JP2013250094A

JP2013250094A - 太陽光発電システム

Info

Publication number: JP2013250094A
Application number: JP2012123636A
Authority: JP
Inventors: Tomio Kishino; 富夫岸野
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2013-12-12

Abstract

【課題】複数のパワーコンディショナの発電量を合算して表示することが容易な太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】複数のパワーコンディショナ５Ａ，５Ｂが出力した交流電力を集電盤６Ａ，６Ｂにより１つの交流電力にまとめて出力する太陽光発電システムにおいて、交流電力を計測し、計測した交流電力を積算した交流電力量と対応付けられたパルス数のパルス信号を出力する複数の電力計７Ａ，７Ｂと、複数のパルス信号のパルス数を加算し、加算したパルス数のパルス信号を出力するパルス加算器１０と、パルス信号のパルス数と対応付けられた数値を表示する表示手段１２Ａ，１２Ｂとを備え、各集電盤６Ａ，６Ｂから出力する交流電力を電力計７Ａ，７Ｂで個別に計測し、複数の電力計７Ａ，７Ｂが出力したパルス信号をパルス加算器１０で加算し、パルス加算器１０が出力したパルス信号に基づいた発電量を表示手段１２Ａ，１２Ｂで表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システムに関し、特に発電量を計測して表示する手段の構成に関する。

ビルなどの大型建築物では、照明設備や空調設備などで使用する電力を、太陽光発電システムによって発電した電力でまかなうことが増えている。また近年は、建築物で使用する電力に限らず、ビルなどの建設現場で使用する電力を太陽光発電システムによって発電した電力でまかなうことも増えている。

太陽光発電システムは、太陽電池モジュール及びパワーコンディショナを備える。太陽電池モジュールは、光電変換により直流電力を発電する。パワーコンディショナは、その直流電力を所定電圧の交流電力に変換して出力する。パワーコンディショナが出力した交流電力は、照明装置や空調設備などの負荷装置に供給され、その負荷装置で消費される。

この種の太陽光発電システムをビルなどの大型建築物に設置する場合、通常、三相系統と単相系統との２種類の電力系統を設ける。三相系統は、直流電力を三相交流電力に変換して出力する電力系統である。三相交流電力は、エレベータや消費電力の多い電気機器に使用する。一方の単相系統は、直流電力を単相交流電力に変換して出力する電力系統である。単相交流電力は、照明設備などの消費電力の少ない電気機器に使用する。

各電力系統は、日射強度によらず一定量の交流電力を供給できるよう複数のパワーコンディショナを備えることが多い。その場合、各パワーコンディショナが出力した交流電力は、集電盤により１つにまとめた後、分電盤を介して各負荷装置に供給する。

また、大型建築物で太陽光発電システムを使用する場合、利用者のＣＯ_２排出量削減に対する意識を高めるために発電量を表示することが多い。さらに、地域住民への広報活動の一環として発電量を表示することもある。

太陽光発電システムにおける発電量の表示には、付属する計測システムが用いられる。計測システムは、日射強度やパワーコンディショナが出力する交流電力を計測して記録するものである。記録した日射強度や交流電力は、太陽光発電システムの稼働状況の監視や発電量の把握などに利用される。発電量は、記録した交流電力を積算して求める。この計測システムに表示手段を接続し、発電量のデータを表示手段に出力することで、発電量の表示が可能になる（たとえば、非特許文献１を参照）。

「産業用太陽光発電システム」、［online］、伯東株式会社、［平成２４年５月１６日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.hakuto.co.jp/library/products/solar/industry.html＞

ところで、複数のパワーコンディショナを備える太陽光発電システムにおいて発電量を表示する場合、各パワーコンディショナが出力する交流電力量を計測システムにおいて合算する必要がある。しかしながら、複数のパワーコンディショナは、点在していることもある。これに対し、計測システムは、管理しやすい特定の場所に設置される。そのため、各パワーコンディショナが出力する交流電力を計測システムで計測しようとすると、各パワーコンディショナと計測システムとを接続する通信ケーブルの敷設工事に手間がかかる。

