JP2015136215A - 再生可能エネルギー制御システム、再生可能エネルギー制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】生成された再生可能エネルギーをいっそう有効に活用できる再生可能エネルギー制御システムを提供する。【解決手段】ソーラー起電力を発生させるソーラーパネル1、バッテリ3、無線中継器4、外部負荷8、コントローラ2によって再生可能エネルギーシステムを構成する。コントローラ2は、ソーラー起電力の発生量、無線中継器4におけるソーラー起電力の消費量、外部負荷8におけるソーラー起電力の消費量及びバッテリ3における再生可能エネルギーの蓄積量を観測する。また、コントローラ2は、観測されたソーラー起電力の発生量、無線中継器4及び外部負荷8のソーラー起電力の消費量、バッテリ3のソーラー起電力の蓄積量の互いの関係に応じ、ソーラー起電力の外部負荷8への供給を制御する。【選択図】 図1
Description
本発明は、太陽光発電や風力発電等、再生可能エネルギーを有効に活用できるように制御する再生可能エネルギー制御システム、再生可能エネルギー制御装置に関する。
現在、太陽光や風力を利用した再生可能エネルギーを使って稼働する機器が普及している。図6は、公知の再生可能エネルギーを使って稼働する機器を含むシステムを説明するための図である。図6は、ソーラーパネル61と、ソーラーパネル61が発電して生成されたソーラー電力を蓄積するバッテリ63と、ソーラー電力によって稼働する機器64と、バッテリ63及び機器64のいずれかにソーラー電力が供給されるように制御するコントローラ62と、を含むシステムを示している。このような公知のシステムは、例えば、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載の踏切遮断用警告灯は、複数の警告ランプをソーラー電力によって点灯させている。
しかしながら、再生可能エネルギーで機器を稼働させるシステムは、気象状態等によって再生可能エネルギーを生成できない事態が起こり得る。このため、公知のシステムでは、ソーラー電力を安定させるため、機器64の消費電力とバッテリ63の蓄電量との合計よりも大きい電力量を発電できるソーラーパネル61を使用することが一般的であった。このため、再生可能エネルギーを使って機器を稼働させるシステムは、余剰の再生可能エネルギーを生成しており、再生可能エネルギーの有効利用には改善の余地を残していた。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、生成された再生可能エネルギーをいっそう有効に活用できる再生可能エネルギー制御システム、再生可能エネルギー制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の再生可能エネルギー制御システムの一態様は、再生可能エネルギーを発生させる再生可能エネルギー発生部と、再生可能エネルギー発生部が発生した再生可能エネルギーによって稼働する第1負荷と、再生可能エネルギー発生部によって発生した再生可能エネルギーを蓄積する再生可能エネルギー蓄積部と、含む稼働システムと、稼働システムの外部に設けられ、再生可能エネルギー発生部から再生可能エネルギーの供給を受ける第2負荷と、再生可能エネルギー発生部の再生可能エネルギーの発生量及び再生可能エネルギー蓄積部における再生可能エネルギーの蓄積量を観測する観測部と、観測部によって観測された再生可能エネルギーの発生量と、再生可能エネルギー蓄積部における再生可能エネルギーの蓄積量と、第1負荷が消費する電力である第1消費量と、第2負荷が消費する電力である第2消費量と、の関係に応じ、再生可能エネルギーを第2負荷へ供給するか否かを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明の再生可能エネルギー制御装置の一態様は、再生可能エネルギーを発生させる再生可能エネルギー発生部と、再生可能エネルギー発生部が発生した再生可能エネルギーによって稼働する第1負荷と、再生可能エネルギー発生部によって発生した再生可能エネルギーを蓄積する再生可能エネルギー蓄積部と、含む稼働システムに設けられる再生可能エネルギー制御装置であって、再生可能エネルギー発生部の再生可能エネルギーの発生量及び再生可能エネルギー蓄積部における再生可能エネルギーの蓄積量を観測する観測部と、観測部によって観測された再生可能エネルギーの発生量と、再生