JP2017011901A - 太陽光発電システムの制御装置、太陽光発電システム、及び制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電システムに用いられる電力変換装置の電力変換効率が高くなるように制御を行う太陽光発電システムの制御装置を提供する。
【解決手段】 複数の太陽電池と複数の電力変換装置を備えた太陽光発電システムの制御装置であって、出力パラメータ取得部と、電力変換効率情報記憶部と、電力変換装置と太陽電池を接続する選択接続部と、複数の太陽電池の出力パラメータと、複数の電力変換装置の電力変換効率に基づいて、少なくとも一つの前記電力変換装置において電力変換効率が所定の範囲内となる太陽電池の組み合わせを選択する演算処理を行い、選択した組み合わせのとおりに電力変換装置と太陽電池を接続させる制御信号を選択接続部に出力する選択接続制御部とを備えた太陽光発電システムの制御装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽光発電システムに用いて好適な太陽光発電システムの制御装置、当該制御装置を用いた太陽光発電システム、及び制御プログラムに関する。

近年、代替エネルギーとして太陽光発電が注目され、様々な太陽光発電システムが開発されている。（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に記載の太陽光発電システムは、効率良くピークカット運転ができるように、また、蓄電池の容量を小さくしてシステム全体のコスト低減を図るために、複数に分割し、並列に接続した電力変換装置を用いている。このそれぞれの電力変換装置の一方の入力部には太陽電池からの出力が、もう一方の入力部に蓄電池が接続されており、蓄電池と電力変換装置との間には蓄電池からの入力をＯＮ／ＯＦＦするスイッチが設けられている。このようにすることで、太陽電池の出力で不足する電力量を蓄電池から供給する際、スイッチを選択してＯＮ／ＯＦＦすることによって、不足する電力量を蓄電池から選択的に供給することができる。このため、必要とされる蓄電池の容量を小さくすることができ、システム全体のコストを低減できると共に、効率の良いピークカット運転が可能となる。

特開２００２−２１８６５４号公報

一般に、太陽光発電システムに用いられる電力変換装置の電力変換効率（電力変換装置への入力電力と出力電力の比）は、負荷率（電力変換装置の入力値又は出力値と電力変換装置の定格の比）によって異なり、負荷率が低い場合には電力変換効率は低くなり、負荷率が高い場合には、負荷率が低い場合と比べて電力変換効率が高くなることが知られている。一方、上述の特許文献１に記載された発明では、太陽光発電システムに用いられている電力変換装置の電力変換効率は考慮されておらず、電力変換装置における電力の損失が大きくなってしまう場合があるといった問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、太陽光発電システムに用いられる電力変換装置の電力変換効率が高くなるように制御を行う太陽光発電システムの制御装置、当該制御装置を用いた太陽光発電システム、及び制御プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の太陽光発電システムの制御装置は、複数の太陽電池と複数の電力変換装置を備えた太陽光発電システムの制御装置であって、前記太陽電池の出力に関連した出力パラメータを取得する出力パラメータ取得部と、前記電力変換装置の任意の入力電力に対する前記電力変換装置の電力変換効率を記憶する電力変換効率情報記憶部と、前記電力変換装置と前記太陽電池を接続する選択接続部と、前記複数の太陽電池の出力パラメータと、複数の前記電力変換装置の電力変換効率に基づいて、少なくとも一つの前記電力変換装置において前記電力変換効率が所定の範囲内となる前記太陽電池の組み合わせを選択する演算処理を行い、選択した前記組み合わせのとおりに前記電力変換装置と前記太陽電池を接続させる制御信号を前記選択接続部に出力する選択接続制御部とを備えることを特徴とする。

本発明の太陽光発電システムの制御装置によれば、制御装置の出力パラメータ取得部は、各太陽電池の出力に関連した出力パラメータを取得する。そして、選択接続制御部は、取得した出力パラメータと電力変換効率情報記憶部に記憶されている各電力変換装置のそれぞれの電力変換効率を参照して、少なくとも一つの電力変換装置の電力変換効率が所定の範囲内となる太陽電池と電力変換装置の組み合わせを選択する演算処理を行う。具体的には、所定の電力変換装置の電力変換効率が予め定められた範囲内の値となるような電力が、当該電力変換装置に入力されるようになる太陽電池と電力変換装置の組み合わせを選択する演算処理を行う。そして選択接続制御部は、選択された組み合わせに従って電力変換装置と太陽電池を接続するように選択接続部を制御する。

上記発明においては、前記太陽電池が接続された前記電力変換装置の電力変換効率が、前記所定の範囲外か否かを判定する判定部を更に有し、前記電力変換効率が前記所定の範囲外と判定された場合、前記出力パラメータ取得部は、再度前記出力パラメータを取得し、前記選択接続制御部は、新たな少なくとも一つの電力変換装置において電力変換効率が前記所定の範囲内となる太陽電池の新たな組み合わせを選択する演算処理を行い、選択した前記新たな組み合わせのとおりに前記電力変換装置と前記太陽電池を接続させる制御信号を前記選択接続部に出力することが好ましい。

このようにすることにより、判定部が、少なくとも一つの電力変換装置の電力変換効率が所定の範囲外であるか否かの判定を行う。そして、当該電力変換効率が所定の範囲であると判定された場合には、出力パラメータ取得部が再度出力パラメータを取得する。そして選択接続制御部が、少なくとも一つの電力変換装置において電力変換効率が前記所定の範囲内となる太陽電池の新たな組み合わせを選択し、新たに選択された組み合わせに従って、太陽電池と電力変換装置が接続される様に選択接続部を制御する。

