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特開2022-164427接続ユニット、電池ユニット、発電システム及び発電システムの運転方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022164427
(43)【公開日】2022-10-27
(54)【発明の名称】接続ユニット、電池ユニット、発電システム及び発電システムの運転方法
(51)【国際特許分類】
H02J 3/32 20060101AFI20221020BHJP
H02J 3/38 20060101ALI20221020BHJP
H02J 7/35 20060101ALI20221020BHJP
【ＦＩ】
H02J3/32
H02J3/38 110
H02J3/38 130
H02J7/35 K
H02J3/38 150
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021069913
(22)【出願日】2021-04-16
(71)【出願人】
【識別番号】512160210
【氏名又は名称】ＬＥシステム株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000195971
【氏名又は名称】西松建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100095407
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 満
(74)【代理人】
【識別番号】100169753
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 幸子
(74)【代理人】
【識別番号】100183955
【弁理士】
【氏名又は名称】齋藤 悟郎
(74)【代理人】
【識別番号】100180334
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 洋美
(74)【代理人】
【識別番号】100177149
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 浩義
(72)【発明者】
【氏名】伊坂 久
(72)【発明者】
【氏名】杉田 武
(72)【発明者】
【氏名】神谷 拓生
【テーマコード（参考）】
5G066
5G503
【Ｆターム（参考）】
5G066HB06
5G066HB09
5G066JA05
5G066JB03
5G503AA01
5G503AA06
5G503BA01
5G503BB01
5G503DA07
5G503GB06
(57)【要約】
【課題】発電電力の無駄を防止し、運用開始後の設備にも柔軟に対応することができる接続ユニット、電池ユニット、発電システム及び発電システムの運転方法を提供する。
【解決手段】発電ユニット１０が発電した電力のうち、パワーコンディショナ２０が送電しない余剰電力を蓄電する電池ユニット３０と、発電ユニット１０、パワーコンディショナ２０及び電池ユニット３０を互いに接続する接続ユニット４０と、を備える。電池ユニット３０のコントローラ３３は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を制御することにより、接続ユニット４０のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１が出力する発電電力のうち余剰電力を蓄電池３１に充電させ、又は、蓄電池３１に蓄電された電力をパワーコンディショナ２０に対して放電させる。
【選択図】図１
【解決手段】発電ユニット１０が発電した電力のうち、パワーコンディショナ２０が送電しない余剰電力を蓄電する電池ユニット３０と、発電ユニット１０、パワーコンディショナ２０及び電池ユニット３０を互いに接続する接続ユニット４０と、を備える。電池ユニット３０のコントローラ３３は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を制御することにより、接続ユニット４０のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１が出力する発電電力のうち余剰電力を蓄電池３１に充電させ、又は、蓄電池３１に蓄電された電力をパワーコンディショナ２０に対して放電させる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発電ユニットと、前記発電ユニットで発電された電力を系統に送電するパワーコンディショナと、電池ユニットと、を互いに接続する接続ユニットであって、
前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ（Direct Current）／ＤＣコンバータと、
前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータと前記パワーコンディショナとを接続する主送電路と、
前記主送電路と前記電池ユニットとを接続する充放電路と、を備え、
前記充放電路と前記電池ユニットの蓄電池との間に挿入される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記発電ユニットが発電した電力のうち前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力が前記蓄電池に充電され、又は、前記蓄電池に蓄電された電力が前記パワーコンディショナに放電される、
接続ユニット。
前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ（Direct Current）／ＤＣコンバータと、
前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータと前記パワーコンディショナとを接続する主送電路と、
前記主送電路と前記電池ユニットとを接続する充放電路と、を備え、
前記充放電路と前記電池ユニットの蓄電池との間に挿入される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記発電ユニットが発電した電力のうち前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力が前記蓄電池に充電され、又は、前記蓄電池に蓄電された電力が前記パワーコンディショナに放電される、
接続ユニット。
【請求項2】
前記電池ユニットは、レドックスフロー電池を含み、
前記レドックスフロー電池の蓄電量が予め定めた閾値以下である場合に、放電を停止する、
請求項１に記載の接続ユニット。
前記レドックスフロー電池の蓄電量が予め定めた閾値以下である場合に、放電を停止する、
請求項１に記載の接続ユニット。
【請求項3】
