(57)【要約】【課題】太陽電池等の発電設備によって発電された電力を商用電力系統に供給する発電システムにおいて、商用電力系統への接続部分での感電事故を防止する。【解決手段】ソーラーパネル２によって発電された電力を商用電力系統３１に逆潮流可能なシステムであって、商用電力系統３１に接続されたメス型のコンセントコネクタ３０に嵌合可能なオス型の機器プラグ４１と、ソーラーパネル２に接続される電源出力系統１５ａとの接続を開閉する出力リレー回路１３を設け、商用電力系統３１からの電力に従って電源出力系統１５ａと機器プラグ４１との接続を開閉する【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電電源、又は前記発電電源によって発電された電力を蓄積する蓄電池からの電力を、負荷装置が接続された商用電力系統に逆潮流可能な電源システムであって、
前記商用電力系統に接続されたメス型のコネクタに嵌合可能なオス型のコンセントプラグと、
前記発電電源及び前記蓄電池の少なくともいずれかが接続される電源出力系統と、前記コンセントプラグとの間に介在され、前記商用電力系統からの電力に従って、前記電源出力系統と前記コンセントプラグとの接続を開閉する開閉部と
を備えることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記コンセントプラグを通じて前記商用電力系統から供給される接続先電力の電流を計測する計測部と、
前記計測部に計測値が、所定の稼働電流以下である場合に前記電源出力系統からの出力を停止する出力制御部と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記開閉部は、前記コンセントプラグを通じて前記商用電力系統から供給される接続先電力が所定の稼働電力以上である場合に閉状態となり、前記接続先電力及び前記電源出力系統の電力が前記稼働電力以下である場合に開状態となるリレー回路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記コンセントプラグを通じて前記商用電力系統から供給される接続先電流が直流であるか交流であるか検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に応じて、前記電源出力系統から出力される直流電力を交流電力に変換する変換部と
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電源システム。
【請求項５】
発電電源、又は前記発電電源によって発電された電力を蓄積する蓄電池からの電力を、負荷装置が接続された商用電力系統に逆潮流可能な電源制御方法であって、
前記商用電力系統に接続されたメス型のコネクタに嵌合可能なオス型のコンセントプラグと、前記発電電源及び前記蓄電池の少なくともいずれかが接続される電源出力系統との接続を開閉する開閉部を設け、前記商用電力系統からの電力に従って、前記開閉部によって前記電源出力系統と前記コンセントプラグとの接続を開閉する
ことを特徴とする電源制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電や風力発電、その他の発電電源、又はこれらの発電電源によって発電された電力を蓄積する蓄電池からの電力を、家電等の負荷装置が接続された商用電力系統に逆潮流可能な電源システム及び電源制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池等の発電設備によって発電された直流電力を交流電力に変換して、その交流電力を家屋内の負荷装置が接続される商用電力系統に供給する発電装置が種々開発されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示されたシステムでは、太陽電池モジュールのＡＣモジュールが分電盤などを介して建造物の系統に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１４１１１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、上記太陽電池モジュールを家屋内の商用電力系統に接続する作業を容易なものとするために、太陽電池モジュール側のコンセントプラグ（オス）を、家屋内の電源コンセントのコネクタ（メス）に接続して、発電設備で発電された電力を、電源コンセントのコネクタを通じて家屋内の電力系統に逆潮流させるタイプが提案されている。
【０００５】
しかしながら、発電設備側からのプラグは電極が露出しており、発電装置からの電流が印加されているため、誤って電極に触れてしまった場合には感電事故などが発生する惧れがある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記のような問題を解決するものであり、太陽電池等の発電設備によって発電された電力を、家屋内の負荷装置が接続される商用電力系統に供給する発電システムにおいて、商用電力系統への接続部分での感電事故を防止できる電源システム及び電源制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、発電電源、又は発電電源によって発電された電力を蓄積する蓄電池からの電力を、負荷装置が接続された商用電力系統に逆潮流可能な電源システムであって、商用電力系統に接続されたメス型のコネクタに嵌合可能なオス型のコンセントプラグと、発電電源及び蓄電池の少なくともいずれかが接続される電源出力系統と、コンセントプラグとの間に介在され、商用電力系統からの電力に従って、電源出力系統とコンセントプラグとの接続を開閉する開閉部とを備える。