上記発明においては、前記判定部は、所定の時間間隔毎に、前記電力変換効率が前記所定の範囲外であるか否かの判定を行うことを特徴とすることが好ましい。
このようにすることにより、判定部による電力変換効率が所定の範囲内であるか否かの判定が、一定の時間間隔で行われる様になり、選択された組み合わせの接続が、少なくとも当該所定時間維持される。

上記発明においては、前記所定の範囲の上限側及び下限側に隣接して不感帯が設けられており、前記選択接続制御部は、前記電力変換装置の前記電力変換効率が前記不感帯の範囲内と判定された場合には、前記電力変換装置と前記太陽電池の接続を変更する制御を行わないことが好ましい。

このようにすることにより、電力変換効率の値が所定の範囲の上限側の閾値、または下限側の閾値の近傍で変化をしたとしても、その変化した電力変換効率の値が不感帯の範囲内である場合には、電力変換装置と太陽電池の接続は変更されず、それらの接続は維持される。

上記発明においては、少なくとも一つ以上の前記電力変換装置と、前記複数の太陽電池の異なる組み合わせである事前組み合わせを複数記憶する組み合わせ記憶部を更に備え、前記選択接続制御部は、前記組み合わせを選択する演算処理を行う際に、前記組み合わせ記憶部に記憶された複数の前記事前組み合わせの中から、前記電力変換装置における前記変換効率が前記所定の範囲内となる前記事前組み合わせを前記組み合わせとして選択する演算処理を行い、選択した前記事前組み合わせのとおりに前記電力変換装置と前記太陽電池を接続させる制御信号を前記選択接続部に出力することが好ましい。

このようにすることにより制御装置の選択接続制御部は、太陽電池と電力変換装置の組み合わせを選択する演算を行う際に、組み合わせ記憶部に記憶されている複数の太陽電池と電力変換装置の組み合わせ（運転パターン）の中から、条件を満たす組み合わせを選択する。そして、選択した組み合わせとなるように、選択接続部に制御信号を出力する。

更に上記発明は、複数の太陽電池と、前記太陽電池からの電力を、所望の電力に変換する複数の電力変換装置と、上記いずれかの特徴を有した制御装置を備えた太陽光発電システムであることが好ましい。

このようにすることにより、電力変換装置の電力変換効率を考慮した制御が行われる太陽光発電システムが提供される。
更に上記発明は、複数の太陽電池と複数の電力変換装置を備えた太陽光発電システムの制御を行うプログラムであって、電子計算機器に、少なくとも一つの太陽電池の出力が入力可能に接続された電力変換装置の出力に関連したパラメータである出力パラメータを取得する出力パラメータ取得機能と、前記電力変換装置の任意の入力電力に対する前記電力変換装置の電力変換効率を取得する電力変換効率取得機能と、前記複数の太陽電池の出力パラメータと、複数の前記電力変換装置の電力変換効率に基づいて、少なくとも一つ以上の前記電力変換装置において前記電力変換効率が所定の範囲内となる前記太陽電池の組み合わせを選択する太陽電池選択機能と、選択した前記組み合わせのとおりに前記電力変換装置と前記太陽電池を接続させる制御信号を、前記電力変換装置と前記太陽電池とを接続する選択接続部に出力する接続選択制御機能とを実現させるためのプログラムであることが好ましい。

このようにすることにより、当該プログラムをコンピュータシステムにインストールすることで、電力変換効率を考慮した太陽光発電システムの制御装置が構成される。

本発明の太陽光発電システムの制御装置、太陽光発電システム、及び制御プログラムによれば、電力変換装置の電力変換効率が高くなる様に太陽電池と電力変換装置の接続の組み合わせを選択し、太陽電池及び電力変換装置を接続する。このため、太陽電池と電力変換装置の接続の組み合わせを変更しない場合と比較して、電力変換装置における電力の損失を低減した、より効率のよい太陽光発電システムを提供できるという効果を有する。

本発明の第一の実施形態における太陽光発電システムを示す全体図である。 電力変換装置の電力変換効率の特性（負荷率−電力変換効率特性）を示す図である。 本発明の第一の実施形態における制御ユニットの構成を示すブロック図である。 図４（ａ）は、本発明の第一の実施形態における電力変換装置の電力変換効率テーブルを例示する図である。図４（ｂ）は、本発明の第一の実施形態における電力変換装置の定格を例示する図である。図４（ｃ）は、本発明の第一の実施形態における運転パターンテーブルを例示する図である。 図５（ａ）は、本発明の第一の実施形態における太陽電池と電力変換装置の接続状態の一例（運転パターンＡ）を示す概略図である。図５（ｂ）は、本発明の第一の実施形態における太陽電池と電力変換装置の接続状態の一例（運転パターンＢ）を示す概略図である。 図６（ａ）は、本発明の第一の実施形態における太陽電池と電力変換装置の接続状態の一例（運転パターンＣ）を示す概略図である。図６（ｂ）は、本発明の第一の実施形態における太陽電池と電力変換装置の接続状態の一例（運転パターンＤ）を示す概略図である。 本発明の第一の実施形態における制御装置の動作を説明するフロー図である。 本発明の第二の実施形態における制御装置の動作を説明するフロー図である。

〔第一の実施形態〕
以下、本発明の第一の実施形態に係る太陽光発電システム１について、主に図１から図７を参照しながら説明する。なお、以降の記載において入力電力の値、電力変換装置の定格値等の数値はいずれも例示であり、記載の数値に限定されることはない。

