JP4137784B2 - 太陽光発電装置制御システム - Google Patents

Description

本発明は、太陽光によって発電する太陽光発電手段と、該太陽光発電手段で発電した電力を蓄える蓄電手段と、前記太陽光発電手段で発電した電力で前記蓄電手段を充電すると共に、当該蓄電手段で負荷への放電を制御する充放電制御手段とを備えた太陽光発電装置制御システムに関する。

従来の太陽光発電装置制御システムとしては、例えば、昼間時、太陽電池で発電を行い、インバータによって交流にして光端末装置に電力を供給すると共に、蓄電池を充電し、余剰電力を電力会社に売却し、夜間は商用電力を使用し、また、夜間の停電時や又は太陽光発電の行えない昼間の停電時は充電していた蓄電池電力で動作させるようにした光端末装置用電源システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、太陽電池及び蓄電池を備えた自家発電電力供給部を有し、太陽電池は日照を受けて発電して負荷電力供給部を介して光通信端末装置に電力を供給し、且つ蓄電池に電力を供給し、また蓄電池は商用電力補充供給部及び太陽電池から供給される電力を充電し、且つ負荷電力供給部に充電電力を供給し、さらに商用電源補充供給部は商用電源から受ける交流電流を受け、蓄電池及び負荷電力供給部に供給する直流電流に変換し、電流計等のセンサ情報を利用して、蓄電池の充電電力量と商用電力補充供給部が供給する補充電力とを電力供給制御部で制御するようにした電源電力供給システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、蓄電池併用型の交流端商用切り替え太陽電池電源システムにおいて、積算電力計にて太陽電池の発電電気量をカウントし一日の発電量に応じて蓄電池からの放電量を確定し、蓄電池が過充電状態に近づいた場合は、蓄電池容量の５０％まで放電することにより、蓄電池の保護と効率的な運用を図るようにした太陽電池電源システムの蓄電池制御方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

さらにまた、連系運転、自立運転により太陽電池及び蓄電池の直流電力を交流電力に逆変換して負荷給電し、充電運転により電力系統の交流電力を充電用の直流電力に順変換して蓄電池に供給する電力変換装置の制御装置に、太陽電池の電圧の大小から昼間と夜間とを判別する手段と、蓄電池の電圧を監視する手段と、系統正常時の昼間は蓄電池の電圧が過放電電圧近傍に設定した放電限界電圧に低下する毎に電力変換装置を充電運転に制御し、系統正常時の夜間は蓄電池の電圧が放電限界電圧より高い充電状態の下限電圧に低下する毎に電力変換装置を充電運転に制御する手段とを設けた太陽光発電装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開平８−１６３７９３号公報（第１頁、図１） 特開平１０−２８５８２５号公報（第１頁、図１） 特開平７−３８１３０号公報（第１頁、図１） 特開２００１−２２４１４２号公報（第１頁、図１）

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、太陽電池で発電された電力で蓄電池への充電と負荷への給電を行う太陽光発電システムであるが、太陽電池の発電電力と負荷容量との関係によりシステムを制御しているので、昼間は太陽電池の電力は蓄電池の補充電に使用され、夜間は商用電源の使用のみであり、蓄電池を有効利用することができないという未解決の課題がある。

また、特許文献２に記載された従来例にあっては、商用電源の停電時に必要な電力は蓄電池で十分に蓄えられているので、蓄電池を有効利用することができるシステムであるが、蓄電池が満充電になると蓄電池保護のために放電をおこなわなければならず、蓄電池の充放電サイクルが非常に過多になる可能性があり、蓄電池の寿命への影響が考慮されていないという未解決の課題がある。

さらに、特許文献３に記載された従来例にあっては、蓄電池の放電深度が蓄電池の寿命に悪影響を及ぼす状態となるまで深くなる前に制御して蓄電池の寿命を延ばす太陽電池電源システム蓄電池制御が開示されているが、これは蓄電池の持つ電力を一定量放電させ、電力の減った蓄電池に対して放電量より充電量を多少高めることで、繰り返しの充放電により蓄電池が充電されるものであるが、商用電源との系統連系機能を持たない独立型のシステムであると共に、年間を通じての太陽電池からの発電電力量の変化については考慮されておらず、放電深度が一定のため、過充電状態となりやすい場合や逆に蓄電池への充電に非常に時間がかかる状態もあるという未解決の課題がある。

