(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数列の単位発電設備からなり、売電を行うことができる発電設備と、
各単位発電設備の出力側に接続されたパワーコンディショナと、
全単位発電設備の内の一部の単位発電設備と該一部の単位発電設備に接続された第１パワーコンディショナとの間に設けられており、通常時は該一部の単位発電設備と第１パワーコンディショナとを接続する直流切替器と、
停電時に該直流切替器によって前記一部の単位発電設備と接続される蓄電設備と、を有する電力供給装置であって、
前記蓄電設備の出力先は売電以外の供給先であって、
停電時に全パワーコンディショナの電源が切れたときに、前記直流切替器の接続先が第１パワーコンディショナから蓄電設備へ切り替わり、蓄電設備を介して前記一部の単位発電設備から売電以外の供給先に供給可能となり、
前記直流切替器が蓄電設備側に切り替えられた時又は後に、他の単位発電設備に接続されたパワーコンディショナの電源が入ると、蓄電設備を介することなく他の単位発電設備から売電以外の供給先に供給可能となることを特徴とする電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電等の自然エネルギーを利用した発電量に時刻依存性のある発電設備を有する電力供給装置であって、電力会社からの電力供給が停止した際に、発電設備で発電された電力を売電として用いず、他の利用が図れるようにした電力供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や、風力発電等の自然エネルギーの利用を促進するため、太陽光発電等の自然エネルギーによって発電された電力を電力会社が買い取るというエネルギー買取制度がある。
なおここで、自然エネルギーを取り出す発電方法としては、太陽光発電や、風力発電の他に、地熱発電、水力発電、バイオマス発電、海流発電等の自然力を利用した発電設備であって発電量に時刻依存性を有する発電が考えられる。なお、本明細書においては、以下太陽光発電を例として説明する。
【０００３】
電力会社に電力を送る場合、発電設備で作られる電力は直流電力であるため、パワーコンディショナ（以下ＰＣＳとする。）のような直流電力を交流電力に変換する機器を通して送電する必要がある。停電等によって、電力会社の管理する電力系統に異常が発生した場合には、発電設備から電力会社への送電も停止する。一方、異常の復旧のため復旧作業が行われている時に、復旧完了と共に突然送電が開始されると、復旧作業を行っている者が感電するおそれがある。そこで、復旧作業が完了して、完了を電力会社が確認し、安全対策がとられた後に送電を復旧させるまで、電力会社への送電を確実に止める必要があり、この間ＰＣＳの電源を切ることが義務付けられている。そのため、停電時には、発電設備で作られた電力を送る先がなくなってしまい、無駄になってしまう。
【０００４】
そこで、災害等の非常事態における停電時に、発電設備を非常用電源として活用し、当該発電設備を非難場所として使用することができるようにするため、特許文献１のように手動で全発電電力の電力供給先を電力会社から施設へと変更する電力供給装置が記載されている。
【０００５】
また、太陽光発電や、風力発電等の発電効率は自然環境に大きく左右される。例えば、太陽光発電においては、日中の発電効率と夜間の発電効率とは大きく異なる。そのため、太陽光発電によって発電された電力を日常的に電源とする場合、日中にあっては、電力が余ってしまい、夜間は足りなくなるということを防ぐため、発電した電力を一度蓄電池に充電させてから使用することが一般的である。これにより、発電が行われない夜間についても、蓄電池に充電させた電力を使用できるため、安定して電力を供給できることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許５５９６１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１における電力供給装置にあっては、停電時等の非常事態に、全発電電力の電力供給先を一括して切り替えなくてはならず、全発電電力の用途に応じた使用が確保できないこととなっていた。