【０００８】
また、本発明は、発電電源、又は発電電源によって発電された電力を蓄積する蓄電池からの電力を、負荷装置が接続された商用電力系統に逆潮流可能な電源制御方法であって、商用電力系統に接続されたメス型のコネクタに嵌合可能なオス型のコンセントプラグと、発電電源及び蓄電池の少なくともいずれかが接続される電源出力系統との接続を開閉する開閉部を設け、商用電力系統からの電力に従って、開閉部を電源出力系統とコンセントプラグとの接続を開閉する。
【０００９】
上記発明では、コンセントプラグを通じて商用電力系統から供給される接続先電力の電流を計測する計測部と、計測部に計測値が、所定の稼働電流以下である場合に電源出力系統からの出力を停止する出力制御部とをさらに備えることが好ましい。
【００１０】
上記発明では、開閉部は、コンセントプラグを通じて商用電力系統から供給される接続先電力が所定の稼働電力以上である場合に閉状態となり、接続先電力及び電源出力系統の電力が稼働電力以下である場合に開状態となるリレー回路であることが好ましい。
【００１１】
上記発明では、コンセントプラグを通じて商用電力系統から供給される接続先電流が直流であるか交流であるか検出する検出部と、検出部による検出結果に応じて、電源出力系統から出力される直流電力を交流電力に変換する変換部とをさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
以上述べたように、これらの発明によれば、太陽電池等の発電設備によって発電された電力を、家屋内の負荷装置が接続される商用電力系統に供給する発電システムにおいて、商用電力系統への接続部分での感電事故を防止できる。また、ユーザーにあっては、煩雑な操作を行う必要がなく、また誤操作の惧れも回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る電源システムの全体構成を示す概念図である。
【図２】実施形態に係る電源制御装置の内部構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態に係る電源システムのコネクタ非接続状態での動作を示すフロー図である。
【図４】実施形態に係る電源システムのコネクタ接続状態での動作を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る電源システムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置等を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。例えば、本実施形態では、発電設備としては太陽光発電を例示するが、本発明はこれに限定されるものではなく、風力発電、その他の発電システムや蓄電システムにも適用することができる。
【００１５】
（電源システムの全体構成）
図１は、本実施形態に係る電源システムの全体構成を示す概念図である。同図に示すように、本実施形態に係る電源システムは、商用電源３に接続された商用電力系統３１に、ＧＴＩ（Grid Tie Inverter）１を介してソーラーパネル２や、蓄電池からの電力を逆潮流可能とするものである。商用電力系統３１は、家屋等の敷地内の配線であり、一般的なメス型のコンセントコネクタ３０が接続され、このコンセントコネクタ３０に嵌合可能なオス型のコンセントプラグである機器プラグ４１を通じて家電機器などの負荷装置４が接続可能となっている。
【００１６】
ＧＴＩ１は、ソーラーパネル２等の発電電源、又は発電電源によって発電された電力を蓄積する蓄電池からの電力を、直流から交流に変換して商用電力系統３１に供給する装置であり、出力ケーブル２１を介してソーラーパネル２が接続されているとともに、コンセントコネクタ３０に嵌合可能なオス型の機器プラグ４１を通じて商用電力系統３１に接続されている。
【００１７】
ソーラーパネル２は、太陽光を直流電力に変換して出力する発電装置であり、例えば、所定数の太陽電池が直並列に接続され、これら太陽電池が、ガラス又は耐候性フィルムなどの表面保護部材と、防湿保護シートや金属鋼板などの裏面補強材との間に配置され、充填材により固定されて、太陽電池モジュールが形成されている。また、太陽電池モジュールの非受光面には、電力を取り出すための端子箱が設けられ、この端子箱には出力ケーブルが取り付けられ、出力ケーブルを用いて端子箱間を接続することで、複数の太陽電池モジュールが相互に接続されて太陽電池アレイを構成し、末端の太陽電池モジュールからの出力ケーブル２１がＧＴＩ１に接続されている。なお、太陽電池としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、或いはアモルファスシリコン太陽電池などのシリコン半導体の光起電力素子を使用したタイプや、III-V族化合物太陽電池、II-VI族化合物太陽電池及びI-III-VI族化合物太陽電池などの化合物半導体の光起電力素子を使用したタイプが挙げられる。
【００１８】
（ＧＴＩの構成）
