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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-11-10
(54)【発明の名称】電力分配のための方法及び装置
(51)【国際特許分類】
H02J 3/38 20060101AFI20221102BHJP
H02J 3/32 20060101ALI20221102BHJP
H02J 3/04 20060101ALI20221102BHJP
H02J 3/46 20060101ALI20221102BHJP
H02J 13/00 20060101ALI20221102BHJP
【ＦＩ】
H02J3/38 130
H02J3/32
H02J3/04
H02J3/46
H02J13/00 301A
H02J13/00 311R
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022515095
(86)(22)【出願日】2020-09-04
(85)【翻訳文提出日】2022-04-27
(86)【国際出願番号】 AU2020050927
(87)【国際公開番号】W WO2021042167
(87)【国際公開日】2021-03-11
(31)【優先権主張番号】2019903283
(32)【優先日】2019-09-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】AU
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522087741
【氏名又は名称】エフォ ピーティーワイ エルティーディー
(71)【出願人】
【識別番号】522087752
【氏名又は名称】シーメンス エルティーディー
(74)【代理人】
【識別番号】110003199
【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ハートレイ オリバー
(72)【発明者】
【氏名】バターワース ルーク
(72)【発明者】
【氏名】ヒューケル マティアス
(72)【発明者】
【氏名】モレイラ ロドリゲス ホセ ロベルト
(72)【発明者】
【氏名】チボウォラ ムサ
(72)【発明者】
【氏名】サリナス ジャンルイ フランシスコ デ ジェロニモ
【テーマコード（参考）】
5G064
5G066
【Ｆターム（参考）】
5G064AC09
5G064CB11
5G064CB12
5G066HA15
5G066HB06
5G066HB09
5G066JA07
5G066JB03
(57)【要約】
複数の電源のうちの各自の電源を、第１の負荷の第１の入力ノードと、第２の負荷の第２の入力ノードとの間で切り替えるようにそれぞれ動作可能な複数のスイッチと、複数のスイッチを介して複数の電源から第１の入力ノードに供給される第１の電力を特定するように構成された第１の電力メータと、第１の負荷の消費電力を特定するように構成された第２の電力メータと、第１の負荷に関する特定された第１の電力及び特定された消費電力に応じて、スイッチを制御して第１の負荷と第２の負荷との間で電力を分配するように構成された制御モジュールと、を備えた電力分配装置が提供される。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電源のうちの各自の電源を、第１の負荷の第１の入力ノードと、第２の負荷の第２の入力ノードとの間で切り替えるようにそれぞれ動作可能な複数のスイッチと、前記複数のスイッチを介して前記複数の電源から前記第１の入力ノードに供給される第１の電力を特定するように構成された第１の電力メータと、
前記第１の負荷の消費電力を特定するように構成された第２の電力メータと、
前記第１の負荷に関する前記特定された第１の電力及び前記特定された消費電力に応じて、前記スイッチを制御して前記第１の負荷と前記第２の負荷との間で電力を分配するように構成された制御モジュールと、
を備える電力分配装置。
【請求項2】
前記複数のスイッチのそれぞれは、各自の電源を、前記第１の負荷及び前記第２の負荷のうちの１つから機械的に分離するように構成される、請求項１に記載の電力分配装置。
【請求項3】
それぞれの電源は、１つ以上の太陽光電池及び／または１つ以上の蓄電デバイスを備える、請求項１または２に記載の電力分配装置。
【請求項4】
前記第１の負荷はローカル負荷であり、前記第２の負荷は電力系統である、先行請求項のいずれか１項に記載の電力分配装置。
【請求項5】
前記第１の負荷は、第３のノードを介して前記電力系統に接続される、請求項４に記載の電力分配装置。
【請求項6】
前記第３のノードと前記電力系統との間に接続された第１の電気メータと、前記第２の入力ノードと前記電力系統との間に接続された第２の電気メータと、をさらに備える、請求項５に記載の電力分配装置。
【請求項7】
前記第１の電気メータ及び前記第２の電気メータは、共通の変圧器を介して前記電力系統に接続される、請求項６に記載の電力分配装置。
【請求項8】
前記第１の電気メータ及び前記第２の電気メータは、別個の変圧器を介して前記電力系統に接続される、請求項６に記載の電力分配装置。
【請求項9】
前記第２の入力ノードと前記第３のノードとの間に接続された第１の電気メータと、前記第３のノードと前記電力系統との間に接続された第２の電気メータと、をさらに備える、請求項４に記載の電力分配装置。
【請求項10】
前記第２の電力メータにより特定された前記消費電力は、前記第１の負荷の総消費電力である、先行請求項のいずれか１項に記載の電力分配装置。
【請求項11】
前記第２の電力メータにより特定された前記消費電力は、前記第３のノードで測定された前記電力系統からの前記第１の負荷の前記消費電力である、請求項４～９に記載の電力分配装置。
【請求項12】
前記コントローラは、前記第１の入力ノードに提供される前記第１の測定電力が、前記第１の負荷の前記測定消費電力以上になるように、前記複数のスイッチを制御するように構成される、先行請求項のいずれか１項に記載の電力分配装置。
【請求項13】
前記コントローラは、前記第１の入力ノードに提供される前記第１の測定電力が、前記第１の負荷の前記測定消費電力と実質的に一致するように、前記複数のスイッチを制御するように構成される、先行請求項のいずれか１項に記載の電力分配装置。