また、非常用電源として太陽光発電等を電力供給元とする場合にあっては、前述のように安定的な電力供給を確保するため、蓄電池等を介して電力供給されることが望ましい。しかし、電力供給元の電力全てに対応可能な蓄電池を使用することは、停電時のみに使用する場合にあっては、コストがかかり過ぎてしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、停電時に容易に非常用電源として機能し、かつ、電力を安定的に無駄なく使用することのできる電力供給装置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】
【０００９】
本発明において、停電時とは、電力会社の電力系統に異常が生じ、ある一定時間以上停電が続く状態をいい、電力会社への送電及び電力会社からの受電のいずれもが行えない状態をいう。また、通常時とは、電力会社への送電と、電力会社からの受電とが行われている状態をいう。
【００１０】
本発明は、
複数列の単位発電設備11からなり、売電を行うことができる発電設備10と、
各単位発電設備11の出力側に接続されたパワーコンディショナ20と、
全単位発電設備11の内の一部の単位発電設備12と該一部の単位発電設備12に接続された第１パワーコンディショナ21との間に設けられており、通常時は該一部の単位発電設備12と第１パワーコンディショナ21とを接続する直流切替器30と、
停電時に該直流切替器30によって前記一部の単位発電設備12と接続される蓄電設備40と、を有する電力供給装置1であって、
前記蓄電設備40の出力先は売電以外の供給先であり、
停電時に全パワーコンディショナ20の電源が切れたときに、前記直流切替器30の接続先が第１パワーコンディショナ21から蓄電設備40へ切り替わり、蓄電設備40を介して一部の単位発電設備12から売電以外の供給先に供給可能となり、
前記直流切替器30が蓄電設備40側に切り替えられた時又は後に、他の単位発電設備13に接続されたパワーコンディショナ22の電源が入ると、蓄電設備40を介することなく他の単位発電設備13から売電以外の供給先に供給可能となることを特徴とする。
【００１１】
売電以外の供給先とは、例えば施設等の負荷設備であって、停電によって電力の供給がなくなる負荷設備をいう。一部の単位発電設備12から蓄電設備40を介して送る送電先である売電以外の供給先と、他の単位発電設備13から蓄電設備40を介さずに送り送電先である売電以外の供給先とは、同じ供給先であっても良いが、異なる供給先であってもよい。異なる供給先とする場合、一部の単位発電設備12からの送電先を、常時電源供給を必要とする負荷設備として、他の単位発電設備13からの送電先を、常時ではないが電源供給を必要とする負荷設備とすると良い。各単位発電設備11からの電力供給先は設備の使用電力状況等に応じて対応することが望ましい。
ここで、他の単位発電設備13とは、一部の単位発電設備12以外の発電設備をいう。
【発明の効果】
【００１２】
上記のように構成された本発明は、次のような効果を奏する。
停電により、パワーコンディショナの電源が落ちたことを契機に、直流切替器の接続先が切り替わることで、蓄電設備を介して常時安定した電力供給が開始される。
また同時に又は若干遅れて、パワーコンディショナの電源が入り、発電設備から直接負荷設備に供給することができるので、蓄電設備を必要としないままで、発電設備からの電力供給時に得られる電力を無駄なく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る電力供給装置の停電時における回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電力供給装置の通常時における回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（電力供給装置1）
まず、通常時の状態を図２に示す。
通常時は、発電設備10である太陽光発電設備10から売電系統50へと電力が供給され、買電系統53から、常時電源供給を必要とする一般負荷設備60、及び常時ではないが電源供給を必要とする特定負荷設備61へと電力が供給される。ここで、売電系統50とは、電力会社の電力系統のうち、電力を受け取る側をいい、買電系統53とは、電力会社の電力系統のうち、電力を送る側をいうこととする。
【００１５】
太陽光発電設備10から売電系統50への電力供給について説明する。
太陽光発電設備10は、複数の単位発電設備11である太陽光モジュール11を並列に繋げることで構成されている。全ての太陽光モジュール11の出力側には、電力を直流電力から交流電力に変換するＰＣＳ20が設けられている。ＰＣＳ20によって変換された交流電力は昇圧変圧器55や真空遮断器56等を備えた第１受電設備51及びＰＡＳ（柱上気中開閉器）52を介して、売電系統50へ送電される。