前記発電ユニットが発電した電力を前記電池ユニットの蓄電池に充電する際には、前記充放電路と前記電池ユニットの蓄電池との間に挿入される前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧が、前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧より低く設定され、前記蓄電池に蓄電された電力を前記パワーコンディショナに対し放電する際には、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧が、前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧より高く設定される、
請求項１又は２に記載の接続ユニット。
請求項１又は２に記載の接続ユニット。
【請求項4】
前記パワーコンディショナは、第２のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを含み、
前記主送電路に、電圧変動吸収ユニットが挿入されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の接続ユニット。
前記主送電路に、電圧変動吸収ユニットが挿入されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の接続ユニット。
【請求項5】
前記発電ユニットは太陽光発電ユニットであり、
前記電池ユニットから前記接続ユニットの前記主送電路を経由した放電は、夜間に行われる、
請求項１から４のいずれか１項に記載の接続ユニット。
前記電池ユニットから前記接続ユニットの前記主送電路を経由した放電は、夜間に行われる、
請求項１から４のいずれか１項に記載の接続ユニット。
【請求項6】
既設の前記発電ユニットに接続する入力接続端子と、
既設の前記パワーコンディショナに接続する出力接続端子と、を更に備える、
請求項１から５のいずれか１項に記載の接続ユニット。
既設の前記パワーコンディショナに接続する出力接続端子と、を更に備える、
請求項１から５のいずれか１項に記載の接続ユニット。
【請求項7】
前記充放電路と前記電池ユニットは着脱可能に接続されている、
請求項１から６のいずれか１項に記載の接続ユニット。
請求項１から６のいずれか１項に記載の接続ユニット。
【請求項8】
前記充放電路と前記電池ユニットとが接続されて充放電可能な運転状態と、前記充放電路と前記電池ユニットとが切り離されて充放電を停止する運転状態と、に切り替え可能である、請求項７に記載の接続ユニット。
【請求項9】
発電ユニットに接続ユニットを介して接続され、かつ、前記発電ユニットで発電された電力を系統に送電するパワーコンディショナに前記接続ユニットを介して接続される電池ユニットであって、
前記接続ユニットは、前記発電ユニットと前記電池ユニットとの間に、前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを有し、
前記電池ユニットは、
前記発電ユニットが発電した電力のうち、前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力を蓄電する蓄電池と、
前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータと前記蓄電池との間に挿入された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記余剰電力を前記蓄電池に充電させ、又は、前記蓄電池に蓄電された電力を前記パワーコンディショナに対して放電させるコントローラと、を備える、
電池ユニット。
前記接続ユニットは、前記発電ユニットと前記電池ユニットとの間に、前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを有し、
前記電池ユニットは、
前記発電ユニットが発電した電力のうち、前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力を蓄電する蓄電池と、
前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータと前記蓄電池との間に挿入された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記余剰電力を前記蓄電池に充電させ、又は、前記蓄電池に蓄電された電力を前記パワーコンディショナに対して放電させるコントローラと、を備える、
電池ユニット。
【請求項10】
発電ユニットと、前記発電ユニットで発電された電力を系統に送電するパワーコンディショナと、を有する発電システムであって、
前記発電ユニットが発電した電力のうち、前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力を蓄電する蓄電池と、前記蓄電池の充放電を切り替える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電池及び前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコントローラと、を有する電池ユニットと、
前記発電ユニットと、前記パワーコンディショナと、前記電池ユニットと、を互いに接続し、前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを有する接続ユニットと、を備え、
前記電池ユニットの前記コントローラは、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記余剰電力を前記蓄電池に充電させ、又は、前記蓄電池に蓄電された電力を前記パワーコンディショナに放電させる、
発電システム。
前記発電ユニットが発電した電力のうち、前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力を蓄電する蓄電池と、前記蓄電池の充放電を切り替える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電池及び前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコントローラと、を有する電池ユニットと、
前記発電ユニットと、前記パワーコンディショナと、前記電池ユニットと、を互いに接続し、前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを有する接続ユニットと、を備え、
前記電池ユニットの前記コントローラは、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記余剰電力を前記蓄電池に充電させ、又は、前記蓄電池に蓄電された電力を前記パワーコンディショナに放電させる、
発電システム。
【請求項11】
発電ユニットと、前記発電ユニットで発電された電力を系統に送電するパワーコンディショナと、を有する発電システムの運転方法であって、
前記発電システムは、
前記発電ユニットが発電した電力のうち、前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力を蓄電する蓄電池と、前記蓄電池の充放電を切り替える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、を有する電池ユニットと、