【請求項14】
前記電力分配装置はさらに、前記複数のスイッチを介して前記複数の電源により前記第２の入力ノードに供給される電力を測定するように構成された第３の電力メータを備え、前記制御モジュールは、前記第２の入力ノードに供給される前記測定電力に応じて、前記スイッチを制御して前記第１の負荷と前記第２の負荷との間で電力を分配するように構成される、先行請求項のいずれか１項に記載の電力分配装置。
【請求項15】
前記複数の電源は、直流（ＤＣ）電源であり、前記装置はさらに、ＤＣを交流（ＡＣ）に変換するために、前記それぞれの電源と前記複数のスイッチとのそれぞれの間に接続されたインバータを備える、先行請求項のいずれか１項に記載の電力分配装置。
【請求項16】
先行請求項のいずれか１項に記載の前記電力分配装置と、前記複数の電源と、
を備えるシステム。
【請求項17】
複数の電源から第１の負荷と第２の負荷との間で電力を分配する方法であって、前記複数の電源のそれぞれは、複数のスイッチのうちの各自のスイッチにより、前記第１の負荷と前記第２の負荷との間で切り替え可能であり、前記方法は、前記複数の電源から前記第１の入力ノードに供給される第１の電力を特定することと、
前記第１の負荷の消費電力を特定することと、
前記第１の負荷に関する前記第１の電力の特定及び前記電力需要の特定に応じて、前記複数のスイッチを制御して前記第１の負荷と前記第２の負荷との間で電力を分配することと、
を含む、前記方法。
【請求項18】
前記複数のスイッチのそれぞれは、各自の電源を、前記第１の負荷及び前記第２の負荷のうちの１つから機械的に分離するように構成される、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
それぞれの電源は、１つ以上の太陽光電池及び／または１つ以上のバッテリを備える、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項20】
前記第１の負荷はローカル負荷であり、前記第２の負荷は電力系統である、請求項１７～１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項21】
前記第１の負荷は、第３のノードを介して前記電力系統に接続される、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
前記第１の負荷の前記特定された消費電力は、前記第１の負荷の総消費電力を含む、請求項１７～２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項23】
前記第１の負荷の前記消費電力を特定することは、前記第３のノードを介して前記第１の負荷に供給される電力を測定することを含む、請求項１７～２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項24】
前記方法はさらに、前記複数のスイッチを介して前記複数の電源により前記第２の入力ノードに供給される電力を測定することを含み、前記スイッチは、前記第２の入力ノードに供給される前記測定電力に応じて制御される、請求項１７～２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項25】
前記複数のスイッチは、前記第１の入力ノードに提供される前記第１の測定電力が、前記第１の負荷の前記測定消費電力以上になるように制御される、請求項１７～２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項26】
前記複数のスイッチは、前記第１の入力ノードに提供される前記第１の測定電力が、前記第１の負荷の前記測定消費電力と実質的に一致するように制御される、請求項２５に記載の方法。
【請求項27】
個々にまたは集合的に、本明細書で開示された、または本出願の明細書に示されたステップ、特徴、整数、組成物、及び／または化合物、並びに前記ステップまたは特徴のうちの２つ以上の任意または全ての組み合わせを含む発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電力、具体的には複数の太陽光発電機により生成された太陽光電力を分配するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、非住宅型の太陽光発電の大部分は、遠隔農村地域の低コストの土地に建設された大規模な太陽光発電ファームにより提供されている。これらの発電ファームは、大量のエネルギーを生成することができるが、エネルギーが必要な場所から遠く離れているため、これらの拠点で生成された電気は、架空送電線で長距離伝送する必要があり、大きな損失を生じている。さらに、農地及び他の土地を太陽光発電に転用することは、地域のコミュニティ及び動植物に悪い社会経済的影響を与え得る。
【0003】
安価で効率的な太陽光電池の可用性の高まりにより、太陽光発電技術は、都市の近くでより広く採用されるようになり、商業ビルの所有者は、建物の屋根に「電力需要家側（ｂｅｈｉｎｄ－ｔｈｅ－ｍｅｔｅｒ）」太陽光システムを設置し、これにより、電力系統から建物における消費電気量が削減される。これらのシステムにより、地主またはシステム運用者は少しの収入源を得ることができるが、これらのシステムにより生成されたいずれの余剰太陽光電気も、システム運用者の管轄外であるテナントのメータを介して送出されるため、国家エネルギー市場（ＮＥＭ）または電力卸売市場でエネルギーを選択的に販売することは、歴史的に困難であった。よって、屋根に設置される太陽光システムは、通常、太陽光システムの出力が建物の日中の消費電気量と一致するように、非常に大きな屋根であっても、サイズが制限される。このため、これまで、都市部の産業用建築物の大きな屋上は、太陽光発電に十分に活用されてこなかった。
【0004】
本明細書に含まれる文書、行為、材料、デバイス、または物品などに関するいかなる論述も、これらの事項のいずれかまたは全てが、添付の特許請求の範囲の各請求項の優先日より前に存在していた先行技術の基礎の一部を成す、または本開示に関連する分野の共通の一般的知識であったと認められると、みなされるべきではない。
【発明の概要】
【0005】
