(57)【要約】【課題】効率的な電力供給を行う。【解決手段】エネルギーコントローラ１９では、制御部２４において、太陽電池１３および燃料電池１４から出力される電力に応じた出力電力値、および、低電圧直流負荷１７および高電圧直流負荷１８により消費される電力に応じた消費電力値が取得され、その出力電力値および消費電力値に基づいて、スイッチ２５−１乃至２５−５の開閉が制御されることにより、電力の供給経路が切り替えられる。本発明は、例えば、複数の電源を備えた電力システムのエネルギーコントローラに適用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電源から出力される電力に応じた出力電力値を取得する取得手段と、
前記複数の電源から、複数の負荷へ供給される電力の経路を変更する変更手段と、
前記取得手段により取得された前記出力電力値に基づいて、前記変更手段を制御する制御手段と
を備えることを特徴とするエネルギーコントローラ。
【請求項２】
前記複数の電源から、複数の負荷へ供給される電力を調整する調整手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記出力電力値に基づいて前記調整手段を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のエネルギーコントローラ。
【請求項３】
前記取得手段は、前記複数の負荷により消費される電力に応じた消費電力値をさらに取得し、
前記制御手段は、前記消費電力値にも基づいて制御を行う
ことを特徴とする請求項１または２に記載のエネルギーコントローラ。
【請求項４】
前記複数の電源と前記複数の負荷とを接続する電力配線には、電力を蓄積する蓄積手段が接続されており、
前記取得手段は、前記蓄積手段に蓄積されている電力に応じた蓄積電力値をさらに取得し、
前記制御手段は、前記出力電力値、前記消費電力値、および前記蓄積電力値に基づいて、前記蓄積手段への電力の蓄積と、前記蓄積手段に蓄積されている電力の出力とを制御する
ことを特徴とする請求項３に記載のエネルギーコントローラ。
【請求項５】
系統から供給される電力にかかる電気料金を推定する推定手段をさらに備え、
前記制御手段は、推定された前記電気料金が一定の基準料金以下である場合、前記複数の電源のうちの、自然エネルギーを利用し発電を行う電源からの出力電力を、前記蓄積手段に蓄積するように前記変更手段による経路を変更する
ことを特徴とする請求項４に記載のエネルギーコントローラ。
【請求項６】
前記電源として、太陽光発電手段が少なくとも用いられ、
前記制御手段は、前記取得手段により取得される前記太陽光発電手段から出力される電力に応じた出力電力値に基づいて、最大限の出力が得られるように前記太陽光発電手段を制御する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のエネルギーコントローラ。
【請求項７】
前記取得手段は、時刻を示す情報、および天候を示す情報をさらに取得し、
前記制御手段は、前記時刻を示す情報、および前記天候を示す情報にも基づいて、前記変更手段を制御する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のエネルギーコントローラ。
【請求項８】
前記制御手段は、現在の電力状況と、予測される電力状況とに基づいて、前記変更手段を制御する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のエネルギーコントローラ。
【請求項９】
複数の電源から出力される電力に応じた出力電力値を取得し、
前記複数の電源から、複数の負荷へ供給される電力の経路の変更を、前記出力電力値に基づいて制御する
ステップを含むことを特徴とするエネルギーコントローラの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギーコントローラおよび制御方法に関し、特に、複数の電源と複数の負荷とを有するシステムにおいて効率的な電力供給を行うことをできるようにしたエネルギーコントローラおよび制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光発電パネルを備えた電力システムでは、太陽光発電パネルで発電された電力は、パワーコンディショナにより交流の電力に変換された後、電力システム内の各負荷に供給されたり、商用電力系統へ戻される。
【０００３】
