JP5461445B2

JP5461445B2 - 電力利用システム

Info

Publication number: JP5461445B2
Application number: JP2011002105A
Authority: JP
Inventors: 正則景由; 真一中上
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2031-01-07
Also published as: JP2012147524A

Description

この発明は、住宅での発電で発生する電力を利用する電力利用システムに関する。

自然のエネルギーとして、例えば太陽光を利用して電気を起こすソーラパネルの設置が一般の住宅にも普及している。ソーラパネルを利用した太陽光発電では、昼間の発電が主になる。昼間の電力使用量が少ない家庭では、家庭で使用される電力に比べて、太陽光発電による電力が多くなり、余剰電力が発生する。こうした余剰電力を電力会社が買い取る売電が、家庭での太陽光発電では一般的である。

一方で、燃料電池を利用した発電システムには、燃料電池で発生した余剰電力を蓄電し、温水器のヒータに通電するものがある（例えば、特許文献１参照。）。このシステムによれば、売電以外でも余剰電力が利用されている。

特開２００９−２６６４７６号公報

ところで、余剰電力の売電の際に、別の太陽光発電装置との連系形態によっては、売電が抑制されることがある。売電の抑制が発生する場合には、次ぎのケースが考えられる。
（ａ１）商用側の電圧が太陽光発電による電圧より高い
（ａ２）柱上の１台の変圧器に複数台の太陽光発電装置が連系している
（ａ３）柱上の変圧器に一般負荷が無く、太陽光発電のみの負荷しかない
売電の抑制が発生し、顧客から抑制解消の依頼があると、電力会社は商用側の電圧測定を実施する。測定の結果、商用電圧が所定電圧以下であり適正であると、電力会社は特に対策を行わない。商用電圧が適正でなければ、電力会社は変圧器の出力電圧を調整するなどの対策をする。また、商用電圧が適正であっても、上記ケース（ａ２）と（ａ３）の場合、自宅に専用の変圧器を設置する等の対策を、電力会社と顧客とが検討する。この場合には、太陽光発電装置を所有する顧客の負担が大きくなる、という課題が発生する。

この発明の目的は、前記の課題を解決し、売電が抑制されたときでも、発電した電力を有効に利用することを可能にする電力利用システムを提供することにある。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、直流電力を発生する発電装置と、
直流電力を蓄える蓄電装置と、加えられた直流電力を商用電力に変換して出力する変換装置と、前記発電装置からの直流電力を前記蓄電装置または前記変換装置に切り替えて出力する切替装置と、商用電源側から屋内側への潮流を検出する監視手段を有し、通常は前記発電装置からの直流電力を前記変換装置に加え、前記監視手段が、商用電源側から屋内側へ方向が変化した潮流を検出すると、前記発電装置からの直流電力を前記蓄電装置に加え、前記監視手段が、屋内側から商用電源側へ方向が変化した潮流を検出すると、前記発電装置からの直流電力を前記変換装置に加える制御を、前記切替装置に対して行う電力量計と、を備えることを特徴とする電力利用システムである。

請求項１の発明では、例えば住宅に、直流電力を発生する発電装置と、直流電力を蓄える蓄電装置と、加えられた直流電力を商用電力に変換して出力する変換装置と、発電装置からの直流電力を蓄電装置または変換装置に切り替えて出力する切替装置と、電力量計とを備えている。電力量計は、商用電源側から屋内側への潮流を検出する監視手段を有し、通常は発電装置からの直流電力を変換装置に加える。そして、電力量計は、商用電源側から屋内側へ方向が変化した潮流を検出すると、発電装置からの直流電力を蓄電装置に加える制御を、切替装置に対して行う。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電力利用システムにおいて、前記蓄電装置の直流電力を基に、電気自動車を充電する充電手段を備えることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の電力利用システムにおいて、前記監視手段は、前記商用電源の停電を検出し、前記監視手段が停電を検出すると、前記蓄電装置の直流電力を前記変換装置に出力可能にする切替手段と、を備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、商用電源側から屋内側へ方向が変化した潮流が発生して、売電が抑制されたときでも、発電装置から出力される直流電力を蓄電するので、この電力を有効に利用することを可能にする。

