(57)【要約】【課題】複数のパワーコンディショナを用いる発電システムにおいて、製造コストの上昇を抑制しつつ、発電停止時における消費電力が少ないパワーコンディショナおよび発電システムを提供する。【解決手段】太陽電池パネル１の発電停止時には自動的にスイッチが閉じられて電力系統３から制御部７への給電が行われる給電路１１を備えるパワーコンディショナにおいて、給電路１１に、手動操作によって電路の短絡／開放を切り換えるコネクタ装置１４を備えさせる。そして、複数のパワーコンディショナ２を電源系統３に並列に接続する際には、１のパワーコンディショナ２を除く他のパワーコンディショナ２のコネクタ装置１４を取り外し、他のパワーコンディショナ２での電力消費を抑制する。【選択図】図１
2015043641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電部で発電された直流電力を電力系統に連系可能な交流電力に変換するパワーコンディショナであって、負荷の消費電力を演算する演算機能と他のパワーコンディショナとデータ通信を行う通信機能を備える制御部と、前記発電部の発電停止時には自動的にスイッチが閉じられて前記電力系統から前記制御部への給電が行われる給電路とを備えるものにおいて、
前記給電路に、手動操作によって電路の短絡／開放の切り換えが可能な電路開放手段が備えられていることを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項２】
前記電路開放手段は、前記給電路に着脱自在に介装され、装着によって電路を短絡させるコネクタ装置で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
【請求項３】
前記制御部は、前記スイッチの短絡／開放を切り換えて前記電力系統から前記制御部への給電の有無に基づいて前記電路開放手段が短絡／開放いずれの状態にあるかを検出する制御構成を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のパワーコンディショナ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のパワーコンディショナが電力系統に対して複数並列に接続された発電システムであって、
各パワーコンディショナのうち、１のパワーコンディショナの電路開放手段が短絡に設定され、その他のパワーコンディショナの電路開放手段が開放に設定されることを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はパワーコンディショナおよび発電システムに関し、より詳細には、発電部の発電停止時に電力系統から給電を受けるための給電路を備えたパワーコンディショナを複数台使用する発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池パネルなどの発電部を備えた発電システムにおいては、発電部で発電された直流電力を商用電源などの電力系統に連系させるためのパワーコンディショナ（系統連系インバータ装置）が備えられている。
【０００３】
このようなパワーコンディショナについて、最近では、その制御部が、パワーコンディショナの内外に備えられる各種センサ類から得られる情報に基づいて、発電部での発電電力や、負荷での消費電力、さらには電力系統への逆潮流電力（いわゆる売電電力）など、発電に関連する様々なデータの演算を行う演算機能を備えたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
図２は、このような演算機能を備えたパワーコンディショナを用いた発電システムの一例を示している。図示の発電システムは、発電部として太陽電池パネルａを用いたシステムであり、パワーコンディショナｂには、太陽電池パネルａで発電された直流電力の電圧を昇圧するコンバータｄと、コンバータｄで昇圧された直流電力を電力系統ｃに連系可能な交流電力（たとえば、単相交流１００／２００Ｖ）に変換するインバータｅと、これらコンバータｄおよびインバータｅの動作を制御する制御部ｆとが主要部として備えられている。
【０００５】
そして、この図２に示すパワーコンディショナｂでは、制御部ｆの演算機能との関係で、パワーコンディショナｂと電力系統ｃとの間の電源線ｇに電流センサ（たとえば、カレントトランス）ｈが備えられており、制御部ｆは、この電流センサｈから得られる電流値と、パワーコンディショナｂの内部に備えられる電圧センサ（図示せず）から得られる電圧値とに基づいて、負荷ｉで消費される電力（消費電力）を演算するように構成されている。
