発電システム
【課題】燃料電池発電と太陽光発電とでパワーコンディショナを共用する発電システムにおいて、太陽光発電の逆潮流は許容しつつ燃料電池発電の逆潮流を防止できる発電システムを提供する。
【解決手段】逆潮流が許容される太陽電池２ａと逆潮流が禁止される燃料電池２ｂとを備え、パワーコンディショナ４がこれら各発電部に対応する一対のコンバータ５ａ，５ｂと、これらに共用される１のインバータ６とを備える構成において、パワーコンディショナ４のＰＣ制御部７が家庭負荷３０の消費電力を検出し、燃料電池２ｂの発電電力がこの消費電力を超えないように燃料電池２ｂが接続されたコンバータ５ｂを制御する。
【解決手段】逆潮流が許容される太陽電池２ａと逆潮流が禁止される燃料電池２ｂとを備え、パワーコンディショナ４がこれら各発電部に対応する一対のコンバータ５ａ，５ｂと、これらに共用される１のインバータ６とを備える構成において、パワーコンディショナ４のＰＣ制御部７が家庭負荷３０の消費電力を検出し、燃料電池２ｂの発電電力がこの消費電力を超えないように燃料電池２ｂが接続されたコンバータ５ｂを制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は発電システムに関し、より詳細には、系統（商用電力系統）への逆潮流が許容された発電部と、系統への逆潮流が禁止される発電部と、これらに共用される１台のパワーコンディショナとを備えた発電システムにおいて、逆潮流が禁止される発電部から系統への逆潮流を防止するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、二酸化炭素排出量の削減やエネルギの有効利用などの観点から、燃料電池による発電（燃料電池発電）に太陽電池による発電（太陽光発電）を組み合わせて使用する家庭用の発電システムが提供されている。
【０００３】
これら燃料電池発電や太陽光発電の発電設備は、いずれも直流電力を生成するものであることから、これらの発電設備で発電された電力を家庭負荷（電力負荷）で使用するために、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置であるパワーコンディショナが用いられている。
【０００４】
ところで、このような家庭用の発電システムにおいては、電気事業者（電力会社）との取り決めにより、自然のエネルギを利用する太陽光発電で発電した電力は系統に逆潮流させることが許容されるが、化石燃料を用いる燃料電池発電で発電した電力は系統への逆潮流が禁止されていることから、燃料電池発電で発電された電力が系統に逆潮流しないようにする必要がある。
【０００５】
そのため、この種の発電システムでは、従来、図６（ａ）に示すように、燃料電池発電の発電システムａと太陽光発電の発電システムｂは、それぞれに別々にパワーコンディショナｃ、ｄを備えていた。なお、図６（ａ）において符号ｅは太陽電池（太陽電池パネル）を、符号ｆは燃料電池を示している。また、符号ｈは系統ｊの電圧を検出する系統電圧センサを、ｉはパワーコンディショナｃの出力電流を検出する出力電流センサである。
【０００６】
そして、この種の発電システムでは、図６（ｂ）に示すように、系統ｊ側に太陽光発電の発電システムｂ、家庭負荷（電力負荷）側に燃料電池発電の発電システムａを接続するとともに、燃料電池発電の発電システムａから系統ｊ側に流れる電流（系統電流）を監視できるように、家庭用負荷検出用の電流センサｇが太陽光発電の発電システムａと燃料電池発電の発電システムｂとの間に配置されている。そして、燃料電池発電のパワーコンディショナｃは、燃料電池ｆで発電された電力を系統ｊに出力しないように家庭負荷ｋでの消費電力Ｐを監視しながら、パワーコンディショナｃの出力電力Ｐａが家庭負荷ｋの消費電力Ｐを超えないように（つまり、Ｐ−Ｐａ≧０となるように）、パワーコンディショナｃの出力制御（逆潮流防止制御）を行っている。
【０００７】
その一方で、最近では、パワーコンディショナの小型化の要請から、複数の発電設備で１台のパワーコンディショナを共用するものが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００８】
このように複数の発電設備に共用されるパワーコンディショナでは、コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）が発電設備ごとに備えられるとともに、これら発電設備ごとに備えられる複数のコンバータに共用されるインバータとして１基のインバータ（ＤＣ−ＡＣインバータ）が備えられており、各コンバータにおいて昇圧された直流電力が上記インバータで交流電力に変換されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１３６１１２号公報
【特許文献２】特開２００５−１５１６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような従来の構成には以下のような問題があり、その改善が望まれていた。
【００１１】
すなわち、燃料電池発電と太陽光発電とを組み合わせてなる発電システムにおいてパワーコンディショナを共用する構成を採用すると、パワーコンディショナからは燃料電池発電の発電電力と太陽光発電の発電電力が合算された電力が出力されることから、従来のように単に系統電流を監視するだけでは燃料電池発電によって発電された電力が系統に逆潮流するのを防止することができない。
【００１２】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、燃料電池発電と太陽光発電とでパワーコンディショナを共用する発電システムにおいて、太陽光発電による発電電力の逆潮流は許容しつつ燃料電池発電による発電電力の逆潮流を防止できる発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】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発電システムは、複数の発電部と、これら各発電部に対応して設けられる複数のコンバータが１のインバータに接続されているパワーコンディショナとを備えてなり、上記複数の発電部が、逆潮流が禁止される逆潮流不可発電部と、逆潮流が許容される逆潮流許容発電部とで構成されている家庭用の発電システムにおいて、家庭負荷で消費される消費電力の検出手段と、上記逆潮流不可発電部の出力電力の検出手段とを備え、上記逆潮流不可発電部の出力電力が上記家庭負荷の消費電力を超えないように、上記パワーコンディショナにおいて逆潮流不可発電部が接続されているコンバータを制御することを特徴とする。
【００１４】
すなわち、この請求項１に係る発明では、家庭負荷で消費される消費電力と逆潮流が禁止される逆潮流不可発電部の出力電力とを監視しながら、逆潮流不可発電部の出力電力が家庭負荷で消費される消費電力を超えないように逆潮流不可発電部が接続されたコンバータが制御されるので、逆潮流不可発電部の出力電力が家庭負荷で消費される電力を上回ることがなく、逆潮流不可発電部で発電された電力が系統に逆潮流するのが防止される。
【００１５】
また、請求項２に記載の発電システムは、複数の発電部と、これら各発電部に対応して設けられる複数のコンバータが１のインバータに接続されているパワーコンディショナとを備えてなり、上記複数の発電部が、逆潮流が禁止される逆潮流不可発電部と、逆潮流が許容される逆潮流許容発電部とで構成されている家庭用の発電システムにおいて、家庭負荷で消費される消費電力の検出手段と、上記逆潮流不可発電部の出力電力の検出手段とを備え、上記逆潮流不可発電部の出力電力に上記パワーコンディショナの入力−出力変換効率を乗算したものが上記家庭負荷の消費電力を超えないように、上記パワーコンディショナにおいて逆潮流不可発電部が接続されているコンバータを制御することを特徴とする。
【００１６】
