(57)【要約】【課題】  災害の発生等により商用電源による電力供給が停止した場合であっても、充分な電力量で安定した電力供給を行うことが可能な電力供給システムを提供する。【解決手段】  太陽電池１３０により発電された電力を、蓄電装置１７０を介さずに供給する第１の電力系統と、太陽電池１５０により発電された電力を、電力制御部１４０を介さずに蓄電装置１７０に入力し、蓄電装置１７０より供給する第２の電力系統と、を有する電力供給システム１００であって、商用電源１１０による電力の供給が停止した場合に、太陽電池１３０により発電された電力が、前記第２の電力系統を構成する蓄電装置１７０に入力されるように切り替えることで、前記第２の電力系統により供給される電力を補完することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の供給元からの電力を、蓄電装置を介さずに供給する第１の電力系統と、
太陽電池により発電された電力を、電力制御部を介さずに前記蓄電装置に入力し、該蓄電装置より供給する第２の電力系統と、を有する電力供給システムであって、
商用電源による電力の供給が停止した場合に、前記所定の供給元からの電力が、前記第２の電力系統を構成する前記蓄電装置に入力されるように切り替えることで、前記第２の電力系統により供給される電力を補完することを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
前記第１の電力系統では、
前記第２の電力系統を構成する前記太陽電池とは異なる太陽電池により発電され、前記電力制御部により出力電圧が制御された電力を、前記蓄電装置を介さずに供給することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記第２の電力系統を構成する前記蓄電装置は、
前記第２の電力系統を構成する前記太陽電池により発電された電力が、充電器を介して入力される蓄電池を有することを特徴とする請求項２に記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記第２の電力系統を構成する前記蓄電装置は、
前記電力制御部により出力電圧が制御され、前記蓄電池に入力される電力を変換する変換器を更に有することを特徴とする請求項３に記載の電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池等の自然エネルギーを利用した電力機器の普及が進められている。また、当該電力機器と商用電源とを組み合わせた種々の電力供給システムが構築されている。
【０００３】
このような電力供給システムによれば、例えば、商用電源による電力の一部を、太陽電池等による電力で賄うことで、電力コストを抑制することができる。また、商用電源による電力供給が停止した場合でも、太陽電池等による電力供給に切り替えることで、電力供給を維持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１３０８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、太陽電池等のように自然エネルギーを利用した電力機器の場合、発電量が自然現象に左右されやすいといった問題がある。
【０００６】
一方で、災害発生等により、商用電源による電力供給が長時間停止した場合であっても、電力の継続的な供給が不可欠な供給対象もある。このような供給対象に対しては、充分な電力量で安定した電力供給を行うことが求められる。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、災害の発生等により商用電源による電力供給が停止した場合であっても、充分な電力量で安定した電力供給を行うことが可能な電力供給システム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】
【０００８】
本発明の実施形態に係る電力供給システムは、以下のような構成を有する。すなわち、
所定の供給元からの電力を、蓄電装置を介さずに供給する第１の電力系統と、
太陽電池により発電された電力を、電力制御部を介さずに前記蓄電装置に入力し、該蓄電装置より供給する第２の電力系統と、を有する電力供給システムであって、
