(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力が変動する発電装置から電力を受電して、受電電力を変換器に出力する電源システムであって、
前記発電装置の電力を蓄電し、及び、蓄電した電力を放電する電力貯蔵デバイスと、
前記発電装置と前記変換器とを接続する配線路に設けられた第１スイッチ部と、
前記配線路における前記発電装置と前記第１スイッチ部との間と、前記電力貯蔵デバイスと、の間に設けられた第２スイッチ部と、
前記第１スイッチ部及び第２スイッチ部の接続又は開離動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記発電装置の出力電流が低電流の場合、前記第１スイッチ部を開離すると共に前記第２スイッチ部を接続して、前記発電装置から出力される電力を、前記電力貯蔵デバイスに充電し、且つ
前記充電により、前記電力貯蔵デバイスの電圧が、前記変換器の運転電圧より大きくなった場合、前記第１スイッチ部及び第２スイッチ部を各々接続した状態にして、前記電力貯蔵デバイスに蓄電した電力を前記変換器に出力するように、前記第１スイッチ部及び第２スイッチ部の接続又は開離動作を制御する、ことを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記変換器と、前記電力貯蔵デバイスとの間に配置される蓄電デバイスをさらに備え、
前記蓄電デバイスは、前記電力貯蔵デバイスから放電される電力の電圧より低い電圧で、電力を蓄電する蓄電デバイスを、さらに備える請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記制御部は、電圧センサと、電流センサとによって、前記発電装置の電力を算出し、前記発電装置からの電力を最大にするように、前記第１スイッチ部を制御する、請求項１に記載の電源システム。
【請求項４】
前記制御部は、
前記発電装置の電力変化により前記変換器の定格出力範囲の下限値を下回る場合、前記第１スイッチ部を開離し及び前記第２スイッチ部を接続し、且つ
前記第２スイッチ部の接続により、前記電力貯蔵デバイスの電圧が、前記変換器のＭＰＰＴ制御電圧内になった場合、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部を接続して、前記電力貯蔵デバイスに蓄電した電力を放電する制御を行い、
前記電力貯蔵デバイスは、前記放電時に前記電力貯蔵デバイスからの出力電力が、前記変換器の定格出力範囲になるように構成される、請求項１に記載の電源システム。
【請求項５】
前記電力貯蔵デバイスは、複数の電力貯蔵モジュールから構成され、且つ、前記複数の電力貯蔵モジュールは、並列接続されている、請求項１に記載の電源システム。
【請求項６】
前記変換器は、前記電力貯蔵デバイス放電時、当該電力貯蔵デバイスの電圧降下により、前記変換器の定格出力範囲外にならないように、電流制御するように構成される、請求項１に記載の電源システム。
【請求項７】
前記変換器の定格出力範囲は、当該変換器の最大の電力変換効率に対して８０〜１００％である、請求項４に記載の電源システム。
【請求項８】
前記制御部は、
前記発電装置の電力変化により、前記変換器の定格出力範囲の上限を上回る場合、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部を接続する、請求項４に記載の電源システム。
【請求項９】
前記電力貯蔵デバイスは、リチウムイオンキャパシタ又は電気二重層キャパシタである、請求項１に記載の電源システム。
【請求項１０】
前記電力貯蔵デバイスは、二次電池である、請求項１に記載の電源システム。
【請求項１１】
前記発電装置は、太陽光発電装置又は風力発電装置である請求項１に記載の電源システム。
【請求項１２】
出力が変動する発電装置から電力を受電して、受電電力を変換器に出力する電源システムの制御方法であって、
前記発電装置の電力を蓄電し、及び、蓄電した電力を放電する電力貯蔵デバイスと、前記発電装置と前記変換器とを接続する配線路に設けられた第１スイッチ部と、前記配線路における前記発電装置と前記第１スイッチ部との間と、前記電力貯蔵デバイスと、の間に設けられた第２スイッチ部と、前記第１スイッチ部及び第２スイッチ部の接続又は開離動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記発電装置の出力電流が低電流の場合、前記第１スイッチ部を開離すると共に前記第２スイッチ部を接続して、前記発電装置から出力される電力を、前記電力貯蔵デバイスに充電し、且つ
前記充電により、前記電力貯蔵デバイスの電圧が、前記変換器の運転電圧より大きくなった場合、前記第１スイッチ部及び第２スイッチ部を各々接続した状態にして、前記電力貯蔵デバイスに蓄電した電力を前記変換器に出力するように、前記第１スイッチ部及び第２スイッチ部の接続又は開離動作を制御する、電源システムの制御方法。
【請求項１３】
前記制御部は、電圧センサと、電流センサとによって、前記発電装置の電力を算出し、前記発電装置からの電力を最大にするように、前記第１スイッチ部を制御する、請求項１２に記載の電源システムの制御方法。
【請求項１４】
前記制御部は、
前記発電装置の電力変化により前記変換器の定格出力範囲の下限値を下回る場合、前記第１スイッチ部を開離し及び前記第２スイッチ部を接続し、且つ
前記第２スイッチ部の接続により、前記電力貯蔵デバイスの電圧が、前記変換器のＭＰＰＴ制御電圧内になった場合、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部を接続して、前記電力貯蔵デバイスに蓄電した電力を放電する制御を行い、
前記電力貯蔵デバイスは、前記放電時に前記電力貯蔵デバイスからの出力電力が、前記変換器の定格出力範囲になるように構成される、請求項１２に記載の電源システムの制御方法。
【請求項１５】
前記制御部は、
前記発電装置の電力変化により、前記変換器の定格出力範囲の上限を上回る場合、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部を接続する、請求項１４に記載の電源システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力が変動する電源から電力を受電して、外部に電力を供給する電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題を考慮して太陽光、風力、波力、潮力、潮汐等の自然エネルギーの回収を目的とした電源装置の開発が進められている。しかし、自然エネルギーを利用する発電方式は、エネルギー密度が低い他、その発電による出力が気象条件に影響されて、変動し、常時安定した電力供給を行うことができないという欠点がある。【０００３】