例えば、特許文献１には、太陽光発電機の状態に応じてシステム内の機器を制御するシステムコントローラを備えたホームオートメーションシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３０３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、太陽光発電だけでなく、小型風力発電や燃料電池などによって発電された電力や、蓄電池に蓄積させた電力を活用する電力システムが開発されている。このような電力システムでは、複数の電源と複数の負荷とが接続されていることにより、各電源から出力される出力電力と、各負荷で消費される消費電力とが不安定になり、システム全体として効率的な電力供給を行うことが困難になることがある。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、複数の電源と複数の負荷とを有するシステムにおいて効率的な電力供給を行うことができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のエネルギーコントローラは、複数の電源から出力される電力に応じた出力電力値を取得する取得手段と、前記複数の電源から、複数の負荷へ供給される電力の経路を変更する変更手段と、前記取得手段により取得された前記出力電力値に基づいて、前記変更手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明のエネルギーコントローラの制御方法は、複数の電源から出力される電力に応じた出力電力値を取得し、前記複数の電源から、複数の負荷へ供給される電力の経路の変更を、前記出力電力値に基づいて制御するステップを含むことを特徴とする。
【０００９】
かかる構成においては、複数の電源から出力される電力に応じた出力電力値に基づいて、複数の電源から、複数の負荷へ供給される電力の経路が変更されるので、効率的な電力供給を行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のエネルギーコントローラおよび制御方法によれば、効率的な電力供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した電力システムの実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図２】休日および平日における電力の使用状況に適合するようなエネルギーフローを説明する図である。
【図３】電気自動車および蓄電池に対するモードを示す図である。
【図４】天候と電力との関係について説明する図である。
【図５】エネルギーフローの制御の一例を示す図である。
【図６】電力システムの変形例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明を適用した電力システムの実施の形態の構成例を示すブロック図である。なお、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【００１４】
電力システム１１には、商用電源からの電力を供給する系統１２が接続されるとともに、太陽電池１３、燃料電池１４、蓄電池１５が設けられている。また、電力システム１１では、交流負荷１６、低電圧直流負荷１７、および高電圧直流負荷１８の各負荷への電力の供給が行われる。
【００１５】
また、電力システム１１は、各電源および各負荷の間でのエネルギーフロー（例えば、電力の流れ）を制御するエネルギーコントローラ１９、および、直流の電力の供給に利用される直流バス２０を備えている。エネルギーコントローラ１９は、ＰＶ用DCAC変換部２１、双方向DCAC変換部２２、電流検出部２３、および制御部２４を備えて構成されている。
【００１６】
電力システム１１では、系統１２からの電力線が、エネルギーコントローラ１９のＰＶ用DCAC変換部２１に接続されているとともに、交流負荷１６に電力を供給する電力線がエネルギーコントローラ１９の双方向DCAC変換部２２に接続されている。即ち、系統１２から交流負荷１６へは、エネルギーコントローラ１９を介して電力が供給される。また、エネルギーコントローラ１９内では、系統１２とＰＶ用DCAC変換部２１との間の電力線と、交流負荷１６と双方向DCAC変換部２２との間の電力線とが、電流検出部２３を介して接続されている。
【００１７】
また、太陽電池１３からの電力線は、スイッチ２５−１を介してエネルギーコントローラ１９のＰＶ用DCAC変換部２１に接続されており、スイッチ２５−１とＰＶ用DCAC変換部２１との間の電力線に直流バス２０が接続されている。燃料電池１４からの電力線は、スイッチ２５−２を介して直流バス２０に接続されており、蓄電池１５からの電力線は、双方向DCDC変換部２６およびスイッチ２５−３を介して直流バス２０に接続されている。また、低電圧直流負荷１７への電力線は、低電圧DCDC変換部２７およびスイッチ２５−４を介して直流バス２０に接続されており、高電圧直流負荷１８への電力線は、高電圧DCDC変換部２８およびスイッチ２５−５を介して直流バス２０に接続されている。また、直流バス２０には、エネルギーコントローラ１９の双方向DCAC変換部２２が接続されている。
【００１８】
また、スイッチ２５−１およびＰＶ用DCAC変換部２１の間の電力線と直流バス２０との接続点と、スイッチ２５−２と直流バス２０との接続点との間にダイオード２９が配置されている。ダイオード２９は、太陽電池１３からの電力が蓄電池１５、低電圧直流負荷１７、および高電圧直流負荷１８に供給される一方、双方向DCAC変換部２２、蓄電池１５、および燃料電池１４からの電力がＰＶ用DCAC変換部２１へ流れ込むのを規制する規制手段である。
【００１９】