商用電源による電力の供給が停止した場合に、前記所定の供給元からの電力が、前記第２の電力系統を構成する前記蓄電装置に入力されるように切り替えることで、前記第２の電力系統により供給される電力を補完することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の各実施形態によれば、災害の発生等により商用電源による電力供給が停止した場合であっても、充分な電力量で安定した電力供給を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る電力供給システムの全体構成を示す図である。
【図２】切替装置の機能構成の一例を示す図である。
【図３】切替装置の動作モードの一例を示す図である。
【図４】実施形態に係る電力供給システムにおける電力供給方法を示す概念図である。
【図５】商用電源による電力供給が行われた場合の電力の流れを示す図である。
【図６】商用電源による電力供給が停止した場合の電力の流れを示す図である。
【図７】切替装置の動作モードの他の一例を示す図である。
【図８】充電モードにおける電力の流れを示す図である。
【図９】放電モードにおける電力の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１２】
［第１の実施形態］
＜１．電力供給システムの全体構成＞
はじめに、本実施形態に係る電力供給システムの全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る電力供給システム１００の全体構成を示す図である。
【００１３】
図１に示すように、電力供給システム１００は、電力の供給元である電源として、商用電源１１０と太陽電池１３０、１５０とを有する。
【００１４】
また、電力供給システム１００は、電力が供給される供給対象１８０の供給対象１８１、１８２それぞれに、供給元（商用電源１１０、太陽電池１３０）からの電力を分配する分電盤１２０を有する。
【００１５】
また、電力供給システム１００は、電力の流れを切り替える切替装置１６０と、電力制御部の一例であるパワーコンディショナー１４０と、電力を蓄える蓄電装置１７０とを有する。
【００１６】
切替装置１６０は、商用電源１１０からの電力供給が停止した場合にこれを検知し、商用電源１１０からの電力供給が停止したことをパワーコンディショナー１４０に通知する。また、商用電源１１０からの電力供給が行われている状態と商用電源１１０からの電力供給が停止している状態とで、電力の流れを切り替える。
【００１７】
具体的には、分電盤１２０からの電力の出力先を蓄電装置１７０と供給対象１８２との間で切り替えたり、供給対象１８２に供給する電力の供給元を、分電盤１２０から出力される電力と、蓄電装置１７０から出力される電力との間で切り替えたりする。
【００１８】
パワーコンディショナー１４０は、太陽電池１３０において発電した電力を直流から交流に変換するとともに、出力電圧を制御する。また、切替装置１６０からの通知を受信した場合に、太陽電池１３０において発電した電力が蓄電装置１７０に入力されるように、電力の出力先を切り替える。
【００１９】
蓄電装置１７０は、供給対象１８０に供給すべき電力を蓄える。蓄電装置１７０は、充電器１７１、リチウム蓄電池１７２、インバータ１７３を有する。
【００２０】
充電器１７１は、分電盤１２０から切替装置１６０を介して入力される交流の電力またはパワーコンディショナー１４０から入力される交流の電力を、直流の電力に変換する変換器としての役割を果たす。
【００２１】
リチウム蓄電池１７２は、充電器１７１にて直流に変換された電力を入力し、蓄電する。また、太陽電池１５０において発電した直流の電力を直接入力し、蓄電する。なお、リチウム蓄電池１７２には、太陽電池１５０において発電した直流の電力を直接入力することができるように、チャージャ（充電器）が内蔵されている。
【００２２】
インバータ１７３は、リチウム蓄電池１７２に蓄電された電力を、交流の電力に変換し、切替装置１６０を介して供給対象１８２に供給する。
【００２３】
なお、図１に示すように、本実施形態において電力供給が行われる供給対象１８０は、供給対象１８１と供給対象１８２とに分類されている。このうち、供給対象１８１は、災害発生に伴って、商用電源１１０からの電力供給が停止した場合に、蓄電装置１７０による電力供給が行われない供給対象である。一方、供給対象１８２は、災害発生に伴って、商用電源１１０からの電力供給が停止した場合であっても、蓄電装置１７０による電力供給が行われる供給対象である（つまり、電力供給を継続させることが不可欠な供給対象である）。
【００２４】