一般に、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置（以降「ＰＣＳ」とも表記する。）は、電力変換装置に入力される直流電力（以降「入力電力」とも表記する。）が、電力変換装置の定格電力に比べて小さい場合には、電力変換効率が小さくなるという特性を有する。ここで、電力変換効率は、入力電力に対する電力変換装置から出力される交流電力（以降「出力電力」とも表記する。）の比である。また、電力変換効率が小さくなるとは、電力変換装置が電力変換を行う際の電力の損失が大きくなることでもある。

さらには、電力変換装置に入力される入力電力の値が一定値未満の場合には、入力電力の値の増加に対する電力変換効率の増加の割合が大きく、入力電力の値が一定の値以上の場合には、入力電力の値の増加に対する電力変換効率の増加の割合が小さくなる。そのため、電力変換装置に入力される入力電力の値を一定値以上にすることにより、効率のよい（電力変換時の電力の損失が小さい）電力変換を行うことが可能となる。

図２に示すグラフは、電力変換装置の電力変換効率の当該特性の例を示すものである。なお、図２に示すグラフの横軸は、負荷率（電力変換装置の定格電力に対する入力電力の比）である。

第一の実施形態に係る太陽光発電システム１は、太陽電池１１〜１３と電力変換装置２１〜２３の接続の組み合わせにより、電力変換装置２１〜２３の電力変換効率を高くするものである。具体的には、入力電力に応じて太陽電池１１〜１３と電力変換装置２１〜２３の接続の組み合わせを選択するための演算処理を行い、その組み合わせに従って太陽電池１１〜１３と電力変換装置２１〜２３を接続するものである。

太陽光発電システム１は、太陽電池１１〜１３、集電箱２、電力変換装置２１〜２３、制御ユニット３、及びセンサ４を主に有している。なお、集電箱２及び制御ユニット３が特許請求の範囲における太陽光発電システムの制御装置とされている。なお、本実施形態では、３つの太陽電池１１〜１３、および、３つの電力変換装置２１〜２３が設けられている例に適用して説明するが、太陽電池および電力変換装置の数は３つに限定されるものではなく、３つよりも少なくてもよいし、３つよりも多くてもよい。さらに、太陽電池の数と電力変換装置の数が一致していなくてもよい。

太陽電池１１〜１３は、太陽などの日射を受けて直流電力を発電するものである。太陽電池としては、公知の様々な形式や種類のものを用いることができ、特に形式や種類を限定するものではない。太陽電池１１〜１３の各出力部は、電源ライン７を通じて集電箱２の入力部３７〜３９にそれぞれ電気的に接続されている。

集電箱２は、太陽電池１１〜１３と電源ライン７を通じて電気的に接続される入力部３７〜３９と、電力変換装置２１〜２３と電源ライン８を通じて電気的に接続される出力部４７〜４９と、が設けられたものである。また、集電箱２は、制御ユニット３から入力される制御信号に基づいて、入力部３７〜３９と、出力部４７〜４９との電気的な接続を制御する、図示されていない接続回路を有している。接続回路としては、公知の回路構成により構成されるものを用いることができ、特にその構成などを限定するものではない。なお、この接続回路を有した集電箱２または接続回路が、特許請求の範囲における選択接続部とされている。

電力変換装置２１〜２３は、入力された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータである。電力変換装置２１〜２３は、それぞれ電源ライン８を通じて集電箱２の出力部４７〜４９と電気的に接続されている。また、電源ライン６を通じて電力系統５に電気的に接続されている。電源ライン８には、電力変換装置２１〜２３に入力される入力電力を検知するセンサ４が設けられている。このセンサ４は、電力変換装置２１〜２３に入力される電力を検知し、検知した信号（検知信号）を制御ユニット３に入力するものである。

制御ユニット３は、電力変換装置２１〜２３の少なくとも一つの電力変換効率が、予め定められた範囲となるように集電箱２の制御を行うものである。
制御ユニット３は、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等の記憶の記憶デバイス、入出力インタ−フェース等を有するコンピュータシステムである。ＲＯＭまたはハードディスク等に記憶されている制御プログラムは、ＣＰＵを判定部３３及び電力変換装置選択部３４として機能させるものである。また、当該制御プログラムは、入出力インタ−フェースを後述する出力パラメータ取得部３１及び運転パターンと切替回路構成紐付部３６（以降において紐付部３６と記載する）として機能させるものであり、ＲＯＭ、ＲＡＭまたはハードディスク等を変換効率情報記憶部３２、運転パターン記憶部３５として機能させるものである。

なお変換効率情報記憶部３２が、特許請求の範囲における電力変換効率情報記憶部とされ、電力変換装置選択部３４が、特許請求の範囲における選択接続制御部とされ、運転パターン記憶部３５が、特許請求の範囲における組み合わせ記憶部とされている。

出力パラメータ取得部３１は、センサ４から検知信号を取得する部分である。出力パラメータ取得部３１は、取得した検知信号に基づいて電力変換装置２１〜２３の入力電力を算出し、その結果を判定部３３及び電力変換装置選択部３４へ出力するものである。

なお、出力パラメータ取得部３１で行っている入力電力の算出は、出力パラメータ取得部３１の代わりに判定部３３および電力変換装置選択部３４のいずれか、またはその両方で行われてもよい。

また、出力パラメータ取得部３１は、所定の時間間隔にて検知信号を取得してもよいし、継続的に検知信号を取得してもよい。
なお、上述の入力電力は太陽電池１１〜１３から出力される電力であり、この検知信号、及び入力電力の値、即ち換言すれば太陽電池１１〜１３から出力される電力の値が、特許請求の範囲における太陽電池の出力に関連した出力パラメータとされている。