【００１６】
ここで、太陽光発電設備10を構成する一部の太陽光モジュール（第１太陽光モジュール12とする）とＰＣＳ（第１ＰＣＳ21とする）との間には、直流切替器30が設けられている。そして、第１太陽光モジュール12から直流切替器30を介して送られる電力と、第１太陽光モジュール12以外の太陽光モジュール（第２太陽光モジュール13とする）から送られる電力と、が前述のように売電系統50へと供給されている。
次に、買電系統53から一般負荷設備60及び特定負荷設備61への電力供給について説明する。
【００１７】
買電系統53から送られた電力はＰＡＳ52、昇圧変圧器55、真空遮断器56等を備えた第２受電設備54及び分電盤57を介して、蓄電設備40又は特定負荷設備61へと配電される。
分電盤67と蓄電設備40との間には、第３切替器32が設けられており、分電盤57によって配電された電力は第３切替器32と蓄電設備40を介して、一般負荷設備60へと送られる。また、特定負荷設備61と分電盤57との間には第２切替器31が設けられており、第２切替器31を介して特定負荷設備61へと供給されている。
【００１８】
次に、停電時の状態を図１に示す。
停電時は、太陽光発電設備10から、一般負荷設備60及び特定負荷設備61へと電力が供給される。
【００１９】
前述のように、第１太陽光モジュール12と第１ＰＣＳ21との間には、直流切替器30が設けられている。停電時は、第１太陽光モジュール12からの電力は直流切替器30を介して蓄電設備40に送電される。ここで、直流切替器30と蓄電設備40との間には、蓄電設備への入力電力を交流電力に変換するため第３ＰＣＳ23が設けられており、第３ＰＣＳ23と蓄電設備40との間には前記第３切替器32が設けられている。よって、第１太陽光モジュール12からの電力は直流切替器30、第３ＰＣＳ23、第３切替器及び蓄電設備40を介して一般負荷設備60へと供給されている。
【００２０】
第２太陽光モジュール13に接続されているＰＣＳ（第２ＰＣＳ22とする）は、第２切替器31に接続されており、第２太陽光モジュール13からの電力は第２ＰＣＳ22及び第２切替器31を介して特定負荷設備61へと供給されている。
【００２１】
（蓄電設備40）
蓄電設備40とは、蓄電池41とインバーター（ＩＮＶ42）とからなる設備である。分電盤57を介して買電系統53から送られる電力又は第３ＰＣＳ23を介して第１太陽光モジュール12から送られる電力を、いずれも蓄電池41で充電し、ＩＮＶ42を介して一般負荷設備60へと電力供給している。蓄電池41と、第３ＰＣＳ23又は分電盤57とは、第３切替器32によって接続されている。
【００２２】
（直流切替器30、第２切替器31及び第３切替器32）
直流切替器30の切り替えは、後述する受電設備51に設けられた図示しない第１制御部によって、一定時間以上停電が続く場合に直流切替器30の接続先を電力会社側から蓄電設備40側へと切り替えるように制御されている。
【００２３】
第２切替器31は、通常時は分電盤31と特定負荷設備61とを接続している。一方、停電時に、第１制御部によって直流切替器30の接続先が切り替わった後に、第２ＰＣＳ22の電源が落ちた後に行われる再接続に伴い、第２太陽光モジュール13からの電力供給が開始されると、分電盤57側よりも第２ＰＣＳ22側の電圧の方が高くなり、自動的に分電盤57側から第２ＰＣＳ22側へと切り替わるようになっている。
第３切替器32は、通常時は分電盤57と蓄電池41とを接続している。一方、停電時に、第１制御部によって直流切替器30が切り替わり、第１太陽光モジュール12から蓄電池41への電力供給が開始されると、分電盤57側よりも第３ＰＣＳ23側の電圧の方が高くなり、自動的に第３ＰＣＳ23と蓄電池41との接続に切り替わるようになっている。
【００２４】
（停電時における電力供給先の切替方法）
電力会社側の電力系統に異常が発生したこと等により、電力会社側からの電力供給が止まり、電力会社側への電力供給もできなくなると、太陽光モジュール11にそれぞれ接続されている第１ＰＣＳ21及び第２ＰＣＳ22の電源が落ちる。これは、異常を解消する為に、第１受電設備51及び第２受電設備54で作業をする際に、安全を確保するため、ＰＣＳ20にはじめから備わっている機能である。
【００２５】