さらにまた、特許文献４に記載された従来例にあっては、系統正常時の昼間時は蓄電池の電圧が過放電電圧近傍に設定した放電限界電圧に低下する毎に電力変換装置を充電運転に制御し、系統正常時の夜間は蓄電池の電圧が放電限界電圧より高い充電状態の下限電圧に低下する毎に電力変換装置を充電運転に制御するので、充放電回数が多くなり、電池寿命に影響を与えるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、太陽電池から得られる電力による蓄電池への充電とその蓄電池電力を活用することができ、且つ期待する蓄電池寿命を確保することができる太陽光発電装置制御システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る太陽光発電装置制御システムは、太陽光によって発電する太陽光発電手段と、該太陽光発電手段で発電した電力を蓄える蓄電手段と、前記太陽光発電手段で発電した電力で前記蓄電手段を充電すると共に、当該蓄電手段から負荷への放電を制御する充放電制御手段とを備えた太陽光発電装置制御システムにおいて、前記充放電制御手段は、前記負荷の電力使用量が少ない時間帯における所定時間内で前記蓄電手段の充電を行う充電制御手段と、該充電制御手段での充電時間外で、前記蓄電手段から前記負荷に対して放電を行う放電制御手段と、前記充電制御手段により過充電状態に至る態様を検出する過充電状態検出手段と、該過充電状態検出手段で検出した過充電状態の検出回数が所定数未満であるときに前記放電制御手段により前記蓄電手段の放電深度を浅くさせ、過充電状態の検出回数が所定数範囲内であるときに前記放電制御手段により前記蓄電手段の放電深度を維持し、過充電状態の検出回数が所定数を超えているときに前記放電制御手段により前記蓄電手段の放電深度を深くさせる放電深度決定手段とを備えたことを特徴としている。

また、請求項２に係る太陽光発電装置制御システムは、太陽光によって発電する太陽光発電手段と、該太陽光発電手段で発電した電力を蓄える蓄電手段と、前記太陽光発電手段で発電した電力で前記蓄電手段を充電すると共に、当該蓄電手段から負荷への放電を制御する充放電制御手段とを備えた太陽光発電装置制御システムにおいて、前記充放電制御手段は、前記負荷の電力使用量が少ない時間帯における所定時間内で前記蓄電手段の充電を行う充電制御手段と、該充電制御手段での充電時間外で、前記蓄電手段から前記負荷に対して放電を行う放電制御手段と、前記充電制御手段により過充電状態に至る態様を検出する過充電状態検出手段と、該過充電状態検出手段で検出した所定放電深度から過充電状態に至るまでの充電時間が設定充電時間であるときに前記蓄電手段の放電深度を維持し、前記充電時間が設定充電時間より短いときに前記蓄電手段の放電深度を深くさせ、前記充電時間が設定充電時間より長いときに前記蓄電手段の放電深度を浅くさせる放電深度決定手段とを備えたことを特徴としている。

さらに、請求項３に係る太陽光発電装置制御システムは、請求項１又は２に係る発明において、前記充電制御手段は、負荷の電力使用量が少ない時間帯として太陽光発電手段での発電が可能な早朝から午前中の所定時刻間を設定するように構成されていることを特徴としている。

また、請求項４に係る太陽光発電装置制御システムは、請求項１乃至３の何れか１つの発明において、前記放電手段は、蓄電手段の放電電力量を充電電力量によって増減するように構成されていることを特徴としている。

請求項１に係る発明によれば、過充電状態の検出回数が所定数未満であるか、所定数範囲内であるか、所定数を超えているかに応じて放電深度を変化させることにより、太陽光発電手段での発電量に応じて放電深度を自動的に制御して、蓄電手段の蓄電量を適正状態に維持して、長寿命化を図ることができるという効果が得られる。

また、請求項２に係る発明によれば、所定放電深度から過充電状態にいるまでの充電時間が設定時間未満であるか、設定時間範囲内であるか、設定時間を超えているかに応じて放電深度を変化させることにより、太陽光発電手段での発電量に応じて放電深度を自動的に制御して、蓄電手段の蓄電量を適正状態に維持し、長寿命化を図ることができるという効果が得られる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、充電制御手段で、負荷の電力使用量が少ない時間帯として、太陽光発電手段での発電が可能な早朝例えば６時程度から午前中の１０時の間程度に設定することにより、負荷の電力使用量が少ない時間帯で、蓄電手段を確実に充電することができるという効果が得られる。