災害発生時にも電力供給を継続させることが不可欠な供給対象には、例えば、災害対策本部が設置される部屋や被災者が一時的に居住する体育館等の照明やコンセント、その他防災機器や通信機器が接続されるコンセント等が含まれる。
【００２５】
このように、本実施形態に係る電力供給システム１００では、
ａ）災害発生時に商用電源１１０からの電力供給が停止した場合でも、電力供給を継続させることが不可欠な対象か否かに応じて、供給対象１８０を分類する構成とした。
【００２６】
これにより、商用電源１１０からの電力供給が停止した場合でも供給可能な電力（太陽電池１３０、１５０において発電した電力）を、電力供給を継続させることが不可欠な供給対象１８２に集中させることができるようになった。
【００２７】
また、本実施形態に係る電力供給システム１００の蓄電装置１７０では、
ｂ）太陽電池１３０、１５０において発電した電力を供給対象１８２に集中させるために、太陽電池１３０からパワーコンディショナー１４０を介して送電される交流の電力と、太陽電池１５０から送電される直流の電力とが入力できる構成とした。
【００２８】
また、本実施形態に係る電力供給システム１００のパワーコンディショナー１４０では、
ｃ）商用電源１１０からの電力供給が停止した旨の通知を切替装置１６０から受けた場合に、電力の出力先を、分電盤１２０から蓄電装置１７０に切り替える構成とした。
【００２９】
これにより、太陽電池１５０において発電した電力を、太陽電池１３０において発電した電力により補完して供給対象１８２に供給することが可能となる。この結果、供給対象１８２に対して、十分な電力量を確保することが可能となった。
【００３０】
また、本実施形態に係る電力供給システム１００では、
ｄ）太陽電池１３０と太陽電池１５０とにおいて発電した電力を、供給対象１８２に供給するにあたり、蓄電装置１７０を介して供給する構成とした。
【００３１】
これにより、自然現象に左右されやすい太陽電池１３０及び太陽電池１５０による電力供給であっても、安定した電力供給を行うことが可能になった。
【００３２】
＜２．切替装置の機能構成＞
次に、切替装置１６０の機能構成について説明する。図２は、切替装置１６０の機能構成を示す図である。
【００３３】
図２に示すように、切替装置１６０は、切替装置本体部２００と切替装置操作部２６０とを有している。なお、切替装置本体部２００と切替装置操作部２６０とは無線ＬＡＮにより通信可能に接続されるものとする。
【００３４】
切替装置本体部２００は、監視部２１０と、モード制御部２２０と、切替部２３０と、管理部２４０と、通信部２５０とを有する。
【００３５】
監視部２１０は、更に停電監視部２１１と停電情報出力部２１２とを有する。停電監視部２１１は、商用電源１１０による電力供給が行われているか否かを監視し、商用電源１１０による電力供給が停止した場合（あるいは停止していた電力供給が復旧した場合）に、これを検知する。停電情報出力部２１２は、停電監視部２１１が商用電源１１０による電力供給の停止及び復旧を検知すると、パワーコンディショナー１４０及びモード制御部２２０に対して、商用電源１１０による電力供給が停止した旨の通知または復旧した旨の通知を行う。
【００３６】
モード制御部２２０は、切替装置本体部２００の動作モードを管理する。切替装置本体部２００の動作モードには、非停電時モードと停電時モードとがある。図３は、切替装置本体部２００の動作モードを示す図である。
【００３７】
図３に示すように、非停電時モード３１０は、商用電源１１０による電力供給が行われている状態の動作モードである。非停電時モード３１０は、商用電源１１０による電力供給が停止した場合に、停電時モード３２０に遷移する。また、停電時モード３２０は、商用電源１１０による電力供給が停止している状態の動作モードである。停電時モード３２０は、商用電源１１０による電力供給が復旧した場合に、非停電時モード３１０に遷移する。
【００３８】
モード制御部２２０では、停電情報出力部２１２からの通知に応じて動作モードが遷移すると、通信部２５０と切替部２３０とに動作モードが遷移した旨の通知を行う。
【００３９】
切替部２３０は、モード制御部２２０からの通知に基づいて、電力の流れを切り替える。なお、非停電時モード３１０における電力の流れの詳細及び停電時モード３２０における電力の流れの詳細は後述する。
【００４０】
管理部２４０は、蓄電池管理部２４１と太陽電池管理部２４２とを有する。蓄電池管理部２４１は、蓄電装置１７０のリチウム蓄電池１７２の使用容量を管理する。太陽電池管理部２４２は、太陽電池１５０の動作を管理する。蓄電池管理部２４１及び太陽電池管理部２４２による管理結果は通信部２５０に通知される。
