JP2016039671A - 太陽光発電システム用モニター装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な方法で蓄電池の充電または放電の状態を表示可能な太陽光発電システム用モニター装置を得ること。【解決手段】太陽光発電システムおよび系統電源および一般負荷１２と接続する一般負荷分電盤１１と、蓄電池４と、を接続する一般負荷ライン６に流れる電流を検出するＣＴセンサ８と、一般負荷１２よりも停電時に優先して使用する重要負荷１４と接続する重要負荷分電盤１３と、蓄電池４と、を接続する重要負荷ライン７に流れる電流を検出するＣＴセンサ９と、ＣＴセンサ８，９の検出情報に基づいて、蓄電池４が充電状態にあるのか放電状態にあるかを判定する計測装置３と、計測装置３の判定結果に基づいて、蓄電池４の状態について充電中または放電中を表示するモニター装置５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システム用モニター装置に関する。

近年、地球温暖化の原因となるＣＯ₂の排出量削減問題、また、いずれ枯渇が予想される化石燃料に代わる代替エネルギーへの関心が高まり、中でも、クリーンでかつ無尽蔵のエネルギー源である太陽光による太陽光発電システムが注目を集めている。太陽光発電システムに接続し、発電状況を示す発電電力情報などのデータを表示するモニター装置が市販されている。

モニター装置が表示する主な情報には、太陽光モジュールによって発電されパワーコンディショナによって直流から交流に変換されて得られる発電電力情報、電力会社との売買電力情報、および家庭内で使われる消費電力情報がある。これらの発電電力情報、売買電力情報、消費電力情報は、計測装置で計測された後、モニター装置へ送られて表示されるのが一般的な形態である。下記特許文献１では、パワーコンディショナ、系統電源、電気機器と接続し、発電電力および消費電力を取得して表示する電力表示器についての技術が開示されている。

また、太陽光発電システムについては、今後、太陽光モジュールによって発電された電力を蓄えることができる蓄電池をシステムに組み入れ、夜間または停電時に蓄えた電力を使用できるシステムが望まれると考える。

特開２０１４−３２１５１号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、システムに蓄電池を接続しても蓄電池の充放電の情報を取得できない、という問題があった。また、蓄電池に対応した太陽光発電システムであっても、他社メーカーの蓄電池を接続して使用する場合、システムでは、共通の通信プロトコルが無い、または通信機能が無い蓄電池については、蓄電池の充放電の状態が把握できず蓄電池の状態を表示できない、という問題があった。今後増えることが予想される、太陽光発電で発生した電力を蓄電池に蓄えるシステムへの対応が必要である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な方法で蓄電池の充電または放電の状態を表示可能な太陽光発電システム用モニター装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、太陽光発電システムまたは系統電源および一般負荷と接続する一般負荷分電盤と、蓄電池と、を接続する一般負荷ラインに流れる電流を検出する第１の電流センサと、前記一般負荷よりも停電時に優先して使用する重要負荷と接続する重要負荷分電盤と、前記蓄電池と、を接続する重要負荷ラインに流れる電流を検出する第２の電流センサと、前記第１の電流センサの検出情報および前記第２の電流センサの検出情報に基づいて、前記蓄電池が充電状態にあるのか放電状態にあるのかを判定する計測装置と、前記計測装置の判定結果に基づいて、前記蓄電池の状態について充電中または放電中を表示するモニター装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、簡易な方法で蓄電池の充電または放電の状態を表示できる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる太陽光発電システム用モニター装置について、太陽光発電システム、および住宅内に設置された分電盤、蓄電池との接続例を示す図 モニター装置が蓄電池の状態表示を行う画面を示す図

以下に、本発明にかかる太陽光発電システム用モニター装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態にかかる太陽光発電システム用モニター装置について、太陽光発電システム、および住宅に設置された分電盤、蓄電池との接続例を示す図である。

太陽光発電システムは、太陽電池パネル１と、パワーコンディショナ２と、を備える。太陽電池パネル１は、複数枚の太陽電池モジュールを住宅の屋上に設置し、複数枚の太陽電池モジュールを直列または並列に接続して構成したものである。太陽電池パネル１には、パワーコンディショナ２が接続されている。

太陽電池パネル１は、太陽光を受けて発電し、直流電力を発生させる。パワーコンディショナ２は、太陽電池パネル１で発生された直流電力を交流電力へ変換して出力する。パワーコンディショナ２は、一般負荷分電盤１１に接続されている。太陽光発電システムからの交流電流は、一般負荷分電盤１１内の図示しない分岐ブレーカーを経由して、住宅内の負荷で消費され、また、蓄電池４で充電される。

