(57)【要約】【課題】交流電力と直流電力を効率よく配電するとともに電力効率の向上を図る。【解決手段】交流負荷には従来と同様に交流用分電盤４を経由して交流電力系統ＡＣから供給される交流電力若しくはパワーコンディショナ３から出力される交流電力を配電し、直流負荷には直流直流変換器５で定電圧化された太陽電池１の直流電力を配電する。故に、パワーコンディショナ３から出力される交流電力を直流電力に変換して配電する場合と比較して直流電力を効率よく配電できる。しかも、直流直流変換器５を介して直流負荷に優先的に直流電力が供給され、その次に、パワーコンディショナ３によって交流負荷に優先的に交流電力が供給され、最後に交流電力系統ＡＣに交流電力が供給される。故に、直流負荷や交流負荷が変動した際でも太陽電池１から出力される直流電力が自動的に直流負荷、交流負荷、交流電力系統ＡＣに振り分けられ、その結果、電力効率の向上が図れる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、交流電力系統に対して並列接続され、太陽電池から出力される直流電力を交流電力系統の位相に同期した交流電力に変換するとともに変換された交流電力を交流電力系統に逆潮流するパワーコンディショナと、パワーコンディショナから出力される交流電力を建物内に配電する交流配電路と、太陽電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換する直流直流変換器と、直流直流変換器から出力される直流電力を建物内に配電する直流配電路とを備え、パワーコンディショナと直流直流変換器が太陽電池に対して並列接続されてなることを特徴とする配電システム。
【請求項２】
燃料電池と、燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、パワーコンディショナから出力される交流電力を建物内に配電する交流配電路と、燃料電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換する直流直流変換器と、直流直流変換器から出力される直流電力を建物内に配電する直流配電路とを備え、パワーコンディショナと直流直流変換器が燃料電池に対して並列接続されてなることを特徴とする配電システム。
【請求項３】
パワーコンディショナは、最大出力追従制御方式によって太陽電池から出力される直流電力を交流電力系統の位相に同期した交流電力に変換し、
直流直流変換器は、定電圧制御方式によって太陽電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換することを特徴とする請求項１記載の配電システム。
【請求項４】
パワーコンディショナは、交流電力系統に対して並列接続されて系統連系運転を行い、  直流直流変換器は、定電圧制御方式によって燃料電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換することを特徴とする請求項２記載の配電システム。
【請求項５】
燃料電池と、燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換する燃料電池用のパワーコンディショナと、当該燃料電池用のパワーコンディショナから出力される交流電力を建物内に配電する交流配電路と、燃料電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換する燃料電池用の直流直流変換器と、当該燃料電池用の直流直流変換器から出力される直流電力を建物内に配電する直流配電路とを備え、前記燃料電池用のパワーコンディショナと燃料電池用の直流直流変換器が燃料電池に対して並列接続されてなることを特徴とする請求項１又は３記載の配電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物に交流電力並びに直流電力を配電する配電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物に交流電力並びに直流電力を配電する配電システムとして特許文献１に記載されているものがあった。この従来システムは、分電盤と交流電源用コンセントを有し、交流電源用コンセントに直流出力電源端子が設けられ、分電盤内に変圧器と整流器が配設されて構成されており、変圧器によって１００ボルト又は２００ボルトの交流電圧を６ボルト、３ボルト、１．５ボルトの３種類の交流電圧に変換した後、これらの交流電圧を整流器で整流することによって６ボルト、３ボルト、１．５ボルトの３種類の直流電圧を得るとともに、分電盤内で作成したこれら３種類の直流電圧を直流出力電源端子へ配電している。
【０００３】
一方、地球環境保護の観点から、住宅に自家発電用として太陽電池や燃料電池を設置し、太陽電池や燃料電池の直流出力を交流電力に電力変換して商用電源（交流の電力系統）と系統連系運転を行う太陽光発電システムや燃料電池発電システムが普及しつつある。このような太陽光発電システムは、例えば太陽電池より出力される直流電力をパワーコンディショナにおいて交流電力に電力変換する分散電源を設け、分散電源と商用電源との送電系統を連絡して系統連系を行っている。ここで、系統連系を行う太陽光発電システム（系統連系形太陽光発電システム）においては、住宅内の負荷で消費される電力を超える電力が太陽電池から供給されている場合、余剰分の電力を商用電源に逆潮流させること（いわゆる、売電）が可能となっている。