本開示の第１の態様によれば、複数の電源のうちの各自の電源を、第１の負荷の第１の入力ノードと、第２の負荷の第２の入力ノードとの間で切り替えるようにそれぞれ動作可能な複数のスイッチと、複数のスイッチを介して複数の電源から第１の入力ノードに供給される第１の電力を特定するように構成された第１の電力メータと、第１の負荷の消費電力を特定するように構成された第２の電力メータと、第１の負荷に関する特定された第１の電力及び特定された消費電力に応じて、スイッチを制御して第１の負荷と第２の負荷との間で電力を分配するように構成された制御モジュールと、を備えた電力分配装置が提供される。
【0006】
複数のスイッチのそれぞれは、各自の電源を、第１の負荷及び第２の負荷のうちの１つから機械的に分離するように構成され得る。
【0007】
それぞれの電源は、１つ以上の太陽光電池及び／または１つ以上の蓄電デバイスを備え得る。
【0008】
いくつかの実施形態では、第１の負荷は、ローカル負荷である。例えば、ローカル負荷は、複数の電源に近接した倉庫または他の商業ビルであり得る。いくつかの実施形態では、第２の負荷は、電力系統などである。いくつかの実施形態では、第１の負荷は、第３のノードを介して電力系統に接続される。
【0009】
いくつかの実施形態では、電力分配装置はさらに、第３のノードと電力系統との間に接続された第１の電気メータを備え得る。付加的または代替的に、電力分配装置は、第２の入力ノードと電力系統との間に接続された第２の電気メータを備え得る。いくつかの実施形態では、第１の電気メータ及び第２の電気メータは、共通の変圧器を介して電力系統に接続され得る。別の実施形態では、第１の電気メータ及び第２の電気メータは、別個の変圧器を介して電力系統に接続される。
【0010】
いくつかの実施形態では、電力分配装置はさらに、第２の入力ノードと第３のノードとの間に接続された第１の電気メータと、第３のノードと電力系統との間に接続された第２の電気メータと、を備え得る。
【0011】
いくつかの実施形態では、第２の電力メータにより特定された第１の負荷の消費電力は、第１の負荷の総消費電力である。別の実施形態では、第２の電力メータにより特定された消費電力は、例えば第３のノードで測定された、第１の負荷が第２の負荷（例えば電力系統）から消費した電力である。
【0012】
コントローラは、第１の入力ノードに提供される第１の測定電力が、第１の負荷の測定消費電力以上になるように、複数のスイッチを制御するように構成され得る。
【0013】
コントローラは、第１の入力ノードに提供される第１の測定電力が、第１の負荷の測定消費電力と実質的に一致するように、複数のスイッチを制御するように構成され得る。
【0014】
電力分配装置はさらに、複数のスイッチを介して複数の電源により第２の入力ノードに供給される電力を測定するように構成された第３の電力メータを備え得る。制御モジュールは、第２の入力ノードに供給される測定電力に応じて、スイッチを制御して第１の負荷と第２の負荷との間で電力を分配するように構成され得る。
【0015】
複数の電源は、直流（ＤＣ）電源であり得る。装置はさらに、ＤＣを交流（ＡＣ）に変換するために、それぞれの電源と複数のスイッチとのそれぞれの間に接続されたインバータを備え得る。
【0016】
本開示の別の態様によれば、前述のような電力分配装置と、複数の電源と、を備えたシステムが提供される。
【0017】
本開示の別の態様によれば、複数の電源から第１の負荷と第２の負荷との間で電力を分配する方法が提供され、複数の電源のそれぞれは、複数のスイッチのうちの各自のスイッチにより、第１の負荷と第２の負荷との間で切り替え可能であり、方法は、複数の電源から第１の入力ノードに供給される第１の電力を特定することと、第１の負荷の消費電力を特定することと、第１の負荷に関する第１の電力の特定及び電力需要の特定に応じて、複数のスイッチを制御して第１の負荷と第２の負荷との間で電力を分配することと、を含む。
【0018】
複数のスイッチのそれぞれは、各自の電源を、第１の負荷及び第２の負荷のうちの１つから機械的に分離するように構成される。
【0019】
それぞれの電源は、１つ以上の太陽光電池及び／または１つ以上のバッテリを備える。
【0020】
いくつかの実施形態では、第１の負荷は、ローカル負荷である。例えば、ローカル負荷は、複数の電源に近接した倉庫または他の商業ビルであり得る。いくつかの実施形態では、第２の負荷は、電力系統などである。いくつかの実施形態では、第１の負荷は、第３のノードを介して電力系統に接続される。
【0021】
いくつかの実施形態では、第２の電力メータにより特定された第１の負荷の消費電力は、第１の負荷の総消費電力である。別の実施形態では、第２の電力メータにより特定された消費電力は、例えば第３のノードで測定された、第１の負荷が第２の負荷（例えば電力系統）から消費した電力である。
【0022】
第１の負荷の消費電力を特定することは、第３のノードを介して第１の負荷に供給される電力を測定することを含み得る。
【0023】
方法はさらに、複数のスイッチを介して複数の電源により第２の入力ノードに供給される電力を測定することを含み得る。スイッチは、第２の入力ノードに供給される測定電力に応じて制御され得る。
【0024】
第１の入力ノードに提供される第１の測定電力が、第１の負荷の測定消費電力以上になるように、複数のスイッチは制御され得る。
【0025】
第１の入力ノードに提供される第１の測定電力が、第１の負荷の測定消費電力と実質的に一致するように、複数のスイッチは制御され得る。
【0026】
本明細書を通して、単語「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、または「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」もしくは「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの変形は、記載される要素、整数、もしくはステップ、または要素群、整数群、もしくはステップ群を包含することを意味するが、任意の他の要素、整数、もしくはステップ、または要素群、整数群、もしくはステップ群を除外することを意味するわけではないことが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本開示の実施形態による、電力分配装置を備えたシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