【００４１】
通信部２５０は、切替装置操作部２６０との間で無線ＬＡＮによる通信を行う。具体的には、モード制御部２２０より動作モードが遷移した旨の通知を受けると、切替装置操作部２６０に当該通知を送信する。また、切替装置操作部２６０からの要求に応じて、蓄電池管理部２４１及び太陽電池管理部２４２による管理結果を、切替装置操作部２６０に送信する。
【００４２】
切替装置操作部２６０は、スマートフォンやタブレット端末等の携帯端末により構成される。このように、切替装置操作部２６０を持ち運び可能な携帯端末により構成することで、災害発生時にユーザが切替装置本体部２００に近づくことができない場合であっても、遠隔の任意の位置から切替装置本体部２００を監視することができる。また、バッテリ駆動するため、災害発生に伴って商用電源１１０による電力供給が停止した場合であっても、監視を行うことができる。
【００４３】
切替装置操作部２６０は、通信部２６１、ユーザインタフェース制御部２６２、ユーザインタフェース部２６３を有する。通信部２６１は、切替装置本体部２００との間で無線ＬＡＮによる通信を行う。
【００４４】
ユーザインタフェース制御部２６２は、ユーザインタフェース部２６３を制御する。具体的には、ユーザインタフェース部２６３に対して所定の表示画面を表示するよう制御する。なお、切替装置本体部２００との通信により、切替装置本体部２００より受信した情報は、ユーザインタフェース制御部２６２による制御のもと、ユーザインタフェース部２６３に表示される。
【００４５】
また、ユーザインタフェース制御部２６２は、ユーザインタフェース部２６３を介してユーザにより入力された指示を識別し、指示内容に応じた要求を通信部２６１を介して切替装置本体部２００に送信する。
【００４６】
ユーザインタフェース部２６３は、ユーザインタフェース制御部２６２による制御のもと、各種表示画面を表示したり、ユーザによる入力を受け付ける。
【００４７】
＜３．電力供給システムによる電力の流れ＞
次に、電力供給システム１００による非停電時モード３１０及び停電時モード３２０における電力の流れについて説明する。
【００４８】
＜３．１  電力供給システムによる電力の流れの概要＞
はじめに、図４を用いて、電力供給システム１００による非停電時モード３１０及び停電時モード３２０における電力の流れについて、概要を説明する。図４は、電力供給システム１００による非停電時モード３１０及び停電時モード３２０における電力供給方法を示す概念図である。なお、図４では、説明を簡略化するため、太陽電池１３０において発電した電力と太陽電池１５０において発電した電力のみを明示し、これらの電力が供給対象１８２に供給される場合の流れのみを明示している。
【００４９】
また、比較対象のため、図４（ａ）は、本実施形態に係る電力供給システム１００の電力供給方法が適用されなかった場合の電力の流れを示している。一方、図４（ｂ）は、本実施形態に係る電力供給システム１００の電力供給方法が適用された場合の電力の流れを示している。
【００５０】
図４（ａ）の上側に示すように、電力供給システム１００の電力供給方法が適用されなかった場合、供給対象１８２に対して、非停電時モード３１０では太陽電池１３０において発電した電力がパワーコンディショナー１４０を介して供給される（第１の電力系統）。また、図４（ａ）の下側に示すように、停電時モードでは太陽電池１５０において発電した電力が蓄電装置１７０を介して供給される（第２の電力系統）。
【００５１】
これに対して、図４（ｂ）の上側に示すように、電力供給システム１００の電力供給方法が適用された場合も、非停電時モード３１０において第１の電力系統により電力が供給される点は同じである。しかしながら、図４（ｂ）の下側に示すように、停電時モード３２０では、第２の電力系統により電力が供給されるとともに、更に太陽電池１３０において発電した電力により第２の電力系統が補完される。
【００５２】
この結果、供給対象１８２に対して、充分な電力量で電力供給を行うことが可能になる。
【００５３】
＜３．２  電力供給システムによる電力の流れの詳細＞
次に、図５及び図６を用いて、電力供給システム１００による非停電時モード３１０及び停電時モード３２０における電力の流れの詳細について説明する。図５は、電力供給システム１００による非停電時モード３１０における電力の流れ（太線矢印）を示す図である。
【００５４】