可能エネルギー蓄積部における再生可能エネルギーの蓄積量と、第1負荷が消費する電力である第1消費量と、稼働システムの外部に設けられ、再生可能エネルギー発生部から再生可能エネルギーの供給を受ける第2負荷が消費する電力である第2消費量との関係に応じ、再生可能エネルギーを第2負荷へ供給するか否かを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の再生可能エネルギー制御装置の一態様は、上記発明において、制御部は、再生可能エネルギー蓄積部における再生可能エネルギーの残存蓄積量が第1負荷の予め定められた期間の消費電力よりも大きいという第1条件と、再生可能エネルギー発生部が発生する再生可能エネルギーに係る電圧が上昇し、かつ、再生可能エネルギー発生部が発生する再生可能エネルギーに係る電流が下降するように変化するという第2条件と、が満たされた場合、または、再生可能エネルギー蓄積部における再生可能エネルギーの単位時間当たりの蓄積量が第1負荷の単位時間当たりの消費電力よりも大きいという第3条件と、再生可能エネルギー発生部が発生する再生可能エネルギーに係る電圧が上昇し、かつ、再生可能エネルギー発生部が発生する再生可能エネルギーに係る電流が下降するように変化するという第4条件と、が満たされた場合に、再生可能エネルギーの第2負荷への供給を開始することを特徴とする。
また、本発明の再生可能エネルギー制御装置の一態様は、上記発明において、制御部が、再生可能エネルギー発生部における再生可能エネルギーの単位時間当たりの発生量が第2負荷の単位時間当たりの消費電力よりも小さい場合、再生可能エネルギーの第2負荷への供給を停止することを特徴とする。
生成された再生可能エネルギーをいっそう有効に活用できる再生可能エネルギー制御システム、再生可能エネルギー制御装置及び再生可能エネルギー制御方法を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態の再生可能エネルギー制御システム、再生可能エネルギー制御装置、ソーラーパネル制御装置、再生可能エネルギー制御方法の一実施形態について説明する。
・構成
本明細書では、太陽光、風力、波力、潮力、流水、潮汐、地熱、バイオマス等、自然の力を利用して生成され、これを利用して機器を稼働できるエネルギーを再生可能エネルギーと記す。本実施形態は、再生可能エネルギーとして、太陽光を利用して生成される電気的なエネルギー(太陽光エネルギー)を例にする。
・構成
本明細書では、太陽光、風力、波力、潮力、流水、潮汐、地熱、バイオマス等、自然の力を利用して生成され、これを利用して機器を稼働できるエネルギーを再生可能エネルギーと記す。本実施形態は、再生可能エネルギーとして、太陽光を利用して生成される電気的なエネルギー(太陽光エネルギー)を例にする。
図1は、本実施形態の再生可能エネルギー制御装置を含む再生可能エネルギー制御システムを示す図である。図1中、実線は電力の供給を示し、破線は制御に使用される信号や観測結果を示す信号を示している。
本実施形態の再生可能エネルギー制御システムは、ソーラーパネル1と、バッテリ3と、無線中継器4と、外部負荷8と、コントローラ2と、切替部5と、を備えている。ソーラーパネル1、バッテリ3及び無線中継器4は、稼働システムを構成している。ソーラーパネル1、バッテリ3及び無線中継器4によって構成される稼働システムは、太陽光エネルギーを生成し、生成された太陽光エネルギーを使って無線中継器4を稼働させていて、外部からエネルギーの供給を受ける必要がない。このような稼働システムは、自己完結型の稼働システムとも呼ばれている。外部負荷8は、自己完結型の稼働システムの外部に設けられ、ソーラーパネル1からソーラー起電力の供給を受ける。
本実施形態の再生可能エネルギー制御システムは、ソーラーパネル1と、バッテリ3と、無線中継器4と、外部負荷8と、コントローラ2と、切替部5と、を備えている。ソーラーパネル1、バッテリ3及び無線中継器4は、稼働システムを構成している。ソーラーパネル1、バッテリ3及び無線中継器4によって構成される稼働システムは、太陽光エネルギーを生成し、生成された太陽光エネルギーを使って無線中継器4を稼働させていて、外部からエネルギーの供給を受ける必要がない。このような稼働システムは、自己完結型の稼働システムとも呼ばれている。外部負荷8は、自己完結型の稼働システムの外部に設けられ、ソーラーパネル1からソーラー起電力の供給を受ける。