【特許文献１】実開平４−１２８０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載されている配電システムを太陽光発電システムや燃料電池発電システムと組み合わせた場合、太陽電池や燃料電池から出力される直流電力をパワーコンディショナにおいて交流電力に変換した後、再度交流電力から直流電力に変換することになるために変換による損失が増えてしまうという問題がある。また、電力効率の向上を図るためには、直流負荷、交流負荷（太陽光発電システムの場合は、３番目に電力系統）の優先順位で太陽電池や燃料電池から出力される直流電力を振り分け、さらには負荷が変動した際でも当該優先順位でそれぞれへの直流電力の供給量を増減させる必要がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、交流電力と直流電力を効率よく配電するとともに電力効率の向上が図れる配電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、太陽電池と、交流電力系統に対して並列接続され、太陽電池から出力される直流電力を交流電力系統の位相に同期した交流電力に変換するとともに変換された交流電力を交流電力系統に逆潮流するパワーコンディショナと、パワーコンディショナから出力される交流電力を建物内に配電する交流配電路と、太陽電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換する直流直流変換器と、直流直流変換器から出力される直流電力を建物内に配電する直流配電路とを備え、パワーコンディショナと直流直流変換器が太陽電池に対して並列接続されてなることを特徴とする。
【０００７】
請求項１の発明によれば、交流負荷には従来と同様に交流電力系統から供給される交流電力若しくはパワーコンディショナから出力される交流電力を配電し、直流負荷には太陽電池から出力されて直流直流変換器で所望の電圧レベルに変換された直流電力を配電するので、パワーコンディショナから出力される交流電力を直流電力に変換して配電する場合と比較して直流電力を効率よく配電することができる。しかも、パワーコンディショナと直流直流変換器が太陽電池に対して並列接続されているから、直流直流変換器を介して直流負荷に優先的に直流電力が供給され、その次に、パワーコンディショナによって交流負荷に優先的に交流電力が供給されるとともに、最後に交流電力系統に交流電力が供給され、直流負荷や交流負荷が変動した際でも太陽電池から出力される直流電力が自動的に直流負荷、交流負荷、交流電力系統に振り分けられ、その結果、電力効率の向上が図れる。
【０００８】
請求項２の発明は、上記目的を達成するために、燃料電池と、燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、パワーコンディショナから出力される交流電力を建物内に配電する交流配電路と、燃料電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換する直流直流変換器と、直流直流変換器から出力される直流電力を建物内に配電する直流配電路とを備え、パワーコンディショナと直流直流変換器が燃料電池に対して並列接続されてなることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明によれば、交流負荷にはパワーコンディショナから出力される交流電力を配電し、直流負荷には燃料電池から出力されて直流直流変換器で所望の電圧レベルに変換された直流電力を配電するので、パワーコンディショナから出力される交流電力を直流電力に変換して配電する場合と比較して直流電力を効率よく配電することができる。しかも、パワーコンディショナと直流直流変換器が燃料電池に対して並列接続されているから、負荷が変動した際にも燃料電池の直流電力が直流負荷と交流負荷に自動的に振り分けられ、その結果、電力効率の向上が図れる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、パワーコンディショナは、最大出力追従制御方式によって太陽電池から出力される直流電力を交流電力系統の位相に同期した交流電力に変換し、直流直流変換器は、定電圧制御方式によって太陽電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明によれば、太陽電池の直流出力を最大に引き出すことができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項２の発明において、パワーコンディショナは、交流電力系統に対して並列接続されて系統連系運転を行い、直流直流変換器は、定電圧制御方式によって燃料電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換することを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明によれば、燃料電池から出力される直流電力を直流直流変換器を介して直流負荷に優先的に供給しつつ、直流負荷と交流負荷の需要電力が燃料電池からの供給電力を超えた場合に、系統連系運転を行っているパワーコンディショナによって交流電力系統から交流負荷への電力供給が増加するため、負荷変動に対する電力供給の安定性が向上する。