図５に示すように、商用電源１１０からの電力は分電盤１２０に入力される。また、太陽電池１３０において発電した電力は、パワーコンディショナー１４０を介して分電盤１２０に入力される。
【００５５】
分電盤１２０に入力された電力は、その一部が供給対象１８１に供給され、残りが切替装置１６０を介して供給対象１８２に供給される。
【００５６】
また、太陽電池１５０において発電した電力は、蓄電装置１７０のリチウム蓄電池１７２に入力され、リチウム蓄電池１７２において蓄電される。
【００５７】
一方、図６は、電力供給システム１００による停電時モード３２０における電力の流れを示す図である。
【００５８】
図６に示すように、商用電源１１０からの電力供給が停止した場合、分電盤１２０には電力が供給されない。この結果、供給対象１８１に対する電力供給は停止する。
【００５９】
一方、パワーコンディショナー１４０は、切替装置１６０からの通知（商用電源１１０による電力供給が停止した旨の通知）を受け、太陽電池１３０において発電した電力を分電盤１２０ではなく、蓄電装置１７０に出力するように切り替える。これにより、パワーコンディショナー１４０から出力された電力は、充電器１７１において直流に変換された後、リチウム蓄電池１７２において蓄電される。
【００６０】
また、太陽電池１５０において発電した電力はリチウム蓄電池１７２に直接入力され、リチウム蓄電池１７２において蓄電される。
【００６１】
リチウム蓄電池１７２において蓄電された電力は、インバータ１７３において交流に変換された後、切替装置１６０を介して供給対象１８２に供給される。
【００６２】
＜４．まとめ＞
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る電力供給システム１００では、
・供給対象を分類する構成とした。これにより、商用電源１１０による電力供給が停止した場合に、太陽電池１３０、１５０において発電した電力を供給対象１８２に集中させることができるようになった。
・交流の電力と直流の電力の入力が可能となるように蓄電装置１７０を構成した。更に、非停電時モード３１０において供給対象に供給されていた交流の電力を停電時モード３２０では蓄電装置１７０に向けて出力するようにパワーコンディショナー１４０を構成した。これにより、停電時モード３２０において、供給対象１８２に対して十分な電力量を確保することが可能となった。
・蓄電装置１７０を介して供給対象１８２に電力を供給する構成とした。これにより、供給対象１８２に対して安定した電力供給を行うことが可能となった。
【００６３】
［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、切替装置１６０に非停電時モードと停電時モードとを設け、各動作モードに遷移した場合に電力の流れを切り替える構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、非停電時モードに、更に通常モードと充電モードと放電モードとを設け、電力の流れを細かく制御する構成としてもよい。
【００６４】
＜１．動作モードの説明＞
図７は、本実施形態における切替装置１６０の動作モードを示す図である。図７に示すように、本実施形態における切替装置１６０は、非停電時モード３１０として、更に、通常モード７０１と、充電モード７０２と、放電モード７０３とを有する。なお、通常モード７０１における動作は、上記第１の実施形態において説明した非停電時モード３１０における動作と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００６５】
充電モード７０２は、分電盤１２０より出力され切替装置１６０を介して供給対象１８２に供給される電力の一部を、供給対象１８２だけでなく、蓄電装置１７０にも入力し、リチウム蓄電池１７２において蓄電するよう動作するモードである。
【００６６】
また、放電モード７０３は、分電盤１２０より出力され切替装置１６０を介して供給対象１８２に供給される電力を停止し、蓄電装置１７０からの電力を供給対象１８２に供給することで、リチウム蓄電池１７２を放電するよう動作するモードである。
【００６７】
＜２．充電モードの詳細＞
次に、充電モード７０２の詳細について説明する。図８は、充電モード７０２における電力の流れを示す図である。なお、図８に示す電力の流れのうち、図５に示す電力の流れと同じ点については、ここでは説明を省略し、図５との相違点を中心に説明する。
【００６８】
