(57)【要約】  【課題】  通常時には太陽電池の余剰電力を系統への売電によって有効利用しつつも、系統電圧が所定の出力抑制制御開始電圧を超えた場合には発電余剰電力によって貯湯動作を行わせ、可能な限り出力抑制しないことで、システム全体としてのエネルギー効率の一層の向上を図る。  【解決手段】  太陽光発電部１の発電電力を消費することにより蓄熱動作を行うことができる貯湯装置３を備え、発電電力が系統へ逆潮流しているときに系統電圧が所定の出力抑制制御開始電圧を超えたとき、出力抑制制御を行う前に貯湯装置３の蓄熱動作の消費電力を増加させて逆潮流電力を減少させ、これにより出力抑制を行う必要を無くすとともに発電余剰電力を熱エネルギーに変換して貯湯装置３に貯湯する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電部から供給される発電電力を系統電力に連系する交流電力に変換して出力するパワーコンディショナと、前記パワーコンディショナの入力側若しくは出力側又は前記パワーコンディショナの内部から供給される電力を消費することにより蓄熱動作を行うことができる貯湯装置とを備え、前記パワーコンディショナは、発電電力が系統へ逆潮流しているときに系統電圧が所定電圧を超えると系統への出力電力を抑制する出力抑制制御を行う第１の制御部を備え、該第１の制御部は、系統電圧が前記所定電圧を超えたとき前記出力抑制制御を行う前に前記貯湯装置の蓄熱動作の消費電力を増加させるための貯湯消費電力増加制御機能を具備していることを特徴とする貯湯機能付き発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の貯湯機能付き発電システムにおいて、第１の制御部の貯湯消費電力増加制御機能は、漸次若しくは段階的に前記貯湯装置による蓄熱動作の消費電力を増加させるものであることを特徴とする貯湯機能付き発電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の貯湯機能付き発電システムにおいて、前記貯湯装置は、蓄熱動作を制御する第２の制御部を備え、前記第１及び第２の制御部が通信接続されており、第１の制御部の貯湯消費電力増加制御機能は、系統電圧が所定電圧を超えると第２の制御部に対して消費電力増加指令を送信することを制御内容とし、第２の制御部は、第１の制御部から前記消費電力増加指令を受信すると前記貯湯装置による蓄熱動作の消費電力を増加させる制御を行うことを特徴とする貯湯機能付き発電システム。
【請求項４】
請求項３に記載の貯湯機能付き発電システムにおいて、第２の制御部は、前記貯湯装置による蓄熱動作の消費電力の増加を行えるか否かを判定する判定手段を備え、第１の制御部から前記消費電力増加指令信号を受信したときに消費電力の増加を行えないと判定されるときは第１の制御部に対して消費電力増加不可信号を送信することを特徴とする貯湯機能付き発電システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の貯湯機能付き発電システムにおいて、前記貯湯装置は、燃料電池コージェネレーションシステムの貯湯装置であるとともに、燃料電池の余剰電力消費用電気ヒータによって蓄熱動作を行うように構成されていることを特徴とする貯湯機能付き発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯機能付き発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種従来の発電システムとして、例えば下記の特許文献１には、多数の需要家から一斉に逆潮流が行われるようになると太陽電池で生成される電力が商用電力系統に与える影響によってノイズの混入などの問題が生じるという課題を解決するために、太陽電池が生成する電力から給湯装置以外の電気機器で消費される電力を差し引いた余剰電力がある場合に、太陽電池を加熱手段に接続し、余剰電力を加熱手段の駆動に用いることにより当該余剰電力を貯湯タンク内に熱エネルギーとして貯蓄する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８８３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１記載の技術では、余剰電力を優先的に貯湯に用いるものであるが、かかるシステム構成は各家庭の光熱費の観点からは必ずしも最適とはいえないものである。