(57)【要約】【課題】複数の太陽光発電モジュールにおける発電電力を効率的に活用することが可能な発電システムを提供する。【解決手段】この発電システム（太陽光発電システム１）は、複数の太陽光発電モジュール２１と、複数の太陽光発電モジュール２１同士の接続状態を切り替える切替回路部２２とを含む発電電力出力部２を備えている。切替回路部２２は、複数の太陽光発電モジュール２１の少なくとも一部が互いに直列接続されているときに、発電電力出力部２がインバータ４に接続される直列接続状態と、複数の太陽光発電モジュール２１の少なくとも一部が互いに並列接続されているときに、発電電力出力部２が蓄電部３に接続される並列接続状態と、を切替可能に構成されている。【選択図】図１
2011120449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然エネルギーを用いて発電する複数の発電モジュールと、前記複数の発電モジュールの接続状態を切り替える切替部と、を含んで構成される第１発電電力出力部と、
前記発電モジュールにおける発電電力が供給される電力変換器および蓄電部とを備え、
前記切替部は、前記複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに直列接続または並列接続されるように接続状態を切り替え、
前記複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに直列接続されているときに、前記第１発電電力出力部が前記電力変換器に接続される第１接続状態と、
前記複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに並列接続されているときに、または、前記複数の発電モジュールに含まれる１つの発電モジュールのみから前記蓄電部に発電電力を供給するときに、前記第１発電電力出力部が前記蓄電部に接続される第２接続状態と、
を切替可能に構成されている、発電システム。
【請求項２】
複数の前記第１発電電力出力部と、
前記切替部による接続状態の切替を制御する制御部とをさらに備え、
前記複数の第１発電電力出力部は、前記複数の発電モジュールの接続状態を前記第１発電電力出力部ごとに切替可能に構成されており、
前記複数の発電モジュールの接続状態は、前記制御部により制御されていることを特徴とする、請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
互いに直列接続された前記複数の発電モジュールを含んで構成される第２発電電力出力部をさらに備え、
前記第２発電電力出力部は、前記電力変換器に接続され、
前記第１発電電力出力部が前記電力変換器に接続される第１接続状態をとる場合には、前記第１発電電力出力部と前記第２発電電力出力部とは互いに並列接続されることを特徴とする、請求項１または２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記切替部は、前記複数の発電モジュールの接続状態を切り替える第１スイッチ回路と、前記第１発電電力出力部の接続先である前記電力変換器と前記蓄電部とを切り替える第２スイッチ回路と、を含んで構成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項５】
前記切替部は、前記第１接続状態において前記複数の発電モジュールの全てを互いに直列接続し、前記第２接続状態において前記複数の発電モジュールのうちの一部を互いに並列接続するとともに、前記並列接続された発電モジュールを前記蓄電部に接続するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項６】
前記並列接続された発電モジュールが前記蓄電部に接続される場合に、前記並列接続された発電モジュールは、電圧変換器を介さずに、前記蓄電部に接続されるように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項７】
通常運転時には、前記第１接続状態を取ることにより前記発電モジュールにより発電された電力が前記電力変換器に供給され、
非通常運転時には、前記第２接続状態を取ることにより前記発電モジュールにより発電された電力が前記蓄電部に供給されるように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項８】
前記蓄電部には、負荷が接続されており、
前記第１接続状態では、前記蓄電部に蓄電された電力が前記負荷に供給され、
前記第２接続状態では、前記並列接続された発電モジュールにより発電された電力と、前記蓄電部に蓄電された電力とが、前記負荷に供給されるように構成されている、請求項７に記載の発電システム。
【請求項９】
前記発電モジュールは、太陽光を用いて発電する太陽光発電モジュールであり、
前記電力変換器は、インバータであり、
前記太陽光発電モジュールは、前記インバータを介して電力系統に接続されており、
前記蓄電部には、負荷が接続されており、
前記蓄電部に蓄電された電力により前記負荷に供給する電力を賄えない恐れがあると判断するときには、前記第２接続状態に切り替えられて、前記並列接続された前記太陽光発電モジュールにより発電された電力と前記蓄電部に蓄電された電力とが前記負荷に供給され、
前記蓄電部に蓄電された電力により前記負荷に供給する電力を賄えるときには、前記第１接続状態に切り替えられて、前記蓄電部に蓄電された電力が前記負荷に供給されながら、前記太陽光発電モジュールにより発電された電力が前記インバータを介して前記電力系統に逆潮流可能なように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項１０】
自然エネルギーを用いて発電する複数の発電モジュールと、前記複数の発電モジュールの接続状態を切り替える切替部と、を含んで構成される発電電力出力部と、前記発電モジュールにおける発電電力が供給される電力変換器および蓄電部とを備えた発電システムに用いられる制御装置であって、
前記切替部は、前記複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに直列接続または並列接続されるように接続状態を切り替え、
前記複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに直列接続されているときに、前記発電電力出力部が前記電力変換器に接続される第１接続状態と、
前記複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに並列接続されているときに、または、前記複数の発電モジュールに含まれる１つの発電モジュールのみから前記蓄電部に発電電力を供給するときに、前記発電電力出力部が前記蓄電部に接続される第２接続状態と、を切り替える、制御装置。
【請求項１１】
自然エネルギーを用いて発電する複数の発電モジュールを含んで構成される発電電力出力部と、前記発電モジュールにおける発電電力が供給される電力変換器および蓄電部とを備えた発電システムに用いられ、前記複数の発電モジュールの接続状態を切替可能な切替回路であって、
前記複数の発電モジュールの少なくとも一部は互いに直列接続または並列接続されるように接続状態が切り替えられ、
前記複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに直列接続されているときに、前記発電電力出力部が前記電力変換器に接続される第１接続状態と、
前記複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに並列接続されているときに、または、前記複数の発電モジュールに含まれる１つの発電モジュールのみから前記蓄電部に発電電力を供給するときに、前記発電電力出力部が前記蓄電部に接続される第２接続状態と、を切り替えるための切替回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システム、制御装置および切替回路に関し、特に、自然エネルギーを用いて発電する複数の発電モジュールと、蓄電部とを備えた発電システム、発電システムに用いられる制御装置および切替回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自然エネルギーである太陽光エネルギーを用いて発電する太陽光発電モジュールと、太陽光発電モジュールにより発電した電力を蓄電可能な蓄電部とを備えた発電システムが知られている。このような発電システムにおいては、太陽光発電モジュールにおいて発電された電力を効率的に使用することが求められている。
【０００３】
ここで、従来、太陽光発電モジュールにおいて発電された電力の蓄電池への充電効率を高める構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１の発電システムでは、複数の太陽光発電モジュールが常時蓄電部に接続されている。また、特許文献１の発電システムは、複数の太陽光発電モジュール同士の接続状態を、複数の太陽光発電モジュールが互いに直列接続された直列接続状態と、複数の太陽光発電モジュールが互いに並列接続された並列接続状態とに切り替えることが可能に構成されている。特許文献１では、各太陽光発電モジュールの出力電圧が蓄電部の基準電圧よりも小さくなった場合に、並列接続状態から直列接続状態に切り替えることにより、蓄電部の基準電圧よりも大きい出力電圧が得られるので、蓄電部に効率良く充電を行うことが可能である。
【０００５】