例えば、下記特許文献１には、太陽電池の出力を電力変換する電力変換器を備え、定電圧を出力する主電源装置とともに、直流供給線路を介して負荷機器に直流電力を供給する直流電源装置が開示されている。また、太陽電池の出力電圧および出力電流を通信により間欠的に取得し、電力変換器の出力電流を調節する電流指令値を通信により間欠的に与える。さらに、電源管理部は、太陽電池の最大出力点に対応する電圧を規定の探索範囲内で探索するメインサーチ部と、メインサーチ部で求めた電圧を目標電圧に用い、太陽電池の出力電圧を目標電圧に維持させるように設定した電流指令値を、上記した直流電源装置に与える電圧維持部とを備えるマイクロコンピュータ（「電源管理部」）が開示されている。【０００４】
また、下記特許文献２には、車両側接続電極やキャパシタやＤＣ／ＤＣコンバータなどからなる蓄電装置３００が搭載される無人搬送車が開示されている。地上側の充電装置には、商用電源の電力がスイッチング電源等を介して充電される地上側の電気二重層キャパシタが配置されている。車両側を充電するため、充電済みの地上側の電気二重層キャパシタと車両側の電気二重層キャパシタを接続すると、極めて短時間で車両側の電気二重層キャパシタの充電が完了する。【０００５】
さらに、下記特許文献２には、「キャパシタの具体例として電気二重層キャパシタを用いているが電気二重層キャパシタの代わりに、リチウムイオンキャパシタを使用することもできる。（特許文献２  段落［００７０］）」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２３１４５６号公報
【特許文献２】特開２０１０−００４５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の直流電源システムは、「太陽電池１１の発電量が電力変換器１３が要求する電力を超えるときには、平滑コンデンサ１２に余剰電力を蓄電することにより電力変換器１３の出力電力の増加を抑制し、また、太陽電池１１の発電量では電力変換器１３が要求する電力を充足できないときには、平滑コンデンサ１２に蓄電した電荷を放電することにより、電力変換器１３の出力電力の低下を抑制するのである。平滑コンデンサ１２には、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ＝ELECTRIC DOUBLE LAYER CAPACITOR）を用いる」と記載されるように、余剰電力を蓄電するために、電力変換器前にＥＤＬＣを設けている。このように、特許文献１では、太陽電池が高出力時において、平滑化する態様が記載されている。【０００８】
しかし、太陽光発電や風力発電は、再生可能でクリーンな発電源として期待され導入が進められているが、太陽光発電は、朝夕や曇天雨天など低出力となる時間、風力発電は低風速のために低出力となる時間が存在する。【０００９】
パワーコンディショナーは、発電された電気を商用電源に変換する機器であり、インバータの一種である。パワーコンディショナーは、ソーラーパネルなどから発生する電気は通常「直流」であり、これを日本の一般家庭で用いられている「交流」に変換することで、通常利用可能な電気にする。パワーコンディショナーは、設計された定格近傍で効率が上がるように設計されているので、パワーコンディショナーに接続する太陽光発電や風力発電などの発電装置の定格はパワーコンディショナ―の定格近傍が選ばれる。しかし、これら発電装置が低出力になる場合、スイッチング損失又は半導体のドロップ電圧により発生する順方向損失などにより、効率が低下する。このため、年間を通じて多くの発電機会損失と部分負荷状態による電力変換器の電力変換効率低下による損失が発生してしまう。【００１０】
このように、従来提案されている自然エネルギーから発電された電力を充電する装置は、電力が低下する場合に、効率良く電力を回収及び出力することができなかった。【００１１】
一実施形態に係る電源システムは、出力が変動する電源からの低電流出力を電力貯蔵デバイスによって回収し、定格値で出力させることによって未利用エネルギーの利用と高効率な出力が可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する形態は、以下の項目のようなものである。【００１３】
項目Ａ１．出力が変動する発電装置から電力を受電して、受電電力を外部の電力に変換して出力する電源システムであって、
受動素子としてのキャパシタ素子より高い貯蔵電力量及び／又は低い自己放電率を有し、且つ、二次電池より高い充放電効率及び／又は高い応答性を有するとともに、前記発電装置の電力を蓄電し、及び、蓄電した電力を放電する電力貯蔵デバイスと、
前記電力貯蔵デバイスと、外部とを接続又は開離するスイッチ部と、
前記発電装置から出力される電力を、前記外部電力に変換する変換器と、
前記スイッチ部の接続又は開離動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記発電装置の出力電流が低電流の場合、前記電力貯蔵デバイスと前記外部との接続を開離して、前記発電装置から出力される電力を、前記電力貯蔵デバイスに充電し、且つ
前記充電により、前記電力貯蔵デバイスの電圧が、前記変換器の運転電圧より大きくなった場合、前記電力貯蔵デバイスと前記変換器とを接続して、蓄電した電力を外部出力するように、前記スイッチ部の接続又は開離動作を制御する、ことを特徴とする電源システム。
項目Ａ２．前記変換器と、前記電力貯蔵デバイスとの間に配置される蓄電デバイスをさらに備え、
前記蓄電デバイスは、前記電力貯蔵デバイスから放電される電力の電圧より低い電圧で、電力を蓄電する蓄電デバイスを、さらに備える項目Ａ１に記載の電源システム。
項目Ａ３．前記制御部は、第１電圧センサと、第２電流センサとによって、前記発電装置の電力を算出し、前記発電装置からの電力を最大にするように、前記スイッチを制御する、項目Ａ１〜３の何れか１項に記載の電源システム。
項目Ａ４．前記電力貯蔵デバイスは、リチウムイオンキャパシタ又は電気二重層キャパシタである、項目Ａ１〜３の何れか１項に記載の電源システム。
Ａ５．前記発電装置は、太陽光発電装置又は風力発電装置である項目Ａ１〜４の何れか１項に記載の電源システム。【００１４】
項目Ｂ１．出力が変動する発電装置から電力を受電して、受電電力を外部の電力に変換して出力する電源システムであって、
受動素子としてのキャパシタ素子より高い貯蔵電力量及び／又は低い自己放電率を有するとともに、前記発電装置の電力を蓄電し、及び、蓄電した電力を放電する電力貯蔵デバイスと、
