(57)【要約】【課題】自然エネルギー発電システムの大型化および蓄電池の大容量化を抑制しつつ、エネルギーロスを低減することが可能な発電システムを提供する。【解決手段】発電システム１は、自然エネルギーを使用して直流電力を発生する太陽光発電部２と、直流電力を発生する燃料電池３２と、太陽光発電部２からの直流電力と燃料電池３２からの直流電力との各々によって充電される蓄電池４と、蓄電池４からの直流電力を交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣコンバータ７と、を含む。【選択図】図１
2011003449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然エネルギーを使用して直流電力を発生する発電部と、
直流電力を発生する燃料電池と、
前記発電部からの直流電力と前記燃料電池からの直流電力との各々によって充電される蓄電池と、
前記蓄電池からの直流電力を交流電力に変換して出力する変換部と、を含む発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の発電システムにおいて、
前記蓄電池の電圧を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記燃料電池が発生する直流電力を制御する制御部と、をさらに含む発電システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発電システムにおいて、
前記蓄電池からの直流電力を出力する出力端子をさらに含む、発電システム。
【請求項４】
請求項３に記載の発電システムにおいて、
商用交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力を前記出力端子に供給する供給部をさらに含む、発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光や風力等の自然エネルギーを利用した発電システム（以下「自然エネルギー発電システム」と称する）が知られており、太陽光を利用した太陽光発電システムが、一般家庭用の発電システムとして普及し始めている（特許文献１参照）。
【０００３】
自然エネルギー発電システムは、自然エネルギーの状況（例えば、太陽光の強弱）によって発電量が変動するため、必要な電力を安定して発電できない可能性がある。
【０００４】
また、燃料電池を利用した発電システムも知られている（特許文献２参照）。燃料電池を利用した発電システムは、太陽光や風力等の自然エネルギーに依存することなく発電を行えるため、安定的に発電を行える。なお、燃料電池は、発電の際に熱を発生するものが多い。発電によって生じる熱は、主に給湯用の熱源として利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４２７６７号公報
【特許文献２】特開２００９−１１０９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発電システムの１つの形態として、自然エネルギー発電システムにて発電されて余った電力を蓄電池に充電し、蓄電池に充電された電力を、自然エネルギーによる発電ができないときに使用することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、この場合、発電できないときに必要とされる電力分まで、発電可能なときに発電する大出力の発電システムが必要となり、さらに、大出力の発電システムが発電した電力で充電される大容量の蓄電池が必要になるという問題が生じる。
【０００８】
一方、燃料電池を利用した発電システムでは、発電に伴って発生する熱量が、実際に必要となる熱量よりも多くなると、使用されずに無駄になる熱量が増えていき、エネルギーロスが大きくなる問題が生じる。
【０００９】
本発明の目的は、自然エネルギー発電システムの大出力化および蓄電池の大容量化を抑制しつつ、エネルギーロスを低減することが可能な発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る発電システムは、自然エネルギーを使用して直流電力を発生する発電部と、直流電力を発生する燃料電池と、前記発電部からの直流電力と前記燃料電池からの直流電力との各々によって充電される蓄電池と、前記蓄電池からの直流電力を交流電力に変換して出力する変換部と、を含む。
【００１１】
発電部での発電は、自然エネルギーの状況に依存し、燃料電池での発電は、自然エネルギーの状況に依存しない。よって、例えば、発電部からの直流電力が不足している場合に、その不足分を燃料電池が発電することが可能になる。このため、発電できないときに必要となる電力まで、発電可能なときに発電する大出力の発電部、および、大容量の蓄電池を不要にすることが可能になる。