また、従来、複数の太陽電池を切替スイッチを介して接続することにより、複数の太陽電池の接続状態（並列接続、直列接続、並列接続および直列接続の組み合わせ接続、特定の太陽電池の切り離しなど）を切り替えることが可能な切替回路が知られている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００６】
上記特許文献２では、負荷に応じて複数の太陽電池の接続状態を切り替えることにより、負荷に応じた電圧を出力することが可能である。また、上記特許文献２には、蓄電装置を介して負荷に出力してもよいことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１５３３０６号公報
【特許文献２】特開平１１−１０３５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１および２では、蓄電池（蓄電装置）の容量を考慮していない。このため、蓄電池が満充電である場合には、太陽光発電モジュールにおける発電電力を蓄電することができない。この場合、蓄電できない電力は廃棄することになるので、複数の太陽光発電モジュールにおける発電電力を効率的に活用することができないという問題点がある。
【０００９】
また、余剰電力が発生した場合には、電力系統に逆潮流させることによって太陽光発電モジュールにおける発電電力を効率的に活用する方法が一般的に知られているが、太陽光発電モジュールと蓄電池とを組み合わせたシステムを構築する場合には多くの制限があり、太陽光発電モジュールの発電電力の効率的な利用が困難である。たとえば、逆潮流を行うシステムとする場合には、太陽光発電モジュールと電力系統とをインバータを介して接続するが、電力系統が停電した際にはインバータの駆動を停止させる必要があるので、太陽光発電モジュールの発電電力を利用することができない。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、複数の太陽光発電モジュールにおける発電電力を効率的に活用することが可能な発電システム、制御装置および切替回路を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１１】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による発電システムは、自然エネルギーを用いて発電する複数の発電モジュールと、複数の発電モジュールの接続状態を切り替える切替部と、を含んで構成される第１発電電力出力部と、発電モジュールにおける発電電力が供給される電力変換器および蓄電部とを備え、切替部は、複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに直列接続または並列接続されるように接続状態を切り替え、複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに直列接続されているときに、第１発電電力出力部が電力変換器に接続される第１接続状態と、複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに並列接続されているときに、または、複数の発電モジュールに含まれる１つの発電モジュールのみから蓄電部に発電電力を供給するときに、第１発電電力出力部が蓄電部に接続される第２接続状態と、を切替可能に構成されている。なお、「電力変換器」とは、直流−直流変換器、直流−交流変換器および交流−交流変換器を含む概念である。
【００１２】
この第１の局面による発電システムでは、上記のように構成することによって、発電モジュールの接続先を電力変換器と蓄電部との間で選択することができるため、必要に応じて発電電力の供給先を変更することができる。これにより、例えば蓄電部が満充電の場合は、電力変換器側に接続することができるとともに、電力変換器の停止時には、蓄電部に接続することができ、その結果、複数の太陽光発電モジュールにおける発電電力を効率的に活用することができる。また、複数の発電モジュールを電力変換器に接続する場合には、複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに直列接続されるので、発電モジュールにおいて発電された電力を高い電圧で電力変換器に供給（入力）することができる。また、複数の発電モジュールを蓄電部に接続する場合には、第１接続状態よりも出力電圧が低くなるように複数の発電モジュールの少なくとも一部が並列接続されるので、発電モジュールにおいて発電された電力を電力変換器に供給する場合よりも低い電圧で蓄電部に供給することができる。これらにより、発電モジュールにおいて発電された電力を、接続先（電力変換器または蓄電部のいずれか一方）に応じた適正な大きさの電圧で各々の接続先に供給することができる。これにより、複数の発電モジュールを電力変換器に接続した場合および蓄電部に接続した場合の両方の場合に電力の損失を抑制することができるので、複数の発電モジュールが蓄電部と電力変換器とに選択的に接続される構成において、発電モジュールにおける発電電力を効率的に活用することができる。また、複数の発電モジュールが蓄電部に接続される場合に、複数の発電モジュールの少なくとも一部を並列接続することによって、発電モジュールにおける発電電力の電圧を蓄電部の充電電圧に適するような電圧に変換する必要がないので、発電モジュールと蓄電部との間に電圧変換器を設ける必要がない。これにより、発電システムの構成を簡略化することができるとともに、電圧変換器を設けることに起因する電力損失を防止することができる。また、発電モジュールにおける発電電力を効率的に活用することができる分、火力発電などのＣＯ２を排出する発電方法による発電量を少なくすることができるので、効果的にＣＯ２排出量の削減に貢献することができる。
【００１３】
上記第１の局面による発電システムにおいて、好ましくは、複数の第１発電電力出力部と、切替部による接続状態の切替を制御する制御部とをさらに備え、複数の第１発電電力出力部は、複数の発電モジュールの接続状態を第１発電電力出力部ごとに切替可能に構成されており、複数の発電モジュールの接続状態は、制御部により制御されていることを特徴とする。このように構成すれば、蓄電部に接続する第１発電電力出力部の個数を調整することにより蓄電部に供給する電力を容易に調整することができるとともに、蓄電部に供給しない発電電力は電力変換器側に供給することができる。これにより、発電モジュールにおける発電電力を効率的に活用することができる。
【００１４】
上記第１の局面による発電システムにおいて、好ましくは、互いに直列接続された複数の発電モジュールを含んで構成される第２発電電力出力部をさらに備え、第２発電電力出力部は、電力変換器に接続され、第１発電電力出力部が電力変換器に接続される第１接続状態をとる場合には、第１発電電力出力部と第２発電電力出力部とは互いに並列接続されることを特徴とする。このように構成すれば、全ての発電モジュールの発電電力を蓄電部に供給すると蓄電部に過度の負担がかかる場合に、複数のうちの一部の発電モジュールの発電電力が蓄電部に供給されるので、蓄電部に過度の負担を与えるのを抑制することができる。
【００１５】
この場合、切替部は、複数の発電モジュールの接続状態を切り替える第１スイッチ回路と、第１発電電力出力部の接続先である電力変換器と蓄電部とを切り替える第２スイッチ回路と、を含んで構成されることを特徴とする。このように構成すれば、第１スイッチ回路および第２スイッチ回路を用いて、第１接続状態と第２接続状態とを容易に切り替えることができる。尚、第１スイッチ回路と第２スイッチ回路とは各々独立に構成することもできるが、１つの回路として構成してもよい。
【００１６】
上記第１の局面による発電システムにおいて、好ましくは、切替部は、第１接続状態において複数の発電モジュールの全てを互いに直列接続し、第２接続状態において複数の発電モジュールのうちの一部を互いに並列接続するとともに、並列接続された発電モジュールを蓄電部に接続するように構成されている。このように構成すれば、電力変換器には複数の発電モジュールの全ての発電電力を供給し、蓄電部には蓄電部にかかる負荷を抑制しながら適度な電力を供給することができる。
【００１７】
上記第１の局面による発電システムにおいて、好ましくは、並列接続された発電モジュールが蓄電部に接続される場合に、並列接続された発電モジュールは、電圧変換器を介さずに、蓄電部に接続されるように構成されている。このように発電モジュールを電圧変換器を介さずに蓄電部に接続した場合にも、本発明では、並列接続された発電モジュールにより蓄電部に適した低い電圧の電力を蓄電部に供給することができる。
【００１８】
上記第１の局面による発電システムにおいて、好ましくは、通常運転時には、第１接続状態を取ることにより発電モジュールにより発電された電力が電力変換器に供給され、非通常運転時には、第２接続状態を取ることにより発電モジュールにより発電された電力が蓄電部に供給されるように構成されている。このように構成すれば、通常運転時には、直列接続によって太陽光発電モジュールによる発電電力をインバータへの入力に適した高い電圧でインバータに供給することができるとともに、非通常運転時には、並列接続によって太陽光発電モジュールによる発電電力を蓄電部の充電に適した低い電圧で蓄電部に供給することができる。これにより、通常運転時には、太陽光発電モジュールの発電電力をインバータを介して電力系統と連係することができ、インバータを停止あるいは運転抑制をしないといけないような非通常運転時には、太陽光発電モジュールの発電電力を蓄電部に供給して電力を蓄えることができる。これにより、太陽光発電モジュールの発電電力をより効率的に活用することができる。