図８に示すように、充電モード７０２では、分電盤１２０より出力された電力の一部が蓄電装置１７０に入力され、充電器１７１を介して、リチウム蓄電池１７２において蓄電される。
【００６９】
このように、充電モード７０２では、ユーザが指定した時間帯において、供給対象１８２における電力消費量が少ない場合に、分電盤１２０より出力された電力の一部を、リチウム蓄電池１７２における蓄電に用いる。これにより、リチウム蓄電池１７２において確実に蓄電することが可能となる。
【００７０】
＜３．放電モードの詳細＞
次に、放電モード７０３の詳細について説明する。図９は、放電モード７０３における電力の流れを示す図である。なお、図９に示す電力の流れのうち、図５に示す電力の流れと同じ点については、ここでは説明を省略し、図５との相違点を中心に説明する。
【００７１】
図９に示すように、放電モード７０３では、分電盤１２０から切替装置１６０への出力は停止し、代わりに蓄電装置１７０からの電力が、切替装置１６０を介して供給対象１８２に供給される。
【００７２】
このように、充電モード７０２では、ユーザが指定した時間帯において、供給対象１８２への電力の供給を蓄電装置１７０が行う。これにより、蓄電装置１７０を定期的に動作させることが可能となる。
【００７３】
［第３の実施形態］
上記各実施形態では、自然エネルギーを利用した電力機器として、太陽電池１３０と太陽電池１５０とを用いる構成としたが、本発明はこれに限定されず、自然エネルギーを利用した他の電力機器を用いる構成としてもよい。
【００７４】
また、上記各実施形態では、供給対象１８０を２つに分類したが、本発明はこれに限定されず、３つ以上に分類し、そのうちの１の供給対象に対して、蓄電装置１７０からの電力供給を行うように構成してもよい。あるいは、供給対象１８０を分類せず、１の供給対象に対して、第１の電力系統と第２の電力系統とにより電力を供給する構成としてもよい。
【００７５】
また、上記各実施形態では、パワーコンディショナー１４０の出力先の切り替え方法について特に言及しなかったが、パワーコンディショナー１４０の出力先の切り替えは、手動であっても自動であってもよい。
【００７６】
なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【００７７】
１００                  ：電力供給システム
１１０                  ：商用電源
１２０                  ：分電盤
１３０                  ：太陽電池
１４０                  ：パワーコンディショナー
１５０                  ：太陽電池
１６０                  ：切替装置
１７０                  ：蓄電装置
１７１                  ：充電器
１７２                  ：リチウム蓄電池
１７３                  ：インバータ
１８０                  ：供給対象
１８１                  ：供給対象
１８２                  ：供給対象
２００                  ：切替装置本体部
２１０                  ：監視部
２２０                  ：モード制御部
２３０                  ：切替部
２４０                  ：管理部
２５０                  ：通信部
２６０                  ：切替装置操作部
３１０                  ：非停電時モード
３２０                  ：停電時モード
７０１                  ：通常モード
７０２                  ：充電モード
７０３                  ：放電モード
【図１】
2015204728.tif 000003
【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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【図７】
2015204728.tif 000009
【図８】
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【図９】
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