すなわち、この請求項２に係る発明では、家庭負荷で消費される電力と対比される逆潮流不可発電部で発電された電力として、逆潮流不可発電部の出力電力に代えて、逆潮流不可発電部の出力電力にパワーコンディショナの入力−出力変換効率を乗算したものを用いるので、実際にパワーコンディショナから出力される電力を基準として家庭負荷で消費される電力との対比が行われる。そのため、パワーコンディショナでの電力ロス分だけ逆潮流不可発電部に対する逆潮流防止の制御が実行されるタイミングを遅らせることができ、逆潮流不可発電部での発電電力を有効に利用することができる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発電システムは、請求項１または２に記載の発電システムにおいて、上記家庭負荷で消費される消費電力の検出手段は、上記パワーコンディショナと系統とを接続する主幹配線から家庭負荷への分岐配線に備えられる家庭負荷電流を検出する電流検出手段と、上記系統の電圧を検出する電圧検出手段とを有してなり、これらで検出される家庭負荷電流と系統電圧とを乗じて家庭負荷で消費される消費電力を検出することを特徴とする。
【００１８】
すなわち、この請求項３に係る発明では、電流検出手段と電圧検出手段とによって家庭負荷に流れる電流と系統の電圧とが直接検出され、これらの検出結果から、家庭負荷で消費される電力が検出される。そのため、家庭負荷で消費される電力を正確に検出することができる。
【００１９】
また、請求項４に記載の発電システムは、請求項１または２に記載の発電システムにおいて、上記家庭負荷で消費される消費電力の検出手段は、パワーコンディショナの出力電力の検出手段と、系統からの購入電力の検出手段とを有してなり、これら検出手段で検出される上記パワーコンディショナの出力電力と上記購入電力とを加算して家庭負荷の消費電力を検出することを特徴とする。
【００２０】
すなわち、この請求項４に係る発明では、家庭負荷で消費される電力を、パワーコンディショナの出力電力と系統からの購入電力とに基づいて算出することから、家庭負荷への各分岐配線に電流検出手段を設けなくてすみ、施工容易な簡易な構成によって、逆潮流不可発電部からの逆潮流を防止することができる。
【００２１】
そして、請求項５に記載の発電システムは、請求項１から４のいずれかに記載の発電システムにおいて、上記コンバータの制御主体が逆潮流不可発電部に備えられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、逆潮流が許可された逆潮流許容発電部と逆潮流が禁止されている逆潮流不可発電部とに共用されるパワーコンディショナを用いた発電システムおいて、逆潮流許容発電部で発電された電力が系統に逆潮流するのを妨げることなく、逆潮流不可発電部で発電された発電電力の逆潮流を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る発電システムの一実施形態の概略構成を示す回路ブロック図である。
【図２】同発電システムのパワーコンディショナに接続されるセンサ類を示す説明図である。
【図３】同発電システムの第２の実施形態の概略構成を示す回路ブロック図である。
【図４】同発電システムの第３の実施形態の概略構成を示す回路ブロック図である。
【図５】同発電システムの第３の実施形態の説明図であって、図５（ａ）は、同発電システムの接続例を示しており、図５（ｂ）は同発電システムにおけるパワーコンディショナに接続されるセンサ類を示している。
【図６】従来の発電システムを示す説明図であり、図６（ａ）は同発電システムの概略構成を示すブロック図であり、図６（ｂ）は同発電システムの接続例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
実施形態１
図１は、本発明を適用した発電システムの概略構成を示している。この発電システム１は、家庭用の発電システムであって、図１に示すように、複数の発電部（発電設備）２と、これら発電部２で発電された直流電力を系統（商用電力系統）３に連系可能な交流電力に変換するパワーコンディショナ４とを主要部として備えている。
【００２５】
発電部２は、系統３への逆潮流が許容されている逆潮流許容発電部と、系統３への逆潮流が禁止されている逆潮流不可発電部とで構成されており、図示の実施形態では、逆潮流許容発電部として太陽電池２ａが用いられ、また、逆潮流不可発電部として燃料電池２ｂが用いられている。
【００２６】
上記太陽電池２ａは、太陽光のエネルギを直流電力に変換する発電装置であって、複数の太陽電池セルを接続してなる太陽電池パネルを主要部として備えている。一方、燃料電池２ｂは、天然ガスなどの水素を含む燃料ガスと、空気などの酸素を含む酸化剤ガスとを供給し、水素と酸素を化学反応させて直流電力を得る発電装置である。なお、これら太陽電池２ａおよび燃料電池２ｂの構造はいずれも公知であるのでこれらの詳細な説明は省略するが、燃料電池２ｂには、当該燃料電池のスタックや補機（いずれも図示せず）など燃料電池２ｂの各部を制御するためのＦＣ制御部２０が備えられている。
【００２７】
パワーコンディショナ４は、上記太陽電池２ａと燃料電池２ｂとに共用されるインバータ装置であって、図１に示すように、上記各発電部２ａ，２ｂに対応して設けられる複数のコンバータ５（５ａ，５ｂ）と、これらコンバータ５ａ，５ｂに共用される１のインバータ６と、パワーコンディショナ４の各部を制御するＰＣ制御部７とを主要部として備えている。
【００２８】
上記コンバータ５は、上記インバータ６が系統３に供給可能な電圧（たとえば、ＡＣ２００Ｖ）の交流電力を生成できるように、発電部２から供給される直流電力を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータで構成されている。各コンバータ５ａ，５ｂの具体的な構成・制御については、各コンバータ５ａ，５ｂに接続される発電部２の特性に応じて決定される。本実施形態では、太陽電池２ａが接続されるコンバータ５ａには非絶縁型で最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）のコンバータが用いられる。また、燃料電池２ｂが接続されるコンバータ５ｂには絶縁型で入力電流制御のコンバータが用いられている。
【００２９】
上記インバータ６は、上記コンバータ５ａ，５ｂで昇圧された直流電力を系統３に連系可能な電圧・周波数の交流電力（たとえば、単相三線式２００Ｖ）に変換するＤＣ−ＡＣインバータで構成される。具体的には、このインバータ６は、そのコンバータ５側が図示しないＤＣリンクコンデンサを介して上記各コンバータ５ａ，５ｂの出力接続点Ａと接続されている。一方、インバータ６の系統３側は、Ｕ相、Ｖ相、Ｏ相（中性線）の各配電線（主幹配線）８，９，１０を介して系統３に接続されている。
【００３０】
なお、上記各配電線８，９，１０には家庭負荷（たとえば、蛍光灯、冷蔵庫、洗濯機、エアコンなどの各種電気機器からなる電力負荷）３０にＡＣ１００ＶまたはＡＣ２００Ｖの交流電力を供給するための分岐配線１２，１３，１４が適宜接続されており、家庭負荷３０にはこれら分岐配線１２，１３，１４を介してパワーコンディショナ４または系統３から交流電力が供給されるようになっている。
【００３１】
上記ＰＣ制御部７は、図示しないマイコンを制御中枢として備える制御装置であって、パワーコンディショナ４の各部に備えられる各種のセンサ類で得られる情報に基づいて、パワーコンディショナ４の各部の動作を制御するように構成されている。具体的には、このＰＣ制御部７は、コンバータ５ａ，５ｂやインバータ６の運転／停止、後述するコンバータ５ｂに対する制御などの各種制御を行うようになっている。なお、このＰＣ制御部７は、上記燃料電池２ｂのＦＣ制御部２０との通信機能も備えている。
【００３２】
図２は、このＰＣ制御部７が備える各種センサ類を示している。この図２に示すように、ＰＣ制御部７は、上記各種センサ類として、少なくとも、燃料電池２ｂからコンバータ５ｂに入力される電流を検出する入力電流センサ４１と、燃料電池２ｂからコンバータ５ｂに入力される電圧を検出する入力電圧センサ４２と、系統３の電圧、すなわち、中性線とＵ相およびＶ相の間の電圧を検出する一対の系統電圧センサ４３とを備えるとともに、Ｕ相およびＶ相の配電線８，９から分岐された分岐配線１２，１３に配設されて家庭負荷３０に流れる電流（家庭負荷電流）を検出する一対の電流センサ１５とを備えている。