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１又は３の発明において、燃料電池と、燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換する燃料電池用のパワーコンディショナと、当該燃料電池用のパワーコンディショナから出力される交流電力を建物内に配電する交流配電路と、燃料電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換する燃料電池用の直流直流変換器と、当該燃料電池用の直流直流変換器から出力される直流電力を建物内に配電する直流配電路とを備え、前記燃料電池用のパワーコンディショナと燃料電池用の直流直流変換器が燃料電池に対して並列接続されてなることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明によれば、太陽電池だけでなく燃料電池からも直流電力を供給することで負荷変動に対する電力供給の安定性がさらに向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、交流電力と直流電力を効率よく配電するとともに電力効率の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る配電システムを戸建て住宅に適用した実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明に係る配電システムが適用可能な建物は戸建て住宅に限定されるものではなく、集合住宅の各住戸や事務所等にも適用可能である。
【００１８】
（実施形態１）
本実施形態の配電システムは、図１に示すように複数（図示例では３つ）の太陽電池モジュール１Ａ，１Ｂ，１Ｃからなる太陽電池１と、各太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｃから直流出力を取り出すための出力ケーブル６を一つのケーブル７にまとめる中継端子箱（「接続箱」とも呼ばれる。）２と、太陽電池１から出力される直流電力を商用電源（交流電力系統）ＡＣの位相に同期した交流電力に変換するとともに変換された交流電力を交流電力系統ＡＣに逆潮流するパワーコンディショナ３と、パワーコンディショナ３から出力される交流電力を分岐し複数の分岐ブレーカ（図示せず）を介して宅内に配電する交流用分電盤４と、交流用分電盤４から導出される交流配電路８と、太陽電池１から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換する直流直流変換器５と、直流直流変換器５から出力される直流電力を宅内に配電する直流配電路９とを備えている。
【００１９】
太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｃは、複数個（図示例では８個）の太陽電池セルを図示しない外囲器に封入した従来周知の構成を有し、例えば、住宅の屋根に設置される。尚、中継端子箱２は、複数のストリング出力側と負荷側とを端子にて中継し、必要に応じて逆流防止素子，直流開閉器などを収納した密閉箱である（ＪＩＳ  Ｃ８９６０参照）。
【００２０】
パワーコンディショナ３は従来周知のものであって、太陽電池１の直流出力を昇圧する昇圧チョッパ回路（図示せず）、昇圧チョッパ回路で昇圧された直流出力を交流電力系統ＡＣの位相に同期した正弦波の交流出力に変換するインバータ（図示せず）、インバータを制御することで交流出力を調整するインバータ制御回路（図示せず）、系統連系保護装置などを有している。
【００２１】
交流用分電盤４は、いわゆる住宅用分電盤（住宅盤）と同様に扉付のボックス内に１次側が交流電力系統ＡＣに接続された主幹ブレーカ（図示せず）や主幹ブレーカの２次側に接続された導電バー（図示せず）に分岐接続された複数の分岐ブレーカが収納される。さらに交流用分電盤４のボックス内にパワーコンディショナ３の出力線が引き込まれ、ボックス内においてパワーコンディショナ３の出力線が交流電力系統ＡＣに並列接続されている。尚、分岐ブレーカの２次側に交流配電路８が接続され、この交流配電路８を介して宅内の交流負荷に交流電力が供給される。但し、交流配電路８の末端には交流負荷を接続するためのコンセント（図示せず）が設けられる。
【００２２】
直流直流変換器５は、例えば、従来周知のスイッチングレギュレータからなり、出力電圧を検出するとともに検出した出力電圧が目標電圧と一致するように出力電圧を増減する制御（フィードバック制御）を行う定電圧制御方式によって太陽電池１から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換している。そして、直流直流変換器５で所望の電圧レベルに変換された直流電力が直流配電路９を介して直流負荷に供給される。但し、直流配電路９の末端には直流負荷を接続するためのコンセント（図示せず）が設けられる。
【００２３】
ところで、パワーコンディショナ３のインバータ制御回路においては、太陽電池１の温度変化や日射強度の変化に伴う出力電圧や出力電流の変動に対して、太陽電池１の動作点が常に最大出力点を追従して太陽電池１の直流出力を最大限とする最大出力追従制御（ＭＰＰＴ制御）を行っている。但し、このような最大出力追従制御については従来周知であるので、詳細な説明は省略する。また、系統連系保護装置は、系統電圧を監視して適正値よりも上昇した場合にインバータ制御回路に指令を与えて最大出力追従制御を停止してインバータの出力を低下させることにより、系統電圧の上昇を抑制している。
【００２４】
図２（ａ）の曲線イは、ある日射条件における太陽電池１の出力特性を示している。出力電力Ｐ１は直流直流変換器５から直流配電路９を介して直流負荷に供給される電力（直流需要電力）であって、インバータ制御回路の初期状態の動作点Ｘ１が当該直流需要電力Ｐ１によって決定される。インバータ制御回路が最大出力追従制御を開始すると、交流配電路８に供給する交流電力を調整しながら、出力特性（曲線イ）のピークと一致する動作点Ｘ２に到達して太陽電池１から最大の出力（最大電力Ｐ２）を取り出すことができる。このとき、最大電力Ｐ２と直流需要電力Ｐ１の差分（Ｐ２−Ｐ１）が交流配電路８を介して交流負荷に供給される。ここで、パワーコンディショナ３の供給電力（Ｐ２−Ｐ１）が交流負荷の消費電力を下回っているときは交流電力系統ＡＣから供給される交流電力が交流配電路９を介して交流負荷に供給され、一方、パワーコンディショナ３の供給電力（Ｐ２−Ｐ１）が交流負荷の消費電力を上回っているときはパワーコンディショナ３から供給される交流電力（Ｐ２−Ｐ１）の余剰分が交流電力系統ＡＣに逆潮流される。