また、一般的な計測システムは、１つの電力系統にのみ対応している。そのため、三相系統と単相系統とが混在した太陽光発電システムでは、計測システムを用いてシステム全体の発電量を表示することが難しい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数のパワーコンディショナの発電量を合算して表示することが容易な太陽光発電システムを提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明の請求項１に係る太陽光発電システムは、直流電力を交流電力に変換して出力する複数のパワーコンディショナと、複数のパワーコンディショナが出力した交流電力を１つの交流電力にまとめて出力する複数の集電盤とを備える太陽光発電システムにおいて、交流電力を計測し、計測した交流電力を積算した交流電力量と対応付けられたパルス数のパルス信号を出力する複数の電力計と、複数のパルス信号が入力した場合に複数のパルス信号のパルス数を加算し、加算したパルス数のパルス信号を出力するパルス加算器と、パルス信号のパルス数と対応付けられた数値を表示する表示手段とを備え、各集電盤から出力する交流電力を電力計で個別に計測し、複数の電力計が出力したパルス信号をパルス加算器で加算し、パルス加算器が出力したパルス信号に基づいた発電量を表示手段で表示することを特徴とする。

本発明の請求項２に係る太陽光発電システムは、上記請求項１に係る太陽光発電システムにおいて、１つのパルス信号が入力した場合に、その１つのパルス信号を複数の出力端子から出力するパルス分配器を備えることを特徴とする。

本発明に係る太陽光発電システムは、交流電力量と対応付けられたパルス数のパルス信号を出力する電力計と、電力計が出力したパルス信号のパルス数を加算するパルス加算器とを備える。電力計は、集電盤から出力した交流電力を計測し、その計測した交流電力を積算して交流電力量を算出する。この交流電力量は、１つの集電盤に接続している複数のパワーコンディショナが出力した交流電力量を足し合わせたものである。そのため、電力計が出力するパルス信号のパルス数は、１つの集電盤に接続している複数のパワーコンディショナの発電量を表している。すなわち、パルス加算器が出力するパルス信号は、太陽光発電システム全体の発電量を表している。したがって、本発明に係る太陽光発電システムは、計測システムを使わずに、複数のパワーコンディショナの発電量を合算して表示することができる。

また、電力計が出力するパルス信号は、パルス数で交流電力量を表している。そのため、交流電力量とパルス数との対応関係が共通であれば、電力系統が違っても、ある交流電力量と対応するパルス信号は同じパルス数の信号になる。そのため、本発明に係る太陽光発電システムでは、複数の集電盤から出力する交流電力の電力系統の組み合わせによらず、システム全体の発電量を容易に表示することができる。

さらに、電力計で計測するのは集電盤から出力した交流電力である。集電盤は、その数がパワーコンディショナより少ない上、メンテナンスなどの作業をしやすい場所に設置される。そのため、本発明に係る太陽光発電システムは、発電量の計測に必要な通信ケーブルの敷設工事が容易である。

このように、本発明に係る太陽光発電システムは、複数のパワーコンディショナの発電量を合算して表示することが容易である。

図１は、本発明の一実施の形態である太陽光発電システムの概略構成を示す図である。図２は、集電盤から出力する交流電力の計測例を示す図である。図３は、パルス信号の出力例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る太陽光発電システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

本実施の形態で挙げる太陽光発電システムは、図１に示すように、三相系統１及び単相系統２の２種類の電力系統を備える。三相系統１及び単相系統２の構成は周知であるため、これら電力系統の具体的な説明は省略する。

三相系統１は、三相交流電力を供給する電力系統であり、太陽電池モジュール３、三相パワーコンディショナー５Ａ、及び三相集電盤６Ａ、並びに送電ケーブル４１，４２，４３を備える。

太陽電池モジュール３は、光電変換により発生した直流電力を送電ケーブル４１に出力する。出力した直流電力は、送電ケーブル４１を通り三相パワーコンディショナ５Ａに入力する。三相パワーコンディショナ５Ａは、入力した直流電力を三相２００Ｖの交流電力に変換して送電ケーブル４２に出力する。三相パワーコンディショナ５Ａから出力した三相交流電力は、送電ケーブル４２を通って三相集電盤６Ａに入力する。三相集電盤６Ａは、入力した三相交流電力を１つにまとめて送電ケーブル４３に出力する。三相集電盤６Ａから出力した三相交流電力は、送電ケーブル４３及び図示しない分電盤などを介して負荷装置に供給される。

