JP2018178175A - 電解システム、電解制御装置及び電解システムの制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
発電した第1の直流電力を出力する発電装置と、
前記発電装置が出力する前記第1の直流電力を、入力される目標電流値に応じて、第2の直流電力にそれぞれ変換するとともに、前記第2の直流電力の電圧情報と前記第2の直流電力の電流情報とをそれぞれ出力する複数の変換装置と、
前記複数の変換装置の各々から出力される前記第2の直流電力がそれぞれ入力されて、気体をそれぞれ発生する複数の電解装置と、
前記第1の直流電力の電圧値と前記第1の直流電力の電流値とに基づき、前記発電装置が出力する前記第1の直流電力を最大にする制御情報を出力する制御装置と、
前記制御装置が出力する前記制御情報と、前記複数の変換装置の各々が出力する前記電圧情報及び前記電流情報とに基づき、前記目標電流値と前記複数の電解装置の各々を選択するか否かの選択信号とを、前記複数の変換装置の各々に対して出力する選択装置とを備える、電解システムが提供される。
発電した第1の直流電力を出力する発電装置が出力する前記第1の直流電力を、入力される目標電流値に応じて、第2の直流電力にそれぞれ変換するとともに、前記第2の直流電力の電圧情報と前記第2の直流電力の電流情報とをそれぞれ出力する複数の変換装置と、前記複数の変換装置の各々から出力される前記第2の直流電力がそれぞれ入力されて、気体をそれぞれ発生する複数の電解装置とを制御する電解制御装置であって、
前記第1の直流電力の電圧値と前記第1の直流電力の電流値とに基づき、前記発電装置が出力する前記第1の直流電力を最大にする制御情報を出力する制御装置と、
前記制御装置が出力する前記制御情報と、前記複数の変換装置の各々が出力する前記電圧情報及び前記電流情報とに基づき、前記目標電流値と前記複数の電解装置の各々を選択するか否かの選択信号とを、前記複数の変換装置の各々に対して出力する選択装置とを備える、電解制御装置が提供される。
発電した第1の直流電力を出力する発電装置を有する電解システムの制御方法であって、
複数の変換装置は、前記発電装置が出力する前記第1の直流電力を、入力される目標電流値に応じて、第2の直流電力にそれぞれ変換するとともに、前記第2の直流電力の電圧情報と前記第2の直流電力の電流情報とをそれぞれ出力し、
複数の電解装置は、前記複数の変換装置の各々から出力される前記第2の直流電力がそれぞれ入力されて、気体をそれぞれ発生し、
制御装置は、前記第1の直流電力の電圧値と前記第1の直流電力の電流値とに基づき、前記発電装置が出力する前記第1の直流電力を最大にする制御情報を出力し、
選択装置は、前記制御装置が出力する前記制御情報と、前記複数の変換装置の各々が出力する前記電圧情報及び前記電流情報とに基づき、前記目標電流値と前記複数の電解装置の各々を選択するか否かの選択信号とを、前記複数の変換装置の各々に対して出力する、電解制御システムの制御方法が提供される。
図2は、本開示に係る電解システムの構成の一例を示す図である。図2に示される電解システム1000は、ソーラーパネル100が発電した電気エネルギーにより、水を電気分解することによって水素を生成する。電解システム1000は、ソーラーパネル100から最大電力が出力されるように、ソーラーパネル100から引き出す電力を制御する。電解システム1000は、ソーラーパネル100、複数のDC/DCコンバータ500、複数のセル200及び電解制御装置を備える。電解制御装置は、複数のDC/DCコンバータ500及び複数のセル200を制御する。電解制御装置は、MPPT(Maximum Power Point Tracking)制御器300及びセル選択器400を備える。複数のDC/DCコンバータ500は、互いに同一の構成を有する。複数のセル200も、互いに同一の構成を有する。以下、各構成及び機能等について説明する。
図3は、太陽電池の電流−電圧特性(IV特性)の一例を示す図である。太陽電池は、内部抵抗の比較的大きな電池のような電流−電圧特性をもっており、電流を引き出すことで電圧降下が発生する。最大の電力を引き出せる電流と電圧で決まる最大電力点(Maximum Power Point)は、太陽電池を照らす照度と太陽電池の温度によって変化する。照度が高ければ、発電量があがるため、最大電力は増加する。一方で、太陽電池の温度が高くなると内部抵抗が増加し最大電力が低下する。
