電力制御装置及び電力制御方法
【課題】太陽電池と燃料電池とを併用して負荷の消費電力を賄うことができるようにする。
【解決手段】ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００を併用して負荷４００に電力を供給するためのＨＥＭＳコントローラ５１０は、ＰＶユニット２００の将来における出力電力量の予測値であるＰＶ予測電力量を取得する取得部５１１と、ＰＶ予測電力量に基づいて、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を制御する制御部５１２と、を有する。
【解決手段】ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００を併用して負荷４００に電力を供給するためのＨＥＭＳコントローラ５１０は、ＰＶユニット２００の将来における出力電力量の予測値であるＰＶ予測電力量を取得する取得部５１１と、ＰＶ予測電力量に基づいて、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を制御する制御部５１２と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、需要家に設けられる負荷への電力供給を制御する電力制御装置及び電力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力の需要家（住宅など）において、電力系統（以下、「系統」）の補助電源としての燃料電池や太陽電池の普及が進んでいる。
【０００３】
燃料電池は、天然ガスなどから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応により発電する発電装置である。発電の際に発生する熱を熱交換でお湯にして貯湯槽に貯えておき、貯湯槽内の貯湯を給湯に供するコジェネレーションシステムも知られている。燃料電池は発電量を制御可能であることから、負荷の負荷電力量に追従するように燃料電池の発電量を制御する「負荷追従制御」が適用されることがある。
【０００４】
太陽電池は、太陽光を受けて発電する発電装置である。太陽電池の発電量は成り行き任せ（自然任せ）である。このため、太陽電池を効率的に運用するために、予測される日射量や、太陽電池の発電特性、設置条件などに基づいて、太陽電池の将来の発電量を予測する「発電量予測技術」が適用されることがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１８７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年の大規模停電や電気料金などの電力事情、あるいは環境意識の高まりなどを考慮すると、系統からの電力に依存せずに、太陽電池と燃料電池とを併用して需要家内の負荷の消費電力を全て賄いたいというニーズがある。
【０００７】
しかしながら、燃料電池は負荷追従が可能であるものの、燃料電池の発電原理に起因して燃料電池の発電量は急激に増加できない。このため、負荷の消費電力が急激に増加した場合で、太陽電池の発電量が少ない場合には、負荷の消費電力を賄うことができない問題がある。
【０００８】
また、負荷の負荷電力量が一定であっても、太陽電池の発電量が急激に減少した場合には、負荷の消費電力を賄うことができない問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、太陽電池と燃料電池とを併用して負荷の消費電力を賄うことができる電力制御装置及び電力制御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】
上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。
【００１１】
本発明に係る電力制御装置の特徴は、燃料電池ユニット（例えばＳＯＦＣユニット１００）及び太陽電池ユニット（例えばＰＶユニット２００）を併用して負荷（例えば負荷４００）に電力を供給するための電力制御装置（例えばＳＯＦＣコントローラ１４０又はＨＥＭＳコントローラ５１０）であって、前記太陽電池ユニットの将来における出力電力量の予測値である太陽電池予測電力量を取得する取得部（例えば取得部１４１又は取得部５１１）と、前記太陽電池予測電力量に基づいて、前記燃料電池ユニットの出力電力量を制御する制御部（例えば制御部１４２又は制御部５１２）と、を有することを要旨とする。
【００１２】
本発明に係る電力制御装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記取得部は、さらに、前記太陽電池ユニットの現時点での出力電力量の計測値である太陽電池現在電力量を取得し、前記制御部は、前記太陽電池現在電力量に対する前記太陽電池予測電力量の変動状態に基づいて、前記燃料電池ユニットの出力電力量を制御する、ことを要旨とする。
【００１３】
本発明に係る電力制御装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記取得部は、さらに、前記負荷が消費する電力量の計測値である負荷電力量を取得し、前記制御部は、前記負荷電力量から前記太陽電池現在電力量を減じた電力量を、前記燃料電池ユニットの出力電力量の目標値である燃料電池目標電力量として設定する目標電力量設定部（例えば設定部１４２ａ又は設定部５１２ａ）を含み、前記目標電力量設定部は、前記太陽電池現在電力量に対して前記太陽電池予測電力量が所定値以上減少する場合には、前記負荷電力量から前記太陽電池現在電力量を減じた電力量よりも多い電力量を、前記燃料電池目標電力量として設定する、ことを要旨とする。
【００１４】
本発明に係る電力制御装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記取得部は、さらに、前記負荷が消費する電力量の計測値である負荷電力量を取得し、前記制御部は、前記負荷電力量に等しい電力量を、前記燃料電池ユニットの出力電力量の目標値である燃料電池目標電力量として設定する目標電力量設定部（例えば設定部１４２ａ又は設定部５１２ａ）を含み、前記目標電力量設定部は、前記太陽電池現在電力量に対して前記太陽電池予測電力量が所定値以上減少する場合には、前記負荷電力量よりも多い電力量を、前記燃料電池目標電力量として設定する、ことを要旨とする。
【００１５】
本発明に係る電力制御装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記取得部は、さらに、前記太陽電池の過去の発電量の計測値である太陽電池過去発電量を取得し、前記制御部は、前記太陽電池過去発電量に対する前記太陽電池現在電力量の変動分を補うように、前記燃料電池ユニットの出力電力量の目標値である燃料電池目標電力量を設定する目標電力量設定部（例えば設定部１４２ａ又は設定部５１２ａ）を含み、前記目標電力量設定部は、前記太陽電池過去発電量に対して前記太陽電池現在電力量が減少した場合であっても、前記太陽電池現在電力量に対して前記太陽電池予測電力量が増加する場合には、前記燃料電池目標電力量を増加させずに維持する、ことを要旨とする。
【００１６】
本発明に係る電力制御装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記取得部は、前記太陽電池予測電力量を時間帯別に取得し、前記制御部は、前記太陽電池予測電力量の多い前記時間帯における前記燃料電池ユニットの出力電力量を制限するように、前記燃料電池ユニットの出力電力量の上限値である燃料電池上限電力量を前記時間帯別に設定する上限発電量設定部（例えば設定部１４２ａ又は設定部５１２ａ）を含む、ことを要旨とする。
【００１７】
本発明に係る電力制御方法の特徴は、燃料電池ユニット及び太陽電池ユニットを併用して負荷に電力を供給するための電力制御方法であって、前記太陽電池ユニットの将来における出力電力量の予測値である太陽電池予測電力量を取得するステップと、前記太陽電池予測電力量に基づいて、前記燃料電池ユニットの出力電力量を制御するステップと、を有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、太陽電池と燃料電池とを併用して負荷の消費電力を賄うことができる電力制御装置及び電力制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１及び第２実施形態に係る電力制御システムのブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。
【図３】第２実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。
【図４】第３及び第４実施形態に係る電力制御システムのブロック図である。
【図５】第３実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。
【図６】第４実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。
【図７】第１及び第２実施形態に係る電力供給システムの変更例のブロック図である。
【図８】第３及び第４実施形態に係る電力供給システムの変更例のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図面を参照して、本発明の第１実施形態〜第４実施形態、及びその他の実施形態を説明する。以下の各実施形態に係る図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
【００２１】