前記電力貯蔵デバイスと、外部とを接続又は開離する第１スイッチ部と、
前記発電装置から出力される電力を、前記外部電力に変換する変換器と、
前記第１スイッチ部の接続又は開離動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記発電装置の出力電流が低電流の場合、前記電力貯蔵デバイスと前記外部との接続を開離して、前記発電装置から出力される電力を、前記電力貯蔵デバイスに充電し、且つ
前記充電により、前記電力貯蔵デバイスの電圧が、前記変換器の運転電圧より大きくなった場合、前記電力貯蔵デバイスと前記変換器とを接続して、蓄電した電力を外部出力するように、前記第１スイッチ部の接続又は開離動作を制御する、ことを特徴とする電源システム。
項目Ｂ２．前記変換器と、前記電力貯蔵デバイスとの間に配置される蓄電デバイスをさらに備え、
前記蓄電デバイスは、前記電力貯蔵デバイスから放電される電力の電圧より低い電圧で、電力を蓄電する蓄電デバイスを、さらに備える項目Ｂ１に記載の電源システム。
項目Ｂ３．前記制御部は、第１電圧センサと、第２電流センサとによって、前記発電装置の電力を算出し、前記発電装置からの電力を最大にするように、前記第１スイッチ部を制御する、項目Ｂ１又は２に記載の電源システム。
項目Ｂ４．前記変換器と前記発電装置とを接続又は開離する第２スイッチ部と、を備え、
前記制御部は、
前記発電装置の電力変化により前記変換器の定格入力範囲の下限値を下回る場合、又は、前記変換器の電力変換効率が大きく低下する場合、前記第１スイッチ部を開離し及び前記第２スイッチ部を接続し、且つ
前記第１スイッチの接続により、前記電力貯蔵デバイスの電圧が、前記変換器のＭＰＰＴ制御電圧範囲内になった場合、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部を接続して、前記電力貯蔵デバイスに蓄電した電力を放電する制御を行い、
前記電力貯蔵デバイスは、前記放電時に前記電力貯蔵デバイスからの出力電力が、前記変換器の定格入力範囲になるように構成される、項目Ｂ１〜３の何れか１項に記載の電源システム。
項目Ｂ５．前記電力貯蔵デバイスは、前記放電時、当該電力貯蔵デバイスの電圧降下により、前記変換器の定格出力範囲外にならないような内部抵抗で構成される、項目Ｂ１〜４の何れか１項に記載の電源システム。
項目Ｂ６．前記電力貯蔵デバイスは、複数の電力貯蔵モジュールから構成され、且つ、前記複数の電力貯蔵モジュールは、並列接続されている、項目Ｂ５に記載の電源システム。
項目Ｂ７．前記変換器は、前記電力貯蔵デバイス放電時、当該電力貯蔵デバイスの電圧降下により、前記変換器の定格入力範囲外にならないように、電流制御するように構成される、項目Ｂ１〜６の何れか１項に記載の電源システム。
項目Ｂ８．前記定格出力範囲は、前記変換器の最大の電力変換効率を１とした場合に対して、前記変換器の電力変換効率が８０〜１００％となる範囲である、項目Ｂ１〜７の何れか１項に記載の電源システム。
項目Ｂ９．前記制御部は、前記放電後、前記電力貯蔵デバイスからの出力電力の電圧が、前記変換器の定格入力範囲の下限値になる前に、前記第１スイッチ部を開離し、前記第２スイッチ部を接続して、放電を停止する、項目Ｂ１〜８の何れか１項に記載の電源システム。
項目Ｂ１０．前記制御部は、
前記発電装置の電力変化により、前記変換器の定格入力範囲の上限を上回る場合、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部を接続する、項目Ｂ４〜９に記載の電源システム。
項目Ｂ１１．前記電力貯蔵デバイスは、二次電池より高い充放電効率及び／又は高い応答性を有する、項目Ｂ１〜１０の何れか１項に記載の電源システム。
項目Ｂ１２．前記電力貯蔵デバイスは、リチウムイオンキャパシタ又は電気二重層キャパシタである、項目Ｂ１〜１０の何れか１項に記載の電源システム。
項目Ｂ１３．前記電力貯蔵デバイスは、二次電池である、項目Ｂ１〜１０の何れか１項に記載の電源システム。
項目Ｂ１４．前記発電装置は、太陽光発電装置又は風力発電装置である項目Ｂ１〜１３の何れか１項に記載の電源システム。【００１５】
一実施形態に係る電源システムは、出力が変動する電源からの低電流出力を電力貯蔵デバイスによって回収し、定格値で出力させることによって未利用エネルギーの利用と高効率な出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る電源システムの一例を示す単線結線図である。
【図２】“ししおどし”を説明する図である。
【図３Ａ】エネルギーを貯蔵する様々なデバイスを示す図である。
【図３Ｂ】日射強度と、発電曲線の関係を示す図である。
【図４】制御部の制御処理を示すフローチャートである。
【図５Ａ】本実施形態に係る電力貯蔵デバイスの充放電カーブの一例を示す図である。
【図５Ｂ】本実施形態に係る電力貯蔵デバイスの放電時の出力の一例を示す図である。
【図５Ｃ】従来の電池の放電時の出力の一例を示す図である。
【図５Ｄ】高負荷時回収モードを説明する図である。
【図６】本実施形態に係る電力貯蔵デバイスの電池構成の一例である。
【図７】本実施形態に係る電源システムの一例を示す単線結線図である。
【図８】風力発電機に適用した電源システムの詳細例を示す電気回路図である。
【図９】風力発電と風速の関係を示す図である。
【図１０】風力発電の発電電力と、電源システムの受電能力の一例を示す図である。
【図１１】日射計から得られた日射強度を示す図である。
【図１２】日射強度に応じた変換効率の測定結果を示す図である。
【図１３】変換器の部分負荷時の変換効率改善試験の結果を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、電源システムの実施形態の詳細を、図面を参照して説明する。出力が変動する発電装置として、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置、潮力発電装置、潮汐発電装置、振動発電装置がある。
【００１８】
１．電源システム
図１は、本実施形態に係る電源システムの一例を示す単線結線図である。図１に示される本電源システム１００は、出力が変動する発電装置５から電力を受電し、及び外部に電力を供給する電源システムであって、電力貯蔵デバイス２０と、スイッチ６０と、制御部８０と、変換器９０とを備える。
【００１９】
電源システム１００はさらに、電力貯蔵デバイス２０の電圧を計測する電圧センサ６２Ａと、電力貯蔵デバイス２０の入出力電流を計測する電流センサ６２Ｂと、発電装置の出力電流を計測する電流センサ６３と、を備える。電流センサ６３は、必須の構成ではなく、発電装置の出力電流を計測する他のユニットがあれば、それに代替される。例えば、図示されるように、発電装置が太陽光発電（以下、「ＰＶ」ともいう）の場合は日射計である。
