(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
昼間に太陽光を受けて電力を発生する太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルが発生する電力と深夜電力契約時間内に商用電源系統から供給される電力とを蓄電するとともに蓄電した電力を負荷に供給する蓄電池と、前記蓄電池に対して並列に接続され、前記商用電源系統から供給される前記深夜電力契約時間内の深夜電力のみを蓄電するとともに蓄電した電力を負荷に供給する深夜電力蓄電専用の深夜電力用蓄電池と、前記深夜電力契約時間以外の時間帯に、前記太陽電池パネルの発電電力が十分であって前記負荷の消費電力よりも大きい場合、前記負荷の消費電力を超える前記太陽電池パネルの余剰電力を前記蓄電池に蓄電し、蓄電後の前記蓄電池の余剰電力と前記深夜電力用蓄電池の電力とを前記商用電源系統に供給する制御器とを備えたことを特徴とする売電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池パネルと蓄電池とを併用し、夜間に蓄電池に溜めた蓄電電力を、電力利用率の高い昼間に商用電源系統へ売電する売電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日では、大気汚染防止や地球温暖化防止を目的として、化石燃料に代えて自然エネルギー、特に太陽光等を利用したクリーンエネルギーによる発電システムが一般的になってきた。ところが、この発電システムで得られるエネルギーは不安定であり、太陽が出ている晴天の昼間には、負荷で消費される電力以上の十分な発電が期待できるものの、例えば、曇りや夜間においては、発電電力が少ないか、或いは殆ど発電が期待できない。
【０００３】
このため、これまでは太陽光等を利用した発電システムによる発電量が負荷における需要量を上回ったときに、その上回った分の余剰電力を蓄電池に貯めておき、一方、前記発電システムによる発電量が負荷における需要量を下回ったときに、蓄電池に貯めた電力を負荷に対して放電し、負荷に対する電力供給の平準化を図る技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、昼間の発電量が蓄電池の容量よりも多い場合には、この余剰電力を電力会社の発電所等に売電する系統連系売電システムも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１５１９５９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、かかる従来の蓄電システムでは、太陽エネルギーが十分に得られる昼間において太陽電池パネルに発生させた直流電力を、電力利用度が高い昼間に負荷に対し供給したり売電したりすることができるものの、天気状況によって太陽エネルギーが常に十分に得られる時間にばらつきがあるところから、商用電源系統に対し常に安定的に売電（供給）することに困難性がある。
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、夜間に商用電源系統から取り込んで蓄電池に貯めた蓄電電力を、昼間に太陽電池パネルが発生する電力とともに交流電力に変換して商用電源系統へ供給することにより、夜間に蓄電池に充電（買電）した安価な電力を、商用電源系統へ給電（売電）することで、需要者側の電力使用料金の節減を図ることができる充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】
【０００７】
前述した目的を達成するために、本発明に係る売電システムは、昼間に太陽光を受けて電力を発生する太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルが発生する電力と深夜電力契約時間内に商用電源系統から供給される電力とを蓄電するとともに蓄電した電力を負荷に供給する蓄電池と、前記蓄電池に対して並列に接続され、前記商用電源系統から供給される前記深夜電力契約時間内の深夜電力のみを蓄電するとともに蓄電した電力を負荷に供給する深夜電力蓄電専用の深夜電力用蓄電池と、前記深夜電力契約時間以外の時間帯に、前記太陽電池パネルの発電電力が十分であって前記負荷の消費電力よりも大きい場合、前記負荷の消費電力を超える前記太陽電池パネルの余剰電力を前記蓄電池に蓄電し、蓄電後の前記蓄電池の余剰電力と前記深夜電力用蓄電池の電力とを前記商用電源系統に供給する制御器とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