【００２５】
また、図２（ｂ）に示すように日射が弱くなって太陽電池１の出力特性が曲線イから曲線ロに低下し、太陽電池１の出力電力が直流需要電力Ｐ１を下回ると、インバータ制御回路が動作を停止する。このとき、直流負荷については動作を停止するか、もしくは別途設けられる補助電源（蓄電池など）から電源が供給される。一方、太陽電池１の出力特性が曲線イから曲線ロに低下しても太陽電池１の出力電力が直流需要電力Ｐ１を上回っている場合、インバータ制御回路が動作点をＸ２からＸ３へ移行させて太陽電池１の出力を減少させた後、再度、最大出力追従制御を行うことで出力特性（曲線ロ）のピークと一致する動作点Ｘ４に到達して太陽電池１から最大の出力（最大電力Ｐ４）を取り出すことができる。但し、直流需要電力Ｐ１が変動した場合にも、上述した日射量の変動時と同様にして最大出力追従制御の再調整によって太陽電池１から最大出力を取り出すことができる。
【００２６】
上述のように本実施形態の配電システムでは、交流負荷には従来と同様に交流用分電盤４を経由して交流電力系統ＡＣから供給される交流電力若しくはパワーコンディショナ３から出力される交流電力を配電し、直流負荷には直流直流変換器５で定電圧化された太陽電池１の直流電力を配電するので、パワーコンディショナ３から出力される交流電力を直流電力に変換して配電する場合と比較して直流電力を効率よく配電することができる。しかも、パワーコンディショナ３と直流直流変換器５が太陽電池１に対して並列接続されているから、日射量や直流負荷（直流需要電力）の変動に対して直流負荷及び交流負荷への太陽電池１の出力電力の振り分けが自動的に調節されて直流直流変換器５を介して直流負荷に優先的に直流電力が供給され、その次に、パワーコンディショナ３によって交流負荷に優先的に交流電力が供給されるとともに、最後に交流電力系統ＡＣに交流電力が供給され、直流負荷や交流負荷が変動した際でも太陽電池１から出力される直流電力が自動的に直流負荷、交流負荷、交流電力系統ＡＣに振り分けられ、その結果、電力効率の向上が図れるという利点がある。
【００２７】
また、本実施形態においては、パワーコンディショナ３が最大出力追従制御方式によって太陽電池１から出力される直流電力を交流電力系統ＡＣの位相に同期した交流電力に変換し、直流直流変換器５が定電圧制御方式によって太陽電池１から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換しているので、日射量や直流負荷（直流需要電力）の変動に対して太陽電池１を最大の効率で使用することができる。
【００２８】
（実施形態２）
本実施形態の配電システムは、図３に示すように燃料電池１１と、燃料電池１１から出力される直流電力を交流電力系統ＡＣの位相に同期した交流電力に変換するパワーコンディショナ１２と、パワーコンディショナ１２から出力される交流電力を分岐し複数の分岐ブレーカ（図示せず）を介して宅内に配電する交流用分電盤４と、交流用分電盤４から導出される交流配電路８と、燃料電池１１から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換する直流直流変換器５と、直流直流変換器５から出力される直流電力を宅内に配電する直流配電路９とを備えている。但し、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２９】
燃料電池１１は、例えば、固体高分子形のものであって、都市ガスや天然ガスを改質して得られる燃料（水素）と酸化剤（酸素）との電気化学反応によって連続的に発電する。図４における曲線ハ，ニ，ホは燃料電池１１の出力特性（電圧−電力特性）を示しており、燃料の供給量が多いほど、曲線ハから曲線ニ、さらに曲線ニから曲線ホへと出力（発電電力）が増大する。尚、燃料電池１１の発電量（出力特性）は、出力制御部１３に制御される供給量調節部１４によって燃料電池１１への燃料の供給量を調節することで増減可能である。
【００３０】
パワーコンディショナ１２は従来周知のものであって、燃料電池１１の直流出力を昇圧する昇圧チョッパ回路（図示せず）、昇圧チョッパ回路で昇圧された直流出力を交流電力系統ＡＣの位相に同期した正弦波の交流出力に変換するインバータ（図示せず）、インバータを制御することで交流出力を調整するインバータ制御回路（図示せず）、系統連系保護装置などを有している。尚、交流用分電盤４のボックス内にパワーコンディショナ１２の出力線が引き込まれ、ボックス内においてパワーコンディショナ１２の出力線が交流電力系統ＡＣに並列接続されている。
【００３１】
出力制御部１３は、交流用分電盤４に設けられた電流センサ４ａによって系統電流を監視し、後述するように系統電流（交流電力系統ＡＣから供給される電流量）が常にゼロとなるようにパワーコンディショナ１２並びに供給量調節部１４を制御している。
【００３２】
ここで、燃料電池発電システムにおいては、太陽光発電システムのような交流電力系統ＡＣへの逆潮流が許可されていないので、本実施形態では、パワーコンディショナ１２による出力制御と出力制御部１３による燃料電池１１の出力制御（燃料供給量の調整制御）とによって燃料電池１１の出力電力が交流負荷の需要電力と直流負荷の需要電力の和と等しくなるようにしている。
【００３３】