コントローラ2及び切替部5は、本実施形態の再生可能エネルギー制御装置を構成する。
ソーラーパネル1は、太陽光エネルギーを発生させる装置である。ソーラーパネル1は、複数の太陽電池(図示せず)を二次元方向に配置して構成されている。太陽電池は、太陽光を受光し、光起電力効果によって起電力(以下、ソーラー起電力と記す)を生じる。なお、本明細書において、ソーラー起電力の値は、太陽電池で生じた電圧(太陽電池電圧)と電流(太陽電池電流)との積によって決定されるものとする。
ソーラーパネル1は、太陽光エネルギーを発生させる装置である。ソーラーパネル1は、複数の太陽電池(図示せず)を二次元方向に配置して構成されている。太陽電池は、太陽光を受光し、光起電力効果によって起電力(以下、ソーラー起電力と記す)を生じる。なお、本明細書において、ソーラー起電力の値は、太陽電池で生じた電圧(太陽電池電圧)と電流(太陽電池電流)との積によって決定されるものとする。
バッテリ3は、ソーラーパネル1が発生したソーラー起電力によって充電されてソーラー起電力を蓄積する機器である。バッテリ3に蓄積されたソーラー起電力は、日中、無線中継器4の稼働に使用される他、バッテリ3の充電に使用される。バッテリ3に充電された電力は、夜間、無線中継器4の稼働に使用される。
無線中継器4は、無線LANの通信に利用される機器であり、ソーラー起電力の供給を受けて24時間稼働する。なお、無線中継器4の「24時間稼働」は、24時間常に通信データの中継を行うという意味でなく、「24時間通信データの中継が可能な状態にある」ことをいう。
無線中継器4は、無線LANの通信に利用される機器であり、ソーラー起電力の供給を受けて24時間稼働する。なお、無線中継器4の「24時間稼働」は、24時間常に通信データの中継を行うという意味でなく、「24時間通信データの中継が可能な状態にある」ことをいう。
図2は、コントローラ2を説明するための図である。コントローラ2は、観測部21を有している。観測部21は、ソーラーパネル1を構成するソーラーパネル1の太陽電池電圧、太陽電池電流を観測する起電力観測部21a、バッテリ3に充電されたソーラー起電力(以下、「バッテリの充電電力量」とも記す)を観測する充電量観測部21bを含んでいる。起電力観測部21aは、太陽電池電圧の値と太陽電池電流の値とを順次出力する。充電量観測部21bは、バッテリ3の充電電力量を順次出力する。
本実施形態の起電力観測部21aは、バッテリ3の充電電力量として、バッテリ3に充電されている残存電力を観測する。ただし、本実施形態は、このような構成に限定されるものでなく、例えば、起電力観測部21aがバッテリ3に単位時間あたりに充電される電力をバッテリ3の充電電力量とすることが可能である。
なお、本実施形態では、無線中継器4及び外部負荷8の消費電力は既知であるものとして観測を行わず、演算部22が消費電力の値を保持しているものとする。しかし、無線中継器4や外部負荷8の消費電力が一定でない場合、観測部21が、無線中継器4及び外部負荷8の消費電力を観測するようにしても良い。
なお、本実施形態では、無線中継器4及び外部負荷8の消費電力は既知であるものとして観測を行わず、演算部22が消費電力の値を保持しているものとする。しかし、無線中継器4や外部負荷8の消費電力が一定でない場合、観測部21が、無線中継器4及び外部負荷8の消費電力を観測するようにしても良い。
また、コントローラ2は、演算部22及び制御信号生成部23を備えている。演算部22及び制御信号生成部23は、ソーラー起電力、バッテリ3の充電電力量、無線中継器4及び外部負荷8の消費電力の関係に応じ、外部負荷8をソーラーパネル1と接続するか否かを制御する。
即ち、演算部22は、太陽電池電圧、太陽電池電流を順次入力し、両者を積算してソーラー起電力を求める。また、演算部22は、バッテリ3の充電電力量を入力する。そして、バッテリ3の充電電力量と無線中継器4の消費電力との大小関係、及び外部負荷8の消費電力とソーラー起電力との大小関係を求める。さらに、演算部22は、太陽電池電圧及び太陽電池電流の変化から太陽電池電圧及び太陽電池電流の上昇及び下降を検出する。
即ち、演算部22は、太陽電池電圧、太陽電池電流を順次入力し、両者を積算してソーラー起電力を求める。また、演算部22は、バッテリ3の充電電力量を入力する。そして、バッテリ3の充電電力量と無線中継器4の消費電力との大小関係、及び外部負荷8の消費電力とソーラー起電力との大小関係を求める。さらに、演算部22は、太陽電池電圧及び太陽電池電流の変化から太陽電池電圧及び太陽電池電流の上昇及び下降を検出する。