なおさらに、請求項４に係る発明によれば、蓄電手段の蓄電量を放電する放電手段は、蓄電手段の放電電力量を充電電力量によって増減するように構成されているので、過充電に至る態様に応じて放電電力量が制御されることにより、放電深度を過充電に至る態様に応じて設定することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すブロック図であり、図中、１は太陽光発電装置制御システムであって、この太陽光発電装置制御システム１は、太陽光によって発電する太陽光発電手段としての太陽電池２と、この太陽光電池２から出力される直流電力が入力され、これを交流電力に変換するインバータ３と、太陽電池２によって充電される蓄電池４と、商用交流を供給する商用電源５と、インバータ３及び商用電源５から電力が供給される重要負荷６と、太陽電池２、インバータ３及び蓄電池４の系統切換え等を制御する太陽電池制御装置７とを備えている。

ここで、太陽電池２は、１３個の多結晶シリコン太陽電池を直列に接続して構成を有する９つの電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ９が並列に接続された構成を有し、総直流出力が約１９ｋＷに設定されている。各電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ９の出力側には、ストリング制御用の選択スイッチＳＷ１〜ＳＷ９及びダイオードＤ１〜Ｄ９の直列回路が接続され、ダイオードＤ１〜Ｄ９のカソードが互いに接続されて開閉スイッチＳＷ０の一端に接続され、この開閉スイッチＳＷ０の他端がインバータ３の入力側に介装された開閉スイッチＳＷＩに直接接続されている。

インバータ３は、商用電源５と連系して重要負荷６に電力を供給する連系出力端子３ａと、商用電源５から切り離して自立運転によって重要負荷６に電力を供給する自立運転出力端子３ｂとを有し、連系出力端子３ａが商用電源５と接続され、それらの接続点が切換スイッチＳＷＬの一方の固定側接点ｔａに、自立運転出力端子３ｂが切換スイッチＳＷＬの他方の固定側接点ｔｂに夫々接続され、切換スイッチＳＷＬの可動接点ｔｃが重要負荷６に接続されている。

蓄電池４は、２Ｖのクラッド（ＣＳ）式のセルが直列に１３８個接続されて公称電圧が２７６Ｖに設定され、各セルの過電圧が２．４Ｖで全体の過電圧が３３１．２Ｖに設定され、放電終始電圧が各セルで１．８Ｖ、全体で２４８．４Ｖに設定されている。そして、この蓄電池４が太陽電池２の開閉スイッチＳＷ０とインバータ３との接続点に開閉スイッチＳＷＢを介して接続されている。
重要負荷６は、災害発生時に商用電源５が停電状態となったときにも交流電力の供給を必要とする例えば防災センターに設置されたファクシミリ、気象端末、複写機、プリンタ、モニタ、非常照明装置等で構成され、その入力側に切換スイッチＳＷＬの切換え時の瞬間停電に対応する無停電電源８が配設されている。

太陽電池制御装置７は、太陽電池２から出力される出力電圧及び出力電流を検出する電圧計ＶＭ１及び電流計ＡＭ１、蓄電池４の出力電圧及び充放電電流を検出する電圧計ＶＭ２及び電流計ＡＭ２及びインバータ３の連系出力及び自立出力の電流、電圧、電力を同時に計測するマルチメータＭＭ１及びＭＭ２からの各検出信号が入力され、これらに基づいて運転モードを連系運転モード、蓄電池４を定期的に充電する充電モード、蓄電池４を放電させる放電モード、商用電源５が停電時の自立運転モードを選択し、選択した運転モードに応じて開閉スイッチＳＷ０、ＳＷＢ、ＳＷＩを開閉制御すると共に、インバータ３の連系運転及び自立運転の切換及び切換スイッチＳＷＬの切換えを制御する。

この太陽電池制御装置７では、図２に示す制御処理を実行する。この制御処理は、先ず、ステップＳ１で、予め設定した充電開始時刻であるか否かを判定し、充電開始時刻であるときには、ステップＳ２に移行して、インバータ３の入力側の開閉スイッチＳＷＩをオフ状態に制御し、次いでステップＳ３に移行してインバータ３の運転を停止させ、次いでステップＳ４に移行して、蓄電池４の開閉スイッチＳＷＢ及び電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ９の開閉スイッチＳＷ０を共にオン状態とすると共に、重要負荷６に対する切換スイッチＳＷＬの可動接点ｔｃを商用電源６側の固定接点ｔａに切換えてからステップＳ５に移行する。