【００１９】
この場合、好ましくは、蓄電部には、負荷が接続されており、第１接続状態では、蓄電部に蓄電された電力が負荷に供給され、第２接続状態では、並列接続された発電モジュールにより発電された電力と、蓄電部に蓄電された電力とが、負荷に供給されるように構成されている。このように構成すれば、通常運転時には太陽光発電モジュールの発電電力をインバータを介して電力系統と連係することができ、また、太陽光発電モジュールの発電電力をインバータを停止あるいは運転抑制をしないといけないような非通常運転時には、太陽光発電モジュールの発電電力と、蓄電部に蓄電された電力とを合わせた電力を負荷に供給することができる。加えて、このような非通常運転時において、発電電力を負荷に供給しながら、蓄電部に充電することもできる。これにより、非通常運転時において太陽光発電モジュールの発電電力を効率的に活用して負荷を長時間駆動することができる。
【００２０】
上記第１の局面による発電システムにおいて、好ましくは、発電モジュールは、太陽光を用いて発電する太陽光発電モジュールであり、電力変換器は、インバータであり、太陽光発電モジュールは、インバータを介して電力系統に接続されており、蓄電部には、負荷が接続されており、蓄電部に蓄電された電力により負荷に供給する電力を賄えない恐れがあると判断するときには、第２接続状態に切り替えられて、並列接続された太陽光発電モジュールにより発電された電力と、蓄電部に蓄電された電力とが、負荷に供給され、蓄電部に蓄電された電力により負荷に供給する電力を賄えるときには、第１接続状態に切り替えられて、蓄電部に蓄電された電力が負荷に供給されながら、太陽光発電モジュールにより発電された電力がインバータを介して電力系統に逆潮流可能なように構成されている。このように構成すれば、蓄電部に蓄電された電力により負荷に供給する電力を賄えない恐れがあると判断するときには、太陽光発電モジュールによる発電電力を蓄電部の充電および負荷の駆動に適した低い電圧で蓄電部に供給することができる。また、満充電の場合や負荷における電力使用が少ない場合など太陽光発電モジュールの発電電力を使用しきれない場合には、負荷への電力供給は蓄電部のみからとし、太陽光発電モジュールによる発電電力はインバータへの入力に適した高い電圧でインバータに供給して電力系統に逆潮流させることができる。これにより、太陽光発電モジュールの発電電力をより効率的に活用することができる。
【００２１】
この発明の第２の局面による制御装置は、自然エネルギーを用いて発電する複数の発電モジュールと、複数の発電モジュールの接続状態を切り替える切替部と、を含んで構成される発電電力出力部と、発電モジュールにおける発電電力が供給される電力変換器および蓄電部とを備えた発電システムに用いられる制御装置であって、切替部は、複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに直列接続または並列接続されるように接続状態を切り替え、複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに直列接続されているときに、発電電力出力部が電力変換器に接続される第１接続状態と、複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに並列接続されているときに、または、複数の発電モジュールに含まれる１つの発電モジュールのみから蓄電部に発電電力を供給するときに、発電電力出力部が蓄電部に接続される第２接続状態と、を切り替える。
【００２２】
この第２の局面による制御装置では、上記のように構成することによって、発電モジュールの接続先を電力変換器と蓄電部との間で選択することができるため、必要に応じて発電電力の供給先を変更することができる。これにより、例えば蓄電部が満充電の場合は、電力変換器側に接続することができるとともに、電力変換器の停止時には、蓄電部に接続することができ、その結果、複数の太陽光発電モジュールにおける発電電力を効率的に活用することができる。また、複数の発電モジュールを電力変換器に接続する場合には、複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに直列接続されるので、発電モジュールにおいて発電された電力を高い電圧で電力変換器に供給（入力）することができる。また、複数の発電モジュールを蓄電部に接続する場合には、第１接続状態よりも出力電圧が低くなるように複数の発電モジュールの少なくとも一部が並列接続されるので、発電モジュールにおいて発電された電力を電力変換器に供給する場合よりも低い電圧で蓄電部に供給することができる。これらにより、発電モジュールにおいて発電された電力を、接続先（電力変換器または蓄電部のいずれか一方）に応じた適正な大きさの電圧で各々の接続先に供給することができる。これにより、複数の発電モジュールを電力変換器に接続した場合および蓄電部に接続した場合の両方の場合に電力の損失を抑制することができるので、複数の発電モジュールが蓄電部と電力変換器とに選択的に接続される構成において、発電モジュールにおける発電電力を効率的に活用することができる。また、複数の発電モジュールが蓄電部に接続される場合に、複数の発電モジュールの少なくとも一部を並列接続することによって、発電モジュールにおける発電電力の電圧を蓄電部の充電電圧に適するような電圧に変換する必要がないので、発電モジュールと蓄電部との間に電圧変換器を設ける必要がない。これにより、発電システムの構成を簡略化することができるとともに、電圧変換器を設けることに起因する電力損失を防止することができる。また、発電モジュールにおける発電電力を効率的に活用することができる分、火力発電などのＣＯ２を排出する発電方法による発電量を少なくすることができるので、効果的にＣＯ２排出量の削減に貢献することができる。
【００２３】
この発明の第３の局面による切替回路は、自然エネルギーを用いて発電する複数の発電モジュールを含んで構成される発電電力出力部と、発電モジュールにおける発電電力が供給される電力変換器および蓄電部とを備えた発電システムに用いられ、複数の発電モジュールの接続状態を切替可能な切替回路であって、複数の発電モジュールの少なくとも一部は互いに直列接続または並列接続されるように接続状態が切り替えられ、複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに直列接続されているときに、発電電力出力部が電力変換器に接続される第１接続状態と、複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに並列接続されているときに、または、複数の発電モジュールに含まれる１つの発電モジュールのみから蓄電部に発電電力を供給するときに、発電電力出力部が蓄電部に接続される第２接続状態と、を切り替えるための切替回路である。
【００２４】
この第３の局面による切替回路では、上記のように構成することによって、発電モジュールの接続先を電力変換器と蓄電部との間で選択することができるため、必要に応じて発電電力の供給先を変更することができる。これにより、例えば蓄電部が満充電の場合は、電力変換器側に接続することができるとともに、電力変換器の停止時には、蓄電部に接続することができ、その結果、複数の太陽光発電モジュールにおける発電電力を効率的に活用することができる。また、複数の発電モジュールを電力変換器に接続する場合には、複数の発電モジュールの少なくとも一部が互いに直列接続されるので、発電モジュールにおいて発電された電力を高い電圧で電力変換器に供給（入力）することができる。また、複数の発電モジュールを蓄電部に接続する場合には、第１接続状態よりも出力電圧が低くなるように複数の発電モジュールの少なくとも一部が並列接続されるので、発電モジュールにおいて発電された電力を電力変換器に供給する場合よりも低い電圧で蓄電部に供給することができる。これらにより、発電モジュールにおいて発電された電力を、接続先（電力変換器または蓄電部のいずれか一方）に応じた適正な大きさの電圧で各々の接続先に供給することができる。これにより、複数の発電モジュールを電力変換器に接続した場合および蓄電部に接続した場合の両方の場合に電力の損失を抑制することができるので、複数の発電モジュールが蓄電部と電力変換器とに選択的に接続される構成において、発電モジュールにおける発電電力を効率的に活用することができる。また、複数の発電モジュールが蓄電部に接続される場合に、複数の発電モジュールの少なくとも一部を並列接続することによって、発電モジュールにおける発電電力の電圧を蓄電部の充電電圧に適するような電圧に変換する必要がないので、発電モジュールと蓄電部との間に電圧変換器を設ける必要がない。これにより、発電システムの構成を簡略化することができるとともに、電圧変換器を設けることに起因する電力損失を防止することができる。また、発電モジュールにおける発電電力を効率的に活用することができる分、火力発電などのＣＯ２を排出する発電方法による発電量を少なくすることができるので、効果的にＣＯ２排出量の削減に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態による発電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した第１実施形態による発電システムの発電電力出力部（直列接続状態）の詳細構造を説明するための図である。