この構成により、深夜電力契約時間に商用電源系統から安価な電力を蓄電池に蓄電しておき、この安価に蓄電した蓄電池の蓄電電力を、昼間に太陽電池パネルが発生する電力のうち、負荷で消費される電力を上回る電力とともに、商用電源系統へ供給でき、負荷への電力供給を続けながら、商用電源系統への売電を可能にする。
【００１０】
この構成により、負荷への電力供給開始時に、太陽電池パネルが発生する直流電力が不十分であっても、また蓄電池の蓄電電力が不十分であっても、太陽電池パネルが発生する前記電力とともに深夜電力用蓄電池が放電する電力を、必要に応じて前記負荷への供給を続けながら、商用電源系統へ売電することが可能になる。こうして売電される電力量は深夜電力用蓄電池の設置数の増加に応じて大きくなり、これにより蓄電量および売電量も大きくなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、深夜に安価に買電した深夜電力と太陽電池パネルが発生する電力を、負荷の電力利用率が高い昼間に商用電源系統へ高価に売電でき、商用電源系統から商用電力の供給を受ける需要者は、電力使用量の削減と電気料金の節減の恩恵を受けることができる。
【００１２】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態による売電システムを示すブロック接続図である。
【図２】図１における蓄電器の別の実施形態を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態による売電システムを、図１および図２を参照して説明する。
【００１５】
この実施形態の売電システムは、昼間に太陽光を受ける太陽電池に電力を発生させるとともに、深夜電力契約時間内（設定時間内）に深夜電力用蓄電池に商用電源系統からの電力を蓄電させ、制御器に、前記深夜電力契約時間以外の時間帯に、前記太陽電池パネルが発生する電力とともに、深夜に前記蓄電池に蓄電した電力を前記商用電源系統へ給電させるという構成である。
【００１６】
これにより、深夜電力契約時間に商用電源系統から安価な電力を蓄電しておき、この安価に蓄電した蓄電池の蓄電電力を、昼間に太陽電池パネルが発生する電力とともに、商用電源系統へ供給可能にし、以って負荷への電力供給を続けながら、商用電源系統への売電を可能にする。
【００１７】
この実施形態による売電システムは、図１に示すように、太陽電池パネル１１と、蓄電器１２と、電力変換器１３と、切替え器１４と、制御器１５と、深夜電力用のタイマ信号出力器１６と、を備えて構成される。これらのうち、太陽電池パネル１１は、複数枚の太陽電池（セル）を直並列接続して所定値の電圧、電流を得られるように構成される。この太陽電池パネル１１は、例えば複数枚が需要家のビルディングの屋上や家屋の屋根の上に設置される。
【００１８】
蓄電器１２は一または複数の蓄電池１７を備え、この蓄電池１７に太陽電池パネル１１が発生する電力や外部（商用電源系統）から供給される電力を、蓄電および放電するように機能する。この蓄電池１７は太陽電池パネル１１の発電量が負荷１８の消費電力より大きい場合に、その発電量を超えた余剰の電力を蓄電しておき、太陽電池パネル１１の発生電力量が負荷の消費電力量よりも少ない場合に、その蓄電した電力を負荷に供給可能にする。
【００１９】
また、この蓄電池１７は本実施の形態では、深夜電力を蓄電するように機能し、昼間に付加への電力供給によって残量低下した電力を補充するほか、商用電源系統１９へ供給するように機能する。このため、ここで使用する蓄電池１７としては充電電力容量が十分に大きいものが望ましく、さらに高電圧で、エネルギー密度が高く、急速充電が可能で、高出力が得られるリチュームイオン電池やリチュームイオンポリマー電池の使用が有利である。しかし、かかるリチュームイオン電池やリチュームイオンポリマー電池に限らず、必要に応じてニッカド電池やニッケル水素電池なども用いることができる。
【００２０】
電力変換器１３は双方向ＤＣ／ＡＣ変換器であり、これが、太陽電池パネル１１が発生する直流電力や蓄電器１２が放電する直流電力を、商用電源系統１９の交流電力の位相に同期した交流電力に変換するとともに、一方、その商用電源系統１９からの交流電力を直流電力に変換して、前記蓄電池１７に充電可能にする。なお、この電力変換器１３には直流電力増幅のためのＤＣ／ＤＣ変換器を太陽電池パネル１１側に接続してもよい。