計測装置３は、パワーコンディショナ２から通信により、太陽光発電システムでの発電電力情報を取得する。また、計測装置３は、系統電源と一般負荷分電盤１１とを接続する系統電源ライン１０に接続された潮流点センサ１５により電力会社との間で売買される電力の情報である売買電力情報を取得する。また、計測装置３は、第１の電流センサであるＣＴ（Current Transformer）センサ８により一般負荷分電盤１１と蓄電池４との間の電流値、第２の電流センサであるＣＴセンサ９により重要負荷分電盤１３と蓄電池４との間の電流値の情報を取得する。

本実施の形態では、住宅内の負荷を、一般負荷と重要負荷とに分けた構成の場合について説明する。

一般負荷１２とは、例えば、エアコン、電子レンジ、洗濯機などであり、一般負荷分電盤１１に接続され、太陽光発電システム、系統電源、または蓄電池４からの電力供給が可能である。一般負荷分電盤１１は、太陽光発電システム、系統電源、蓄電池４、計測装置３、一般負荷１２と接続する。

重要負荷１４とは、例えば、蛍光灯、テレビ、冷蔵庫などであり、重要負荷分電盤１３に接続され、蓄電池４の入り口部の図示しない分岐回路経由での系統電源または太陽光発電システムからの電力供給、あるいは蓄電池４からの電力供給が可能である。重要負荷１４は、一般負荷１２よりも停電時において優先して使用する重要な電気機器である。重要負荷分電盤１３は、蓄電池４、重要負荷１４と接続する。

一般負荷１２と重要負荷１４とを分離することにより、蓄電池４では、系統電源が停電している場合に、重要負荷１４のみへ電力供給を行うことができる。

以下、蓄電池４と一般負荷分電盤１１とを接続する電源ラインを一般負荷ライン６と呼び、蓄電池４と重要負荷分電盤１３とを接続する電源ラインを重要負荷ライン７と呼ぶ。

一般負荷ライン６には、系統電源または太陽光発電システムから一般負荷分電盤１１経由で蓄電池４へ向かう充電電流が流れる場合と、蓄電池４から一般負荷分電盤１１経由で一般負荷１２へ向かう放電電流が流れる場合とがある。一般負荷ライン６は、通常時、充電動作では、太陽光発電システムまたは系統電源から電源を供給して蓄電池４への充電を行い、放電動作では、蓄電池４から一般負荷１２への電源供給を行う。ここでは、太陽光発電システムおよび系統電源が、一般負荷分電盤１１または蓄電池４への電源供給源となる。

一般負荷ライン６に対してＣＴセンサ８を接続する。ＣＴセンサ８は、一般負荷ライン６に流れる電流を検出し、電流の方向判定を行って、一般負荷１２へ給電状態にあるか蓄電池４への充電状態にあるかを電流方向で判別し、充電方向または放電方向のいずれかについての電流値をモニターする。

重要負荷ライン７については、蓄電池４から重要負荷分電盤１３経由で重要負荷１４へ向かう放電電流が流れる場合のみである。重要負荷ライン７は、通常時は、電源供給源である太陽光発電システムまたは系統電源、もしくは蓄電池４から重要負荷１４へ電源供給を行い、停電時は、蓄電池４から重要負荷１４へ電源供給を行う。

重要負荷ライン７に対してＣＴセンサ９を接続する。ＣＴセンサ９は、重要負荷ライン７に流れる電流を検出するが、重要負荷ライン７は重要負荷１４へ給電を行うのみで給電用のライン専用に固定され、充電に使用されることはないので、蓄電池４から重要負荷１４へ給電される電流値のみをモニターする。

ＣＴセンサ８は、一般負荷ライン６の電流方向および電流値を常時モニターし、ＣＴセンサ９は、重要負荷ライン７の電流値を常時モニターする。計測装置３は、ＣＴセンサ８から一般負荷ライン６の充電時の電流値または放電時の電流値の情報を取得し、ＣＴセンサ９から重要負荷ライン７の放電時の電流値の情報を取得する。計測装置３は、各電流値を用いて、次式に従って蓄電池４が充電状態にあるのか放電状態にあるのかを判定する。

一般負荷ライン６の電流方向が一般負荷分電盤１１から蓄電池４への充電方向の場合
一般負荷ライン６の電流値−重要負荷ライン７の電流値＞０ ⇒ 充電状態
一般負荷ライン６の電流値−重要負荷ライン７の電流値＜０ ⇒ 放電状態
一般負荷ライン６の電流値−重要負荷ライン７の電流値＝０ ⇒ 充放電無し状態

一般負荷ライン６の電流方向が蓄電池４から一般負荷分電盤１１への放電方向の場合
⇒ 放電状態

計測装置３は、上記の式に従って判定処理を行い、蓄電池４が充電状態にあるのか放電状態にあるのかを示す状態データを通信によってモニター装置５へ送信する。なお、計測装置３は、充放電無し状態を示す状態データについても、通信によってモニター装置５へ送信してもよい。