太陽電池１３により発電された電力は、ＰＶ用DCAC変換部２１に供給されるとともに、直流バス２０を介して蓄電池１５、低電圧直流負荷１７、高電圧直流負荷１８、および双方向DCAC変換部２２に供給される。また、太陽電池１３は、監視調整装置１３Ａを備えており、監視調整装置１３Ａは、図示しないセンサにより太陽電池１３で発電される電力を計測して、太陽電池１３から出力される電力の大きさを表す出力電力値を示す信号をエネルギーコントローラ１９の制御部２４に供給するとともに、制御部２４からの制御信号に従って太陽電池１３の出力を調整する。
【００２０】
燃料電池１４により発電された電力は、直流バス２０を介して蓄電池１５、低電圧直流負荷１７、高電圧直流負荷１８、および双方向DCAC変換部２２に供給される。また、燃料電池１４は、監視調整装置１４Ａを備えており、監視調整装置１４Ａは、図示しないセンサにより燃料電池１４で発電される電力を計測して、燃料電池１４から出力される電力の大きさを表す出力電力値を示す信号をエネルギーコントローラ１９の制御部２４に供給するとともに、制御部２４からの制御信号に従って燃料電池１４の出力を調整する。
【００２１】
蓄電池１５は、例えば、リチウムイオン蓄電池や鉛蓄電池などであり、直流バス２０により供給される直流の電力が双方向DCDC変換部２６において所定の電圧に変換されて供給され、その電力を蓄積する蓄積手段である。なお、蓄電池１５としては、後述の図２で説明するように、電気自動車に搭載される蓄電池も使用される。
【００２２】
ここで、電力システム１１において、直流バス２０には、太陽電池１３および燃料電池１４において発電された直流の電力、並びに、系統１２から供給され双方向DCAC変換部２２において交流から直流に変換された電力が供給される。直流バス２０は、例えば、１２０〜４００Ｖ程度の電圧の電力を供給可能とされており、電力システム１１の設計段階において、直流バス２０を利用して供給される電力の電圧の規定値が決定されている。具体的に、この規定値を、太陽電池１３から出力される電力の電圧である３００Ｖとした場合、燃料電池１４からの出力される電力の電圧（例えば、５０Ｖ）は、図示しない昇圧器により３００Ｖに昇圧された後に直流バス２０に供給される。
【００２３】
そして、双方向DCDC変換部２６は、その規定の電圧の電力を、蓄電池１５の充電に適した所定の電圧（例えば、１２Ｖや２４Ｖなど）に変換して蓄電池１５に供給したり、蓄電池１５に蓄積されている電力を、上述の規定の電圧に変換して直流バス２０に供給する。また、双方向DCDC変換部２６は、蓄電池１５に蓄積されている電力の大きさを表す蓄積電力値を検知して、エネルギーコントローラ１９の制御部２４と通信を行い、蓄電池１５に蓄電されている電力の蓄積電力値を制御部２４に通知する。
【００２４】
交流負荷１６は、例えば、電子レンジや給湯器などの熱源機器のように交流の電力を消費する機器である。交流負荷１６には、電流検出部２３を介して系統１２から交流の電力が供給されるとともに、双方向DCAC変換部２２により交流に変換された電力が供給される。なお、図示しないが、交流負荷１６として電力システム１１に接続されている各機器が、エネルギーコントローラ１９の制御部２４との通信を行う通信手段を備えている場合、各機器において消費される電力の大きさを表す消費電力値が制御部２４に通知される。
【００２５】
低電圧直流負荷１７は、例えば、ＬＥＤ照明や、換気ファン、電話機、パーソナルコンピュータなどのように低電圧の直流の電力を消費する機器である。低電圧直流負荷１７には、直流バス２０を介して供給される規定値の電圧の電力が、低電圧DCDC変換部２７により、例えば４８Ｖの電圧に変換されて供給される。また、低電圧DCDC変換部２７は、低電圧直流負荷１７で消費される電力の大きさを表す消費電力値を検知して、エネルギーコントローラ１９の制御部２４と通信を行い、低電圧直流負荷１７での消費電力値を制御部２４に通知する。
【００２６】
高電圧直流負荷１８は、例えば、冷蔵庫やエアコンディショナーなどのように高電圧の直流の電力を消費する機器である。高電圧直流負荷１８には、直流バス２０を介して供給される規定値の電圧の電力が、高電圧DCDC変換部２８により、例えば３００Ｖの電圧に変換されて供給される。また、高電圧DCDC変換部２８は、高電圧直流負荷１８で消費される電力の大きさを表す消費電力値を検知して、エネルギーコントローラ１９の制御部２４と通信を行い、高電圧直流負荷１８での消費電力値を制御部２４に通知する。
【００２７】
ＰＶ用DCAC変換部２１は、制御部２４の制御に応じて、太陽電池１３により発電される直流の電力を、交流の電力に変換して出力する。
【００２８】
双方向DCAC変換部２２は、制御部２４の制御に応じて、入力される直流の電力を交流の電力に変換して出力し、また、入力される交流の電力を直流の電力に変換して出力する。例えば、双方向DCAC変換部２２は、系統１２から電流検出部２３を介して供給される交流の電力を変換し、直流バス２０を介して、蓄電池１５、低電圧直流負荷１７、および高電圧直流負荷１８に直流の電力を供給する。一方、双方向DCAC変換部２２は、直流バス２０を介して入力される直流の電力を変換して、交流負荷１６に交流の電力を供給したり、電流検出部２３を介して系統１２に交流の電力を戻したりする。
【００２９】
電流検出部２３は、配置されている配線を流れる電流を検出して、その電流の大きさ表す電流値を示す信号を制御部２４に供給する。制御部２４は、電流検出部２３により検出された電流値に応じて、ＰＶ用DCAC変換部２１および双方向DCAC変換部２２の出力を制御する。