［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る電力制御システムのブロック図である。以下の各実施形態に係るブロック図において、太線は電力ラインを示し、破線は通信ラインを示す。なお、通信ラインは無線としてもよい。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係る電力制御システムは、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）ユニット１００、太陽電池（ＰＶ）ユニット２００、分電盤３００、１又は複数の負荷４００、及び住宅エネルギー管理システム（ＨＥＭＳ）５００を有する。本実施形態に係る電力制御システムは、ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００を併用して負荷４００に電力を供給する。ＳＯＦＣユニット１００、ＰＶユニット２００、分電盤３００、負荷４００、及びＨＥＭＳ５００は、電力会社の系統１０から交流（ＡＣ）電力の供給を受ける需要家に設けられる。
【００２３】
本実施形態では、基本的には、ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００のそれぞれの出力電力量の和が負荷４００の消費電力量に等しくなるように、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を制御する。すなわち、需要家と系統１０との間で電力の入出力を行わないようにする。系統１０から需要家に電力が入力される場合とは、電力会社からの買電を意味し、需要家から系統１０に電力が出力（逆潮流）される場合とは、電力会社への売電を意味する。需要家と系統１０との間で電力の入出力を行わないようにする制御は、売電料金が買電料金以下である場合や、逆潮流が禁止される場合、あるいは系統１０の停電時などにおいて有効である。
【００２４】
ＳＯＦＣユニット１００は、ＳＯＦＣ１１０、ＳＯＦＣパワーコンディショナ（ＰＣＳ）１２０、及びＳＯＦＣコントローラ１４０を含む。
【００２５】
ＳＯＦＣ１１０は、燃料電池の一種であり、天然ガスなどから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応により発電を行い、発電した直流（ＤＣ）電力を出力する。ＳＯＦＣ１１０の発電量は、ＳＯＦＣ１１０に入力されるガス及び空気の量に応じて変化する。ガス及び空気の量は、ＳＯＦＣコントローラ１４０によって制御される。
【００２６】
ＳＯＦＣ ＰＣＳ１２０は、ＳＯＦＣ１１０が出力するＤＣ電力が入力され、当該入力されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、ＳＯＦＣ電力ライン１２を介して当該ＡＣ電力を分電盤３００に出力する。
【００２７】
ＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＳＯＦＣユニット１００の各種機能を制御する。本実施形態では、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、取得部１４１及び制御部１４２を含む。
【００２８】
取得部１４１は、分電盤３００に設けられた計測部３１０と、需要家に設けられたＨＥＭＳ５００と、から各種の情報を取得する。本実施形態では、取得部１４１は、負荷４００が現時点で消費する電力量の計測値である「負荷電力量」と、ＰＶユニット２００の現時点での出力電力量の計測値である「ＰＶ現在電力量」と、を計測部３１０から取得する。また、取得部１４１は、ＰＶユニット２００の将来における出力電力量の予測値である「ＰＶ予測電力量」をＨＥＭＳ５００から取得する。
【００２９】
制御部１４２は、取得部１４１が取得した情報に基づいて、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を制御する。本実施形態では、制御部１４２は、負荷電力量からＰＶ現在電力量を減じた電力量を、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量の目標値である「ＳＯＦＣ目標電力量」として設定する設定部１４２ａを含む。制御部１４２は、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量が当該ＳＯＦＣ目標電力量になるように、ＳＯＦＣ１１０及びＳＯＦＣ ＰＣＳ１２０を制御する。
【００３０】
設定部１４２ａは、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量が所定値以上減少する場合には、負荷電力量からＰＶ現在電力量を減じた電力量よりも多い電力量を、ＳＯＦＣ目標電力量として設定する。ここで、所定値とは、単位時間当たりにＳＯＦＣユニット１００が増加可能な出力電力量の上限（以下、「ＳＯＦＣ電力増加上限速度」）に相当する値である。よって、設定部１４２ａは、将来的にＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少する場合には、当該急激な減少にＳＯＦＣユニット１００が追従できないと見なして、本来設定されるべきＳＯＦＣ目標電力量よりも多い電力量をＳＯＦＣ目標電力量とする。
【００３１】
ＰＶユニット２００は、ＰＶ２１０及びＰＶ ＰＣＳ２２０を含む。
【００３２】
ＰＶ２１０は、太陽光を受けて発電を行い、発電したＤＣ電力を出力する。ＰＶ２１０の発電量は、ＰＶ２１０に照射される日射量に応じて変化する。
【００３３】
ＰＶ ＰＣＳ２２０は、ＰＶ２１０が出力するＤＣ電力が入力され、当該入力されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、ＰＶ電力ライン１３を介して当該ＡＣ電力を分電盤３００に出力する。
【００３４】
分電盤３００は、系統電力ライン１１、ＳＯＦＣ電力ライン１２、ＰＶ電力ライン１３、及び負荷電力ライン１４が接続される。分電盤３００は、ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００のそれぞれの出力電力（ＡＣ電力）を負荷４００に分配したり、系統１０からのＡＣ電力を負荷４００に分配したりする。
【００３５】
分電盤３００は、負荷電力量及びＰＶ現在電力量を定期的に計測する計測部３１０を含む。計測部３１０は、計測した負荷電力量及びＰＶ現在電力量を、ＳＯＦＣコントローラ１４０との間の通信ラインを介してＳＯＦＣコントローラ１４０に出力する。なお、負荷電力量及びＰＶ現在電力量を、計測部３１０からＳＯＦＣコントローラ１４０へ直接的に伝送する場合に限らず、計測部３１０からＨＥＭＳ５００を経由してＳＯＦＣコントローラ１４０へ間接的に伝送してもよい。
【００３６】
負荷４００は、負荷電力ライン１４が接続される。負荷４００は、負荷電力ライン１４を介してＡＣ電力が入力され、当該入力されたＡＣ電力を消費して動作する。負荷４００は、例えば、照明、あるいはエアコンや冷蔵庫、テレビ等の家電機器である。
【００３７】
ＨＥＭＳ５００は、需要家内の電力を管理するためのものである。ＨＥＭＳ５００は、負荷４００の消費電力量を管理して表示したり、省電力のための制御を負荷４００に対して行ったりする。本実施形態では、ＨＥＭＳ５００は、需要家の外部のネットワーク（インターネットなど）に設けられたサーバ（不図示）から、当該需要家が属する地域の日射量に関する日射量情報を取得し、当該日射量情報に基づいてＰＶ予測電力量を定期的に取得する。そして、ＨＥＭＳ５００は、当該ＰＶ予測電力量を、ＳＯＦＣコントローラ１４０との間の通信ラインを介してＳＯＦＣコントローラ１４０に出力する。
【００３８】
次に、本実施形態に係る電力制御方法を説明する。図２は、本実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。ＳＯＦＣコントローラ１４０は、本フローを定期的に実行する。
【００３９】
図２に示すように、ステップＳ１０１において、取得部１４１は、負荷電力量及びＰＶ現在電力量を計測部３１０から取得し、ＰＶ予測電力量をＨＥＭＳ５００から取得する。取得部１４１は、取得した負荷電力量、ＰＶ現在電力量、及びＰＶ予測電力量を制御部１４２に出力する。
【００４０】
ステップＳ１０２において、制御部１４２の設定部１４２ａは、負荷電力量からＰＶ現在電力量を減じた電力量を、現時点での不足電力量として計算する。
【００４１】
ステップＳ１０３において、設定部１４２ａは、ＰＶ現在電力量とＰＶ予測電力量との間の時間差と、当該ＰＶ現在電力量及び当該ＰＶ予測電力量の差分と、に基づいて、ＰＶ現在電力量に対するＰＶ予測電力量の変動速度（予測変動速度）を計算し、当該予測変動速度に基づいて、将来的にＰＶ出力電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少するか否かを判定する。
【００４２】
ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少しない場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）、ステップＳ１０４において、設定部１４２ａは、ステップＳ１０２で計算した不足電力量に等しい電力量をＳＯＦＣ目標電力量として設定する。
【００４３】
これに対し、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少する場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、ステップＳ１０５において、設定部１４２ａは、ステップＳ１０２で計算した不足電力量よりも多い電力量（現時点での不足電力量＋α）をＳＯＦＣ目標電力量として設定する。すなわち、α分だけ多めに発電するようにする。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態に係るＳＯＦＣコントローラ１４０は、負荷電力量からＰＶ現在電力量を減じた電力量（現時点での不足電力量）をＳＯＦＣ目標電力量として設定する。これにより、ＰＶユニット２００の出力電力量が急激に減少しない場合には、ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００のそれぞれの出力電力量によって負荷４００の消費電力量を賄うことができる。言い換えると、ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００のそれぞれの出力電力量を負荷４００の消費電力量に追従させることができる。