変換効率情報記憶部３２は、電力変換装置２１〜２３のそれぞれの電力変換効率の特性を表す電力変換効率テーブル５０を主に記憶する部分である。この電力変換効率テーブル５０は、電力変換装置２１〜２３の入力電力に対する電力変換効率を記録するものである。変換効率情報記憶部３２には、電力変換装置２１〜２３のそれぞれの定格値も記憶されている（図４（ｂ）参照）。

なお、電力変換効率テーブル５０には、図４（ａ）に示す様に、負荷率（電力変換装置の定格に対する入力電力との比）と、その際の電力変換効率が紐づけられて記憶されていてもよい。また、電力変換効率テーブル５０は、電力変換装置２１〜２３ごとの入力電力に対する電力変換効率が記録されたテーブルが複数組み合わされたものであってもよい。

判定部３３は、電力変換装置２１〜２３の電力変換効率を算出ものであり、算出した電力変換効率が、予め定められた数値範囲に入っているか否かを、所定の時間間隔毎に判定する部分である。なお、判定に用いられる電力変換効率は、判定部３３が算出したものではなく、電力変換装置選択部３４などの他の部分が算出した結果を用いてもよい。また判定部３３は、太陽電池１１〜１３の出力の有無を判定する機能も有する。

なお、電力変換効率は電力変換装置２１〜２３のそれぞれの定格の値と、それぞれの入力電力の比によって定まることから、この判定を、所定の電力変換効率の範囲に基づいて定められた入力電力の範囲を用いて行ってもよい。

本実施形態では、太陽電池１１〜１３及び電力変換装置２１〜２３の接続の組み合わせ（以降、「運転パターン」とも記載する。）毎に、電力変換装置の入力電力の範囲が定められている例に適用して説明する。この場合には、判定部３３は、電力変換装置の入力電力が、運転パターンの入力電力の範囲に入っているか否かを判定する。この運転パターン毎に定められている入力電力の範囲は、運転パターンテーブル５１として後述する運転パターン記憶部３５に記憶されている。

電力変換装置選択部３４は、出力パラメータ取得部３１から取得した入力電力の値、及び電力変換効率テーブル５０を参照し、電力変換装置２１〜２３のうち、少なくとも一つの電力変換効率が所定の範囲となる運転パターンを選択する演算処理を行う部分である。

運転パターン記憶部３５は、太陽電池１１〜１３及び電力変換装置２１〜２３の接続の組み合わせである運転パターンを記憶する部分である。記憶される運転パターンとして使用する可能性があるものとして、例えば、図５（ａ）〜図６（ｂ）に示す運転パターンを挙げることができる。なお、運転パターン記憶部３５は、使用する可能性がある運転パターンだけでなく、太陽電池１１〜１３及び電力変換装置２１〜２３の接続の全ての組み合わせ（全ての運転パターン）を記憶するものであってもよく、特に限定するものではない。ここで、運転パターンが、特許請求の範囲における太陽電池との組み合わせ、または事前組み合わせとされている。

なお、本実施形態では、運転パターン記憶部３５が、運転パターンと、その運転パターンにおける入力電力の範囲が、運転パターンテーブル５１（図４（ｃ）参照。）として記憶する例に適用して説明する。この入力電力の範囲は、対応する運転パターンを構成する電力変換装置のいずれか一つの入力電力の範囲であってもよいし、対応する運転パターンを構成する電力変換装置の入力電力の総和（即ち太陽電池１１〜１３の出力電力の総和）であってもよいし、範囲として用いることが可能なその他の値であっても良い。ここで、対応する運転パターンを構成する電力変換装置とは、当該運転パターンにおいて、電力変換装置２１〜２３のなかで太陽電池１１〜１３で発電された直流電力が入力されるものである。

紐付部３６は、電力変換装置選択部３４が選択した運転パターンに基づいて、集電箱２に対して制御信号を出力する部分である。つまり、紐付部３６は、集電箱２における接続回路の複数分岐点における接続および切り離しを制御する制御信号を出力するものであり、この制御信号は、運転パターンと紐付けされている。そのため、選択された運転パターンが紐付部３６に入力されると、この運転パターンに紐付けされた制御信号が紐付部３６から集電箱２に出力されるようになっている。
＜動作の説明＞
次に、本実施形態に係る太陽光発電システム１の動作を、図７のフローチャートを参照しながら説明する。

本実施形態では、説明を容易にするために、電力変換装置２１の定格が１００［ｋＷ］と定められ、電力変換装置２２の定格が２５０［ｋＷ］と定められ、電力変換装置２３の定格が５００［ｋＷ］と定められている例に適用して説明を行う（図４（ｂ）参照。）。また、電力変換装置２１〜２３の入力電力（負荷率）と電力変換効率の関係（電力変換効率テーブル５０）が、図４（ａ）に示す関係である例に適用して説明する。また、電源ライン７，８及び集電箱２での電力の損失はなく、太陽電池１１〜１３の出力電力が、そのまま電力変換装置２１〜２３に入力されるものと仮定して説明する。

太陽光発電システム１が稼働されて制御ユニット３による制御が開始されると、制御ユニット３の出力パラメータ取得部３１は、太陽電池１１〜１３の出力を取得する処理を行う（Ｓ１００）。言い換えると、太陽電池１１〜１３で発電された直流電力であって、電力変換装置２１〜２３に入力される入力電力の値を取得する処理を行う。具体的には、制御ユニット３の出力パラメータ取得部３１は、センサ４から出力された検知信号を取得し、取得した検知信号に基づいて電力変換装置２１〜２３の入力電力の値を算出する。算出された値は、判定部３３及び電力変換装置選択部３４へ出力される。

制御ユニット３の判定部３３は、算出された入力電力の値に基づいて、太陽電池１１〜１３から電力が出力されているか否かを判定する処理を行う（Ｓ１１０）。なお、この判定処理は、後述する電力変換装置選択部３４にて行われてもよい。