【０００６】
ところで、このような演算機能を備えたパワーコンディショナｂでは、夜間など太陽電池パネルａが発電をしていないときでも負荷ｉの消費電力の演算ができるように、制御部ｆの電源部ｊには電力系統ｃから給電を受けるための給電線ｋが備えられている。この給電線ｋには、整流回路ｌと、太陽電池パネルａの発電停止時に自動的に接点が閉じられるスイッチｍとが備えられており、太陽電池パネルａの発電が停止するとスイッチｍの接点が閉じられ、電力系統ｃからの電力が電源部ｊを介して制御部ｆに供給されるようになっている。
【０００７】
なお、電源部ｊには、上記給電線ｋのほか、コンバータｄの出力側に接続される給電線ｎが備えられており、太陽電池パネルａが発電中は、この給電線ｎを介して、太陽電池パネルａで発電された電力が電源部ｊを介して制御部ｆに供給されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３２９３４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような発電システムにおいて大容量の発電を行う場合、図３に示すように、複数台（図示例では３台）の太陽電池パネルａを用い、これら各太陽電池パネルａごとにパワーコンディショナｂを接続する構成が採用されることがある。このように複数のパワーコンディショナｂを用いる発電システムでは、各パワーコンディショナｂは、電力系統ｃに並列に接続されるとともに、その制御部ｆ同士が通信線ｏで接続される。そして、通信接続されたパワーコンディショナｂのうちの１台が「親機」とされ、その他のパワーコンディショナｂは「子機」とされ、親機とされたパワーコンディショナｂに発電に関する情報を表示する表示装置ｐが接続される。
【００１０】
そして、「親機」とされたパワーコンディショナｂの制御部ｆは、各パワーコンディショナｂの演算機能で得られたデータを通信によって取得するとともに、取得したデータを集計する機能が備えられ、集計したデータなどを表示装置ｐに表示させるように構成されている。
【００１１】
ところで、このように複数のパワーコンディショナｂを接続する場合、負荷ｉの消費電力の演算は、「親機」となるパワーコンディショナｂにおいて行われれば（つまり、１台のパワーコンディショナｂで行われれば）よいが、図２に示すような従来のパワーコンディショナｂの構成では、太陽電池パネルａでの発電が停止すると、電力系統ｃに接続されたすべてのパワーコンディショナｂに給電路ｋを介して給電が行われるため、パワーコンディショナｂの接続台数が増加すると、それに伴って消費電力が増えてしまうという問題がある。
【００１２】
なお、この点に関しては、たとえば、「子機」となるパワーコンディショナｂのスイッチｍを制御部ｆで制御するように構成し、「子機」とされたパワーコンディショナｂについては、太陽電池パネルａの発電が停止してもスイッチｍを閉じないようにすることも考えられるが、そのような構成にすると、制御部ｆでの制御が複雑となり、パワーコンディショナｂの製造コストが上昇するという問題がある。特に、パワーコンディショナｂは単独で使用されることが多いことから、このような製造コストの上昇を伴う設計変更は可能な限り回避したいとの要請もある。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、複数のパワーコンディショナを用いる発電システムにおいて、製造コストの上昇を抑制しつつ、発電停止時における消費電力が少ないパワーコンディショナおよび発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載のパワーコンディショナは、発電部で発電された直流電力を電力系統に連系可能な交流電力に変換するパワーコンディショナであって、負荷の消費電力を演算する演算機能と他のパワーコンディショナとデータ通信を行う通信機能を備える制御部と、上記発電部の発電停止時には自動的にスイッチが閉じられて上記電力系統から上記制御部への給電が行われる給電路とを備えるものにおいて、上記給電路に、手動操作によって電路の短絡／開放の切り換えが可能な電路開放手段が備えられていることを特徴とする。
【００１５】