上記演算部22の動作において、バッテリ3の充電電力量をバッテリ3の残存電力とした場合、バッテリ3の充電電力量は、無線中継器4の予め設定された一定の期間の消費電力と比較される。予め設定された一定の期間は、例えば、24時間としてもよい。また、バッテリ3の充電電力量をバッテリ3に単位時間あたりに蓄積される電力とした場合、バッテリ3の充電電力量は、無線中継器4の単位時間当たりの消費電力と比較される。
また、上記演算部22の動作において、外部負荷8の消費電力は、外部負荷8が単位時間あたりに消費する電力をいう。外部負荷8の消費電力は、ソーラーパネル1が単位時間あたりに発生するソーラー起電力と比較される。
制御信号生成部23は、演算部22が求めた大小関係や太陽電池電圧及び太陽電池電流の上昇、下降に応じたスイッチ制御信号を生成し、切替部5に出力する。
制御信号生成部23は、演算部22が求めた大小関係や太陽電池電圧及び太陽電池電流の上昇、下降に応じたスイッチ制御信号を生成し、切替部5に出力する。
切替部5は、図1に示したように、スイッチ51、52、接点C1、C2、C3、C4を有している。スイッチ51、52は、スイッチ制御信号にしたがって接点のいずれかに接続され(オン)、いずれかと切り離なされる(オフ)。より具体的には、スイッチ51は、接点C1と接続することによってソーラーパネル1と外部負荷8とを接続する。接点C2は、いずれの負荷とも接続されていない。スイッチ52は、接点C3または接点C4と接続されるスイッチである。スイッチ52は、接点C3と接続することによってバッテリ3と無線中継器4とを接続する。また、スイッチ52は、接点C4と接続することによってソーラーパネル1とバッテリ3とを接続する。
即ち、切替部5は、ソーラーパネル1と外部負荷8とを接続する場合にはスイッチ51を接点C1と接続し、スイッチ52を接点C3と接続する。また、本実施形態は、ソーラーパネル1と外部負荷8とを切離す場合には、スイッチ51を接点C2と接続する。このとき、スイッチ52は、接点C3または接点C4と接続する。
・ソーラー起電力
ここで、ソーラーパネル1において発生するソーラー起電力について説明する。
ソーラーパネル1は、傾斜した斜面6上に固定され、一般的に南向きに配置される。なお、ソーラーパネル1を備えたシステムには、ソーラーパネル1を回動し、太陽を追尾するものもある。図1に示したソーラー起電力制御システムは、ソーラーパネル1を固定することによって1日の間でソーラーパネル1に照射される太陽光の強さが相違するため、ソーラー起電力の発生量が時間によって相違する。太陽光の強さは、太陽の高度に依存するので、ソーラーパネル1の設置位置の緯度によって変化する。
ここで、ソーラーパネル1において発生するソーラー起電力について説明する。
ソーラーパネル1は、傾斜した斜面6上に固定され、一般的に南向きに配置される。なお、ソーラーパネル1を備えたシステムには、ソーラーパネル1を回動し、太陽を追尾するものもある。図1に示したソーラー起電力制御システムは、ソーラーパネル1を固定することによって1日の間でソーラーパネル1に照射される太陽光の強さが相違するため、ソーラー起電力の発生量が時間によって相違する。太陽光の強さは、太陽の高度に依存するので、ソーラーパネル1の設置位置の緯度によって変化する。
冬至及び夏至の南中太陽高度Hは、以下の式によって決まる。
H=90−(ソーラーパネルの設置緯度)±23.5度
東京の緯度を36度とすると、上記式により、冬至の太陽高度は30.5度、夏至の太陽高度は77.5度となる。つまり、冬至においては、夏至において太陽光が通過する大気層の厚さの2倍の厚さの大気層を通過して太陽光が地表に届くことになる。冬至における太陽光を最大限に受けるため、斜面6の傾斜は59.5度(90−30.5)に設定される。このようにすることにより、本実施形態は、日照量が最小の時期においても最大の起電効率を確保することができる。このため、本実施形態は、1年間を通して無線中継器4に安定にソーラー起電力を供給することが可能になる。
H=90−(ソーラーパネルの設置緯度)±23.5度
東京の緯度を36度とすると、上記式により、冬至の太陽高度は30.5度、夏至の太陽高度は77.5度となる。つまり、冬至においては、夏至において太陽光が通過する大気層の厚さの2倍の厚さの大気層を通過して太陽光が地表に届くことになる。冬至における太陽光を最大限に受けるため、斜面6の傾斜は59.5度(90−30.5)に設定される。このようにすることにより、本実施形態は、日照量が最小の時期においても最大の起電効率を確保することができる。このため、本実施形態は、1年間を通して無線中継器4に安定にソーラー起電力を供給することが可能になる。