例えば、貯湯タンクに貯蓄された熱エネルギーは時間経過とともに徐々に放熱するが、余剰電力を貯湯に優先的に用いると、湯が消費されない時間帯に大量の貯湯が行われて長時間放置される場合もあり、そのような場合には貯湯するよりも売電した方が効率が良いこともある。また、貯湯装置を備える燃料電池コージェネレーションシステムと併用する場合、太陽電池の余剰電力を燃料電池コージェネレーションシステムの貯湯装置における貯湯に優先的に使用することによって貯湯タンクが満貯湯状態となってしまうと、売電できない燃料電池の余剰電力を消費することができなくなるという問題もある。
【０００５】
したがって、原則としては太陽電池の余剰電力は系統に逆潮流（売電）させ、貯湯装置における貯湯動作制御を太陽電池の余剰電力の有無に従属させない方が好ましいが、一方、系統連系規程によって逆潮流時に系統電圧が所定電圧を超える場合には太陽光発電用パワーコンディショナーの出力抑制制御を行うようにすることが規定されており、かかる出力抑制制御が開始されると太陽光発電パネルの出力が抑制され、太陽光発電電力の有効利用を図ることができない。
【０００６】
そこで、本発明は、太陽電池の余剰電力による蓄熱動作を、パワーコンディショナーの出力抑制制御のタイミングに関連付けることによって、通常時には太陽電池の余剰電力を系統への売電によって有効利用しつつも、系統電圧が所定電圧を超えた場合には太陽電池の発電電力によって蓄熱動作を行わせて該発電エネルギーを熱エネルギーとして蓄積することにより、システム全体としてのエネルギー効率の一層の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、次の技術的手段を講じた。
【０００８】
すなわち、本発明の貯湯機能付き発電システムは、太陽光発電部から供給される発電電力を系統電力に連系する交流電力に変換して出力するパワーコンディショナと、前記パワーコンディショナの入力側若しくは出力側又は前記パワーコンディショナの内部から供給される電力を消費することにより蓄熱動作を行うことができる貯湯装置とを備え、前記パワーコンディショナは、発電電力が系統へ逆潮流しているときに系統電圧が所定電圧を超えると系統への出力電力を抑制する出力抑制制御を行う第１の制御部を備え、該第１の制御部は、系統電圧が前記所定電圧を超えたとき前記出力抑制制御を行う前に前記貯湯装置の蓄熱動作の消費電力を増加させるための貯湯消費電力増加制御機能を具備していることを特徴とするものである（請求項１）。
【０００９】
なお、上記本発明において、貯湯装置は、電気ヒータによって蓄熱動作を行うものであってもよいし、ヒートポンプによって蓄熱動作を行うものであってもよい。また、貯湯装置は、通常時は、系統電力を消費して作動するものであってもよいし、燃料電池発電システムの出力電力、特にその余剰電力によって作動するものであってもよく、これらの場合でも系統電圧が所定電圧を超えたときに電源配線の切替えスイッチの制御等によって電力を消費し得る構成であればよい。また、貯湯装置は、本発明システム専用のものであってもよいし、他のコージェネレーションシステムなどの貯湯装置と共用であってもよい。
【００１０】
また、本発明において、消費電力の増加とは、消費電力が無い状態から消費電力が有る状態への遷移をも含む概念であり、「蓄熱動作の消費電力の増加」の態様としては、発電電力によってのみ動作する貯湯装置を蓄熱動作停止状態から作動状態へ切替えるもの、発電電力及び他の電力によって動作可能な貯湯装置が停止状態から発電電力によって作動する状態へ切替えるもの、発電電力及び他の電力によって動作可能な貯湯装置が他の電力によって動作中にその電力源を他の電力から発電電力に切替えるもの、並びに、発電電力によって動作中の貯湯装置の消費電力をさらに増加させるものが包含される。さらに、他の燃料電池発電システムなどの他の発電システムと併用する場合にあっては、他の発電システムの発電電力と太陽光発電部の発電電力との総出力の一部が蓄熱動作のために消費されればよく、必ずしも太陽光発電部の発電電力によって蓄熱動作が行われなくともよい。