【００３０】
例えば、制御部２４は、電流検出部２３により検出された電流値に基づいて、双方向DCAC変換部２２から出力された電力が系統１２に流れ出ないように、即ち、図１において電流検出部２３を右側から左側に通過する電流が発生しないように、双方向DCAC変換部２２の出力を調整する。また、制御部２４は、例えば、燃料電池１４および蓄電池１５からの電力により交流負荷１６、低電圧直流負荷１７、および高電圧直流負荷１８の消費電力を賄うことができるときには、交流負荷１６の消費電力に応じて双方向DCAC変換部２２の出力を制御するとともに、太陽電池１３により発電された電力の全てが系統１２に戻るようにＰＶ用DCAC変換部２１の出力を制御する。即ち、このとき、制御部２４は、電流検出部２３に電流が流れないように制御を行う。
【００３１】
また、制御部２４は、エネルギーコントローラ１９内部における制御の他、電力システム１１全体の制御も行う。即ち、制御部２４は、電力システム１１の各部と通信を行って取得した情報に基づいて電力システム１１の各部を制御し、現時点において最も価値の高い（例えば、ＣＯ２の排出量の低減、発電コストの削減）運用がなされるように、電力システム１１のエネルギーフローを制御する。制御部２４は、電力システム１１の各部と通信を行って情報（出力電力値、消費電力値、蓄積電力値などの情報）を取得する取得手段や、スイッチ２５−１乃至２５−５の開閉を制御したり、監視調整装置１３Ａ、監視調整装置１４Ａ、および双方向DCDC変換部２６に対して制御信号を出力したりする制御手段などを備えている。
【００３２】
例えば、制御部２４は、監視調整装置１３Ａおよび監視調整装置１４Ａと通信を行って太陽電池１３および燃料電池１４の出力電力値をそれぞれ取得し、双方向DCDC変換部２６と通信を行って蓄電池１５の蓄積電力値を取得する。また、制御部２４は、低電圧DCDC変換部２７および高電圧DCDC変換部２８と通信を行って低電圧直流負荷１７および高電圧直流負荷１８における消費電力値をそれぞれ取得する。
【００３３】
また、制御部２４は、例えば、インタネットなどの通信ネットワーク３０を介して外部のサーバと通信を行って、天候情報を取得する。また、制御部２４は、タイマ機能およびカレンダー機能を備えており、時刻および曜日（休日または平日）を示す情報を取得する。
【００３４】
そして、制御部２４は、これらの情報に基づいて、電力システム１１でのエネルギー効率が向上するように、スイッチ２５−１乃至２５−５の開閉を制御して、電力システム１１内における電力の経路を制御（パッシブ・アクティブ）する。ここで、スイッチ２５−１乃至２５−５は、電力の経路を変更する変更手段である。なお、スイッチ２５−１乃至２５−５により電力の経路を変更する他、例えば、スイッチ２５−１乃至２５−５に替えて電力（エネルギー）を調整する調整手段を設け、電力を変更するような制御（例えば、電力を絞るなど）を行うことができる。なお、制御部２４は、少なくとも出力電力値に基づいて、電力の経路を制御することができる。
【００３５】
また、制御部２４は、例えば、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御に基づいて太陽電池１３の出力を制御する機能を備えている。例えば、制御部２４は、太陽電池１３が備える複数の太陽光発電パネルのうちの、日陰となっている太陽光発電パネルを検知し、現在の日照条件において最適な発電となるような制御を行う。また、制御部２４は、太陽電池１３が備える各太陽光発電パネルから出力される電力を検知し、予め設定されている出力値や他の太陽光発電パネルの出力値などとの比較結果に基づいて、故障している太陽光発電パネルの故障を検出する。
【００３６】
さらに、制御部２４は、太陽電池１３により発電された電力や電力システム１１の各部の消費電力などに基づいて、ＰＶ用DCAC変換部２１により交流に変換される電力を制御し、直流バス２０を介して電力システム１１の各部に供給される電力と、系統１２に戻す電力とを調整する。
【００３７】
また、制御部２４は、燃料電池１４の運転効率が最適となるように、監視調整装置１４Ａを介して、燃料電池１４を制御する。
【００３８】
また、制御部２４は、蓄電池１５でのロスをモニタリング（学習）し、蓄電池１５が最適な蓄電量（例えば、蓄電池１５の容量の３０〜８０％）で運用されるように、双方向DCDC変換部２６を制御して、蓄電池１５への蓄電を行わせる。また、制御部２４は、太陽電池１３および燃料電池１４の出力電力値や、交流負荷１６、低電圧直流負荷１７、および高電圧直流負荷１８の消費電力値、時刻、曜日、天候などに基づいて、蓄電池１５の蓄電スケジュールを作成する。
【００３９】
さらに、例えば、制御部２４は、系統１２における交流の電力の電圧値を検知し、その電圧値が適正値（例えば、１０１Ｖ＋６Ｖ）付近まで上昇したときには、蓄電池１５への充電が優先されるような制御を行う。つまり、制御部２４は、系統１２の電圧値が適正値以上となることを回避するために、ＰＶ用DCAC変換部２１による電力変換を停止させて太陽電池１３により発電された電力が系統１２に戻ることを停止するとともに、双方向DCDC変換部２６による電力変換を行わせて太陽電池１３により発電された電力が蓄電池１５に充電されるように制御する。