本開示の実施形態は、建物の電気消費を、屋根に設置することができる太陽光システムのサイズから切り離すことにより、前述の問題の１つ以上に対処する、または少なくとも改善する。太陽光システムの運用者が、太陽光アレイにより生成された電気を建物間で効率的に分配すること、ローカルの消費電気を相殺すること、及び登録済みの市場参加者として国内エネルギー市場を利用することを可能にすることにより、産業用及び商業用建築物の屋根領域全体及び周辺の土地を、市場参加型のローカル太陽光発電所に変えることができる。都市部で配電ネットワーク需要の近くに存在する産業倉庫は、遠隔の太陽光発電ファームと比較した場合、全体的な電力系統の安定性が向上し、限界送電損失率（ＭＬＦ）の低下による潜在的なリスクが軽減され得る。この利点において、都市ベースの「屋根発電ファーム」は、遠隔農村地域の大規模太陽光発電ファームと一線を画す。さらに、このような屋根発電ファームを介して生成される太陽光電力は、追加の土地を全く必要としないため、社会的影響または環境的影響が軽減される。
【0029】
本開示の実施形態は、建物（例えば「電力需要家側（ｂｅｈｉｎｄ－ｔｈｅ－ｍｅｔｅｒ）」）と、登録済みのネットワークメータ（ＮＥＭメータ）との間で、太陽光システムにより生成された電力の動的分配を可能にする。このように生成された電気を２つの別個のノードに分離することにより、太陽光システムは、オーストラリアのＥｎｄｅａｖｏｕｒ Ｅｎｅｒｇｙ並びにＡｕｓｔｒａｌｉａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｒｋｅｔ Ｏｐｅｒａｔｏｒ（ＡＥＭＯ）などの配電ネットワークサービスプロバイダ（ＤＮＳＰ）の電力系統接続のいずれの制約にも準拠することが可能となる。
【0030】
図１は、複数の太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎを含む太陽光アレイ１０４、太陽光アレイ１０４へのローカル負荷などの第１の負荷１０６、及び電力系統接続１０９を介した電力系統などの第２の負荷１０８に加えて、本開示の様々な実施形態による電力分配装置１０２を備えたシステム１００の概略図である。第１の負荷１０６及び／または第２の負荷１０８は、電力を消費するだけでなく、システムの状態に応じて電力を供給するようにも構成され得る。例えば、第２の負荷１０８が電力系統である場合、電力は、第２の負荷から消費され、及び／または第２の負荷１０８に供給し戻され得る。電力分配装置１０２は、複数の太陽光アレイ（または電池）から生成された電力を、第１の負荷１０６の入力ノードに接続され得る第１の出力ノード１１１と、第２の負荷１０８の入力ノードに接続され得る第２の出力ノード１１３に分配するように構成される。
【0031】
いくつかの実施形態では、第１の負荷１０６は、太陽光アレイ１０４が配置された建物の負荷の全てを実質的に含み得る。例えば、太陽光アレイ１０４は、建物の屋根に固定され得、第１の負荷１０６は、建物により使用される電気の一部または全部を表し得る。別の実施形態では、第１の負荷１０６は、太陽光アレイ１０４の近くにある複数の建物または電気デバイスからの負荷を含み得る。
【0032】
電力分配装置１０２は、スイッチバンク１１０と、制御モジュール１１２とを備える。さらに、システム１００内の様々なノードに供給される電力（すなわち電圧または電流）を測定するために、１つ以上の電力メータ１１４、１１６、１１８、１２０が設けられ得る。例えば、第１の電力メータ１１４は、太陽光アレイ１０４からスイッチバンク１１０を介して第１の出力ノード１１１に供給される電力を測定するために設けられ得る。例えば、第２の電力メータ１１６は、第１の負荷１０６の電力需要を測定するために設けられ得る。例えば、第３の電力メータ１１８は、第２の出力ノード１１３に供給される電力を測定するために設けられ得る。例えば、第４の電力メータ１２０は、第２の負荷１０８（例えば電力系統）から第１の負荷１０６に供給される電力を測定するために設けられ得る。
【0033】
スイッチバンク１１０は、制御モジュール１１２から１つ以上の制御信号１２２を受信すると、太陽光アレイ１０４内の各パネル１０４ａ～１０４ｎの電気出力を、第１の負荷１０６と第２の負荷１０８との間で切り替えるように動作可能であり得る。制御信号１２２は、スイッチバンク１１０内の各スイッチに直接または間接的に適用され得る。電力メータ１１４、１１６、１１８、１２０のうちの１つ以上からの測定電力は、制御モジュール１１２に提供され得、制御モジュール１１２は次に、この情報を使用して、太陽光アレイ１０４から第１の負荷１０６と第２の負荷１０８との間で、スイッチバンク１１０を使用した電力分配を制御し得る。
【0034】
図２は、図１に示されるスイッチバンク１１０のより詳細な概略図である。スイッチバンク１１０は、複数のスイッチ１２４を含み、これらはそれぞれ、各自の電源を、第１の負荷及び第２の負荷のうちの１つから機械的に分離するように動作可能であり得る。いくつかの実施形態では、複数のスイッチは、機械的インターロックスイッチまたは他の同様のスイッチであり、いかなる時点でも第１の負荷１０６と第２の負荷１０８との間で完全な電気的絶縁を可能にする。
【0035】
図２のスイッチバンク１１０は、第１のノード１１１と第２のノード１１３との間で交流（ＡＣ）を切り替えるように構成される。本発明者は、（直流（ＤＣ）電力とは対照的に）ＡＣ電力の切り替えでは、ＤＣ切り替えと比べて、スイッチ制御が改善され、スイッチギアの摩耗が減少することを発見した。よって、スイッチバンク１１０はさらに複数のインバータ１２６を備え、複数のインバータ１２６はそれぞれ、アレイ１０４の各自の太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎから受信した直流（ＤＣ）電力信号を交流（ＡＣ）電力信号に変換するように構成される。示される実施形態では、インバータ１２６は、電力分配装置１１０の一部として実装される。代替的な実施形態では、インバータ１２６は、太陽光アレイの太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎと統合され得る。
【0036】