【００２１】
切替え器１４は、太陽電池パネル１１や蓄電器１２からの直流電力を電力変換器１３で変換した交流電力を、商用電源系統１９や負荷１８に切り替え供給したり、商用電源系統１９から供給される交流電力を電力変換器１３を介して蓄電池１７に、あるいは負荷１８に切替供給したりするように機能する。
【００２２】
制御器１５は、太陽電池パネル１１が発生する直流電力の出力値、負荷１８の消費電力値およびタイマ信号出力器１６の出力値とにもとづいて、蓄電池１７の充放電、電力変換器１３の電力変換動作および切替え器１４の前記切り替え動作を制御するように機能する。なお、太陽電池パネル１１と電力変換器１３および蓄電池１７との間には太陽電池を保護するための逆流防止ダイオード２０が接続されている。また、制御器１５に表示器２１を接続することで、この表示器２１に蓄電池１７の蓄電残量、売電した電力量、その電力量対応の金額のほか、必要となる様々なメッセージを表示させることができる。
【００２３】
かかる構成になる売電システムでは、昼間に太陽電池パネル１１が太陽光を受けて所定値の直流電力を発生する。この直流電力は逆流防止ダイオード２０を介して蓄電器１２に供給され、蓄電地１７を充電する。このとき蓄電池１７の容量を超える直流電力は、電力変換器１３によって商用電源系統１９の交流電力の位相に同期した交流電力に変換され、切替え器１４に入力される。
【００２４】
切替え器１４は、この交流電力を負荷１８または商用電源系統１９のいずれか一方または両方に供給する。また、この切替え器１４は商用電系統１９から電力変換器１３を通じて、この電力変換器１３で交流電力から変換した直流電力を蓄電池１７に給電したり、この蓄電池１７への給電とともに、またはこの給電とは別に、商用電源系統１９からの交流電力を負荷１８に供給したりするように切り替えられる。
【００２５】
制御器１５は、太陽電池パネル１１の発生電力値および負荷１８の消費電力値を入力として、蓄電器１２、電力変換器１３および切替え器１４の動作を制御するほか、タイマ信号出力器１６のオン／オフ信号にもとづいて、切替え器１４の切り替え動作を制御する。
【００２６】
商用電源系統１９は、切替え器１４を介して需要者側の負荷１８に交流電力の供給を可能にしており、太陽電池パネル１１や蓄電池１７が出力する電力量が少ないか、あるいは無い場合に、その商用電源系統１９の交流電力が切替え器１４を介して負荷１８に安定供給される。この場合において、太陽電池パネル１１の発生電力が十分である場合には、制御器１５は負荷１８の消費電力量とその太陽電池パネル１１が発生する直流電力量とを比較し、その発生する直流電力量が負荷１８の消費電力量よりも大きい場合に、その消費電力量を超える余剰電力を蓄電池１７に蓄電するほか、充電後の余剰電力を、切替え器１４を通じて商用電源系統１９や負荷１８に供給する。このとき商用電源系統１９から負荷１８への電力供給が一時的に遮断され、このとき、商用電源系統１９からの買電は無い。
【００２７】
一方、太陽電池パネル１１が発生する直流電力量が負荷１８における消費電力量よりも少ない場合には、蓄電済みの蓄電池１７の蓄電電力を負荷１８に供給する。そして、蓄電池１７の蓄電電力が少なくなった場合には、商用電源系統１９から交流電力を、切替え器１４を介して負荷１８へ供給するとともに、電力変換器１３でその交流電力を直流電力に変換し、これを蓄電池１７に蓄電する。このため、負荷１８は商用電源系統１９から交流電力を受けて、その運転または動作が継続される。
【００２８】
また、負荷１８の消費電力量が商用電源系統１９の電力供給量に比べて大きい場合には、商用電源系統の電力量が低減し、負荷１８の動作が不安定になることがある。このとき太陽光が十分に得られれば、太陽電池パネル１１は高レベルの直流電力を蓄電池１７に蓄電し、その蓄電後の余剰電力を、切替え器１４を介して商用電力系統１９に供給することができる。これにより需要家から商用電源系統１９への電力の売電が可能になる。
【００２９】
また、本実施形態の売電システムでは、深夜電力を利用する。この深夜電力は、商用電源系統１９に接続された負荷１８による電力消費が少ない夜時間（例えば、午後１１時）から翌朝（例えば、午前７時）までに供給される電力であり、この電力の使用料金は昼間に比べて大幅に安く、例えば通常（昼間）の電力料金の１／３〜１／４となっている。
【００３０】