図4は、山登り法によるMPPT制御器の構成の一例を示す図である。MPPT制御器300は、ソーラーパネル100の出力ライン101に設置された電流計102及び電圧計103により計算されたソーラーパネル100の出力電力が最大になるように、制御目標値を制御する。制御目標値は、ソーラーパネル100の出力電力を最大にする制御情報の一例である。本実施形態では、MPPT制御器300は、ソーラーパネル100の負荷の一つである電解槽制御器(具体的には、DC/DCコンバータ500)の制御目標値を制御する。
図6は、水電解セルの構成の一例を示す図である。セル200は、水電解セル又は電解槽とも称する。水に直流電圧が印加されることにより電気分解が起こり、気体(具体的には、酸素と水素)が発生する。発生した酸素は、酸素配管201(図2参照)を介して、大気に放出又は貯蔵される。発生した水素は、水素配管202(図2参照)を介して、貯蔵される。貯蔵された水素は、エネルギーとして利用される。
図8は、定電流制御型DC/DCコンバータの構成の一例を示す図である。図8は、図2に示す複数のDC/DCコンバータ500のそれぞれの構成の一例を示す。DC/DCコンバータ500は、変換装置の一例であって、セル200に供給する出力電流を一定に制御する定電流制御型DC/DCコンバータの一例である。複数のDC/DCコンバータ500は、ソーラーパネル100が出力する第1の直流電力を、入力される目標電流値に応じて、第2の直流電力にそれぞれ変換するとともに、第2の直流電力の電圧情報と第2の直流電力の電流情報とをそれぞれ出力する。
図10は、MPPT制御器300から出力される制御目標値がアナログ電圧である場合のセル選択器の構成の一例を示す図である。図10が示すセル選択器400Aは、図2が示すセル選択器400の一例である。セル選択器400Aは、AD変換器(A/D)41、CPU(Central Processing Unit)43、メモリ44、タイマ45、汎用入出力ポート(GPIO)46及び通信ポート(COM)47を有する。A/D41には、MPPT制御器300(図2,4参照)から出力される制御目標値が入力される。
実施例1は、図2において、ソーラーパネル100を、無負荷時出力電圧150〜300Vで最大出力200Wの太陽電池を5台並列接続し、最大電力Psolar_maxを1kWとした場合を示す。また、セル200を、最大入力100Wの単セルを13台並列接続した構成とする。
セル200の余命は、セル抵抗値で判断することができる。セル選択器400は、DC/DCコンバータ500に供給する電流目標値を、セル200のセル抵抗値Rcellで補正する。これにより、セル200が劣化してセル抵抗値が上昇しても、DC/DCコンバータ500を最大効率電力Pmaxで動作させることが可能となるので、電解システム全体の電力変換効率の低下を抑制することができる。
図20は、本開示に係る電解システムの構成の一例を示す図である。図20が示す電解システム2000による実施例3では、特定のセルが劣化し使用不能となった場合の動作例が示されている。
(付記1)
発電した第1の直流電力を出力する発電装置と、
前記発電装置が出力する前記第1の直流電力を、入力される目標電流値に応じて、第2の直流電力にそれぞれ変換するとともに、前記第2の直流電力の電圧情報と前記第2の直流電力の電流情報とをそれぞれ出力する複数の変換装置と、
前記複数の変換装置の各々から出力される前記第2の直流電力がそれぞれ入力されて、気体をそれぞれ発生する複数の電解装置と、
前記第1の直流電力の電圧値と前記第1の直流電力の電流値とに基づき、前記発電装置が出力する前記第1の直流電力を最大にする制御情報を出力する制御装置と、
前記制御装置が出力する前記制御情報と、前記複数の変換装置の各々が出力する前記電圧情報及び前記電流情報とに基づき、前記目標電流値と前記複数の電解装置の各々を選択するか否かの選択信号とを、前記複数の変換装置の各々に対して出力する選択装置とを備える、電解システム。
(付記2)
前記選択装置は、前記発電装置が出力する最大の前記第1の直流電力が前記複数の変換装置のいずれかに均等に割り振られて入力されるように、前記目標電流値と前記選択信号とを出力する、付記1に記載の電解システム。
(付記3)
前記選択装置は、最大の電力変換効率になる電力を用いて、前記発電装置が出力する最大の前記第1の直流電力が前記複数の変換装置のいずれかに均等に割り振られて入力されるように、前記目標電流値と前記選択信号とを出力する、付記2に記載の電解システム。
(付記4)
前記選択装置は、動作する電解装置の数を増やす場合、停止中の電解装置の中で使用優先順位の最も高い電解装置を選択し、動作する電解装置の数を減らす場合、動作中の電解装置の中で使用優先順位の最も低い電解装置を選択する、付記2又は3に記載の電解システム。
(付記5)