【００３３】
なお、この電流センサ１５は、ホール電流センサのような交流電流センサで構成されており、ＰＣ制御部７とは信号線１７を介して接続されている。また、この電流センサ１５は、後述するように、家庭負荷３０で消費される電力を検出するために用いられるので、分岐配線１２，１３ごとにそれぞれ設けらている。すなわち、分岐配線１２，１３が複数設けられている場合には、各分岐配線１２，１３についてそれぞれ電流センサ１５が設けられる。
【００３４】
しかして、このように構成された発電システム１においては、燃料電池２ｂが発電中である場合、ＰＣ制御部７は、燃料電池２ｂで発電された電力が家庭負荷３０の消費電力を超えないように、以下のような制御を行うように構成されている。
【００３５】
すなわち、この発電システム１では、燃料電池２ｂが発電を行う場合、ＰＣ制御部７は、家庭負荷３０で消費される電力（家庭負荷消費電力）を検出する。本実施形態では、この家庭負荷消費電力の検出は、上記電流センサ（電流検出手段）１５で検出される家庭負荷電流と、上記系統電圧センサ（電圧検出手段）４３で検出される系統電圧とを乗じる（両者を乗算する）ことによって算出している。つまり、本実施形態では、これら電流センサ１５と系統電圧センサとが家庭負荷消費電力の検出手段として用いられている。
【００３６】
ここで、発電システム１に家庭負荷３０が複数設けられている場合（換言すれば、主幹配線となる配電線８〜１０に複数の分岐配線１２〜１４が設けられている場合）には、ＰＣ制御部７は、各分岐配線１２〜１４に設けられる電流センサ１５で検出される家庭負荷電流を加算した値に系統電圧を乗じることによって、すべての家庭負荷のトータルの消費電力を算出し、その算出結果を上記家庭負荷消費電力として用いる。
【００３７】
このようにして家庭負荷消費電力が検出されると、次に、ＰＣ制御部７は、この家庭負荷消費電力を基にして、燃料電池２ｂで発電される電力が家庭負荷消費電力を超えないように、燃料電池２ｂが接続されているコンバータ５ｂを制御する。
【００３８】
ここで、燃料電池２ｂで発電される電力とは燃料電池２ｂの出力電力を意味するが、本実施形態では、ＰＣ制御部７は、コンバータ５ｂへの入力電力をもって燃料電池２ｂの出力電力を把握するようになっている。つまり、ＰＣ制御部７は、上記入力電流センサ４１の検出値と上記入力電圧センサ４２の検出値とを乗算することによってコンバータ５ｂに対する入力電力を算出し、この入力電力を燃料電池２ｂの出力電力として扱って、上述した家庭負荷消費電力との対比を行うようになっている。
【００３９】
そして、この対比を通じて、ＰＣ制御部７は、コンバータ５ｂへの入力電力が上記家庭負荷消費電力以下となるようにコンバータ５ｂの入力電流制御を行う。すなわち、燃料電池２ｂは、流れる電流によってその出力電圧が変化する特性を有しているので、コンバータ５ｂの入力電流を制御することによって燃料電池２ｂの出力電力が家庭負荷消費電力を超えないように制御している。
【００４０】
このように、本実施形態に示す発電システム１では、ＰＣ制御部７が家庭負荷消費電力を監視しながら燃料電池２ｂの出力電力が家庭負荷消費電力以下となるようにコンバータ５ｂの入力電流を制御するので、燃料電池２ｂで発電される電力（燃料電池２ｂの出力電力）が家庭消費電力を超えることがない。そのため、本実施形態の発電システム１では、燃料電池２ｂで発電された電力が系統３に逆潮流することが防止される。
【００４１】
その一方で、太陽電池２ａが接続されるコンバータ５ａは、上述した通り、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）が行われているので、太陽電池２ａで発電された電力は制限を受けることなくその最大電力がインバータ６に供給される。そのため、太陽電池２ａで発電された電力については、燃料電池２ｂの発電電力と合算された電力が家庭負荷消費電力を超える場合には系統３に逆潮流することとなる。
【００４２】
つまり、本実施形態に示す発電システム１では、太陽電池２ａで発電された電力の逆潮流は妨げられることなく、燃料電池２ｂで発電された電力の逆潮流のみが防止される。しかも、この発電システム１に用いられるパワーコンディショナ４は、複数のコンバータ５に１のインバータ６を接続する構成であるところ、このような構成のパワーコンディショナ４を用いても、燃料電池発電で発電された電力が逆潮流することが防止される。
【００４３】
なお、上述した実施形態では、ＰＣ制御部７は、コンバータ５ｂの入力電流と入力電圧とから燃料電池２ｂの出力電力を特定する構成を示したが、燃料電池２ｂの出力電力は、たとえば、燃料電池２ｂ側に出力電流を検出する出力電流検出手段と出力電圧を検出する出力電圧検出手段とを設けておき、ＰＣ制御部７が、これら検出手段で検出された検出結果を通信により取得し、それらを乗算して燃料電池２ｂの出力電力を検出するように構成することもできる。
【００４４】
また、上述した実施形態では、ＰＣ制御部７は、燃料電池２ｂの出力電力（コンバータ５ｂの入力電力）が家庭負荷消費電力を超えないようにコンバータ５ｂの入力電流制御を行うように構成した場合を示したが、燃料電池２ｂの出力電力に替えて、燃料電池２ｂの出力電力にパワーコンディショナ４の入力−出力変換効率を乗算して得た値を用い、この値が家庭負荷消費電力を超えないようにコンバータ５ｂを制御するように構成することもできる。すなわち、この場合、ＰＣ制御部７は、コンバータ５ｂへの入力電力にパワーコンディショナ４の入力−出力変換効率を乗じて得られる値を家庭負荷消費電力と対比しながらコンバータ５ｂの入力電流制御を行うように構成される。
【００４５】
実施形態２
次に、本発明の第２の実施形態について図３に基づいて説明する。
この第２の実施形態は、上述した実施形態１におけるコンバータ５ｂの制御主体を改変したものであって、上記パワーコンディショナ４のコンバータ５ｂの制御を燃料電池２ｂに備えられるＦＣ制御部２０で行うようにしている。
【００４６】
すなわち、この第２の実施形態に示す発電システム１では、コンバータ５ｂの制御主体が燃料電池２ｂのＦＣ制御部２０となっていることから、家庭負荷電流を検出する電流センサ１５からの信号線１７はＦＣ制御部２０に接続される。また、上述した実施形態１においてＰＣ制御部７が取得していた各種センサ類からの情報は、このＦＣ制御部２０がＰＣ制御部７との通信によって取得するように構成される。なお、その他の基本構成は上述した実施形態１と共通するので、構成が共通する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
そして、本実施形態に示す発電システム１においても燃料電池２ｂが発電を行う場合には、ＦＣ制御部２０は、燃料電池２ｂで発電された電力が家庭負荷３０の消費電力を超えないように以下のような制御を行うように構成される。
【００４８】
すなわち、燃料電池２ｂが発電を行う場合、ＦＣ制御部２０は、まず、家庭負荷消費電力の検出を行う。具体的には、ＦＣ制御部２０は、上記電流センサ１５で検出される家庭負荷電流と、上記系統電圧センサ４３で検出される系統電圧とを乗算して家庭負荷消費電力を算出する。なお、家庭負荷３０が複数設けられている場合には、家庭負荷全体での消費電力が家庭負荷消費電力とされるのは実施形態１と同様である。
【００４９】
そして、家庭負荷消費電力が検出されると、次に、ＦＣ制御部２０は、家庭負荷消費電力を基にして、燃料電池２ｂで発電される電力が家庭負荷消費電力以下となるように、燃料電池２ｂでの発電量を制御するとともに、パワーコンディショナ４のＰＣ制御部７に対してコンバータ５ｂの電流値を指示する指令を送信する。これにより、パワーコンディショナ４のＰＣ制御部７では、ＦＣ制御部２０から送信された電流値に従ってコンバータ５ｂの入力電流制御が行われ、コンバータ５ｂへの入力電力が制御される。
【００５０】
このように、本実施形態では、ＦＣ制御部２０が発電量の制御と併せてＰＣ制御部７に電流値を送信するようにしているが、これは燃料電池２ｂの性質上瞬間的な出力変更ができないからである。ＦＣ制御部２０は、燃料電池２ｂの発電量の調節で対応できない出力変動については、ＰＣ制御部７にコンバータ５ｂの入力電流制御を指令することにより、ＰＣ制御部７とともに対応するようになっている。