【００１１】
かかる本発明の貯湯機能付き発電システムによれば、系統電圧が所定の出力抑制制御開始電圧を超えるとパワーコンディショナの制御部（第１の制御部）が出力抑制制御を開始することによってパワーコンディショナの出力が抑制されるが、この際、出力抑制制御を開始する前にまず貯湯装置による蓄熱動作の消費電力を増加させることによって発電電力を熱エネルギーとして蓄積できる。上記貯湯装置の蓄熱動作の消費電力が系統に逆潮流している売電電力よりも大きければ逆潮流の無い状態となるため出力抑制制御を行う必要が無くなり、パワーコンディショナはフル出力状態で継続動作可能となり、発電電力を無駄にすることなく熱エネルギーに変換して蓄積できる。また、上記貯湯装置による蓄熱動作の消費電力が系統に逆潮流している売電電力よりも小さい場合においても、まず貯湯装置の消費電力の増加によって系統への売電電力を減少させつつ貯湯装置に熱エネルギーとして蓄積し、それでもなお逆潮流している電力分のみ出力抑制するように出力抑制制御を行えばよく、無駄にする発電電力を可及的に低減することができる。
【００１２】
上記本発明の貯湯機能付き発電システムにおいて、第１の制御部の貯湯消費電力増加制御機能は、漸次若しくは段階的に前記貯湯装置による蓄熱動作の消費電力を増加させるものとすることができる（請求項２）。これによれば、逆潮流が無くなるまで貯湯装置による消費電力を増加させることができ、商用電力系統から電力を購入している状態となることを可及的に回避することができる。また、消費電力を増加させていく過程で系統電圧が所定電圧まで下がれば、そのときの発電量でパワーコンディショナの運転を継続することもできる。なお、パワーコンディショナーの制御部（第１の制御部）は、貯湯装置の蓄熱動作の最大消費電力となった後に出力抑制制御を開始するように構成することができる。
【００１３】
また、前記貯湯装置は、蓄熱動作を制御する第２の制御部を備え、前記第１及び第２の制御部が通信接続されており、第１の制御部の貯湯消費電力増加制御機能は、系統電圧が所定電圧を超えると第２の制御部に対して消費電力増加指令を送信することを制御内容とし、第２の制御部は、第１の制御部から前記消費電力増加指令を受信すると前記貯湯装置による蓄熱動作の消費電力を増加させる制御を行うものとすることができる（請求項３）。これによれば、通常時は貯湯装置の制御部（第２の制御部）によって、発電部の発電電力や系統電力などを用いて効率的かつ計画的な貯湯運転を行うことができるとともに、系統電圧が所定電圧を超えると第１の制御部から第２の制御部へ消費電力増加指令を行うことにより、第２の制御部によって貯湯装置による消費電力を増加させ、パワーコンディショナーの出力を最大に維持しつつ系統への逆潮流電力を低下させ、発電電力の余剰電力を熱エネルギーに変換して貯蓄できる。
【００１４】
さらに、第２の制御部は、前記貯湯装置による蓄熱動作の消費電力の増加を行えるか否かを判定する判定手段を備え、第１の制御部から前記消費電力増加指令信号を受信したときに消費電力の増加を行えないと判定されるときは第１の制御部に対して消費電力増加不可信号を送信するものとすることができる（請求項４）。これによれば、第２の制御部によって既に貯湯装置の消費電力が最大となっている場合や、貯湯タンクの貯湯量が満状態であるなどの場合に、判定手段によって消費電力の増加を行えないと判定させて、第１の制御部に対して消費電力増加不可信号を送信することで、第１の制御部が蓄熱動作による発電電力の消費を行えないことを認識でき、即座に出力抑制制御を行わせることが可能となる。
【００１５】
