(57)【要約】【課題】発電電力の無駄を防止でき、運用開始後の設備仕様の変更にも柔軟に対応できる電池付き再生可能エネルギー発電システム、その運転方法、そのシステムに用いられる電池付き電池ユニットを提供すること。【解決手段】ソーラパネル１０の発電電力を系統に送電するＰＣＳ２０と、ソーラパネル１０の発電電力をＰＣＳ２０に送電する主送電路１１と、電力の蓄電に用いられるＲＦ電池４０と、ＲＦ電池40への充電に用いられる充電用送電路３１と、充電用送電路３１の途中に設置されたＤＣ／ＤＣコンバータ５０と、ＲＦ電池４０の蓄電電力のＰＣＳ２０への送電に用いられる放電用送電路３２と、放電用送電路３２の途中に設置されたスイッチ６０とを備える電池付き再生可能エネルギー発電システムである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電ユニットと、当該発電ユニットで発電された電力を系統に送電するＭＰＰＴ制御機能を備えたパワーコンディショナとを有する発電システムであって、
前記発電ユニットで発電された電力を前記パワーコンディショナに送電する主送電路と、
前記電力の蓄電に用いられるレドックスフロー電池と、
前記電力の前記レドックスフロー電池への充電に用いられる充電用送電路と、
前記充電用送電路の途中に設置されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記レドックスフロー電池に蓄電された電力の前記パワーコンディショナへの送電に用いられる放電用送電路と、
前記放電用送電路の途中に設置されたオン・オフ用のスイッチと、を備える電池付き再生可能エネルギー発電システム。
【請求項２】
前記発電システムは、既設の発電システムである、請求項１に記載の電池付き再生可能エネルギー発電システム。
【請求項３】
前記充電用送電路及び前記放電用送電路は、前記主送電路に着脱可能に接続されている、請求項１又は請求項２に記載の電池付き再生可能エネルギー発電システム。
【請求項４】
前記主送電路に前記充電用送電路及び前記放電用送電路が接続された電池設置状態での運転と、
前記主送電路から前記充電用送電路及び／又は前記放電用送電路が切り離された電池未設置状態での運転と、に切り替え可能である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池付き再生可能エネルギー発電システム。
【請求項５】
前記電池未設置状態での運転中に、前記レドックスフロー電池の電池容量を増減させることができ、その後、運転状態を前記電池設置状態での運転に切り替えて、電池容量増減後の前記レドックスフロー電池を用いて、電池設置状態での運転を行うことができる、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電池付き再生可能エネルギー発電システム。
【請求項６】
前記パワーコンディショナから送電される送電出力値が所定値に達すると、前記発電ユニットで発電された発電電力の一部を、前記充電用送電路を経由して前記レドックスフロー電池に充電する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電池付き再生可能エネルギー発電システム。
【請求項７】
前記発電ユニットで発電された発電電力の一部が前記充電用送電路を経由して前記レドックスフロー電池に送電されているときに、
当該レドックスフロー電池の充電運転は、前記パワーコンディショナから送電される送電出力値が所定値に維持されるように、前記レドックスフロー電池に充電する蓄電量を制御する、請求項６に記載の電池付き再生可能エネルギー発電システム。
【請求項８】
前記レドックスフロー電池は、前記発電ユニットの発電が停止しており、かつ前記レドックスフロー電池に蓄電電力があるとき、前記スイッチをオンとして当該蓄電電力をパワーコンディショナに送電し、当該パワーコンディショナから系統に送電する放電運転が行われる、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電池付き再生可能エネルギー発電システム。
【請求項９】
請求項１に記載の電池付き発電システムで用いられている、前記レドックスフロー電池と、前記充電用送電路と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記放電用送電路と、前記スイッチとで構成される、電池付き再生可能エネルギー発電システム用のレドックスフロー電池ユニット。
【請求項１０】
発電ユニットと、当該発電ユニットで発電された電力を系統に送電するＭＰＰＴ制御機能を備えたパワーコンディショナとを有する既設の発電システムに接続可能な請求項９に記載のレドックスフロー電池ユニット。
【請求項１１】
前記充電用送電路及び前記放電用送電路は、前記発電システムの前記主送電路に着脱自在に接続可能である、請求項９又は請求項１０に記載のレドックスフロー電池ユニット。
【請求項１２】
前記スイッチは、半導体スイッチであり、
前記レドックスフロー電池は、セルスタックと、当該セルスタックに接続された電解液タンク部とを備えるものであり、
当該電解液タンク部は、電解液タンクの数の増減によって蓄電能力を増減可能である、請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池ユニット。
【請求項１３】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電池付き再生可能エネルギー発電システムの運転方法であり、
前記パワーコンディショナへの入力電力または当該パワーコンディショナからの出力電力が所定値に達すると、発電ユニットの発電電力を前記パワーコンディショナを経由して系統に送電する動作を実行しつつ、前記発電ユニットの発電電力の一部を前記ＤＣ／ＤＣコンバータに入力し、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を前記レドックスフロー電池に入力して当該レドックスフロー電池を充電する充電工程を実行する、電池付き再生可能エネルギー発電システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光などの再生可能エネルギーを利用した電池付き発電システムと、当該発電システムで用いることができるレドックスフロー電池ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光などの再生可能エネルギーを利用して発電した電力を系統に送電する発電システムとしては、例えば、ソーラパネルと、ソーラパネルで発電された電力を効率よく系統に送電するためのパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムがある。