【図３】図１に示した第１実施形態による発電システムの発電電力出力部（並列接続状態）の詳細構造を説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態の第１変形例による発電システムの発電電力出力部（直列接続状態）の詳細構造を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態の第１変形例による発電システムの発電電力出力部（並列接続状態）の詳細構造を説明するための図である。
【図６】本発明の第１実施形態の第２変形例による発電システムの発電電力出力部（直列接続状態）の詳細構造を説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態の第３変形例による発電システムの発電電力出力部（直列接続状態）の詳細構造を説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態による発電システムの構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２実施形態の変形例による発電システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による発電システムの構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施形態の第１変形例による発電システムの構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第３実施形態の第２変形例による発電システムの構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第１実施形態の第４変形例による発電システムの直列接続状態を示す図である。
【図１４】本発明の第１実施形態の第４変形例による発電システムの並列接続状態を示す図である。
【図１５】本発明の第１実施形態の第５変形例による発電システムの直列接続状態を示す図である。
【図１６】本発明の第１実施形態の第５変形例による発電システムの並列接続状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による発電システム（太陽光発電システム１）の構造を説明する。
【００２８】
本発明の第１実施形態による太陽光発電システム１は、図１に示すように、太陽光を用いて発電した電力を出力する発電電力出力部２と、発電電力出力部２により出力された電力を蓄電可能な蓄電部３と、電力系統５０に接続され、発電電力出力部２より出力された電力を逆潮流が可能となるように電力系統５０に出力するインバータ４と、発電電力出力部２および蓄電部３などを制御する制御部５とを備えている。なお、インバータ４は、本発明の「電力変換器」の一例であり、発電電力出力部２から出力された直流の電力を交流に変換する機能を有している。また、制御部５は、本発明の「制御装置」および「制御部」の一例である。
【００２９】
発電電力出力部２は、互いに接続された複数（第１実施形態では、５つ）の太陽光発電モジュール２１と、太陽光発電モジュール２１の発電電力をインバータ４側または蓄電部３側に選択的（択一的）に切替可能に接続する切替回路部２２とを含んでいる。なお、発電電力出力部２は、本発明の「第１発電電力出力部」の一例であり、切替回路部２２は、本発明の「切替部」および「切替回路」の一例である。
【００３０】
太陽光発電モジュール２１は、温度係数が小さく（温度変化による特性の変化が小さく）、最大出力動作電圧の季節変動が少ない太陽電池を用いることが望ましい。温度係数の小さい太陽電池としては、たとえば、ａ−Ｓｉを用いた太陽電池（薄膜ａ−Ｓｉ、ＨＩＴ太陽電池など）およびＧａＡｓ系などの化合物系太陽電池が挙げられる。
【００３１】
切替回路部２２は、発電電力出力部２をインバータ４側に接続する場合には、発電電力出力部２と蓄電部３との接続を電気的に切断し、発電電力出力部２を蓄電部３側に接続する場合には、発電電力出力部２とインバータ４との接続を電気的に切断するように構成されている。また、切替回路部２２は、発電電力出力部２をインバータ４側に接続する場合には、５つの太陽光発電モジュール２１同士の接続状態を、５つの太陽光発電モジュール２１が互いに直列接続された直列接続状態に切り替えることが可能である。また、切替回路部２２は、発電電力出力部２を蓄電部３側に接続する場合には、５つの太陽光発電モジュール２１同士の接続状態を、５つの太陽光発電モジュール２１が互いに並列接続された並列接続状態に切り替えることが可能である。
【００３２】
発電電力出力部２の詳細構造としては、たとえば図２に示すように、切替回路部２２は、１０個のスイッチ回路２３を含んでいる。各スイッチ回路２３は、太陽光発電モジュール２１側の端子２３ａと直列接続時の端子２３ｂとの接続と、太陽光発電モジュール２１側の端子２３ａと並列接続時の端子２３ｃとの接続とを選択的に切り替えることが可能である。図２に示すように、全てのスイッチ回路２３において太陽光発電モジュール２１側の端子２３ａと直列接続時の端子２３ｂとを接続した場合に、５つの太陽光発電モジュール２１が互いに直列接続されるとともに、その直列接続された５つの太陽光発電モジュール２１がインバータ４側に接続されるように構成されている。これにより、インバータ４には、各太陽光発電モジュール２１の出力電圧の総和となる電圧の電力が入力される。なお、この直列接続状態では、太陽光発電モジュール２１は蓄電部３側とは電気的に切断されている。
【００３３】
また、図３に示すように、全てのスイッチ回路２３において太陽光発電モジュール２１側の端子２３ａと並列接続時の端子２３ｃとを接続した場合に、５つの太陽光発電モジュール２１が互いに並列接続されるとともに、その並列接続された太陽光発電モジュール２１が蓄電部３側に接続されるように構成されている。これにより、蓄電部３には、蓄電部３と接続される太陽光発電モジュール２１のうち出力電圧が最も小さい大きさの出力電圧の電力が入力される。なお、この並列接続状態では、太陽光発電モジュール２１はインバータ４側とは電気的に切断されている。
【００３４】
インバータ４から母線６への出力は、たとえば、家庭用の機器（後述する一般負荷６０）の使用に適合するように、単相３線２００Ｖの交流出力となるように設計されている。インバータ４から２００Ｖの交流出力を効率良く得るためには、発電電力出力部２からインバータ４への入力電圧は、２００Ｖ以上３００Ｖ以下の直流電圧が望ましい。
【００３５】
また、インバータ４と電力系統５０とを接続する母線６と、発電電力出力部２と蓄電部３とを接続する配線７とはＡＣ−ＤＣコンバータ８を介して配線９により接続されている。これにより、電力系統５０からＡＣ−ＤＣコンバータ８を介して蓄電部３に直流電力を供給することが可能である。また、配線９には電力系統５０から蓄電部３に向かう電力のみを許容するダイオード１０が設けられている。これにより、蓄電部３から配線９を介して電力系統５０に逆潮流することが防止されている。また、発電電力出力部２と蓄電部３とは、ＤＣ−ＤＣコンバータなどの電圧変換器を介さずに配線７により直接接続されている。
【００３６】
また、インバータ４と電力系統５０とを接続する母線６には、一般負荷６０が接続されている。この一般負荷６０は、第１実施形態では、交流電源によって駆動される機器である。また、蓄電部３には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１を介して特定負荷７０が接続されている。この特定負荷７０は、第１実施形態では、直流電源によって駆動される機器である。また、特定負荷とは、常に電源から電力が供給されていることが望まれるような機器であり、例えば、常時動作する必要のある機器や、動作信号が入力されたら直ちに駆動可能なように待機が必要な機器が含まれる。第１実施形態では、蓄電部３と特定負荷７０とが接続されているために、電力系統５０が停電した場合でも特定負荷７０への給電は蓄電部３により行われ、直ちに給電が停止することはない。
【００３７】
また、配線９のＡＣ−ＤＣコンバータ８よりも蓄電部３側の部分とＤＣ−ＤＣコンバータ１１とが配線１２を介して接続されている。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ８からは、蓄電部３に対してだけでなく配線１２を介してＤＣ−ＤＣコンバータ１１にも電力が供給されている。これにより、蓄電部３の充電電力が少なくなった場合にもＡＣ−ＤＣコンバータ８を介して系統電力５０を特定負荷７０に供給することができるので、特定負荷７０への給電が停止することはない。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１は、蓄電部３からの直流電力と配線１２からの直流電力とのいずれか一方を選択するように接続を切り替える機能を有している。通常時には蓄電部３から直流電力を選択し、蓄電部３の充電量が低下した場合などに、蓄電部３と特定負荷７０との接続を電気的に切断するとともに、電力系統５０と特定負荷７０とを接続することが可能である。
【００３８】
なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の接続切替機能はＤＣ−ＤＣコンバータ１１に組み込まれている必要はなく、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１に代えて、切替機能を有していないＤＣ−ＤＣコンバータと、そのＤＣ−ＤＣコンバータとは別個に設けたスイッチとを設けることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１と同様の機能を実現することが可能である。