【００１２】
また、燃料電池での発電を、発電部での発電の補完用とすることが可能になり、燃料電池の発電の機会を少なくでき、燃料電池の発電に伴って発生する熱量を少なくできる。よって、無駄になる熱を少なくでき、エネルギーロスを低減することが可能になる。
【００１３】
また、本発明に係る発電システムは、蓄電池の電圧を検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいて、燃料電池が発生する直流電力を制御する制御部と、をさらに含むことが望ましい。
【００１４】
これによって、例えば、蓄電池の電圧が閾値以下になった場合に燃料電池に発電を行わせることが可能になり、蓄電池の電圧が、閾値よりも非常に低くなることを防止でき、電力を安定的に供給することが可能になる。
【００１５】
また、本発明に係る発電システムは、蓄電池からの直流電力を出力する出力端子をさらに含むことが望ましい。これによって、本発明に係る発電システムは、交流電力と直流電力の両方を供給することが可能になり、交流電力源および直流電力源として使用することが可能になる。
【００１６】
また、本発明に係る発電システムは、商用交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を出力端子に供給する供給部をさらに含むことが望ましい。これによって、発電部と燃料電池との両方に不具合が生じても、直流電力を必要とする機器に電力を供給することが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、蓄電池が、自然エネルギーを使用して直流電力を発生する発電部からの直流電力と燃料電池からの直流電力との各々によって充電され、変換部が、蓄電池からの直流電力を交流電力に変換して出力するので、発電部の大出力化および蓄電池の大容量化を抑制しつつ、エネルギーロスを低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の発電システムを示した図である。
【図２】発電システム１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態の発電システムを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の発電システム１を示した図である。
【００２１】
図１において、発電システム１は、太陽光発電部２と、燃料電池システム３と、蓄電池４と、検出部５と、制御部６と、ＤＣ／ＡＣコンバータ７と、出力端子８と、を含む。燃料電池システム３は、バルク貯槽３１と、燃料電池３２と、貯水槽３３と、を含む。
【００２２】
発電システム１は、自己完結型の発電システムであり、本実施形態では、一般家庭用の発電システムとして用いられる。なお、発電システム１は、一般家庭用の発電システムに限るものではなく、例えば企業用の発電システムとして使用されてもよい。
【００２３】
太陽光発電部２は、いわゆる太陽電池であり、自然エネルギーを使用して直流電力を発生する発電部の一例である。本実施形態では、発電部として、自然エネルギーである太陽光を使用して直流電力を発生する太陽電池を用いたが、発電部は、太陽電池に限るものではなく、例えば、自然エネルギーである風力を利用して直流電力を発生する風力発電部でもよい。
【００２４】
燃料電池システム３は、ＬＰＧ（液化石油ガス）から水素を生成し、その水素を燃料として用いて直流電力を発生する。なお、水素の原料は、ＬＰＧに限るものではなく適宜変更可能であり、例えば、ＬＮＧ（液化天然ガス）等、水素を含むガスであればよい。
【００２５】
バルク貯槽３１は、ＬＰＧを貯蔵するためのタンクである。バルク貯槽３１内のＬＰＧは、燃料電池３２と、ガスコンロ９に供給される。なお、水素の原料としてＬＮＧが使用される場合は、バルク貯槽３１には、ＬＮＧが貯蔵される。
【００２６】
燃料電池３２は、バルク貯槽３１からＬＰＧを受け付け、そのＬＰＧから水素を生成し、その水素を燃料として用いて直流電力を発生する。燃料電池３２は、例えば、ＬＰＧを触媒の存在下で水蒸気により水素リッチなガスに改質し、このガス内の水素の化学反応により直流電力を発生する。燃料電池３２は、直流電力を発生する際に熱を発生する。
【００２７】
貯水槽３３は、燃料電池３２で生じる熱を吸収するための水を貯蔵する。貯水槽３３内の水は、燃料電池３２から熱を吸収して温水となる。この温水は、例えば、給湯用として使用される。
【００２８】
蓄電池４は、太陽光発電部２からの直流電力と、燃料電池３２からの直流電力と、の各々によって充電される。
【００２９】
検出部５は、蓄電池４の電圧を検出する。
【００３０】