また、上述の太陽光発電システムを改良したものとして、さらに蓄電池を備えた太陽光発電システムがある（特許文献１参照）。このようなシステムでは、ソーラパネルで発電された電力を蓄電池に一旦充電した後、蓄電池に蓄電された電力を系統連系型のパワーコンディショナ経由で系統へ送電（売電）する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７―１９２１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、再生可能エネルギーを利用した発電システムでは自然環境の影響を受けて出力が変動するという特徴がある。例えば、再生可能エネルギーの一つであるソーラ発電の発電出力は天候に左右される。
したがって、売電契約を結んでいるソーラ発電システムの運用者は、曇った日でもなるべく契約発電量を大きくした電力で売電できるように、契約発電量以上の発電能力を有する設備を計画及び運用している場合が多い。
【０００５】
ところが、上述した前者の太陽光発電システムの場合、蓄電池を備えてないので、天気の良い日に発電された契約発電量以上の電力は余剰電力となり無駄になる。
他方、後者の太陽光発電システムの場合、蓄電池を備えているので、無駄になる余剰電力の発生は抑制される。ところが、従来の太陽光発電システムに畜電池を追加するには、太陽光発電システム全体の各機器仕様を大幅に改造する必要が生じる。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、発電電力の無駄を防止することができ、しかも運用開始後の設備仕様の変更にも柔軟に対応できる電池付き再生可能エネルギー発電システム、その運転方法及びこれに用いられるレドックスフロー電池ユニットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本出願に係る発明は、発電ユニットと、当該発電ユニットで発電された電力を系統に送電するＭＰＰＴ制御機能を備えたパワーコンディショナとを有する発電システムであって、前記発電ユニットで発電された電力を前記パワーコンディショナに送電する主送電路と、前記電力の蓄電に用いられるレドックスフロー電池と、前記電力の前記レドックスフロー電池への充電に用いられる充電用送電路と、前記充電用送電路の途中に設置されたＤＣ／ＤＣコンバータと、前記レドックスフロー電池に蓄電された電力の前記パワーコンディショナへの送電に用いられる放電用送電路と、前記放電用送電路の途中に設置されたオン・オフ用のスイッチと、を備える電池付き再生可能エネルギー発電システムである。
【０００８】
このような構成の発電システムによれば、発電電力の無駄を防止することができる。
つまり、本発明に係る発電システムでは、発電システムの発電ユニットが大電力を発電し、例えば系統に送電（売電）可能な電力量の上限量（例えば、契約電力量）以上になるなど発電ユニットでの発電量が所定の発電出力値以上になると、系統に向けて上限量を送電しつつ、発電された電力の一部をレドックスフロー電池に充電する。そして、夜間など発電ユニットが発電していないときに、蓄電された電力をレドックスフロー電池からパワーコンディショナに送電するスイッチを経由して系統に送電（売電）するので、従来余剰電力として無駄になっていた電力を売電することができ、発電電力の無駄が生じることが無い。
【０００９】
このように、本発明に係る発電システムでは、発電ユニットでの発電電力をパワーコンディショナに直接送電して系統に送電する従来のシステムをそのまま利用することができ、しかも、レドックスフロー電池に蓄電された電力をオン・オフ用のスイッチを経由してパワーコンディショナに送電して系統に送電することもできる。
一方、発電ユニットで発電された電力をパワーコンディショナ経由で系統に直接送電する運用を継続しつつ、レドックスフロー電池を一時的に発電システムから切り離して保守点検や電解液タンクの増減などを行うこともできる。
また、反対にレドックスフロー電池の電力をパワーコンディショナ経由で系統に送電する運用を行いつつ、発電ユニットを一時的に発電システムから切り離して保守点検したり発電設備の増強などを行ったりすることができる。
このように、本発明に係る発電システムは、運用を開始した後、運用を継続しつつ設備仕様の変更にも柔軟に対応できるという特徴を有する。
【００１０】
上述の構成から明らかなように、本発明に係る電池付き発電システムは、既設の発電システムに、前記レドックスフロー電池と、前記充電用送電路と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記放電用送電路と、前記スイッチとで構成されるユニット（発電システム用のレドックスフロー電池ユニット）を接続することで実現できる。
【００１１】
本発明では、蓄電池としてレドックスフロー電池を採用しているので、電池からの送電を前提としてない仕様である既設のソーラ用パワーコンディショナを用いた既設のソーラ発電システムを、パワーコンディショナの部分を改修することなく蓄電池が追加された電池付き発電システムにすることができる。
【００１２】
例えば、リチウムイオン電池など、レドックスフロー電池以外の電池に蓄電された電力をパワーコンディショナに送電して系統に送電しようとする場合、リチウム電池固有のセルの電圧、温度及び残存充電量等を常に監視しながら送電制御する必要がある。したがって、送電先のパワーコンディショナが、電池からの送電を受ける前提ではないソーラ用の既設のパワーコンディショナである場合、そのパワーコンディショナを蓄電池に対応した仕様に改造するか、蓄電池に対応した新規のパワーコンディショナに交換する必要がある。
既設のパワーコンディショナを、電池及び電池制御機能付きの新規のパワーコンディショナに交換したり、大幅な改造をしたりするには、設備の一時的な運用停止を含め、手間と時間と多額の設備投資費とが必要になる。
【００１３】
この点、本発明に係る電池付き発電システムであれば、既設の発電システムをそのまま用いることができ、しかも追加する設備は、レドックスフロー電池、ＤＣ／ＤＣコンバータ、スイッチ及びこれらの接続用の送電路で構成されたシンプルなユニットであり、容易、迅速かつ低コストで実現可能である。また、既設の設備を運用して発電・売電を行いつつ、本発明に係る電池付き発電システムの構成に変更することが容易である。