【００４５】
これに対し、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少する場合、すなわち、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣユニット１００の負荷追従性能を超えて減少する場合には、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＳＯＦＣ目標電力量を現時点での不足電力量よりも多く補正して設定する。これにより、ＰＶユニット２００の出力電力量が将来的に急激に減少すると予測される場合には、当該急激な減少に備えて、予めＳＯＦＣ目標電力量を多くしておくことで、ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００のそれぞれの出力電力量によって負荷４００の消費電力量を賄うことができるようになる。
【００４６】
［第２実施形態］
以下、第２実施形態について、上述した実施形態との相違点を主として説明する。
【００４７】
本実施形態に係る電力供給システムは、第１実施形態と同様に構成されるが、電力制御方法が第１実施形態とは異なる。本実施形態では、基本的には、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量が負荷４００の消費電力量に等しくなるように、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を制御する。すなわち、ＰＶユニット２００の出力電力を全て系統１０へ逆潮流（買電）するよう制御する。このような制御は、例えば、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力の逆潮流が禁止される場合であって、且つ、売電料金が買電料金よりも高い場合に有効である。
【００４８】
次に、本実施形態に係る電力制御方法を説明する。図３は、本実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。ＳＯＦＣコントローラ１４０は、本フローを定期的に実行する。
【００４９】
図３に示すように、ステップＳ２０１において、取得部１４１は、負荷電力量及びＰＶ現在電力量を計測部３１０から取得し、ＰＶ予測電力量をＨＥＭＳ５００から取得する。取得部１４１は、取得した負荷電力量、ＰＶ現在電力量、及びＰＶ予測電力量を制御部１４２に出力する。
【００５０】
ステップＳ２０２において、制御部１４２の設定部１４２ａは、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少するか否かを判定する。詳細には、設定部１４２ａは、ＰＶ現在電力量とＰＶ予測電力量との間の時間差と、当該ＰＶ現在電力量及び当該ＰＶ予測電力量の差分と、に基づいて、ＰＶ現在電力量に対するＰＶ予測電力量の変動速度（予測変動速度）を計算し、当該予測変動速度に基づいて、将来的にＰＶ出力電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少するか否かを判定する。
【００５１】
ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少しない場合（ステップＳ２０２；ＮＯ）、ステップＳ２０３において、設定部１４２ａは、負荷電力量に等しい電力量をＳＯＦＣ目標電力量として設定する。
【００５２】
これに対し、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少する場合（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）、ステップＳ２０４において、設定部１４２ａは、負荷電力量よりも多い電力量（負荷電力量＋α）をＳＯＦＣ目標電力量として設定する。すなわち、α分だけ多めに発電するようにする。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態に係るＳＯＦＣコントローラ１４０は、通常は、負荷電力量に等しい電力量をＳＯＦＣ目標電力量として設定する。ただし、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少する場合、すなわち、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣユニット１００の負荷追従性能を超えて減少する場合には、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＳＯＦＣ目標電力量を通常よりも多く補正して設定する。
【００５４】
これにより、ＰＶユニット２００の出力電力量が将来的に急激に減少すると予測される場合には、当該急激な減少に備えて、予めＳＯＦＣ目標電力量を多くしておくことで、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量によって負荷４００の消費電力量を賄うことができる。その結果、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量が負荷電力量に対して不足する状態を回避できるため、ＰＶユニット２００の出力電力を負荷４００が消費してしまったり、系統１０からの買電を行ってしまったりすることを回避できる。
【００５５】
［第３実施形態］
以下、第３実施形態について、上述した実施形態との相違点を主として説明する。
【００５６】
図４は、本実施形態に係る電力制御システムのブロック図である。図４に示すように、本実施形態に係る電力制御システムは、貯湯ユニット１５０をさらに有する点で上述した実施形態とは異なる。本実施形態に係る電力制御システムは、ＳＯＦＣユニット１００での発電（化学反応）の際に発生する熱を熱交換によりお湯にする構成（いわゆる、コジェネレーションシステム）である。
【００５７】
貯湯ユニット１５０は、ＳＯＦＣユニット１００に設けられた熱交換器１３０と連結された貯湯槽１５１を含む。ＳＯＦＣコントローラ１４０は、貯湯槽１５１内のお湯が満杯になったことを検知すると、発電を停止するように構成されている。その他の構成については、第１実施形態と同様である。
【００５８】
本実施形態では、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、基本的には、ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００のそれぞれの出力電力量の和が一定量になるように、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を制御する。詳細には、ＳＯＦＣコントローラ１４０の設定部１４２ａは、ＰＶ過去電力量に対するＰＶ現在電力量の変動分を補うように、ＳＯＦＣ目標電力量を設定する。
【００５９】
次に、本実施形態に係る電力制御方法を説明する。図５は、本実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。ＳＯＦＣコントローラ１４０は、本フローを定期的に実行する。
【００６０】
図５に示すように、ステップＳ３０１において、取得部１４１は、ＰＶ現在電力量を計測部３１０から取得し、ＰＶ予測電力量をＨＥＭＳ５００から取得する。また、取得部１４１は、前回取得したＰＶ現在電力量を「ＰＶ過去電力量」として改めて取得する。ＰＶ過去電力量は、例えば、ＳＯＦＣコントローラ１４０に設けられるメモリ（不図示）に記憶されている。取得部１４１は、取得したＰＶ現在電力量、ＰＶ予測電力量、及びＰＶ過去電力量を制御部１４２に出力する。
【００６１】
ステップＳ３０２において、制御部１４２の設定部１４２ａは、ＰＶ過去電力量に対するＰＶ現在電力量の変動分を「ＰＶ電力変動量」として計算する。
【００６２】
ステップＳ３０３において、設定部１４２ａは、ＰＶ過去電力量に対してＰＶ現在電力量が減少したか否かを判定する。
【００６３】
ＰＶ過去電力量に対してＰＶ現在電力量が減少していない場合（ステップＳ３０３；ＮＯ）、ステップＳ３０４において、設定部１４２ａは、ステップＳ３０２で計算したＰＶ電力変動量を補うようにＳＯＦＣ目標電力量を設定する。例えば、ＰＶ過去電力量に対してＰＶ現在電力量がＸ［Ｗ］増加している場合には、ＳＯＦＣ目標電力量を前回の値からＸ［Ｗ］を減じた値をＳＯＦＣ目標電力量とする。
【００６４】
これに対し、ＰＶ過去電力量に対してＰＶ現在電力量が減少している場合（ステップＳ３０３；ＹＥＳ）、ステップＳ３０５において、設定部１４２ａは、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量が増加するか否かを判定する。
【００６５】
ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量が増加しない場合（ステップＳ３０５；ＮＯ）、ステップＳ３０４において、設定部１４２ａは、ステップＳ３０２で計算したＰＶ電力変動量を補うようにＳＯＦＣ目標電力量を設定する。例えば、ＰＶ過去電力量に対してＰＶ現在電力量がＹ［Ｗ］減少している場合には、ＳＯＦＣ目標電力量を前回の値に対してＹ［Ｗ］を加えた値をＳＯＦＣ目標電力量とする。
【００６６】