また、前記貯湯装置は、燃料電池コージェネレーションシステムの貯湯装置であるとともに、燃料電池の余剰電力消費用電気ヒータによって蓄熱動作を行うものとすることができる（請求項５）。これによれば、燃料電池コージェネレーションシステムの貯湯装置で、本発明の太陽光発電部の発電電力と燃料電池の発電電力とを合わせた総発電電力の余剰電力によって上記蓄熱動作を行わせることができ、別途の貯湯装置を設ける必要がなく、システム全体の大型化やコスト増を回避することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本願の請求項１に係る貯湯機能付き発電システムによれば、系統電圧が所定の出力抑制制御開始電圧を超えるとパワーコンディショナの制御部（第１の制御部）が出力抑制制御を開始することによってパワーコンディショナの出力が抑制されるが、この際、出力抑制制御を開始する前にまず貯湯装置による蓄熱動作の消費電力を増加させることによって発電電力を熱エネルギーとして蓄積できる。上記貯湯装置の蓄熱動作の消費電力が系統に逆潮流している売電電力よりも大きければ逆潮流の無い状態となるため出力抑制制御を行う必要が無くなり、パワーコンディショナはフル出力状態で継続動作可能となり、発電電力を無駄にすることなく熱エネルギーに変換して蓄積できる。また、上記貯湯装置による蓄熱動作の消費電力が系統に逆潮流している売電電力よりも小さい場合においても、まず貯湯装置の消費電力の増加によって系統への売電電力を減少させつつ貯湯装置に熱エネルギーとして蓄積し、それでもなお逆潮流している電力分のみ出力抑制するように出力抑制制御を行えばよく、無駄にする発電電力を可及的に低減することができる。
【００１７】
また、本願の請求項２に係る貯湯機能付き発電システムによれば、逆潮流が無くなるまで貯湯装置による消費電力を増加させることができ、商用電力系統から電力を購入している状態となることを可及的に回避することができる。また、消費電力を増加させていく過程で系統電圧が所定電圧まで下がれば、そのときの発電量でパワーコンディショナの運転を継続することもできる。なお、パワーコンディショナーの制御部（第１の制御部）は、貯湯装置の蓄熱動作の最大消費電力となった後に出力抑制制御を開始するように構成することができる。
【００１８】
また、本願の請求項３に係る貯湯機能付き発電システムによれば、通常時は貯湯装置の制御部（第２の制御部）によって、発電部の発電電力や系統電力などを用いて効率的かつ計画的な貯湯運転を行うことができるとともに、系統電圧が所定電圧を超えると第１の制御部から第２の制御部へ消費電力増加指令を行うことにより、第２の制御部によって貯湯装置による消費電力を増加させ、パワーコンディショナーの出力を最大に維持しつつ系統への逆潮流電力を低下させ、発電電力の余剰電力を熱エネルギーに変換して貯蓄できる。
【００１９】
また、本願の請求項４に係る貯湯機能付き発電システムによれば、第２の制御部によって既に貯湯装置の消費電力が最大となっている場合や、貯湯タンクの貯湯量が満状態であるなどの場合に、判定手段によって消費電力の増加を行えないと判定させて、第１の制御部に対して消費電力増加不可信号を送信することで、第１の制御部が蓄熱動作による発電電力の消費を行えないことを認識でき、即座に出力抑制制御を行わせることが可能となる。
【００２０】
また、本願の請求項５に係る貯湯機能付き発電システムによれば、燃料電池コージェネレーションシステムの貯湯装置で、本発明の太陽光発電部の発電電力と燃料電池の発電電力とを合わせた総発電電力の余剰電力によって上記蓄熱動作を行わせることができ、別途の貯湯装置を設ける必要がなく、システム全体の大型化やコスト増を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る貯湯機能付き発電システムの概略ブロック構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る貯湯機能付き発電システムの概略ブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は本発明の第１の実施形態に係る貯湯機能付き太陽光発電システムを示し、該発電システムは、太陽光発電パネルによって主構成される発電部１と、該発電部１から供給される直流電力を単相三線式商用系統電力に系統連系する交流電力に変換して商用電力系統Ｓに接続された３線単相の構内電力配線に出力するパワーコンディショナ２と、貯湯装置３とから主構成されている。