このように、本発明に係る電池付き発電システムは、既設の発電システムを電池付きの発電システムに改修する際の構成として最適である。
【００１４】
また、本発明に係る電池付き発電システムは、上述したように、従来余剰電力として無駄になっていた発電電力をＤＣ／ＤＣコンバータを経由してレドックスフロー電池に充電するものである。
そして、レドックスフロー電池では、充電された電解液の開路電圧（OCV）を計測しながら電池を運転しており、電解液の開路電圧（OCV）によってレドックスフロー電池全体の充電量が把握できる。つまり、レドックスフロー電池では、通常の運転中に電解液のOCV値（例えば、1.0V/セル〜1.55V/セル）を監視することでレドックスフロー電池全体の充電量を把握しつつ、レドックスフロー電池ユニットの充放電制御を用意かつ確実に実現することができる。このように、レドックスフロー電池は、電解液の開路電圧を計測することによって電池全体の蓄電量をリアルタイムで容易かつ確実に把握でき、また、計測された数値を利用することができるという特徴を有する。
つまり、本発明に係る電池付き発電システムは、既設の発電システムのパワーコンディショナが電池制御機能を備えていると否とにかかわらず、既設のパワーコンディショナを用いているソーラ発電システムをそのまま有効利用して実現できる電池付き発電システムであり、手間と時間と多額の設備投資費が必要な大改造や新規パワーコンディショナへの交換を行う必要がない。
このように、本発明に係る電池付き発電システムは、既設パワーコンディショナ延いては既設発電システムを改修する必要がないという、特有の効果を有するものであり、しかも、所定の発電量以上の発電電力をレドックスフロー電池に確実に蓄電できるので、従来余剰電力になっていた電力を有効利用できるという特有の効果をも有する。
本発明に係る発電システムがレドックスフロー電池を利用している蓄電池付き発電システムであるからこそ、このような特有の効果を奏することができる。
【００１５】
また、本発明に係る電池付き発電システムでは、レドックスフロー電池の電解液（電解液タンク）を追加することで、容易に貯蔵時間を増加することが可能である。したがって、電池付き発電システムを設置して運転を開始した後に、例えば当初予想よりも多くの電力を発電できることが判明し、余剰電力が生じることが判明した場合は、その時点で電解液部の電解液タンクの数を増加することによって容易に蓄電容量を増加することができ、余剰電力になる電力をより確実に無駄なく蓄電することができる。なお、この点は、本発明に係る電池付き発電システムを新設する場合にも当てはまる。
これに対して、リチウム電池等の固体蓄電池においては、仮に電池モジュールを並列に追加して蓄電容量を増加した場合、並列配置された各電池モジュールの電池特性を合わせる必要があるため、経年変化した古い電池と、新規に追加した新しい電池の電池特性が一致している状態を実現することは、極めて困難であり、蓄電容量を増加させる場合は、結局、全ての電池モジュールを電池特性が共通の新しい電池に交換する必要があり、リサイクルやコスト面での不利が著しい。
この点、本発明に係る電池付き発電システムであれば、上述したように、レドックスフロー電池の古い電解液タンクを使用しつつ、新規の電解液タンクを追加するだけで蓄電容量を増加でき、電池ユニット全体の交換は不要である。古い電解液タンクを使用しつつ新規の電解液タンクを追加しても、電解液の開路電圧（OCV値）を監視することでレドックスフロー電池全体の蓄電量などを用意かつ確実に把握することができ、開路電圧を用いてレドックスフロー電池ユニット全体の充放電制御を用意かつ確実に実現することができるからである。
特に、再生エネルギー事業では、発電システムの設置後、システムを設置した場所の自然条件が大きく変化したり、発電・売電に関するルールや売電市場環境が大きく変化したりすることがあるので、電池容量の増減などシステム仕様変更が容易であるという特徴は、電池付き発電システムとして極めて優れた特徴である。
【００１６】
前記充電用送電路及び前記放電用送電路は、前記主送電路に着脱可能に接続されている。
【００１７】
前記主送電路に前記充電用送電路及び前記放電用送電路が接続された電池設置状態での運転と、前記主送電路から前記充電用送電路及び／又は前記放電用送電路が切り離された電池未設置状態での運転と、に切り替え可能である。
【００１８】
前記電池未設置状態での運転中に、前記レドックスフロー電池の電池容量を増減させることができ、その後、運転状態を前記電池設置状態での運転に切り替えて、電池容量増減後の前記レドックスフロー電池を用いて、電池設置状態での運転を行うことができる。
【００１９】
前記パワーコンディショナから送電される送電出力値が所定値に達すると、前記発電ユニットで発電された発電電力の一部を、前記充電用送電路を経由して前記レドックスフロー電池に充電する。
前記パワーコンディショナから送電される送電出力値が所定値に達すると、前記発電ユニットで発電された発電電力の一部を、前記充電用送電路を経由して前記レドックスフロー電池に充電する。
【００２０】
前記発電ユニットで発電された発電電力の一部が前記充電用送電路を経由して前記レドックスフロー電池に送電されているときに、当該レドックスフロー電池の充電運転は、前記パワーコンディショナから送電される送電出力値が所定値に維持されるように、前記レドックスフロー電池に充電する蓄電量を制御する。
【００２１】
前記レドックスフロー電池は、前記発電ユニットの発電が停止しており、かつ前記レドックスフロー電池に蓄電電力があるとき、前記スイッチをオンとして当該蓄電電力をパワーコンディショナに送電し、当該パワーコンディショナから系統に送電する放電運転が行われる。
【００２２】
また、本出願に係る別の発明は、上述した本出願に係る発明である電池付き発電システムで用いられている、前記レドックスフロー電池と、前記充電用送電路と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記放電用送電路と、前記スイッチとで構成される、発電システム用のレドックスフロー電池ユニットである。
【００２３】
本発明に係るレドックスフロー電池ユニットは、発電ユニットで発電された発電電力をパワーコンディショナに直接送電して系統に送電する既設の発電システムに、後付けで設置することができ、設置後、発電ユニットで発電された電力をレドックスフロー電池に蓄電でき、蓄電された電力をパワーコンディショナに送電して系統に送電することができる。
【００２４】
発電ユニットと、当該発電ユニットで発電された電力を系統に送電するＭＰＰＴ制御機能を備えたパワーコンディショナとを有する既設の発電システムに接続可能である。