請求項２の発明によれば、売電が抑制されたときに充電した直流電力を基に、電気自動車を充電することができる。

請求項３の発明によれば、停電時には、切替手段が蓄電装置の直流電力を変換装置に出力可能にすることで、売電が抑制されたときに充電した直流電力を基に、停電に対応することを可能にする。

実施の形態１による電力利用システムを示す構成図である。分電盤の一例を示す構成図である。切替装置と蓄電装置の一例を示す構成図である。変換装置の一例を示す構成図である。スマートメータの一例を示す構成図である。切替処理の一例を示すフローチャートである。実施の形態２による切替装置と蓄電装置の一例を示す構成図である。実施の形態２による電気の流れを説明する説明図である。

次に、この発明の各実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。

（実施の形態１）
この実施の形態による電力利用システムを図１に示す。図１の電力利用システムは、スマートメータ１０と、分電盤２０と、太陽光発電装置３０と、切替装置４０と、蓄電装置５０と、変換装置６０とを備えている。スマートメータ１０〜変換装置６０の各設備は、電気の需要家である顧客の住宅Ａに設置されている。なお、図１以下の図では、図面の簡略化のために、売電のための構成を省略しているが、売電用の電力量計はスマートメータ１０に対して直列に接続されている。また、この実施の形態では、信号の配線系統を図中の細線で示し、住宅Ａでの電力の配線系統を太線で示して、２つを区別している。さらに、住宅Ａは、多数の中の代表例を示している。

住宅Ａでは、配電線１０１からの電気がスマートメータ１０を経て、分電盤２０で分岐される。配電線１０１は商用電源を住宅Ａに供給する。なお、商用電源は電力会社から一般家庭などに送られる電力である。分電盤２０は、図２に示すように、メインブレーカ２１と、発電側ブレーカ２２と、分岐ブレーカ２３_１〜２３_ｎとを備えている。

住宅Ａに設置されているメインブレーカ２１には、スマートメータ１０から供給される交流電力により電流が流れ、メインブレーカ２１は過電流を検出して遮断する。同様に、発電側ブレーカ２２には、太陽光発電装置３０を基にした交流電力により電流が流れ、発電側ブレーカ２２は過電流を検出して遮断する。メインブレーカ２１および発電側ブレーカ２２による電流の遮断は、手動による操作も可能である。

分電盤２０の分岐ブレーカ２３_１〜２３_ｎは、分岐された電流を住宅Ａの各部屋の回路に流す際に、各回路の配電線の漏電を検出して遮断する。各部屋の回路には電気機器接続用のコンセントが取り付けられている。各部屋の回路に流れる電流は、配電線１０１や太陽光発電装置３０からの供給電力によるものであり、住宅Ａの例えばテレビジョン１０１やエアコン１０２に供給される。つまり、テレビジョン１０１やエアコン１０２などには、商用電源側や太陽光発電側からの交流電力が供給される。

住宅Ａに設置されている太陽光発電装置３０は、ソーラパネル３１を備えている。ソーラパネル３１は、支持具などにより屋根に設置されている。そして、ソーラパネル３１は、照射される太陽光で電気を起こして、太陽光発電を行う。ソーラパネル３１からの直流電力は、住宅Ａの屋根から屋内に向かう配電線を経て、切替装置４０に出力される。

切替装置４０は、ソーラパネル３１からの直流電力を、蓄電装置５０と変換装置６０とのどちらかに切り替えて出力する。このために、切替装置４０は、図３に示すように、マグネットスイッチ（電磁開閉器）４１を備えている。つまり、この実施の形態では、切替装置４０がマグネットスイッチ４１である。マグネットスイッチ４１は、スマートメータ１０の制御で切り替え動作を行う。マグネットスイッチ４１は、通常、太陽光発電装置３０からの直流電力を変換装置６０に出力する。この状態のときに、スマートメータ１０から切替信号を受け取ると、マグネットスイッチ４１は、接続を切り替えて、太陽光発電装置３０からの直流電力を蓄電装置５０に出力する。