このステップＳ５では、電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ９の開閉スイッチＳＷ１〜ＳＷ９に対してストリングス制御を開始する指令を出力し、次いでステップＳ６に移行して、開閉スイッチＳＷＢをオン状態として電流計ＡＭ２で検出した充電電流を読込み、この充電電流に基づいて推定された蓄電池容量ＶＢ１が予め設定した過充電設定値ＶＯｓ（蓄電池容量４００Ａｈ）以上であるかを判定する。なお、充電池容量と蓄電池電圧の関係は比例鑑定でないために、電圧で蓄電池容量を管理することは難しいので、本発明では電流計ＡＭ２を用いて蓄電池４への充放電電力量を検出することにより、蓄電池容量を推定し、管理するようにしている。

このステップＳ６でＶＢ１＞ＶＯｓでないと判定された場合には、ステップＳ７に移行して充電終了時刻に達したか否かを判定する。このステップＳ７で充電終了時刻に達していないと判定された場合にはステップＳ６に戻り、充電を継続する。
ステップＳ６でＶＢ１＞ＶＯｓであると判定された場合にはステップＳ８に移行し、過充電到達回数ＮをインクリメントしてからステップＳ９に移行する。また、ステップＳ７で充電終了時刻に達したと判断された場合にもステップＳ９に移行する。

ステップＳ９では、蓄電池の放電深度を変えるための放電可能電力量ＶＵｓの見直しを行う日、例えば月末であるかを判定し、月末でなければステップＳ１５に移行する。ステップＳ９で月末であると判定された場合には、ステップＳ１０に移行して１ヶ月間の過充電到達回数Ｎが下限値Ｎｓ１よりも小さいか否かを判定し、小さいと判定された場合にはステップＳ１１に移行し、放電可能電力量設定値ＶＵｓをΔＶだけ大きくしてステップＳ１４に移行し、過充電到達回数Ｎを“０”にクリアする。

ステップＳ１０で過充電到達回数Ｎが下限値Ｎｓ１よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ１２に移行して過充電到達回数Ｎが上限値Ｎｓ２よりも小さいか否かを判定し、小さいと判定された場合にはステップＳ１４に移行し、過充電到達回数Ｎを"０"にクリアする。
ステップＳ１２で過充電到達回数Ｎが上限値Ｎｓ２よりも小さいか否かを判定し、大きいと判定された場合には、ステップＳ１３に移行し、放電可能電力量設定値ＶＵｓをΔＶだけ小さくしてステップＳ１４に移行し、過充電到達回数Ｎを"０"にクリアする。

下限値Ｎｓ１、上限値Ｎｓ２としては、例えば２回／月、６回／月のように設定しておくことにより、過充電到達回数Ｎが２回に達しない場合には、放電深度が深すぎるということであるので、放電可能電力量設定値ＶＵｓをΔＶだけ大きくして放電深度を浅くする処理う行い、過充電到達回数Ｎが６回を超える場合には、放電深度が浅すぎるということであるので、放電可能電力量設定値ＶＵｓをΔＶだけ小さくして放電深度を深くする処理を行うことができる。

ステップＳ１４で過充電到達回数Ｎが“０”にクリアされると、ステップＳ１５に移行してストリングス制御の停止指令が出力され、ステップＳ１６に移行して開閉スイッチＳＷＢがオフ状態、開閉スイッチＳＷ１をオン状態とする制御が行われて、蓄電池４への充電は終了し、太陽電池２で発電した電力はインバータ３に供給される。
ステップＳ１６の処理が終了するとステップＳ１７に移行し、このステップＳ１７では、予め設定された放電開始時刻であるか否かを判定し、放電開始時刻でないときにはステップＳ１８に移行して、太陽電池２で発電した電力をインバータ３で交流電力に変換して、商用電源５からの交流電力とともに重要負荷６に供給する連系処理を行ってからステップＳ１に戻り、放電開始時刻であるときにはステップＳ１９に移行して、後述する図３の放電処理を実行してからステップＳ１に戻る。

また、前記ステップＳ１の判定結果が、充電開始時刻ではないときにはステップＳ２１に移行して、商用電源５が停電状態であるか否かを判定し、停電状態であるときにはステップＳ２２に移行して、太陽電池２又は充電池４の電力をインバータ３で交流に変換して切換スイッチＳＷＬを介して重要負荷６に供給する自立運転処理を行ってから処理を終了し、停電状態ではないときには前記ステップＳ１８に移行する。