【００２５】
本発明に係るレドックスフロー電池ユニット（以下、この段落では単に電池ユニットと称する）は、既設の発電システムに後付けで設置する際、独立した状態で設置することができる。
独立した設置状態とは、例えば、電池ユニットを設置する際、既設の発電システムのパワーコンディショナ自体の交換やパワーコンディショナに関する制御内容の変更をすることが不要な設置状態ということができる。
例えば、電池を備えていない既設の発電システムに本発明に係る電池ユニットを設置する場合、設置作業期間中の日昼、既設の発電システムを通常通り運用することができる。しかも設置作業の途中で、本発明に係る電池ユニットが追加された構成のシステムについて試運転する場合は、本発明に係る電池ユニットを既設の発電システムに接続するだけで良く、既設の発電システムを改修することなく試運転することができる。さらに、試運転終了後は、電池ユニットの接続を切り離すことで、従前の既設の発電システムとしても、すぐに運用することができる。
また、既設の発電ユニットに本発明に係る電池ユニットを設置した電池付き発電システムでは、本発明に係る電池ユニットの設置前と同様、発電ユニットで発電した電力をパワーコンディショナに直接送電して系統に送電する運用を行うことができる。つまり、本発明に係る電池ユニットが後付けされた電池付き発電システムでは、その構成で運用を開始し長期間運用している途中で、電池付き発電システムの一部である本発明に係る電池ユニットを切り離して、残った発電ユニット（そもそもの既設の発電ユニット）で発電された電力をパワーコンディショナ経由で系統に送電（売電）する運転を継続でき、切り離した電池ユニットについて保守点検や電解液タンクの増減などを行うことができる。また、反対に、長期に亘ってシステムを運用している途中で、電池付き発電システムの一部である発電ユニットをシステムから切り離したときは、レドックスフロー電池に蓄電された電力をパワーコンディショナ経由で系統に送電（売電）する運用を行うことができ、切り離された発電ユニットについて保守点検や発電設備の増強などを行うことができる。
このように、既設の発電システムに本発明に係る電池ユニットが後付けされた構成の電池付き発電システムでは、後付けされた電池ユニットは独立した状態で設置されており、運用開始後の設備のメインテナンスや仕様変更に柔軟に対応できるという特徴を有する。
【００２６】
前記充電用送電路及び前記放電用送電路は、前記発電システムの前記主送電路に着脱自在に接続可能である。
【００２７】
前記スイッチは、半導体スイッチであり、前記レドックスフロー電池は、セルスタックと、当該セルスタックに接続された電解液タンク部とを備えるものであり、当該電解液タンク部は、電解液タンクの数の増減によって蓄電能力を増減可能である。
【００２８】
本出願に係るさらに別の発明は、上述した本出願に係る発明である電池付き再生可能エネルギー発電システムの運転方法であり、前記パワーコンディショナへの入力電力または当該パワーコンディショナからの出力電力が所定値に達すると、発電ユニットの発電電力を、前記パワーコンディショナを経由して系統に送電する動作を実行しつつ、前記発電ユニットの発電電力の一部を前記ＤＣ／ＤＣコンバータに入力し、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を前記レドックスフロー電池に入力して当該レドックスフロー電池を充電する充電工程を実行する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る電池付き再生可能エネルギー発電システム及びこれに用いられるレドックスフロー電池ユニットによれば、発電電力の無駄の発生を防止することができ、しかも運用開始後の設備仕様の変更について柔軟性に優れているので、使用環境に対応して容易、迅速にシステム仕様を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】既設のソーラパネル用（太陽光発電用）の発電システムに、レドックスフロー電池を用いた電池ユニットを接続することで構成された、本実施形態の電池付き再生可能エネルギー発電システムのシステム系統を示す説明図である。
【図２】既設のソーラパネル用の発電システムに後付けにより接続された本実施形態の電池ユニットを、既設の発電システムから取り外した状態を示す、説明図である。
【図３】本実施形態の電池付き発電システムの動作を説明するためのフローチャート図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…電池付き再生可能エネルギー発電システム、
２…既設のソーラ用（太陽光発電用）の発電システム、
３…後付けのレドックスフロー電池ユニット、
10…ソーラパネル（発電ユニット）、11…主送電路、
20…パワーコンディショナ（ＰＣＳ）、31…充電用送電路、32…放電用送電路、
40…レドックスフロー電池、41…セルスタック、
42…電解液タンク部,42a…正極側電荷液タンク部,42b…負極側電解液タンク部,
43…開路電圧(OCV)の測定部、43a…正極側OCV測定流路、43b…負極側OCV測定流路、
50…ＤＣ／ＤＣコンバータ（充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ）、
51…第２スイッチ51（ＤＣ／ＤＣコンバータ50の起動及び停止用スイッチ）、
60…第１スイッチ（放電スイッチ）、
71…ＰＣＳの送電出力値（売電出力値）のデータの入力部、
72…ソーラパネルの発電出力値のデータの入力部、
73…ＲＦ電池40の制御に用いられる入出力部
74…充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50、第２スイッチ51の制御用の入出力部
75…第１スイッチ60の制御に用いられる入出力部、
Go…発電出力値、Gmin…発電出力の下限値Gmin、
So…送電出力値（売電出力値）、
Smax…契約電力値（所定の送電出力値、上限送電出力値）
TS…変電設備、Vmin…OCV値の下限値、Vmax…OCV値の上限値。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
次に、本件発明に係る電池付き再生可能エネルギー発電システム（電池付き再生可能エネルギー発電送電システム）及びこれに用いられているレドックスフロー電池ユニットについて詳細に説明する。
図１は、既設のソーラ用（太陽光発電用）の発電システム２に、後付けのレドックスフロー電池ユニット３を接続することで構成された電池付き発電システム１のシステム系統図である。