この請求項１に記載のパワーコンディショナでは、発電部が発電停止状態にあるときに電力系統側から制御部に給電を行う給電路に、手動操作によって電路の短絡／開放を切り換える電路開放手段が備えられているので、発電停止時に制御部への給電を行う必要がないときは、電路開放手段の操作によって、電力系統側から制御部に給電が行われないように設定することができる。
【００１６】
また、本発明の請求項２に記載のパワーコンディショナは、請求項１に記載のパワーコンディショナにおいて、上記電路開放手段は、上記給電路に着脱自在に介装され、装着によって電路を短絡させるコネクタ装置で構成されていることを特徴とする。
【００１７】
この請求項２に記載のパワーコンディショナでは、給電路の短絡／開放の切り換えが、コネクタ装置の着脱によって行われるので、給電路の短絡／開放の切り換え操作を容易に行うことができる。また、着脱によって電路の短絡／開放の切り換えを行うコネクタ装置は安価に入手可能であるので、電路開放手段の増設に伴うコスト上昇を抑制することができる。
【００１８】
また、本発明の請求項３に記載のパワーコンディショナは、請求項１または２に記載のパワーコンディショナにおいて、上記制御部は、上記スイッチの短絡／開放を切り換えて上記電力系統から上記制御部への給電の有無に基づいて上記電路開放手段が短絡／開放いずれの状態にあるかを検出する制御構成を備えていることを特徴とする。
【００１９】
この請求項３に記載のパワーコンディショナでは、制御部が給電路に備えられるスイッチを開閉させて電路開放手段が短絡／開放いずれの状態にあるかを検出するので、電路開放手段の操作ミスを早期に発見することができる。
【００２０】
また、本発明の請求項４に記載の発電システムは、請求項１から３のいずれかに記載のパワーコンディショナが電力系統に対して複数並列に接続された発電システムであって、各パワーコンディショナのうち、１のパワーコンディショナの電路開放手段が短絡に設定され、その他のパワーコンディショナの電路開放手段が開放に設定されることを特徴とする。
【００２１】
この請求項４に記載の発電システムによれば、複数台のパワーコンディショナを電力系統に対して並列に接続する場合において、１台のパワーコンディショナの電路開放手段のみが短絡に設定され、その他のパワーコンディショナの電路開放手段は開放に設定されるので、電路開放手段が短絡に設定されたパワーコンディショナを「親機」とし、その他のパワーコンディショナを「子機」として運用することで、発電停止時における消費電力を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る発電システムによれば、発電部が発電を停止したときは、「親機」となる１台のパワーコンディショナのみに電力系統側からの給電が行われ、「子機」となるその他のパワーコンディショナには電力系統側からの給電は行われないので、発電停止時におけるパワーコンディショナでの消費電力を抑制することができる。
【００２３】
また、「子機」となるパワーコンディショナへの給電の停止は、手動操作によって電路の短絡／開放を切り換える電路開放手段（たとえば、コネクタ装置）によって行われるので、既存のパワーコンディショナの簡単かつ安価な改良で消費電力の抑制効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るパワーコンディショナを用いた発電システムの概略構成を示す回路図である。
【図２】従来のパワーコンディショナを用いた発電システムの概略構成を示す回路図である。
【図３】複数台のパワーコンディショナを用いた発電システムの構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
実施形態１
図１は、本発明に係るパワーコンディショナを用いた発電システムの概略構成を示している。この図１に示す発電システムは、太陽電池パネル１と、パワーコンディショナ２と、電力系統３とを主要部として構成される。
【００２６】
太陽電池パネル１は、周知のとおり、光エネルギを直流電力に変換する太陽電池（太陽電池セル）を用いた発電装置（発電部）である。
【００２７】