なお、家庭内負荷（図示せず）は系統Ｓとパワーコンディショナ２との間に接続されて、パワーコンディショナ２の出力電力は家庭内負荷で消費されるとともに、その余剰電力が系統Ｓに逆潮流（売電）するようになっている。また、商用電力系統Ｓから潮流乃至逆潮流する電流値を検出するためのカレントトランス（図示せず）と、系統電圧を検出するための電圧計とが適宜の箇所に設けられており、これらの検出信号はパワーコンディショナ２の制御部７に出力されるようになっている。
【００２４】
発電部１は、従来公知の適宜の構成であってよく、一般的には、建物の屋根などに設置された複数の太陽光発電パネルを備え、パワーコンディショナ２の電力入力端子に接続されている。
【００２５】
パワーコンディショナ２は、発電部１から供給される直流電力を系統電圧の最大値（例えば２００Ｖ交流電力の場合は２８０Ｖ）に対応する所定電圧（例えば３５０Ｖ）に昇圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータ４と、該コンバータ４の出力を系統電力に連系する交流電力に変換して系統側に出力するＤＣ／ＡＣインバータ５とを備え、これらコンバータ４とインバータ５とは、ＤＣリンクコンデンサにより構成されるＤＣリンク部を介して接続されている。これらの回路構成は従来公知であるので詳細説明を省略するが、一般的には、コンバータ４は昇圧チョッパ回路によって構成でき、インバータ５は電圧形ブリッジインバータによって構成できる。さらに、インバータ５の出力側には解列用保護リレー６が設けられている。
【００２６】
また、パワーコンディショナ２は、上記コンバータ４・インバータ５及び保護リレー６を制御するための制御部７を備えている。また、制御部７は、購入電力演算手段並びに逆潮流判定手段として機能するものでもあり、上記カレントトランスの検出値と、系統電圧検出値とに基づいて、単位時間あたりの平均購入電力を演算して、この平均購入電力値が正の値であれば逆潮流が生じていないと判定し、一方、平均購入電力値が負の値であれば逆潮流が生じていると判定する。
【００２７】
さらに、制御部７は、ＭＰＰＴ制御（最大電力点追従制御）によるコンバータ４の入出力電力制御機能と、ＰＷＭ制御若しくはＰＡＭ制御によるインバータ５の制御機能とを具備し、通常時には入力電力に応じた最大出力が得られるように動作する。また、制御部７は、主としてコンバータ４の出力制御を行うことによってインバータ５から出力される交流電力の有効電力の抑制を行う出力抑制制御機能、インバータ５を制御することによりインバータ５から出力される交流電力の力率制御を行う無効電力制御機能、及び、所定の解列条件が成立したときに解列用保護リレー６を動作させることによりパワーコンディショナー２を系統から解列させる解列制御機能を具備している。かかる制御部７はマイコンによって主構成され、上記各制御機能は制御プログラムとして実装されているが、各制御機能に対応する専用回路によって構成されていてもよい。
【００２８】
上記無効電力制御機能は、系統電圧が所定の電圧上昇抑制制御開始電圧（例えば１０６Ｖ）より高い状態を一定時間（例えば３分〜３０分）継続しているときに、系統電圧に対して出力する電流の位相を段階的に進み側にずらして、力率が８５％になるまで無効電力を増加させる制御を行い、該無効電力制御中に系統電圧が電圧上昇抑制制御開始電圧より低くなれば上記無効電力制御を終了するものである。
【００２９】