【００５１】
そのため、本実施形態に示す発電システム１においてもコンバータ５ｂへの入力電力は家庭負荷消費電力以下に制御され、燃料電池２ｂの出力電力が家庭消費電力を超えることなく、燃料電池２ｂの出力電力の逆潮流が防止される。なお、このとき太陽電池２ａが接続されるコンバータ５ａが最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）を行うのは実施形態１と同様であり、したがって、太陽電池２ａで発電された電力は系統３への逆潮流が可能な状態となっている。
【００５２】
このように、本実施形態に示す発電システム１においても太陽電池２ａで発電された電力の逆潮流は妨げられることなく、燃料電池２ｂで発電された電力の逆潮流を防止することができる。また、太陽電池発電と燃料電池発電に共用されるパワーコンディショナとして、複数のコンバータに１のインバータが備えられているパワーコンディショナを用いることができる。
【００５３】
なお、本実施形態でも燃料電池２ｂの出力電力として燃料電池２ｂ側に出力電流を検出する出力電流検出手段と出力電圧を検出する出力電圧検出手段とを設けて、ＦＣ制御部２０が、これら検出手段で検出される検出結果を乗算して燃料電池２ｂの出力電力を検出するように構成することもできる。また、ＦＣ制御部２０において家庭負荷消費電力と対比される対象として、燃料電池２ｂの出力電力にパワーコンディショナ４の入力−出力変換効率を乗算して得た値を用いてもよいのは上述した実施形態１と同様である。
【００５４】
実施形態３
次に、本発明の第３の実施形態を図４および図５に基づいて説明する。
この第３の実施形態に示す発電システム１は、上述した実施形態１または実施形態２の発電システム１における家庭負荷消費電力の検出方法を改変したものであって、本実施形態では、上述した実施形態１において各分岐配線１２，１３に設けていた家庭負荷電流検出用の電流センサ１５が系統３からの購入電力の検出ができる位置、すなわち、図３に示すように、主幹配線である配電線８，９において分岐配線１２〜１４よりも系統３側に配置されている（図５（ａ）参照）。
【００５５】
そして、この実施形態では、家庭負荷消費電力を検出するに当たり、ＰＣ制御部７は、以下の方法で家庭負荷消費電力を検出している。
【００５６】
すなわち、この実施形態の発電システムでは、家庭負荷消費電力の検出は、パワーコンディショナ４の出力電力、つまり、太陽電池２ａと燃料電池２ｂとで発電された電力の合計値と購入電力とを加算した値を家庭負荷消費電力として用いている。
【００５７】
ここで、購入電力の検出は、上記電流センサ１５と系統電圧センサ４３を購入電力の検出手段として、これらセンサ１５，４３で検出される検出結果を乗ずることによって行われる。具体的には、Ｕ相とＶ相のそれぞれについて購入電力を検出し、これらＵ相とＶ相の購入電力を加算した合計値が購入電力とされる。この計算では、系統３に逆潮流する電力（売電電力）は負の値として計算される。つまり、たとえば、パワーコンディショナ４の出力電力が４０００Ｗで、売電電力が２７００Ｗである場合には、家庭負荷消費電力は４０００Ｗ−２７００Ｗ＝１３００Ｗとなる。なお、パワーコンディショナ４の出力電力の検出は、パワーコンディショナ４の出力電流を検出する出力電流センサ４４（図５（ｂ）参照）と系統電圧センサ４３とを検出手段として、これらの検出値を乗算することによって行われる。
【００５８】
しかして、このようにして家庭負荷消費電力が検出されると、ＰＣ制御部７は、この家庭負荷消費電力を基にして、燃料電池２ｂで発電される電力が家庭負荷消費電力を超えないように、燃料電池２ｂが接続されているコンバータ５ｂの入力電流制御を行う。この入力電流制御は上述した実施形態１と同様であるので説明は省略する。
【００５９】
このように、本発明の第３の実施形態に示す発電システム１では、家庭負荷消費電力を検出するための電流センサ１５を主幹配線である配電線８，９に設けるだけですむので、上述した実施形態１，２に示す発電システムに比べて、部品点数が少なく、しかも施工が容易な発電システムを提供でき、しかも、燃料電池２ｂからの逆潮流を防止するという点では上述した実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
なお、この第３の実施形態に示す発電システムにおいても、上述した実施形態２に示す発電システムと同様に、コンバータ５ｂの制御主体を燃料電池２ｂのＦＣ制御部２０として構成してもよいことはもちろんである。
【００６１】
なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。
【００６２】
たとえば、上述した実施形態では、逆潮流が許容されている逆潮流許容発電部として太陽電池２ａを、また、逆潮流が禁止されている逆潮流不可発電部として燃料電池２ｂを用いた場合を示したが、これらは太陽電池や燃料電池に限られず他の発電設備で構成されていてもよい。
【００６３】
また、上述した実施形態では、発電部２として逆潮流許容発電部と逆潮流不可発電部をそれぞれ１基ずつ備えた（これらに対応するコンバータ５としてコンバータ５ａ，５ｂの２基のコンバータを備えた）場合を示したが、逆潮流許容発電部と逆潮流不可発電部は少なくとも１基ずつ設けられていればよく、したがって、この条件を満たせば発電部２が３基以上（これに対応してコンバータ５も３基以上）設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１ 発電システム
２ 発電部
２ａ 太陽電池
２ｂ 燃料電池
３ 系統
４ パワーコンディショナ
５，５ａ，５ｂ コンバータ
６ インバータ
８，９，１０ 配電線（主幹配線）
１２，１３，１４ 分岐配線
１５ 電流センサ
１７ 信号線
３０ 家庭負荷
【技術分野】
【０００１】
この発明は発電システムに関し、より詳細には、系統（商用電力系統）への逆潮流が許容された発電部と、系統への逆潮流が禁止される発電部と、これらに共用される１台のパワーコンディショナとを備えた発電システムにおいて、逆潮流が禁止される発電部から系統への逆潮流を防止するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、二酸化炭素排出量の削減やエネルギの有効利用などの観点から、燃料電池による発電（燃料電池発電）に太陽電池による発電（太陽光発電）を組み合わせて使用する家庭用の発電システムが提供されている。
【０００３】
これら燃料電池発電や太陽光発電の発電設備は、いずれも直流電力を生成するものであることから、これらの発電設備で発電された電力を家庭負荷（電力負荷）で使用するために、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置であるパワーコンディショナが用いられている。
【０００４】
ところで、このような家庭用の発電システムにおいては、電気事業者（電力会社）との取り決めにより、自然のエネルギを利用する太陽光発電で発電した電力は系統に逆潮流させることが許容されるが、化石燃料を用いる燃料電池発電で発電した電力は系統への逆潮流が禁止されていることから、燃料電池発電で発電された電力が系統に逆潮流しないようにする必要がある。
【０００５】
そのため、この種の発電システムでは、従来、図６（ａ）に示すように、燃料電池発電の発電システムａと太陽光発電の発電システムｂは、それぞれに別々にパワーコンディショナｃ、ｄを備えていた。なお、図６（ａ）において符号ｅは太陽電池（太陽電池パネル）を、符号ｆは燃料電池を示している。また、符号ｈは系統ｊの電圧を検出する系統電圧センサを、ｉはパワーコンディショナｃの出力電流を検出する出力電流センサである。
【０００６】