図3は、ソーラーパネル1の起電効率の1日の間の変化を示した図である。図3の横軸は時間を示し、縦軸は太陽電池の起電効率を示している。なお、図3に示した起電効率は、ソーラーパネル1を、冬至において最大の起電効率が得られる角度に設定された斜面6に置いた状態で計測した値である。
図3によれば、ソーラーパネル1は、冬至の太陽が南中高度にあるとき、起電効率0.8を得る。したがって、最大80Wのソーラー起電力が得られるソーラーパネル1では、64W(80×0.8)のソーラー起電力を得ることができる。また、図3に示した起電効率を示す曲線fは、以下の起電力関数によって表される。なお、起電力関数において、xは横軸の時間を示し、yは縦軸の起電効率を示す。
図3によれば、ソーラーパネル1は、冬至の太陽が南中高度にあるとき、起電効率0.8を得る。したがって、最大80Wのソーラー起電力が得られるソーラーパネル1では、64W(80×0.8)のソーラー起電力を得ることができる。また、図3に示した起電効率を示す曲線fは、以下の起電力関数によって表される。なお、起電力関数において、xは横軸の時間を示し、yは縦軸の起電効率を示す。
y=0.0342x2+0.3412x−0.0381 …起電力関数
上記起電力関数をソーラーパネル1の仕様電力で積分すると、ソーラーパネル1が1日に生成する最大のソーラー起電力が算出できる。最大80Wのソーラー起電力が得られるソーラーパネル1が日の出から日没までの10時間で生成するソーラー起電力は、452Wh/dayである。なお、ソーラーパネル1が1日に生成できるソーラー起電力は、太陽に追従してソーラーパネル1が設置される斜面6が回動するシステムにおいては、さらに高まる。また、季節に応じた太陽高度に基づいて季節ごとの起電力関数を求めれば、季節や月ごとにソーラー起電力の総発生量を算出することができる。
上記起電力関数をソーラーパネル1の仕様電力で積分すると、ソーラーパネル1が1日に生成する最大のソーラー起電力が算出できる。最大80Wのソーラー起電力が得られるソーラーパネル1が日の出から日没までの10時間で生成するソーラー起電力は、452Wh/dayである。なお、ソーラーパネル1が1日に生成できるソーラー起電力は、太陽に追従してソーラーパネル1が設置される斜面6が回動するシステムにおいては、さらに高まる。また、季節に応じた太陽高度に基づいて季節ごとの起電力関数を求めれば、季節や月ごとにソーラー起電力の総発生量を算出することができる。
図1に示した無線中継器4の消費電力を3Whとした場合、無線中継器4の1日当たりの消費電力は72Wh/day(3×24)となる。このとき、冬至においてソーラーパネル1が1日に発生可能な452Wh/dayのソーラー起電力は、夜間に無線中継器4がバッテリ3から消費する消費電力と、昼間に消費する消費電力とをまかなう。そして、残りの380Wh/day(452−72)のソーラー起電力は、ソーラーパネル1に無線中継器4以外の負荷が接続されていないため、活用されることがない。つまり、公知のソーラーパネルを含むシステムは、ソーラーパネルの能力を充分に活かすことができない。
・制御
上記の点を改良するため、本実施形態の図1、図2に示したコントローラ2及び切替部5は、以下のようにしてソーラーパネル1が生成したソーラー起電力を制御する。
図2に示した起電力観測部21aは、ソーラーパネル1の太陽電池電圧の値と太陽電池電流の値とを一定の時間ごとに検出する。そして、検出された太陽電池電圧と太陽電池電流の値を順次演算部22に出力する。充電量観測部21bは、バッテリ3に充電された充電電力量を一定の時間ごとに検出する。そして、検出された充電電力量を順次演算部22に出力する。このようにして、観測部21は、太陽電池電圧、太陽電池電流、太陽電池電圧及びバッテリ3の充電電力量を常時観測する。
上記の点を改良するため、本実施形態の図1、図2に示したコントローラ2及び切替部5は、以下のようにしてソーラーパネル1が生成したソーラー起電力を制御する。
図2に示した起電力観測部21aは、ソーラーパネル1の太陽電池電圧の値と太陽電池電流の値とを一定の時間ごとに検出する。そして、検出された太陽電池電圧と太陽電池電流の値を順次演算部22に出力する。充電量観測部21bは、バッテリ3に充電された充電電力量を一定の時間ごとに検出する。そして、検出された充電電力量を順次演算部22に出力する。このようにして、観測部21は、太陽電池電圧、太陽電池電流、太陽電池電圧及びバッテリ3の充電電力量を常時観測する。