上記出力抑制制御機能は、コンバーターの出力制御或いはインバータのＰＷＭ制御によりインバーターの出力の有効電力の抑制を行うものであり、上記の無効電力制御によっても系統電圧が上昇し続け、電圧上昇抑制制御開始電圧よりも高い所定の出力抑制制御開始電圧（例えば１０７Ｖ）よりも系統電圧が高くなると、出力抑制制御を開始し、系統電圧が上記の出力抑制制御開始電圧よりも低くなると出力抑制制御を終了する。この出力抑制制御が開始されたときは、好ましくは、制御部７が逆潮流していると判定しているときは有効電力を急激に減少させる。この有効電力の減少は、系統連系規程に定められた所定時間（５００ミリ秒）以内にパワーコンディショナ２の出力の有効電力を０Ｗとすることのできる出力抑制勾配を求めて、該出力抑制勾配にしたがって１０数ミリ秒毎に有効電力を段階的に減少させていくことが好ましい。そして１段階乃至数段階減少させる毎に逆潮流の有無を再判定し、逆潮流しなくなった時点で有効電力の減少を停止することができる。
【００３０】
上記解列制御機能は、所定の解列条件が成立したときに保護リレー６を動作させることによりパワーコンディショナ２を系統から解列させるものであり、所定の解列条件としては、例えば、上記の出力抑制制御開始電圧よりも高い解列閾値（例えば１０９〜１１２Ｖ）以上で、且つ、パワーコンディショナ２の出力電力が０Ｗであることを条件とすることができる。
【００３１】
さらに、本実施形態の制御部７は、系統電圧が前記出力抑制制御開始電圧を超えたとき前記出力抑制制御を行う前に貯湯装置３による蓄熱動作の消費電力を増加させるための貯湯消費電力増加制御機能を具備している。
【００３２】
本実施形態の貯湯装置３の構成をまず説明すると、該貯湯装置３は、上水路３１から注水される水を貯水する貯湯タンク３２と、該貯湯タンク３２の内部若しくは周囲に設けられて貯湯タンク３２内の水を加熱することによって蓄熱動作を行うための電気ヒータ３３とを備えており、貯湯タンク３２に貯湯された湯は出湯路３６を介して出湯される。電気ヒータ３３は、上記パワーコンディショナ２のＤＣリンク部からの電力供給によって動作するものであり、パワーコンディショナ２内には、電気ヒータ３３への電力供給を入切するためのリレーや半導体スイッチング素子などからなるスイッチ８が設けられ、該スイッチ８は制御部７によって制御される。なお、スイッチ８をＰＷＭ制御し、オン時間のデューティー比を徐々に増加させることによって、電気ヒータ３３による蓄熱動作の消費電力を漸次増加させていくことも可能である。また、電気ヒータ３３の性能に合わせて電圧調整するためにＤＣリンク部と電気ヒータ３３との間にＤＣ／ＤＣコンバータ３４を設けているが、電圧調整が不要の場合にはコンバータ３４を省略することができる。一方、電気ヒータ３３として交流電力動作するものを用いる場合にはＤＣ／ＡＣインバータを追加する必要がある。なお、本実施形態ではＤＣリンク部から蓄熱動作用の電力を取り出しているが、発電部１の出力を貯湯装置３に電源として直接供給してもよく、また、パワーコンディショナ２の出力を貯湯装置３に電源として供給することもできる。
【００３３】
また、貯湯装置３は、貯湯タンク３２の貯湯量を監視するための制御部３５を備えており、貯湯タンク３２に設けた温度センサ（図示せず）からの検出信号に基づいて制御部３５はタンク３２内の湯温や貯湯量を求め、これら湯温や貯湯量に基づいて蓄熱動作を行えるか否か（広義には消費電力の増加を行えるか否か）を判定する。
【００３４】
一方、パワーコンディショナ２の制御部７は、発電電力が系統Ｓに逆潮流している状態で系統電圧が上記出力抑制制御開始電圧を超えたことを検知したとき、上記出力抑制制御を開始する前に、まず、貯湯装置３の制御部３５に蓄熱動作を行えるか否かを問い合わせ、蓄熱動作可能であればスイッチ８をオン制御し、発電電力の一部をＤＣリンク部を介して電気ヒータ３３に供給して該ヒータ３３で電力消費させるように構成されており、これにより上記貯湯消費電力増加制御機能が実現されている。そして、ヒータ３３で発電電力の一部を消費させても尚逆潮流が生じている場合に上記出力抑制制御を開始するように制御部７が構成されている。
【００３５】