第１ＰＣＳ21及び第２ＰＣＳ22の電源が落ちると、第１受電設備51に電力が供給されなくなり、第１制御部の処理が開始される。第１制御部の処理が開始されると、第１制御部から直流切替器30へ停電信号が送られる。なお、第１受電設備51及び直流切替器30にはバックアップ電源が設けられている。停電信号を任意の時間、連続して送信すると、直流切替器30に対して、切替信号が送られ直流切替器30の接続先が第１ＰＣＳ21から第３ＰＣＳ23に変更される。また、任意の時間、連続して停電信号が送信されない場合は、停電が復旧していることを意味し、切替信号は送られない。ここで、任意の時間、連続して停電が生じていることを、切替信号を送る条件としたのは、短い時間の停電については、蓄電池41に充電された電力で十分足りるため、一般負荷設備60への電力供給元を変更するまでもないからである。また、定期的に瞬停が起きているため、こうした停電の時に切り替える必要はないからである。
【００２６】
直流切替器30の接続先が第３ＰＣＳ23に変更されると、第３ＰＣＳ23に内蔵されているバックアップ電源が作動し、第３ＰＣＳ23の主電源が入り、前述の通り第３切替器32が切り替わり、第３ＰＣＳ23と蓄電池41とが接続される。これによって、第１太陽光モジュール12から、蓄電設備40を介して、一般負荷設備60への電源供給が自動的に行われることとなる。なお、第３ＰＣＳ23及び第３切替器32の機能は蓄電設備40に内蔵させてもよい。
【００２７】
前述した第２切替器31の切り替えは、間接的に手動で行うものである。この場合には、作業者が、図示しない切替盤の前で操作して行う。切替盤には、第１受電設備51及び第２受電設備54の真空遮断器56の遮断開放ボタン、第１ＰＣＳ21、第２ＰＣＳ22及び第３ＰＣＳ23の各電源、並びに、直流切替器30の切替スイッチが設けられている。また、切替盤には、切り替え操作を制御する切替制御部が設けられている。第１受電設備51及び第２受電設備54の真空遮断器56が下りているかどうかを切替制御部で判断する。真空遮断器56が下りていなければ切替盤上で遮断開放ボタンを押して、真空遮断器56を下ろすよう切替制御部から作業者に指示が出される。次に、真空遮断器56が下りていれば、切替盤上で全ての第２ＰＣＳ22の電源を入れるように切替制御部から作業者に指示が出される。第２ＰＣＳ22の電源を入れると、前述の通り第２切替器31は切り替わり、第２太陽光モジュール13から特定負荷設備61へ電源が供給される。ここで、確実に切り替え作業を行うため、切替盤に設けられた各スイッチは、通常は押すことができないようになっており、切替制御部によってスイッチを押すことが許されるように制御してもよい。
【００２８】
（復旧時における電力供給先の切替方法）
停電が復旧した場合、特定負荷設備61及び一般負荷設備60への電力供給元を、太陽光発電設備10から、買電系統53に切り替え、太陽光発電設備10の送電先を売電系統50に切り替える。切り替え作業は全て手動で行われ、前述の図示しない切替盤を作業者が操作することで行われる。復旧においても、切替盤に設けられた切替制御部によって各切り替え操作が制御されている。
【００２９】
まず、切替制御部によって、電力会社の電力供給が復旧したことを検知すると、切替盤上で、第２ＰＣＳ22及び第３ＰＣＳ23の電源を落とすよう作業者に指示が出される。切替制御部によって、第２ＰＣＳ22及び第３ＰＣＳ23の電源が落ちたことを検知すると、遮断開放ボタンを押して、第１受電設備51及び第２受電設備54の真空遮断器56を上げるよう作業者に指示が出される。その後、全ての真空遮断器56が上がると、第２ＰＣＳ22の電源を入れるよう作業者に指示が出される。第２ＰＣＳ22の電源が入ったら、切替スイッチを押して直流切替器30の接続先を第１ＰＣＳ21側に変更するよう指示が出される。最後に、第１ＰＣＳ21の電源を入れるよう作業者に指示が出され、電源が入ったら終了である。第２切替器31及び第３切替器32は電圧の高い方に自動的に切り替わるため、切り替え作業は不要である。
【００３０】
（まとめ）
以上のように構成された電力供給装置1は、蓄電設備40を用いた電気の常時供給ルートと、蓄電設備40を介しない電気の特定時供給ルートとが設けられ、常時供給ルートから一般負荷設備60に電気を供給し、特定時供給ルートから特定負荷設備61に電気を供給することができる。
即ち、本願は発明では、全ての太陽光モジュール11を電源として使用することができ、発電された電力を無駄なく使用することができる。
【００３１】
