発明に係る発電システムによれば、発電システムの管理者に作業負担を強いることなく、無断で発電システム内に電気負荷を接続して電力を使用することを防止する。これにより、発電システムの管理者に無断で発電システム内に電気負荷を接続して電力を使用することを防ぐことができる。また、緊急時に電気負荷を接続して使用する場合は電気負荷の消費電力量を検出して使用者が使用分に対して代価を支払うことにより、発電システムの発電による利益が減少しないようにすることができる。さらに、発電システムから地球温暖化ガスの発生をできるだけ抑制することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施の形態における発電システムを示した図である。 専用コンセント６の正面および側面を示した図である。 制御部７の機能ブロック図である。 制御部７の処理を示すフローチャートである。 太陽光発電システムの一例を示す図である。

符号の説明

１ 発電システム、２ 太陽電池モジュール、３ 電力交換部、４ 商用電力系統、５ 分電盤、６ 専用コンセント、６ａ スイッチ、７ 制御部、８ 計量部、９ 電気負荷、９ａ コンセントプラグ、１０ 電気負荷接続検出部、１１ 発電電力量受信部、１２ 消費電力量計量部、１３ 電力量比較部、１４ 接続遮断部、１５ 余剰電力量記憶部、１６ 消費電力量記憶部、１７ 接続遮断指令部、１８ 表示部、１０１ 発電システム、１０２ 太陽電池モジュール、１０３ 電力変換部、１０４ 商用電力系統、１０５ 分電盤、１０８ 計量部。

Claims (3)

1. 直流電源である発電部と、
   前記発電部からの直流電流を交流電流に変換するための電力変換部と、
   前記電力変換部と商用電力系統とを接続するための接続部と、
   前記接続部に接続される電気負荷用コンセントに対し、余剰電力データの電力量値に応じて前記発電部からの電力供給を制御するための制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記余剰電力データを記録するための記憶部と、
   前記電気負荷用コンセントへの電力供給を許可または禁止する接続遮断部と、
   前記接続遮断部を制御する接続遮断指令部と、
   前記電気負荷用コンセントに接続された電気負荷の消費電力量を計量するための消費電力量計量部と、
   前記発電部による発電電力量と前記電気負荷の前記消費電力量とを比較するための電力量比較部とを含み、
   前記接続遮断指令部は、前記電気負荷用コンセントへの電力供給が電気負荷を利用するユーザに対して許可されているか否かを判断し、
   前記電気負荷用コンセントへの電力供給が前記ユーザに対して許可されている場合に、前記電力量比較部は、前記発電電力量がゼロよりも大きいか否かを判断し、
   前記接続遮断指令部は、前記電力量比較部が、前記発電電力量がゼロよりも大きくないと判断したことに応じて、前記電気負荷用コンセントに電力を供給することを禁止するように前記接続遮断部に指示し、
   前記接続遮断指令部は、前記電力量比較部が、前記発電電力量がゼロよりも大きいと判断したことに応じて、前記電気負荷用コンセントに電力を供給することを許可するように前記接続遮断部に指示し、
   前記電力量比較部は、前記発電電力量がゼロよりも大きく、かつ、前記消費電力量計量部で計量された前記電気負荷の前記消費電力量よりも前記発電電力量の方が大きいと判断した場合に、前記発電電力量から前記消費電力量を減じた電力量を前記余剰電力データの電力量値に加算して前記記憶部に記録し、
   前記電力量比較部は、前記発電電力量がゼロよりも大きく、かつ、前記消費電力量よりも前記発電電力量の方が大きくなく、かつ、前記余剰電力データの電力量値がゼロよりも大きいと判断した場合に、前記消費電力量から前記発電電力量を減じた電力量を前記余剰電力データの電力量値から減算して前記記憶部に記録し、
   前記接続遮断指令部は、前記電力量比較部が、前記発電電力量がゼロよりも大きく、かつ、前記消費電力量よりも前記発電電力量の方が大きくなく、かつ、前記余剰電力データの電力量値がゼロよりも大きくないと判断したことに応じて、前記電気負荷用コンセントに電力を供給することを禁止するように前記接続遮断部にさらに指示する、発電システム。
2. 前記記憶部は、前記消費電力量計量部で計量された前記電気負荷の前記消費電力量を記憶し、記憶された消費電力量に基づいて代価を算出する、請求項１に記載の発電システム。
3. 前記直流電源は太陽電池である、請求項１に記載の発電システム。

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