これに対し、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量が増加する場合（ステップＳ３０５；ＹＥＳ）、ステップＳ３０６において、設定部１４２ａは、ＳＯＦＣ目標電力量を前回の値から変更せずに維持する。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態に係るＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＰＶ過去電力量に対してＰＶ現在電力量が減少した場合であっても、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量が増加する場合には、ＳＯＦＣ目標電力量を増加させずに維持する。このように、ＰＶユニット２００の出力電力量が将来的に増加すると予測される場合には、ＳＯＦＣ目標電力量を増加させずに維持することにより、貯湯槽１５１の湯量を必要以上に増やさないため、貯湯槽１５１内のお湯が満杯になる可能性を低下させることができる。その結果、必要なときに湯量を増やしながら発電を行うことができる。
【００６８】
［第４実施形態］
以下、第４実施形態について、上述した実施形態との相違点を主として説明する。
【００６９】
本実施形態に係る電力供給システムは、第３実施形態と同様に構成されるが、電力制御方法が第３実施形態とは異なる。本実施形態では、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、時間帯別のＰＶ予測電力量に基づいて、ＳＯＦＣユニット１００の発電スケジュールを決定するように構成される。
【００７０】
次に、本実施形態に係る電力制御方法を説明する。図６は、本実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。ＳＯＦＣコントローラ１４０は、本フローを定期的に実行する。
【００７１】
ステップＳ４０１において、取得部１４１は、時間帯別のＰＶ予測電力量をＨＥＭＳ５００から取得する。取得部１４１は、取得した時間帯別のＰＶ予測電力量を制御部１４２に出力する。
【００７２】
ステップＳ４０２において、制御部１４２の設定部１４２ａは、時間帯別のＰＶ予測電力量に基づいて、ＰＶ予測電力量の多い時間帯を特定する。ＰＶ予測電力量の多い時間帯とは、ＰＶ予測電力量が所定閾値よりも多い時間帯、又は、ＰＶ予測電力量が相対的に他の時間帯よりも多い時間帯を意味する。
【００７３】
ステップＳ４０３において、設定部１４２ａは、ＰＶ予測電力量の多い時間帯について、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量の上限値であるＳＯＦＣ上限電力量を設定する。その後、設定部１４２ａは、ＳＯＦＣ上限電力量が設定された時間帯において、当該ＳＯＦＣ上限電力量を超えない範囲で、ＳＯＦＣ目標電力量を設定する。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態に係るＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＰＶ予測電力量を時間帯別に取得し、制御部５１２は、ＰＶ予測電力量の多い時間帯におけるＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を制限するように、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量の上限値であるＳＯＦＣ上限電力量を時間帯別に設定する。このように、ＰＶユニット２００の出力電力量が増加すると予測される時間帯では、貯湯槽１５１の湯量を必要以上に増やさないことで、ＰＶユニット２００の出力電力量が減少すると予測される時間帯において貯湯槽１５１の湯量を少ない状態にしておくことができる。その結果、ＰＶユニット２００の出力電力量が減少すると予測される時間帯においてはＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を多くすることができ、必要なときに湯量を増やしながら発電を行うことができる。
【００７５】
［その他の実施形態］
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
【００７６】
上述した各実施形態では、本発明に係る電力制御方法をＳＯＦＣコントローラ１４０が実施する、すなわち、本発明に係る電力制御装置の一例としてのＳＯＦＣコントローラ１４０を説明したが、本発明に係る電力制御方法をＨＥＭＳ５００が実施してもよい。
【００７７】
図７は、上述した第１及び第２実施形態に係る電力供給システムの変更例のブロック図である。図７に示すように、ＨＥＭＳ５００は、ＨＥＭＳ５００の各種機能を制御するＨＥＭＳコントローラ５１０を含む。また、ＨＥＭＳコントローラ５１０は、取得部５１１及び制御部５１２を含む。
【００７８】
取得部５１１は、負荷電力量及びＰＶ現在電力量を計測部３１０から取得する。また、取得部５１１は、需要家の外部のネットワーク（インターネットなど）に設けられたサーバ（不図示）から、当該需要家の地域の日射量に関する日射量情報を取得し、当該日射量情報に基づいてＰＶ予測電力量を取得する。
【００７９】
制御部５１２は、取得部５１１が取得した情報に基づいて、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を制御する。制御部５１２は、ＳＯＦＣ目標電力量を設定する設定部１４２ａを含む。設定部１４２ａは、第１実施形態又は第２実施形態で説明した電力制御方法に従って、ＳＯＦＣ目標電力量をＳＯＦＣコントローラ１４０に設定する。
【００８０】
図８は、上述した第３及び第４実施形態に係る電力供給システムの変更例のブロック図である。本変更例では、図７と比較して、貯湯ユニット１５０が追加されている点が異なる。設定部１４２ａは、第３実施形態又は第４実施形態で説明した電力制御方法に従って、ＳＯＦＣ目標電力量をＳＯＦＣコントローラ１４０に設定する。
【００８１】
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００８２】
１０…系統、１１…系統電力ライン、１２…ＳＯＦＣ電力ライン、１３…ＰＶ電力ライン、１４…負荷電力ライン、１００…ＳＯＦＣユニット、１１０…ＳＯＦＣ、１２０…ＳＯＦＣ ＰＣＳ、１３０…熱交換器、１４０…ＳＯＦＣコントローラ、１４１…取得部、１４２…制御部、１４２ａ…設定部、１５０…貯湯ユニット、１５１…貯湯槽、２００…ＰＶユニット、２１０…ＰＶ、２２０…ＰＶ ＰＣＳ、３００…分電盤、３１０…計測部、４００…負荷、５００…ＨＥＭＳ、５１０…ＨＥＭＳコントローラ、５１１…取得部、５１２…制御部、５１２ａ…設定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、需要家に設けられる負荷への電力供給を制御する電力制御装置及び電力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力の需要家（住宅など）において、電力系統（以下、「系統」）の補助電源としての燃料電池や太陽電池の普及が進んでいる。
【０００３】
燃料電池は、天然ガスなどから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応により発電する発電装置である。発電の際に発生する熱を熱交換でお湯にして貯湯槽に貯えておき、貯湯槽内の貯湯を給湯に供するコジェネレーションシステムも知られている。燃料電池は発電量を制御可能であることから、負荷の負荷電力量に追従するように燃料電池の発電量を制御する「負荷追従制御」が適用されることがある。
【０００４】
太陽電池は、太陽光を受けて発電する発電装置である。太陽電池の発電量は成り行き任せ（自然任せ）である。このため、太陽電池を効率的に運用するために、予測される日射量や、太陽電池の発電特性、設置条件などに基づいて、太陽電池の将来の発電量を予測する「発電量予測技術」が適用されることがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１８７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年の大規模停電や電気料金などの電力事情、あるいは環境意識の高まりなどを考慮すると、系統からの電力に依存せずに、太陽電池と燃料電池とを併用して需要家内の負荷の消費電力を全て賄いたいというニーズがある。
【０００７】
しかしながら、燃料電池は負荷追従が可能であるものの、燃料電池の発電原理に起因して燃料電池の発電量は急激に増加できない。このため、負荷の消費電力が急激に増加した場合で、太陽電池の発電量が少ない場合には、負荷の消費電力を賄うことができない問題がある。
【０００８】
また、負荷の負荷電力量が一定であっても、太陽電池の発電量が急激に減少した場合には、負荷の消費電力を賄うことができない問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、太陽電池と燃料電池とを併用して負荷の消費電力を賄うことができる電力制御装置及び電力制御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】
上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。
【００１１】
本発明に係る電力制御装置の特徴は、燃料電池ユニット（例えばＳＯＦＣユニット１００）及び太陽電池ユニット（例えばＰＶユニット２００）を併用して負荷（例えば負荷４００）に電力を供給するための電力制御装置（例えばＳＯＦＣコントローラ１４０又はＨＥＭＳコントローラ５１０）であって、前記太陽電池ユニットの将来における出力電力量の予測値である太陽電池予測電力量を取得する取得部（例えば取得部１４１又は取得部５１１）と、前記太陽電池予測電力量に基づいて、前記燃料電池ユニットの出力電力量を制御する制御部（例えば制御部１４２又は制御部５１２）と、を有することを要旨とする。