なお、判定処理については、計測装置３ではなくモニター装置５で行ってもよい。この場合、計測装置３は、取得した一般負荷ライン６の電流方向および電流値の情報、重要負荷ライン７の電流値の情報をモニター装置５へ送信し、モニター装置５が、上記の式に従って判定処理を行う。

モニター装置５は、計測装置３または自装置で判定された状態データに基づいて、蓄電池４について充電中または放電中の状態の表示を行う。なお、モニター装置５は、充放電無し状態についても表示を行ってもよい。図２は、モニター装置５が蓄電池４の状態表示を行う画面を示す図である。モニター装置５が、現在のシステム状態について、総積算発電電力量、現在発電している電力量を示す発電電力、および現在の蓄電池４の状態を示す蓄電池状態の各情報を表示している様子を示すものである。モニター装置５では、従来からの総積算発電電力量および発電電力に加えて、蓄電池４の状態を示すことができる。なお、図２では、一例として、蓄電池４が充電状態ときの「充電中」を表示しているが、蓄電池４が放電状態のときは「放電中」と表示する。また、蓄電池４が充放電無し状態のときは「充放電無し」と表示してもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＣＴセンサ８が、一般負荷分電盤１１と蓄電池４とを接続する一般負荷ライン６に流れる電流を検出し、ＣＴセンサ９が、重要負荷分電盤１３と蓄電池４とを接続する重要負荷ライン７に流れる電流を検出し、計測装置３が、ＣＴセンサ８，９の検出情報に基づいて、蓄電池４が充電状態または放電状態にあるかを判定し、モニター装置５が、計測装置３の判定結果に基づいて、蓄電池４が充電中または放電中であることを表示することとした。これにより、他社メーカーの蓄電池を使用する場合において、共通の通信プロトコルが無い、または蓄電池に通信機能が無い場合でも、簡単な構成で蓄電池について充電中または放電中の表示を行うことができる。すなわち、太陽光発電システム用モニター装置では、ＣＴセンサ８，９で検出された電流の情報を用いるのみで、蓄電池４の状態を判定して表示することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、住宅内の負荷を一般負荷１２と重要負荷１４とに分けた構成の場合について説明したが、一般負荷１２と重要負荷１４とに分けていない構成も可能である。

住宅内の負荷を一般負荷１２と重要負荷１４とに分けない場合、システムの構成は、図１から重要負荷分電盤１３、重要負荷ライン７、およびＣＴセンサ９を削除した構成となる。重要負荷１４については、一般負荷１２と同様、一般負荷分電盤１１に接続する構成とする。

この場合、計測装置３は、一般負荷分電盤１１と蓄電池４との間の一般負荷ライン６に接続されたＣＴセンサ８による電流方向のモニター結果のみに基づいて、蓄電池４の状態が充電中または放電中であるかを判定することができる。なお、実施の形態１と同様、モニター装置５が判定処理を行ってもよい。モニター装置５は、計測装置３または自装置での判定に基づいて、蓄電池４について充電中または放電中の状態の表示を行う。

一般負荷１２と重要負荷１４とに分けていない構成においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
太陽光発電システム用モニター装置では、ＣＴセンサ８およびＣＴセンサ９において電流の方向および電流値をモニターできるため、モニター装置５に「充電中」または「放電中」の表示だけでなく、現在の充電量（充電電流の値）または放電量（放電電流の値）について数値情報を表示することも可能である。

なお、数値情報については、実際の数値ではなく、充電量または放電量の程度が比較できる相対的なレベル表示、例えば、３段階のレベルメータ表示などであってもよい。なお、レベルメータ表示については、３段階に限定するものではない。

これにより、単に充電中または放電中の状態を表示するだけでなく充電量または放電量も把握できる、という効果を奏する。

ここで、計測装置３は、蓄電池４に現在充電している充電量、または蓄電池４から現在放電している放電量が分かっても、蓄電池４にどれだけの電気エネルギーが蓄えられているのかは把握できない。そのため、計測装置３が、ＣＴセンサ８による充電量または放電量、ＣＴセンサ９による放電量の情報を用いて、蓄電池４の初期状態時から積算していくことによって、蓄電池４の蓄電量（Ａｈ）を算出し、モニター装置５が蓄電量を表示することができる。なお、蓄電量表示については、数値表示だけでなく、蓄電量の程度がわかる相対的なレベル表示、例えば、携帯電話またはスマートフォンにおける電池の残容量を示す３段階のレベルメータ表示などであってもよい。なお、レベルメータ表示については、３段階に限定するものではない。