太陽電池１１〜１３のいずれからも電力が出力されていないと判定された場合（ＮＯの場合）には、制御ユニット３による制御を終了する処理が行われる（Ｓ２００）。
Ｓ１１０の判定処理において、太陽電池１１〜１３から電力が出力されていると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、制御ユニット３の電力変換装置選択部３４が、電力変換効率を取得する処理を行う（Ｓ１２０）
具体的には、電力変換装置２１〜２３の入力電力の値、及び電力変換効率テーブル５０に基づいて、変換効率情報記憶部３２に記憶されている電力変換装置２１〜２３の電力変換効率を取得する処理を行う。

例えば、太陽電池１１が２０［ｋＷ］の電力を出力し、太陽電池１２が５０［ｋＷ］の電力を出力し、太陽電池１３が１００［ｋＷ］の電力を出力している場合であって、太陽電池１１が電力変換装置２１に接続され、太陽電池１２が電力変換装置２２に接続され、太陽電池１３が電力変換装置２３に接続されているときには、電力変換装置２１〜２３の電力変換効率はいずれも９０．８％（負荷率２０％）である（図４（ａ）参照）。

電力変換効率が取得されると、制御ユニット３の電力変換装置選択部３４は、運転パターンを選択する処理を行う（Ｓ１３０）。具体的には、電力変換装置２１〜２３の入力電力の値及び電力変換効率テーブル５０に基づいて、電力変換装置２１〜２３の少なくともいずれか一つの電力変換効率が所定の範囲内となる運転パターンを選択する処理を行う。

運転パターンが選択されると、制御ユニット３の判定部３３は、選択された運転パターンを継続する入力電力の範囲を取得する処理を行う（Ｓ１４０）。具体的には、判定部３３は、運転パターンテーブル５１（図４（ｃ）参照。）および選択された運転パターンに基づいて、選択された運転パターンに対応する入力電力の範囲を取得する処理を行う。

入力電力の範囲の範囲が取得されると、制御ユニット３の紐付部３６は、集電箱２における接続回路を切り替える制御を行う（Ｓ１５０）。具体的には、紐付部３６は、選択された運転パターンに紐付けされた制御信号を集電箱２に出力する処理を行う。制御信号が入力された集電箱２は、制御信号に基づいて接続回路を切替えて、太陽電池１１〜１３と電力変換装置２１〜２３とを選択された運転パターンに接続する。

太陽電池１１〜１３と電力変換装置２１〜２３とが、選択された運転パターンに接続されると、制御ユニット３の判定部３３が、電力変換装置２１〜２３の入力電力の値が、入力電力の範囲内であるか否か判定する処理を行う（Ｓ１６０）。判定に用いられる入力電力の範囲は、Ｓ１４０にて取得したものである。入力電力の値が、入力電力の範囲内であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、出力パラメータ取得部３１は、一定時間経過後に入力電力の値を取得する処理を行う（Ｓ１７０）。その後、上述のＳ１６０の処理に戻り、判定部３３は、直近に取得した入力電力の値が、入力電力の範囲内であるか否かの判定処理を行う。

Ｓ１７０の判定処理において、入力電力の値が入力電力の範囲内にないと判定された場合（ＮＯの場合）には、制御ユニット３はＳ１００の処理に戻り、Ｓ１００〜Ｓ１６０の処理を繰り返し行う。

ここで、電力変換装置２１〜２３の電力変換効率は、太陽電池１１〜１３の出力電力の値、及び運転パターンによって異なる値となることを説明する。
例えば、太陽電池１１の出力が２０［ｋＷ］であり、太陽電池１２の出力が５０［ｋＷ］であり、太陽電池１３の出力が１００［ｋＷ］である場合について説明する。太陽電池１１〜１３と電力変換装置２１〜２３が運転パターンＡ（図５（ａ）参照。）の様に接続された場合には、太陽電池１１の出力が電力変換装置２１に入力され、太陽電池１２の出力が電力変換装置２２に入力され、太陽電池１３の出力が電力変換装置２３に入力される。この場合には、電力変換装置２１〜２３の電力変換効率はいずれも９０．８％（負荷率２０％）である（図４（ａ）参照）。一方、太陽電池１１〜１３と電力変換装置２１〜２３が運転パターンＢ（図５（ｂ）参照。）の様に接続された場合には、太陽電池１２の出力（５０［ｋＷ］）が電力変換装置２１に入力され、太陽電池１１の出力（２０［ｋＷ］）と太陽電池１３の出力（１００［ｋＷ］）が電力変換装置２２に入力される。この場合には電力変換装置２１の電力変換効率は９４．１％（負荷率５０％）、電力変換装置２２の電力変換効率は９４．１％（負荷率４８％）となる。

他の例として、太陽電池１１の出力が１［ｋＷ］、太陽電池１２の出力が２．５［ｋＷ］、太陽電池１３の出力が５［ｋＷ］である場合について説明する。運転パターンＡの場合には、太陽電池１１の出力が電力変換装置１１に、太陽電池１２の出力が電力変換装置２２に、太陽電池１３の出力が電力変換装置２３に入力される（図５（ａ）参照。）。この場合の電力変換装置２１〜２３の電力変換効率は、それぞれ３５．３％（負荷率１％）である（図４（ａ）参照。）。一方、運転パターンＤ（図６（ｂ）参照。）の場合には、太陽電池１１〜１３の全ての電力（８．５［ｋＷ］（＝１＋２．５＋５［ｋＷ］））が電力変換装置２１に入力されることになる。この場合には、電力変換装置２１の電力変換効率は、約８２％（負荷率８．５％）となる（図４（ａ）参照。）。