【００１２】
本発明に係る電力制御装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記取得部は、さらに、前記太陽電池ユニットの現時点での出力電力量の計測値である太陽電池現在電力量を取得し、前記制御部は、前記太陽電池現在電力量に対する前記太陽電池予測電力量の変動状態に基づいて、前記燃料電池ユニットの出力電力量を制御する、ことを要旨とする。
【００１３】
本発明に係る電力制御装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記取得部は、さらに、前記負荷が消費する電力量の計測値である負荷電力量を取得し、前記制御部は、前記負荷電力量から前記太陽電池現在電力量を減じた電力量を、前記燃料電池ユニットの出力電力量の目標値である燃料電池目標電力量として設定する目標電力量設定部（例えば設定部１４２ａ又は設定部５１２ａ）を含み、前記目標電力量設定部は、前記太陽電池現在電力量に対して前記太陽電池予測電力量が所定値以上減少する場合には、前記負荷電力量から前記太陽電池現在電力量を減じた電力量よりも多い電力量を、前記燃料電池目標電力量として設定する、ことを要旨とする。
【００１４】
本発明に係る電力制御装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記取得部は、さらに、前記負荷が消費する電力量の計測値である負荷電力量を取得し、前記制御部は、前記負荷電力量に等しい電力量を、前記燃料電池ユニットの出力電力量の目標値である燃料電池目標電力量として設定する目標電力量設定部（例えば設定部１４２ａ又は設定部５１２ａ）を含み、前記目標電力量設定部は、前記太陽電池現在電力量に対して前記太陽電池予測電力量が所定値以上減少する場合には、前記負荷電力量よりも多い電力量を、前記燃料電池目標電力量として設定する、ことを要旨とする。
【００１５】
本発明に係る電力制御装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記取得部は、さらに、前記太陽電池の過去の発電量の計測値である太陽電池過去発電量を取得し、前記制御部は、前記太陽電池過去発電量に対する前記太陽電池現在電力量の変動分を補うように、前記燃料電池ユニットの出力電力量の目標値である燃料電池目標電力量を設定する目標電力量設定部（例えば設定部１４２ａ又は設定部５１２ａ）を含み、前記目標電力量設定部は、前記太陽電池過去発電量に対して前記太陽電池現在電力量が減少した場合であっても、前記太陽電池現在電力量に対して前記太陽電池予測電力量が増加する場合には、前記燃料電池目標電力量を増加させずに維持する、ことを要旨とする。
【００１６】
本発明に係る電力制御装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記取得部は、前記太陽電池予測電力量を時間帯別に取得し、前記制御部は、前記太陽電池予測電力量の多い前記時間帯における前記燃料電池ユニットの出力電力量を制限するように、前記燃料電池ユニットの出力電力量の上限値である燃料電池上限電力量を前記時間帯別に設定する上限発電量設定部（例えば設定部１４２ａ又は設定部５１２ａ）を含む、ことを要旨とする。
【００１７】
本発明に係る電力制御方法の特徴は、燃料電池ユニット及び太陽電池ユニットを併用して負荷に電力を供給するための電力制御方法であって、前記太陽電池ユニットの将来における出力電力量の予測値である太陽電池予測電力量を取得するステップと、前記太陽電池予測電力量に基づいて、前記燃料電池ユニットの出力電力量を制御するステップと、を有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、太陽電池と燃料電池とを併用して負荷の消費電力を賄うことができる電力制御装置及び電力制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１及び第２実施形態に係る電力制御システムのブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。
【図３】第２実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。
【図４】第３及び第４実施形態に係る電力制御システムのブロック図である。
【図５】第３実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。
【図６】第４実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。
【図７】第１及び第２実施形態に係る電力供給システムの変更例のブロック図である。
【図８】第３及び第４実施形態に係る電力供給システムの変更例のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図面を参照して、本発明の第１実施形態〜第４実施形態、及びその他の実施形態を説明する。以下の各実施形態に係る図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
【００２１】
［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る電力制御システムのブロック図である。以下の各実施形態に係るブロック図において、太線は電力ラインを示し、破線は通信ラインを示す。なお、通信ラインは無線としてもよい。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係る電力制御システムは、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）ユニット１００、太陽電池（ＰＶ）ユニット２００、分電盤３００、１又は複数の負荷４００、及び住宅エネルギー管理システム（ＨＥＭＳ）５００を有する。本実施形態に係る電力制御システムは、ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００を併用して負荷４００に電力を供給する。ＳＯＦＣユニット１００、ＰＶユニット２００、分電盤３００、負荷４００、及びＨＥＭＳ５００は、電力会社の系統１０から交流（ＡＣ）電力の供給を受ける需要家に設けられる。
【００２３】
本実施形態では、基本的には、ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００のそれぞれの出力電力量の和が負荷４００の消費電力量に等しくなるように、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を制御する。すなわち、需要家と系統１０との間で電力の入出力を行わないようにする。系統１０から需要家に電力が入力される場合とは、電力会社からの買電を意味し、需要家から系統１０に電力が出力（逆潮流）される場合とは、電力会社への売電を意味する。需要家と系統１０との間で電力の入出力を行わないようにする制御は、売電料金が買電料金以下である場合や、逆潮流が禁止される場合、あるいは系統１０の停電時などにおいて有効である。
【００２４】
ＳＯＦＣユニット１００は、ＳＯＦＣ１１０、ＳＯＦＣパワーコンディショナ（ＰＣＳ）１２０、及びＳＯＦＣコントローラ１４０を含む。
【００２５】
ＳＯＦＣ１１０は、燃料電池の一種であり、天然ガスなどから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応により発電を行い、発電した直流（ＤＣ）電力を出力する。ＳＯＦＣ１１０の発電量は、ＳＯＦＣ１１０に入力されるガス及び空気の量に応じて変化する。ガス及び空気の量は、ＳＯＦＣコントローラ１４０によって制御される。
【００２６】
ＳＯＦＣ ＰＣＳ１２０は、ＳＯＦＣ１１０が出力するＤＣ電力が入力され、当該入力されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、ＳＯＦＣ電力ライン１２を介して当該ＡＣ電力を分電盤３００に出力する。
【００２７】
ＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＳＯＦＣユニット１００の各種機能を制御する。本実施形態では、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、取得部１４１及び制御部１４２を含む。
【００２８】
取得部１４１は、分電盤３００に設けられた計測部３１０と、需要家に設けられたＨＥＭＳ５００と、から各種の情報を取得する。本実施形態では、取得部１４１は、負荷４００が現時点で消費する電力量の計測値である「負荷電力量」と、ＰＶユニット２００の現時点での出力電力量の計測値である「ＰＶ現在電力量」と、を計測部３１０から取得する。また、取得部１４１は、ＰＶユニット２００の将来における出力電力量の予測値である「ＰＶ予測電力量」をＨＥＭＳ５００から取得する。
【００２９】
制御部１４２は、取得部１４１が取得した情報に基づいて、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を制御する。本実施形態では、制御部１４２は、負荷電力量からＰＶ現在電力量を減じた電力量を、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量の目標値である「ＳＯＦＣ目標電力量」として設定する設定部１４２ａを含む。制御部１４２は、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量が当該ＳＯＦＣ目標電力量になるように、ＳＯＦＣ１１０及びＳＯＦＣ ＰＣＳ１２０を制御する。
【００３０】