例えば、ある時刻における燃料電池１１の出力特性が曲線ハであるとしたとき、出力制御部１３からの指示によってパワーコンディショナ１２が出力制御を行い、燃料電池１１の出力が最大出力電力Ｐ１となるときに電流センサ４ａの出力がゼロになれば、そのときの動作点（曲線ハのピーク点Ｘ１）でパワーコンディショナ１２が動作する。しかしながら、交流負荷及び直流負荷の需要電力が多いために燃料電池１１の出力が最大出力電力Ｐ１に達っしても電流センサ４ａの出力がゼロにならなければ、出力制御部１３が供給量調節部１４を制御して燃料電池１１への燃料供給量を増大させて燃料電池１１の出力特性を曲線ハから曲線ニへ移行させる。そして、出力制御部１３からの指示によってパワーコンディショナ１２が出力制御を行い、燃料電池１１の出力が最大出力電力Ｐ２となるときに電流センサ４ａの出力がゼロになれば、そのときの動作点（曲線ニのピーク点Ｘ２）でパワーコンディショナ１２が動作する。また、交流負荷及び直流負荷の需要電力がさらに増大して燃料電池１１の出力が最大出力電力Ｐ２に達っしても電流センサ４ａの出力がゼロにならなければ、出力制御部１３が供給量調節部１４を制御して燃料電池１１への燃料供給量を増大させて燃料電池１１の出力特性を曲線ニから曲線ホへ移行させる。そして、出力制御部１３からの指示によってパワーコンディショナ１２が出力制御を行い、燃料電池１１の出力が最大出力電力Ｐ３となるときに電流センサ４ａの出力がゼロになれば、そのときの動作点（例えば、曲線ホのピーク点Ｘ３）でパワーコンディショナ１２が動作する。
【００３４】
一方、交流負荷及び直流負荷の需要電力が減少した場合、燃料電池１１の出力の余剰分が交流電力系統ＡＣへ逆潮流しようとするので、出力制御部１３では電流センサ４ａの出力から逆潮流が生じたことを検出すると直ちに供給量調節部１４を制御して燃料電池１１への燃料供給量を減少させる。そして、燃料電池１１の出力が減少することで逆潮流が解消すれば、出力制御部１３からの指示によってパワーコンディショナ１２が出力制御を行い、燃料電池１１の出力が最大出力電力（例えば、Ｐ２）となるときに電流センサ４ａの出力がゼロになれば、そのときの動作点（例えば、曲線ニのピーク点Ｘ２）でパワーコンディショナ１２が動作する。
【００３５】
また、交流負荷及び直流負荷の需要電力が燃料電池１１の最大供給電力を超えてしまった場合、出力制御部１３からの指示によってパワーコンディショナ１２が出力を低下させることで直流負荷に優先的に電力（直流電力）を供給し、交流負荷の需要電力に満たない分については交流電力系統ＡＣから電力供給を受けるようにしている。
【００３６】
尚、直流電力の需要電力が燃料電池１１の最大供給電力を超えてしまう事態は、システムを構築する際に充分に考慮して避けるべきことではあるが、仮に、このような事態が生じた場合には直流直流変換器５が停止してしまうので、何らかの補助電源（蓄電池など）を別途設けておいて当該補助電源から直流負荷に電力を供給することが望ましい。
【００３７】
上述のように本実施形態の配電システムでは、交流負荷には従来と同様に交流用分電盤４を経由して交流電力系統ＡＣから供給される交流電力若しくはパワーコンディショナ１２から出力される交流電力を配電し、直流負荷には直流直流変換器５で定電圧化された燃料電池１１の直流電力を配電するので、パワーコンディショナ１２から出力される交流電力を直流電力に変換して配電する場合と比較して直流電力を効率よく配電することができる。しかも、パワーコンディショナ１２と直流直流変換器５が燃料電池１１に対して並列接続されているから、負荷が変動した際にも燃料電池１１の直流電力が直流負荷と交流負荷に自動的に振り分けられ、その結果、電力効率の向上が図れる。
【００３８】
また本実施形態においては、燃料電池１１から出力される直流電力を直流直流変換器５を介して直流負荷に優先的に供給しつつ、直流負荷と交流負荷の需要電力が燃料電池１１からの供給電力を超えた場合に、系統連系運転を行っているパワーコンディショナ１２によって交流電力系統ＡＣから交流負荷への電力供給が増加するため、負荷変動に対する電力供給の安定性が向上するという利点がある。
【００３９】
（実施形態３）
本実施形態の配電システムは、図５に示すように実施形態１の配電システムと実施形態２の配電システムを組み合わせたものである。したがって、本実施形態の基本的な構成は実施形態１及び実施形態２と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
本実施形態においては、中継端子箱２から引き出されるケーブル７が整流素子（ダイオードＤ１）を介して直流直流変換器５に接続されるとともに、燃料電池１１の出力端が同じく整流素子（ダイオードＤ２）を介して直流直流変換器５に接続されている。尚、これら２つのダイオードＤ１，Ｄ２によって太陽電池１の動作点と燃料電池１１の動作点が互いに干渉しないようにしている。また、交流用分電盤４には実施形態２における電流センサ（以下、「第１の電流センサ」と呼ぶ。）４ａに加えて、太陽電池用のパワーコンディショナ３の出力電流を検出する第２の電流センサ４ｂが設けられ、この第２の電流センサ４ｂの出力も第１の電流センサ４ａの出力と同様に出力制御部１３に取り込まれている。尚、太陽電池用のパワーコンディショナ３及び燃料電池用のパワーコンディショナ１２の制御動作は基本的に実施形態１及び実施形態２と共通である。
【００４１】
次に、図６及び図７を参照して本実施形態の動作を説明する。図６は太陽電池１から供給される電力（ＰＶ電力）を折れ線Ａ、燃料電池１１から供給される電力（ＦＣ電力）を折れ線Ｂ、直流負荷で消費される電力（直流負荷電力）と交流負荷で消費される電力（交流負荷電力）と太陽電池用のパワーコンディショナ３から交流電力系統ＡＣへ逆潮流される電力（逆潮流電力）を棒グラフで表したものである。
【００４２】