各インバータ１２６ａ～１２６ｎから出力されたＡＣ電力信号はその後、任意で断路スイッチ１２８を介して、スイッチ１２４のうちの各自のスイッチの入力ノードに提供される。断路スイッチ１２８ａ～１２８ｎは、太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎのそれぞれが、残りのシステム１００から電気的に絶縁されることを可能にするために設けられ得る。断路スイッチ１２８ａ～１２８ｎは、太陽光アレイ１２４の近くに配置され得る手動スイッチであってもよい。あるいは、断路スイッチ１２８ａ～１２８ｎは、制御モジュール１１２により制御されてもよい。
【0037】
スイッチ１２４のそれぞれは、電力分配装置１０２の第１のノード１１１及び第２のノード１１３にそれぞれ接続された第１のスイッチバス１３０と第２のスイッチバス１３２との間で切り替え可能である。よって、各スイッチ１２４は、各自のインバータ１２６から受け取ったＡＣ電力を、第１のスイッチバス１３０を介して第１のノード１１１、または第２のスイッチバス１３２を介して第２のノード１１３のいずれかに送るように構成可能である。そうすることで、スイッチバンク１１０は、太陽光アレイ１０４から生成された電力を複数の負荷間で分配する効率的な方法を提供する。さらに、第１のノード１１１及び第２のノード１１３のそれぞれに提供される電力の分配は、機械的インターロックスイッチの使用により、完全に電気的に絶縁される。
【0038】
図３は、図２に示されるスイッチバンク１１０の変形形態であるスイッチバンク２１０の概略図である。前述のスイッチバンク１１０とは対照的に、図３のスイッチバンク２１０は、ＤＣを切り替えるように動作可能である。スイッチバンク２１０は、複数のスイッチ２２４と、第１のインバータ２２６ａ及び第２のインバータ２２６ｂと、任意で複数の断路スイッチ２２８と、を備える。アレイ１０４内の各太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎからのＤＣ出力は、任意の断路スイッチ２２８を介して、スイッチ２２４の各自の入力ノードに提供される。図２のスイッチバンク１１０の断路スイッチ１２８と同様に、断路スイッチ２２８は、太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎのそれぞれが、スイッチバンク２１０から電気的に絶縁されることを可能にするために設けられる。スイッチ２２４のそれぞれは、第１のインバータ２２６ａ及び第２のインバータ２２６ｂのＤＣ入力にそれぞれ接続された第１のスイッチバス２３０と第２のスイッチバス２３２との間で切り替え可能である。次に、第１のインバータ２２６ａ及び第２のインバータ２２６ｂはそれぞれ、第１のスイッチバス２３０及び第２のスイッチバス２３２上の集約されたＤＣ電力信号を、ＡＣ出力信号に変換し、ＡＣ出力信号は、電力分配装置１０２の第１の出力ノード１１１及び第２の出力ノード１１３にそれぞれ提供される。よって、各スイッチ２２４は、各自の太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎから受け取ったＤＣ電力を、第１のインバータ２２６ａを介して第１の出力ノード１１１、または第２のインバータ２２６ｂを介して第２の出力ノード１１３のいずれかに送るように構成可能である。この場合も、図２に示されるスイッチバンク１１０のように、第１の出力ノード１１１及び第２の出力ノード１１３は、スイッチ２２４の性質により、互いに完全に電気的に絶縁される。
【0039】
本開示の実施形態による制御モジュール１１２の例示的な構成が、図４に示される。制御モジュール１１２は、中央処理装置（ＣＰＵ）４０２と、メモリ４０４と、ＣＰＵ４０２及びメモリ４０４のうちの１つ以上と通信可能に接続された入力／出力（Ｉ／Ｏ）バス４０６と、を備え得る。制御モジュール１１２は、それぞれの第１の電力メータ１１４、第２の電力メータ１１６、第３の電力メータ１１８、及び第４の電力メータ１２０からの信号をＩ／Ｏバスで受信し、受信した信号に基づいて、スイッチバンク１１０内のスイッチを制御して太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎのそれぞれを第１の負荷１０６と第２の負荷１０８との間で切り替える切り替え信号１２２を生成するように、構成される。各電力メータ１１４、１１６、１１８、１２０は、電力信号を測定及び／または分析するために、１つ以上の増幅器及びデジタル信号処理回路を含み得る。いくつかの実施形態では、電力メータ１１４、１１６、１１８、１２０のいくつかまたは全ての要素は、処理装置４０２内に統合され得る。電力メータ１１４、１１６、１１８、１２０とＩ／Ｏポートとの通信は、有線であり得る、または無線リンク、例えば誘導結合、ＷｉＦｉ（ＲＴＭ）、もしくはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（ＲＴＭ）などを介し得る。
【0040】
制御モジュール１１２は、１つ以上の入力デバイス４０８及び／または１つ以上の出力デバイス４１０に接続され得る。入力デバイス４０８は、キーボード、マウス、タッチパッド、及びタッチスクリーンのうちの１つ以上を含み得るが、これらに限定されない。出力デバイスの例として、ディスプレイ、タッチスクリーン、ライトインジケータ（例えば発光ダイオード（ＬＥＤ））、音声発生器、及び触覚発生器が挙げられる。入力デバイス４０８及び／または出力デバイス４１０は、例えば第１のノード１１１及び第２のノード１１３のそれぞれにおける現在の電力状況及び第１の負荷１０６の消費電力に関して、情報またはフィードバック（例えば視覚、聴覚、または触覚のフィードバック）をユーザに提供するように構成され得る。そのために、入力デバイス４０８のうちの１つ以上は、出力デバイス４１０、例えばタッチスクリーンでもあり得る。入力デバイス４０８及び出力デバイス４１０はまた、制御モジュール１１２に有線または無線で接続され得る。入力デバイス４０８及び出力デバイス４１０は、システム１００のユーザに、第１の負荷１０６と第２の負荷１０８との間の電力分配の制御を提供するように構成され得る。
【0041】