設定部１４２ａは、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量が所定値以上減少する場合には、負荷電力量からＰＶ現在電力量を減じた電力量よりも多い電力量を、ＳＯＦＣ目標電力量として設定する。ここで、所定値とは、単位時間当たりにＳＯＦＣユニット１００が増加可能な出力電力量の上限（以下、「ＳＯＦＣ電力増加上限速度」）に相当する値である。よって、設定部１４２ａは、将来的にＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少する場合には、当該急激な減少にＳＯＦＣユニット１００が追従できないと見なして、本来設定されるべきＳＯＦＣ目標電力量よりも多い電力量をＳＯＦＣ目標電力量とする。
【００３１】
ＰＶユニット２００は、ＰＶ２１０及びＰＶ ＰＣＳ２２０を含む。
【００３２】
ＰＶ２１０は、太陽光を受けて発電を行い、発電したＤＣ電力を出力する。ＰＶ２１０の発電量は、ＰＶ２１０に照射される日射量に応じて変化する。
【００３３】
ＰＶ ＰＣＳ２２０は、ＰＶ２１０が出力するＤＣ電力が入力され、当該入力されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、ＰＶ電力ライン１３を介して当該ＡＣ電力を分電盤３００に出力する。
【００３４】
分電盤３００は、系統電力ライン１１、ＳＯＦＣ電力ライン１２、ＰＶ電力ライン１３、及び負荷電力ライン１４が接続される。分電盤３００は、ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００のそれぞれの出力電力（ＡＣ電力）を負荷４００に分配したり、系統１０からのＡＣ電力を負荷４００に分配したりする。
【００３５】
分電盤３００は、負荷電力量及びＰＶ現在電力量を定期的に計測する計測部３１０を含む。計測部３１０は、計測した負荷電力量及びＰＶ現在電力量を、ＳＯＦＣコントローラ１４０との間の通信ラインを介してＳＯＦＣコントローラ１４０に出力する。なお、負荷電力量及びＰＶ現在電力量を、計測部３１０からＳＯＦＣコントローラ１４０へ直接的に伝送する場合に限らず、計測部３１０からＨＥＭＳ５００を経由してＳＯＦＣコントローラ１４０へ間接的に伝送してもよい。
【００３６】
負荷４００は、負荷電力ライン１４が接続される。負荷４００は、負荷電力ライン１４を介してＡＣ電力が入力され、当該入力されたＡＣ電力を消費して動作する。負荷４００は、例えば、照明、あるいはエアコンや冷蔵庫、テレビ等の家電機器である。
【００３７】
ＨＥＭＳ５００は、需要家内の電力を管理するためのものである。ＨＥＭＳ５００は、負荷４００の消費電力量を管理して表示したり、省電力のための制御を負荷４００に対して行ったりする。本実施形態では、ＨＥＭＳ５００は、需要家の外部のネットワーク（インターネットなど）に設けられたサーバ（不図示）から、当該需要家が属する地域の日射量に関する日射量情報を取得し、当該日射量情報に基づいてＰＶ予測電力量を定期的に取得する。そして、ＨＥＭＳ５００は、当該ＰＶ予測電力量を、ＳＯＦＣコントローラ１４０との間の通信ラインを介してＳＯＦＣコントローラ１４０に出力する。
【００３８】
次に、本実施形態に係る電力制御方法を説明する。図２は、本実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。ＳＯＦＣコントローラ１４０は、本フローを定期的に実行する。
【００３９】
図２に示すように、ステップＳ１０１において、取得部１４１は、負荷電力量及びＰＶ現在電力量を計測部３１０から取得し、ＰＶ予測電力量をＨＥＭＳ５００から取得する。取得部１４１は、取得した負荷電力量、ＰＶ現在電力量、及びＰＶ予測電力量を制御部１４２に出力する。
【００４０】
ステップＳ１０２において、制御部１４２の設定部１４２ａは、負荷電力量からＰＶ現在電力量を減じた電力量を、現時点での不足電力量として計算する。
【００４１】
ステップＳ１０３において、設定部１４２ａは、ＰＶ現在電力量とＰＶ予測電力量との間の時間差と、当該ＰＶ現在電力量及び当該ＰＶ予測電力量の差分と、に基づいて、ＰＶ現在電力量に対するＰＶ予測電力量の変動速度（予測変動速度）を計算し、当該予測変動速度に基づいて、将来的にＰＶ出力電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少するか否かを判定する。
【００４２】
ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少しない場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）、ステップＳ１０４において、設定部１４２ａは、ステップＳ１０２で計算した不足電力量に等しい電力量をＳＯＦＣ目標電力量として設定する。
【００４３】
これに対し、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少する場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、ステップＳ１０５において、設定部１４２ａは、ステップＳ１０２で計算した不足電力量よりも多い電力量（現時点での不足電力量＋α）をＳＯＦＣ目標電力量として設定する。すなわち、α分だけ多めに発電するようにする。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態に係るＳＯＦＣコントローラ１４０は、負荷電力量からＰＶ現在電力量を減じた電力量（現時点での不足電力量）をＳＯＦＣ目標電力量として設定する。これにより、ＰＶユニット２００の出力電力量が急激に減少しない場合には、ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００のそれぞれの出力電力量によって負荷４００の消費電力量を賄うことができる。言い換えると、ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００のそれぞれの出力電力量を負荷４００の消費電力量に追従させることができる。
【００４５】
これに対し、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少する場合、すなわち、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣユニット１００の負荷追従性能を超えて減少する場合には、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＳＯＦＣ目標電力量を現時点での不足電力量よりも多く補正して設定する。これにより、ＰＶユニット２００の出力電力量が将来的に急激に減少すると予測される場合には、当該急激な減少に備えて、予めＳＯＦＣ目標電力量を多くしておくことで、ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００のそれぞれの出力電力量によって負荷４００の消費電力量を賄うことができるようになる。
【００４６】
［第２実施形態］
以下、第２実施形態について、上述した実施形態との相違点を主として説明する。
【００４７】
本実施形態に係る電力供給システムは、第１実施形態と同様に構成されるが、電力制御方法が第１実施形態とは異なる。本実施形態では、基本的には、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量が負荷４００の消費電力量に等しくなるように、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を制御する。すなわち、ＰＶユニット２００の出力電力を全て系統１０へ逆潮流（買電）するよう制御する。このような制御は、例えば、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力の逆潮流が禁止される場合であって、且つ、売電料金が買電料金よりも高い場合に有効である。
【００４８】
次に、本実施形態に係る電力制御方法を説明する。図３は、本実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。ＳＯＦＣコントローラ１４０は、本フローを定期的に実行する。
【００４９】
図３に示すように、ステップＳ２０１において、取得部１４１は、負荷電力量及びＰＶ現在電力量を計測部３１０から取得し、ＰＶ予測電力量をＨＥＭＳ５００から取得する。取得部１４１は、取得した負荷電力量、ＰＶ現在電力量、及びＰＶ予測電力量を制御部１４２に出力する。
【００５０】
ステップＳ２０２において、制御部１４２の設定部１４２ａは、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少するか否かを判定する。詳細には、設定部１４２ａは、ＰＶ現在電力量とＰＶ予測電力量との間の時間差と、当該ＰＶ現在電力量及び当該ＰＶ予測電力量の差分と、に基づいて、ＰＶ現在電力量に対するＰＶ予測電力量の変動速度（予測変動速度）を計算し、当該予測変動速度に基づいて、将来的にＰＶ出力電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少するか否かを判定する。
【００５１】
ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少しない場合（ステップＳ２０２；ＮＯ）、ステップＳ２０３において、設定部１４２ａは、負荷電力量に等しい電力量をＳＯＦＣ目標電力量として設定する。
【００５２】