【００４０】
また、一般的に、休日か平日かによって電力の使用状況が異なっており、電力システム１１では、その電力の使用状況に適合するように電力の供給経路が切り替えられる。
【００４１】
例えば、図２を参照して、図１の電力システム１１がオフィスに適用された場合において、休日か平日かによる電力の使用状況に適合するようなエネルギーフローについて説明する。図２の左側には、休日におけるエネルギーフローが示されており、図２の右側には、平日におけるエネルギーフローが示されている。
【００４２】
例えば、休日では、自然エネルギーの備蓄が優先的に行われることが望ましい。即ち、休日においては、太陽電池１３および燃料電池１４により発電された電力が、電気自動車１５Ａ（電気自動車に搭載される蓄電池）および蓄電池１５Ｂに充電されるとともに、系統１２からの買電を停止するようなエネルギーフローが適している。なお、休日のオフィスでは、人が居ないことが想定され、交流負荷１６、低電圧直流負荷１７、および高電圧直流負荷１８への電力供給は行われない。
【００４３】
一方、平日では、買電の優先度を低下させて自然エネルギーが電力消費に使用されることが望ましい。即ち、平日においては、太陽電池１３および燃料電池１４により発電された電力と蓄電池１５Ｂに蓄積された電力とが、優先的に交流負荷１６、低電圧直流負荷１７、および高電圧直流負荷１８へ供給されるとともに、系統１２からは、それらの電力が不足する場合に買電が行われるようなエネルギーフローが適している。なお、電気自動車１５Ａに蓄積された電力は、電気自動車１５Ａ単体で使用される。
【００４４】
ここで、電気自動車１５Ａに対する充電および放電と、蓄電池１５Ｂに対する充電および放電とについて、制御部２４が選択するモードとしては、図３に示すようなモードがある。
【００４５】
即ち、電気自動車１５Ａに対しては、優先的に充電するモード、太陽電池１３での発電を予測して充電するモード、および、電気自動車１５Ａの運行を予測して充電するモードがある。また、蓄電池１５Ｂに対しては、優先的に充電するモード、優先的に放電するモード、なりゆきで充電または放電するモード、深夜電力を使用して充電するモード、および、深夜電力で待機（放電）するモードがある。なお、なりゆきで充電または放電するモードとは、蓄電池１５Ｂの電圧が直流バス２０の電圧未満であれば充電を行い、蓄電池１５Ｂの電圧が直流バス２０の電圧以上であれば放電を行うモードである。
【００４６】
次に、図４を参照して、天候と電力との関係について説明する。
【００４７】
図４に示すように、天候が晴れであるとき、太陽電池１３では規定値どおりの発電を得ることができ、電力は余剰となり、電気代は安くなる傾向がある。そのため、各負荷において積極的に電力を消費し、蓄電池１５に積極的に蓄電したいという時間的なシフト（融通）がある。また、電気代は安いが電力が余剰しているため、系統１２へ電力を送電させたいという空間的なシフトがある。
【００４８】
一方、天候が曇りであるとき、太陽電池１３では規定値どおりの発電を得ることができず、電力は不足し、電気代は高くなる傾向がある。そのため、各負荷における消費をシフト（後回し）し、蓄電池１５に蓄積された電力を売電したいという時間的なシフトがある。また、電気代は高いが電力が不測しているため、系統１２から買電したいという空間的なシフトがある。
【００４９】
そして、電力システム１１では、このような電力と天候との関係性と、図２を参照して説明したような電力の使用状況とに基づいて、エネルギーコントローラ１９の制御部２４が、エネルギーフローを制御する。
【００５０】
図５には、制御部２４によるエネルギーフローの制御の一例が示されている。
【００５１】
例えば、平日において、当日の天気が晴れであり、かつ、翌日の天気も晴れである場合には、電気代（電気料金）が安いので、制御部２４は、できる限り各負荷で電力を使用するような制御を行う。即ち、制御部２４は、夜間には、電気自動車１５Ａに充電されるように制御し、蓄電池１５Ｂの電力が電気自動車１５Ａに充電されるように、蓄電池１５Ｂを放電させるような制御を行う。また、制御部２４は、昼間には、太陽電池１３で発電された電力が負荷で使用されるように制御し、蓄電池１５Ｂに対して、なりゆきで充電または放電するモードを選択し、電気自動車１５Ａに対しては、運行に支障がなければ充電を行わないような制御を行う。
【００５２】
また、平日において、当日の天気が晴れであり、かつ、翌日の天気が曇りまたは雨である場合には、電気代がある程度安いので、制御部２４は、できる限り電力を蓄積するような制御を行う。即ち、制御部２４は、夜間には、電気自動車１５Ａに対しては、充電を優先するモードを選択し、蓄電池１５Ｂに対しては、その時点での蓄電池１５Ｂに蓄積された残量に応じて充電を行うか否かを判断するような制御を行う。また、制御部２４は、昼間には、太陽電池１３で発電された電力が蓄電池１５Ｂに充電されるように制御し、蓄電池１５Ｂに対しては充電を優先するモードを選択し、電気自動車１５Ａにも充電を行うような制御を行う。
【００５３】