【００２０】
以下、電源システム１００の各構成要素について説明する。
【００２１】
２．電力貯蔵デバイス
図３Ａは、エネルギーを貯蔵する様々なデバイスを説明する図である。表１には、リチウムイオンキャパシタ、超電導磁気エネルギー貯蔵（ＳＭＥＳ）、電気二重層キャパシタ、又は、二次電池としてのニッケル水素電池、リチウムイオン電池、及び鉛蓄電池等が示される。破線５００の左側は、直流抵抗が小さく、且つ、充放電効率が高いデバイスであり、破線５００の右側は、直流抵抗が大きく、且つ、充放電効率が低いデバイスである。
【００２２】
図示されるように、これらのデバイスは、貯蔵電力量［ＷＨ］と、最大出力［Ｗ］で分類される。また、これらのデバイスは、以下のように、入出力応答性又は充放電効率で分けられる。
【００２３】
Ａ．入出力応答性
周知のように、電力貯蔵デバイスの入出力応答性と電力貯蔵デバイスの定格電気出力との間には正の相関関係がある。言い換えれば、電力貯蔵デバイスの定格電気出力が大きいほど、電力貯蔵デバイスの入出力応答性が高くなり、電力貯蔵デバイスの定格電気出力が小さいほど、電力貯蔵デバイスの入出力応答性が低くなる。
【００２４】
Ｂ．充放電効率
また、周知のように、電力貯蔵デバイスの充放電効率と電力貯蔵デバイスの直流抵抗の間には負の相関関係がある。言い換えれば、電力貯蔵デバイスの直流抵抗が小さければ電力貯蔵デバイスの充放電効率は高くなり、電力貯蔵デバイスの直流抵抗が大きければ電力貯蔵デバイスの充放電効率は低くなる。なお、電気回路で用いられる受動素子としてのキャパシタは、貯蔵電力量が極めて低いので、図示できない。
【００２５】
表１は、第１実施例に係る電力貯蔵デバイスの応答性、充放電効率、自己放電率を示す表である。本電源システムに適用される電力貯蔵デバイスは、出力が変動する複数の電源のうち、１つの電源の出力が低下しても、他の電源がその最大電力点で動作するように、電源の出力が落ちても、貯蔵電力により電力を維持するように構成される。また、電源の電力変化が頻繁であると、充放電効率が低いと、電源により生じた電力をロスしてしまう。そこで、本電源システムに適用される電力貯蔵デバイスは、高い充放電効率を有する。
【００２６】
【表１】
0005997845.tif 000002
【００２７】
なお、第２実施例にかかる電力貯蔵デバイスは、表１より、同じ貯蔵容量なら安価で、且つ、エネルギー貯蔵量が多く、よりコンパクトな二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池（ＬＩＢ）である。ＬｉＢは、例えば、リチウムイオンキャパシタ（ＬｉＣ）と同じ貯蔵容量のとき、満充電時と放電終止時の電圧の変化が小さい。低日射時、低風速時だけなど発電機から出力される電圧範囲がある程度狭い場合には、ＬｉＢの方が制御が、容易である。
【００２８】
一方、第１実施例に係るデバイスより、低い充放電効率及び／又は低い応答性を有する。この欠点は、ＬｉＢを、電源システム１００用に構成すること、及び、図４を用いて後述する制御によって緩和される。
【００２９】
Ｃ．貯蔵電力量及び自己放電率
また、電気回路で用いられる受動素子としてのコンデンサ（「キャパシタ素子」とも言う）のように、貯蔵電力量が小さく且つ自己放電率［％／月］が高いと、放電により、速やかに電圧が低下するので、他の電力貯蔵デバイスが、長時間最大電力点で動作することはできない。そのため、本電源システムに適用される電力貯蔵デバイスは、貯蔵電力により電圧を維持し、実質的に自己放電が無いような、低い自己放電率が要求される。
【００３０】
上記のように、「リチウムイオンキャパシタ」及び「電気二重層キャパシタ」は、受動素子としてのキャパシタ素子より高い貯蔵電力量及び／又は低い自己放電率を有し、且つ、二次電池より高い充放電効率及び／又は高い応答性を有する。
【００３１】
本電源システムに適用される電力貯蔵デバイスは、高い入出力応答性、高い充放電効率、貯蔵電力により電圧を維持する貯蔵電力量、及び低い自己放電率が求められるので、図３Ａに示す「リチウムイオンキャパシタ」、「ＳＭＥＳ」に相当する。
【００３２】
ただし、本電源システムにおける発電装置が低い電力で発電する状態が予想されるような環境では、電気二重層キャパシタの自己放電程度であれば適用できる。たとえば、発電装置が低い電力で発電する状態が予想されるような環境とは、太陽光発電や風力発電の発電において朝夕や曇天雨天、風速の出現頻度が既知の場合である。
【００３３】
３．スイッチ部
スイッチ６０（「第１スイッチ」、「ＰＣＳスイッチ」ともいう）は、制御部８０の指示に従い、電力貯蔵デバイス２０と、外部とを接続又は開離する。スイッチ６１（「第２スイッチ」、「ＬＩスイッチ」ともいう）は、制御部８０の指示に従い、発電装置５からの出力電力に対して変化する変換器９０の電力変換効率に応じて電力貯蔵デバイス２０と変換器９０とを接続又は開離する。
【００３４】
４．変換器
変換器９０は、直流から交流への変換器、及び／又は、電圧を変換する電力変換器であり、外部出力される電流を制御する。変換器９０は、例えば、ＰＣＳ（ＰＯＷＥＲ  ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ）である。変換器９０は、例えば、電流制御用のスイッチング素子、昇圧回路、降圧回路、回路制御部を備える。電流制御用スイッチング素子は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＥＴＡＬ―ＯＸＩＤＥ―ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＦＩＥＬＤ―ＥＦＦＥＣＴ  ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ）等から構成され、回路制御部が、制御部８０から供給される制御信号に従ってＰＷＭ（ＰＵＬＳＥ  ＷＩＤＴＨ  ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ）制御して、出力電流量を制御する。昇圧回路は、電力貯蔵デバイス２０が、外部電圧より低い場合、昇圧し、降圧回路は、電力貯蔵デバイス２０が外部電圧より高い場合、降圧する。
【００３５】