そして、この種の発電システムでは、図６（ｂ）に示すように、系統ｊ側に太陽光発電の発電システムｂ、家庭負荷（電力負荷）側に燃料電池発電の発電システムａを接続するとともに、燃料電池発電の発電システムａから系統ｊ側に流れる電流（系統電流）を監視できるように、家庭用負荷検出用の電流センサｇが太陽光発電の発電システムａと燃料電池発電の発電システムｂとの間に配置されている。そして、燃料電池発電のパワーコンディショナｃは、燃料電池ｆで発電された電力を系統ｊに出力しないように家庭負荷ｋでの消費電力Ｐを監視しながら、パワーコンディショナｃの出力電力Ｐａが家庭負荷ｋの消費電力Ｐを超えないように（つまり、Ｐ−Ｐａ≧０となるように）、パワーコンディショナｃの出力制御（逆潮流防止制御）を行っている。
【０００７】
その一方で、最近では、パワーコンディショナの小型化の要請から、複数の発電設備で１台のパワーコンディショナを共用するものが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００８】
このように複数の発電設備に共用されるパワーコンディショナでは、コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）が発電設備ごとに備えられるとともに、これら発電設備ごとに備えられる複数のコンバータに共用されるインバータとして１基のインバータ（ＤＣ−ＡＣインバータ）が備えられており、各コンバータにおいて昇圧された直流電力が上記インバータで交流電力に変換されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１３６１１２号公報
【特許文献２】特開２００５−１５１６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような従来の構成には以下のような問題があり、その改善が望まれていた。
【００１１】
すなわち、燃料電池発電と太陽光発電とを組み合わせてなる発電システムにおいてパワーコンディショナを共用する構成を採用すると、パワーコンディショナからは燃料電池発電の発電電力と太陽光発電の発電電力が合算された電力が出力されることから、従来のように単に系統電流を監視するだけでは燃料電池発電によって発電された電力が系統に逆潮流するのを防止することができない。
【００１２】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、燃料電池発電と太陽光発電とでパワーコンディショナを共用する発電システムにおいて、太陽光発電による発電電力の逆潮流は許容しつつ燃料電池発電による発電電力の逆潮流を防止できる発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】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発電システムは、複数の発電部と、これら各発電部に対応して設けられる複数のコンバータが１のインバータに接続されているパワーコンディショナとを備えてなり、上記複数の発電部が、逆潮流が禁止される逆潮流不可発電部と、逆潮流が許容される逆潮流許容発電部とで構成されている家庭用の発電システムにおいて、家庭負荷で消費される消費電力の検出手段と、上記逆潮流不可発電部の出力電力の検出手段とを備え、上記逆潮流不可発電部の出力電力が上記家庭負荷の消費電力を超えないように、上記パワーコンディショナにおいて逆潮流不可発電部が接続されているコンバータを制御することを特徴とする。
【００１４】
すなわち、この請求項１に係る発明では、家庭負荷で消費される消費電力と逆潮流が禁止される逆潮流不可発電部の出力電力とを監視しながら、逆潮流不可発電部の出力電力が家庭負荷で消費される消費電力を超えないように逆潮流不可発電部が接続されたコンバータが制御されるので、逆潮流不可発電部の出力電力が家庭負荷で消費される電力を上回ることがなく、逆潮流不可発電部で発電された電力が系統に逆潮流するのが防止される。
【００１５】
また、請求項２に記載の発電システムは、複数の発電部と、これら各発電部に対応して設けられる複数のコンバータが１のインバータに接続されているパワーコンディショナとを備えてなり、上記複数の発電部が、逆潮流が禁止される逆潮流不可発電部と、逆潮流が許容される逆潮流許容発電部とで構成されている家庭用の発電システムにおいて、家庭負荷で消費される消費電力の検出手段と、上記逆潮流不可発電部の出力電力の検出手段とを備え、上記逆潮流不可発電部の出力電力に上記パワーコンディショナの入力−出力変換効率を乗算したものが上記家庭負荷の消費電力を超えないように、上記パワーコンディショナにおいて逆潮流不可発電部が接続されているコンバータを制御することを特徴とする。
【００１６】
すなわち、この請求項２に係る発明では、家庭負荷で消費される電力と対比される逆潮流不可発電部で発電された電力として、逆潮流不可発電部の出力電力に代えて、逆潮流不可発電部の出力電力にパワーコンディショナの入力−出力変換効率を乗算したものを用いるので、実際にパワーコンディショナから出力される電力を基準として家庭負荷で消費される電力との対比が行われる。そのため、パワーコンディショナでの電力ロス分だけ逆潮流不可発電部に対する逆潮流防止の制御が実行されるタイミングを遅らせることができ、逆潮流不可発電部での発電電力を有効に利用することができる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発電システムは、請求項１または２に記載の発電システムにおいて、上記家庭負荷で消費される消費電力の検出手段は、上記パワーコンディショナと系統とを接続する主幹配線から家庭負荷への分岐配線に備えられる家庭負荷電流を検出する電流検出手段と、上記系統の電圧を検出する電圧検出手段とを有してなり、これらで検出される家庭負荷電流と系統電圧とを乗じて家庭負荷で消費される消費電力を検出することを特徴とする。
【００１８】
すなわち、この請求項３に係る発明では、電流検出手段と電圧検出手段とによって家庭負荷に流れる電流と系統の電圧とが直接検出され、これらの検出結果から、家庭負荷で消費される電力が検出される。そのため、家庭負荷で消費される電力を正確に検出することができる。
【００１９】
また、請求項４に記載の発電システムは、請求項１または２に記載の発電システムにおいて、上記家庭負荷で消費される消費電力の検出手段は、パワーコンディショナの出力電力の検出手段と、系統からの購入電力の検出手段とを有してなり、これら検出手段で検出される上記パワーコンディショナの出力電力と上記購入電力とを加算して家庭負荷の消費電力を検出することを特徴とする。
【００２０】
すなわち、この請求項４に係る発明では、家庭負荷で消費される電力を、パワーコンディショナの出力電力と系統からの購入電力とに基づいて算出することから、家庭負荷への各分岐配線に電流検出手段を設けなくてすみ、施工容易な簡易な構成によって、逆潮流不可発電部からの逆潮流を防止することができる。
【００２１】
そして、請求項５に記載の発電システムは、請求項１から４のいずれかに記載の発電システムにおいて、上記コンバータの制御主体が逆潮流不可発電部に備えられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、逆潮流が許可された逆潮流許容発電部と逆潮流が禁止されている逆潮流不可発電部とに共用されるパワーコンディショナを用いた発電システムおいて、逆潮流許容発電部で発電された電力が系統に逆潮流するのを妨げることなく、逆潮流不可発電部で発電された発電電力の逆潮流を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る発電システムの一実施形態の概略構成を示す回路ブロック図である。
【図２】同発電システムのパワーコンディショナに接続されるセンサ類を示す説明図である。
【図３】同発電システムの第２の実施形態の概略構成を示す回路ブロック図である。
【図４】同発電システムの第３の実施形態の概略構成を示す回路ブロック図である。
【図５】同発電システムの第３の実施形態の説明図であって、図５（ａ）は、同発電システムの接続例を示しており、図５（ｂ）は同発電システムにおけるパワーコンディショナに接続されるセンサ類を示している。
【図６】従来の発電システムを示す説明図であり、図６（ａ）は同発電システムの概略構成を示すブロック図であり、図６（ｂ）は同発電システムの接続例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