また、平日において、当日の天気が曇りまたは雨であり、かつ、翌日の天気も曇りまたは雨である場合には、電気代が高いので、制御部２４は、なるべく蓄電池１５Ｂの電力を使用するような制御を行う。即ち、制御部２４は、夜間には、電気自動車１５Ａおよび蓄電池１５Ｂに対して充電が行われるような制御を行う。また、制御部２４は、昼間には、太陽電池１３で発電された電力が負荷で使用されるように制御し、蓄電池１５Ｂに対して放電を優先するモードを選択し、電気自動車１５Ａに対しては、電気自動車１５Ａの運行に支障がなければ充電を行わないような制御を行う。
【００５４】
また、休日である土曜日および日曜日（特異日）においては、電気代が最も安いため、制御部２４は、電力を蓄積するような制御を行う。即ち、制御部２４は、夜間には、電気自動車１５Ａおよび蓄電池１５Ｂに対して、太陽電池１３での不足分が充電されるように制御し、蓄電池１５Ｂの電力が電気自動車１５Ａに充電されるように、蓄電池１５Ｂを放電させるような制御を行う。また、制御部２４は、昼間には、太陽電池１３で発電された電力が電気自動車１５Ａおよび蓄電池１５Ｂに蓄電されるように制御し、蓄電池１５Ｂに対して充電を優先するモードを選択し、電気自動車１５Ａに対して充電が行われるような制御を行う。
【００５５】
このように、制御部２４は、自然エネルギーが最も優先的に使用され、次に夜間電力が使用され、最後に昼間電力が使用されるという優先順位に基づいた制御を行う。また、天候により電気代（エネルギー単価）が変動するため、制御部２４は、より低コストとなるように制御を行う。
【００５６】
さらに、制御部２４は、例えば、天候（日射量）や曜日（休日または平日）などに基づいて、系統１２から供給される電力にかかる電気料金（電気代）を推定し、その推定した電気料金が一定の基準料金以下である場合、太陽電池１３で発電された電力が電気自動車１５Ａまたは蓄電池１５Ｂに充電されるような制御を行う。なお、この基準料金は、太陽電池１３による発電に要するコストなどに基づいて予め求められたものである。また、電力システム１１が、太陽電池１３の他、風力発電のような自然エネルギーを利用し発電を行う電源を備えている場合、制御部２４は、推定した電気料金が一定の基準料金以下である場合、それらの自然エネルギーを利用した電源からの出力電力が電気自動車１５Ａまたは蓄電池１５Ｂに充電されるような制御を行う。
【００５７】
また、制御部２４は、当日の天気と翌日の天気とに基づいてエネルギーフローを制御するだけでなく、現在の電力状況と、予測される電力状況とに基づいてエネルギーフローを制御することができる。ここで、現在の電力状況は、現在の天気に応じた太陽電池１３の出力発電値、電気自動車１５Ａおよび蓄電池１５Ｂの現在の蓄積電力値、並びに、交流負荷１６、低電圧直流負荷１７、および高電圧直流負荷１８の現在の消費電力値から求められる総合的な状況である。
【００５８】
また、予測される電力状況は、翌日以降の天気に応じて予測される太陽電池１３の出力発電値、並びに、電気自動車１５Ａ、交流負荷１６、低電圧直流負荷１７、および高電圧直流負荷１８により消費されることが予測される消費電力値から求められる総合的な状況である。なお、電気自動車１５Ａによる消費電力は、例えば、電気自動車１５Ａの使用履歴（使用タイミングや、充電量の変化など）を蓄積することにより予測することができる。同様に、交流負荷１６、低電圧直流負荷１７、および高電圧直流負荷１８による消費電力は、それぞれの消費電力の履歴を蓄積することで予測することができる。
【００５９】
そして、制御部２４は、現在の電力状況と、予測される電力状況とに基づいて、電力システム１１全体として最適な電力運用が行われるように、エネルギーフローを制御する。
【００６０】
具体的には、現在の太陽電池１３による発電が少なく（つまり、現在の天気が曇りまたは雨）、かつ、翌日の太陽電池１３による発電が多くなることが予測（つまり、翌日の天気が晴れの予報）されていて、電気自動車１５Ａに蓄積されている電力が少ないが翌日に電気自動車１５Ａが使用されないと予測される場合、制御部２４は、翌日、太陽電池１３により発電された電力により電気自動車１５Ａの充電を行うような制御を行う。また、例えば、電気自動車１５Ａが定期的に同じタイミングで使用されている場合、制御部２４は、電気自動車１５Ａが使用されるタイミングを予測し、電気自動車１５Ａの現在の蓄積電力値を確認して、そのタイミングまでに電気自動車１５Ａが満充電となるような制御を行う。
【００６１】
なお、制御部２４は、交流負荷１６、低電圧直流負荷１７、および高電圧直流負荷１８に対する電源のオン／オフの制御を行うことができる。例えば、制御部２４は、各負荷に電力計が設置されている場合、時間ごとの消費電力値の変化を取得することができる。そして、制御部２４は、消費電力値の変化と、登録済みのデータとを比較して、長時間変動のない負荷に対して電源をオフするように制御する。また、制御部２４は、所定の期間の消費電力値の変化を蓄積しておき、例えば、ある一定期間前（例えば、一週間前）の蓄積データと比較して、その負荷の電源をオフするか否かを判断することができる。
【００６２】