また、ステップＳ１９の放電処理は、図３に示すように、先ず、ステップＳ３１で、太陽電池２の開閉スイッチＳＷ０をオフ状態とすると共に、蓄電池４の開閉スイッチＳＷＢ及びインバータ３の入力側開閉スイッチＳＷＩを共にオン状態に制御し、次いでステップＳ３２に移行して、インバータ３を自立運転状態として、次いでステップＳ３３に移行して、マルチメータＭＭ２で検出したインバータ３の自立出力電圧を読込み、この自立出力電圧が有るか否かを判定し、自立出力電圧が無い場合には自立出力電圧が有る状態となるまで待機し、自立出力電圧が有る場合にはステップＳ３４に移行する。

このステップ３４では、重要負荷６に対する切換スイッチＳＷＬの可動接点ｔｃをインバータ３の自立出力側となる固定接点ｔｂ側に切換え制御してステップＳ３５に移行して、電流計ＡＭ２で検出した放電電流に基づいて推定される蓄電池４の蓄電池容量ＶＢ１が過充電設定値ＶＯｓに等しいか、又は大きいかを判定し、等しいか、又は大きい、すなわち充電時に過充電設定に達していた場合にはステップＳ３６に移行し、蓄電池容量ＶＢ１が放電可能電力量設定値ＶＵｓに達するまで放電を行う。ステップＳ３６で蓄電池容量ＶＢ１が放電可能電力量設定値ＶＵｓに達するまで放電が行われるとステップＳ３９に移行する。なお、重要負荷６の抵抗値は既知であり、且つ変化はしないので、単位時間当たりの放電量は蓄電池容量に関わらず一定である。従って、蓄電池容量ＶＢ１が過充電設定量ＶＯｓに達した後の放電時には、次の充電開始時刻までに放電可能電力量設定値ＶＵｓの放電が行われるように放電可能電力量設定値ＶＵｓが選ばれる。

ステップＳ３５で蓄電池容量ＶＢ１が過充電設定値ＶＯｓに達していないと判定されると、ステップＳ３７に移行して１回当たりの放電量設定値Ｖｄｓの算出、設定が行われる。この放電量設定値Ｖｄｓは、一例として充電量の１／２として設定することができる。充電量の１／２を放電することにより、充放電を数回繰り返すことにより、蓄電池容量ＶＢ１が過充電設定値ＶＯｓに達するようになる。

ステップＳ３７において放電量設定値Ｖｄｓが設定されると、ステップＳ３８に移行し、放電の制御が行われる。この放電の制御は、電流計ＡＭ２により検出され電流値に基づいて放電量Ｖｄを推定し、この推定された放電量Ｖｄが放電量設定値Ｖｄｓに達したかを判定することにより行われる。放電量Ｖｄが放電量設定値Ｖｄｓに達すると、ステップＳ３９に移行する。

このステップＳ３９では、重要負荷６に対する切換スイッチＳＷＬの可動接点ｔｃをインバータ３及び商用電源５側となる固定接点ｔａ側に切換え制御してからステップＳ４０に移行して、インバータ３の入力側開閉スイッチＳＷＩをオフ状態とし、次いでステップＳ４１に移行してインバータ３の運転を停止させてから前述した図２の処理に戻る。
この図２及び図３の処理において、ステップＳ１〜Ｓ８、Ｓ１５〜Ｓ１７の処理が充電制御手段に対応し、ステップＳ６の処理が過充電状態検出手段に対応し、ステップＳ９〜Ｓ１４の処理が放電深度決定手段に対応している。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
先ず、太陽電池２による蓄電池４の充電時間を季節にかかわらず、図４に示すように、重要負荷６の消費電力が少ない時間帯で且つ日の出後で太陽光による発電が可能な午前６時から午前１０までの４時間に設定する。一方、蓄電池４の放電開始時刻を重要負荷６の消費電力量が最も少ない時間、例えば午前０時に設定する。ここで、放電開始時刻は、蓄電池４の放電深度が最大に設定されているときに、過充電電圧から最大放電深度まで放電することが可能となるように設定する。