実施形態１
図１は、本発明を適用した発電システムの概略構成を示している。この発電システム１は、家庭用の発電システムであって、図１に示すように、複数の発電部（発電設備）２と、これら発電部２で発電された直流電力を系統（商用電力系統）３に連系可能な交流電力に変換するパワーコンディショナ４とを主要部として備えている。
【００２５】
発電部２は、系統３への逆潮流が許容されている逆潮流許容発電部と、系統３への逆潮流が禁止されている逆潮流不可発電部とで構成されており、図示の実施形態では、逆潮流許容発電部として太陽電池２ａが用いられ、また、逆潮流不可発電部として燃料電池２ｂが用いられている。
【００２６】
上記太陽電池２ａは、太陽光のエネルギを直流電力に変換する発電装置であって、複数の太陽電池セルを接続してなる太陽電池パネルを主要部として備えている。一方、燃料電池２ｂは、天然ガスなどの水素を含む燃料ガスと、空気などの酸素を含む酸化剤ガスとを供給し、水素と酸素を化学反応させて直流電力を得る発電装置である。なお、これら太陽電池２ａおよび燃料電池２ｂの構造はいずれも公知であるのでこれらの詳細な説明は省略するが、燃料電池２ｂには、当該燃料電池のスタックや補機（いずれも図示せず）など燃料電池２ｂの各部を制御するためのＦＣ制御部２０が備えられている。
【００２７】
パワーコンディショナ４は、上記太陽電池２ａと燃料電池２ｂとに共用されるインバータ装置であって、図１に示すように、上記各発電部２ａ，２ｂに対応して設けられる複数のコンバータ５（５ａ，５ｂ）と、これらコンバータ５ａ，５ｂに共用される１のインバータ６と、パワーコンディショナ４の各部を制御するＰＣ制御部７とを主要部として備えている。
【００２８】
上記コンバータ５は、上記インバータ６が系統３に供給可能な電圧（たとえば、ＡＣ２００Ｖ）の交流電力を生成できるように、発電部２から供給される直流電力を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータで構成されている。各コンバータ５ａ，５ｂの具体的な構成・制御については、各コンバータ５ａ，５ｂに接続される発電部２の特性に応じて決定される。本実施形態では、太陽電池２ａが接続されるコンバータ５ａには非絶縁型で最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）のコンバータが用いられる。また、燃料電池２ｂが接続されるコンバータ５ｂには絶縁型で入力電流制御のコンバータが用いられている。
【００２９】
上記インバータ６は、上記コンバータ５ａ，５ｂで昇圧された直流電力を系統３に連系可能な電圧・周波数の交流電力（たとえば、単相三線式２００Ｖ）に変換するＤＣ−ＡＣインバータで構成される。具体的には、このインバータ６は、そのコンバータ５側が図示しないＤＣリンクコンデンサを介して上記各コンバータ５ａ，５ｂの出力接続点Ａと接続されている。一方、インバータ６の系統３側は、Ｕ相、Ｖ相、Ｏ相（中性線）の各配電線（主幹配線）８，９，１０を介して系統３に接続されている。
【００３０】
なお、上記各配電線８，９，１０には家庭負荷（たとえば、蛍光灯、冷蔵庫、洗濯機、エアコンなどの各種電気機器からなる電力負荷）３０にＡＣ１００ＶまたはＡＣ２００Ｖの交流電力を供給するための分岐配線１２，１３，１４が適宜接続されており、家庭負荷３０にはこれら分岐配線１２，１３，１４を介してパワーコンディショナ４または系統３から交流電力が供給されるようになっている。
【００３１】
上記ＰＣ制御部７は、図示しないマイコンを制御中枢として備える制御装置であって、パワーコンディショナ４の各部に備えられる各種のセンサ類で得られる情報に基づいて、パワーコンディショナ４の各部の動作を制御するように構成されている。具体的には、このＰＣ制御部７は、コンバータ５ａ，５ｂやインバータ６の運転／停止、後述するコンバータ５ｂに対する制御などの各種制御を行うようになっている。なお、このＰＣ制御部７は、上記燃料電池２ｂのＦＣ制御部２０との通信機能も備えている。
【００３２】
図２は、このＰＣ制御部７が備える各種センサ類を示している。この図２に示すように、ＰＣ制御部７は、上記各種センサ類として、少なくとも、燃料電池２ｂからコンバータ５ｂに入力される電流を検出する入力電流センサ４１と、燃料電池２ｂからコンバータ５ｂに入力される電圧を検出する入力電圧センサ４２と、系統３の電圧、すなわち、中性線とＵ相およびＶ相の間の電圧を検出する一対の系統電圧センサ４３とを備えるとともに、Ｕ相およびＶ相の配電線８，９から分岐された分岐配線１２，１３に配設されて家庭負荷３０に流れる電流（家庭負荷電流）を検出する一対の電流センサ１５とを備えている。
【００３３】
なお、この電流センサ１５は、ホール電流センサのような交流電流センサで構成されており、ＰＣ制御部７とは信号線１７を介して接続されている。また、この電流センサ１５は、後述するように、家庭負荷３０で消費される電力を検出するために用いられるので、分岐配線１２，１３ごとにそれぞれ設けらている。すなわち、分岐配線１２，１３が複数設けられている場合には、各分岐配線１２，１３についてそれぞれ電流センサ１５が設けられる。
【００３４】
しかして、このように構成された発電システム１においては、燃料電池２ｂが発電中である場合、ＰＣ制御部７は、燃料電池２ｂで発電された電力が家庭負荷３０の消費電力を超えないように、以下のような制御を行うように構成されている。
【００３５】
すなわち、この発電システム１では、燃料電池２ｂが発電を行う場合、ＰＣ制御部７は、家庭負荷３０で消費される電力（家庭負荷消費電力）を検出する。本実施形態では、この家庭負荷消費電力の検出は、上記電流センサ（電流検出手段）１５で検出される家庭負荷電流と、上記系統電圧センサ（電圧検出手段）４３で検出される系統電圧とを乗じる（両者を乗算する）ことによって算出している。つまり、本実施形態では、これら電流センサ１５と系統電圧センサとが家庭負荷消費電力の検出手段として用いられている。
【００３６】
ここで、発電システム１に家庭負荷３０が複数設けられている場合（換言すれば、主幹配線となる配電線８〜１０に複数の分岐配線１２〜１４が設けられている場合）には、ＰＣ制御部７は、各分岐配線１２〜１４に設けられる電流センサ１５で検出される家庭負荷電流を加算した値に系統電圧を乗じることによって、すべての家庭負荷のトータルの消費電力を算出し、その算出結果を上記家庭負荷消費電力として用いる。
【００３７】
このようにして家庭負荷消費電力が検出されると、次に、ＰＣ制御部７は、この家庭負荷消費電力を基にして、燃料電池２ｂで発電される電力が家庭負荷消費電力を超えないように、燃料電池２ｂが接続されているコンバータ５ｂを制御する。
【００３８】
ここで、燃料電池２ｂで発電される電力とは燃料電池２ｂの出力電力を意味するが、本実施形態では、ＰＣ制御部７は、コンバータ５ｂへの入力電力をもって燃料電池２ｂの出力電力を把握するようになっている。つまり、ＰＣ制御部７は、上記入力電流センサ４１の検出値と上記入力電圧センサ４２の検出値とを乗算することによってコンバータ５ｂに対する入力電力を算出し、この入力電力を燃料電池２ｂの出力電力として扱って、上述した家庭負荷消費電力との対比を行うようになっている。
【００３９】
そして、この対比を通じて、ＰＣ制御部７は、コンバータ５ｂへの入力電力が上記家庭負荷消費電力以下となるようにコンバータ５ｂの入力電流制御を行う。すなわち、燃料電池２ｂは、流れる電流によってその出力電圧が変化する特性を有しているので、コンバータ５ｂの入力電流を制御することによって燃料電池２ｂの出力電力が家庭負荷消費電力を超えないように制御している。
【００４０】
このように、本実施形態に示す発電システム１では、ＰＣ制御部７が家庭負荷消費電力を監視しながら燃料電池２ｂの出力電力が家庭負荷消費電力以下となるようにコンバータ５ｂの入力電流を制御するので、燃料電池２ｂで発電される電力（燃料電池２ｂの出力電力）が家庭消費電力を超えることがない。そのため、本実施形態の発電システム１では、燃料電池２ｂで発電された電力が系統３に逆潮流することが防止される。
【００４１】