図１に示されるように、電池付きソーラ発電システム１は、既設の発電システム２のソーラパネル（発電ユニット）10及びソーラパネル10で発電された電力用のパワーコンディショナ（以下、ＰＣＳと称することがある）20を備えている。
ＰＣＳ20は、その構成要素としてＤＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＡＣインバータなどを含む周知のものであり、また構成要素であるＤＣ／ＤＣコンバータは、ソーラパネル10で発電された電力を系統に送電する際に最大限に利用できるようにする最大電力点追従機能（ＭＰＰＴ制御機能）を備える周知のものであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３３】
つまり、本システムでは、ソーラパネル10で発電された電力については主送電路11を介してＰＣＳ20に送電できる。ＰＣＳ20は変電設備TSに接続されており、ＰＣＳ20に送電された電力は、変電設備TSを介して系統に送電（売電）される。
【００３４】
電池付き発電ソーラシステム１は、さらに、追加設置された（後付けされた）レドックスフロー電池ユニット３を備えている。
レドックスフロー電池ユニット３は、発電された電力の蓄電に用いられるレドックスフロー電池（以下、ＲＦ電池と称することがある）40と、ソーラパネル10の発電電力をＲＦ電池40に充電する際（ＲＦ電池40を充電の際）に用いられる充電用送電路31と、充電用送電路31の途中に設置されたＤＣ／ＤＣコンバータ50と、レドックスフロー電池に蓄電された電力をＰＣＳ20に送電する際に用いられる放電用送電路32と、放電用送電路32の途中に設置された第１スイッチ（放電スイッチ）60と、コントローラ70とを備えている。
【００３５】
ＲＦ電池40は、充電用送電路31及び放電用送電路32が接続されたセルスタック41、セルスタック41に電解液回路が接続された電解液タンク部42（正極側電荷液タンク部42a及び負極側電解液タンク部42b）、開路電圧（OCV）の測定部43（正極側OCV測定流路43a、負極側OCV測定流路43b）、電解液用のポンプ44、電池のコントローラ70などを備えるものであり、ソーラパネル10の発電電力を充電する際の充電運転と、蓄電された電力をＰＣＳに送電する際の放電運転とを行うことができるようになっている。本実施形態では、ＲＦ電池40の運転は、コントローラ70で制御される。
なお、レドックスフロー電池としては、周知のレドックスフロー電池を用いることができるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ50（以下、充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50と称することがある）は、レドックスフロー電池を充電する際に用いられるものであり、一方向ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられている。
一方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、双方向タイプのものに比較して動作制御が容易である。
ＤＣ／ＤＣコンバータ50は、充電用送電路31経由でレドックスフロー電池40を充電するものであり、コントローラ70でDC/DCコンバータ50のオン・オフを設定する第２スイッチ51の機能を備えており、またソーラパネル10の発電電力でレドックスフロー電池を充電する。
また、本実施形態で用いられているＤＣ／ＤＣコンバータ50は、ソーラパネル10から入力された電力をレドックスフロー電池40への入力に適した電圧に変換して出力するので、これまで無駄になっていた余剰電力を効率よく充電することができる。
【００３７】
第１スイッチ60としては、半導体スイッチ（具体的にはIGBT）を用いている。第１スイッチ60は、ソーラパネル10の発電電力が放電用送電路32を経由してＲＦ電池40に送電されることを防止する逆流防止機能も有している。つまり、放電用送電路32は、第１スイッチ60を介して主送電路11とレドックスフロー電池40とを接続している。なお、半導体スイッチは周知の製品であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３８】
コントローラ70は、ＲＦ電池40、ＤＣ／ＤＣコンバータ50とその第２スイッチ51および第１スイッチ60の動作制御を行うものである。そして、コントローラ70には、ＰＣＳ20の送電出力値（売電出力値）のデータの入力部71、ソーラパネル10の発電出力値のデータの入力部72、ＲＦ電池40の電解液のOCV値のデータ入力などレドックスフロー電池の制御に用いられる入出力部73、充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50や第２スイッチ51の制御に用いられる入出力部74、第１スイッチ60の制御に用いられる入出力部75が接続されており、これらのデータがコントローラ70に入力される。
コントローラ70は、リアルタイムで入力されるこれらのデータに基づいて、ＲＦ電池40、ＤＣ／ＤＣコンバータ50、スイッチ51,60などの動作制御を行う。
なお、ＲＦ電池40の充電運転や放電運転の制御方法については、周知の方法を用いることができるので、ここでは詳細な説明を省略する。
また、ＰＣＳ20の送電出力値（売電出力値）、ソーラパネル10の発電出力値、ＲＦ電池40の電解液のOCV値などの各種のデータを測定する手段や、測定したデータをコントローラ70等に対して入出力する手段としては、種々の周知の手段を用いることができるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３９】
コントローラ70は、充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50を、ＰＣＳ20の送電出力値（売電出力値）に基づいて動作制御する。
より具体的に説明すると、コントローラ70は、ＰＣＳ20の送電出力値が契約電力値（所定の送電出力値）以下である場合、充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50の第２スイッチ51をオフにする制御を行って充電用回路31を切断し、送電出力値が契約電力値に達すると、充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50の第２スイッチ51をオンにする制御を行って充電用回路31をつなげて、ソーラパネル10で発電された電力の一部をＤＣ／ＤＣコンバータ50を経由してＲＦ電池40を充電する。