三相集電盤６Ａは、図２に示すように、５個の入力側開閉器６１、集電配線６２、及び１つの出力側開閉器６３を備える。なお、図２には、配電方法が三相三線式である場合の三相集電盤６Ａの構成例を示している。各三相パワーコンディショナ５Ａに接続された送電ケーブル４２の一端は、異なる入力側開閉器６１に接続している。送電ケーブル４２を通る三相交流電力は、接続している入力側開閉器６１が閉状態であり、かつ出力側開閉器６３が閉状態の場合にのみ、集電配線６２及び出力側開閉器６３を通って送電ケーブル４３に出力する。そのため、各入力側開閉器６１の開閉状態の組み合わせを変えることで、送電ケーブル４３に出力する三相交流電力の電流値を調節することができる。

一方の単相系統２は、単相交流電力を供給する電力系統であり、太陽電池モジュール３、単相パワーコンディショナ５Ｂ、及び単相集電盤６Ｂ、並びに送電ケーブル４１，４４，４５を備える。

太陽電池モジュール３は、光電変換により発生した直流電力を送電ケーブル４１に出力する。出力した直流電力は、送電ケーブル４１を通り単相パワーコンディショナ５Ｂに入力する。単相パワーコンディショナ５Ｂは、入力した直流電力を単相２００Ｖの交流電力に変換して送電ケーブル４４に出力する。単相パワーコンディショナ５Ｂから出力した単相交流電力は、送電ケーブル４４を通って単相集電盤６Ｂに入力する。単相集電盤６Ｂは、入力した単相交流電力を１つにまとめて送電ケーブル４５に出力する。単相集電盤６Ｂから出力した単相交流電力は、送電ケーブル４５及び図示しない分電盤などを介して負荷装置に供給される。

単相集電盤６Ｂは、三相集電盤６Ａと同様の構成になっている。すなわち、図示しない入力側開閉器の開閉状態の組み合わせを変えることで、送電ケーブル４５に出力する単相交流電力の電流値を調節することができる。

さて、本実施の形態の太陽光発電システムでは、三相系統１及び単相系統２の発電量を表示するために、図１に示すように、第１の電力計７Ａ、第２の電力計７Ｂ、第１の電力計測ケーブル８Ａ、第２の電力計測ケーブル８Ｂ、パルス加算器１０、パルス分配器１１、第１の表示手段１２Ａ、及び第２の表示手段１２Ｂ、並びに信号線９１〜９５を設けている。

第１の電力計７Ａは、三相集電盤６Ａから送電ケーブル４３に出力する三相交流電力の値を計測するものである。この第１の電力計７Ａには、三相交流電力の計測及び積算が可能であり、かつ積算した交流電力量と対応付けられたパルス信号を出力可能なものを用いる。また、第１の電力計７Ａには、クランプ式と呼ばれる計測方式のものを用いる。

第１の電力計７Ａによる三相交流電力の計測は、第１の電力計測ケーブル８Ａを用いて行う。第１の電力計測ケーブル８Ａは、図２に示すように、３本の電圧計測ケーブル８１，８２，８３、及び２本の電流センサ付きケーブル８４，８５を備える。各電圧計測ケーブル８１，８２，８３はそれぞれ、一端にクリップ部を有する。各クリップ部は、三相集電盤６Ａにおける出力側開閉器６３の出力端子に取り付ける。電流センサ付きケーブル８４，８５はそれぞれ、一端に電流センサとしてのクランプセンサ部を有する。各クランプセンサ部は、送電ケーブル４３を構成する３本の送電線のうちの２本に取り付ける。

第１の電力計７Ａは、第１の電力計測ケーブル８Ａを介して送電ケーブル４３の電圧及び電流を計測し、それらの値から瞬時の三相交流電力を算出する。また、第１の電力計７Ａは、一定の周期で三相交流電力の算出を繰り返し、三相交流電力を積算する。そして、積算した三相交流電力の値、すなわち三相交流電力量と対応付けられたパルス数のパルス信号を出力する。第１の電力計７Ａが出力するパルス信号としては、図３に示すように、積算した交流電力量Ｐが所定の値Ｐ_Ａになるごとに、パルス幅がΔｔである１つのパルスを出力する信号が挙げられる。第１の電力計７Ａが出力したパルス信号は、信号線９１を通ってパルス加算器１０に入力する。