【００３９】
また、ここでは特定負荷７０の例として直流電源で駆動させる機器を示したが、交流電源で駆動される機器を用いてもよい。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１に代えてインバータが用いられる。また、この場合、配線１２をＡＣ−ＤＣコンバータ８よりも系統電源５０側に接続し、蓄電部３の充電量が少なくなったときにインバータ内での交流−直流変換を行うことなしに特定負荷７０に供給するように構成してもよい。さらに、特定負荷７０として、直流電源および交流電源で駆動される機器が混在してもよい。
【００４０】
また、蓄電部３としては、自然放電が少なく、充放電効率の高い２次電池（たとえば、リチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池など）が用いられている。また、蓄電部３の電圧は高いほど安全設計が重要になることから、蓄電部３の電圧は低いことが望まれる。また、蓄電部３に接続される特定負荷７０についても比較的低い電圧仕様のものが用いられることが多いので、それに合わせて蓄電部３の電圧も低いことが望まれる。このため、インバータ４に求められる所望の入力電圧（２００Ｖ以上３００Ｖ以下）よりも蓄電部３の充電電圧は小さくなる。また、蓄電部３の公称電圧（充電電圧）は、太陽光発電モジュール２１の公称最大出力動作電圧よりも低くなるように選択される。さらに蓄電部３を効率的に充電するための太陽光発電モジュール２１の発電電圧と、太陽光発電モジュール２１の温度依存性とを考慮すると、蓄電部３の公称電圧は、より好ましくは、公称最大出力動作電圧の７０％以上９０％以下となるように選択される。
【００４１】
この理由を以下にさらに詳細に説明する。蓄電部３の電圧は充電量により公称電圧よりも１０％程度上昇することが知られている。このため、満充電を行うためには公称電圧よりも１０％程度高い電圧が必要であり、また、Ｖｏｐを上回る電圧では発電電力が急激に低下するため、公称最大電力動作電圧（Ｖｏｐ）の９０％以下での運用が好ましい。また、Ｖｏｐは高温時などに低下することも知られている。このため、Ｖｏｐ低下時にも蓄電部３の公称電圧の１０％以上の電圧を維持するためには、Ｖｏｐ９０％よりも低い蓄電部公称電圧が必要となる。その一方で、Ｖｏｐから外れた動作電圧では、太陽光発電モジュール２１の発電効率が低下することも知られている。発明者らの鋭意研究の結果、蓄電部３の公称電圧をＶｏｐの７０％以上９０％以下とすることが最も効率的に充電ができることを見出した。第１実施形態では、太陽光発電モジュール２１の公称最大出力動作電圧が約６０Ｖであり、蓄電部３の公称電圧（充電電圧）は約４８Ｖである。
【００４２】
また、蓄電部３の公称電圧をＶｏｐの７０％以上９０％以下とすることにより、蓄電部３の充電に際してＤＣ−ＤＣコンバータを不要とすることができるので、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いる場合のコンバータ内における電力ロスを抑制することができる。これにより、高効率充電が可能になる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータの交換作業がなくなるとともに、部品点数を減らすことができるので、故障率低減による信頼性の向上や低コスト化、長期に渡るメンテナンスフリーの実現が見込まれる。
【００４３】
また、制御部５は、発電電力出力部２の発電量、蓄電部３の充電量、インバータ４の動作状況および予め設定された設定情報などに基づいて、発電電力出力部２の切替回路部２２、蓄電部３、ＡＣ−ＤＣコンバータ８およびＤＣ−ＤＣコンバータ１１などを制御する機能を有する。具体的には、制御部５は、蓄電部３の充電量、インバータ４の動作状況および予め設定された設定情報などに基づいて、システムが通常運転時であるか非通常運転時であるかを判断する。
【００４４】
なお、通常運転時とは、電力系統５０が正常に稼動している状態である。また、非通常運転時とは、電力系統５０に何らかの理由で不具合が生じた場合または生じる可能性があるために予め対策を講じる必要がある場合である。たとえば、電力系統５０が停電した場合、需要家側からの逆潮流によって配電線の許容電圧を越える場合、および、電力需要量と太陽光発電モジュール２１の発電電力などとの関係で、例えば発電電力の調整が困難な原子力発電の発電電力を抑制することが求められるような特異日の場合に、制御部５は非通常運転時であると判断する。
【００４５】
制御部５は、通常運転時であると判断した場合には、図２に示すようにスイッチ回路２３の接続状態を切り替えることにより、直列接続状態にするとともに、発電電力出力部２の接続先をインバータ４側に切り替える。通常運転時においては、発電電力出力部２の出力電力は、一般負荷６０において消費され、余った電力は電力系統５０に逆潮流される。また、特定負荷７０は、蓄電部３を電源として駆動される。蓄電部３の充電量が少なくなった場合には、電力系統５０から配線１２を介して特定負荷７０に電力が供給される。たとえば、制御部５は、蓄電部３の充電量が例えば５０％まで低下した場合に、電力系統５０と特定負荷７０とを配線１２を介して接続するようにＤＣ−ＤＣコンバータ１１を制御する。これにより、蓄電部３の充電量の５０％を確保することができるため、停電時などで電力系統５０からの電力供給がない場合でも蓄電部３とＤＣ−ＤＣコンバータ１１とを接続するように制御することによって、停電時でも特定負荷７０に対して蓄電部３より電力を供給することも可能である。また、蓄電部３の放電深度差を少なくすることが可能であるので、蓄電部３の長寿命化を図ることが可能である。
【００４６】
また、制御部５は、非通常運転時であると判断した場合には、図３に示すようにスイッチ回路２３の接続状態を切り替えることにより、並列接続状態にするとともに、発電電力出力部２の接続先を蓄電部３側に切り替える。非通常運転時においては、発電電力出力部２の出力電力は、蓄電部３に供給され、特定負荷７０は、蓄電部３の充電電力および発電電力出力部２の出力電力によって駆動される。ここで、発電電力出力部２からの出力電力を、図１に示すように蓄電部３を介して特定負荷７０に供給してもよいし、発電電力出力部２と蓄電部３と特定負荷７０側への配線とを１点で結合することにより、発電電力出力部２からの出力電力を蓄電部３を介さずに特定負荷７０に供給してもよい。
【００４７】
第１実施形態では、複数（５つ）の太陽光発電モジュール２１がインバータ４に接続される場合には、複数の太陽光発電モジュール２１同士の接続状態を複数の太陽光発電モジュール２１が互いに直列接続された直列接続状態に切り替えるとともに、複数の太陽光発電モジュール２１が蓄電部３に接続される場合には、複数の太陽光発電モジュール２１同士の接続状態を複数の太陽光発電モジュール２１が並列接続された並列接続状態に切り替える。このように構成することによって、発電モジュール２１の接続先をインバータ４と蓄電部３との間で選択することができるため、必要に応じて発電電力の供給先を変更することができる。これにより、例えば蓄電部３が満充電の場合は、インバータ４側に接続することができるとともに、インバータ４の停止時には、蓄電部３に接続することができ、その結果、複数の太陽光発電モジュール２１における発電電力を効率的に活用することができる。また、複数の太陽光発電モジュール２１をインバータ４に接続する場合には、複数の太陽光発電モジュール２１同士が互いに直列接続されるので、太陽光発電モジュール２１において発電された電力を比較的高い電圧でインバータ４に供給（入力）することができる。また、複数の太陽光発電モジュール２１を蓄電部３に接続する場合には、複数の太陽光発電モジュール２１が並列接続されるので、太陽光発電モジュール２１において発電された電力をインバータ４に供給する場合よりも比較的低い電圧でインバータ４に供給することができる。これらにより、太陽光発電モジュール２１において発電された電力を、接続先（インバータ４または蓄電部３のいずれか一方）に応じた適正な大きさの電圧で各々の接続先に供給することができる。これにより、複数の太陽光発電モジュール２１が蓄電部３とインバータ４とに選択的に接続される構成において、複数の太陽光発電モジュール２１をインバータ４に接続した場合および蓄電部３に接続した場合の両方の場合に電力の損失が生じることを抑制することができるので、太陽光発電モジュール２１における発電電力を効率的に活用することができる。
【００４８】
また、複数の太陽光発電モジュール２１が蓄電部３に接続される場合に、複数の太陽光発電モジュール２１を並列接続することによって、太陽光発電モジュール２１における発電電力の電圧を蓄電部３の充電電圧に適するような電圧に変換する必要がないので、太陽光発電モジュール２１と蓄電部３との間にＤＣ−ＤＣコンバータなどの電圧変換器を設ける必要がない。これにより、発電システム１の構成を簡略化することができるとともに、電圧変換器を設けることに起因する電力損失を防止することができる。また、太陽光発電モジュール２１における発電電力を効率的に活用することにより、火力発電などのＣＯ２を排出する発電方法による発電量を少なくすることができるので、効果的にＣＯ２排出量の削減に貢献することができる。
【００４９】