例えば、スーパーマーケットに太陽光発電設備を用いた電力供給装置を設置した場合、一般負荷設備60として、冷蔵・冷凍ショーケースを設定し、特定負荷設備61として、店内の空調、電灯等を設定すると、停電時であっても冷蔵・冷凍ショーケース内の食品等の保護が図れると共に、開店時である昼間は特定時供給ルートからの電力で空調、電灯等の使用が可能となっている。また、すべてを蓄電設備を介して制御する場合に比べて、蓄電設備の小型化を図ることができるので、非常時である停電時の使用に効果的な蓄電池に多くのコストを要することがない。
【００３２】
また、本発明における電力供給装置1を備えた施設は、災害により売電系統50からの電源供給が止まったとしても、特定時供給ルートから常時電源供給を受けることができる。そのため、携帯電話を充電するための電源や、インターネット環境を構築するための機器類の電源を確保することができ、災害時の避難施設として機能させることができる。
また、病院のように人命救助等のために常時電源を必要とする施設に、本発明における電力供給装置1を設けることで、災害時であっても病院としての機能を維持し続けることができる。
【００３３】
本発明においては、停電が起こった際に自動的に直流切替器30の接続先が第１パワーコンディショナ21から蓄電設備40へ切り替わり、一般負荷設備60への電源供給が開始される。そのため、停電により混乱が生じたとしても、一部電源が確保されることになるため、停電による混乱を一時的なものとすることができる。一部電源が確保された状態で特定負荷設備61へ電源供給するための切替作業を開始させることができるため、落ち着いて作業をすることができる。
【００３４】
（変形例）
本実施の形態においては、発電設備10を太陽光発電設備10としたが、水力発電、風力発電、地熱発電等による発電設備10で、複数の発電設備10を並列につなげた設備であればよい。例えば、地熱発電設備と水力発電設備とを並列につなげた設備等であってもよい。
【００３５】
また、蓄電設備40を介さずに送られる電力供給先と、蓄電設備40を介して送られる電力供給先とを異なる負荷設備としたが、同じ負荷設備へ送っても良い。例えば、スーパーマーケットの冷蔵設備であって、昼間はお客が商品を手に取ることができるよう扉を開けておき、夜は扉を常時閉めておくような場合が考えられる。この場合、一つの設備であっても、昼と夜とで、使用電力量が大きく異なる。そのため、昼間は蓄電設備40を用いた電気の常時供給ルートと、蓄電設備40を介しない電気の特定時供給ルートの双方からの電力が必要であっても、夜間は常時供給ルートからの電力だけでまかなうことができる。
【００３６】
また、本実施形態において、通常時の電力供給先は売電系統50としたが、一部の電力については、負荷設備へ供給し、余剰分を売電系統50へ供給することとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によれば、通常時は、電力会社への売電設備として機能し、災害等により長期で停電が続く停電時には、安定して電源を確保することができる避難設備として機能する、自然エネルギーを利用した発電設備を提供できることとなる。
【符号の説明】
【００３８】
1  電力供給装置                          10  発電設備（太陽光発電設備）
11  単位発電設備（太陽光モジュール）
12  一部の単位発電設備（第１太陽光モジュール）
13  他の単位発電設備（第２太陽光モジュール）
20  パワーコンディショナ（ＰＣＳ）      21  第１ＰＣＳ
22  第２ＰＣＳ                          23  第３ＰＣＳ
30  直流切替器                          31  第２切替器
32  第３切替器                          40  蓄電設備
41  蓄電池                              42  インバーター（ＩＮＶ）
50  売電系統                            51  第１受電設備
52  柱上気中開閉器（ＰＡＳ）            53  買電系統
54  第２受電設備                        55  昇圧変圧器
56  真空遮断器                          57  分電盤
60  一般負荷設備                        61  特定負荷設備
【図１】
0006629546.tif 000002
【図２】
0006629546.tif 000003