変換器９０は、入力定格電圧の幅を有し、この電圧幅の電圧を印加しないと出力されないという特徴を有し、この特徴により、入力定格電圧以外の入力電圧の時に出力されず、機会損失が生じる。ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子は制御回路（ＯＮ／ＯＦＦのための電源回路）の損失もあり、これが主回路の電流・電圧に比べてある程度一定であるため主回路が低出力の時に損失の割合が増えることになる。このように、変換器９０は、その定格電力に対して低い入出力電力の時に電力変換時の損失が大きくなる。
【００３６】
例えば、ＰＶ用のＰＣＳなどにおいては、出力電力に対する変換効率曲線がデータシートなどによって公開されているが、ＰＶの根源入力である太陽光の日射強度に対する変換効率曲線は、ＰＣＳに接続する太陽光パネルの構成や諸元などに応じて変化するため、知られた特性ではない。
【００３７】
本実施形態では、上記のような変換器損失を低減するため、変換器９０の動作電力が定格電力付近となるように、制御部がスイッチを制御する。
【００３８】
５．制御部
制御部８０は、発電装置５の出力電流が低電流の場合（例えば、電流センサ６３で低電流が検出されたとき）、スイッチ６０を制御して、電力貯蔵デバイス２０と外部との接続を開離して、発電装置５から出力される電力を、電力貯蔵デバイス２０に充電する。制御部８０はさらに、充電により、電力貯蔵デバイス２０の電圧が、変換器９０の運転電圧より大きくなった場合（図４で後述する「低負荷時電力回収モード」）、電力貯蔵デバイス２０と変換器９０とを接続して、蓄電した電力を外部出力するように、スイッチ６０の接続又は開離動作を制御する。
【００３９】
図２は、ししおどしを説明する図である。出願人は、上記のような制御動作を、「ししおどし」制御と命名している。
なお、「ししおどし」は、１００１に示すように、中央付近に支点を設けて支えられ、上向きに一端を開放した竹筒に水を注ぎこみ、１００２に示すように、水が満杯になるとその重みで、竹筒が傾き、水がこぼれて内部が空になり、そして竹筒が元の傾きに戻る際に支持台（石など）を叩き、音響を生ずる。この例では、竹筒が電力貯蔵デバイス２０であり、水を電気とすると、上記制御は、ししおどしの動作に似ているためである。  
【００４０】
また、上記の制御において、スイッチ６０、６１の動作は、電力貯蔵デバイス２０と発電装置５とを接続し同時に外部と開離する場合、スイッチ６０がオフ、スイッチ６１がオンになり、電力貯蔵デバイス２０と外部とを接続する場合、スイッチ６０、６１がオンになる。よって、スイッチ６１は、発電装置５から電力貯蔵デバイス２０を充電又は電力貯蔵デバイス２０から変換器９０への放電による電力貯蔵デバイス２０の動作電圧を所定の幅に保つために、発電装置５及び変換器９０と接続又は開離する。
【００４１】
また、制御部８０は、電流センサ６２Ｂ、６３、電圧センサ６２Ａ、日射計等のアナログ入力を有し、スイッチ６０、６１へのアナログ出力を有する。
【００４２】
さらに、制御部８０は、発電装置５の発電量が最大になるように、電力貯蔵デバイスの充放電を行い、発電装置の電流及び電圧を制御する。
【００４３】
制御部８０は、データや制御プログラムを格納する記憶部、数値演算処理を行う処理部を有する。記憶部には、上述したスイッチの制御を行ったり、後述するＭＰＰＴ（ＭＡＸＩＭＵＭ  ＰＯＷＥＲ  ＰＯＩＮＴ  ＴＲＡＣＫＩＮＧ）処理を行う制御プログラムや、後述するテーブル参照法で用いる発電データが格納される。制御部８０は、例えば、パソコン又はマイコン又はシーケンサ及びＡ／Ｄボードである。
【００４４】
制御部８０は、制御プログラムを実行して、各種センサ６２Ａ、６２Ｂ、６３から受信した電流または電圧を示す電気信号をもとに、スイッチ６０、６１に制御信号を出力して、電力貯蔵デバイス２０の電力貯蔵量を制御し、さらに、発電装置からの電力が最大になるように、ＭＰＰＴ処理を実現する。
【００４５】
ＭＰＰＴ処理に関して、制御部８０は、発電装置５の電力と電力貯蔵デバイス２０の電力とをそれぞれ分けて算出する。例えば、太陽光発電が１０Ａ出力時に、外部へ５Ａ供給、電力貯蔵デバイスへ５Ａ充電していて、電圧を下げた方が、ＭＰＰＴ効率が上がると判断した場合、制御部８０は、電力貯蔵デバイスから放電して電力貯蔵デバイスの電圧を下げなければならないので、スイッチ６０によって電力貯蔵デバイス２０への充電電流を超える電流（放電させるために５Ａ以上の電流）を外部側へ出力しなくてはならない。そのため、電流センサは、電力貯蔵デバイス側のセンサ６２Ｂと、発電装置側のセンサ６３が必要になる。
【００４６】
Ａ．ＭＰＰＴ処理
ＭＰＰＴ処理について説明する。電力は電流と電圧の積で求められ、電圧と電流を適切なバランスで制御することによって取り出せる電力の値を最大化することができる。そのため、制御部８０は、発電装置が、最大電力点で動作できるように、電圧と電流を変えるＭＰＰＴ制御（最大電力点追従制御）を行う。
【００４７】
制御部８０は、ＭＰＰＴ制御として、「山登り法」及び／又は「テーブル参照法」を行う。
【００４８】
山登り制御方式は、実際に発電装置から出力される電圧又は電流を検出し電流を小刻みに変動させ、制御前と制御後の電力を比較し、動作点を最大電力点まで追従させる方式である。
【００４９】
図３Ｂを用いて、太陽光発電制御における山登り法を説明する。図３Ｂは、日射強度と、発電曲線の関係を示す図である。図３Ｂの中で、山なりになっているものが電力の曲線でこの頂上を目指して出力電流の値を変えることで、電圧点が動き、結果山を登っているように見えるので「山登り法」という名前がついている。日射強度や気温がまず決まり、その条件の中で電流を変更することで電圧も決まる。例えば、パネル温度２５℃、６００Ｗ／Ｍ２の日射強度があるとき、電流を流せない場合（負荷や、二次電池がない場合）、電圧は開放電圧約２８Ｖ、電流は０Ａになる。ここで、負荷を接続して電流を４Ａ流せるようになると電圧は２６Ｖか１７Ｖになる。次に５Ａにすると電圧は２２Ｖ程度になり、最大電力点になる。このように太陽電池から出力される電流を変化させて最大電力点を常に探して制御することができる。
【００５０】
風力発電では、風力発電の電気出力は風力発電の発電機にとって機械的な負荷になる。つまり、電流を無限大にとれるような設計をする（風力発電機の出力端を短絡する、負荷へ超大電流を流せる状態にする）と、風によって発電機を回すために必要な回転力も無限大になる。つまり、風車は回らなくなり、電気出力は０Ｗになる。要するに、強い風があっても取り出す電流（電力）次第では回転数は０（出力端短絡）にも非常によく回るようにもなる（出力端開放）。
【００５１】
ここで、太陽光発電と同様に、風力発電機から取り出す電流を少しずつ上げたり下げたりするとそれに応じて、風力発電機の発電電圧が下がったり上がったりする。この時、電流と電圧を計測しておいて最大の電力となるような電流を探せば山登り法となる。