また、第１実施形態では、上記のように、切替回路部２２に複数のスイッチ回路２３を設け、複数のスイッチ回路２３により複数の太陽光発電モジュール２１の直列接続状態と並列接続状態とを切り替えることによって、スイッチ回路２３を用いて容易に直列接続状態と並列接続状態とを切り替えることができる。
【００５０】
また、第１実施形態では、上記のように、切替回路部２２は、複数のスイッチ回路２３により複数の太陽光発電モジュール２１の直列接続状態と並列接続状態とを切り替える際に、複数のスイッチ回路２３により複数の太陽光発電モジュール２１がインバータ４に接続される状態と、複数の太陽光発電モジュール２１が蓄電部３に接続される状態との切り替えも行う。このように構成することによって、スイッチ回路２３を用いて、直列接続状態と並列接続状態とを切り替えることができるのみならず、複数の太陽光発電モジュール２１の接続先の切り替えも行うことができるので、太陽光発電モジュール２１の接続先を切り替えるための専用のスイッチを別途設ける必要がない。
【００５１】
また、第１実施形態では、上記のように、通常運転時に、複数の太陽光発電モジュール２１をインバータ４に接続するとともに、切替回路部２２により複数の太陽光発電モジュール２１の接続状態を直列接続状態に切り替えて、互いに直列接続された複数の太陽光発電モジュール２１により発電された電力をインバータ４を介して電力系統５０側に出力し、非通常運転時に、複数の太陽光発電モジュール２１を蓄電部３に接続するとともに、切替回路部２２により複数の太陽光発電モジュール２１の接続状態を並列接続状態に切り替えて、並列接続された複数の太陽光発電モジュール２１により発電された電力を蓄電部３に供給するように構成している。このように構成することによって、通常運転時には、直列接続によって複数の太陽光発電モジュール２１による発電電力をインバータ４への入力に適した高い電圧でインバータ４に供給することができるとともに、非通常運転時には、並列接続によって複数の太陽光発電モジュール２１による発電電力を蓄電部３の充電に適した低い電圧で蓄電部３に供給することができる。これにより、通常運転時には、太陽光発電モジュール２１の発電電力をインバータ４を介して電力系統５０と連係することができ、インバータ４を停止あるいは運転抑制をしないといけないような非通常運転時には、太陽光発電モジュール２１の発電電力を蓄電部３に供給して電力を蓄える、あるいは特定負荷７０に電力を供給することができる。これにより、太陽光発電モジュール２１の発電電力をより効率的に活用することができる。
【００５２】
また、第１実施形態では、上記のように、蓄電部３に特定負荷７０を接続し、通常運転時には、例えば深夜電力など電力系統５０から供給された電力を蓄電部３に蓄電し、蓄電部３に蓄電された電力を特定負荷７０に供給するとともに、非通常運転時に、並列接続された複数の太陽光発電モジュール２１により発電された電力と、蓄電部３に蓄電された電力とを特定負荷７０に供給するように構成している。このように構成することによって、通常運転時には太陽光発電モジュール２１の発電電力をインバータ４を介して電力系統５０側に出力しておき、太陽光発電モジュール２１の発電電力をインバータ４に供給することが困難な非通常運転時には、太陽光発電モジュール２１の発電電力と、蓄電部３に蓄電された電力とを合わせた電力を負荷に供給することができる。これにより、非通常運転時において太陽光発電モジュール２１の発電電力を効率的に活用して特定負荷７０を長時間駆動することができる。
【００５３】
（第１実施形態の変形例）
上記第１実施形態では、発電電力出力部２の切替回路部２２により直列接続状態と並列接続状態との切替と、発電電力出力部２の接続先（インバータ４または蓄電部３）の切替をスイッチ回路２３を用いたが、図４および図５に示す第１実施形態の第１変形例による発電電力出力部２ａでは、直列接続状態と並列接続状態との切替を行うためのスイッチ回路２４と、発電電力出力部２ａの接続先の切替を行うためのスイッチ回路２５とを別個に切替回路部２２ａに設けている。なお、切替回路部２２ａは、本発明の「切替部」の一例であり、スイッチ回路２４およびスイッチ回路２５は、それぞれ、本発明の「第１スイッチ回路」および「第２スイッチ回路」の一例である。また、発電電力出力部２ａは、本発明の「第１発電電力出力部」の一例である。
【００５４】
この第１実施形態の第１変形例では、各スイッチ回路２４は、太陽光発電モジュール２１側の端子２４ａと直列接続時の端子２４ｂとの接続と、太陽光発電モジュール２１側の端子２４ａと並列接続時の端子２４ｃとの接続とを選択的に切り替えることが可能である。また、各スイッチ回路２５は、太陽光発電モジュール２１側の端子２５ａと直列接続時の端子２５ｂとの接続と、太陽光発電モジュール２１側の端子２５ａと並列接続時の端子２５ｃとの接続とを選択的に切り替えることが可能である。図４に示すように、全てのスイッチ回路２４において太陽光発電モジュール２１側の端子２４ａと直列接続時の端子２４ｂとを接続した場合に、５つの太陽光発電モジュール２１が互いに直列接続され、全てのスイッチ回路２５において太陽光発電モジュール２１側の端子２５ａと直列接続時の端子２５ｂとを接続した場合に、その直列接続された５つの太陽光発電モジュール２１がインバータ４側に接続されるように構成されている。なお、この直列接続状態では、太陽光発電モジュール２１は蓄電部３側とは電気的に切断されている。また、図５に示すように、全てのスイッチ回路２４において太陽光発電モジュール２１側の端子２４ａと並列接続時の端子２４ｃとを接続した場合に、５つの太陽光発電モジュール２１が互いに並列接続されるとともに、全てのスイッチ回路２５において太陽光発電モジュール２１側の端子２５ａと直列接続時の端子２５ｃとを接続した場合に、その並列接続された太陽光発電モジュール２１が蓄電部３側に接続されるように構成されている。なお、この並列接続状態では、太陽光発電モジュール２１はインバータ４側とは電気的に切断されている。
【００５５】
また、図６に示す第１実施形態の第２変形例による発電電力出力部２ｂでは、一部の太陽光発電モジュール２１を並列接続して蓄電部３に接続可能なように切替回路部２２ｂを構成している。具体的には、切替回路部２２ｂでは、５つの太陽光発電モジュール２１を並列接続するための回路上に、回路を遮断可能なスイッチ２３ｄを設けている。図６では、図の右から１番目と２番目の太陽光発電モジュール２１に対応する回路上に、スイッチ２３ｄが設けられている。このスイッチ２３ｄをオフ（回路を遮断）することにより、並列接続状態において、オフしたスイッチ２３ｄに対応する太陽光発電モジュール２１の発電電力を蓄電部３に供給しないようにすることが可能である。なお、図６の例では、直列接続状態においては、スイッチ２３ｄのオン／オフに拘わらず、全て（５つ）の太陽光発電モジュール２１が直列接続されてインバータ４に接続される。なお、切替回路部２２ｂは、本発明の「切替部」および「切替回路」の一例である。
【００５６】
この第１実施形態の第２変形例では、天候などに応じてスイッチ２３ｄのオン／オフを切り替えることにより、蓄電部３に過度の負担がかかるのを抑制することができる。たとえば、天候が曇りであり、各太陽光発電モジュール２１の発電電力が小さい場合には、スイッチ２３ｄをオンにすることにより、より早く蓄電部３の充電を行うことができる。また、天候が快晴であり、各太陽光発電モジュール２１の発電電力が大きい場合には、スイッチ２３ｄをオフにすることにより、一部（３つまたは４つ）の太陽光発電モジュール２１の発電電力を用いて蓄電部３に過度の負担をかけずに蓄電部３の充電を行うことができる。尚、スイッチ２３ｄを複数設ける場合には、全てのスイッチ２３ｄを同時にオンまたはオフしてもよいし、個別にオン／オフを制御してもよい。
【００５７】
また、図７に示す第１実施形態の第３変形例による発電電力出力部２ｃでは、並列接続状態において、一部の太陽光発電モジュール２１が他の太陽光発電モジュール２１および蓄電部３やインバータ４と電気的に分離されるように切替回路部２２ｃを構成している。具体的には、切替回路部２２ｃでは、図の右から１番目と２番目の太陽光発電モジュール２１に対応する並列接続用の回路を設けていない。すなわち、図７の例では、並列接続状態において、３つの太陽光発電モジュール２１の発電電力のみを蓄電部３に供給するように構成されている。なお、図７の例においても、直列接続状態においては、全て（５つ）の太陽光発電モジュール２１が直列接続されてインバータ４に接続される。なお、互いに並列接続された３つの太陽光発電モジュール２１は蓄電部３に接続され、電気的に分離された残りの２つの太陽光発電モジュール２１は、蓄電部３およびインバータ４のいずれからも分離されていることが好ましい。この理由については、後述する第３実施形態において説明する。なお、切替回路部２２ｃは、本発明の「切替部」および「切替回路」の一例である。
【００５８】
この第１実施形態の第３変形例では、蓄電部３の充電の際に、蓄電部３に過度の負担がかかるのを抑制することができるとともに、スイッチ２３ｄを設けない分、回路構成を簡略化することができる。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、図２、図３および図８を参照して、本発明の第２実施形態による発電システム（太陽光発電システム１ａ）について説明する。この第２実施形態では、電力系統５０との連携を重視して通常は直列接続する制御を行う上記第１実施形態と異なり、蓄電部３の充電を重視して通常は並列接続する制御を行う例について説明する。なお、制御部５ａの制御以外の構成は、図１に示した上記第１実施形態の構成と同様であるので、説明を省略する。また、制御部５ａは、本発明の「制御装置」の一例である。