太陽電池１の出力電力（ＰＶ電力）が直流負荷及び交流負荷の消費電力を充分に賄うことができており且つ余剰分を交流電力系統ＡＣに逆潮流している状態を、図６の左端に示している。この状態から、例えば、日射量が減少してＰＶ電力が低下し、余剰分がゼロとなって逆潮流電力がゼロとなっている状態を、図６の左から２番目に示している。この状態からＰＶ電力がさらに減少して直流負荷電力と交流負荷電力の和を下回ると、交流電力系統ＡＣから供給される電力が増大し、その結果、第２の電流センサ４ｂの出力よりも第１の電流センサ４ａの出力が大きくなる。出力制御部１３は、第２の電流センサ４ｂの出力が第１の電流センサ４ａの出力を下回った時点で供給量調節部１４から燃料電池１１への燃料供給を開始するとともに、燃料電池用のパワーコンディショナ１２を動作させる。そして、ＰＶ電力による交流負荷電力の不足分を燃料電池１１の出力電力（ＦＣ電力）で補っている状態を、図６の右から２番目に示している。この状態からＰＶ電力がさらに減少して直流負荷電力を下回ると、第２の電流センサ４ｂの出力が減少して第１の電流センサ４ａの出力が増大することになる。このとき、実施形態２で説明したように、燃料電池１１の出力が最大出力電力となるときに第１の電流センサ４ａの出力がゼロとなるように、出力制御部１３からの指示によって燃料電池用のパワーコンディショナ１２が出力制御を行うとともに、出力制御部１３が供給量調節部１４から燃料電池１１への燃料供給量を調整する。そして、ＰＶ電力による交流負荷電力並びに直流負荷電力の不足分を燃料電池１１の出力電力（ＦＣ電力）で補っている状態を、図６の右端に示している。
【００４３】
図７は出力制御部１３による制御動作を説明するためのフローチャートである。出力制御部１３は、燃料電池１１の動作を開始すると（ステップＳ１）、直流直流変換器５から正常に直流電力が供給されているか否かを監視し（ステップＳ２）、供給されていなければ、供給量調節部１４から燃料電池１１への燃料供給量を増やして燃料電池１１の出力を増大させる（ステップＳ３）。そして、直流直流変換器５から正常に直流電力が供給されるまで、出力制御部１３は供給量調節部１４から燃料電池１１への燃料供給量を増やし続ける。
【００４４】
直流直流変換器５から正常に直流電力が供給されている状態では、出力制御部１３は、第１の電流センサ４ａの出力Ｖ１と第２の電流センサ４ｂの出力Ｖ２を比較し（ステップＳ４）、第１の電流センサ４ａの出力Ｖ１が第２の電流センサ４ｂの出力Ｖ２以上であれば（Ｖ２≦Ｖ１）、交流電力系統ＡＣから電力供給を受けていることになるので、供給量調節部１４から燃料電池１１への燃料供給量を増やして燃料電池１１の出力を増大させる（ステップＳ５）。一方、第１の電流センサ４ａの出力Ｖ１が第２の電流センサ４ｂの出力Ｖ２未満であれば（Ｖ２＞Ｖ１）、ＰＶ電力に余剰分が生じていることになるので、供給量調節部１４から燃料電池１１への燃料供給量を減らして燃料電池１１の出力を減少させる（ステップＳ６）。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態１を示すシステム構成図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は同上の動作説明図である。
【図３】本発明の実施形態２を示すシステム構成図である。
【図４】同上における燃料電池の出力特性を説明する説明図である。
【図５】本発明の実施形態３を示すシステム構成図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】同上における出力制御部の動作説明用のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１  太陽電池
３  パワーコンディショナ
４  交流用分電盤
５  直流直流変換器
８  交流配電路
９  直流配電路
ＡＣ  交流電力系統
【図１】
2010041886.tif 000003
【図２】
2010041886.tif 000004
【図３】
2010041886.tif 000005
【図４】
2010041886.tif 000006
【図５】
2010041886.tif 000007
【図６】
2010041886.tif 000008
【図７】
2010041886.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月24日(2009.9.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、交流電力系統に対して並列接続され、太陽電池から出力される直流電力を交流電力系統の位相に同期した交流電力に変換するとともに変換された交流電力を交流電力系統に逆潮流するパワーコンディショナと、パワーコンディショナから出力される交流電力を建物内に配電する交流配電路と、太陽電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換する直流直流変換器と、直流直流変換器から出力される直流電力を建物内に配電する直流配電路とを備え、パワーコンディショナと直流直流変換器が太陽電池に対して常時電気的に接続された状態を保持して並列接続されてなることを特徴とする配電システム。
【請求項２】
パワーコンディショナは、最大出力追従制御方式によって太陽電池から出力される直流電力を交流電力系統の位相に同期した交流電力に変換し、
直流直流変換器は、定電圧制御方式によって太陽電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換することを特徴とする請求項１記載の配電システム。
【請求項３】