次いで、上述したＧＴＩ１の構成について説明する。図２は、本実施形態に係るＧＴＩ１の内部構成を示すブロック図である。図２に示したように、ＧＴＩ１は、ソーラーパネル２によって発電された電力を、負荷装置４が接続された商用電力系統３１に逆潮流可能なパワーコンディショナーの一種であり、本実施形態では、商用電力系統３１側のメス型のコンセントコネクタ３０に、ＧＴＩ１側のオス型の機器プラグ４１を嵌合させることによって、商用電力系統３１に電気的に接続されて電力を供給する。具体的にＧＴＩ１は、ＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４と、出力リレー回路１３と、出力電流計１２と、出力制御部１１とから概略構成される。
【００１９】
出力リレー回路１３は、商用電力系統３１側からの電力に従って、電源出力系統１５ａと機器プラグ４１との接続を開閉する開閉部であり、本実施形態では、機器プラグ４１に接続される外部出力配線４０に接続されたコイル１３ａと、外部出力配線４０と電源出力系統１５ａとの間に配置された接点１３ｂとから構成されたリレー回路である。ここで電源出力系統１５ａは、発電電源及び蓄電池の少なくともいずれかに接続される配線であり、本実施形態ではＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４を介してソーラーパネル２に接続され、この電源出力系統１５ａと、機器プラグ４１との間に接点１３ｂが介在されている。
【００２０】
出力リレー回路１３は、機器プラグ４１を通じて商用電力系統３１から供給される接続先電力が所定の稼働電力以上である場合にコイル１３ａが作動して接点１３ｂが閉状態となり通電され、接続先電力及び電源出力系統１５ａの電力が稼働電力以下である場合に、コイル１３ａが停止して接点１３ｂが開状態となり通電が遮断される。
【００２１】
出力電流計１２は、機器プラグ４１を通じて商用電力系統３１から供給される接続先電力の電流を計測する計測部であり、具体的には、外部出力配線４０に接続されて、商用電力系統３１からの電力及び出力リレー回路１３からの出力を計測し、その計測結果は出力制御部１１の電流ゼロ検出部１１ａに入力される。
【００２２】
ＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４は、電流ゼロ検出部１１ａによる検出結果に応じてコンバーター制御部１１ｂによってその動作が制御される変換部であり、コンバーター制御部１１ｂによる制御信号に従って、電源出力系統１５ａ側への出力が入切されるとともに、電源出力系統である出力ケーブル２１から出力される直流電力を交流電力に変換する。
【００２３】
出力制御部１１は、出力電流計１２に計測値が所定の稼働電流以下である場合にＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４の動作を停止させ、電源出力系統である出力ケーブル２１からの出力を停止するモジュールであり、具体的には、電流ゼロ検出部１１ａと、コンバーター制御部１１ｂとを備えている。
【００２４】
出力制御部１１は、出力電流計１２による計測結果に応じて、ＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４の動作を停止させたり、必要に応じて直流・交流の変換を実行させるモジュールであり、具体的には、電流ゼロ検出部１１ａと、コンバーター制御部１１ｂとを備えている。
【００２５】
電流ゼロ検出部１１ａは、機器プラグ４１を通じて商用電力系統３１から供給される接続先電流が０若しくは出力リレー回路１３の稼働電流以下であるか、或いは接続先電流が直流であるか交流であるか検出する検出部である。この電流ゼロ検出部１１ａによる検出結果はコンバーター制御部１１ｂに入力される。
【００２６】
コンバーター制御部１１ｂは、電流ゼロ検出部１１ａによる検出結果、及び検出用配線１５ｂを通じて取得されるＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４からの出力が直流であるか交流であるかに基づいて、ＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４の動作を停止させたり、必要に応じて直流・交流の変換を実行させる出力制御部である。ここで、電源出力系統１５ａからは、ＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４からの出力をフィードバックする検出用配線１５ｂが分岐され、出力制御部１１のコンバーター制御部１１ｂに接続されている。
【００２７】
そして、コンバーター制御部１１ｂは、電流ゼロ検出部１１ａにおいて、商用電力系統３１から供給される接続先電流が０若しくは出力リレー回路１３の稼働電流以下であることが検出された場合、ＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４の動作を停止させる。また、コンバーター制御部１１ｂは、電流ゼロ検出部１１ａにおいて、商用電力系統３１から供給される接続先電流が交流であり、且つＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４からの出力が直流である場合、ＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４に直流から交流へ変換させる。
【００２８】
（電源システムの動作）
以上説明した電源システムを動作させることによって、本発明の電源制御方法を実施することができる。図３及び図４は、電源システムの動作を示すフロー図である。