計測装置３は、蓄電池４の蓄電量の初期値、例えば「０」に対して、ＣＴセンサ８，９による電流値、別途計測する電圧値、および時間のファクタによる充電電力量または放電電力量を積算していくことで、ある時点での蓄電量、例えばＷｈ換算値を求めることができる。別途計測する電圧値について、計測装置３は、例えば、一般負荷分電盤１１から給電される電力に対して計測した電圧値を用いてもよいが、これに限定するものではない。

モニター装置５が数値またはレベルメータ表示で蓄電池４の蓄電量を表示することにより、使用者は、蓄電池４が蓄電している電気エネルギーの状態を簡単に把握することができる。なお、実施の形態１，２での判定処理と同様、モニター装置５が、計測装置３から蓄電量の算出に必要な情報を取得して自装置で蓄電量を求めてもよい。

なお、簡易な構成と簡単な演算により蓄電池４の蓄電量を算出できるメリットはあるものの、計測誤差、演算誤差、また蓄電池４の自然放電による蓄電量のずれの発生が考えられ、徐々に蓄電池４の蓄電量の値が信頼できなくなってくることが予想される。

そのため、計測装置３では、蓄電池４の蓄電量のずれに対して、必要により演算した蓄電池４の蓄電量の値に補正を加えることが有効である。例えば、住宅において、蓄電池４への充電のみを実施し、蓄電池４を満充電状態にする。計測装置３は、演算によって求めた蓄電量が蓄電池容量に対して１００％を超えている場合、真値からずれているものと判断し、蓄電量を蓄電池容量の１００％に相当する値に補正する。または、住宅において、蓄電池４からの放電のみを実施し、蓄電池４を全放電状態にする。計測装置３は、演算によって求めた蓄電量が０以下の場合、真値からずれているものと判断し、蓄電量を０に補正する。

計測装置３では、上記補正を施すことにより、ずれの少ない信頼できる蓄電量を求めることができ、モニター装置５において表示することが可能となる。なお、モニター装置５が、蓄電量を算出している場合には、モニター装置５が補正を行ってもよい。

１ 太陽電池パネル、２ パワーコンディショナ、３ 計測装置、４ 蓄電池、５ モニター装置、６ 一般負荷ライン、７ 重要負荷ライン、８，９ ＣＴセンサ、１０ 系統電源ライン、１１ 一般負荷分電盤、１２ 一般負荷、１３ 重要負荷分電盤、１４ 重要負荷、１５ 潮流点センサ。

Claims (7)

1. 太陽光発電システムまたは系統電源および一般負荷と接続する一般負荷分電盤と、蓄電池と、を接続する一般負荷ラインに流れる電流を検出する第１の電流センサと、
   前記一般負荷よりも停電時に優先して使用する重要負荷と接続する重要負荷分電盤と、前記蓄電池と、を接続する重要負荷ラインに流れる電流を検出する第２の電流センサと、
   前記第１の電流センサの検出情報および前記第２の電流センサの検出情報に基づいて、前記蓄電池が充電状態にあるのか放電状態にあるのかを判定する計測装置と、
   前記計測装置の判定結果に基づいて、前記蓄電池の状態について充電中または放電中を表示するモニター装置と、
   を備えることを特徴とする太陽光発電システム用モニター装置。
2. 前記計測装置は、前記第１の電流センサが検出する電流方向および電流値、前記第２の電流センサが検出する電流値、の情報に基づいて、前記蓄電池が充電状態にあるのか放電状態にあるのかを判定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム用モニター装置。
3. 太陽光発電システムまたは系統電源および負荷と接続する分電盤と、蓄電池と、を接続する負荷ラインに流れる電流を検出する電流センサと、
   前記電流センサの検出情報に基づいて、前記蓄電池が充電状態にあるのか放電状態にあるのかを判定する計測装置と、
   前記計測装置の判定結果に基づいて、前記蓄電池の状態について充電中または放電中を表示するモニター装置と、
   を備えることを特徴とする太陽光発電システム用モニター装置。
4. 前記計測装置は、前記電流センサが検出する電流方向および電流値の情報に基づいて、前記蓄電池が充電状態にあるのか放電状態にあるのかを判定する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電システム用モニター装置。
5. 前記計測装置は、前記蓄電池への電流値または前記蓄電池からの電流値の情報に基づいて、前記蓄電池への充電量または前記蓄電池からの放電量を算出し、
   前記モニター装置は、前記充電量または前記放電量を、数値または相対的なレベル表示で表示する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の太陽光発電システム用モニター装置。
6. 前記計測装置は、前記充電量および前記放電量を積算して前記蓄電池の蓄電量を算出し、
   前記モニター装置は、前記蓄電量を表示する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の太陽光発電システム用モニター装置。
7. 前記計測装置は、前記蓄電池が満充電状態であるときの前記蓄電量を前記満充電状態に相当する値に補正する、または、前記蓄電池が全放電状態であるときの前記蓄電量を前記全放電状態に相当する値に補正する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の太陽光発電システム用モニター装置。

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