燃料電池と、燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換する燃料電池用のパワーコンディショナと、当該燃料電池用のパワーコンディショナから出力される交流電力を建物内に配電する交流配電路と、燃料電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換する燃料電池用の直流直流変換器と、当該燃料電池用の直流直流変換器から出力される直流電力を建物内に配電する直流配電路とを備え、前記燃料電池用のパワーコンディショナと燃料電池用の直流直流変換器が燃料電池に対して常時電気的に接続された状態を保持して並列接続されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の配電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、太陽電池と、交流電力系統に対して並列接続され、太陽電池から出力される直流電力を交流電力系統の位相に同期した交流電力に変換するとともに変換された交流電力を交流電力系統に逆潮流するパワーコンディショナと、パワーコンディショナから出力される交流電力を建物内に配電する交流配電路と、太陽電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換する直流直流変換器と、直流直流変換器から出力される直流電力を建物内に配電する直流配電路とを備え、パワーコンディショナと直流直流変換器が太陽電池に対して常時電気的に接続された状態を保持して並列接続されてなることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
請求項１の発明によれば、交流負荷には従来と同様に交流電力系統から供給される交流電力若しくはパワーコンディショナから出力される交流電力を配電し、直流負荷には太陽電池から出力されて直流直流変換器で所望の電圧レベルに変換された直流電力を配電するので、パワーコンディショナから出力される交流電力を直流電力に変換して配電する場合と比較して直流電力を効率よく配電することができる。しかも、パワーコンディショナと直流直流変換器が太陽電池に対して常時電気的に接続された状態を保持して並列接続されているから、直流直流変換器を介して直流負荷に優先的に直流電力が供給され、その次に、パワーコンディショナによって交流負荷に優先的に交流電力が供給されるとともに、最後に交流電力系統に交流電力が供給され、直流負荷や交流負荷が変動した際でも太陽電池から出力される直流電力が自動的に直流負荷、交流負荷、交流電力系統に振り分けられ、その結果、電力効率の向上が図れる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、パワーコンディショナは、最大出力追従制御方式によって太陽電池から出力される直流電力を交流電力系統の位相に同期した交流電力に変換し、直流直流変換器は、定電圧制御方式によって太陽電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換することを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項２の発明によれば、太陽電池の直流出力を最大に引き出すことができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、燃料電池と、燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換する燃料電池用のパワーコンディショナと、当該燃料電池用のパワーコンディショナから出力される交流電力を建物内に配電する交流配電路と、燃料電池から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換する燃料電池用の直流直流変換器と、当該燃料電池用の直流直流変換器から出力される直流電力を建物内に配電する直流配電路とを備え、前記燃料電池用のパワーコンディショナと燃料電池用の直流直流変換器が燃料電池に対して並列接続されてなることを特徴とする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項３の発明によれば、太陽電池だけでなく燃料電池からも直流電力を供給することで負荷変動に対する電力供給の安定性がさらに向上する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
上述のように本実施形態の配電システムでは、交流負荷には従来と同様に交流用分電盤４を経由して交流電力系統ＡＣから供給される交流電力若しくはパワーコンディショナ３から出力される交流電力を配電し、直流負荷には直流直流変換器５で定電圧化された太陽電池１の直流電力を配電するので、パワーコンディショナ３から出力される交流電力を直流電力に変換して配電する場合と比較して直流電力を効率よく配電することができる。しかも、パワーコンディショナ３と直流直流変換器５が太陽電池１に対して常時電気的に接続された状態を保持して並列接続されているから、日射量や直流負荷（直流需要電力）の変動に対して直流負荷及び交流負荷への太陽電池１の出力電力の振り分けが自動的に調節されて直流直流変換器５を介して直流負荷に優先的に直流電力が供給され、その次に、パワーコンディショナ３によって交流負荷に優先的に交流電力が供給されるとともに、最後に交流電力系統ＡＣに交流電力が供給され、直流負荷や交流負荷が変動した際でも太陽電池１から出力される直流電力が自動的に直流負荷、交流負荷、交流電力系統ＡＣに振り分けられ、その結果、電力効率の向上が図れるという利点がある。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
次に、太陽電池１の代わりに燃料電池を用いた配電システムの参考例について説明する。
本参考例の配電システムは、図３に示すように燃料電池１１と、燃料電池１１から出力される直流電力を交流電力系統ＡＣの位相に同期した交流電力に変換するパワーコンディショナ１２と、パワーコンディショナ１２から出力される交流電力を分岐し複数の分岐ブレーカ（図示せず）を介して宅内に配電する交流用分電盤４と、交流用分電盤４から導出される交流配電路８と、燃料電池１１から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換する直流直流変換器５と、直流直流変換器５から出力される直流電力を宅内に配電する直流配電路９とを備えている。但し、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