上記本発明の第１実施形態に係る発電システムによれば、太陽光発電の余剰電力を蓄電するのではなく、貯湯装置を用いて蓄熱に用いることにより、ユーザは新たに高価な蓄電池システムを購入することなく、太陽光発電余剰電力を熱エネルギーとして蓄えておくことができる。さらに、太陽光発電余剰電力を通常時は系統に逆潮流（売電）させるようにすることで、不必要に貯湯量が増加することを回避し、放熱ロスを低減して、システム全体のエネルギー効率を一層向上できる。そして、系統電圧の上昇時の出力抑制制御を開始する前にのみ、発電電力による蓄熱動作を行わせることによって、発電電力のロスを可及的に低減することができる。
【００３６】
図２は本発明の第２実施形態に係る発電システムとして、太陽光発電システムとＰＥＦＣ形燃料電池コージェネレーションシステム４０とを併用した発電システムを示しており、上記第１実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略し、異なる構成、作用効果について説明する。
【００３７】
本実施形態では、太陽光発電システムには貯湯装置が併設されておらず、燃料電池コージェネレーションシステムの貯湯装置に付設した余剰電力ヒータによる蓄熱動作を太陽光発電余剰電力の消費用にも併用するように構成されている。
【００３８】
燃料電池コージェネレーションシステム４０は、ＰＥＦＣ形燃料電池４１と、該燃料電池４１の発電出力を系統電力に系統連系する交流電力に変換して３線単相の構内電力配線へ出力するパワーコンディショナ４２と、燃料電池４１からの排熱利用によって貯湯を行うための貯湯装置とを備えており、該貯湯装置は、貯湯タンク４３と、該タンク４３内の湯水を家庭内負荷９が急激に減少した場合などに燃料電池発電電力の余剰電力によって加熱（蓄熱動作）するための余剰電力ヒータ４４と、該余剰電力ヒータ４４への余剰電力供給を制御するための余剰電力制御部４５（第２の制御部）とを備えている。パワーコンディショナ４２内部にも発電出力制御部（図示せず）が設けられており、余剰電力制御部４４は発電出力制御部と通信可能に構成されている。発電出力制御部は、コージェネレーションシステム４０を構成する各制御対象を制御することにより、家庭内負荷の消費電力に追従するようにパワーコンディショナ４２の出力電力を制御するとともに、燃料電池４１からの排熱利用により貯湯装置４３への貯湯動作制御を行う。
【００３９】
なお、構内電力配線において、家庭内負荷９は商用電力系統Ｓとコージェネレーションシステム４０のパワーコンディショナ４２との間に接続され、太陽光発電システムのパワーコンディショナ２の出力は家庭内負荷９と商用電力系統Ｓとの間に接続されている。また、太陽光発電システムのパワーコンディショナ２の出力接続部と系統Ｓとの間に設けたカレントトランス５０の検知信号が太陽光発電システムのパワーコンディショナ２に入力され、家庭内負荷９接続部と太陽光発電システムのパワーコンディショナ２の出力接続部との間に設けたカレントトランス５１の検知信号がコージェネレーションシステム４０のパワーコンディショナ４２に入力されて、それぞれの制御部の各種制御に用いられるようになっている。また、太陽光発電システムのパワーコンディショナ２の制御部とコージェネレーションシステム４０の発電出力制御部とは互いに通信可能に接続され、コージェネレーションシステム４０の発電出力制御部を介して太陽光発電システムのパワーコンディショナ２と余剰電力制御部４５とも互いに通信可能となっている。なお、上記各カレントトランス５０，５１は、いずれか一の制御部に集約して接続し、通信によって各検出値を他の制御部に送信することもできる。
【００４０】
上記余剰電力制御部４５は、リレーや半導体スイッチング素子などからなるスイッチ４６を備えており、該スイッチ４６をオンオフ切替えすることによって構内電力配線から余剰電力ヒータ４４への電力供給をオンオフ可能になっている。なお、余剰電力ヒータ４４は並列に複数設けることができ、各ヒータ４４毎にスイッチ４６を設けて独立してオンオフ制御することによって、貯湯装置４３における蓄熱動作の消費電力を段階的に増加させることが可能である。
【００４１】