パワーコンディショナ２は、太陽電池パネル１で発電された直流電力を商用電源などの電力系統３に連系可能な交流電力に変換する系統連系インバータ装置である。このパワーコンディショナ２は、周知のとおり、太陽電池パネル１で発電された直流電力の電圧を昇圧するコンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）４と、コンバータ４で昇圧された直流電力を所定の交流電力（たとえば、単相交流１００／２００Ｖ）に変換するインバータ（ＤＣ／ＡＣインバータ）５と、インバータ５で変換された交流電力を電力系統３に連系させるためのリレー接点（系統連系リレー）６と、これらコンバータ４、インバータ５および系統連系リレー６を制御する制御部７と、制御部７に動作用の電力を供給する電源部８とを主要部として構成される。なお、図１において、Ａは太陽電池パネル１で発電された電力または電力系統３から供給される電力によって駆動する負荷（電気負荷）を示している。
【００２８】
ここで、本実施形態に示すパワーコンディショナ２の電源部８は、太陽電池パネル１が発電しているとき（発電中）は太陽電池パネル１側から電力供給（給電）を受けるとともに、太陽電池パネル１が発電をしていないとき（発電停止時）には電力系統３側から電力供給を受けるように構成されている。そのため、この電源部８には、上記コンバータ４から電力供給を受けるための給電線１０と、電力系統３から電力供給を受けるための給電線１１とが接続されている。
【００２９】
具体的には、給電線１０は、コンバータ４とインバータ５の間に配設されるＤＣリンクコンデンサ９の下流側と電源部８とを接続するように配線されており、太陽電池パネル１の発電中は、コンバータ４で昇圧された直流電圧が電源部８に与えられるようになっている。なお、１６は後述する給電線１１からの電流の逆流を防止する逆流阻止用のダイオードである。
【００３０】
給電線１１は、系統連系リレー６と電源系統３を接続する電源線１２と電源部８とを接続するように配線されており、整流回路１３、コネクタ装置１４、スイッチ１５を備えている。整流回路１３は、電力系統３から供給される交流電力を直流電力に変換するブリッジダイオードで構成されている。コネクタ装置（電路開放手段）１４は、給電路１１に着脱自在に介装される器具で構成されており、このコネクタ装置１４を手動操作により装着することによって給電線１１の電路が短絡状態となる一方、手動操作により取り外すことによって給電線１１の電路が開放状態となるように構成されている。
【００３１】
なお、本実施形態では、この手動操作により給電線１１の電路の短絡／開放を行う電路開放手段として、着脱自在のコネクタ装置１４を用いた場合を示したが、ここに用いられる電路開放手段は、手動操作により給電線１１の電路の短絡／開放の切り換えが可能な器具であればコネクタ装置１４以外の器具で構成されていてもよく、コネクタ装置１４に代えて、たとえば、手動操作可能なスイッチ回路を用いることもできる。
【００３２】
また、図示例では、コネクタ装置１４が整流回路１３とスイッチ１５との間に介装された場合を示したが、電路開放手段は、給電線１１の電路上に介装されていればよく、たとえば、スイッチ１５の下流側に備えられていてもよい。
【００３３】
スイッチ１５は、太陽電池パネル１の発電停止時に、電源部８が電力系統３側からの給電を受けられるようにするための回路であって、このスイッチ１５は、太陽電池パネル１の発電停止を検知すると自動的にその接点が閉じられるように構成されている。
【００３４】
本実施形態では、このスイッチ１５として、太陽電池パネル１の発電停止に連動して接点が自動的に閉じられる常閉（ノーマルクローズ）のリレー接点が用いられる。
【００３５】
なお、このスイッチ１５は、太陽電池パネル１の発電停止に連動して接点が自動的に閉じられるスイッチであればよく、たとえば、太陽電池パネル１の発電量が所定値以下となったこと（具体的には、発電停止とみなせるほどに発電量が低下したこと）を検知して接点を閉じる常開（ノーマルオープン）のリレー接点を用いることも可能である。なお、このようにスイッチ１５に常開のリレー接点を用いる場合の上記所定値は、常開リレーの接点を動作させるのに必要な電圧以上に設定される。
【００３６】
そして、これら給電線１０，１１が接続される電源部８には、制御部７の動作用電源を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）が備えられており、コンバータ４または整流回路１３から供給される直流電圧を制御部７の動作可能な電圧に変換して、制御部７に供給するように構成されている。
【００３７】