制御モジュール１１２は、システムオペレータの所望の動作に応じて、いくつかの方法でスイッチ１２４を制御するように動作可能であり得る。いくつかの実施形態では、制御モジュール１１２は、太陽光アレイ１０４から第１の負荷１０６に提供されるエネルギー量を最大化するように動作し得、太陽光アレイが第１の負荷１０６のエネルギー要求を完全に満たしていることが確認された場合にのみ、電力を第２の負荷１０８に送る。例えば、制御モジュール１１２は、第１の電力メータ１１４及び第２の電力メータ１１６を使用して、太陽光アレイ１０４により第１の入力ノード１１１に提供される電力と、第１の負荷１０６の消費電力とを比較し、第１の負荷１０６の消費電力と、第１の入力ノード１１１に供給される電力とを実質的に一致させるように、スイッチを制御し得る。第２の電力メータ１１６により測定される第１の負荷１０６の消費電力が増加した場合、制御モジュール１１２は、複数のスイッチ１２４のうちの１つ以上を切り替えることにより、第１の入力ノード１１１に電力を供給する太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎの数を増やし得る。付加的または代替的に、第２の負荷１０８と第１の負荷１０６との間に第３のノード１１５を介して接続が存在する場合、制御モジュール１１２は、第２の負荷１０８により第１の負荷１０６に提供される電力を第４の電力メータ１２０を使用して測定することにより、太陽光アレイ内の太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎの切り替えを制御し得る。例えば、第３のノード１１５で提供される測定電力が、ある閾値Ｔ、例えばゼロを超えた場合、制御モジュール１１２は、第１の入力ノード１１１に切り替えられた太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎの数を増やして、太陽光アレイ１０４により第１の負荷１０６に提供される電力を増やし、よって、第２の負荷１０８から第１の負荷１０６に提供される電力を減らすように構成され得る。上記の例では、第３の電力メータ１１８を使用して、太陽光アレイ１０４により第２の負荷１０８に提供されるエネルギーが測定され得る。
【0042】
電力メータ１１４、１１６、１１８、１２０のうちの１つ以上から受け取った測定電力を使用することに加えて、またはその代わりに、制御モジュール１１２は、エネルギーの現在の卸売市場価格及び／または住宅発電市場価格に関する情報を受信し得る。この場合、制御モジュール１１２は、特に第２の負荷１０８が電力系統である場合、第２の負荷１０８とエネルギーを取引することの費用便益に応じて、エネルギーを第１の負荷１０６または第２の負荷１０８のどちらに送るかを決定し得る。例えば、システム運用者は、太陽光アレイ１０４を使用して第１の負荷１０６のエネルギー需要の一部に対応し、太陽光アレイ１０４により生成された残りのエネルギーを第２の負荷１０８を介して販売することを選択してもよく、よって、第１の負荷１０６は、自身のエネルギー不足分を第３のノード１１５を介して第２の負荷１０８から取り込む必要がある。
【0043】
再び図１を参照すると、電力分配装置１０２は、第２の出力ノード１１３を介し、電力系統接続１０９を介して、電力系統などの第２の負荷１０８に電力を分配することが示される。国または地域の電力系統には、通常、電力系統接続への接続を管理する一定の規制があることが理解されよう。これらには、例えば、電力系統接続を介して電力系統に出入りする電力を測定及び／または調整するように動作可能な登録済みのネットワークメータを介した接続が挙げられ得る。また、異なる電力系統には、このような接続の異なる管理規則があり得ることも理解されよう。従って、電力系統接続１０９は、これらの規制に応じて、様々な形態をとり得る。図５～図７は、本開示の実施形態による電力系統接続１０９のいくつかの例示的な構成を提供する。明確にするために、電力分配装置１０２の電力メータ１１４、１１６、１１８、１２０の接続は、これらの図から省略されている。
【0044】
図５を参照すると、いくつかの実施形態では、第２の負荷１０８と第１の負荷１０６のそれぞれと太陽光アレイ１０４との間の電力系統接続１０９は、第１の電気メータ５０２、第２の電気メータ５０４、第１の変圧器５０６、及び第２の変圧器５０８を備え得る。
【0045】
第２の負荷１０８は、第１の（降圧）変圧器５０６及び第１の電気メータ５０２を介して、第１の負荷１０６に接続される。第１の電気メータ５０２は、第２の負荷１０８から第１の負荷１０６に提供されるエネルギーを計測するための従来の小売電気メータであり得る。言い換えると、第１の電気メータ５０２は、ゼロ送出メータであり得る。よって、第２の負荷１０８と第１の負荷１０６との間の接続は、電力が第１の負荷１０６に（一方向に）供給される従来の接続であり得る。
【0046】
太陽光アレイ１０４は、電力分配装置１０２、第２の電気メータ５０４、その後に第２の（昇圧）変圧器５０８を介して、第２の負荷１０８に接続され得る。第２の電気メータ５０４は、太陽光アレイ１０４から第２の負荷１０８に提供される電気の量を計測するように構成される。
【0047】
太陽光アレイ１０４から第１の負荷１０６への接続は、「電力需要家側（ｂｅｈｉｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｅｒ）」で行われる。太陽光アレイ１０４の所有者と第１の負荷１０６の責任者が異なる場合、太陽光アレイ１０４から第１の負荷１０６に提供されるエネルギーは、１つ以上の買電契約（ＰＰＡ）を介して、第１の負荷１０６の責任者に販売され得る。
【0048】
図６は、第２の負荷１０８と第１の負荷１０６のそれぞれと太陽光アレイ１０４との間の電力系統接続１０９の別の実施態様を示し、電力系統接続１０９は、第１の電気メータ６０２、第２の電気メータ６０４、及び第１の変圧器６０６を備える。図５に示される実施態様のように、第１の負荷１０６は、第１の電気メータ６０２を介して第２の負荷１０８に接続され、太陽光アレイ１０４は、第２の電気メータ６０４を介して第２の負荷１０８に接続される。ただし、図５に示される実施態様とは対照的に、第１の電気メータ６０２及び第２の電気メータ６０４は、共通の変圧器である第１の変圧器６０６に送出されて、第２の負荷１０８に接続される。第１の負荷１０６が建物または建物群に関連付けられたローカル負荷である場合、変圧器６０６は、建物を小売電気ネットワークに接続するために使用される変圧器と同じであり得る。よって、送電に同じ変圧器を使用しながら、それぞれが市場に参加し得る第１の電気メータ６０２及び第２の電気メータ６０４が設けられる。