【００５２】
テーブル参照法はあらかじめ太陽光発電や風力発電の各種状況における発電データを集めておいて、テーブル化しそれをＭＰＰＴ制御器にインプットしておきそれを参照する制御法である。テーブル参照法は、データが細かく取ってあれば、楽にＭＰＰＴ制御できる利点があるが、あらかじめ取っておくデータが膨大になる点が欠点となる。太陽光発電の場合、設置角度による日射光の種類の違い、気温、日射強度、直並列数などパラメータが多すぎてテーブル参照法は利用が難しい。風力発電は、風速と電力の関係をあらわすデータがあれば比較的よく最大電力点を推定できるので、テーブル参照法が用いられることもある。
【００５３】
風力発電の場合、風速計を設置し、その風速からテーブルを参照して最大電力となる電流を決定する。その結果、風力発電の電気出力と風による機械入力が釣り合って最大電力を出力する。
【００５４】
Ｂ．制御処理
図１１の日射計からの日射強度を測定し、これが３５０Ｗ／Ｍ２以上ある場合は変換器９０（ＰＣＳ）が十分な変換効率を発揮するとしてスイッチ６１をＯＦＦ、スイッチ６０をＯＮにして発電装置５（ＰＶ）からの発電電力をすべて変換器９０（ＰＣＳ）で変換して出力する。日射強度が３５０Ｗ／Ｍ２以下になった際には、スイッチ６１をＯＮ、スイッチ６０をＯＦＦにして発電装置５（ＰＶ）からの出力電力をすべて電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）で蓄電する。電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）が蓄電し電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）電圧が十分高くなった後、スイッチ６１をＯＮのまま、スイッチ６０をＯＮにして発電装置５（ＰＶ）、電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）の双方から変換器９０（ＰＣＳ）に電力を供給できる状態にして変換器９０（ＰＣＳ）から出力する。この際、変換器９０（ＰＣＳ）は電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）から十分な入力電力を受け取ることができるので、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を行い変換器９０（ＰＣＳ）の定格電力値で出力が可能となり高効率な電力変換を期待できる。
【００５５】
図４は、上記の説明をより詳細に示す、制御部の制御処理を示すフローチャートであり、Ｓ１０１〜Ｓ１２２で構成され、全ステップは、制御部９０の制御処理によってなされる。
【００５６】
まず、発電装置５が、変換器９０の定格容量内の電力を出力状態で、制御を開始する。その場合、ＰＣＳスイッチは“ＯＮ”であり、ＬＩスイッチは“ＯＦＦ”である（Ｓ１０１）。次に、制御部８０は、ＰＣＳが定格容量範囲内か否か判断する（Ｓ１０２）。これは、電流計及び電圧計により判断できる。ＰＣＳが定格容量範囲内である場合、Ｓ１０１に戻る。ＰＣＳが定格容量範囲外である場合、Ｓ１０３に進む。
【００５７】
制御部８０は、ＰＣＳが定格容量以下か以上かを判断する（Ｓ１０３）。制御部８０は、ＰＣＳが定格容量以下の場合、低負荷時の電力回収モード（Ｓ１１１）に進み、制御部８０は、ＰＣＳが定格容量以上の場合、高負荷時の電力回収モード（Ｓ１２１）に進む。
【００５８】
Ｂ１．低負荷時電力回収モード
発電装置５の低出力時は、制御部８０は、ＰＣＳスイッチを“ＯＦＦ”に、ＬＩスイッチを“ＯＮ”にする（Ｓ１１１）。これにより、発電装置５の低い発電電力は、ＰＣＳではなく、電力貯蔵デバイスに蓄電される。
【００５９】
図５Ａは、本実施形態に係る電力貯蔵デバイスの充放電カーブの一例を示す図である。図示されるカーブは、リチウムイオン電池のものであり、ＬＩＣの場合、ＳＯＣは電圧の二乗に比例した形になる。
【００６０】
図５Ｂは、本実施形態に係る電力貯蔵デバイスの放電時の出力の一例を示す図である。図５Cは、従来の電池の放電時の出力の一例を示す図である。従来の電池とは、発電システム用に構成されていない電池である。本実施形態に係る電力貯蔵デバイスは、放電時に電力貯蔵デバイスからの出力電力が、従来の電池と比して、迅速に変換器の定格出力範囲になるように構成される。そのため、変換器が高い変換効率を示す範囲で動作が可能になるため、図５Cに示す低出力により生じる変換器電力ロスを、図５Ｂでは、抑えることができる。
【００６１】
なお、第１実施形態に係る電力貯蔵デバイスは、二次電池より高い充放電効率及び／又は応答性を有するため、図５Ｂのような効果を奏する。一方、第２実施形態に係る電力貯蔵デバイスは、図５Ａに示すように、放電カーブを変換器動作電圧内にするように電池設計される。
【００６２】
図６は、第２実施形態に係る電力貯蔵デバイスの構成例を示す図である。電力貯蔵デバイス２０は複数の電力貯蔵モジュール２０―１、２０―２、２０―３から構成され、並列化される。各電力貯蔵モジュールは、図５Ａに示す充放電特性を有するように電池設計されているが、各々が互いに並列接続されているため、電力貯蔵デバイス２０全体としての内部抵抗を小さくすることができる。
【００６３】
なお、このような電池設計に加えて、又は、単独で、ＰＣＳにおける電流制御を、電圧降下が生じて、出力が落ちない電流値としてもよい。
【００６４】
再び、図４に戻ると、制御部は、電力貯蔵デバイス２０の電圧が過充電電圧より高いか否かを判断する（Ｓ１１２）。低い場合、再度Ｓ１１１に戻る。
【００６５】
電力貯蔵デバイス２０の電圧が過充電電圧より高くなると（Ｓ１１２）、ＰＣＳスイッチを“ＯＮ”、ＬＩスイッチも“ＯＮ”して、電力貯蔵デバイス２０に蓄電した電力を放電する（Ｓ１１３）。
【００６６】
さらに、制御部は、電力貯蔵デバイス２０の電圧を監視し、その電圧が過放電電圧より高いか低いか判断する（Ｓ１１４）。放電により、電圧が下がり、電力貯蔵デバイス電圧２０が過放電電圧より低くなると、Ｓ１０１に戻り、ＰＣＳスイッチを“ＯＮ”にし、ＬＩスイッチを“ＯＦＦ”にして、「ししおどし」制御の一連の処理を終了し、再度処理を開始する。
【００６７】
なお、「ししおどし」制御の特徴は、ＬＩスイッチのＯＮ／ＯＦＦにより電力貯蔵デバイスを常に充電したり放電したりする状態を回避できる点にある。電力貯蔵デバイス２０は、常に充電したり放電したりしていると、充放電損失が大きく問題になる。この点、「ししおどし」制御にすることで、二次電池の充放電効率が低い問題を緩和することができる。
【００６８】
Ｂ２．高負荷時電力回収モード