また、制御部２４は、消費電力値の変化のパターンに加えて、時刻や、カレンダー、家族構成、ライフスタイルなどに基づいた行動パターンにも基づいて、負荷の電源をオフするか否かを判断することができる。また、制御部２４は、電源のオン／オフの制御に加えて、省エネモードへの切り替えを制御することができる。
【００６３】
例えば、制御部２４は、消費電力値の変化のパターンに基づいて、ユーザが外出していて住宅内に誰も居ないと判断した場合に、照明がオンになっていれば、消し忘れであるとして照明の電源をオフする。
【００６４】
また、制御部２４は、予め登録されている負荷制御の優先度に応じて、交流負荷１６、低電圧直流負荷１７、および高電圧直流負荷１８に対する電源のオン／オフの制御を行うことができる。例えば、冷蔵庫は電源がオフされては困るので優先度を低くし、テレビジョン受像機は、優先度を高く設定することができる。また、曜日や時間によって優先度が変更されるように設定してもよい。
【００６５】
また、制御部２４は、蓄電池１５が複数種類の蓄電池により構成されている場合、その複数種類の蓄電池の繋ぎ変えを制御したり、電力需要と深夜電力とを活用して蓄電池１５の最低容量を確保するように制御したり、蓄電池１５としてリチウムイオン蓄電池が使用されている場合、その充電方法を制御したりすることができる。
【００６６】
また、制御部２４は、通信ネットワーク３０を介して、他の電力システムが備える制御部と通信（情報の交換）を行い、その地域（複数の住宅や、複数の建物）における電力需要に応じた制御をすることもできる。即ち、複数の電力システムによる集中管理を実現することができる。例えば、制御部２４は、他の電力システムからの電力送信要求を取得すると、その要求に応じた電力を系統１２に戻す。また、制御部２４が、他の電力システムに対して電力送信要求を送信してもよい。さらに、災害時などにおいて系統１２からの電力供給が遮断されたとき、電力システム１１どうしで電力の送受信が行われる。
【００６７】
また、制御部２４は、通信ネットワーク３０を介して、電力会社から電気料金情報を取得して、電気料金に応じて、太陽電池１３および燃料電池１４において発電した電力を使用するか、系統１２からの電力を使用するかを判断することができる。なお、図示しないパーソナルコンピュータなどを介して、制御部２４が電気料金情報を取得してもよい。例えば、制御部２４は、電気料金情報に基づいて、消費電力の大きな負荷（例えば、食器洗浄器など）の使用に適した時間帯をユーザに通知したり、制御部２４がその負荷を直接オン／オフしたりすることができる。具体的には、午後１１時以降の電気料金が安くなる場合には、制御部２４は、午後１１時以降に食器洗浄器の運転を開始するような制御を行う。
【００６８】
次に、図６を参照して、電力システム１１の変形例について説明する。なお、図６には、図１の電力システム１１と構成が異なる部分だけが示されている。
【００６９】
図６に示すように、電力システム１１’は、太陽電池１３と蓄電池１５との間の経路が、スイッチ２５−６により切り替えられるように構成されている。なお、図６の電力システム１１’において、図示されていない部分は、図１の電力システム１１と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
【００７０】
電力システム１１’では、太陽電池１３と蓄電池１５とが直接的に接続される経路と、太陽電池１３と蓄電池１５とがＰＶ制御部５０を介して接続される経路とが、スイッチ２５−６により切り替えられる。ＰＶ制御部５０は、ＭＰＰＴ制御に基づいて太陽電池１３の出力を制御する機能を備えている。
【００７１】
スイッチ２５−６による経路の切り替えは、エネルギーコントローラ１９の制御部２４により行われ、制御部２４は、例えば、太陽電池１３により発電された電力に基づいて、例えば、晴天で発電が多いときと、早朝や曇天で発電が少ないときとで経路を切り替える。
【００７２】
例えば、太陽電池１３の発電が少なく、ＰＶ制御部５０がＭＰＰＴ制御を行うことによる変換ロスの発生を回避することを優先する場合には、太陽電池１３と蓄電池１５とが直接的に接続される経路が選択され、蓄電池１５の電圧に任せて蓄電池１５が充電される。一方、太陽電池１３の発電が多く、ＰＶ制御部５０がＭＰＰＴ制御を行うことによる変換ロスが発生しても、太陽電池１３に適した電力を取り出すことを優先する場合には、太陽電池１３と蓄電池１５とがＰＶ制御部５０を介して接続される経路が選択される。
【００７３】
また、蓄電池１５を直接的に直流バス２０に接続し、蓄電池１５に蓄積されている電力を使用するときには、インバータの効率の高いところで電力を使用することができる。また、ＰＶ制御部５０から出力される電力を使用するときには、例えば、天気が悪く太陽電池１３により発電された電力が少なくても、低いインバータ効率で使用することができる。
【００７４】
このように、ＰＶ制御部５０がＭＰＰＴ制御を行うか否かを決定し、最大の出力が得られるように経路を選択することで、電力システム１１’をより効率的に運用することができる。
【００７５】