【００２９】
（１）コネクタ非接触状態での動作
コンセントコネクタ３０が非接触状態の動作について説明する。この非接触状態とは、機器プラグ４１がコンセントコネクタ３０から引き抜かれた状態であり、例えばコンセントコネクタ３０から機器プラグ４１が引き抜かれた瞬間であったり、コンセントコネクタ３０が引き抜かれた状態でソーラーパネル２などの機器の電源が投入された瞬間なども、この非接触状態での動作に含まれる。
【００３０】
図３に示すように、先ず、コネクタ非接触状態において、出力リレー回路１３がＯＦＦ状態、即ち開状態であれば（ステップＳ１０１における「Ｎ］）、機器プラグ４１ヘの出力はなく（Ｓ１０５）、安全な状態となっている。仮にこの状態で、ソーラーパネル２などの機器を起動しても、出力リレー回路１３の接点１３ｂが開状態となっているため機器プラグ４１まで電力が到達することはなく、安全な状態が確保される。
【００３１】
一方、例えば機器プラグ４１がコンセントコネクタ３０から引き抜かれた瞬間などは、出力リレー回路１３がＯＮ状態、即ち閉状態となっている（ステップＳ１０１における「Ｙ」）。このとき、ソーラーパネル２などの機器が停止されていれば、出力電流計１２が出力リレー回路１３の稼働電力以下となって（ステップＳ１０２における「Ｙ」）、出力リレー回路１３はＯＦＦ状態、即ち開状態となり（Ｓ１０４）、機器プラグ４１ヘの出力はなく、安全な状態となっている（Ｓ１０５）。
【００３２】
他方、ステップＳ１０２において、ソーラーパネル２などの機器が稼働中であれば、コンセントコネクタ３０から引き抜かれることによりコンセントコネクタ３０側からの電力供給が０となっても、出力リレー回路１３にはソーラーパネル２などの機器からの電力が供給されているため、出力電流計１２が出力リレー回路１３の稼働電力以上となる（ステップＳ１０２における「Ｎ」）。このときには、出力制御部１１によってＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４を停止させ、ソーラーパネル２などの機器側からの出力を停止する（Ｓ１０３）。
【００３３】
具体的にステップＳ１０２では、機器プラグ４１が引き抜かれることによる電力低下が出力電流計１２及び電流ゼロ検出部１１ａにより検出され、且つ出力制御部１１によってＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４から電力の出力があることを検知することに応じて、コンバーター制御部１１ｂによりＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４を停止させる。この結果、出力リレー回路１３はＯＦＦ状態、即ち開状態となり（Ｓ１０４）、機器プラグ４１ヘの出力はなく、安全な状態となる（Ｓ１０５）。
【００３４】
（２）コネクタ接触状態での動作
次いで、コンセントコネクタ３０が接触状態の動作について説明する。この接触状態とは、機器プラグ４１がコンセントコネクタ３０に差し込まれた状態であり、例えば接続先のコンセントコネクタ３０に機器プラグ４１が差し込まれた瞬間であったり、機器プラグ４１が差し込まれた状態において商用電力系統３１側で停電やショートが発生した場合なども、この接触状態での動作に含まれる。
【００３５】
図４に示すように、コネクタ接触状態において、出力リレー回路１３がＯＦＦ状態、即ち開状態であれば（ステップＳ２０１における「Ｎ］）、接続先のコンセントコネクタ３０に機器プラグ４１が差し込まれ、接続先となるコンセントコネクタ３０の電力が供給されることによって（ステップ２０２における「Ｙ」）、出力リレー回路１３がＯＮ状態、即ち閉状態となる（Ｓ２０３）。一方、ステップＳ２０２において商用電力系統３１側で停電やショートなどが発生し、接続先のコンセントコネクタ３０の電力がないとき、或いは電圧が下がりすぎたときには（ステップＳ２０２における「Ｎ」）、後述するステップＳ２０８に移行する。
【００３６】
他方、接続先の電力があり（Ｓ２０２における「Ｙ」）、出力リレー回路１３がＯＮの状態において、接続先のコンセントコネクタ３０の電圧・位相に、ＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４からの出力が合致していなければ（ステップ２０４における「Ｎ」）、出力制御部１１によって、ＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４からの出力電力を、接続先のコンセントコネクタ３０の電力の電圧及び位相に合致させ（Ｓ２０５）、合致していれば（ステップ２０４における「Ｙ」）、ＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４からの出力をＯＮにする（Ｓ２０６）。
【００３７】
具体的にステップＳ２０４では、機器プラグ４１が差し込まれて出力先となるコンセントコネクタ３０から電力が供給されることによる電力上昇が出力電流計１２及び電流ゼロ検出部１１ａにより検出されることに応じて、コンバーター制御部１１ｂが両者の電圧・位相を比較し、合致していなければ（ステップ２０４における「Ｎ」）、出力制御部１１によって、ＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４からの出力電力を、接続先のコンセントコネクタ３０の電力の電圧及び位相に合致させ（Ｓ２０５）、合致していれば（ステップ２０４における「Ｙ」）、出力制御部１１によって、ＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４からの出力をＯＮにする（Ｓ２０６）。