制御部７は、パワーコンディショナ２の各部を制御する制御装置であって、その制御中枢として、図示しないマイクロコンピュータを備えている。そして、本実施形態では、制御部７は、上述したコンバータ４、インバータ５および系統連系リレー６の動作制御に加えて、パワーコンディショナ２の内外に備えられる各種センサ類から得られる情報に基づいて、太陽電池パネル１の発電電力や、負荷Ａでの消費電力、さらには電力系統３への逆潮流電力（いわゆる売電電力）など、発電に関連する様々なデータの演算を行う演算機能と、この演算機能によって演算された各種データを他のパワーコンディショナやデータの表示を行う表示装置（図示せず）に送信する通信機能が備えられている。
【００３８】
図１では、この演算機能に関連するセンサ類として、電源線１２の電流を検出する電流センサ（たとえば、カレントトランス）１７を図示しているが、この電流センサ１７の他にも、パワーコンディショナ２には、図示しないが、コンバータ４の入力電圧や入力電流、インバータ５の出力電圧などを測定する様々なセンサ類が備えられており、これらのセンサ類で得られる情報がすべて制御部７に入力されるようになっている。
【００３９】
そして、制御部７は、コンバータ４の入力電圧および入力電流に基づいて太陽電池パネル１の発電量を演算し、また、インバータ５の出力電圧（電力系統３の出力電圧）および電流センサ１７で検出される電流値に基づいて負荷Ａの消費電力や逆潮流電力を演算するように構成されている。
【００４０】
また、この制御部７の演算機能に関しては、たとえば、ガスメータや水道メータと制御部７とを通信接続し、制御部７がガスや水道の使用量に関するデータを取得するように構成して、これらガス、水道の使用量の積算値などを演算するようにしておくこともできる。
【００４１】
一方、制御部７の通信機能は、図３に示すように、電力系統３に対して複数のパワーコンディショナ２が並列に接続された場合におけるパワーコンディショナ間のデータ通信や、パワーコンディショナ２に表示装置が接続された場合における表示装置とのデータ通信に用いられる。
【００４２】
具体的には、電力系統３に対して複数のパワーコンディショナ２を並列に接続する場合、各パワーコンディショナ２の制御部７は通信線を介して相互に通信接続される。そして、そのうちの１のパワーコンディショナ２が「親機」とされ、その他のパワーコンディショナ２は「子機」とされる。ここで、この「親機」、「子機」の設定は、各パワーコンディショナ２の制御部７において行われる。具体的には、各パワーコンディショナ２の制御部７にディップスイッチなどの「親機」、「子機」の設定を行う設定手段（図示せず）が備えられ、この設定手段の操作によって制御部７に対する「親機」、「子機」の設定が行われる。なお、この「親機」、「子機」の設定は、太陽電池パネル１が発電停止中における負荷Ａの消費電力を演算する演算機能の動作／停止を設定する設定手段としても機能する。
【００４３】
そして、「親機」として設定されたパワーコンディショナ２の制御部７は、当該パワーコンディショナ２に関する各種演算を行うほか、他のパワーコンディショナ２の演算結果を通信によって取得し、必要に応じて、自己データと他のパワーコンディショナ２から取得したデータの集計などを行うようになっている。たとえば、太陽電池パネル１の発電電力に関していえば、「親機」に設定されたパワーコンディショナ２は、自己の演算結果（発電電力のデータ）と、「子機」に設定された他のパワーコンディショナ２の発電電力のデータを集計して、発電システム全体の発電電力を演算する。
【００４４】
そして、「親機」として設定されたパワーコンディショナ２には、データの表示装置が有線または無線によって通信接続され、「親機」が保有する各種データがこの表示装置に表示されるようになっている。
【００４５】
しかして、このように構成されたパワーコンディショナ２は、発電システムの構成に応じて以下のように取り扱われる。
【００４６】
すなわち、パワーコンディショナ２を単独で使用する場合、当該パワーコンディショナ２に対してコネクタ装置１４を装着し、電路開放手段を短絡状態としておく。これにより、制御部７は、太陽電池パネル１が発電中は太陽電池パネル１側から電力供給を受けて動作し、太陽電池パネル１が発電停止中のときは電力系統３側から電力供給を受けて動作する。
【００４７】
これに対して、複数のパワーコンディショナ２を用いる場合、「親機」に設定されたパワーコンディショナ２のみコネクタ装置１４を装着し、その他の「子機」に設定されたパワーコンディショナ２のコネクタ装置１４は取り外しておく。つまり、「子機」の電路開放手段は開放状態としておく。