前記発電ユニットと、前記パワーコンディショナと、前記電池ユニットと、を互いに接続し、前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを有する接続ユニットと、を備え、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧を、前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧より低く設定して、前記余剰電力を前記蓄電池に充電させる充電ステップと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧を、前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧より高く設定して、前記蓄電池に蓄電された電力を放電させる放電ステップと、
を有する発電システムの運転方法。
前記発電システムは、
前記発電ユニットが発電した電力のうち、前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力を蓄電する蓄電池と、前記蓄電池の充放電を切り替える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、を有する電池ユニットと、
前記発電ユニットと、前記パワーコンディショナと、前記電池ユニットと、を互いに接続し、前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを有する接続ユニットと、を備え、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧を、前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧より低く設定して、前記余剰電力を前記蓄電池に充電させる充電ステップと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧を、前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧より高く設定して、前記蓄電池に蓄電された電力を放電させる放電ステップと、
を有する発電システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、接続ユニット、電池ユニット、発電システム及び発電システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
再送可能エネルギーにより発電した電力を系統に送電する発電システムとしては、例えば、太陽光で発電された電力を効率よく系統に送電するためのパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムがある。太陽光発電システムのパワーコンディショナは、通常、最大電力追従（Maximum Power Point Tracking：ＭＰＰＴ）制御機能を有しており、発電する電力を最大ポイントで引き出す制御が行われている。
【0003】
このような発電システムには、蓄電池を備えたシステムもある（例えば、特許文献１，２）。特許文献１，２に記載の発電システムは、発電した電力を蓄電池に充電しながら、蓄電池に蓄えられた電力を系統連系型のパワーコンディショナを経由して系統へ送電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１５－１７７５７１号公報
【特許文献2】特開２０１７－１９２１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
再生可能エネルギーの一つである太陽光発電の発電出力は天候に左右される。このため、売電契約を結んでいる太陽光発電システムの事業者は、曇った日でも契約発電量近くまで売電できるように、契約発電量以上の発電能力を有する発電設備を導入している場合がある。
【0006】
しかし、現在稼働している既設の太陽光発電システムには蓄電池を備えていないものも多く、天気の良い日に発電された契約発電量以上の電力は余剰電力となり有効利用されていなかった。
【0007】
これに対し、運用開始後の太陽光発電システムに蓄電池を追加するには、太陽光発電システムの機器仕様の変更及び変更申請並びに大幅な改造が必要となり、導入が困難であるという問題があった。
【0008】
また、蓄電池を備えた発電システムに対して、設備仕様の変更または蓄電池の性能劣化等により、電池ユニットの交換する場合にも全体設備の交換又は大幅な改造が必要になるという問題があった。
【0009】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、発電電力の無駄を防止し、運用開始後の設備にも柔軟に対応することができる接続ユニット、電池ユニット、発電システム及び発電システムの運転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】
【0010】
上記目的を達成するため、本開示の第１の観点に係る接続ユニットは、
発電ユニットと、前記発電ユニットで発電された電力を系統に送電するパワーコンディショナと、電池ユニットと、を互いに接続する接続ユニットであって、
前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ（Direct Current）／ＤＣコンバータと、
前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータと前記パワーコンディショナとを接続する主送電路と、
前記主送電路と前記電池ユニットとを接続する充放電路と、を備え、
前記充放電路と前記電池ユニットの蓄電池との間に挿入される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記発電ユニットが発電した電力のうち前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力が前記蓄電池に充電され、又は、前記蓄電池に蓄電された電力が前記パワーコンディショナに放電されることを特徴とする。
発電ユニットと、前記発電ユニットで発電された電力を系統に送電するパワーコンディショナと、電池ユニットと、を互いに接続する接続ユニットであって、
前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ（Direct Current）／ＤＣコンバータと、
前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータと前記パワーコンディショナとを接続する主送電路と、
前記主送電路と前記電池ユニットとを接続する充放電路と、を備え、
前記充放電路と前記電池ユニットの蓄電池との間に挿入される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記発電ユニットが発電した電力のうち前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力が前記蓄電池に充電され、又は、前記蓄電池に蓄電された電力が前記パワーコンディショナに放電されることを特徴とする。