蓄電装置５０は、直流電力を蓄電し、蓄電した直流電力を電気自動車２０１に出力する装置である。このために、蓄電装置５０（図３）は、蓄電池５１と、スイッチ５２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５３とを備えている。蓄電池５１は、切替装置４０からの直流電力を蓄電する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５３は、手動でオン・オフするスイッチ５２を介在して、蓄電池５１側に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５３は、蓄電池５１の直流電力で動作し、この直流電力を、電気自動車２０１に必要とする電圧の直流電力に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５３の出力側には、電気自動車２０１に接続可能な接続部（図示を省略）が取り付けられている。この接続部に電気自動車２０１が接続されて、スイッチ５２が操作されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ５３は、変換した直流電力を電気自動車２０１に出力する。これにより、電気自動車２０１が充電される。

変換装置６０は、蓄電装置５０からの直流電力を受けて変換動作を行い、この直流電力を交流電力に変換する。このために、変換装置６０は、図４に示すように、リレー６１、６３と、ＤＣ／ＡＣインバータ６２とを備えている。ＤＣ／ＡＣインバータ６２は、切替装置４０を経て来る蓄電装置５０からの直流電力を、周波数と電圧が商用電源と同じである交流電力に変換する。また、ＤＣ／ＡＣインバータ６２は、スマートメータ１０から開放信号を受け取ると、変換動作を停止する。

変換装置６０のリレー６３は、ＤＣ／ＡＣインバータ６２の入力側、つまり、ＤＣ／ＡＣインバータ６２と切替装置４０との間に設けられている。また、リレー６１は、ＤＣ／ＡＣインバータ６２の出力側、つまり、ＤＣ／ＡＣインバータ６２と分電盤２０との間に設けられている。通常、リレー６１、６３は接点を閉じた状態にある。つまり、蓄電装置５０からの直流電力がＤＣ／ＡＣインバータ６２に加えられ、ＤＣ／ＡＣインバータ６２からの交流電力が分電盤２０に加えられている状態が通常である。また、リレー６１、６３は、スマートメータ１０から開放信号を受け取ると、接点を開放する。これにより、変換装置６０は交流電力の出力を停止する。

スマートメータ１０は、配電線１０１から住宅Ａに供給される電力量を計量する電力量計であり、かつ、各種機能を持つ電力量計である。この実施の形態によるスマートメータ１０を図５に示す。このスマートメータ１０は、検出部１１と計量部１２と監視制御部１３とを備えている。検出部１１は、計測用の変圧器や変流器（いずれも図示を省略）などを備え、商用電源の電圧と、住宅Ａに流れる電流とを検出する。検出部１１は、電圧と電流の検出値を監視制御部１３に送る。

スマートメータ１０の計量部１２は、配電線１０１から分電盤２０に向かって流れる交流電力の使用量を計量する。計量部１２は、電力使用量の計量結果を監視制御部１３に送る。

スマートメータ１０の監視制御部１３は、計量部１２からの計量結果を記録して住宅Ａでの電力使用量を算出することで、電力量計として機能する。また、監視制御部１３は、検出部１１からの電圧および電流の検出値を基に、変換装置６０から分電盤２０を経て流れて来る潮流つまり逆潮流の有無を調べて、潮流の方向を検出する。監視制御部１３は、商用電源側から屋内の分電盤２０に向かう潮流の方向（以下、「屋内方向」という）を検出すると、切替処理を行う。この切替処理の一例を図６に示す。監視制御部１３は、切替処理を開始すると、変換装置６０に開放信号を出力する（ステップＳ１）。これにより、変換装置６０は変換動作を停止する。ステップＳ１が終了すると、監視制御部１３は、切替信号を切替装置４０に出力する（ステップＳ２）。これにより、切替装置４０は、太陽光発電装置３０からの直流電力を蓄電装置５０に出力する。

この後、監視制御部１３は時間の経過を調べる（ステップＳ３）。時間の経過が所定時間を過ぎると（ステップＳ４）、監視制御部１３は、切替信号の出力を停止し（ステップＳ５）、開放信号の出力を停止する（ステップＳ６）。これにより、再度、太陽光発電装置３０からの直流電力が分電盤２０に出力されることになる。