【００４０】
また、コントローラ70は、第１スイッチ60を、ソーラパネル10の発電出力値（送電路11におけるの送電量）と、ＲＦ電池40の電解液のOCV値に基づいて、オン・オフ動作の制御を行う。
つまり、コントローラ70は、ソーラパネル10の発電出力値が下限値（例えば、直流０ワット（W））以下であるか否かと、ＲＦ電池40の電解液のOCV値が所定の下限値（例えば、1.0V/セル）より小さいか否かという基準に基づいて、第１スイッチ60をオン・オフ制御する。
より具体的に説明すると、コントローラ70は、発電出力値が下限値以下であり、しかも、ＲＦ電池40のOCV値が所定値以上のとき、第１スイッチ60をオンに設定する制御を行い、それ以外のときは第１スイッチ60をオフに設定する制御を行う。
このように、コントローラ70は、追加設置（後付け）された電池ユニット３が備える設備の制御を行うものであり、既設の設備の動作制御は行わない。既設の設備は、既設の設備が備えている制御部によって、これまで通り制御される。
【００４１】
次に、本実施形態の電池付きソーラ発電システム１の動作について、図１を用いつつ説明する。
なお、電池付きソーラ発電システム１のうちの既設の発電システム２の部分については、周知の動作方法で動作させる。この動作方法としては周知の方法を用いることができるので、以下の説明では詳細な説明を省略する。
【００４２】
ここでは、電池付きソーラ発電システム１のうちのレドックスフロー電池を用いた電池ユニット３の部分の詳細な動作について、ソーラパネル10が発電を開始する時点を起点として説明する。
また、ここでは、一例として、発電システムの契約電力値（所定の送電出力値）が３００ｋＷ、ＲＦ電池40の電解液のOCV値の下限値Vminが1.0V/セル、上限値Vmaxが1.55V/セルという条件に基づいて制御する場合について説明する。
【００４３】
ソーラパネル10は、例えば朝になって日射を受けると、自動的に発電を開始する。そして、ソーラパネル10の発電出力値Goが下限値Gminを超える状態になると（図３のステップ２。以下Ｓ２と表示することがある）、第１スイッチ60はオフ設定に制御される（図３のＳ３参照、電池送電待機工程）。
なお、ソーラパネル10による発電の開始の時点では、コントローラ70は、第２スイッチ51をオフ設定に制御しており、ＲＦ電池40及び充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50は起動されているが、動作していない状態（待機状態）に制御している。
【００４４】
発電された電力はＭＰＰＴ制御機能を備えたＰＣＳ20に送電され、ここで交流に変換されて出力される送電電力は変電設備TSを経由して系統に送電（売電）される（ソーラ電力売電動作）。
このとき、第１スイッチ60はオフ設定であり、第１スイッチ60は逆流防止機能を備えており、ＲＦ電池40はＰＣＳ20の送電に用いられている主送電路11から切り離されているので、主送電路11からＲＦ電池40を充電するという逆流を防止している。
なお、ソーラパネル10の発電電量を系統に送電する動作は、周知の発電システムの動作と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４５】
ソーラパネル10による発電時、ＰＣＳ20の送電出力値（売電出力値）Soが契約電力値（所定の送電出力値、上限送電出力値）Smaxより小さいとき（図３のＳ４参照）、第２スイッチ51はオフ設定に制御されている（図３のＳ５参照）。
このとき、蓄電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50やＲＦ電池40は待機状態であり、発電電力は、全て主送電路11を通ってＰＣＳ20に送電され、変電設備TSを経由して売電される。
【００４６】
他方、ソーラパネル10の発電出力値が大きくなり、ＰＣＳ20の送電出力値Soが上限値である契約電力値Smaxに達すると（図３のＳ４参照）、ＲＦ電池40の充電状態が確認される（図３のＳ６参照）。
ここで、ＲＦ電池40のOCV値が上限値Vmaxより小さい場合は、コントローラ70によって、第２スイッチ51はオン設定に制御され、蓄電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50は作動状態となり、ＲＦ電池40は充電運転となる（図３のＳ７参照、充電工程）。なお、第１スイッチ60はオフ設定を維持される。
この状態になると、ソーラパネル10で発電された電力は、ＰＣＳ20に入力されるルートと、蓄電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50経由でRF電池を充電するルートに分かれる。つまり、ソーラパネル10の発電電力をＰＣＳ20から系統に送電（売電）するソーラ電力売電動作を実行しつつ、前記ソーラパネル10の発電電力の一部を前記ＤＣ／ＤＣコンバータに入力し、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を前記レドックスフロー電池に入力して当該レドックスフロー電池を充電する充電工程を実行する、発電システムの運転方法を実現している。
このように、本実施形態の発電システムによれば、ソーラ発電電力を系統に送電する売電動作を実行しつつＲＦ電池を充電することができる。
【００４７】
このとき、ＰＣＳ20に分流する送電出力値Soは上限の契約電力値Smaxであるので、系統には最大出力の電力が送電される。
他方、作動状態の充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50に分流される電力は、これまで余剰電力として無駄になっていた電力であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ50を経由してＲＦ電池40を充電する。
このように、本実施形態の発電システムによれば、これまで余剰電力として無駄になっていた電力がＲＦ電池40を充電することができる。
充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50は、ＲＦ電池40に向けて出力しており、これまで余剰電力として無駄になっていた電力を効率よくＲＦ電池40に充電することができる。
【００４８】