【0011】
本開示の第２の観点に係る電池ユニットは、
発電ユニットに接続ユニットを介して接続され、かつ、前記発電ユニットで発電された電力を系統に送電するパワーコンディショナに前記接続ユニットを介して接続される電池ユニットであって、
前記接続ユニットは、前記発電ユニットと前記電池ユニットとの間に、前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを有し、
前記電池ユニットは、
前記発電ユニットが発電した電力のうち、前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力を蓄電する蓄電池と、
前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータと前記蓄電池との間に挿入された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記余剰電力を前記蓄電池に充電させ、又は、前記蓄電池に蓄電された電力を前記パワーコンディショナに対して放電させるコントローラと、を備えることを特徴とする。
発電ユニットに接続ユニットを介して接続され、かつ、前記発電ユニットで発電された電力を系統に送電するパワーコンディショナに前記接続ユニットを介して接続される電池ユニットであって、
前記接続ユニットは、前記発電ユニットと前記電池ユニットとの間に、前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを有し、
前記電池ユニットは、
前記発電ユニットが発電した電力のうち、前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力を蓄電する蓄電池と、
前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータと前記蓄電池との間に挿入された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記余剰電力を前記蓄電池に充電させ、又は、前記蓄電池に蓄電された電力を前記パワーコンディショナに対して放電させるコントローラと、を備えることを特徴とする。
【0012】
本開示の第３の観点に係る発電システムは、
発電ユニットと、前記発電ユニットで発電された電力を系統に送電するパワーコンディショナと、を有する発電システムであって、
前記発電ユニットが発電した電力のうち、前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力を蓄電する蓄電池と、前記蓄電池の充放電を切り替える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電池及び前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコントローラと、を有する電池ユニットと、
前記発電ユニットと、前記パワーコンディショナと、前記電池ユニットと、を互いに接続し、前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを有する接続ユニットと、を備え、
前記電池ユニットの前記コントローラは、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記余剰電力を前記蓄電池に充電させ、又は、前記蓄電池に蓄電された電力を前記パワーコンディショナに放電させることを特徴とする。
発電ユニットと、前記発電ユニットで発電された電力を系統に送電するパワーコンディショナと、を有する発電システムであって、
前記発電ユニットが発電した電力のうち、前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力を蓄電する蓄電池と、前記蓄電池の充放電を切り替える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電池及び前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコントローラと、を有する電池ユニットと、
前記発電ユニットと、前記パワーコンディショナと、前記電池ユニットと、を互いに接続し、前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを有する接続ユニットと、を備え、
前記電池ユニットの前記コントローラは、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記余剰電力を前記蓄電池に充電させ、又は、前記蓄電池に蓄電された電力を前記パワーコンディショナに放電させることを特徴とする。
【0013】
本開示の第４の観点に係る発電システムの運転方法は、
発電ユニットと、前記発電ユニットで発電された電力を系統に送電するパワーコンディショナと、を有する発電システムの運転方法であって、
前記発電システムは、
前記発電ユニットが発電した電力のうち、前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力を蓄電する蓄電池と、前記蓄電池の充放電を切り替える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、を有する電池ユニットと、
前記発電ユニットと、前記パワーコンディショナと、前記電池ユニットと、を互いに接続し、前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを有する接続ユニットと、を備え、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧を、前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧より低く設定して、前記余剰電力を前記蓄電池に充電させる充電ステップと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧を、前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧より高く設定して、前記蓄電池に蓄電された電力を放電させる放電ステップと、
を有することを特徴とする。
発電ユニットと、前記発電ユニットで発電された電力を系統に送電するパワーコンディショナと、を有する発電システムの運転方法であって、
前記発電システムは、
前記発電ユニットが発電した電力のうち、前記パワーコンディショナが送電しない余剰電力を蓄電する蓄電池と、前記蓄電池の充放電を切り替える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、を有する電池ユニットと、