今、月初めの早朝で、放電処理が終了し、充電開始時刻より前であるものとすると、この状態では、図２の制御処理で、ステップＳ１からステップＳ２０に移行し、商用電源５が正常であるとするとステップＳ１７に移行し、充電開始時刻を過ぎているので、ステップＳ１８に移行して、連系運転処理が実行される。このとき、蓄電池４の開閉スイッチＳＷＢはオフ状態に制御されており、日の出前で、太陽電池２での発電量が殆ど無い状態では、これが電圧計ＶＭ１及び電流計ＡＭ１で検出されるので、インバータ３の入力側開閉スイッチＳＷＩが共にオフ状態に制御されると共に、インバータ３の運転が停止されて、商用電源５の交流電力が切換スイッチＳＷＬを介して重要負荷６に供給され、気象端末、コピー、プリンタ、ファクシミリ等が使用可能な状態となっている。

この状態で、日の出時刻となって太陽電池２に太陽光が照射する状態となると、この太陽電池２を構成する各電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ９で発電された電力を電圧計ＶＡ１及び電流計ＡＭ１で検出すると、インバータ３の入力側スイッチＳＷＩがオン状態とされると共に、インバータ３が連系運転制御されて、インバータ３から交流電力が出力されて、商用電源５からの交流電力との連系運転が行われる。

この連系運転状態で、午前６時となって充電開始時刻となると、図２の制御処理によって、インバータ３の入力側開閉スイッチＳＷＩがオフ状態とされると共に、インバータ３が停止制御され（ステップＳ２、Ｓ３）、また、太陽電池２の開閉スイッチＳＷ０がオン状態を継続し、蓄電池４の開閉スイッチＳＷＢがオン状態に切換えられることにより、太陽電池２の発電電力が蓄電池４に供給されて蓄電池４の充電が開始される。一方、重要負荷６の切換スイッチＳＷＬは商用電源５側の切換状態を維持するので、重要負荷６には、交流電源５から商用交流が供給されており、引き続き気象端末、コピー、ファクシミリ等が使用可能な状態となっている。

この蓄電池４の充電状態では、太陽電池２を構成する電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ９の出力側に接続された開閉スイッチＳＷ１〜ＳＷ９がストリングス制御されて、蓄電池４に供給される充電電力量が適正状態に制御される（ステップＳ５）。
このため、電圧計ＶＭ２で検出される蓄電池４の蓄電池容量ＶＢ１は図５に示すように時間の経過と共に増加する。そして、蓄電池容量ＶＢ１が予め設定された過充電設定値ＶＯｓ以上となると、過充電到達回数Ｎがインクリメントされるが（ステップＳ７）、蓄電池電圧ＶＢ１が過充電設定値ＶＯｓに達しないときには、午前１０時に設定された充電終了時刻となったか否かを判定し、充電終了時刻でないときには充電状態を継続し、充電終了時刻となると、過充電到達回数Ｎをインクリメントすることなく充電処理を終了して、連系運転処理に移行する。

その後、午前０時の放電開始時刻となると、図３の放電処理が実行開始され、インバータ３の入力側開閉スイッチＳＷＩ及び蓄電池４の開閉スイッチＳＷＢが共にオン状態に制御されると共にインバータ３が自立運転状態に制御されることにより、インバータ３から自立出力電圧が得られる状態となると、重要負荷６の切換スイッチＳＷＬが商用電源５側からインバータ３の自立出力側に切換られ、蓄電池４の放電電力による交流電力が重要負荷６に供給されて、蓄電池４が放電状態となる。このとき、重要負荷６の抵抗は一定であるので、蓄電池容量ＶＢ１は図５に示すように一定勾配で減少することになり、放電量設定値Ｖｄｓの放電が行われるか、又は放電可能電力量設定値ＶＵｓの放電が行われると蓄電池４の放電処理が終了されて、商用電源５からの給電に移行する。

ところで、冬期では日照量が少なく太陽光による太陽電池２での発電量も少なく、逆に夏期では日照量が多く太陽光による太陽電池２での発電量も多く、太陽電池２での発電量は季節によって大きく変化することになる。このため、例えば５月の月末に設定された放電可能電力量設定値ＶＵｓ に基づいて梅雨時の６月に蓄電池４の充放電処理が図５で実線図示のように行われていたものとすると、この状態で７月になって梅雨明けと同時に日照量が増加すると共に、太陽電池２での発電量も増加した場合には、梅雨明けまでの間は図２の処理において計数される過充電到達回数Ｎが６月と略等しいが梅雨明け後の過充電到達回数Ｎが増加することにより、７月末での過充電到達回数Ｎが例えば上限値Ｎｓ２を超えると、放電可能電力量設定値ＶＵｓ が現在値に所定値ΔＶを加算することにより．放電可能電力量設定値ＶＵｓ１に変更され、蓄電池4の放電量が多くなって放電深度が図５で破線図示のように深くなる。