その後、例えば天候が曇りになるなどしてソーラパネル10の発電出力値Goが低下して、ＰＣＳ20の送電出力値Soが契約電力値Smaxより小さくなると（図３のＳ４参照）、第２スイッチ51はオフ設定に制御され、充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50は待機状態に制御され、ＲＦ電池40の充電動作は停止し待機状態に制御される（Ｓ５参照、充電待機工程）。なお、ソーラパネル10の発電出力値Goが下限値Gmin以上のとき、第１スイッチ60のオフ設定は維持される。
このとき、発電電力は、全て主送電路11を通ってＰＣＳ20に送電され、変電設備TSを経由して系統に送電される状態になる。
【００４９】
ＰＣＳ20の送電電力値Soは、例えば天候が変化する日の日昼であれば、契約電力値Smaxに達したり、契約電力値Smaxより小さい値になったりすることを繰り返すことがある。この場合は、上述したように、発電電力の全てがＰＣＳ20に送電される状態と、ＰＣＳ20の送電電力値Soが契約電力値Smaxに達して発電電力の一部が充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50を経由してＲＦ電池40に充電される状態とが繰り返される。
【００５０】
また、例えば日没などによって日射が無くなり、ソーラパネル10の発電出力値Goが低下して下限値Gminを下回ると（図３のＳ２参照）、ＲＦ電池40の充電状態が確認される（図３のＳ８参照）。
ここで、ＲＦ電池40のOCV値が下限値Vmin以上で上限値Vmax以下の場合は、第２スイッチ51がオフ設定に制御され、ＤＣ／ＤＣコンバータ50が待機状態に制御され、第１スイッチ60がオン設定に制御される（図３のＳ９参照、電池送電工程）。
これにより、ＲＦ電池40と主送電路11とがつながり、ＲＦ電池40からＰＣＳ20に送電できる状態になる。
そして、レドックスフロー電池は放電運転状態に制御され、ＲＦ電池40に蓄電された電力がＰＣＳ20に送電され、変電設備TSを経由して系統に送電される。
【００５１】
レドックスフロー電池に蓄電されている電力は、日昼、契約電力値Smaxの送電量に相当する発電出力値Gmaxを超えて発電された電力であり、これまでは余剰電力として無駄になっていた電力である。
つまり、本実施形態の電池付き発電システム１によれば、日中発電された電力のうちこれまで余剰電力として無駄になっていた電力をＲＦ電池40に蓄電し、夜間などソーラパネル10の発電が停止しているときに、ＰＣＳ20に送電して売電することができるので、日昼に発電した全ての電力を無駄なく売電できる。
【００５２】
ＲＦ電池40に蓄電された電力をＰＣＳ20経由で売電しているときに、例えば朝になって再び日射を受ける状態になると、ソーラパネル10は、再び自動的に発電を開始し、発電出力Goが下限値Gmin以上になる（図３のＳ２参照）。
ソーラパネル10が発電を開始すると、上述したように、ＲＦ電池40の待機状態にする制御（スイッチ60をOFF）が行われて放電運転を終了し（図３のＳ５参照）、レドックスフロー電池に蓄電された電力のＰＣＳ20への送電が終了し、ソーラパネル10の発電電力がＰＣＳ20に送電され、変電設備TSを経由して系統に売電される状態になる。
【００５３】
また、ＲＦ電池40に蓄電された電力をＰＣＳ20に送電しているとき、ＲＦ電池40の蓄電量が減少して電解液のOCV値が下限値Vminである1.0V/セルを下回ると（図３のＳ１０参照）、第１スイッチ60はオフ設定に制御され、ＲＦ電池40と主送電路11との接続が切り離される（図３のＳ１１参照、過放電防止工程）。
第１スイッチ60のオフにより、ＲF電池40の過放電が防止される。
これにより、ＲＦ電池40に蓄電された電力のＰＣＳ20への送電が終了する。このとき、ＰＣＳ20から系統に送電される電力が無く、売電が停止した状態である。
その後、例えば朝になって再び日射を受ける状態になると、上述したように、ソーラパネル10は、再び自動的に発電を開始し、発電出力Goが下限値Gmin以上になる（図３のＳ２参照）。
【００５４】
また、ソーラパネル10の発電電力の一部が充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50を経由してレドックスフロー電池に充電されているときに、ＲＦ電池40の蓄電量が満充電に近づき、電解液のOCV値が上昇して所定の上限値Vmaxである1.55V/セルに達すると（図３のＳ６参照）、第２スイッチ51をオフ設定にする制御が行われ、充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50を待機状態にする制御が行われ、ＲＦ電池40とソーラパネル10とが切り離される（図３のＳ１２参照、過充電防止工程）。また、ＲＦ電池40を待機状態にする制御が行われて充電運転が終了し、過充電が防止される。
【００５５】
ＲＦ電池40が満充電になった後、例えば日没により日射が無くなって、ソーラパネル10の発電出力Goが下限値Gmin以下になると、上述したように、ＲＦ電池40のOCV値が下限値Vmin以上であることを条件として第１スイッチ60はオン設定に制御され、ＲＦ電池40と主送電路11とがつながる。そして、ＲＦ電池40のレドックスフロー電池に蓄電された電力がＰＣＳ20に送電され、変電設備TSを経由して系統に売電される。
【００５６】
このように、ソーラパネル10の発電出力値Goは時々刻々と変化するものであり、ＲＦ電池40への充電中に充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50を経由してレドックスフロー電池に送電される電力値（ＤＣ／ＤＣコンバータ50の出力電力値）も時々刻々と変化する。
この点に関して、ＲＦ電池40は、入力される電力値が時々刻々と変化しても電解液のOCV値をリアルタイムに計測制御することによって、入力された電力を効率よく充電できるものであり、本実施形態のような発電システムで用いる電池として最適である。
【００５７】
また、本実施形態の電池付き発電システム１では、ソーラパネル10で発電された電力をＰＣＳ20に直接送電して売電する売電方法を実施することができ、しかも、ＲＦ電池40に蓄電された電力をＰＣＳ20に送電して売電することができるが、ソーラパネル10の発電電力をＰＣＳ20に送電する時期と、ＲＦ電池40の蓄電電力をＰＣＳ20に送電する時期は区別されており、両電力が混在する状態でＰＣＳ20に送電されることがない。
仮に、ソーラパネル10及びＲＦ電池40の両方から同時に既設ＰＣＳ20にDC電力が入力されると、既設のＰＣＳ20はソーラパネル10からの出力を最大限利用できるようにソーラ電圧を変動させるＭＰＰＴ制御を実施する。一方、ＲＦ電池40の出力は放電するに連れて徐々に直流電圧が低下するので、ソーラパネル10の発電直流電力及びレドックスフロー電池の蓄電直流電力の両方を同時に既設ＰＣＳ20に入力すると、ＭＰＰＴ制御機能が旨く動作しないおそれがある。