これに対し、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少する場合（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）、ステップＳ２０４において、設定部１４２ａは、負荷電力量よりも多い電力量（負荷電力量＋α）をＳＯＦＣ目標電力量として設定する。すなわち、α分だけ多めに発電するようにする。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態に係るＳＯＦＣコントローラ１４０は、通常は、負荷電力量に等しい電力量をＳＯＦＣ目標電力量として設定する。ただし、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣ電力増加上限速度よりも高速に（急激に）減少する場合、すなわち、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量がＳＯＦＣユニット１００の負荷追従性能を超えて減少する場合には、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＳＯＦＣ目標電力量を通常よりも多く補正して設定する。
【００５４】
これにより、ＰＶユニット２００の出力電力量が将来的に急激に減少すると予測される場合には、当該急激な減少に備えて、予めＳＯＦＣ目標電力量を多くしておくことで、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量によって負荷４００の消費電力量を賄うことができる。その結果、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量が負荷電力量に対して不足する状態を回避できるため、ＰＶユニット２００の出力電力を負荷４００が消費してしまったり、系統１０からの買電を行ってしまったりすることを回避できる。
【００５５】
［第３実施形態］
以下、第３実施形態について、上述した実施形態との相違点を主として説明する。
【００５６】
図４は、本実施形態に係る電力制御システムのブロック図である。図４に示すように、本実施形態に係る電力制御システムは、貯湯ユニット１５０をさらに有する点で上述した実施形態とは異なる。本実施形態に係る電力制御システムは、ＳＯＦＣユニット１００での発電（化学反応）の際に発生する熱を熱交換によりお湯にする構成（いわゆる、コジェネレーションシステム）である。
【００５７】
貯湯ユニット１５０は、ＳＯＦＣユニット１００に設けられた熱交換器１３０と連結された貯湯槽１５１を含む。ＳＯＦＣコントローラ１４０は、貯湯槽１５１内のお湯が満杯になったことを検知すると、発電を停止するように構成されている。その他の構成については、第１実施形態と同様である。
【００５８】
本実施形態では、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、基本的には、ＳＯＦＣユニット１００及びＰＶユニット２００のそれぞれの出力電力量の和が一定量になるように、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を制御する。詳細には、ＳＯＦＣコントローラ１４０の設定部１４２ａは、ＰＶ過去電力量に対するＰＶ現在電力量の変動分を補うように、ＳＯＦＣ目標電力量を設定する。
【００５９】
次に、本実施形態に係る電力制御方法を説明する。図５は、本実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。ＳＯＦＣコントローラ１４０は、本フローを定期的に実行する。
【００６０】
図５に示すように、ステップＳ３０１において、取得部１４１は、ＰＶ現在電力量を計測部３１０から取得し、ＰＶ予測電力量をＨＥＭＳ５００から取得する。また、取得部１４１は、前回取得したＰＶ現在電力量を「ＰＶ過去電力量」として改めて取得する。ＰＶ過去電力量は、例えば、ＳＯＦＣコントローラ１４０に設けられるメモリ（不図示）に記憶されている。取得部１４１は、取得したＰＶ現在電力量、ＰＶ予測電力量、及びＰＶ過去電力量を制御部１４２に出力する。
【００６１】
ステップＳ３０２において、制御部１４２の設定部１４２ａは、ＰＶ過去電力量に対するＰＶ現在電力量の変動分を「ＰＶ電力変動量」として計算する。
【００６２】
ステップＳ３０３において、設定部１４２ａは、ＰＶ過去電力量に対してＰＶ現在電力量が減少したか否かを判定する。
【００６３】
ＰＶ過去電力量に対してＰＶ現在電力量が減少していない場合（ステップＳ３０３；ＮＯ）、ステップＳ３０４において、設定部１４２ａは、ステップＳ３０２で計算したＰＶ電力変動量を補うようにＳＯＦＣ目標電力量を設定する。例えば、ＰＶ過去電力量に対してＰＶ現在電力量がＸ［Ｗ］増加している場合には、ＳＯＦＣ目標電力量を前回の値からＸ［Ｗ］を減じた値をＳＯＦＣ目標電力量とする。
【００６４】
これに対し、ＰＶ過去電力量に対してＰＶ現在電力量が減少している場合（ステップＳ３０３；ＹＥＳ）、ステップＳ３０５において、設定部１４２ａは、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量が増加するか否かを判定する。
【００６５】
ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量が増加しない場合（ステップＳ３０５；ＮＯ）、ステップＳ３０４において、設定部１４２ａは、ステップＳ３０２で計算したＰＶ電力変動量を補うようにＳＯＦＣ目標電力量を設定する。例えば、ＰＶ過去電力量に対してＰＶ現在電力量がＹ［Ｗ］減少している場合には、ＳＯＦＣ目標電力量を前回の値に対してＹ［Ｗ］を加えた値をＳＯＦＣ目標電力量とする。
【００６６】
これに対し、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量が増加する場合（ステップＳ３０５；ＹＥＳ）、ステップＳ３０６において、設定部１４２ａは、ＳＯＦＣ目標電力量を前回の値から変更せずに維持する。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態に係るＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＰＶ過去電力量に対してＰＶ現在電力量が減少した場合であっても、ＰＶ現在電力量に対してＰＶ予測電力量が増加する場合には、ＳＯＦＣ目標電力量を増加させずに維持する。このように、ＰＶユニット２００の出力電力量が将来的に増加すると予測される場合には、ＳＯＦＣ目標電力量を増加させずに維持することにより、貯湯槽１５１の湯量を必要以上に増やさないため、貯湯槽１５１内のお湯が満杯になる可能性を低下させることができる。その結果、必要なときに湯量を増やしながら発電を行うことができる。
【００６８】
［第４実施形態］
以下、第４実施形態について、上述した実施形態との相違点を主として説明する。
【００６９】
本実施形態に係る電力供給システムは、第３実施形態と同様に構成されるが、電力制御方法が第３実施形態とは異なる。本実施形態では、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、時間帯別のＰＶ予測電力量に基づいて、ＳＯＦＣユニット１００の発電スケジュールを決定するように構成される。
【００７０】
次に、本実施形態に係る電力制御方法を説明する。図６は、本実施形態に係る電力制御方法のフロー図である。ＳＯＦＣコントローラ１４０は、本フローを定期的に実行する。
【００７１】
ステップＳ４０１において、取得部１４１は、時間帯別のＰＶ予測電力量をＨＥＭＳ５００から取得する。取得部１４１は、取得した時間帯別のＰＶ予測電力量を制御部１４２に出力する。
【００７２】
ステップＳ４０２において、制御部１４２の設定部１４２ａは、時間帯別のＰＶ予測電力量に基づいて、ＰＶ予測電力量の多い時間帯を特定する。ＰＶ予測電力量の多い時間帯とは、ＰＶ予測電力量が所定閾値よりも多い時間帯、又は、ＰＶ予測電力量が相対的に他の時間帯よりも多い時間帯を意味する。
【００７３】
ステップＳ４０３において、設定部１４２ａは、ＰＶ予測電力量の多い時間帯について、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量の上限値であるＳＯＦＣ上限電力量を設定する。その後、設定部１４２ａは、ＳＯＦＣ上限電力量が設定された時間帯において、当該ＳＯＦＣ上限電力量を超えない範囲で、ＳＯＦＣ目標電力量を設定する。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態に係るＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＰＶ予測電力量を時間帯別に取得し、制御部５１２は、ＰＶ予測電力量の多い時間帯におけるＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を制限するように、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量の上限値であるＳＯＦＣ上限電力量を時間帯別に設定する。このように、ＰＶユニット２００の出力電力量が増加すると予測される時間帯では、貯湯槽１５１の湯量を必要以上に増やさないことで、ＰＶユニット２００の出力電力量が減少すると予測される時間帯において貯湯槽１５１の湯量を少ない状態にしておくことができる。その結果、ＰＶユニット２００の出力電力量が減少すると予測される時間帯においてはＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を多くすることができ、必要なときに湯量を増やしながら発電を行うことができる。
【００７５】
［その他の実施形態］
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
【００７６】
上述した各実施形態では、本発明に係る電力制御方法をＳＯＦＣコントローラ１４０が実施する、すなわち、本発明に係る電力制御装置の一例としてのＳＯＦＣコントローラ１４０を説明したが、本発明に係る電力制御方法をＨＥＭＳ５００が実施してもよい。
【００７７】