さらに、8月となると、日照量がさらに増加するので、同様にして過重電到達回数に基づいて所定値ΔＶを加算することにより、放電深度が１年のうちで最大となる。
その後、９月では過充電到達回数Ｎが下限値Ｎｓ１及び上限値Ｎｓ２の範囲内となり、放電可能電力量設定値ＶＵｓ が維持されるが、その後日照量や太陽電池２の発電量が減少することにより、過充電到達回数Ｎが減少すると、これに応じて放電可能電力量設定値ＶＵｓ が減少し、放電深度が浅くなる。

このように、上記実施形態によると、過充電到達回数Ｎを検出することにより、放電深度を制御して、蓄電池４の充電後の蓄電量を季節にかかわらず高い状態に維持することができ、常に満充電状態とすることができるので、災害発生時に商用電源５が停電した場合でも確実に重要負荷６を駆動することができると共に、過充電到達回数Ｎに基づいて放電深度を設定するので、蓄電池容量を正確に管理することができる。因みに、蓄電池容量を蓄電池電圧で管理する場合には、蓄電池からの放電電流が大きい場合は蓄電池電圧も降下しやすく、残存する蓄電池容量を蓄電池電圧から推定しやすいが、非常保安電源として１２時間〜２４時間程度の長時間の停電時に非常保安負荷へ電力を供給できるようにするには放電電流が少なくなりやすく、蓄電池電圧と蓄電池容量とが比例関係とはならず、蓄電池電圧に基づいて蓄電池容量を管理することは困難となる。

しかも、毎日の決められたサイクル運転により、蓄電池の充放電が制御されるので、蓄電池の期待寿命に対する計画が立てやすくなると共に、蓄電池４の充電量に応じて放電量が制御されるので、蓄電池を有効利用して商用電源の使用量を低減することができる。
また、過充電到達回数Ｎに基づいて放電深度を設定するので、蓄電池の平均放電深度が浅くなり、蓄電池の期待寿命を長期化することができる。
なお、上記実施形態においては、過充電到達回数Ｎに基づいて放電深度を設定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、過充電到達回数Ｎに基づいて蓄電池の放電量を設定し、このときの放電電力量を検出器で検出し、蓄電池４の放電電力量が設定値放電量に達したときに放電を停止するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、過充電到達回数Ｎを検出することにより、蓄電池４の充電状態を検出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図７に示すように、蓄電池容量ＶＢ１が設定値Ｖｓ未満にあるときに充電を開始して、蓄電池容量ＶＢ１が設定値Ｖｓから過充電設定値ＶＯｓに達するまでの過充電到達時間Ｔｄを計測し、冬期のように計測した過充電到達時間Ｔｄが予め設定した上限値Ｔｄ１以上であるときに現在の放電深度を浅くし（充電パターン１）、春期や秋期のように上限値Ｔｄ１及び下限値Ｔｄ２の範囲内であるときに現在の放電深度を維持し（充電パターン２）、夏期のように下限値Ｔｄ２未満のときに現在の放電深度を深くする（充電パターン３）ことにより、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

このように放電可能電力量設定値を変更した場合の充電電力量と放電電力量の関係及び過充電到達回数を図６により説明する。図６において、（ａ）は放電可能電力量設定を大きい値ＶＵｓ１として放電深度を深くした場合、（ｂ）は放電可能電力量設定を小さい値ＶＵｓ２として放電深度を浅くした場合を示している。一回当たりの放電電力量は、図５と同様に過充電設定値に達しない場合には充電電力量の半分、過充電設定値に達した場合には放電可能電力量設定値の全てを放電するものとすると、図６の（ａ）と（ｂ）は充電電力量と放電電力量は全く同じであり、過充電到達回数は（ａ）が１回、（ｂ）が２回である。従って、充電電力量と放電電力量が同じであれば、過充電到達回数が多くなる（ｂ）のように放電可能電力量設定値ＶＵｓ２を小さくし、放電深度を浅くして充放電を繰り返したほうが電池寿命を確保することできる。