前記発電ユニットと、前記パワーコンディショナと、前記電池ユニットと、を互いに接続し、前記発電ユニットで発電された電力のＭＰＰＴ制御を行う第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを有する接続ユニットと、を備え、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧を、前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧より低く設定して、前記余剰電力を前記蓄電池に充電させる充電ステップと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧を、前記第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータの高電圧直流側電圧より高く設定して、前記蓄電池に蓄電された電力を放電させる放電ステップと、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、接続ユニットを介して接続された電池ユニットの蓄電池を用いて充電及び放電を行うため、発電電力の無駄を防止し、運用開始後の設備にも柔軟に対応することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施の形態に係る発電システムのハードウェア構成を示すブロック図である。
【図2】電圧変動吸収ユニットの有無による出力電圧の差異を示したグラフである。
【図3】電池ユニットのコントローラの処理を示すフローチャートである。
【図4】日中の発電システムの動作を示すフローチャートである。
【図5】夜間の発電システムの動作を示すフローチャートである。
【図6】実施例に係る発電システムの発電電力及び余剰電力の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
（実施の形態）
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一又は相当する部分には同一符号を付す。本実施の形態に係る発電システム１は、発電ユニット１０で発電した電力を蓄電すると共に系統への送電を行う発電システムである。本実施の形態では、発電ユニット１０が太陽光パネル（ソーラーパネル）による太陽光発電を行う場合について説明する。
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一又は相当する部分には同一符号を付す。本実施の形態に係る発電システム１は、発電ユニット１０で発電した電力を蓄電すると共に系統への送電を行う発電システムである。本実施の形態では、発電ユニット１０が太陽光パネル（ソーラーパネル）による太陽光発電を行う場合について説明する。
【0017】
図１は、本実施の形態に係る発電システム１のハードウェア構成を示すブロック図である。発電システム１は、図１に示すように、発電ユニット１０と、発電ユニット１０で発電された電力を系統に送電するパワーコンディショナ（Power Conditioning System：図中ＰＣＳと記す）２０と、発電ユニット１０で発電された電力のうちパワーコンディショナ２０が送電しない余剰電力を蓄電する電池ユニット３０と、発電ユニット１０、パワーコンディショナ２０及び電池ユニット３０を互いに接続する接続ユニット４０と、を備える。
【0018】
発電ユニット１０は、太陽光パネルにより太陽光エネルギーを電力に変換して発電するユニットである。パワーコンディショナ２０は、最大電力追従（Maximum Power Point Tracking：ＭＰＰＴ）制御ＤＣ（Direct Current）／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＡＣ（Alternating Current）インバータを含む周知の構成を有し、系統連系しながら電力を系統に送電する。
【0019】
発電ユニット１０及びパワーコンディショナ２０は、従来の構成を有する既存の設備でもよく、運用開始後の発電システムに含まれていたものであってもよい。つまり、図１の破線矢印で示した旧配線により互いに直接接続されていた発電ユニット１０とパワーコンディショナ２０であってもよい。発電ユニット１０及びパワーコンディショナ２０が既存の設備である場合は、発電システム１は、配線変更により電池ユニット３０及び接続ユニット４０を後付けし、蓄電池付きの発電システムを実現したものである。
【0020】
接続ユニット４０は、ＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１と、ＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１とパワーコンディショナ２０とを接続する主送電路４２と、主送電路４２と電池ユニット３０とを接続する充放電路４３と、主送電路４２に挿入される電圧変動吸収ユニット４４と、を備える。
【0021】
ＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１（第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ）は、発電ユニット１０の出力に対してＭＰＰＴ制御を行う。ＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、パワーコンディショナ２０に含まれるＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ（第２のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ）と同様の機能を有する。
【0022】
電圧変動吸収ユニット４４は、ＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１とパワーコンディショナ２０のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータが互いに干渉することにより発生する電圧変動を吸収するユニットであり、例えば、フィルタから構成される。電圧変動吸収ユニット４４は、この干渉による電圧変動を吸収することで、電池ユニット３０に含まれる双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２による充放電動作に悪影響を与えることを抑制できる。
【0023】
図２は、電圧変動吸収ユニット４４の有無による出力電圧の差異を示したグラフである。左の電圧変動吸収ユニット４４がない場合の出力電圧に見られる微小な電圧変動が、右の電圧変動吸収ユニット４４がある場合の出力電圧には抑制されていることがわかる。
【0024】
接続ユニット４０は、発電ユニット１０をＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１に接続する入力接続端子と、主送電路４２をパワーコンディショナ２０に接続する出力接続端子と、を更に備える。出力接続端子の端子数は、パワーコンディショナ２０のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータの回路数に合わせた数であり、出力接続端子は端子台に配列される。端子台には、各出力接続端子に接続された逆流防止用ダイオードが装備されていてもよい。
【0025】