【００６０】
図８に示すように、第２実施形態による太陽光発電システム１ａの制御部５ａは、発電電力出力部２の発電量、蓄電部３の充電量、インバータ４の動作状況および予め設定された設定情報などに基づいて、発電電力出力部２の切替回路部２２、蓄電部３、ＡＣ−ＤＣコンバータ８およびＤＣ−ＤＣコンバータ１１などを制御する機能を有する。具体的には、制御部５ａは、蓄電部３の充電量、インバータ４の動作状況および予め設定された設定情報などに基づいて、蓄電部３に蓄えられた電力で特定負荷７０に供給する電力を長時間賄うことが可能であるか否かを判断する。なお、蓄電部３に蓄えられた電力で特定負荷７０に供給する電力を賄うことが可能である場合とは、たとえば、蓄電部３が満充電またはそれに近い充電量である場合や、特定負荷７０における使用電力量が少ない場合などが該当する。制御部５ａは、蓄電部３の充電量および充電量の変化量を検出することにより、特定負荷７０における使用電力量などを監視している。
【００６１】
蓄電部３に蓄えられた電力で特定負荷７０に供給する電力を賄えない恐れがあると判断するときには、制御部５ａは、図３に示すようにスイッチ回路２３の接続状態を切り替えることにより、並列接続状態にするとともに、発電電力出力部２の接続先を蓄電部３側に切り替える。蓄電部３に蓄えられた電力で特定負荷７０に供給する電力を賄えない恐れがあると判断するときにおいては、発電電力出力部２の出力電力は、蓄電部３に供給され、特定負荷７０は、蓄電部３の充電電力および発電電力出力部２の出力電力によって駆動される。
【００６２】
また、制御部５ａは、蓄電部３に蓄えられた電力で特定負荷７０に供給する電力を賄うことが可能であると判断した場合には、図２に示すようにスイッチ回路２３の接続状態を切り替えることにより、直列接続状態にするとともに、発電電力出力部２の接続先をインバータ４側に切り替える。この場合においては、発電電力出力部２の出力電力は、一般負荷６０において消費され、余った電力は電力系統５０に逆潮流される。また、特定負荷７０は、蓄電部３を電源として駆動される。
【００６３】
蓄電部３の充電量が少なくなった場合には、発電電力出力部２の発電量および特定負荷７０の負荷量などに基づいて、並列接続状態とし、発電電力出力部２を蓄電部３側に接続するように切替回路部２２を切り替えるとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１を蓄電部３側に接続することにより、充電部３の充電および特定負荷７０への給電を行う。または、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１を電力系統５０側に接続することにより、電力系統５０の電力をＡＣ−ＤＣコンバータ８および配線１２を介して特定負荷７０に供給する。また、電力系統５０から特定負荷７０に給電するだけでなく、合わせて蓄電部３への充電を行ってもよい。この充電電力源としては、発電電力出力部２および電力系統５０を用いることが可能である。
【００６４】
第２実施形態では、上記のように、蓄電部３に蓄えられた電力で特定負荷７０に供給する電力を賄えない恐れがあると判断するときに、複数の太陽光発電モジュール２１を蓄電部３に接続するとともに、切替回路部２２により複数の太陽光発電モジュール２１の接続状態を並列接続状態に切り替えて、並列接続された複数の太陽光発電モジュール２１により発電された電力と蓄電部３に蓄電された電力とを特定負荷７０に供給し、蓄電部３に蓄電された電力により負荷に供給する電力を賄える時には、複数の太陽光発電モジュール２１をインバータ４に接続するとともに、切替回路部２２により複数の太陽光発電モジュール２１の接続状態を直列接続状態に切り替えて、蓄電部３に蓄電された電力を特定負荷７０に供給しながら、互いに直列接続された複数の太陽光発電モジュール２１により発電された電力をインバータ４を介して電力系統５０に逆潮流可能となるように構成している。このように構成することによって、蓄電部３に蓄えられた電力で特定負荷７０に供給する電力を賄えない恐れがあると判断するときには、複数の太陽光発電モジュール２１による発電電力を蓄電部３の充電に適した比較的低い電圧で蓄電部３に供給することができるとともに、満充電の場合や特定負荷７０における電力消費量が少ない場合など蓄電部３に蓄電された電力により特定負荷７０に供給する電力を賄える時には、複数の太陽光発電モジュール２１による発電電力をインバータ４への入力に適した比較的高い電圧でインバータ４に供給して電力系統５０に逆潮流可能となるようにすることができる。その結果、蓄電部３への充電にのみ太陽光発電モジュール２１を使う場合と比較して、太陽光発電モジュール２１の発電電力をより効率的に活用することができる。
【００６５】
その他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００６６】
（第２実施形態の変形例）
上記第２実施形態では、配線９およびＡＣ−ＤＣコンバータ８を介して電力系統５０から蓄電部３に電力を供給することが可能に構成したが、図９に示す第２実施形態の変形例による太陽光発電システム１００では、配線９およびＡＣ−ＤＣコンバータ８を設けていない。このように構成し、蓄電部３の充電量が低下した場合などでは並列側に切り替えて充電し、例えば満充電状態または所定電力以上では直列側に切り替えるような構成としてもよい。特に、特定負荷７０の消費電力が蓄電部３の蓄電容量に比べて小さいときに有効である。
【００６７】
（第３実施形態）
次に、図１０を参照して、本発明の第３実施形態による発電システム（太陽光発電システム２００）について説明する。この第３実施形態では、上記第１実施形態と異なり、インバータ４に常時接続される発電電力出力部２０１をさらに設けた例について説明する。
【００６８】
第３実施形態による太陽光発電システム２００では、上記第１実施形態の構成に加えて、インバータ４に常時接続される発電電力出力部２０１が２つ設けられている。発電電力出力部２０１では、５つの太陽光発電モジュール２１が直列接続されている。なお、発電電力出力部２０１は、本発明の「第２発電電力出力部」の一例である。また、１つの発電電力出力部２と、２つの発電電力接続部２０１とは互いに並列に接続されて、インバータ４に接続されている。太陽光発電システム２００では、３つの発電電力出力部（１つの発電電力出力部２および２つの発電電力接続部２０１）を全てインバータ４に接続することが可能であり、２つの発電電力出力部２０１をインバータ４に接続するとともに１つの発電電力出力部２を蓄電部３に接続することも可能である。なお、第３実施形態において発電電力出力部２の替わりに図６または図７に示した発電電力出力部２ｂまたは２ｃを用いた場合には、並列接続状態において、互いに並列接続された太陽光発電モジュール２１は蓄電部３に接続され、電気的に分離された太陽光発電モジュール２１（以下、分離モジュールと呼ぶ）は、蓄電部３およびインバータ４のいずれからも分離されていることが好ましい。この理由を説明する。すなわち、仮に、分離モジュールをインバータ４に接続した場合には、発電電力出力部２０１と、発電電力出力部２０１の出力電圧よりも小さい分離モジュールとが同時にインバータ４に並列接続されることになる。この場合、発電電力出力部２０１の出力電圧が、分離モジュールの出力電圧に引きずられてしまうことに起因して、全体の出力電力のロスが生じてしまう。以上の理由により、分離モジュールは、蓄電部３およびインバータ４のいずれからも分離されていることが好ましい。なお、これは、後述する第３実施形態の第１変形例および第２変形例においても同様である。
【００６９】
第３実施形態では、上記のように、接続先を切替可能な発電電力出力部２に加えて、インバータ４に常時接続される発電電力出力部２０１をさらに設けることによって、発電電力出力部２の発電電力を蓄電部３に出力しながら、発電電力出力部２０１の発電電力をインバータ４を介して逆潮流させることができる。
【００７０】
（第３実施形態の変形例）
第３実施形態による太陽光発電システム２００では、インバータ４に常時接続される発電電力出力部２０１を２つ設けたが、図１１に示す第３実施形態の第１変形例の太陽光発電システム２５０のように、インバータ４に常時接続される発電電力出力部２０１を３つ設けてもよい。このように、発電電力出力部２０１の数は自由に変更可能である。
【００７１】
また、第３実施形態では、インバータ４に常時接続される発電電力出力部２０１を設けたが、図１２に示す第３実施形態の第２変形例の太陽光発電システム３００では、発電電力出力部２を複数設けている。この場合、各発電電力出力部２の接続先（蓄電部３またはインバータ４）を制御部３０１によって個別に制御することにより、蓄電部３に出力する電力と電力系統５０に逆潮流させる電力とを段階的に調整することができる。たとえば、３つの発電電力出力部２を全てインバータ４または蓄電部３に接続することも可能であり、１つの発電電力出力部２をインバータ４に接続するとともに２つの発電電力出力部２を蓄電部３に接続することも可能であり、２つの発電電力出力部２をインバータ４に接続するとともに１つの発電電力出力部２を蓄電部３に接続することも可能である。これにより、より太陽光発電モジュール２１による発電電力を効率的に活用することができる。なお、制御部３０１は、本発明の「制御装置」および「制御部」の一例である。
【００７２】
また、第３実施形態、その第１変形例および第２変形例では、特に以下のような効果を得ることができる。すなわち、一般負荷量および特定負荷量に応じて太陽光発電モジュールの発電量や蓄電部３の容量を適宜選択することができる。たとえば、一般負荷量が多く、特定負荷量が少ない場合には、蓄電部３の容量は少なくて済むので、直並列切替可能な発電電力出力部は少数でもよく、各需要家の状況に応じて適宜対応が可能である。