ステップＳ６が終了すると、監視制御部１３は潮流を調べる（ステップＳ７）。潮流が屋内方向であれば（ステップＳ８）、監視制御部１３は処理をステップＳ１に戻す。一方、ステップＳ８で、潮流が分電盤２０から商用電源側に向かう方向（以下、「屋外方向」という）であれば、つまり、売電が行われていれば、監視制御部１３は切替処理を終了する。

このように、切替処理により、監視制御部１３は、商用電源側や太陽光発電側からの交流電力を屋内の各回路に供給するか、太陽光発電側からの直流電力を蓄電装置５０に供給するかの切り替えを、潮流の方向を基にして行う。

次に、この実施の形態による電力利用システムの作用を説明する。通常、スマートメータ１０は、変換装置６０に対する開放信号の出力を停止しているので、切替装置４０は、太陽光発電装置３０からの直流電力を変換装置６０に出力する。また、スマートメータ１０は、切替装置４０に対する切替信号の出力を停止しているので、変換装置６０は、変換動作を行うことにより、切替装置４０からの直流電力を、商用電源と同じ交流電力に変換する。そして、変換装置６０は、生成した交流電力を分電盤２０に出力する。この状態のときに、太陽光発電装置３０が起こす電力量が、住宅Ａの各電気機器で使用される電力量に比べて大きければ、潮流は屋外方向となり、売電が行われる。

ところで、太陽光発電装置３０が起こす電力量が、住宅Ａの各電気機器で使用される電力量に比べて小さくなると、潮流が屋内方向に変化する。つまり、売電が抑制される。スマートメータ１０は、方向が変化した潮流を検出すると、切替処理を行う。これにより、変換装置６０は変換動作を止め、切替装置４０は太陽光発電装置３０からの出力を蓄電装置５０に加える。この結果、売電が抑制されると、蓄電装置５０は、太陽光発電で生じた直流電力を蓄電する。

こうした状態のときに、潮流が屋外方向に変化すると、スマートメータ１０は、切替処理により、この潮流の変化を検出する。この結果、切替装置４０は、太陽光発電装置３０からの出力を変換装置６０に加え、変換装置６０は太陽光発電による直流電力を商用電源と同じ交流電力に変換する。そして、変換装置６０は、生成した交流電力を分電盤２０に出力する。これにより、売電が再び行われることになる。

ところで、電気自動車２０１を充電しようとするときには、顧客は、電気自動車２０１をＤＣ／ＤＣコンバータ５３側の接続部に接続し、スイッチ５２をオンにする。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ５３が変換動作を行う。つまり、蓄電装置５０が蓄電した直流電力は、蓄電装置５０のＤＣ／ＤＣコンバータ５３により、電気自動車２０１に必要とする電圧の直流電力に変換される。これにより、電気自動車２０１は太陽光発電で生じた電力で充電される。

この実施の形態によれば、住宅Ａでの潮流が変化して売電が抑制されたときでも、太陽光発電で生じた直流電力を蓄電装置５０に蓄電することができる。さらに、蓄電装置５０に蓄電された直流電力を、電気自動車２０１に充電することができる。

（実施の形態２）
先の実施の形態１では、蓄電装置５０に蓄電された直流電力を、電気自動車２０１に充電したが、この実施の形態では、この直流電力を次のようにして利用する。なお、この実施の形態では、先に説明した実施の形態１と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。

この実施の形態では、図７に示すように、切替装置４０がマグネットスイッチ４１と切替スイッチ４２とを備えている。切替スイッチ４２は手動式で切り替えられ、マグネットスイッチ４１と蓄電装置５０との間に設けられている。切替スイッチ４２は、マグネットスイッチ４１の出力である、太陽光発電の直流電力を、蓄電装置５０に出力するか、変換装置６０に出力するかを切り替える。通常、切替スイッチ４２は、マグネットスイッチ４１からの直流電力を蓄電装置５０に出力する。そして、住宅Ａの顧客が手動によって切替スイッチ４２を切り替えると、切替スイッチ４２は、マグネットスイッチ４１からの直流電力を切替装置４０に出力する。

また、この実施の形態では、スマートメータ１０が配電線１０１側つまり商用電源の停電を検出する。そして、スマートメータ１０は、停電を検出すると、切替装置４０のマグネットスイッチ４１に対して切替信号を送る。