接続ユニット４０は上記のような構成を有することにより、発電ユニット１０で発電された電力を、ＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１と、電圧変動吸収ユニット４４と、を経由してパワーコンディショナ２０に送電する。
【0026】
電池ユニット３０は、蓄電池３１と、接続ユニット４０の充放電路４３と蓄電池３１との間に接続される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２と、蓄電池３１及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を制御するコントローラ３３と、を備える。
【0027】
ここで、パワーコンディショナ２０、電池ユニット３０及び接続ユニット４０は互いに独立で運転可能であり、制御信号の送受信は不要である。このため、既設の発電ユニット１０及びパワーコンディショナ２０に電池ユニット３０を追加的に設置する場合、あるいは、パワーコンディショナ２０の交換又はパワーコンディショナ２０に関する制御内容等の変更が生じた場合であっても、パワーコンディショナ２０と、電池ユニット３０及び接続ユニット４０と、の信号の送受信は不要である。
【0028】
電池ユニット３０の蓄電池３１は、蓄電量をモニタできる任意の電池であり、例えば、レドックスフロー電池（Redox Flow Battery：以下、ＲＦＢと記す）である。ＲＦＢは、制御が簡単であり、耐環境性に優れ寿命が長いため、本発電システム１に好適である。本実施の形態では蓄電池３１がＲＦＢである場合について説明する。
【0029】
蓄電池３１がＲＦＢである場合、図１に示すように、蓄電池３１は、ＲＦＢスタック３１１と、ＲＦＢスタック３１１に電解液配管が接続された正極の電解液タンク部３１２及びポンプ３１３並びに負極の電解液タンク部３１４及びポンプ３１５と、を備える。電解液タンク部３１２，３１４は、発電システム１の新設時又は運用後であっても、電解液タンクの数を増減することができ、これにより容易に蓄電能力を増減可能である。
【0030】
さらに、蓄電池３１は、電解液の開路電圧（Open Circuit Voltage：以下、ＯＣＶと記す）を計測するモニタセル３１６を備える。モニタセル３１６によりＯＣＶを計測することで、蓄電池３１全体の蓄電量を取得することができる。
【0031】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、蓄電池３１の充放電制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータであり、高電圧直流（High-Voltage Direct Current：以下、ＨＶＤＣと記す）側電圧を切り替えることで、充電動作と放電動作を切り替える。
【0032】
コントローラ３３は、蓄電池３１及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の制御を行う。コントローラ３３は、蓄電池３１及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２に対し、充放電制御指令、電解液の流量制御指令を含む電池ユニット３０全体の制御を統括する機能を有する。
【0033】
【0034】
発電ユニット１０が発電し、発電ユニット１０の出力電圧がＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の追従電圧範囲内に達すると、ＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１のＨＶＤＣ側電圧ＶＤは、予め設定した電圧Ｖ１を維持する。
【0035】
コントローラ３３は充放電制御をスタートすると、まず、発電ユニット１０の発電電力をモニタし、発電ユニット１０の発電電力ＰＡがパワーコンディショナ（ＰＣＳ）２０の定格電力ＰＢ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。
【0036】
発電ユニット１０の発電電力ＰＡがパワーコンディショナ（ＰＣＳ）２０の定格電力ＰＢを超えている場合には（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、コントローラ３３は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のＨＶＤＣ側電圧ＶＥをＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１のＨＶＤＣ側電圧ＶＤより低いＶ２の値に設定して（ステップＳ１０２）、電池ユニット３０を充電モードに設定する（ステップＳ１０３）。これにより、発電ユニット１０の発電電力ＰＡのうち、パワーコンディショナ（ＰＣＳ）２０の定格電力ＰＢを超えた余剰電力（ＰＡ－ＰＢ）が蓄電池３１に充電されることになる（充電ステップ）。
【0037】
一方、発電ユニット１０の発電電力ＰＡがパワーコンディショナ（ＰＣＳ）２０の定格電力ＰＢ以下であり（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、夜間でない場合は（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、コントローラ３３は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のＨＶＤＣ側電圧ＶＥをＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１のＨＶＤＣ側電圧ＶＤと同じＶ１の値に設定して（ステップＳ１０５）、電池ユニット３０を充電モードに設定する（ステップＳ１０６）。このとき、発電ユニット１０の発電電力ＰＡは、パワーコンディショナ２０の定格電力ＰＢ以下であるため、発電電力ＰＡは全てパワーコンディショナ２０により系統に送電される。電池ユニット３０は充電モードであるが、充電されない。
【0038】
発電ユニット１０の発電電力ＰＡがパワーコンディショナ（ＰＣＳ）２０の定格電力ＰＢ以下であり（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、夜間である場合は（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、コントローラ３３は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のＨＶＤＣ側電圧ＶＥをＶ２の値に設定する（ステップＳ１０７）。この場合、夜間であるため、発電ユニット１０の発電電力ＰＡは０ｋＷであり、ＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１のＨＶＤＣ側電圧ＶＤは０Ｖである。
【0039】