制御部８０は、発電装置５の発電電力が高く、ＰＣＳの定格容量以上の場合、高負荷時の電力回収モード（Ｓ１２１）に進み、ＰＣＳスイッチを“ＯＮ”に維持し、ＬＩスイッチを“ＯＮ”にする（Ｓ１２１）。
【００６９】
図５Ｄは、高負荷が生じる状態を示す図である。発電装置５の最大電力と、変換器９０の最大電力が同じに設計されていない場合が多い。これは、発電装置５の設計マージンが、発電機９０の定格値より大きく取られていること等が原因となる。しかし、これにより、例えば太陽光発電などは、夏場の日射量が多い時に、変換器９０の最大電力を超える場合がある。この時、発電装置５の発電電力の一部が損失する。図５Ｄに示す、高負荷時動作モードを超える電力が損失に相当する。このような問題を回避するために、電源システム１００は、低負荷時動作モードに加えて、高負荷時発電モードを実行する。
【００７０】
ステップ１２１に続き、電力貯蔵デバイス電圧が過充電電圧より高いか否かを判断し（Ｓ１２２）は高い場合、スイッチの状態を維持する（Ｓ１２１）。なお、電力貯蔵デバイス２０の蓄電量は、高負荷時の電力を十分回収できる蓄電量を有することが好ましい。このような電力貯蔵デバイス２０としては、ＬｉＣより、ＬｉＢの方が好ましく、そのため、高負荷時電力回収モードでは、二次電池の採用が好ましい。
【００７１】
電力貯蔵デバイス電圧が過充電電圧より低くなると、ステップＳ１０１に戻り、当該モードを終了する。
【００７２】
図７は、電源システム１００はさらに、蓄電デバイス４０を有する電源システムの一例を示す単線結線図である。この場合、電源システム１００は、変換器９０の前段にさらに接続又は開離するスイッチ６２を有する。
【００７３】
Ｃ．外部負荷制御
電源システム１００が、蓄電デバイス４０を有している場合の負荷制御について説明する。太陽光発電などの発電電力が、負荷の消費電力より大きい場合、変換器９０及びスイッチ６２は常に負荷に電力を供給し続け、余った電力によって電力貯蔵デバイス２０を充電するか、スイッチ６０を接続することによって蓄電デバイス４０に充電する。このとき、電力貯蔵デバイス２０の電圧が上昇すると、発電装置５の最大電力点から逸脱してしまいＭＰＰＴ効率が低くなる。他方で、変換器９０及びスイッチ６２を用いて外部に電力を供給すると、変換器９０の効率及び蓄電デバイス４０の充放電効率の分だけ電気エネルギーを損失する。また、低電流を輸送するために、変換器９０を動作させるとその変換効率自体が大きく低下する。
【００７４】
そこで、変換効率の低下による損失分（風や日射があるにもかかわらず発電できないという機会損失）と、変換器９０による外部への出力の損失分（輸送電流によって変換効率が変動することまで考慮した変換器効率と蓄電デバイス充放電効率）を演算及び比較して、制御部８０は、損失が少ない方を選択する。
【００７５】
太陽光発電などの発電電力より、負荷の消費電力が高い場合は、風力や太陽光発電などの出力があるとき、変換器９０及びスイッチ６２は、常に太陽光発電などの出力に等しい電力を負荷に電力を供給し続け、足りない電力は変換器９０及びスイッチ６２を通じて電力貯蔵デバイスから追加で放電する。電力貯蔵デバイスの電圧低下によるＭＰＰＴ効率の低下と変換器９０及びスイッチ６２での変換損失（上記と違って、蓄電デバイスの充放電効率が含まれない。蓄電デバイスが放電している状態であるので、スイッチ６０で運ばれてきた電力は二次電池に充電されない)を演算及び比較してより損失が少ない方を、制御部８０は選択する。
【００７６】
６．蓄電池
蓄電デバイス４０は、例えば、表１に示したリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池である。蓄電デバイス４０は、電力貯蔵デバイスが放電した電力を蓄える。蓄電デバイス４０は、外部の電力需要に応じて、充放電動作する。
【００７７】
７．風力発電機から受電する電源システム
図８は、風力発電機から受電する電源システムの構成例を示す図である。風力発電機は、交流電源であるので、図８に示す電源システム１００は、変圧器及び整流器７を介して、風力発電機としての交流電源の発電装置５と接続する。図８に示す変圧器及び整流器７は、４タップ切替トランス７Ａ、タップ切替用電磁開閉器７Ｂ、整流器７Ｃを有する。４タップ切替トランス７Ａは、発電装置５の出力電圧が電力貯蔵デバイス２０の上限及び下限電圧の範囲内になるように電圧変換を行うものである。タップ切替用電磁開閉器７Ｂは、発電装置５の出力電圧に応じて電力貯蔵デバイス２０へ印加する電圧の切替を行うものである。整流器７Ｃは、交流出力の発電装置５からの交流電力を直流電力へと電力変換するものである。
【００７８】
図８に示すように、電力貯蔵デバイス２０は、風力発電機の電圧に対応して、直列で接続してもよい。
【００７９】
図９は、風力発電と風速の関係を示す図である。陸地では、一般に風速２〜４Ｍの風が多い。これらの低風速の風から発電できる風力発電機は、近年多々開発されているが、風力発電機に接続される電力変換器の電力変換効率が著しく低下してしまうため、風力発電機からの発電電力を利用することができない。そのため、出現する頻度が高く年間を通じた発電量のうち、多くの割合を占める０〜４Ｍの風から発電した電力を利用することができなかった。
【００８０】
図１０は、風力発電の発電電力と、電源システムの受電能力の一例を示す図である。電力貯蔵デバイスには、リチウムイオンキャパシタを用いている。図９に示すように、電源システム１００は、低風速でも蓄電可能であるため、図９に示す年間総発電量に対して多くの割合を占めることが期待できる０〜４Ｍの風速の発電電力も蓄電できる。
【実施例】
【００８１】
図１の構成により、電源システム１００の変換器レスによる低電流での高効率エネルギー回収機能により、ＰＣＳの変換効率が低下する日射強度３５０Ｗ／Ｍ２以下での低電流での発電状態の電力回収を図る試験を行った。試験装置は発電装置５としてＰＶ、変換器９０としてＰＣＳ、電力貯蔵デバイス２０として部分負荷時の低出力電力回収用のリチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）、日射計、計測制御用ＰＣからなる。ＬＩＣはＪＭエナジー（登録商標）製ＵＬＴＩＭＯ  ２２００  Ｆ  セルを４０直列化したものを用いた。【００８２】