このように、運転パターンによって電力変換装置２１〜２３の電力変換効率は異なるため、電力変換装置選択部３４は、電力変換装置２１〜２３への電力変換装置２１〜２３の入力電力の値及び電力変換効率テーブル５０を参照し、所定の基準を満たす運転パターンを選択する。なお、運転パターンを選択する所定の基準は、電力変換装置の特徴などに応じて様々な基準を用いることが可能である。例えば、特定の電力変換装置の電力変換効率が最も良くなることを基準としたり、電力変換効率が所定の範囲内となる電力変換装置の数が多くなることを基準としたりして、選択の演算を行っても良く、その他の基準を用いてもよい。

上記の構成からなる太陽光発電システム１によれば、電力変換装置選択部３４が少なくとも一つの電力変換装置の電力変換効率が所定の範囲内となる様に運転パターンを選択することから、電力変換装置における電力の損失を低減した効率的な電力変換を行うことができる。

また判定部３３が、入力電力が所定の範囲内であるか否かの判定を行い、電力変換装置選択部３４がその判定の結果に従って運転パターンを選択するため、太陽電池１１〜１３の出力が変化した場合でも、出力電力の変化に対応した適切な運転パターンが選択される。この結果、出力電力の変化に対応した効率的な電力変換を行うことができる。

さらに、判定部３３による判定が、所定の時間間隔で行われることから、太陽電池１１〜１３の出力が連続的に変化する場合であっても、集電箱２内の接続回路が頻繁に切り替えられてしまうハンチングを有効に防ぐことも可能である。

また、電力変換装置２１〜２３と太陽電池１１〜１３の接続の組み合わせが、運転パターンとして運転パターン記憶部３５に予め記憶されているため、運転パターンを選択するだけの簡単な処理により、運転パターンを決定できる。また、各運転パターンに対し、電力変換装置２１〜２３の電力変換効率に基づいて当該運転パターンを継続する入力電力の範囲が定められているため、電力変換装置２１〜２３への入力電力に基づいて運転パターンを選択できる。このため、運転パターンを選択する演算処理を更に簡易に行うことができる。

〔第二の実施形態〕
第二の実施形態に係る太陽光発電システム１の構成は、第一の実施形態と同一であるが、制御ユニット３による制御の内容が第一の実施形態と相違する。具体的には、選択された運転パターンを継続するか否かの判定処理（第一の実施形態におけるＳ１４０の処理）において、その判定が電力変換装置２１〜２３の電力変換効率の値に基づいて行われる点が、主に相違している。

本実施形態では第一の実施形態と相違する点について主に説明する。なお、以下の説明において、第一の実施形態と同一の構成要素、および、同一の制御内容については、同一の符号を付してその説明を省略する。
＜動作の説明＞
以下、本実施形態における制御ユニット３の制御内容について図８のフローチャートを参照しながら説明を行う。なお、制御ユニット３の出力パラメータ取得部３１は、太陽電池１１〜１３の出力を取得する処理（Ｓ１００）から運転パターンを選択する処理（Ｓ１３０）までの制御内容は、第一の実施形態と同一であるため、その説明を省略する。

Ｓ１３０の処理にて運転パターンが選択されると、制御ユニット３の判定部３３は、選択された運転パターンを継続する電力変換効率の範囲を取得する処理を行う（Ｓ３４０）。なお、本実施形態では、運転パターン記憶部３５が、各運転パターンを継続する電力変換効率の範囲を記憶している例に適用して説明をする。なお、この運転パターンを継続する電力変換効率の範囲は、選択された運転パターンを継続する電力変換効率の範囲が予め定められた数値範囲である。この電力変換効率の数値範囲は、運転パターン毎に異なる範囲が定められていてもよいし、全ての運転パターンにおいて同一の範囲が定められていてもよいし、特定の電力変換装置２１〜２３の電力変換効率の範囲であってもよいし、全ての電力変換装置２１〜２３の電力変換効率の範囲が定められたものであってもよい。また、運転パターンを継続する電力変換効率の範囲を定めるものであれば上記以外の範囲であってもよい。

判定部３３は、Ｓ３４０の処理において、運転パターン記憶部３５から運転パターンに応じた所定の電力変換効率の範囲を取得する。
電力変換効率の範囲が取得されると、制御ユニット３の紐付部３６は、集電箱２における接続回路を切り替える制御を行う（Ｓ３５０）。具体的には、紐付部３６は、選択された運転パターンに紐付けされた制御信号を集電箱２に出力する処理を行う。制御信号が入力された集電箱２は、制御信号に基づいて接続回路を切替えて、太陽電池１１〜１３と電力変換装置２１〜２３とを選択された運転パターンに接続する。

接続回路が切り替えられると、制御ユニット３の判定部３３は、電力変換効率が所定の範囲内にあるか判定する処理を行う（Ｓ３６０）。具体的には、所定の電力変換効率の値が、Ｓ３４０にて取得した電力変換効率の範囲内であるか否かの判定を行う。

Ｓ３６０の判定処理に用いられる電力変換効率の値としては、様々な値を用いることが可能である。例えば、特定の電力変換装置の電力変換効率の値を用いて判定を行ってもよく、選択された運転パターンに含まれる電力変換装置２１〜２３の電力変換効率の平均値を用いてもよく、判定に用いることが可能な他の電力変換効率の値であってもよい。

Ｓ３６０の判定処理において、電力変換効率の値が、所定の電力変換効率の範囲内にないと判定された場合（ＮＯの場合）、制御ユニット３の判定部３３により、電力変換効率の値が不感帯の範囲内であるか否かの判定が行われる（Ｓ３７０）。判定部３３は、電力変換効率の値が、電力変換効率の範囲の上限側の閾値、及び下限側の閾値を超える値であっても、不感帯の範囲内であった場合には、所定の範囲内にあると判定を行う。