演算部22は、バッテリ3の充電電力量と既知の無線中継器4の消費電力とを比較する。また、演算部22は、太陽電池電圧及び太陽電池電流の上昇、下降を検出する。そして、演算部22は、バッテリ3の充電電力量が無線中継器4の消費電力よりも大きく、かつ、太陽電池電圧が上昇すると共に太陽電池電流が下降する場合、バッテリ3の充電電力量が無線中継器4の消費電力よりも大きく、かつ、太陽電池電圧が上昇すると共に太陽電池電流が下降していることを示す信号を制御信号生成部23に出力する。
制御信号生成部23は、演算部22から出力された信号にしたがってソーラーパネル1と外部負荷8とが接続されるようにスイッチ51を切替えるスイッチ制御信号を生成し、切替部5に出力する。切替部5は、スイッチ制御信号にしたがって、スイッチ51を外部負荷8に接続する。スイッチ51が外部負荷8に接続されたことにより、外部負荷8へのソーラー起電力の供給が開始される。このとき、無線中継器4にはバッテリ3からソーラー起電力が供給される。
また、演算部22は、ソーラーパネル1で発生するソーラー起電力と外部負荷8の消費電力とを比較する。ソーラー起電力が外部負荷8の消費電力よりも小さい場合、演算部22は、ソーラー起電力が外部負荷8の消費電力よりも小さいことを示す信号を制御信号生成部23に出力する。制御信号生成部23は、演算部22から出力された信号にしたがってソーラーパネル1と外部負荷8とが切り離されるようにスイッチ51を切替えるスイッチ制御信号を生成し、切替部5に出力する。切替部5は、スイッチ制御信号にしたがって、スイッチ51を外部負荷8と切り離す。
なお、このとき、日中であれば、スイッチ52がソーラーパネル1と無線中継器4とを接続する。また、夜間においては、スイッチ52が、ソーラーパネル1とバッテリ3とを接続する。
上記動作の条件をまとめると、以下のようになる。
[外部負荷接続の条件]
バッテリの充電電力量 > 無線中継器の消費電力
かつ
ソーラー起電力上昇、ソーラー起電流下降
上記動作の条件をまとめると、以下のようになる。
[外部負荷接続の条件]
バッテリの充電電力量 > 無線中継器の消費電力
かつ
ソーラー起電力上昇、ソーラー起電流下降
[外部負荷切り離しの条件]
外部負荷の動作に必要な消費電力 > ソーラー起電力
図4は、太陽電池電圧、太陽電池電流、ソーラー起電力、バッテリ3の充電電力量(図4中に「バッテリ充電電力」と記す)の観測結果を例示する図である。図4の横軸は時刻を示している。縦軸は各パラメータをノーマライズした値を示していて、縦軸の各値は、各パラメータの大小関係や変化を示すための値である。バッテリ3の充電は、図4中に示した「a」のタイミングで完了する。バッテリ3の充電が完了すると同時に、ソーラーパネル1のソーラー起電力が下降する(図4中「b」に示す)。このように、図4に示した例では、太陽高度がバッテリ3の充電完了以降に上昇し、1日のうちの最大値をとり得るにも関わらず、ソーラーパネル1の発電能力が十分発揮できずにソーラー起電力が下降する。本実施形態の再生可能エネルギー制御装置によれば、このような場合にソーラーパネル1で生成されたソーラー起電力を外部負荷8に供給することにより、ソーラーパネル1の発電能力を有効に活用することができる。
外部負荷の動作に必要な消費電力 > ソーラー起電力
図4は、太陽電池電圧、太陽電池電流、ソーラー起電力、バッテリ3の充電電力量(図4中に「バッテリ充電電力」と記す)の観測結果を例示する図である。図4の横軸は時刻を示している。縦軸は各パラメータをノーマライズした値を示していて、縦軸の各値は、各パラメータの大小関係や変化を示すための値である。バッテリ3の充電は、図4中に示した「a」のタイミングで完了する。バッテリ3の充電が完了すると同時に、ソーラーパネル1のソーラー起電力が下降する(図4中「b」に示す)。このように、図4に示した例では、太陽高度がバッテリ3の充電完了以降に上昇し、1日のうちの最大値をとり得るにも関わらず、ソーラーパネル1の発電能力が十分発揮できずにソーラー起電力が下降する。本実施形態の再生可能エネルギー制御装置によれば、このような場合にソーラーパネル1で生成されたソーラー起電力を外部負荷8に供給することにより、ソーラーパネル1の発電能力を有効に活用することができる。