この点、本実施形態の電池付き発電システムでは、発電電力の送電時期と、蓄電電力の送電時期は区別されており、ＰＣＳ20に効率よく電力を送電し売電することができる。
【００５８】
また、別言すれば、本実施形態の電池付き発電システム１によれば、ソーラパネル10で発電された発電電力GoをＰＣＳ20経由で直接、系統に売電することができ、しかも、契約電力値Smaxを超えて発電された電力については、ＲＦ電池40に充電した後に売電することができる。つまり、ソーラパネル10から直接ＰＣＳ経由で系統に売電する電力量を最大限確保しつつ、これまで余剰電力として無駄になっていた電力についても無駄なく売電することができる。
【００５９】
また、夜間など、ソーラパネル10の発電停止期間に、ＲＦ電池40に蓄電された電力を系統に効率よく売電するためには、ソーラパネル10の発電停止期間中に、途中でＲＦ電池40の電圧が低下してＲＦ電池40の放電を停止させることが好ましい。そのためには、ＲＦ電池40の充電を確保する必要があると共に、蓄電量の正確な把握が必要である。
この点に関して、電池の運転時に電解液の開路電圧（OCV値）がリアルタイムに測定できるＲＦ電池40は、蓄電量の正確な把握が容易であり、本実施形態のような電池付き発電システム１で用いる電池として好適である。
【００６０】
ところで、リチウム電池等、レドックスフロー電池以外の電池では、蓄電量を把握するためには定期的に満充電にし、充電量と放電量を計測して計算によって現状の蓄電量を求める必要がある。
したがって、仮に本実施形態の電池付き発電システムでリチウム電池を用いた場合、リチウム電池の充電に関する制御は、コントローラ70による充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ50の制御によって行われ、他方、放電に関する制御は既設のＰＣＳ20による放電制御機能によって行われることとなり、充電と放電が別々の制御機能で制御されるので、リチウム電池の正確な蓄電量を把握することができない。
また、仮にリチウム電池の放電制御機能を備えたＰＣＳを新規に設置する構成を採用したとしても、運転時間が長時間になれば、計算により算出された蓄電量と実際の蓄電量との間の誤差が大きくなり、正確な蓄電量を把握できない状態になるおそれがあるので、やはり過充電や過放電の防止機能を発揮することが困難になる。
このように、リチウムイオン電池などのレドックスフロー電池以外の電池では、蓄電量の正確な把握が困難であることに起因して放電が突然停止するおそれがあるが、レドックスフロー電池では、上述したように蓄電量の性格な把握が容易であるので、このような放電停止の発生を確実に防止することができ、設置環境や設置条件等に適切に対応した蓄電量の電池ユニットを用いた電池付き発電システムを容易かつ確実に設置することができる。このように、適切なシステムを設置できれば、これまで余剰電力として無駄になっていた電力を効率よく充電して売電することができる。
【００６１】
本実施形態の電池付き発電システム１によれば、上述したように、ＲＦ電池40を採用することで、既設のＰＣＳ20を改造することなく、既設のソーラ発電システム２を電池付きソーラ発電システム１に改修することができるという特有の効果が得られる。これは、本発明に係るレドックスフロー電池ユニット３を用いることで実現される特有の効果である。そして、ＲＦ電池40を用いた電池付きソーラ発電システム１を用いれば、ソーラパネル10で発電されたにもかかわらずこれまで余剰電力として無駄になっていた電力を効率よくＲＦ電池40に充電することができ、蓄電された電力を半導体スイッチである第１スイッチ60を制御して効率よく系統に送電して売電することができる機能を特徴とする。
【００６２】
また、上述したように、本実施形態の電池付き発電ユニット１は、既設の発電システム２に本実施形態に係る電池ユニット３を接続したものであるが（図１参照）、図２に示されるように、電池ユニット３の部分を既設の発電システム２に接続及び切離す半導体スイッチである第１スイッチ60の機能が重要である。つまり、電池ユニット３は、ON-OFFスイッチ（第１スイッチ）を介して既設の発電システムに接続されるものであり、既設の発電システム２の部分に対して接続及び分離（着脱）が可能な構造である。
上述したように、本実施形態の電池付き発電システム１では、既設の発電システム２を改修することなく既設のＰＣＳ20については既存の制御機能で制御し、後付けする電池ユニット３の制御については、後付けされるコントローラ70で制御する構成であるので、一旦接続した電池ユニット３部分が、その後、既設の発電システム２から取り外されたとてしも、既設の発電システム２の部分だけを発電システムとして運用することができる。
このように、本実施形態の電池付き発電システム１で用いられている電池ユニット３は、既設の発電システム２の制御機能を活用しつつ、電池ユニット３を制御するコントローラ70を用いているので、このように、一旦接続した電池ユニット３がその後取り外された電池システム２をそのまま運用することができるという特有の効果を奏することができる。
【００６３】
なお、本発明に係る電池付き発電システム及び電池ユニットは、実施形態で説明したものに限られるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変されたシステムやユニットは、本発明の範囲に含まれる。
【００６４】
例えば、上述の実施形態の電池付き発電システムでは、コントローラ70による制御において、ＰＣＳ20の送電出力値Soや上限値Smaxを用いているが、例えば、上限値Smaxに代えて、上限値に対応するソーラパネル10の発電出力値を用いてもよいし、送電出力値Soに代えて、各送電出力値Soに対応するソーラパネル10の発電出力値を用いてもよい。このようにすれば、既設の設備からの情報については、ＰＣＳ20の情報を用いることなく、ソーラパネル10の発電出力値に関する情報だけを用いて、電池ユニット３の部分の制御を行うことができる。
【００６５】
また、本実施例の電池付き発電システムや後付け電池ユニットは、ソーラパネル用（太陽光発電用）の発電システム以外の再生エネルギ（自然エネルギ）を利用した発電システムにも適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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