その一方で、太陽電池２ａが接続されるコンバータ５ａは、上述した通り、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）が行われているので、太陽電池２ａで発電された電力は制限を受けることなくその最大電力がインバータ６に供給される。そのため、太陽電池２ａで発電された電力については、燃料電池２ｂの発電電力と合算された電力が家庭負荷消費電力を超える場合には系統３に逆潮流することとなる。
【００４２】
つまり、本実施形態に示す発電システム１では、太陽電池２ａで発電された電力の逆潮流は妨げられることなく、燃料電池２ｂで発電された電力の逆潮流のみが防止される。しかも、この発電システム１に用いられるパワーコンディショナ４は、複数のコンバータ５に１のインバータ６を接続する構成であるところ、このような構成のパワーコンディショナ４を用いても、燃料電池発電で発電された電力が逆潮流することが防止される。
【００４３】
なお、上述した実施形態では、ＰＣ制御部７は、コンバータ５ｂの入力電流と入力電圧とから燃料電池２ｂの出力電力を特定する構成を示したが、燃料電池２ｂの出力電力は、たとえば、燃料電池２ｂ側に出力電流を検出する出力電流検出手段と出力電圧を検出する出力電圧検出手段とを設けておき、ＰＣ制御部７が、これら検出手段で検出された検出結果を通信により取得し、それらを乗算して燃料電池２ｂの出力電力を検出するように構成することもできる。
【００４４】
また、上述した実施形態では、ＰＣ制御部７は、燃料電池２ｂの出力電力（コンバータ５ｂの入力電力）が家庭負荷消費電力を超えないようにコンバータ５ｂの入力電流制御を行うように構成した場合を示したが、燃料電池２ｂの出力電力に替えて、燃料電池２ｂの出力電力にパワーコンディショナ４の入力−出力変換効率を乗算して得た値を用い、この値が家庭負荷消費電力を超えないようにコンバータ５ｂを制御するように構成することもできる。すなわち、この場合、ＰＣ制御部７は、コンバータ５ｂへの入力電力にパワーコンディショナ４の入力−出力変換効率を乗じて得られる値を家庭負荷消費電力と対比しながらコンバータ５ｂの入力電流制御を行うように構成される。
【００４５】
実施形態２
次に、本発明の第２の実施形態について図３に基づいて説明する。
この第２の実施形態は、上述した実施形態１におけるコンバータ５ｂの制御主体を改変したものであって、上記パワーコンディショナ４のコンバータ５ｂの制御を燃料電池２ｂに備えられるＦＣ制御部２０で行うようにしている。
【００４６】
すなわち、この第２の実施形態に示す発電システム１では、コンバータ５ｂの制御主体が燃料電池２ｂのＦＣ制御部２０となっていることから、家庭負荷電流を検出する電流センサ１５からの信号線１７はＦＣ制御部２０に接続される。また、上述した実施形態１においてＰＣ制御部７が取得していた各種センサ類からの情報は、このＦＣ制御部２０がＰＣ制御部７との通信によって取得するように構成される。なお、その他の基本構成は上述した実施形態１と共通するので、構成が共通する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
そして、本実施形態に示す発電システム１においても燃料電池２ｂが発電を行う場合には、ＦＣ制御部２０は、燃料電池２ｂで発電された電力が家庭負荷３０の消費電力を超えないように以下のような制御を行うように構成される。
【００４８】
すなわち、燃料電池２ｂが発電を行う場合、ＦＣ制御部２０は、まず、家庭負荷消費電力の検出を行う。具体的には、ＦＣ制御部２０は、上記電流センサ１５で検出される家庭負荷電流と、上記系統電圧センサ４３で検出される系統電圧とを乗算して家庭負荷消費電力を算出する。なお、家庭負荷３０が複数設けられている場合には、家庭負荷全体での消費電力が家庭負荷消費電力とされるのは実施形態１と同様である。
【００４９】
そして、家庭負荷消費電力が検出されると、次に、ＦＣ制御部２０は、家庭負荷消費電力を基にして、燃料電池２ｂで発電される電力が家庭負荷消費電力以下となるように、燃料電池２ｂでの発電量を制御するとともに、パワーコンディショナ４のＰＣ制御部７に対してコンバータ５ｂの電流値を指示する指令を送信する。これにより、パワーコンディショナ４のＰＣ制御部７では、ＦＣ制御部２０から送信された電流値に従ってコンバータ５ｂの入力電流制御が行われ、コンバータ５ｂへの入力電力が制御される。
【００５０】
このように、本実施形態では、ＦＣ制御部２０が発電量の制御と併せてＰＣ制御部７に電流値を送信するようにしているが、これは燃料電池２ｂの性質上瞬間的な出力変更ができないからである。ＦＣ制御部２０は、燃料電池２ｂの発電量の調節で対応できない出力変動については、ＰＣ制御部７にコンバータ５ｂの入力電流制御を指令することにより、ＰＣ制御部７とともに対応するようになっている。
【００５１】
そのため、本実施形態に示す発電システム１においてもコンバータ５ｂへの入力電力は家庭負荷消費電力以下に制御され、燃料電池２ｂの出力電力が家庭消費電力を超えることなく、燃料電池２ｂの出力電力の逆潮流が防止される。なお、このとき太陽電池２ａが接続されるコンバータ５ａが最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）を行うのは実施形態１と同様であり、したがって、太陽電池２ａで発電された電力は系統３への逆潮流が可能な状態となっている。
【００５２】
このように、本実施形態に示す発電システム１においても太陽電池２ａで発電された電力の逆潮流は妨げられることなく、燃料電池２ｂで発電された電力の逆潮流を防止することができる。また、太陽電池発電と燃料電池発電に共用されるパワーコンディショナとして、複数のコンバータに１のインバータが備えられているパワーコンディショナを用いることができる。
【００５３】
なお、本実施形態でも燃料電池２ｂの出力電力として燃料電池２ｂ側に出力電流を検出する出力電流検出手段と出力電圧を検出する出力電圧検出手段とを設けて、ＦＣ制御部２０が、これら検出手段で検出される検出結果を乗算して燃料電池２ｂの出力電力を検出するように構成することもできる。また、ＦＣ制御部２０において家庭負荷消費電力と対比される対象として、燃料電池２ｂの出力電力にパワーコンディショナ４の入力−出力変換効率を乗算して得た値を用いてもよいのは上述した実施形態１と同様である。
【００５４】
実施形態３
次に、本発明の第３の実施形態を図４および図５に基づいて説明する。
この第３の実施形態に示す発電システム１は、上述した実施形態１または実施形態２の発電システム１における家庭負荷消費電力の検出方法を改変したものであって、本実施形態では、上述した実施形態１において各分岐配線１２，１３に設けていた家庭負荷電流検出用の電流センサ１５が系統３からの購入電力の検出ができる位置、すなわち、図３に示すように、主幹配線である配電線８，９において分岐配線１２〜１４よりも系統３側に配置されている（図５（ａ）参照）。
【００５５】
そして、この実施形態では、家庭負荷消費電力を検出するに当たり、ＰＣ制御部７は、以下の方法で家庭負荷消費電力を検出している。
【００５６】
すなわち、この実施形態の発電システムでは、家庭負荷消費電力の検出は、パワーコンディショナ４の出力電力、つまり、太陽電池２ａと燃料電池２ｂとで発電された電力の合計値と購入電力とを加算した値を家庭負荷消費電力として用いている。
【００５７】
ここで、購入電力の検出は、上記電流センサ１５と系統電圧センサ４３を購入電力の検出手段として、これらセンサ１５，４３で検出される検出結果を乗ずることによって行われる。具体的には、Ｕ相とＶ相のそれぞれについて購入電力を検出し、これらＵ相とＶ相の購入電力を加算した合計値が購入電力とされる。この計算では、系統３に逆潮流する電力（売電電力）は負の値として計算される。つまり、たとえば、パワーコンディショナ４の出力電力が４０００Ｗで、売電電力が２７００Ｗである場合には、家庭負荷消費電力は４０００Ｗ−２７００Ｗ＝１３００Ｗとなる。なお、パワーコンディショナ４の出力電力の検出は、パワーコンディショナ４の出力電流を検出する出力電流センサ４４（図５（ｂ）参照）と系統電圧センサ４３とを検出手段として、これらの検出値を乗算することによって行われる。