以上のように、電力システム１１では、エネルギーコントローラ１９の制御部２４が、太陽電池１３および燃料電池１４の出力電力値、蓄電池１５の蓄積電力値、並びに、交流負荷１６、低電圧直流負荷１７、および高電圧直流負荷１８の消費電力値を取得して、スイッチ２５−１乃至２５−５の開閉を制御することにより、交流負荷１６、低電圧直流負荷１７、および高電圧直流負荷１８へ供給される電力の経路を変更するので、より効率的な電力供給を行うことができる。即ち、電力システム１１では、制御部２４により統合的な管理が行われるので、複数の電源において勝手に発電が行われることがなく、電力システム１１全体として効率的に運用されるように、太陽電池１３および燃料電池１４において発電が行われる。
【００７６】
また、電力システム１１では、エネルギーコントローラ１９においてＤＣＡＣ変換が行われるため、変換器をそれぞれ備えた太陽光発電パネルおよび燃料電池が組み合わされたシステムと比較して、機器が重複することがなく、無駄を省くことができる。
【００７７】
また、電力システム１１では、太陽電池１３による発電を燃料電池１４による発電よりも優先的に行うように制御部２４が制御することにより、ＣＯ２の発生をより抑制することができる。太陽電池１３により発電された電力が消費電力よりも不足している場合には、蓄電池１５に蓄積されている電力を使用することができる。このような運用により、電力システム１１では、より価値の高い、例えば、ＣＯ２の排出量が低減可能な、または発電コストを削減可能なシステムを構成することができる。
【００７８】
また、電力システム１１では、系統１２に戻す電力を制御することができるので、例えば、系統１２の電圧が適正値よりも上昇することを抑制することや、太陽電池の普及により発生が予測される余剰電力の発生を抑制することができる。
【００７９】
ここで、系統１２の電圧は、この適正値で一定に保たれている場合が多いので、系統１２から電力システム１１に流入する電流を測定することにより電力が求められる。例えば、家庭内の電圧は２００Ｖまたは１００Ｖであり、その電圧値を制御部２４に設定しておくことにより、制御部２４は、系統１２から電力システム１１に流入する電流の電流値に基づいて、系統１２からの電力を算出することができる。なお、本実施の形態において、電力値（出力電力値、消費電力値、蓄積電力値）は、ある時間の電力の大きさ(瞬時電力)を表す他、所定時間における電力の大きさである電力量(積算電力)も含み、エネルギーコントローラ１９が扱う情報は、瞬時電力でも積算電力でもよいものとする。
【００８０】
なお、図１の電力システム１１では、双方向DCDC変換部２６を介して蓄電池１５が直流バス２０に接続されており、双方向DCDC変換部２６により強制的な放電または充電（蓄電池１５の蓄電容量に応じた上限値に基づいて制御される充電）が行われる。これに対し、例えば、直流バス２０に直接的に蓄電池１５を接続し、蓄電池１５の電圧と直流バス２０の電圧との関係に応じて（なりゆきで）蓄電池１５の放電または充電が行われるようにしてもよい。
【００８１】
また、電力システム１１において、直流バス２０と各部とが接続される電力線には、過負荷や短絡などの要因で規定の電流値以上の電流が流れたときに電力供給を遮断するブレーカが接続されている。
【００８２】
さらに、本発明は、太陽電池１３および燃料電池１４に加えて、例えば、ヒートポンプ給湯や、蓄熱・氷蓄熱空調機などの各種のエネルギー機器、および、風力発電装置を備えたシステムに適用することができる。
【００８３】
なお、本発明は、制御部２４やＰＶ制御部５０において太陽電池１３の制御を行うような構成の他、太陽電池１３を構成する複数の太陽光発電パネルごとにＰＶ制御部が設けられた構成の電力システムにも適用することができる。このように、太陽電池１３を構成する複数の太陽光発電パネルごとにＰＶ制御部が設けられた場合、太陽光発電パネルごとに最大の出力となるような制御を行うことができ、太陽電池１３全体として最適な出力電力を得ることができる。
【００８４】
また、制御部２４は、CPU（Central Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、RAM（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（例えば、EEPROM（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory））などを備えて構成されており、ROMまたはフラッシュメモリに記憶されているプログラムをRAMにロードして実行することで、電力システム１１の各部を制御する。なお、CPUが実行するプログラムは、あらかじめROMおよびフラッシュメモリに記憶されているものの他、適宜、フラッシュメモリにダウンロードして更新することができる。
【００８５】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１１  電力システム
１２  系統
１３  太陽電池
１４  燃料電池
１５  蓄電池
１６  交流負荷
１７  低電圧直流負荷
１８  高電圧直流負荷
１９  エネルギーコントローラ
２０  直流バス
２１  ＰＶ用DCAC変換部
２２  双方向DCAC変換部
２３  電流検出部
２４  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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