第２の電力計７Ｂは、単相集電盤６Ｂから送電ケーブル４５に出力する単相交流電力の値を計測するものである。この第２の電力計７Ｂには、単相交流電力の計測及び積算が可能であり、かつ積算した交流電力量と対応付けられたパルス信号を出力可能なものを用いる。また、第２の電力計７Ｂも、クランプ式と呼ばれる計測方式のものを用いる。第２の電力計７Ｂによる単相交流電力の計測は、第２の電力計測ケーブル８Ｂを用いて行う。この計測及びパルス信号の出力は、第１の電力計７Ａと同様の要領で行う。第２の電力計７Ｂが出力したパルス信号は、信号線９２を通ってパルス加算器１０に入力する。

パルス加算器１０は、入力した２つのパルス信号のパルス数を加算し、その加算したパルス数のパルス信号を出力する。パルス信号における１つのパルスは交流電力量Ｐ_Ａに相当する。そのため、パルス加算器１０が出力するパルス信号は、三相集電盤６Ａから出力した三相交流電力量と単相集電盤６Ｂから出力した単相交流電力量とを足し合わせた電力量を表している。つまり、パルス加算器１０が出力するパルス信号は、三相系統１の発電量と単相系統２の発電量とを足し合わせた発電量に相当する。パルス加算器１０が出力したこのパルス信号は、信号線９３を通ってパルス分配器１１に入力する。

パルス分配器１１は、入力したパルス信号を２本の信号線９４，９５のそれぞれに出力する。なお、パルス分配器１１が出力するパルス信号は、パルス数が入力したパルス信号と同じであればよい。信号線９４に出力したパルス信号は第１の表示手段１２Ａに入力し、信号線９５に出力したパルス信号は第２の表示手段１２Ｂに入力する。

第１の表示手段１２Ａ及び第２の表示手段１２Ｂは、入力したパルス信号に基づいて発電量を表示する。各表示手段１２Ａ，１２Ｂに入力するパルス信号は、パルス数により発電量を表している。そのため、各表示手段１２Ａ，１２Ｂは、パルス数と発電量との対応関係を、第１の電力計７Ａ及び第２の電力計７Ｂと同じ関係に設定する。これにより、各表示手段１２Ａ，１２Ｂは、入力したパルス信号から発電量を逆算して表示することができる。

このように、本実施の形態の太陽光発電システムは、第１の電力計７Ａ、第２の電力計７Ｂ、及びパルス加算器１０を用いて発電量を算出している。各電力計７Ａ，７Ｂは、集電盤６Ａ，６Ｂから出力した交流電力を計測し、その計測した交流電力を積算して交流電力量を算出する。この交流電力量は、集電盤６Ａ，６Ｂに接続している複数のパワーコンディショナ５Ａ，５Ｂが出力した交流電力量を足し合わせたものである。そのため、各電力計７Ａ，７Ｂが出力するパルス信号のパルス数は、集電盤６Ａ，６Ｂに接続している複数のパワーコンディショナ５Ａ，５Ｂの発電量を表している。すなわち、パルス加算器１０が出力するパルス信号は、太陽光発電システム全体の発電量を表している。したがって、本実施の形態の太陽光発電システムは、計測システムを使わずに、複数のパワーコンディショナ５Ａ，５Ｂの発電量を合算して表示することができる。

また、本実施の形態の太陽光発電システムは、発電量を表すパルス信号をパルス分配器１１により複数の表示手段１２Ａ，１２Ｂに分配して出力することができる。そのため、太陽光発電システムの発電量を複数個所で表示することができる。

さらに、各電力計７Ａ，７Ｂが出力するパルス信号は、パルス数で交流電力量を表している。そのため、交流電力量とパルス数との対応関係が共通であれば、電力系統が違っても、ある交流電力量と対応するパルス信号は同じパルス数の信号になる。そのため、本実施の形態の太陽光発電システムは、三相系統１の発電量と単相系統２の発電量とを合算して表示することが容易である。

さらに、各電力計７Ａ，７Ｂで計測するのは集電盤６Ａ，６Ｂから出力した交流電力である。集電盤６Ａ，６Ｂは、その数がパワーコンディショナ５Ａ，５Ｂより少ない上、メンテナンスなどの作業をしやすい場所に設置される。そのため、本実施の形態の太陽光発電システムは、発電量の計測に必要な通信ケーブルの敷設工事が容易である。