【００５８】
しかして、このようにして家庭負荷消費電力が検出されると、ＰＣ制御部７は、この家庭負荷消費電力を基にして、燃料電池２ｂで発電される電力が家庭負荷消費電力を超えないように、燃料電池２ｂが接続されているコンバータ５ｂの入力電流制御を行う。この入力電流制御は上述した実施形態１と同様であるので説明は省略する。
【００５９】
このように、本発明の第３の実施形態に示す発電システム１では、家庭負荷消費電力を検出するための電流センサ１５を主幹配線である配電線８，９に設けるだけですむので、上述した実施形態１，２に示す発電システムに比べて、部品点数が少なく、しかも施工が容易な発電システムを提供でき、しかも、燃料電池２ｂからの逆潮流を防止するという点では上述した実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
なお、この第３の実施形態に示す発電システムにおいても、上述した実施形態２に示す発電システムと同様に、コンバータ５ｂの制御主体を燃料電池２ｂのＦＣ制御部２０として構成してもよいことはもちろんである。
【００６１】
なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。
【００６２】
たとえば、上述した実施形態では、逆潮流が許容されている逆潮流許容発電部として太陽電池２ａを、また、逆潮流が禁止されている逆潮流不可発電部として燃料電池２ｂを用いた場合を示したが、これらは太陽電池や燃料電池に限られず他の発電設備で構成されていてもよい。
【００６３】
また、上述した実施形態では、発電部２として逆潮流許容発電部と逆潮流不可発電部をそれぞれ１基ずつ備えた（これらに対応するコンバータ５としてコンバータ５ａ，５ｂの２基のコンバータを備えた）場合を示したが、逆潮流許容発電部と逆潮流不可発電部は少なくとも１基ずつ設けられていればよく、したがって、この条件を満たせば発電部２が３基以上（これに対応してコンバータ５も３基以上）設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１ 発電システム
２ 発電部
２ａ 太陽電池
２ｂ 燃料電池
３ 系統
４ パワーコンディショナ
５，５ａ，５ｂ コンバータ
６ インバータ
８，９，１０ 配電線（主幹配線）
１２，１３，１４ 分岐配線
１５ 電流センサ
１７ 信号線
３０ 家庭負荷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発電部と、これら各発電部に対応して設けられる複数のコンバータが１のインバータに接続されているパワーコンディショナとを備えてなり、前記複数の発電部が、逆潮流が禁止される逆潮流不可発電部と、逆潮流が許容される逆潮流許容発電部とで構成されている家庭用の発電システムにおいて、
家庭負荷で消費される消費電力の検出手段と、前記逆潮流不可発電部の出力電力の検出手段とを備え、
前記逆潮流不可発電部の出力電力が前記家庭負荷の消費電力を超えないように、前記パワーコンディショナにおいて逆潮流不可発電部が接続されているコンバータを制御することを特徴とする発電システム。
【請求項２】
複数の発電部と、これら各発電部に対応して設けられる複数のコンバータが１のインバータに接続されているパワーコンディショナとを備えてなり、前記複数の発電部が、逆潮流が禁止される逆潮流不可発電部と、逆潮流が許容される逆潮流許容発電部とで構成されている家庭用の発電システムにおいて、
家庭負荷で消費される消費電力の検出手段と、前記逆潮流不可発電部の出力電力の検出手段とを備え、
前記逆潮流不可発電部の出力電力に前記パワーコンディショナの入力−出力変換効率を乗算したものが前記家庭負荷の消費電力を超えないように、前記パワーコンディショナにおいて逆潮流不可発電部が接続されているコンバータを制御することを特徴とする発電システム。
【請求項３】
前記家庭負荷で消費される消費電力の検出手段は、前記パワーコンディショナと系統とを接続する主幹配線から家庭負荷への分岐配線に備えられる家庭負荷電流を検出する電流検出手段と、前記系統の電圧を検出する電圧検出手段とを有してなり、これらで検出される家庭負荷電流と系統電圧とを乗じて家庭負荷で消費される消費電力を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記家庭負荷で消費される消費電力の検出手段は、パワーコンディショナの出力電力の検出手段と、系統からの購入電力の検出手段とを有してなり、これらで検出される前記パワーコンディショナの出力電力と前記購入電力とを加算して家庭負荷の消費電力を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の発電システム。
【請求項５】
前記コンバータの制御主体が逆潮流不可発電部に備えられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の発電システム。
【請求項１】
複数の発電部と、これら各発電部に対応して設けられる複数のコンバータが１のインバータに接続されているパワーコンディショナとを備えてなり、前記複数の発電部が、逆潮流が禁止される逆潮流不可発電部と、逆潮流が許容される逆潮流許容発電部とで構成されている家庭用の発電システムにおいて、
家庭負荷で消費される消費電力の検出手段と、前記逆潮流不可発電部の出力電力の検出手段とを備え、
前記逆潮流不可発電部の出力電力が前記家庭負荷の消費電力を超えないように、前記パワーコンディショナにおいて逆潮流不可発電部が接続されているコンバータを制御することを特徴とする発電システム。
【請求項２】
複数の発電部と、これら各発電部に対応して設けられる複数のコンバータが１のインバータに接続されているパワーコンディショナとを備えてなり、前記複数の発電部が、逆潮流が禁止される逆潮流不可発電部と、逆潮流が許容される逆潮流許容発電部とで構成されている家庭用の発電システムにおいて、
家庭負荷で消費される消費電力の検出手段と、前記逆潮流不可発電部の出力電力の検出手段とを備え、
前記逆潮流不可発電部の出力電力に前記パワーコンディショナの入力−出力変換効率を乗算したものが前記家庭負荷の消費電力を超えないように、前記パワーコンディショナにおいて逆潮流不可発電部が接続されているコンバータを制御することを特徴とする発電システム。
【請求項３】
前記家庭負荷で消費される消費電力の検出手段は、前記パワーコンディショナと系統とを接続する主幹配線から家庭負荷への分岐配線に備えられる家庭負荷電流を検出する電流検出手段と、前記系統の電圧を検出する電圧検出手段とを有してなり、これらで検出される家庭負荷電流と系統電圧とを乗じて家庭負荷で消費される消費電力を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記家庭負荷で消費される消費電力の検出手段は、パワーコンディショナの出力電力の検出手段と、系統からの購入電力の検出手段とを有してなり、これらで検出される前記パワーコンディショナの出力電力と前記購入電力とを加算して家庭負荷の消費電力を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の発電システム。
【請求項５】
前記コンバータの制御主体が逆潮流不可発電部に備えられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２１３２８３（Ｐ２０１２−２１３２８３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７７７５４（Ｐ２０１１−７７７５４）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００４７０９）株式会社ノーリツ (1,293)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００４７０９）株式会社ノーリツ (1,293)
【Ｆターム（参考）】
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