制御部６は、検出部５の検出結果に基づいて、燃料電池３２が発生する直流電力を制御する。本実施形態では、制御部６は、検出部５にて検出された蓄電池４の電圧が、予め設定された閾値（以下、単に「閾値」と称する）以下である場合、バルク貯槽３１内のＬＰＧを燃料電池３２に供給して、燃料電池３２に直流電力を発生させる。なお、閾値は、制御部６内に記憶されている。
【００３１】
ＤＣ／ＡＣコンバータ７は、変換部の一例であり、蓄電池４からの直流電力を交流電力に変換して出力する。
【００３２】
出力端子８は、蓄電池４からの直流電力を出力する。出力端子８は、例えば、電気自動車１０用のプラグとして用いられる。
【００３３】
分電盤１１は、ＤＣ／ＡＣコンバータ７からの交流電力を、建物内の電源線１２に供給する。なお、分電盤１１は、商用交流電力を受け付け、その商用交流電力を、ＤＣ／ＡＣコンバータ７からの交流電力の代わりに、電源線１２に供給することもできる。
【００３４】
電源線１２には、交流電力にて駆動する種々の機器１３および１００Ｖコンセント１４が接続される。図１では、機器１３の例として、エアコン１３１、照明装置１３２、テレビ１３３、パソコン１３４、オーブン１３５、電子レンジ１３６および冷蔵庫１３７が示されている。なお、機器１３は、これらに限るものではなく適宜変更可能である。
【００３５】
次に、動作を説明する。
【００３６】
図２は、発電システム１の動作を説明するためのフローチャートである。
【００３７】
太陽光発電部２は、太陽光を受け付けると、直流電力を発生する。蓄電池４は、太陽光発電部２からの直流電力によって充電される。
【００３８】
検出部５は、蓄電池４の電圧を検出し、その検出結果を制御部６に出力する（ステップＳ２１）。
【００３９】
制御部６は、検出部５の検出結果を受け付けると、検出部５にて検出された蓄電池４の電圧が閾値よりも高いか否かを判断する（ステップＳ２２）。
【００４０】
検出部５にて検出された蓄電池４の電圧が閾値以下である場合、例えば、夜間に、太陽光発電部２が直流電力を発生しておらず、かつ、蓄電池４からの直流電力が機器１３にて使用されている場合、制御部６は、バルク貯槽３１内のＬＰＧを燃料電池３２に供給して、燃料電池３２に直流電力を発生させる（ステップＳ２３）。
【００４１】
燃料電池３２が直流電力を発生すると、蓄電池４は、燃料電池３２からの直流電力によって充電される。つまり、蓄電池４の電圧が閾値以下である場合、燃料電池３２は直流電力を発生して蓄電池４を充電する。
【００４２】
一方、検出部５にて検出された蓄電池４の電圧が閾値よりも高い場合、例えば、昼間に、太陽光発電部２が太陽光を受け付けて直流電力を発生し、その直流電力で蓄電池４が充電されている場合、制御部６は、バルク貯槽３１内のＬＰＧを燃料電池３２に供給することを禁止する（ステップＳ２４）。
【００４３】
バルク貯槽３１内のＬＰＧが燃料電池３２に供給されないと、燃料電池３２は直流電力を発生しない。つまり、蓄電池４の電圧が閾値よりも高い場合、燃料電池３２は直流電力を発生しない。
【００４４】
蓄電池４からの直流電力は、ＤＣ／ＡＣコンバータ７によって交流電力に変換され、分電盤１１は、ＤＣ／ＡＣコンバータ７からの交流電力を電源線１２に供給して、機器１３に交流電力を供給する。また、蓄電池４からの直流電力は、出力端子８を介して電気自動車１０に供給される。
【００４５】
本実施形態では、蓄電池４は、太陽光発電部２からの直流電力と燃料電池３２からの直流電力との各々によって充電される。ＤＣ／ＡＣコンバータ７は、蓄電池４からの直流電力を交流電力に変換して出力する。
【００４６】
よって、例えば、太陽光発電部２からの直流電力が不足している場合に、その不足分を燃料電池３２が発電することが可能になる。このため、発電できないときに必要な電力まで、発電可能なときに発電する大出力の太陽光発電部、および、大容量の蓄電池を不要にすることが可能になる。
【００４７】
また、燃料電池３２での発電が、太陽光発電部２での発電を補完するものとして用いられれば、燃料電池３２での発電を少なくすることが可能となり、燃料電池３２の発電に伴って発生する熱量を少なくできる。よって、無駄になる熱を少なくでき、エネルギーロスを低減することが可能になる。
【００４８】
また、発電システム１は、電力会社からの商用交流電力に依存せずに電力を発生できるため、自己完結型の交流電力源として使用可能であり、例えば地震や事故等の災害によって電力会社からの商用交流電力の供給が停止した場合でも、交流電力を供給することが可能になる。このため、発電システム１は、災害の影響を受け難い発電システムとなる。
【００４９】
また、本実施形態では、制御部６は、検出部５が検出した蓄電池４の電圧に基づいて、燃料電池３２が発生する直流電力を制御する。
【００５０】