次に、コントローラ３３はモニタセル３１６により計測したＯＣＶをモニタし、ＯＣＶが予め定めた閾値以下である場合は（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、蓄電池３１の蓄電量が十分でないため、蓄電池３１の充放電を停止する（ステップＳ１０９）。ＯＣＶが予め定めた閾値より高い場合は（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、コントローラ３３が電池ユニット３０を放電モードに設定することにより（ステップＳ１１０）、蓄電池３１に蓄電されている電力が、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を経由して、接続ユニット４０に対して放電される（放電ステップ）。放電された電力は、パワーコンディショナ２０により系統に送電される。
【0040】
その後、発電システム１の管理者等が充放電制御を終了させる操作を行っている場合は（ステップＳ１１１：Ｙｅｓ）コントローラ３３は処理を終了する。一方、充放電制御を終了しない場合は（ステップＳ１１１：Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻り、発電電力のモニタを継続する。
【0041】
以上のように構成された発電システム１の動作について、図４，５のフローチャートを用いて説明する。図４は、日中の発電システム１の動作を示すフローチャートであり、図５は、夜間の発電システム１の動作を示すフローチャートである。
【0042】
発電ユニット１０の太陽光パネルは、朝になって日射を受けると、自動的に発電を開始する（ステップＳ２０１）。太陽光パネルの出力電圧がＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の追従電圧範囲内に達すると、ＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１のＨＶＤＣ側電圧ＶＤは、予め設定した電圧Ｖ１を維持する（ステップＳ２０２）。
【0043】
コントローラ３３は、発電電力ＰＡをモニタし、発電電力ＰＡがパワーコンディショナ（ＰＣＳ）２０の定格出力ＰＢ以下である否かを判定する（ステップＳ２０３）。発電電力ＰＡがパワーコンディショナ２０の定格出力ＰＢ以下である場合には（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、発電ユニット１０の発電電力ＰＡは全てパワーコンディショナ２０経由で系統へ送電される（ステップＳ２０４）。
【0044】
このとき、コントローラ３３は、電池ユニット３０を充電モードに設定するが、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のＨＶＤＣ側電圧ＶＥをＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１のＨＶＤＣ側電圧ＶＤと同じ電圧Ｖ１に設定しているため、ＶＥ≧ＶＤとなり、充電されない（ステップＳ２０５）。
【0045】
発電ユニット１０の発電電力ＰＡが大きくなり、パワーコンディショナ２０の定格電力ＰＢを超えると（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、発電電力ＰＡのうち定格電力ＰＢはパワーコンディショナ２０により系統へ送電され（ステップＳ２０６）、（ＰＡ－ＰＢ）が余剰電力となる。
【0046】
このとき、コントローラ３３は、電池ユニット３０の動作モードとして充電モードを継続し、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のＨＶＤＣ側電圧ＶＥをＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１のＨＶＤＣ側電圧ＶＤより低い電圧Ｖ２に設定する。これにより、ＶＥ＜ＶＤとなり、余剰電力は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を経由して、蓄電池３１に充電される（ステップＳ２０７）。
【0047】
次に、夜になると図５に示す通り発電ユニット１０の発電が停止し（ステップＳ３０１）、発電電力ＰＡが０ｋＷとなる。このとき、ＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は追従電圧範囲以下となるため、動作を停止しＨＶＤＣ側電圧ＶＤは０Ｖとなる（ステップＳ３０２）。
【0048】
夜間送電を実行しない設定にしている、又は、夜間送電を実行する時間帯を設定しておりその時間帯以外の時間であることにより、夜間送電を実行しない場合（ステップＳ３０３：Ｎｏ）、発電ユニット１０の発電もなく、蓄電池３１からの放電もないため、送電は停止される（ステップＳ３０４）。コントローラ３３は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のＨＶＤＣ側電圧ＶＥをＶ１に設定し電池ユニット３０を充電モードにすることにより、発電再開に備えるが、ＶＥ≧ＶＤであるため、充電はされない（ステップＳ３０５）。
【0049】
夜間送電を実行する設定にしている、又は、夜間送電を実行する時間帯を設定しておりその時間帯内の時間であることにより、夜間送電を実行する場合（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）は、モニタセル３１６によりＯＣＶを計測する。ＯＣＶが予め定めた閾値電圧Ｖｔｈより大きい場合は（ステップＳ３０６：Ｙｅｓ）、コントローラ３３は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のＨＶＤＣ側電圧ＶＥをＶ２に設定し、電池ユニット３０を放電モードに設定する（ステップＳ３０７）。
【0050】
このとき、ＶＥ＞ＶＤとなることにより双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２から放電された電力は、接続ユニット４０を経由して、パワーコンディショナ２０により系統へ送電される（ステップＳ３０８）。
【0051】
蓄電池３１の放電が継続し、モニタセルのＯＣＶが予め定めた閾値以下となった場合（ステップＳ３０６：Ｎｏ）、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のＨＶＤＣ側電圧ＶＥをＶ２に設定した状態で電池ユニット３０の充放電を停止する（ステップＳ３０９）。このため、パワーコンディショナ２０から系統への送電は停止する（ステップＳ３１０）。
【0052】
このようにして、夜間には、蓄電池３１であるＲＦＢの電解液のモニタセル３１６のＯＣＶを計測して蓄電量をモニタしつつ電池ユニット３０全体の充放電制御を容易かつ確実に行うことができる。
【0053】
なお、本実施の形態の発電システム１は、接続ユニット４０の充放電路４３と電池ユニット３０は任意に着脱可能である。つまり、充放電路４３と電池ユニット３０とが接続されて充放電可能な運転状態と、充放電路４３と電池ユニット３０とが切り離されて充放電を停止する運転状態と、に切り替えることができる。
【0054】
電池ユニット３０が着脱可能な構成を有しているため、発電ユニット１０で発電された電力を、接続ユニット４０とパワーコンディショナ２０とを経由して系統に直接送電する運用を継続しつつ、電池ユニット３０を一時的に発電システム１から切り離して保守点検や電解液タンクの増減などを行うこともできる。