次に、この実施の形態による電力利用システムの作用について説明する。配電線１０１からの商用電源が正常であるときは、実施の形態１の作用と同様であるので、この状態での作用の説明を省略する。

住宅Ａでは商用電源が停電すると、スマートメータ１０は、停電を検出し、切替装置４０のマグネットスイッチ４１に対して切替信号を送る。これにより、停電時には、図８の矢印Ａ１に示すように、太陽光発電による直流電力を蓄電装置５０が蓄電する。こうした状態の場合に、住宅Ａの顧客が蓄電装置５０を利用するとき、顧客は分電盤２０のメインブレーカ２１を手動で開き、スマートメータ１０と分岐ブレーカ２３_１〜２３_ｎとの間を遮断する。さらに、顧客が切替装置４０の切替スイッチ４２を手動で切り替えると（切替スイッチ４２の破線で図示）、蓄電装置５０が変換装置６０に接続され、矢印Ａ２に示すように、蓄電装置５０に蓄電されている直流電力が変換装置６０に出力される。これにより、蓄電装置５０の直流電力を基にした交流電力が、変換装置６０から分電盤２０に出力され、さらに、分電盤２０の分岐ブレーカ２３_１〜２３_ｎによって、各部屋の回路に送られる。

停電が解消すると、住宅Ａの顧客は切替装置４０の切替スイッチ４２を切り替え、分電盤２０のメインブレーカ２１を閉じる。この後、スマートメータ１０は切替処理を行い、潮流の方向を基にして、実施の形態１と同様に切替装置４０と変換装置６０とを制御する。

この実施の形態によれば、停電時には、蓄電装置５０の直流電力を交流電力に変換して、住宅Ａの各部屋に供給するので、蓄電装置５０の直流電力を有効に活用することができる。

なお、この実施の形態では、停電時に蓄電装置５０の直流電力を利用したが、例えば、夜間に住宅Ａでの使用電力量が少ないときに、顧客が上記の切り替えを行って、蓄電装置５０の直流電力を基にした交流電力を、売電するようにしてもよい。

（実施の形態３）
先の各実施の形態では、スマートメータ１０の監視制御部１３は、検出部１１からの電圧および電流の検出値を基に逆潮流の有無を調べて、潮流の方向を検出した。これに対して、この実施の形態では、潮流の方向を検出する機能を変換装置６０が持つ。変換装置６０は、潮流の方向の検出結果をスマートメータ１０に送る。そして、スマートメータ１０は、潮流の方向を基にして切替処理を行う。

この実施の形態によれば、変換装置６０が潮流の方向を検出する機能を持つので、スマートメータ１０の処理を軽減することを可能にする。

この発明は、太陽光発電に限らずガスや風などのエネルギーを利用する、各種の発電方式にも利用可能である。

１０スマートメータ（電力量計および監視手段）
２０分電盤
３０太陽光発電装置
４０切替装置
４１マグネットスイッチ
４２切替スイッチ（切替手段）
５０蓄電装置
５１蓄電池
５２スイッチ（充電手段）
５３ＤＣ／ＤＣコンバータ（充電手段）
６０変換装置

Claims

直流電力を発生する発電装置と、
直流電力を蓄える蓄電装置と、
加えられた直流電力を商用電力に変換して出力する変換装置と、
前記発電装置からの直流電力を前記蓄電装置または前記変換装置に切り替えて出力する切替装置と、
商用電源側から屋内側への潮流を検出する監視手段を有し、通常は前記発電装置からの直流電力を前記変換装置に加え、前記監視手段が、商用電源側から屋内側へ方向が変化した潮流を検出すると、前記発電装置からの直流電力を前記蓄電装置に加え、前記監視手段が、屋内側から商用電源側へ方向が変化した潮流を検出すると、前記発電装置からの直流電力を前記変換装置に加える制御を、前記切替装置に対して行う電力量計と、
を備えることを特徴とする電力利用システム。
前記蓄電装置の直流電力を基に、電気自動車を充電する充電手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力利用システム。
前記監視手段は、前記商用電源の停電を検出し、
前記監視手段が停電を検出すると、前記蓄電装置の直流電力を前記変換装置に出力可能にする切替手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電力利用システム。