不感帯は、集電箱２におけるハンチング（切替え動作が短期間に繰り返し行われること）を防ぐ目的で設けられるものである。不感帯としては、電力変換効率の範囲の上限側の閾値、及び下限側の閾値に隣接して設けられ、一定の幅を有した電力変換効率の値の範囲であるものを例示することができる。

Ｓ３７０の判定処理において、電力変換効率の値が不感帯の範囲内にないと判定された場合（ＮＯの場合）には、制御ユニット３はＳ１００の処理に戻り、上述の処理を繰り返し行う。

Ｓ３７０の判定処理において、電力変換効率の値が不感帯の範囲内にあると判定された場合（ＹＥＳの場合）、および、Ｓ３６０の判定処理において、電力変換効率の値が、所定の電力変換効率の範囲内と判定された場合（ＹＥＳの場合）には、所定の時間経過後に、制御ユニット３は、電力変換効率を取得する処理を行う（Ｓ３８０）。

具体的には、制御ユニット３の出力パラメータ取得部３１により入力電力の値を取得する処理が行われ、制御ユニット３の電力変換装置選択部３４により、取得した入力電力の値、及び電力変換効率テーブル５０に基づいて、変換効率情報記憶部３２に記憶されている電力変換効率を取得する処理が行われる。電力変換効率が取得されると、上述のＳ３６０の判定処理に戻り、制御ユニット３において上述の処理が繰り返し行われる。

Ｓ１００〜Ｓ３８０の処理は繰り返し行われ、Ｓ１１０にて太陽電池１１〜１３の電力が出力されていないと判定（ＮＯの判定）がされるまで繰り返される。
上記の構成からなる制御ユニット３及び集電箱２を用いた太陽光発電システム１によれば、電力変換装置選択部３４が少なくとも一つの電力変換装置の電力変換効率が所定の範囲内となる様に運転パターンを選択し、電力変換が行われるため、電力変換装置による電力の損失を低減し、効率的な太陽光発電の可能な太陽光発電システムを提供することが可能となる。

また、電力変換装置２１の電力変換効率が定期的に算出され、電力変換効率が所定の範囲内になる様に運転パターンが選択されることから、適切な運転パターンの選択が行われる。

また判定部３３が、電力変換効率が所定の範囲内であるかの判定を行うため、太陽電池１１〜１３の出力が変化した場合でも、変化後の出力電力に応じた効率的な電力変換を行うことができる。更に、判定部３３による判定が、所定の時間間隔で行われることから、太陽電池１１〜１３の出力が短期間で連続的に変化しても、集電箱２内の接続回路が頻繁に切り替えられてしまうハンチングの発生を抑制することができる。

また、電力変換効率の範囲の上限側、及び下限側に隣接して不感帯が設けられていることから、電力変換効率の値が範囲の下限、又は上限近傍において変動しても、不感帯の範囲内であれば運転パターンは変更されず、集電箱２内の接続回路のハンチングの発生を抑制することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、判定部３３による判定が所定の時間間隔毎に行われるとしたが、判定部３３が常に電力変換装置への入力電力を取得し、逐次判定を行う構成としてもよい。このようにすれば、太陽電池１１〜１３の出力の変動に迅速に対応することができ、より効率のよい電力変換を行うことが可能となる。

上記実施形態では制御ユニット３が、運転パターン記憶部３５と紐付部３６を有する構成を示したが、これを有さない構成としてもよい。この場合には、電力変換装置選択部３４が選択演算した運転パターンを、制御信号として直接集電箱２に出力し、集電箱２において当該制御信号に従って接続回路を構成することになる。このようにすれば制御ユニット３をより簡易な構成とすることが可能となる。

また、運転パターン記憶部３５、紐付部３６を電力変換装置選択部３４に含める構成としたり、紐付部３６を集電箱２に設ける構成としたりしてもよい。
上記実施形態では、制御ユニット３が判定部３３を有する例について説明をしたが、判定部３３を有さず、電力変換装置選択部３４が一定の時間間隔で、少なくともいずれか一つの電力変換装置の電力変換効率が所定の範囲内で最も高い値になる運転パターンを選択する演算処理を行う様にしてもよい。例えば第一の実施形態において、入力電力の値が所定の入力電力の範囲内であった場合には、運転パターンを選択する演算処理は行われないが、このようにすれば、所定の時間間隔毎に所定の範囲内で最も高い値になる電力変換効率となる運転パターンが選択されることになるため、さらに効率のよい電力変換が行われること可能となる。

また、運転パターンを選択する際に、電力変換装置の待機電力や電力変換装置が電力変換を行う際の消費電力なども考慮した追加的な基準を設け、選択のための演算処理を行ってもよい。このような追加的な選択基準が設けられていれば、例えば所定の基準を満たす運転パターンが複数存在する場合に、追加的な選択基準に基づいてその中からさらに適切な運転パターンを選択することができるようになり、さらに効率のよい電力変換を行うことが可能となる。

上記実施形態では、センサ４を電源ライン８に設けた例を示したが、電源ライン７や太陽電池１１〜１３の出力部などに設けてもよい。なお、この場合には、電力変換装置２１〜２３への入力電力を正確に取得するために、電源ライン７、電源ライン８及び集電箱２による電力の損失を考慮した補正をする必要があるが、当該補正を出力パラメータ取得部３１や制御ユニット３のその他の部分が行ってもよい。