前記選択装置は、前記発電装置が出力する最大の前記第1の直流電力が前記複数の変換装置のいずれかに割り振られ、最大の電力変換効率になる電力が入力される変換装置が最多数になるように、前記目標電流値と前記選択信号とを出力する、付記1に記載の電解システム。
(付記6)
前記選択装置は、動作する電解装置の数を増やす場合、最大の電力変換効率になる電力以外の電力で動作する電解装置として、停止中の電解装置の中で使用優先順位の最も高い電解装置を選択し、動作する電解装置の数を減らす場合、最大の電力変換効率になる電力以外の電力で動作する電解装置として、動作中の電解装置の中で使用優先順位の最も低い電解装置を選択する、付記5に記載の電解システム。
(付記7)
前記選択装置は、前記複数の電解装置の各々の属性に応じて、前記選択信号を出力する、付記1から6のいずれか一項に記載の電解システム。
(付記8)
前記属性は、抵抗値である、付記7に記載の電解システム。
(付記9)
前記選択装置は、前記複数の電解装置のうち前記抵抗値の小さい電解装置ほど優先的に動作するように、前記選択信号を出力する、付記8に記載の電解システム。
(付記10)
前記属性は、動作時間である、付記7に記載の電解システム。
(付記11)
前記選択装置は、前記複数の電解装置のうち前記動作時間の短い電解装置ほど優先的に動作するように、前記選択信号を出力する、付記10に記載の電解システム。
(付記12)
前記選択装置は、前記複数の電解装置の各々の抵抗値に応じて、前記目標電流値を補正する、付記1から11のいずれか一項に記載の電解システム。
(付記13)
前記選択装置は、前記複数の電解装置の中で抵抗値が閾値を超えた電解装置に対応するアラームを発生させる、付記1から12のいずれか一項に記載の電解システム。
(付記14)
前記選択装置は、前記複数の電解装置の中で抵抗値が閾値を超えた電解装置を停止する、付記1から13のいずれか一項に記載の電解システム。
(付記15)
発電した第1の直流電力を出力する発電装置が出力する前記第1の直流電力を、入力される目標電流値に応じて、第2の直流電力にそれぞれ変換するとともに、前記第2の直流電力の電圧情報と前記第2の直流電力の電流情報とをそれぞれ出力する複数の変換装置と、前記複数の変換装置の各々から出力される前記第2の直流電力がそれぞれ入力されて、気体をそれぞれ発生する複数の電解装置とを制御する電解制御装置であって、
前記第1の直流電力の電圧値と前記第1の直流電力の電流値とに基づき、前記発電装置が出力する前記第1の直流電力を最大にする制御情報を出力する制御装置と、
前記制御装置が出力する前記制御情報と、前記複数の変換装置の各々が出力する前記電圧情報及び前記電流情報とに基づき、前記目標電流値と前記複数の電解装置の各々を選択するか否かの選択信号とを、前記複数の変換装置の各々に対して出力する選択装置とを備える、電解制御装置。
(付記16)
発電した第1の直流電力を出力する発電装置を有する電解システムの制御方法であって、
前記電解システムが備える複数の変換装置は、前記発電装置が出力する前記第1の直流電力を、入力される目標電流値に応じて、第2の直流電力にそれぞれ変換するとともに、前記第2の直流電力の電圧情報と前記第2の直流電力の電流情報とをそれぞれ出力し、
前記電解システムが備える複数の電解装置は、前記複数の変換装置の各々から出力される前記第2の直流電力がそれぞれ入力されて、気体をそれぞれ発生し、
前記電解システムが備える制御装置は、前記第1の直流電力の電圧値と前記第1の直流電力の電流値とに基づき、前記発電装置が出力する前記第1の直流電力を最大にする制御情報を出力し、
前記電解システムが備える選択装置は、前記制御装置が出力する前記制御情報と、前記複数の変換装置の各々が出力する前記電圧情報及び前記電流情報とに基づき、前記目標電流値と前記複数の電解装置の各々を選択するか否かの選択信号とを、前記複数の変換装置の各々に対して出力する、電解制御システムの制御方法。
200 セル
300 MPPT制御器
400 セル選択器
500 DC/DCコンバータ
1000,2000 電解システム
Claims (13)
- 発電した第1の直流電力を出力する発電装置と、
前記発電装置が出力する前記第1の直流電力を、入力される目標電流値に応じて、第2の直流電力にそれぞれ変換するとともに、前記第2の直流電力の電圧情報と前記第2の直流電力の電流情報とをそれぞれ出力する複数の変換装置と、
前記複数の変換装置の各々から出力される前記第2の直流電力がそれぞれ入力されて、気体をそれぞれ発生する複数の電解装置と、
前記第1の直流電力の電圧値と前記第1の直流電力の電流値とに基づき、前記発電装置が出力する前記第1の直流電力を最大にする制御情報を出力する制御装置と、