【0055】
また、既設の発電ユニット１０及びパワーコンディショナ２０に対して、新たに接続ユニット４０及び電池ユニット３０を接続する際には、まず既設の発電ユニット１０からの配線を接続ユニット４０の入力接続端子に接続し、接続ユニット４０の出力接続端子を既設のパワーコンディショナ２０の入力端に接続する。
【0056】
この状態で接続ユニット４０の主送電路４２のみを独立して有効にしておくことにより、日中の太陽光発電が開始した後、既設の発電ユニット１０及びパワーコンディショナ２０を従来通り運用することができる。次に、接続ユニット４０と電池ユニット３０とを接続して、電池ユニット３０の試運転終了後は、既設の発電システムを電池付きの発電システム１として運転開始することができる。
【0057】
以上説明したように、本実施の形態に係る発電システム１は、発電ユニット１０が発電した電力のうち、パワーコンディショナ２０が送電しない余剰電力を蓄電する電池ユニット３０と、発電ユニット１０、パワーコンディショナ２０及び電池ユニット３０を互いに接続する接続ユニット４０と、を備える。電池ユニット３０は、蓄電池３１と、蓄電池３１の充放電を切り替える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２と、蓄電池３１及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を制御するコントローラ３３と、を有する。接続ユニット４０は、発電ユニット１０で発電された電力のＭＰＰＴ制御を行うＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を有する。電池ユニット３０のコントローラ３３は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を制御することにより、ＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１が出力する電力のうち余剰電力を電池ユニット３０で充電し、又は、電池ユニット３０で蓄電された電力をパワーコンディショナ２０に対して放電することとした。これにより、既設の発電ユニット１０に対して簡易な構成で蓄電機能を追加できるため、発電電力の無駄を防止し、運用開始後の設備にも柔軟に対応することが可能になる。つまり、既設の発電ユニット１０及びパワーコンディショナ２０の機器仕様を改修することなく、配線変更のみで容易に蓄電機能を有する発電システム１を構築することができる。
【0058】
また、本実施の形態に係る発電システム１において、電池ユニット３０がレドックスフロー電池を含み、レドックスフロー電池のＯＣＶをモニタし、ＯＣＶが予め定めた閾値以下である場合に、放電を停止することとした。これにより、蓄電池３１であるレドックスフローの電解液のＯＣＶを計測することによって蓄電池３１全体の蓄電量をリアルタイムで容易かつ確実に把握でき、計測された数値を利用することにより適切な電池ユニット３０の充放電制御ができる。
【0059】
また、本実施の形態に係る発電システム１において、パワーコンディショナ２０が第２のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを含み、接続ユニット４０の主送電路に、電圧変動吸収ユニット４４を挿入することとした。これにより、ＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１（第１のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ）と、パワーコンディショナ２０のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ（第２のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ）と、が干渉することによる電圧変動を吸収することができ、電池ユニット３０の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２による充放電操作に悪影響を与えることを抑制できる。
【0060】
また、本実施の形態に係る発電ユニット１０は、太陽光発電ユニットであり、電池ユニット３０から接続ユニット４０の主送電路４２を経由した放電は、夜間に行われることとした。これにより、発電ユニット１０が日中の晴天時に大電力を発電し、発電電力がパワーコンディショナ２０の定格電力以上になるとき、系統に向けて上限量を送電しつつ、発電電力の余剰分は接続ユニット４０を介して電池ユニット３０で充電する。そして、夜間等、発電ユニット１０が発電していないときに、蓄電された電力をパワーコンディショナ２０に対して送電するため、発電電力の無駄を削減することができる。
【0061】
（実施例）
実施の形態に示した構成を有する発電システム１の実施例について、発電電力及び余剰電力の実測データを図６に示す。図６に示すように、発電ユニット１０である太陽光パネルからの発電電力ＰＡは、接続ユニット４０のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１により最大電力点で引き出される。
実施の形態に示した構成を有する発電システム１の実施例について、発電電力及び余剰電力の実測データを図６に示す。図６に示すように、発電ユニット１０である太陽光パネルからの発電電力ＰＡは、接続ユニット４０のＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ４１により最大電力点で引き出される。
【0062】
発電電力ＰＡのうち、パワーコンディショナ２０の定格電力ＰＢを超えた部分が、余剰電力（ＰＡ－ＰＢ）として、電池ユニット３０の蓄電池３１に充電される。そして、日没により発電が停止した後の夜間の予め定めた時間帯に、蓄電池３１に蓄電されている電力を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２及び電圧変動吸収ユニット４４を経由してパワーコンディショナ２０に対して放電することができた。
【0063】
以上、本開示の実施の形態について説明したが、この実施の形態は一例であり、本開示の適用範囲はこれに限られない。すなわち、本開示の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更又は応用が可能である。
【符号の説明】
【0064】
１ 発電システム、１０ 発電ユニット、２０ パワーコンディショナ（ＰＣＳ）、３０ 電池ユニット、３１ 蓄電池、３２ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、３３ コントローラ、４０ 接続ユニット、４１ ＭＰＰＴ制御ＤＣ／ＤＣコンバータ（第１のＭＰＰＴＤＣ／ＤＣコンバータ）、４２ 主送電路、４３ 充放電路、４４ 電圧変動吸収ユニット、３１１ ＲＦＢスタック、３１２,３１４ 電解液タンク部、３１３，３１５ ポンプ、３１６ モニタセル。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】