・再生可能エネルギー制御方法
図5は、図1に示した再生可能エネルギー制御装置において実行される再生可能エネルギー制御方法を説明するための図である。前述したように、図2に示した起電力観測部21aはソーラーパネル1の太陽電池電圧及び太陽電池電流を常時観測している。充電量観測部21bは、バッテリ3に蓄積されているソーラー起電力を常時観測している。
図5は、図1に示した再生可能エネルギー制御装置において実行される再生可能エネルギー制御方法を説明するための図である。前述したように、図2に示した起電力観測部21aはソーラーパネル1の太陽電池電圧及び太陽電池電流を常時観測している。充電量観測部21bは、バッテリ3に蓄積されているソーラー起電力を常時観測している。
演算部22は、バッテリ3の充電電力量(図5中「バッテリの蓄積電力」と記す)と無線中継器4の1日分の消費電力とを比較する(ステップS51)。比較の結果、バッテリ3の充電電力量が無線中継器4の消費電力より大きい場合(ステップS51:Yes)、演算部22は、太陽電池電圧が上昇しているか否かを判断する(ステップS52)。
ステップS52の判断の結果、太陽電池電圧が上昇していると判断された場合(ステップS52:Yes)、演算部22は、太陽電池電流が下降しているか否かを判断する(ステップS53)。ステップS53の判断の結果、太陽電流が下降していると判断された場合(ステップS53:Yes)、演算部22は、外部負荷8の接続に対応する信号を制御信号生成部23に出力する。制御信号生成部23は、外部負荷8の接続を指示するスイッチ制御信号を切替部5に出力する。切替部5は、スイッチ制御信号にしたがってスイッチ51、52を切替え、ソーラーパネル1と外部負荷8とを接続する(ステップS54)。
ステップS52の判断の結果、太陽電池電圧が上昇していると判断された場合(ステップS52:Yes)、演算部22は、太陽電池電流が下降しているか否かを判断する(ステップS53)。ステップS53の判断の結果、太陽電流が下降していると判断された場合(ステップS53:Yes)、演算部22は、外部負荷8の接続に対応する信号を制御信号生成部23に出力する。制御信号生成部23は、外部負荷8の接続を指示するスイッチ制御信号を切替部5に出力する。切替部5は、スイッチ制御信号にしたがってスイッチ51、52を切替え、ソーラーパネル1と外部負荷8とを接続する(ステップS54)。
なお、ステップS51、S52、S53のいずれかにおいて「No」と判断された場合、演算部22の処理は、ステップS55に進む。
以上の処理により、本実施形態は、大きなソーラー起電力が得られる状況にあっては外部負荷8を接続し、ソーラーパネル1の発電能力を有効に活用することができる。
また、演算部22は、外部負荷8の消費電力と、ソーラーパネル1が生成するソーラー起電力とを比較する(ステップS55)。比較の結果、外部負荷8の消費電力がソーラー起電力よりも大きいと判断された場合(ステップS55:Yes)、演算部22は、外部負荷8の切離しに対応する情報を制御信号生成部23に出力する。制御信号生成部23は、外部負荷8の切離しを指示するスイッチ制御信号を切替部5に出力する。切替部5は、スイッチ制御信号にしたがってスイッチ51、52を切替え、ソーラーパネル1と外部負荷8とを切り離す(ステップS56)。なお、ステップS56において、「No」と判断された場合、演算部22の処理は、ステップS51に戻される。
以上の処理により、本実施形態は、大きなソーラー起電力が得られる状況にあっては外部負荷8を接続し、ソーラーパネル1の発電能力を有効に活用することができる。
また、演算部22は、外部負荷8の消費電力と、ソーラーパネル1が生成するソーラー起電力とを比較する(ステップS55)。比較の結果、外部負荷8の消費電力がソーラー起電力よりも大きいと判断された場合(ステップS55:Yes)、演算部22は、外部負荷8の切離しに対応する情報を制御信号生成部23に出力する。制御信号生成部23は、外部負荷8の切離しを指示するスイッチ制御信号を切替部5に出力する。切替部5は、スイッチ制御信号にしたがってスイッチ51、52を切替え、ソーラーパネル1と外部負荷8とを切り離す(ステップS56)。なお、ステップS56において、「No」と判断された場合、演算部22の処理は、ステップS51に戻される。
以上の処理により、本実施形態は、ソーラー起電力が減少して外部負荷の消費電力をまかなえなくなった場合、ソーラーパネル1と外部負荷8とを切離すことができる。このため、ソーラー起電力の余剰分が発生しない場合には、ソーラー起電力を蓄積したり、無線中継器4の稼働に使用したりすることができる。