よって、例えば、蓄電池４の電圧が閾値以下である場合に、燃料電池３２に発電を行わせ、蓄電池４の電圧が閾値よりも高い場合に、燃料電池３２に発電を行わせないようにすることが可能になる。この場合、蓄電池４の電圧が、閾値よりも非常に低くなることを防止でき、電力を安定的に供給することが可能になる。また、燃料電池３２での発電は、太陽光発電部２での発電を補完するものとなるので、燃料電池３２の発電に伴って発生する熱量を少なくできる。
【００５１】
また、本実施形態では、出力端子８は、蓄電池４からの直流電力を出力する。このため、発電システム１を直流電力源としても使用することができる。
【００５２】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態の発電システム１Ａを示した図である。図３において、図１に示したものと同一のものには同一符号を付してある。
【００５３】
図３に示した発電システム１Ａは、スイッチ１５と、出力端子１６と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７と、を有する点において、図１に示した発電システム１と異なる。以下、発電システム１Ａについて、発電システム１と異なる点を中心に説明する。
【００５４】
スイッチ１５は、出力端子１６と蓄電池４との間に設けられている。出力端子１６は、建物内の直流電源線１８と接続されている。このため、スイッチ１５がオンのとき、蓄電池４からの直流電力が、スイッチ１５および出力端子１６を介して、直流電源線１８に供給される。
【００５５】
直流電源線１８には、直流電力にて駆動する種々の機器１９およびＤＣコンセント２０が接続される。図３では、機器１９の例として、エアコン１９１、照明装置１９２、テレビ１９３およびパソコン１９４が示されている。
【００５６】
ＡＣ／ＤＣコンバータ１７は、供給部の一例であり、分電盤１１から供給される商用交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を出力端子１６に供給する。なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７からの直流電力が出力端子１６に供給されている間、スイッチ１５をオフにしてもよい。
【００５７】
本実施形態によれば、発電システム１Ａは、建物内の電源線１２に交流電力を供給し、かつ、建物内の直流電源線１８に直流電力を供給することができる。このため、発電システム１Ａは、交流電力を必要とする機器１３と、直流電力を必要とする機器１９と、のいずれにも、適切な電力を供給することが可能になる。
【００５８】
また、本実施形態によれば、例えば、太陽光発電部２と燃料電池システム３との両方に不具合が生じても、分電盤１１が、商用交流電力を受け付け、その商用交流電力を、ＤＣ／ＡＣコンバータ７からの交流電流の代わりに電源線１２に供給し、また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７が、その商用交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を直流電源線１８に供給する。
【００５９】
この場合、太陽光発電部２と燃料電池システム３との両方に不具合が生じても、交流電力を必要とする機器１３と、直流電力を必要とする機器１９と、のいずれにも、適切な電力を供給することが可能になる。
【００６０】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
【００６１】
例えば、熱交換を行って冷風を生成する冷房装置の熱源として、貯水槽３３内の温水が用いられてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１、１Ａ  発電システム
２        太陽光発電部
３        燃料電池システム
３１      バルク貯槽
３２      燃料電池
３３      貯水槽
４        蓄電池
５        検出部
６        制御部
７        ＤＣ／ＡＣコンバータ
８        出力端子
９        ガスコンロ
１０        電気自動車
１１        分電盤
１２        電源線
１３、１９  機器
１３１、１９１  エアコン
１３２、１９２  照明装置
１３３、１９３  テレビ
１３４、１９４  パソコン
１３５      オーブン
１３６      電子レンジ
１３７      冷蔵庫
１４、２０  コンセント
１５        スイッチ
１６        出力端子
１７        ＡＣ／ＤＣコンバータ
１８        直流電源線
【図１】
2011003449.tif 000003
【図２】
2011003449.tif 000004
【図３】
2011003449.tif 000005