以上、本発明に係る太陽光発電システムの実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に示した構成に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であることはもちろんである。

たとえば、図１には三相系統１及び単相系統２の２つの電力系統を設けた例を示しているが、電力系統の数はこれに限らず、３つ以上にできることはもちろんである。同様に、図１には２つの表示手段１２Ａ，１２Ｂを設けた例を示しているが、表示手段の数はこれに限らず、３つ以上にできることはもちろんである。

また、第１の電力計７Ａとパルス加算器１０との接続、及び第２の電力計７Ｂとパルス加算器１０との接続は、有線又は無線のいずれでもよい。同様に、パルス分配器１１と第１の表示手段１２Ａとの接続、及びパルス分配器１１と第２の表示手段１２Ａとの接続は、有線又は無線のいずれでもよい。さらに、パルス加算器１０とパルス分配器１１とは、有線又は無線で接続される２つの独立した計器ではなく、これらが一体化した計器であってもよい。

また、第１の電力計７Ａ及び第２の電力計７Ｂが出力するパルス信号、またはパルス加算器１０が出力するパルス信号は、表示手段１２Ａ，１２Ｂだけでなく、有線又は無線通信により発電量を監視するシステムに送信してもよい。これにより、遠隔地での太陽光発電システムの監視が可能になる。また、第１の電力計７Ａ及び第２の電力計７Ｂは、上記のクランプ式に限らず、他の計測方式のものであってもよい。

さらに、太陽電池モジュール３、三相パワーコンディショナー５Ａ、及び単相パワーコンディショナ５Ｂは、本設用又は仮設用のいずれであってもよいことはもちろんである。なお、本設用とは、ビルなどの建築物で消費する電力の発電に用いるものである。一方の仮設用とは、工事期間中に消費する電力の発電に用いるものである。

ビルなどの大型建築物に太陽光発電システムを設置する工事では、仮設事務所の照明設備や電動工具などによって多くの電力を消費する。この工事で消費する電力を仮設用の太陽光発電システムにより発電した電力でまかなえば、工事期間中の電力の消費にともなうＣＯ_２排出量を削減できる。加えて、本設用である太陽電池モジュール３及び三相パワーコンディショナ５Ａの一部を用いて三相系統１を設けた後、その三相系統１で発電する三相交流電力を利用して残りの設置工事を行えば、仮設用の太陽光発電システムを設置するコストを低減できる。

１三相系統
２単相系統
３太陽電池モジュール
４１，４２，４３，４４，４５送電ケーブル
５Ａ三相パワーコンディショナ（パワーコンディショナ）
５Ｂ単相パワーコンディショナ（パワーコンディショナ）
６Ａ三相集電盤（集電盤）
６１入力側開閉器
６２集電配線
６３出力側開閉器
６Ｂ単相集電盤（集電盤）
７Ａ第１の電力計
７Ｂ第２の電力計
８Ａ第１の電力計測ケーブル
８Ｂ第２の電力計測ケーブル
８１，８２，８３電圧計測ケーブル
８４，８５電流計測ケーブル
９１，９２，９３，９４，９５信号線
１０パルス加算器
１１パルス分配器
１２Ａ第１の表示手段
１２Ｂ第２の表示手段

Claims

直流電力を交流電力に変換して出力する複数のパワーコンディショナと、前記複数のパワーコンディショナが出力した交流電力を１つの交流電力にまとめて出力する複数の集電盤とを備える太陽光発電システムにおいて、
交流電力を計測し、計測した交流電力を積算した交流電力量と対応付けられたパルス数のパルス信号を出力する複数の電力計と、
複数のパルス信号が入力した場合に前記複数のパルス信号のパルス数を加算し、前記加算したパルス数のパルス信号を出力するパルス加算器と、
パルス信号のパルス数と対応付けられた数値を表示する表示手段とを備え、
各集電盤から出力する交流電力を前記電力計で個別に計測し、前記複数の電力計が出力したパルス信号を前記パルス加算器で加算し、前記パルス加算器が出力したパルス信号に基づいた発電量を前記表示手段で表示することを特徴とする太陽光発電システム。
１つのパルス信号が入力した場合に、その１つのパルス信号を複数の出力端子から出力するパルス分配器を備え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。