【００３８】
そして、ソーラーパネル２などの機器からの出力がＯＮであり（Ｓ２０６）、且つ接続先のコンセントコネクタ３０からの電力供給がある限り、この状態が維持される（ステップ２０７における「Ｎ」）。一方、上記ステップＳ２０２及びステップＳ２０７において商用電力系統３１側で停電やショートなどが発生し、接続先のコンセントコネクタ３０の電力が０となる、或いは急激に低下したと（ステップＳ２０２における「Ｎ」又はステップ２０７における「Ｙ」）、出力制御部１１によってＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４を停止させ、ソーラーパネル２などの機器側からの出力を停止する（Ｓ２０８）。
【００３９】
詳述すると、ステップＳ２０７では、ソーラーパネル２などの機器が稼働中であることから、停電等によってコンセントコネクタ３０側からの電力供給が０（或いは急激に低下した状態）となっても、出力リレー回路１３にはソーラーパネル２などの機器からの電力が供給されているため、出力電流計１２が出力リレー回路１３の稼働電力以上となる。これに対し、本システムでは、停電等による電力低下が出力電流計１２及び電流ゼロ検出部１１ａにより検出され、且つ出力制御部１１によってＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４から電力の出力があることを検知することに応じて、コンバーター制御部１１ｂによりＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４を停止させる（Ｓ２０８）。この結果、出力リレー回路１３はＯＦＦ状態、即ち開状態となり（Ｓ２０９）、ソーラーパネルが起動された状態であっても機器プラグ４１ヘの出力はなく、安全な状態となる（Ｓ２１０）。
【００４０】
（作用・効果）
以上説明した本実施形態によれば、機器プラグ４１が引き抜かれたコネクタ非接触状態では、コンセントコネクタ３０側の電力低下が出力電流計１２及び電流ゼロ検出部１１ａにより検出され、且つ出力制御部１１によってＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４から電力の出力があることを検知することに応じて、コンバーター制御部１１ｂによりＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４を停止させるため、出力リレー回路１３がＯＦＦ状態、即ち開状態となり、機器プラグ４１ヘの出力はなく、安全な状態を確保できる。
【００４１】
また、ソーラーパネル２などの機器が稼働中に停電等によってコンセントコネクタ３０側からの電力供給が０となった場合であっても、機器プラグ４１が引き抜かれることによる電力低下が出力電流計１２及び電流ゼロ検出部１１ａにより検出され、且つ出力制御部１１によってＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４から電力の出力があることを検知することに応じて、コンバーター制御部１１ｂによりＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４を停止させるため、出力リレー回路１３はＯＦＦ状態、即ち開状態となり、機器プラグ４１ヘの出力はなく、安全な状態を確保できる。
【００４２】
さらに、接続先の電力があれば、自動的に出力リレー回路１３がＯＮの状態となり、接続先のコンセントコネクタ３０の電圧・位相にＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４からの出力が合致していなければ、出力制御部１１によってＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４からの出力電力を接続先のコンセントコネクタ３０の電力の電圧及び位相に合致させて、ＤＣ／ＡＣコンバーター動力部１４からの出力をＯＮにすることから、ユーザーは煩雑な操作を行う必要はなく、また誤操作の惧れも回避できる。これらの結果、本実施形態によれば、ソーラーパネル２などの発電設備によって発電された電力を、コンセントコネクタ３０を通じて商用電力系統３１に供給する際、ユーザーに対して煩雑な操作を求めることなく、商用電力系統への接続部分での感電事故を防止できる。
【符号の説明】
【００４３】
１…ＧＴＩ
２…ソーラーパネル
３…商用電源
４…負荷装置
１１…出力制御部
１１ａ…電流ゼロ検出部
１１ｂ…コンバーター制御部
１２…出力電流計
１３…出力リレー回路
１３ａ…コイル
１３ｂ…接点
１４…ＤＣ／ＡＣコンバーター動力部
１５ａ…電源出力系統
１５ｂ…検出用配線
２１…出力ケーブル
３０…コンセントコネクタ
３１…商用電力系統
４０…外部出力配線
４１…機器プラグ
【図１】
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【図２】
2019068673.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019068673.tif 000006