そこで、太陽電池パネル１１が電力を発生しない時間でも深夜に、商用電源系統から得られる深夜（交流）電力を、切替え器１４および電力変換器１３を介して商用電源系統１９から受け（買電して）、電力変換器１３で変換した直流電力を蓄電器１２の蓄電池１７に蓄電させる。この蓄電は商用電源系統１９から負荷１８に対する電力供給の有無に関係なく、予め決められた前記深夜時間帯に実施される。このため、これまで蓄電電力が充満状態でなくなっていた蓄電池１７には、直流電力が十分に蓄電されて充満状態となる。
【００３１】
一方、翌朝には、太陽電池パネル１１は太陽光を受けて負荷１８に供給可能なレベルの電力を発生すると、制御器１５はこの太陽電池パネル１１が発生する直流電力に、前記の夜間充電した蓄電池１７から放電される直流電力を加算した直流電力を、電力変換器１３に印加し、これを交流電力に変換する。この交流電力は太陽電池パネル１１と蓄電器１２の双方から得られた高レベルの電力である。
【００３２】
そこで、この高レベルの交流電力のうち商用電源系統１９に接続された負荷１８の消費電力を超える余剰の電力を、商用電源系統１９へ供給する。これにより、安価な夜間電力の蓄電により得た電力を、商用電源系統１９側に返すことで、商用電源系統１９から消費者側に対して供給される電力の使用量の軽減と電力使用料金の節減を図ることができる。また、この蓄電器１２における蓄電量や商用電源系統１９への売電量、売電価格などは表示器２１に表示させる。さらに、このような蓄電器１２の充放電、電力変換器１３による電力変換動作および切替え器１４の切り替え動作は、予め決められたプログラムに従って制御器１５が実行することとなる。
【００３３】
図２は、蓄電器１２の他の実施形態を示す。この蓄電器１２は、蓄電池１７に対してタイマスイッチ２２を介して１個または複数個の深夜電力用蓄電池２３を並列接続したものからなる。ここで、タイマスイッチ２２はタイマ信号出力器１６が出力するオン／オフ信号によって、あるいは別に設定したタイミング信号によって開閉制御される。例えば、タイマスイッチ２２は深夜電力の供給時間にオンとなり、これにより商用電源系統１９から供給されるの交流電力が切替え器１４を介して、電力変換器13に入力され、この電力変換器１３で変換された直流電力が深夜電力用蓄電池２３に蓄電される。そして、すべての深夜電力用蓄電池２３が充満状態になるタイミングでタイムスイッチ２２はオフとなる。
【００３４】
そして、翌朝の設定時間（前記７時）になり、さらに太陽電池パネル１１が十分なレベルの直流電力を発生するタイミングにて、タイマスイッチ２２をオンにする。これにより、この深夜電力用蓄電池２３が放電する直流電力と太陽電池パネル１１から発生する直流電力が電力変換器１３に入力され、この電力変換器１３で電力変換された交流電力が切替え器１４を介して商用電源系統１９に供給される。このように昼間の電力需要が高いタイミングで商用電源系統１９へ深夜電力を売電することができ、結果として、需要者側は電力料金節減の恩恵を受けることとなる。
【００３５】
以上のように、本実施形態では、昼間に太陽光を受ける太陽電池パネル１１に電力を発生させるとともに、深夜電力契約時間内（設定時間内）に蓄電池に商用電源系統１９からの電力を蓄電させ、前記深夜電力契約時間以外の時間帯に、前記太陽電池パネル１１が発生する電力とともに、制御器１５により前記蓄電池が蓄電した電力を商用電源系統１９へ給電させることにより、深夜電力契約時間に商用電源系統１９から安価な電力を蓄電しておき、この安価に蓄電した蓄電池１７の蓄電電力を、昼間に太陽電池パネル１１が発生する電力のうち、負荷１８で消費される電力を上回る電力とともに、商用電源系統１９へ供給でき、負荷１８への電力供給を続けながら、商用電源系統１９への売電が可能になるという効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の売電システムは、深夜に蓄電した安価な深夜電力を、昼間に太陽電池パネルが発生する電力とともに商用電源系統へ供給できるので、使用者側の電力料金を節減できるという効果を有し、太陽電池パネルと蓄電池とを併用し、夜間に蓄電池に溜めた蓄電電力を、電力利用率の高い昼間に商用電源系統へ供給する売電システム等に有用である。
【符号の説明】
【００３７】
１１  太陽電池パネル
１２  蓄電器
１３  電力変換器
１４  切替え器
１５  制御器
１６  タイマ信号出力器
１７  蓄電池
１８  負荷
１９  商用電源系統
２１  表示器
２２  タイマスイッチ
２３  深夜電力用蓄電地
【図１】
0006313922.tif 000002
【図２】
0006313922.tif 000003