【0049】
図７は、第２の負荷１０８と第１の負荷１０６のそれぞれと太陽光アレイ１０４との間の電力系統接続１０９のさらに別の実施態様を示し、電力系統接続１０９は、第１の電気メータ７０２、第２の電気メータ７０４、及び変圧器７０６を備える。この実施態様では、第１の電気メータ７０２と第２の電気メータ７０４とは、直列に接続される。第１の負荷１０６は、第２の電気メータ７０４及び変圧器７０６を介して、第２の負荷１０８に接続される。太陽光アレイ１０４は、第１の電気メータ７０２、第２の電気メータ７０４、及び同じ変圧器７０６を介して、第２の負荷１０８に接続される。よって、第２の負荷１０８の観点からすると、システム１００は単一の参加者とみなされ得、第２の電気メータ７０４は、第２の負荷１０８の電気の正味消費、すなわち第２の負荷１０８への電気の正味出力を監視する。次に、（例えば第２の負荷１０８が電力系統である場合）市場参加者として太陽光アレイ１０４から第２の負荷１０８に提供する電気を測定するために、第１の電気メータ７０２が設けられ得る。
【0050】
ここで、第１の負荷１０６と第２の負荷１０８との間の電力分配を制御するための電力分配装置１０２により実施される例示的なプロセス８００が、図８を参照して説明される。このプロセス８００において、制御モジュール１１２は、第１の負荷１０６が必要とする量のエネルギーを、太陽光アレイ１０４によりいつの時点でも提供できるようにするという目的で動作し得る。ステップ８０２にて、第１の電力メータ１１４を使用して、第１の入力ノードにおける電力が測定される。第１の電力メータ１１４は、第１の入力ノード１１１における電圧及び／または電流を測定し得る。第１の入力ノード１１１における測定電力（電圧及び／または電流）は、任意の適切な方法で制御モジュール１１２に提供され得る。ほぼ同時に、ステップ８０４にて、第１の負荷１０６の電力需要すなわち消費電力が特定され得る。例えば、第２の電力メータ１１６は、第１の負荷１０６の総消費電力を測定し得る。第１の負荷１０６が第２の負荷１０８にも接続される場合、総消費電力は、第１の入力ノード１１１に提供される電力と、第３のノード１１５に／第３のノード１１５から提供される電力との合計であり得る。付加的または代替的に、第４の電力メータ１２０が、第３のノード１１５に提供される電力を測定して、第１の負荷１０６の消費電力は特定され得る。第２の電力メータ１１６及び／または第４の電力メータ１２０は、第１の負荷１０６の電圧及び／または電流の需要を測定し得、このような情報は、任意の適切な方法で制御モジュール１１２に提供される。ステップ８０６にて、制御モジュール１１２は次に、第１の電力メータ１１４から受信した電力データと、第２の電力メータ１１６及び第４の電力メータ１２０のうちの１つ以上から受信した電力データと使用して、スイッチバンク１１０を制御し、第１の負荷１０６と第２の負荷１０８との間で電力を分配し得る。
【0051】
図９は、本開示の実施形態による、プロセス８００の制御ステップ８０６の例示的なプロセス９００を示す。任意の設定ステップであるステップ９０２にて、太陽光アレイの太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎのうちの最初のＮ個が第１の入力ノード１１１へのスイッチとなるように、制御モジュール１１２によりスイッチバンク１１０のスイッチ１２４が切り替えられ得る。例えば、太陽光アレイが偶数のｎ個の太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎを含む場合、第１の入力ノード１１１と第２の入力ノード１１３とに、同数のスイッチ１２４が接続され得る。太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎの個数ｎが奇数である場合、第１の入力ノード１１１に接続されるスイッチ１２４の個数Ｎは、スイッチの数ｎを２で割って最も近い整数に四捨五入された数と等しくなり、すなわちＮ＝「ｎ／２」となり得る。もちろん、このステップ９０２は省略されてもよい。
【0052】
ステップ９０４にて、制御モジュール１１２は、第１の電力メータ１１４により第１の入力ノード１１１で測定された電力値Ｐ１を受信し得る。ステップ９０６にて、制御モジュール１１２は、第１の負荷１０６の総電力需要すなわち総消費電力を表す、第２の電力メータ１１６により測定された電力値Ｐ２を受信し得る。
【0053】
ステップ９０８にて、第１の入力ノード１１１に提供される電力が、第１の負荷１０６を使用するのに実質的に十分であるように、制御モジュール１１２は、第１の負荷１０６に供給される電力Ｐ１が、第１の負荷１０６の消費電力Ｐ２の閾値Ｔ内であるか否かを判定し得る。いくつかの実施形態では、閾値Ｔはゼロであり得る。別の実施形態では、第３のノード１１５を介して第２の負荷１０８に電力を供給することができない場合、閾値Ｔは正の値であり得、第１の負荷１０６が必要とするエネルギーより多くのエネルギーが第１の入力ノード１１１を介して提供されないように、バッファが設けられる。このバッファは、第１の負荷から第２の負荷１０８へのエネルギー送出がエネルギー調整器により禁止されている場合に、必要となり得る。閾値Ｔは、バッファを設けて、スイッチ開閉頻度を低減し、よってスイッチギアの摩耗を軽減するためにも、提供され得る。
【0054】
ステップ９０８の条件が満たされる場合、プロセス９００は、ステップ９０４に戻る。
【0055】
このような条件が満たされない場合、プロセス９００はステップ９１０に進み、制御モジュール１１２は、第１の入力ノード１１１に提供される電力Ｐ１が、第１の負荷１０６の消費電力Ｐ２未満である閾値Ｔを上回る否かを判定する。この条件が満たされた場合、ステップ９１２にて、制御モジュール１１２は、全ての太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎが第１の負荷１０６に切り替えられているか否かを判定する。そうではない場合、ステップ９１４にて、制御モジュール１１２は、第１の入力ノード１１１に切り替えられた太陽光パネル１０４ａ～１０４ｎの数を増やすように、スイッチバンク１１０のスイッチ１２４のうちの１つを切り替え得る。次に、このプロセスは、ステップ９０８に戻る。
【0056】