前記制御装置が出力する前記制御情報と、前記複数の変換装置の各々が出力する前記電圧情報及び前記電流情報とに基づき、前記目標電流値と前記複数の電解装置の各々を選択するか否かの選択信号とを、前記複数の変換装置の各々に対して出力する選択装置とを備える、電解システム。 - 前記選択装置は、前記発電装置が出力する最大の前記第1の直流電力が前記複数の変換装置のいずれかに均等に割り振られて入力されるように、前記目標電流値と前記選択信号とを出力する、請求項1に記載の電解システム。
- 前記選択装置は、最大の電力変換効率になる電力を用いて、前記発電装置が出力する最大の前記第1の直流電力が前記複数の変換装置のいずれかに均等に割り振られて入力されるように、前記目標電流値と前記選択信号とを出力する、請求項2に記載の電解システム。
- 前記選択装置は、動作する電解装置の数を増やす場合、停止中の電解装置の中で使用優先順位の最も高い電解装置を選択し、動作する電解装置の数を減らす場合、動作中の電解装置の中で使用優先順位の最も低い電解装置を選択する、請求項2又は3に記載の電解システム。
- 前記選択装置は、前記発電装置が出力する最大の前記第1の直流電力が前記複数の変換装置のいずれかに割り振られ、最大の電力変換効率になる電力が入力される変換装置が最多数になるように、前記目標電流値と前記選択信号とを出力する、請求項1に記載の電解システム。
- 前記選択装置は、動作する電解装置の数を増やす場合、最大の電力変換効率になる電力以外の電力で動作する電解装置として、停止中の電解装置の中で使用優先順位の最も高い電解装置を選択し、動作する電解装置の数を減らす場合、最大の電力変換効率になる電力以外の電力で動作する電解装置として、動作中の電解装置の中で使用優先順位の最も低い電解装置を選択する、請求項5に記載の電解システム。
- 前記選択装置は、前記複数の電解装置の各々の属性に応じて、前記選択信号を出力する、請求項1から6のいずれか一項に記載の電解システム。
- 前記属性は、抵抗値である、請求項7に記載の電解システム。
- 前記選択装置は、前記複数の電解装置のうち前記抵抗値の小さい電解装置ほど優先的に動作するように、前記選択信号を出力する、請求項8に記載の電解システム。
- 前記属性は、動作時間である、請求項7に記載の電解システム。
- 前記選択装置は、前記複数の電解装置のうち前記動作時間の短い電解装置ほど優先的に動作するように、前記選択信号を出力する、請求項10に記載の電解システム。
- 発電した第1の直流電力を出力する発電装置が出力する前記第1の直流電力を、入力される目標電流値に応じて、第2の直流電力にそれぞれ変換するとともに、前記第2の直流電力の電圧情報と前記第2の直流電力の電流情報とをそれぞれ出力する複数の変換装置と、前記複数の変換装置の各々から出力される前記第2の直流電力がそれぞれ入力されて、気体をそれぞれ発生する複数の電解装置とを制御する電解制御装置であって、
前記第1の直流電力の電圧値と前記第1の直流電力の電流値とに基づき、前記発電装置が出力する前記第1の直流電力を最大にする制御情報を出力する制御装置と、
前記制御装置が出力する前記制御情報と、前記複数の変換装置の各々が出力する前記電圧情報及び前記電流情報とに基づき、前記目標電流値と前記複数の電解装置の各々を選択するか否かの選択信号とを、前記複数の変換装置の各々に対して出力する選択装置とを備える、電解制御装置。 - 発電した第1の直流電力を出力する発電装置を有する電解システムの制御方法であって、
前記電解システムが備える複数の変換装置は、前記発電装置が出力する前記第1の直流電力を、入力される目標電流値に応じて、第2の直流電力にそれぞれ変換するとともに、前記第2の直流電力の電圧情報と前記第2の直流電力の電流情報とをそれぞれ出力し、
前記電解システムが備える複数の電解装置は、前記複数の変換装置の各々から出力される前記第2の直流電力がそれぞれ入力されて、気体をそれぞれ発生し、
前記電解システムが備える制御装置は、前記第1の直流電力の電圧値と前記第1の直流電力の電流値とに基づき、前記発電装置が出力する前記第1の直流電力を最大にする制御情報を出力し、
前記電解システムが備える選択装置は、前記制御装置が出力する前記制御情報と、前記複数の変換装置の各々が出力する前記電圧情報及び前記電流情報とに基づき、前記目標電流値と前記複数の電解装置の各々を選択するか否かの選択信号とを、前記複数の変換装置の各々に対して出力する、電解制御システムの制御方法。
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