さらに、上記実施形態においては、過充電到達回数Ｎが下限値Ｎｓ１及び上限値Ｎｓ２の範囲内にあるときに現在の放電状態を維持する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、過充電到達回数Ｎが設定値Ｎｓに一致したときに現在の放電状態を維持し、設定値Ｎｓ未満であるときに放電時間を短くし、設定値Ｎｓを超えているときに放電時間を長くするようにしてもよい。

さらにまた、上記実施形態においては、蓄電池４の充電時間を４時間に設定した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、充電時間は任意に設定することができると共に、充電開始時刻も任意に設定することができ、夏期と冬期とで異なる充電開始時刻を設定するようにしてもよい。
なおさらに、上記実施形態においては、１カ月単位で放電条件を設定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、任意の期間毎に放電条件を設定することができる。
また、上記実施形態においては、重要負荷として災害発生時に必要とする電気設備を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、商用電源４の停電時に駆動する必要が有る設備に本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態を示すブロック図である。 図１の太陽電池制御装置で実行する制御処理手順の一例を示すフローチャートである。 図２の放電処理手順の具体例を示すフローチャートである。 本発明の動作の説明に供する１日の充放電サイクルを示すタイムチャートである。 蓄電池の充放電状態を示すタイムチャートである。 異なる放電深度における蓄電池の充放電状態を示すタイムチャートである。 蓄電池の充電時間を示す図である。

符号の説明

１…太陽光発電装置制御システム、２…太陽電池、ＵＢ１〜ＵＰ９…電池ユニット、ＳＷ０〜ＳＷ９…開閉スイッチ、３…インバータ、ＳＷＩ…開閉スイッチ、４…蓄電池、ＳＷＢ…開閉スイッチ、ＶＭ１，ＶＭ２…電圧計、５…商用電源、６…重要負荷、ＳＷＬ…切換スイッチ、７…太陽電池制御装置

Claims (4)

1. 太陽光によって発電する太陽光発電手段と、該太陽光発電手段で発電した電力を蓄える蓄電手段と、前記太陽光発電手段で発電した電力で前記蓄電手段を充電すると共に、当該蓄電手段から負荷への放電を制御する充放電制御手段とを備えた太陽光発電装置制御システムにおいて、
   前記充放電制御手段は、前記負荷の電力使用量が少ない時間帯における所定時間内で前記蓄電手段の充電を行う充電制御手段と、該充電制御手段での充電時間外で、前記蓄電手段から前記負荷に対して放電を行う放電制御手段と、前記充電制御手段により過充電状態に至る態様を検出する過充電状態検出手段と、該過充電状態検出手段で検出した過充電状態の検出回数が所定数未満であるときに前記放電制御手段により前記蓄電手段の放電深度を浅くさせ、過充電状態の検出回数が所定数範囲内であるときに前記放電制御手段により前記蓄電手段の放電深度を維持し、過充電状態の検出回数が所定数を超えているときに前記放電制御手段により前記蓄電手段の放電深度を深くさせる放電深度決定手段とを備えたことを特徴とする太陽光発電装置制御システム。
2. 太陽光によって発電する太陽光発電手段と、該太陽光発電手段で発電した電力を蓄える蓄電手段と、前記太陽光発電手段で発電した電力で前記蓄電手段を充電すると共に、当該蓄電手段から負荷への放電を制御する充放電制御手段とを備えた太陽光発電装置制御システムにおいて、
   前記充放電制御手段は、前記負荷の電力使用量が少ない時間帯における所定時間内で前記蓄電手段の充電を行う充電制御手段と、該充電制御手段での充電時間外で、前記蓄電手段から前記負荷に対して放電を行う放電制御手段と、前記充電制御手段により所定放電深度から過充電状態に至るまでの充電時間を検出する過充電状態検出手段と、該過充電状態検出手段で検出した所定放電深度から過充電状態に至るまでの充電時間が設定充電時間であるときに前記蓄電手段の放電深度を維持し、前記充電時間が設定充電時間より短いときに前記蓄電手段の放電深度を深くさせ、前記充電時間が設定充電時間より長いときに前記蓄電手段の放電深度を浅くさせる放電深度決定手段とを備えたことを特徴とする太陽光発電装置制御システム。
3. 前記充電制御手段は、負荷の電力使用量が少ない時間帯として太陽光発電手段での発電が可能な早朝から午前中の所定時刻間を設定するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電装置制御システム。
4. 前記放電手段は、蓄電手段の放電電力量を充電電力量によって増減するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の太陽光発電装置制御システム。

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