燃料電池４１の出力増減の応答速度は遅く、家庭内負荷９の消費電力が大きく減少した場合などに燃料電池発電電力が系統側へ逆潮流してしまうことを防止するために、上記余剰電力制御部４５は、各カレントトランス５０，５１の検出値に基づいて家庭内負荷９の消費電力が大きく減少したことを検知すると、スイッチ４６をオン制御することによって余剰電力ヒータ４４によって燃料電池発電電力の余剰電力を消費させ、これにより貯湯装置４３に蓄熱動作を行わせるようになっている。
【００４２】
また、余剰電力制御部４５は、燃料電池パワーコンディショナ４２を介して太陽電池パワーコンディショナ２の制御部と通信接続されており、太陽電池パワーコンディショナ２の制御部は、太陽光発電電力が系統Ｓに逆潮流している状態で系統電圧が上記出力抑制制御開始電圧を超えたことを検知したとき、出力抑制制御を開始する前に、まず、余剰電力制御部４５に対して消費電力増加指令を送信するように構成されている。
【００４３】
このとき、燃料電池発電電力の余剰電力の消費のためにスイッチ４６が既にオン制御されている場合、太陽光発電電力の余剰電力が余剰電力ヒータ４４に潮流せず、該ヒータ４４における太陽光発電電力の消費電力を増加させることができない。したがって、余剰電力制御部４５は、消費電力増加指令を受信したときに既にスイッチ４６がオン制御されているか否かを判定し（判定手段）、スイッチ４６が既にオン制御されているとき（即ち、太陽光発電電力の余剰電力ヒータ４４における消費電力を増加できないとき）は、太陽光発電用パワーコンディショナ２に対して消費電力不可信号を返信するように構成している。そして、太陽光発電用パワーコンディショナ２の制御部は、消費電力不可信号を受信すると、即座に上記出力抑制制御を開始するように構成しておく。
【００４４】
一方、余剰電力制御部４５が消費電力増加指令を受信したとき、スイッチ４６がオフ状態であれば、燃料電池パワーコンディショナ４２が出力する燃料電池発電電力は、家庭内負荷９の消費電力と均衡しているか若しくは当該消費電力よりも小さい状態であるため、余剰電力制御部４５が上記指令に応答してスイッチ４６をオン制御すると、その直前に家庭内負荷９に供給されていた燃料電池発電電力の一部若しくは全部が余剰電力ヒータ４４に供給され、系統Ｓへ逆潮流していた太陽光発電電力の一部若しくは全部が家庭内負荷９及び余剰電力ヒータ４４へ供給されることとなる。総じて、余剰電力ヒータ４４の消費電力増加分の電力が、逆潮流している売電電力から減少して、その減少分の太陽光発電電力が家庭内負荷９及び余剰電力ヒータ４４に供給されることとなる。
【００４５】
かかる第２実施形態の発電システムによれば、太陽光発電用パワーコンディショナ２が出力抑制制御を開始する前に余剰電力ヒータ４４をオフ状態からオン状態にすることによって、太陽光発電電力の系統への逆潮流を解消することができ、慢性的に系統電圧が高い地域に設置されている場合でも太陽光発電電力を０Ｗまで制限する必要を殆ど解消することができ、家庭内負荷分＋余剰電力ヒータ消費電力分は発電を継続させることができるというメリットが得られる。
【００４６】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、貯湯装置は、循環経路にヒーターを配置して循環経路で加熱した湯を貯湯タンクに貯める構成のものであってもよい。また、コージェネレーションシステム４０は、発電出力制御部と余剰電力制御部４５とを一体的に構成しても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１  太陽光発電部
２  パワーコンディショナ
３  貯湯装置
７  第１の制御部（太陽光発電用パワーコンディショナの制御部）
４３  貯湯装置の貯湯タンク
４５  第２の制御部（余剰電力制御部）
【図１】
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【図２】
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