上記実施形態では、センサ４が電力を検知する例を示したが、センサ４が太陽電池の出力に関するその他の出力パラメータを検知するものであってもよい。たとえば、センサ４が太陽光の強さを検出する照度計などの光学デバイスなどであり、出力パラメータ取得部３１などが、センサ４が検知した太陽の日射量の値に基づいて太陽電池１１〜１３の出力（電力変換装置への入力電力）を取得するものであってもよい。また、太陽電池１１〜１３の温度を測定するデバイスを追加で設けてもよい。この様にすれば、センサ４を電力変換装置２１〜２３の入力部等に設置することが難しい場合などであっても、他の出力パラメータを検知することで、太陽電池１１〜１３の出力を取得することが可能となる。

また、上記実施形態では集電箱２と制御ユニット３が別に構成されている例を示したが、集電箱２の内部に制御ユニット３が設けられた構成であったり、制御ユニット３の内部に集電箱２の接続回路を有する構成であったりしてもよい。また、上記実施形態では、制御ユニット３として、コンピュータシステムに制御プログラムがインストールされた例を示したが、これに限定されることはなく、それぞれの機能を有した個別の専用ハードウェアから構成されるものであってもよい。

１ 太陽光発電システム
２ 集電箱
３ 制御ユニット
４ センサ
５ 電力系統
６ 電源ライン
７ 電源ライン
８ 電源ライン
１１〜１３ 太陽電池
２１〜２３ 電力変換装置
３１ 出力パラメータ取得部
３２ 変換効率情報記憶部
３３ 判定部
３４ 電力変換装置選択部
３５ 運転パターン記憶部
３６ 紐付部
３７〜３９ 入力部
４７〜４９ 出力部
５０ 電力変換効率テーブル
５１ 運転パターンテーブル

Claims (7)

1. 複数の太陽電池と複数の電力変換装置を備えた太陽光発電システムの制御装置であって、
   前記太陽電池の出力に関連した出力パラメータを取得する出力パラメータ取得部と、
   前記電力変換装置の任意の入力電力に対する前記電力変換装置の電力変換効率を記憶する電力変換効率情報記憶部と、
   前記電力変換装置と前記太陽電池を接続する選択接続部と、
   前記複数の太陽電池の出力パラメータと、複数の前記電力変換装置の電力変換効率に基づいて、少なくとも一つの前記電力変換装置において前記電力変換効率が所定の範囲内となる前記太陽電池の組み合わせを選択する演算処理を行い、選択した前記組み合わせのとおりに前記電力変換装置と前記太陽電池を接続させる制御信号を前記選択接続部に出力する選択接続制御部と、
   を備えた太陽光発電システムの制御装置。
2. 前記太陽電池が接続された前記電力変換装置の電力変換効率が、前記所定の範囲外か否かを判定する判定部を更に有し、前記電力変換効率が前記所定の範囲外と判定された場合、
   前記出力パラメータ取得部は、再度前記出力パラメータを取得し、
   前記選択接続制御部は、新たな少なくとも一つの電力変換装置において電力変換効率が前記所定の範囲内となる太陽電池の新たな組み合わせを選択する演算処理を行い、選択した前記新たな組み合わせのとおりに前記電力変換装置と前記太陽電池を接続させる制御信号を前記選択接続部に出力する、
   請求項１に記載の太陽光発電システムの制御装置。
3. 前記判定部は、所定の時間間隔毎に、前記電力変換効率が前記所定の範囲外であるか否かの判定を行うことを特徴とする、
   請求項２に記載の太陽光発電システムの制御装置。
4. 前記所定の範囲の上限側及び下限側に隣接して不感帯が設けられており、
   前記選択接続制御部は、前記電力変換装置の前記電力変換効率が前記不感帯の範囲内と判定された場合には、前記電力変換装置と前記太陽電池の接続を変更する制御を行わない
   請求項２に記載の太陽光発電システムの制御装置。
5. 少なくとも一つ以上の前記電力変換装置と、前記複数の太陽電池の異なる組み合わせである事前組み合わせを複数記憶する組み合わせ記憶部を更に備え、
   前記選択接続制御部は、前記組み合わせを選択する演算処理を行う際に、前記組み合わせ記憶部に記憶された複数の前記事前組み合わせの中から、前記電力変換装置における前記変換効率が前記所定の範囲内となる前記事前組み合わせを前記組み合わせとして選択する演算処理を行い、
   選択した前記事前組み合わせのとおりに前記電力変換装置と前記太陽電池を接続させる制御信号を前記選択接続部に出力する
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の太陽光発電システムの制御装置。
6. 複数の太陽電池と、
   前記太陽電池からの電力を、所望の電力に変換する複数の電力変換装置と、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の制御装置を備えた太陽光発電システム。
7. 複数の太陽電池と複数の電力変換装置を備えた太陽光発電システムの制御を行うプログラムであって、
   電子計算機器に、
   少なくとも一つの太陽電池の出力が入力可能に接続された電力変換装置の出力に関連したパラメータである出力パラメータを取得する出力パラメータ取得機能と、
   前記電力変換装置の任意の入力電力に対する前記電力変換装置の電力変換効率を取得する電力変換効率取得機能と、
   前記複数の太陽電池の出力パラメータと、複数の前記電力変換装置の電力変換効率に基づいて、少なくとも一つ以上の前記電力変換装置において前記電力変換効率が所定の範囲内となる前記太陽電池の組み合わせを選択する太陽電池選択機能と、
   選択した前記組み合わせのとおりに前記電力変換装置と前記太陽電池を接続させる制御信号を、前記電力変換装置と前記太陽電池とを接続する選択接続部に出力する接続選択制御機能と、
   を実現させるためのプログラム。