図１１は、日射計から得られた日射強度を示す図である。図１１の日射計からの日射強度を測定し、これが３５０Ｗ／Ｍ２以上ある場合は変換器９０（ＰＣＳ）が十分な変換効率を発揮するとしてスイッチ６１をＯＦＦ、スイッチ６０をＯＮにして発電装置５（ＰＶ）からの発電電力をすべて変換器９０（ＰＣＳ）で変換して出力する。日射強度が３５０Ｗ／Ｍ２以下になった際には、スイッチ６１をＯＮ、スイッチ６０をＯＦＦにして発電装置５（ＰＶ）からの出力電力をすべて電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）で蓄電する。電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）が蓄電し電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）電圧が十分高くなった後、スイッチ６１をＯＮのまま、スイッチ６０をＯＮにして発電装置５（ＰＶ）、電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）の双方から変換器９０（ＰＣＳ）に電力を供給できる状態にして変換器９０（ＰＣＳ）から出力する。この際、変換器９０（ＰＣＳ）は電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）から十分な入力電力を受け取ることができるので、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を行い変換器９０（ＰＣＳ）の定格電力値で出力が可能となり高効率な電力変換を期待できる。【００８３】
ＰＣＳの変換効率
ＳＨＡＲＰ（登録商標）製ＰＶパネル「ＮＵ−１８０」を８直列１並列の構成で、ＳＭＡ製ＳＵＮＮＹ  ＢＯＹ  ３５００ＴＬ  ＪＰの日射強度−変換効率（＝ＡＣ出力電力／ＤＣ入力電力）曲線を測定した。【００８４】
図１２は、日射強度に応じた変換効率の測定結果を示す図である。図１２に示すように、日射強度が６００〜９００Ｗ／Ｍ２のとき８５〜９０％程度の変換効率となるが、約３５０Ｗ／Ｍ２以下（変換効率８０％程度）の部分負荷時において急激に変換効率が低下することが分かる。これより、ＰＣＳの定格出力範囲を、前記変換器の最大の電力変換効率を１とした場合に対して、前記変換器の電力変換効率が８０〜１００％となる範囲とし、８０％未満となると、ＰＣＳ定格容量以下と判断して、低負荷時モードに移行することが好ましいことがわかる。【００８５】
試験結果
図１３は、変換器の部分負荷時の変換効率改善試験の結果を示す図である。図１３より、夕方に近づき日射強度が低下し、それに合わせて変換器９０（ＰＣＳ）の変換効率が低下していることが分かる。１５：２０前ごろに日射強度が３５０Ｗ／Ｍ２を下回り、図１で示したスイッチ６０がＯＦＦ、スイッチ６１がＯＮになり、変換器９０（ＰＣＳ）の入力・出力が停止し、代わりに発電装置５（ＰＶ）出力を電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）が蓄電している様子が分かる。この時、発電装置５（ＰＶ）は発電を停止することなくそれまでの出力と遜色ない出力を継続していることが分かる。これは電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）の９９．４％という高い充放電効率によるものである。この状態のまま、１５：２５までにかけて電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）電圧が上昇し電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）が十分に蓄電した後にスイッチ６０をＯＮにして発電装置５ＰＶ）と電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）を変換器９０（ＰＣＳ）に接続してから、変換器９０（ＰＣＳ）の出力動作開始を待って変換器９０（ＰＣＳ）が約９２％以上の高い変換効率で出力していることが分かる。この時、変換器９０（ＰＣＳ）にとって電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）は最大限に電流を引き出せる電源として機能する。このため、電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）に蓄えられた電気エネルギーが変換器９０（ＰＣＳ）のＭＰＰＴ動作によって大出力化されて出力されることで変換器９０（ＰＣＳ）の定格に近い効率で出力が可能となった。また、このとき発電装置５（ＰＶ）は出力を継続しており、発電装置５（ＰＶ）の発電能力と機会を余すところなく利用できていることが分かる。【００８６】
その後、低電流発電状態の発電装置５（ＰＶ）から電力貯蔵デバイス２０（ＬＩＣ）を充電、変換器９０（ＰＣＳ）で一気に高効率出力するという、いわば”ししおどし”的な動作を日没まで繰り返し、変換器９０（ＰＣＳ）が出力動作を継続できなくなる１００〜２００Ｗ／Ｍ２程度以下の低日射強度環境下でも電力回収と高効率出力が可能であることが分かった。【００８７】
これまでの電力変換器では利用が難しかった太陽光発電の低電流出力をキャパシタによって回収し、電力変換器の定格値で出力させることによって未利用エネルギーの利用と高効率な出力が可能になるバッテリ−キャパシタハイブリッド蓄電システムの機能を応用した、太陽電池パネルと太陽光発電用パワーコンディショナサブシステムの出力アシスト試験装置を作製した。【００８８】
キャパシタを用いた低出力電力回収と大出力化による電力変換器の部分負荷時の変換効率改善試験の結果、パワーコンディショナサブシステムの変換効率が８０％以下に低下する３５０Ｗ／Ｍ２以下の低日射強度での太陽電池パネルの発電をリチウムイオンキャパシタによって９９．４％という高効率で回収・蓄電し、パワーコンディショナサブシステムの定格出力で出力させることで約９２％以上という高い変換効率で出力を可能にすることを実験的に確認した。【００８９】
以上説明した実施形態は典型例として挙げたに過ぎず、その各実施形態の構成要素の組合せ、変形及びバリエーションは当業者にとって明らかであり、当業者であれば本発明の原理及び請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく上述の実施形態の種々の変形を行えることは明らかである。
【符号の説明】
【００９０】
５  発電装置
２０  電力貯蔵デバイス
４０  蓄電デバイス
６０〜６２  スイッチ部
８０  制御部
９０  変換器
１００  電源システム
【図１】
0005997845.tif 000003
【図２】
0005997845.tif 000004
【図３Ａ】
0005997845.tif 000005
【図３Ｂ】
0005997845.tif 000006
【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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