【００４８】
これにより、太陽電池パネル１が発電中は、各パワーコンディショナ２の制御部７に対してそれぞれの太陽電池パネル１側から電力供給が行われて各パワーコンディショナ２の制御部７はいずれも動作する一方、太陽電池パネル１が発電停止中のときは、「親機」に設定されたパワーコンディショナ２の制御部７のみが電力系統３側から電力供給を受けて動作し、「子機」に設定されたパワーコンディショナ２の制御部７に対する電力供給は停止される。つまり、「子機」に設定されたパワーコンディショナ２は、太陽電池パネル１が発電を停止すると、負荷Ａの消費電力を演算する演算機能を含むすべての演算機能が停止することになる。
【００４９】
このように、本発明に係るパワーコンディショナ２を用いた発電システムでは、複数のパワーコンディショナ２を用いてシステムを構成した場合、太陽電池パネル１の発電停止中は「親機」に設定されたパワーコンディショナ２のみに電力系統３側からの給電が行われ、「子機」に設定されたその他のパワーコンディショナ２には電力系統３側からの給電が行われないので、発電停止時におけるパワーコンディショナ２での消費電力を抑制することができる。
【００５０】
また、「子機」となるパワーコンディショナ２への給電停止は、手動操作によって電路の短絡／開放を切り換える電路開放手段（本実施形態では、コネクタ装置１４）によって行われるので、既存のパワーコンディショナ２の簡単かつ安価な改良で消費電力の抑制効果を得ることができる。
【００５１】
実施形態２
次に、本発明に係るパワーコンディショナ２の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態に示すパワーコンディショナ２は、コネクタ装置（電路開放手段）１４の操作ミスを検出する機能を制御部７に付加したもので、その他の構成は上述した実施形態１と共通する。したがって、構成が共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
本実施形態に示すパワーコンディショナ２では、制御部７は、定期的または任意のタイミングでスイッチ１５の短絡／開放を切り換える（つまり、スイッチ１５を開閉させる）ように構成されており、スイッチ１５を開閉させたときに電力系統３側から制御部７への給電（具体的には、電源部８に電力系統３側からの給電）があるか否かを判断し、その判断結果に基づいて、コネクタ装置１４が短絡／開放いずれの状態にあるかを検出するようになっている。そして、制御部７は、上記設定手段の設定（「親機」、「子機」の設定）と、スイッチ１５を開閉させたときの電力系統３側からの給電の有無（コネクタ装置１４が短絡／開放いずれの状態にあるか）に基づいて、コネクタ装置１４が正常に操作されているか否かを判断するように構成される。
【００５３】
このように、制御部７がコネクタ装置１４が正常に操作されているかを判断する制御構成を備えることにより、コネクタ装置１４の操作ミスを早期に発見することができるようになる。
【００５４】
なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。
【００５５】
たとえば、上述した実施形態では、発電部として太陽電池パネル１を用いた場合を示したが、直流電力を発電する発電装置であれば、太陽電池パネル１以外の発電部を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１              太陽電池パネル（発電部）
２              パワーコンディショナ
３              電力系統
４              コンバータ
５              インバータ
６              系統連系リレー
７              制御部
８              電源部
１０，１１      給電線
１３            整流回路
１４            コネクタ装置（電路開放手段）
１５            スイッチ
１７            電流センサ
Ａ              負荷
【図１】
2015043641.tif 000003
【図２】
2015043641.tif 000004
【図３】
2015043641.tif 000005