ここで、燃料電池発電システムにおいては、太陽光発電システムのような交流電力系統ＡＣへの逆潮流が許可されていないので、本参考例では、パワーコンディショナ１２による出力制御と出力制御部１３による燃料電池１１の出力制御（燃料供給量の調整制御）とによって燃料電池１１の出力電力が交流負荷の需要電力と直流負荷の需要電力の和と等しくなるようにしている。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
上述のように本参考例の配電システムでは、交流負荷には従来と同様に交流用分電盤４を経由して交流電力系統ＡＣから供給される交流電力若しくはパワーコンディショナ１２から出力される交流電力を配電し、直流負荷には直流直流変換器５で定電圧化された燃料電池１１の直流電力を配電するので、パワーコンディショナ１２から出力される交流電力を直流電力に変換して配電する場合と比較して直流電力を効率よく配電することができる。しかも、パワーコンディショナ１２と直流直流変換器５が燃料電池１１に対して常時電気的に接続された状態を保持して並列接続されているから、負荷が変動した際にも燃料電池１１の直流電力が直流負荷と交流負荷に自動的に振り分けられ、その結果、電力効率の向上が図れる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
また本参考例においては、燃料電池１１から出力される直流電力を直流直流変換器５を介して直流負荷に優先的に供給しつつ、直流負荷と交流負荷の需要電力が燃料電池１１からの供給電力を超えた場合に、系統連系運転を行っているパワーコンディショナ１２によって交流電力系統ＡＣから交流負荷への電力供給が増加するため、負荷変動に対する電力供給の安定性が向上するという利点がある。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
（実施形態２）
本実施形態の配電システムは、図５に示すように実施形態１の配電システムと参考例の配電システムを組み合わせたものである。したがって、本実施形態の基本的な構成は実施形態１及び参考例と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
本実施形態においては、中継端子箱２から引き出されるケーブル７が整流素子（ダイオードＤ１）を介して直流直流変換器５に接続されるとともに、燃料電池１１の出力端が同じく整流素子（ダイオードＤ２）を介して直流直流変換器５に接続されている。尚、これら２つのダイオードＤ１，Ｄ２によって太陽電池１の動作点と燃料電池１１の動作点が互いに干渉しないようにしている。また、交流用分電盤４には参考例における電流センサ（以下、「第１の電流センサ」と呼ぶ。）４ａに加えて、太陽電池用のパワーコンディショナ３の出力電流を検出する第２の電流センサ４ｂが設けられ、この第２の電流センサ４ｂの出力も第１の電流センサ４ａの出力と同様に出力制御部１３に取り込まれている。尚、太陽電池用のパワーコンディショナ３及び燃料電池用のパワーコンディショナ１２の制御動作は基本的に実施形態１及び参考例と共通である。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
太陽電池１の出力電力（ＰＶ電力）が直流負荷及び交流負荷の消費電力を充分に賄うことができており且つ余剰分を交流電力系統ＡＣに逆潮流している状態を、図６の左端に示している。この状態から、例えば、日射量が減少してＰＶ電力が低下し、余剰分がゼロとなって逆潮流電力がゼロとなっている状態を、図６の左から２番目に示している。この状態からＰＶ電力がさらに減少して直流負荷電力と交流負荷電力の和を下回ると、交流電力系統ＡＣから供給される電力が増大し、その結果、第２の電流センサ４ｂの出力よりも第１の電流センサ４ａの出力が大きくなる。出力制御部１３は、第２の電流センサ４ｂの出力が第１の電流センサ４ａの出力を下回った時点で供給量調節部１４から燃料電池１１への燃料供給を開始するとともに、燃料電池用のパワーコンディショナ１２を動作させる。そして、ＰＶ電力による交流負荷電力の不足分を燃料電池１１の出力電力（ＦＣ電力）で補っている状態を、図６の右から２番目に示している。この状態からＰＶ電力がさらに減少して直流負荷電力を下回ると、第２の電流センサ４ｂの出力が減少して第１の電流センサ４ａの出力が増大することになる。このとき、参考例で説明したように、燃料電池１１の出力が最大出力電力となるときに第１の電流センサ４ａの出力がゼロとなるように、出力制御部１３からの指示によって燃料電池用のパワーコンディショナ１２が出力制御を行うとともに、出力制御部１３が供給量調節部１４から燃料電池１１への燃料供給量を調整する。そして、ＰＶ電力による交流負荷電力並びに直流負荷電力の不足分を燃料電池１１の出力電力（ＦＣ電力）で補っている状態を、図６の右端に示している。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態１を示すシステム構成図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は同上の動作説明図である。
【図３】本発明の参考例を示すシステム構成図である。
【図４】同上における燃料電池の出力特性を説明する説明図である。
【図５】本発明の実施形態２を示すシステム構成図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】同上における出力制御部の動作説明用のフローチャートである。