本発明は、太陽光等の再生可能エネルギーを利用して装置を稼働させるシステムであれば、どのようなシステムにも適用することができる。
1:ソーラーパネル
2:コントローラ
3:バッテリ
4:無線中継器
5:切替部
6:斜面
8:外部負荷
21:観測部
21a:起電力観測部
21b:充電量観測部
22:演算部
23:制御信号生成部
51、52 :スイッチ
2:コントローラ
3:バッテリ
4:無線中継器
5:切替部
6:斜面
8:外部負荷
21:観測部
21a:起電力観測部
21b:充電量観測部
22:演算部
23:制御信号生成部
51、52 :スイッチ
Claims (4)
- 再生可能エネルギーを発生させる再生可能エネルギー発生部と、前記再生可能エネルギー発生部が発生した再生可能エネルギーによって稼働する第1負荷と、前記再生可能エネルギー発生部によって発生した再生可能エネルギーを蓄積する再生可能エネルギー蓄積部と、含む稼働システムと、
前記稼働システムの外部に設けられ、前記再生可能エネルギー発生部から再生可能エネルギーの供給を受ける第2負荷と、
前記再生可能エネルギー発生部の再生可能エネルギーの発生量及び前記再生可能エネルギー蓄積部における再生可能エネルギーの蓄積量を観測する観測部と、
前記観測部によって観測された再生可能エネルギーの発生量と、前記再生可能エネルギー蓄積部における再生可能エネルギーの蓄積量と、前記第1負荷が消費する電力である第1消費量と、前記第2負荷が消費する電力である第2消費量と、の関係に応じ、再生可能エネルギーを前記第2負荷へ供給するか否かを制御する制御部と、を備えることを特徴とする再生可能エネルギー制御システム。 - 再生可能エネルギーを発生させる再生可能エネルギー発生部と、前記再生可能エネルギー発生部が発生した再生可能エネルギーによって稼働する第1負荷と、前記再生可能エネルギー発生部によって発生した再生可能エネルギーを蓄積する再生可能エネルギー蓄積部と、含む稼働システムに設けられる再生可能エネルギー制御装置であって、
前記再生可能エネルギー発生部の再生可能エネルギーの発生量及び前記再生可能エネルギー蓄積部における再生可能エネルギーの蓄積量を観測する観測部と、
前記観測部によって観測された再生可能エネルギーの発生量と、前記再生可能エネルギー蓄積部における再生可能エネルギーの蓄積量と、前記第1負荷が消費する電力である第1消費量と、前記稼働システムの外部に設けられ、前記再生可能エネルギー発生部から再生可能エネルギーの供給を受ける第2負荷が消費する電力である第2消費量との関係に応じ、再生可能エネルギーを前記第2負荷へ供給するか否かを制御する制御部と、を備えることを特徴とする再生可能エネルギー制御装置。 - 前記制御部は、前記再生可能エネルギー蓄積部における再生可能エネルギーの残存蓄積量が前記第1負荷の予め定められた期間の消費電力よりも大きいという第1条件と、前記再生可能エネルギー発生部が発生する再生可能エネルギーに係る電圧が上昇し、かつ、前記再生可能エネルギー発生部が発生する再生可能エネルギーに係る電流が下降するように変化するという第2条件と、が満たされた場合、または、前記再生可能エネルギー蓄積部における再生可能エネルギーの単位時間当たりの蓄積量が前記第1負荷の単位時間当たりの消費電力よりも大きいという第3条件と、前記再生可能エネルギー発生部が発生する再生可能エネルギーに係る電圧が上昇し、かつ、前記再生可能エネルギー発生部が発生する再生可能エネルギーに係る電流が下降するように変化するという第4条件と、が満たされた場合に、再生可能エネルギーの前記第2負荷への供給を開始することを特徴とする請求項2に記載の再生可能エネルギー制御装置。
- 前記制御部は、前記再生可能エネルギー発生部における再生可能エネルギーの単位時間当たりの発生量が前記第2負荷の単位時間当たりの消費電力よりも小さい場合、再生可能エネルギーの前記第2負荷への供給を停止することを特徴とする請求項3に記載の再生可能エネルギー制御装置。
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- 2014-01-16 JP JP2014005962A patent/JP2015136215A/ja active Pending
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