図７は、上述した第１及び第２実施形態に係る電力供給システムの変更例のブロック図である。図７に示すように、ＨＥＭＳ５００は、ＨＥＭＳ５００の各種機能を制御するＨＥＭＳコントローラ５１０を含む。また、ＨＥＭＳコントローラ５１０は、取得部５１１及び制御部５１２を含む。
【００７８】
取得部５１１は、負荷電力量及びＰＶ現在電力量を計測部３１０から取得する。また、取得部５１１は、需要家の外部のネットワーク（インターネットなど）に設けられたサーバ（不図示）から、当該需要家の地域の日射量に関する日射量情報を取得し、当該日射量情報に基づいてＰＶ予測電力量を取得する。
【００７９】
制御部５１２は、取得部５１１が取得した情報に基づいて、ＳＯＦＣユニット１００の出力電力量を制御する。制御部５１２は、ＳＯＦＣ目標電力量を設定する設定部１４２ａを含む。設定部１４２ａは、第１実施形態又は第２実施形態で説明した電力制御方法に従って、ＳＯＦＣ目標電力量をＳＯＦＣコントローラ１４０に設定する。
【００８０】
図８は、上述した第３及び第４実施形態に係る電力供給システムの変更例のブロック図である。本変更例では、図７と比較して、貯湯ユニット１５０が追加されている点が異なる。設定部１４２ａは、第３実施形態又は第４実施形態で説明した電力制御方法に従って、ＳＯＦＣ目標電力量をＳＯＦＣコントローラ１４０に設定する。
【００８１】
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００８２】
１０…系統、１１…系統電力ライン、１２…ＳＯＦＣ電力ライン、１３…ＰＶ電力ライン、１４…負荷電力ライン、１００…ＳＯＦＣユニット、１１０…ＳＯＦＣ、１２０…ＳＯＦＣ ＰＣＳ、１３０…熱交換器、１４０…ＳＯＦＣコントローラ、１４１…取得部、１４２…制御部、１４２ａ…設定部、１５０…貯湯ユニット、１５１…貯湯槽、２００…ＰＶユニット、２１０…ＰＶ、２２０…ＰＶ ＰＣＳ、３００…分電盤、３１０…計測部、４００…負荷、５００…ＨＥＭＳ、５１０…ＨＥＭＳコントローラ、５１１…取得部、５１２…制御部、５１２ａ…設定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池ユニット及び太陽電池ユニットを併用して負荷に電力を供給するための電力制御装置であって、
前記太陽電池ユニットの将来における出力電力量の予測値である太陽電池予測電力量を取得する取得部と、
前記太陽電池予測電力量に基づいて、前記燃料電池ユニットの出力電力量を制御する制御部と、
を有することを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
前記取得部は、さらに、前記太陽電池ユニットの現時点での出力電力量の計測値である太陽電池現在電力量を取得し、
前記制御部は、前記太陽電池現在電力量に対する前記太陽電池予測電力量の変動状態に基づいて、前記燃料電池ユニットの出力電力量を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項３】
前記取得部は、さらに、前記負荷が消費する電力量の計測値である負荷電力量を取得し、
前記制御部は、前記負荷電力量から前記太陽電池現在電力量を減じた電力量を、前記燃料電池ユニットの出力電力量の目標値である燃料電池目標電力量として設定する目標電力量設定部を含み、
前記目標電力量設定部は、前記太陽電池現在電力量に対して前記太陽電池予測電力量が所定値以上減少する場合には、前記負荷電力量から前記太陽電池現在電力量を減じた電力量よりも多い電力量を、前記燃料電池目標電力量として設定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
【請求項４】
前記取得部は、さらに、前記負荷が消費する電力量の計測値である負荷電力量を取得し、
前記制御部は、前記負荷電力量に等しい電力量を、前記燃料電池ユニットの出力電力量の目標値である燃料電池目標電力量として設定する目標電力量設定部を含み、
前記目標電力量設定部は、前記太陽電池現在電力量に対して前記太陽電池予測電力量が所定値以上減少する場合には、前記負荷電力量よりも多い電力量を、前記燃料電池目標電力量として設定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
【請求項５】
前記取得部は、さらに、前記太陽電池の過去の発電量の計測値である太陽電池過去発電量を取得し、
前記制御部は、前記太陽電池過去発電量に対する前記太陽電池現在電力量の変動分を補うように、前記燃料電池ユニットの出力電力量の目標値である燃料電池目標電力量を設定する目標電力量設定部を含み、
前記目標電力量設定部は、前記太陽電池過去発電量に対して前記太陽電池現在電力量が減少した場合であっても、前記太陽電池現在電力量に対して前記太陽電池予測電力量が増加する場合には、前記燃料電池目標電力量を増加させずに維持する、
ことを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
【請求項６】
前記取得部は、前記太陽電池予測電力量を時間帯別に取得し、
前記制御部は、前記太陽電池予測電力量の多い前記時間帯における前記燃料電池ユニットの出力電力量を制限するように、前記燃料電池ユニットの出力電力量の上限値である燃料電池上限電力量を前記時間帯別に設定する上限発電量設定部を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項７】
燃料電池ユニット及び太陽電池ユニットを併用して負荷に電力を供給するための電力制御方法であって、
前記太陽電池ユニットの将来における出力電力量の予測値である太陽電池予測電力量を取得するステップと、
前記太陽電池予測電力量に基づいて、前記燃料電池ユニットの出力電力量を制御するステップと、
を有することを特徴とする電力制御方法。
【請求項１】
燃料電池ユニット及び太陽電池ユニットを併用して負荷に電力を供給するための電力制御装置であって、
前記太陽電池ユニットの将来における出力電力量の予測値である太陽電池予測電力量を取得する取得部と、
前記太陽電池予測電力量に基づいて、前記燃料電池ユニットの出力電力量を制御する制御部と、
を有することを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
前記取得部は、さらに、前記太陽電池ユニットの現時点での出力電力量の計測値である太陽電池現在電力量を取得し、
前記制御部は、前記太陽電池現在電力量に対する前記太陽電池予測電力量の変動状態に基づいて、前記燃料電池ユニットの出力電力量を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項３】
前記取得部は、さらに、前記負荷が消費する電力量の計測値である負荷電力量を取得し、
前記制御部は、前記負荷電力量から前記太陽電池現在電力量を減じた電力量を、前記燃料電池ユニットの出力電力量の目標値である燃料電池目標電力量として設定する目標電力量設定部を含み、
前記目標電力量設定部は、前記太陽電池現在電力量に対して前記太陽電池予測電力量が所定値以上減少する場合には、前記負荷電力量から前記太陽電池現在電力量を減じた電力量よりも多い電力量を、前記燃料電池目標電力量として設定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
【請求項４】
前記取得部は、さらに、前記負荷が消費する電力量の計測値である負荷電力量を取得し、
前記制御部は、前記負荷電力量に等しい電力量を、前記燃料電池ユニットの出力電力量の目標値である燃料電池目標電力量として設定する目標電力量設定部を含み、
前記目標電力量設定部は、前記太陽電池現在電力量に対して前記太陽電池予測電力量が所定値以上減少する場合には、前記負荷電力量よりも多い電力量を、前記燃料電池目標電力量として設定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
【請求項５】
前記取得部は、さらに、前記太陽電池の過去の発電量の計測値である太陽電池過去発電量を取得し、
前記制御部は、前記太陽電池過去発電量に対する前記太陽電池現在電力量の変動分を補うように、前記燃料電池ユニットの出力電力量の目標値である燃料電池目標電力量を設定する目標電力量設定部を含み、
前記目標電力量設定部は、前記太陽電池過去発電量に対して前記太陽電池現在電力量が減少した場合であっても、前記太陽電池現在電力量に対して前記太陽電池予測電力量が増加する場合には、前記燃料電池目標電力量を増加させずに維持する、
ことを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
【請求項６】
前記取得部は、前記太陽電池予測電力量を時間帯別に取得し、
前記制御部は、前記太陽電池予測電力量の多い前記時間帯における前記燃料電池ユニットの出力電力量を制限するように、前記燃料電池ユニットの出力電力量の上限値である燃料電池上限電力量を前記時間帯別に設定する上限発電量設定部を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項７】
燃料電池ユニット及び太陽電池ユニットを併用して負荷に電力を供給するための電力制御方法であって、
前記太陽電池ユニットの将来における出力電力量の予測値である太陽電池予測電力量を取得するステップと、
前記太陽電池予測電力量に基づいて、前記燃料電池ユニットの出力電力量を制御するステップと、
を有することを特徴とする電力制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４１７２３（Ｐ２０１３−４１７２３Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７７０７４（Ｐ２０１１−１７７０７４）
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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