【００７３】
また、需要家側からの逆潮流によって配電線の許容電圧を越える問題（過電圧）に対しても、太陽光発電モジュールの発電能力を極力最大限に利用しながら逆潮流量を抑制することができる。すなわち、直並列切替可能な発電電力出力部を設けていないシステム（図１０の３つの発電電力出力部の全てが直並列切替可能でない場合）では、出力電力を抑制する際に、３つの発電電力出力部側の全ての発電量を抑制する必要があるが、図１０の例では、１つの発電電力出力部の出力を蓄電部３側に切り替えることにより、電力系統５０側への出力を、各発電電力出力部の出力を抑制することなく、２／３にすることができる。また、図１２の例では、過電圧の問題に対してさらに段階的に対応（電力系統５０への出力電力量を調整）することが可能となる。すなわち、発電電力出力部２での発電電力の全てを電力系統５０へ逆潮流すると過電圧になるのに対し、一部の発電電力を逆潮流させなければ過電圧とならない場合には有効である。また、並列側に切り替えられた発電電力出力部についても、蓄電部３に充電あるいは特定負荷７０で利用することができるために各発電電力出力部を効率的に利用することができる。
【００７４】
第３実施形態およびその変形例のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７５】
なお、図１０では３つの発電電力出力部のうち１つを直並列切替可能に構成しており、図１２では３つ全てを直並列切替可能に構成している。ここで、複数の発電電力出力部のうち、いくつの発電電力出力部を直並切替可能に構成するかは、任意に変更可能である。
【００７６】
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。
【００７７】
たとえば、上記第１〜第３実施形態およびそれらの変形例では、太陽光発電モジュール２１によって発電を行う例について説明したが、本発明はこれに限らず、発電モジュールとして他の直流発電装置あるいは風力発電装置などの他の自然エネルギーを用いて発電する発電モジュールを用いてもよい。
【００７８】
また、上記第１〜第３実施形態およびそれらの変形例では、蓄電部３としてリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの蓄電池を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、他の２次電池を用いてもよい。また、本発明の「蓄電部」の一例として、蓄電池の代わりにキャパシタを用いてもよい。
【００７９】
また、上記第１〜第３実施形態およびそれらの変形例では、蓄電部３の電圧が４８Ｖである例について説明したが、本発明はこれに限らず、４８Ｖ以外の電圧にしてもよい。なお、蓄電部の電圧としては約６０Ｖ以下が望ましいが、特定負荷７０の定格電圧・配線内での電力損失などを考慮して好適な電圧を選択する。
【００８０】
また、上記第１〜第３実施形態では、発電電力出力部２を蓄電部３側に接続する際に、５つの太陽光発電モジュール２１の全てを並列に接続する例について説明したが、本発明はこれに限らず、５つのうちの一部の太陽光発電モジュールのみを並列に接続した状態で発電電力出力部を蓄電部側に接続してもよい。また、一部の太陽光発電モジュールを並列に接続した状態で、発電電力出力部を蓄電部３側に接続し、他の太陽光発電モジュールを直列に接続した状態で発電電力出力部をインバータ４側に接続してもよい。たとえば、図１３および図１４に示す例の発電電力出力部２ｄでは、直列接続状態では、５つの太陽光発電モジュール２１を直列接続してインバータ４側に出力し、並列接続状態では、３つの太陽光発電モジュール２１を直列接続してインバータ４側に出力するとともに、２つの太陽光発電モジュール２１を並列接続して蓄電部３側に出力するように切替回路部２２ｄを制御している。この場合において、インバータ４の入力可能範囲内で直列接続される太陽光発電モジュール２１の数を調整すべきである。また、図１５および図１６に示す例の発電電力出力部２ｅでは、直列接続状態では、６つの太陽光発電モジュール２１を直列接続してインバータ４側に出力し、並列接続状態では、３つの太陽光発電モジュール２１を直列接続した２組を互いに並列接続して蓄電部３側に出力するように切替回路部２２ｅを制御している。このように、複数の太陽光発電モジュールの接続態様（直列接続、並列接続またはその組み合わせ）を変更することにより、蓄電部３の公称電圧の値に対して適正な電圧の電力を蓄電部３に入力することが可能である。一例として、公称最大出力動作電圧が約６０Ｖの太陽光発電モジュールを用いる場合であって、蓄電部の公称電圧が９６Ｖである場合について説明する。この場合には、前述のように蓄電部３の公称電圧は公称最大出力動作電圧の７０％以上９０％以下となるように選択することが望ましいことから、蓄電部への出力電圧が約１２０Ｖであることが望ましい。そこで、４枚の太陽光発電モジュールを用いる。これにより、インバータ側へ接続する場合には、４枚を直列に接続することにより約２４０Ｖの電圧で出力するとともに、蓄電部側に出力する場合には、直列に接続した２枚の２組を並列に接続することにより約１２０Ｖの電圧で出力する。
【００８１】
また、上記第１〜第３実施形態およびそれらの変形例では、「電力変換器」の一例が直流を交流に変換するインバータ４である例を説明したが、本発明はこれに限らず、直流−直流変換を行う（直流電圧を昇圧または降圧する）ＤＣ−ＤＣコンバータや、交流−交流変換を行う（交流の周波数を変換する）サイクロコンバータであってもよい。尚、交流−交流変換がなされる場合とは、例えば風力発電など交流電力を発電するような発電モジュールを用いた場合である。
【００８２】
また、上記第１〜第３実施形態およびそれらの変形例では、蓄電部３を１つ設けた例について説明したが、本発明はこれに限らず、蓄電部３を複数設けてもよい。また、複数の蓄電部を直列または並列に接続してもよい。
【００８３】
また、上記第１〜第３実施形態およびそれらの変形例では、インバータ４が電力系統５０に接続される例について説明したが、本発明はこれに限らず、電力系統５０に接続されていなくてもよい。また、需要家内配線と電力系統との接続点付近などに逆潮流を制限するための逆潮流防止装置を設けてもよい。この場合、ダイオード１０を省略することができる。
【００８４】
また、蓄電部３に過充電・過放電などを抑制する制御を行う制御装置を設けてもよい。さらにこのような制御装置を介して蓄電部３と発電電力出力部２や特定負荷７０と接続してもよい。
【００８５】
また、スイッチ２３を駆動するための電源については、たとえば、切替回路部２２のスイッチ２３を駆動するための電力を蓄電部３から供給してその電力によってスイッチ２３を切り替える構成にしてもよいし、電力系統５０からの電力が供給されている場合にその電力を用いて直列側に接続し、電力系統５０が停電して切替回路部２２に電力が供給されなくなった場合に自動的に並列側に切り替わるように構成してもよい。どちらの構成にしても、停電時に並列側に切り替えることが可能である。
【００８６】
また、直並列の接続方法の一例として、複数の発電モジュール（太陽光発電モジュール２１）の少なくとも一部分が互いに直列接続され、複数の発電モジュールがインバータに接続される直列接続状態と、直列接続される発電モジュールの少なくとも一部が互いに並列接続され、その並列接続された発電モジュールが蓄電部に接続される並列接続状態とに切り替えるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１、１ａ、１００、２００、２５０、３００  太陽光発電システム（発電システム）
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ  発電電力出力部（第１発電電力出力部）
２１  太陽光発電モジュール（発電モジュール）
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ  切替回路部（切替部、切替回路）
２３  スイッチ回路
２４  スイッチ回路（第１スイッチ回路）
２５  スイッチ回路（第２スイッチ回路）
３  蓄電部
４  インバータ（電力変換器）
５、５ａ、３０１  制御部（制御装置）
５０  電力系統
６０  一般負荷
７０  特定負荷（負荷）
２０１  発電電力出力部（第２発電電力出力部）
【図１】
2011120449.tif 000003
【図２】
2011120449.tif 000004
【図３】
2011120449.tif 000005
【図４】
2011120449.tif 000006
【図５】
2011120449.tif 000007
【図６】
2011120449.tif 000008
【図７】
2011120449.tif 000009
【図８】
2011120449.tif 000010
【図９】
2011120449.tif 000011
【図１０】
2011120449.tif 000012
【図１１】
2011120449.tif 000013
【図１２】
2011120449.tif 000014
【図１３】
2011120449.tif 000015
【図１４】
2011120449.tif 000016
【図１５】
2011120449.tif 000017
【図１６】
2011120449.tif 000018