ステップ９１２にて、全てのスイッチ１２４が第１の入力ノード１１１に切り替えられていると判定された場合、ステップ９１６にて、制御モジュール１１２は、太陽光アレイ１０４により提供される電力と、第１の負荷１０６の消費電力Ｐ２との間に、電力不足が存在することを示す出力を提供し得る。第１の負荷１０６が第３のノード１１５を介して第２の負荷１０８にも接続される場合、制御モジュール１１２は同様に、第３のノード１１５を介して第２の負荷１０８から第１の負荷１０６に供給される電力により、電力不足が生じていることを示し得る。次に、プロセス９００は、ステップ９０４に戻り得る。
【0057】
ステップ９１０に戻ると、第１の入力ノード１１１における電力が、第１の負荷１０６の消費電力未満である閾値Ｔ以下であると判定された場合、第１の入力ノード１１１に提供される電力Ｐ１は、第１の負荷１０６の消費電力よりも多いということになり、これは、太陽光アレイ１０４により第１の負荷１０６に提供される電力は、第１の負荷１０６が必要とする電力よりも多いということを意味する。次に、制御モジュール１１２は、ステップ９１８にて、全てのスイッチ１２４が第２の入力ノード１１３に切り替えられているか否か（すなわちＮ＝０か否か）をまず確認し、次に、ステップ９２０にて、第１の入力ノード１１１に切り替えられたスイッチ１２４の数を減らして、太陽光アレイ１０４により第１の負荷１０６に提供される電力を減らす。
【0058】
本開示の実施形態では、電力分配装置１０２は、太陽光パネル（もしくは電池）または太陽光アレイを切り替えることが示される。しかしながら、本明細書で説明される電力分配装置は、太陽光発電機の切り替えに限定されず、蓄電デバイス（例えばバッテリ、コンデンサなど）、または風力発電機などの他の電源を切り替えるためにも使用され得ることが理解されよう。
【0059】
本明細書で説明される、とりわけ図に関連して説明される様々な動作は、他の回路または他のハードウェア構成要素で実施されてもよいことを、特に本開示の恩恵を受ける当業者には理解されたい。所与の方法の各動作が実行される順序は、変更されてもよく、本明細書に例示されるシステムの様々な要素の追加、並べ替え、組み合わせ、省略、修正などが行われてもよい。本開示はこのような修正及び変更を全て包含することが意図され、従って、上記の説明は、限定的な意味ではなく、例示的な意味として考慮されるべきである。
【0060】
同様に、本開示は特定の実施形態を参照しているが、本開示の範囲及び対象から逸脱することなく、これらの実施形態に対して特定の修正及び変更を行うことができる。さらに、特定の実施形態に関して本明細書で説明されるいずれの恩恵、利点、または問題に対する解決策も、重要な、必須の、または本質的な特徴または要素として解釈されることを意図するものではない。
【0061】
同様に本開示の恩恵を受けるさらなる実施形態及び実施態様は、当業者には明らかであり、このような実施形態は、本明細書に含まれるものとして見なされるべきである。さらに、当業者は、論述された実施形態の代わりに、または論述された実施形態と組み合わせて、様々な同等の技術が適用され得ることを認識し、全てのそのような同等物は、本開示に含まれるものとして見なされるべきである。
【0062】
前述の装置及び方法のいくつかの態様、例えば発見及び構成方法は、プロセッサ制御コードとして、例えばディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、もしくはＤＶＤ－ＲＯＭなどの不揮発性キャリア媒体、読み出し専用メモリ（ファームウェア）などのプログラムメモリ、または光信号キャリアもしくは電気信号キャリアなどのデータキャリア上で具現化され得ることを、当業者は認識するであろう。多くのアプリケーションに関して、本発明の実施形態は、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、またはＦＰＧＡ（フィールドプログラム可能ゲートアレイ）上で実施される。よって、コードには、従来のプログラムコードまたはマイクロコード、あるいは、例えばＡＳＩＣまたはＦＰＧＡを設定または制御するためのコードが含まれ得る。コードにはまた、再プログラム可能な論理ゲートアレイなどの再構成可能な装置を動的に構成するためのコードも含まれ得る。同様に、コードには、Ｖｅｒｉｌｏｇ ＴＭまたはＶＨＤＬ（超高速集積回路ハードウェア記述言語）などのハードウェア記述言語のコードが含まれ得る。当業者には理解されるように、コードは、相互通信を行う複数の接続された構成要素間で、分散され得る。必要に応じて、実施形態はまた、アナログハードウェアを構成するために、フィールド（再）プログラム可能なアナログアレイまたは同様のデバイス上で実行されるコードを使用しても実施され得る。
【0063】
本明細書で使用されるモジュールという用語は、カスタム定義された回路などの専用ハードウェア構成要素により少なくとも部分的に実施され得る、及び／または適切な汎用プロセッサなどで実行される１つ以上のソフトウェアプロセッサもしくは好適なコードにより少なくとも部分的に実施され得る機能ユニットまたは機能ブロックを指すために使用されることに、留意されたい。モジュール自体は、他のモジュールすなわち機能ユニットを含み得る。モジュールは、複数の構成要素またはサブモジュールにより提供され得、これらは、同じ場所に配置する必要がなく、異なる集積回路上に設けること、及び／または異なるプロセッサ上で実行することができる。
【0064】
上記の実施形態は、本発明を限定するものではなく例示するものであり、当業者は、添付の特許請求の範囲または実施形態から逸脱することなく、多くの代替的な実施形態を設計することができることに、留意されたい。単語「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、特許請求の範囲または実施形態に記載される要素またはステップ以外の要素またはステップの存在を除外するものではなく、「ａ」または「ａｎ」は複数を除外するものではなく、単一の特徴または他のユニットが、特許請求の範囲または実施形態に挙げられるいくつかのユニットの機能を果たしてもよい。特許請求の範囲または実施形態におけるいかなる参照番号またはラベルも、それらの範囲を限定するものとして解釈されてはならない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【国際調査報告】