JP4355687B2 - Operation method of solar system - Google Patents
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Description
本発明は、ソーラーシステム例えばソーラー独立電源基地局の運転方法及びその運転装置に関する。 The present invention relates to a method for operating a solar system, for example, a solar independent power supply base station, and a driving apparatus therefor.
周知の如く、太陽電池と、この太陽電池に電気的に接続された変換器と、この変換器に電気的に接続された負荷と、前記変換器に電気的に接続された蓄電池と、この蓄電池に電気的に接続された外部発電装置とを備えたソーラーシステムが知られている。 As is well known, a solar cell, a converter electrically connected to the solar cell, a load electrically connected to the converter, a storage battery electrically connected to the converter, and the storage battery A solar system is known that includes an external power generation device that is electrically connected to the power source.
こうしたソーラーシステムにおいて、ソーラー独立電源基地の蓄電池仕様を決定する場合、従来、過去のデータからの不日照発生日数を平均負荷電流から、不日照発生によってシステムダウンが起こらない程度の、安全率を比較的大きく見積もった蓄電池容量を決定していた。 In such a solar system, when determining the storage battery specifications of the solar independent power supply base, conventionally, comparing the safety factor to the extent that the system failure does not occur due to the occurrence of non-sunshine from the average load current from the past days The storage battery capacity that was largely estimated was determined.
しかしながら、この場合、過去の日照データの不日照期間をすべて網羅するような設計を行うため、最大スペックになってしまい、過度の容量を有する電池を設置していた。また、それでも設計時の予想を超えた不日照日が続いた場合には、システムダウンを起こしてしまう。 However, in this case, since the design is made so as to cover all the non-sunshine periods of the past sunshine data, the maximum specification is reached, and a battery having an excessive capacity is installed. Also, if the sun continues beyond the design expectations, the system will go down.
そのため、蓄電池の状態に関係なく定期的に管理者が現地へ赴き、定期的に設置された発電装置を手動で稼動させ、蓄電池への補充電・充電を行っていた。 Therefore, regardless of the state of the storage battery, the administrator periodically went to the site to manually operate the power generator installed regularly to perform supplementary charging / charging of the storage battery.
ソーラー独立電源基地の蓄電池仕様を決定する場合、過去のデータからの不日照発生日数と平均負荷電流から、不日照発生によってシステムダウンが起こらない程度の、安全率を比較的大きく見積もった蓄電池容量を決定する。この場合過去データの不日照期間をすべて網羅するような設計を行うため最大スペックになってしまう恐れがある。 When determining the storage battery specifications of the solar independent power supply base, the storage battery capacity with a relatively large estimated safety factor that does not cause system down due to the occurrence of non-sunshine from the past data and the average load current is calculated. decide. In this case, there is a risk that the maximum specification will be reached because the design covers all the unlit periods of past data.
また、設計時の予想を超えた不日照日が続いた場合にはシステムダウンを起こす為、過度の容量を有する電池を設置していた。そのため、蓄電池の状態に関係なく定期的に、管理者が現地へ赴き、定期的に設置された発電装置を手動で稼動させ、蓄電池への補充電・充電を行っていた。 In addition, a battery having an excessive capacity has been installed in order to cause the system to be down when the non-sunshine daylight exceeding the expectation at the time of design continues. For this reason, regardless of the state of the storage battery, the administrator regularly went to the site, manually operating the power generator installed regularly, and performing supplementary charging / charging of the storage battery.
特許文献1には、本発明のソーラーシステムと類似した点、すなわち蓄電池の充電状態を常時監視する点について記載されているが、これは蓄電池の状況に応じて負荷の運転方式を変化させるものであり、本発明のように蓄電池を外部発電装置により自動的に充電するものとは明らかに異なる。
特許文献2には、満充電時の蓄電池の開電圧が容量と密接な相関関係にあることを有効に利用して、蓄電池の性能劣化の状況を的確把握する点について記載されているものの、本発明のように蓄電池を外部発電装置により自動的に充電する点については何等記載がない。
過去データの不日照期間をすべて網羅するような蓄電池容量の過剰設計。 Excessive design of storage battery capacity to cover all the periods of non-sunshine in past data.
管理者が現地へ赴いての充電作業。仕様以上の不日照期間でのシステムダウン防止。
この発明は、こうした事情を考慮してなされたもので、過去の日照データの不日照期間を全て網羅するような蓄電池容量の過剰設計を回避するとともに、管理者が現地に赴いて充電作業することを回避し、さらには仕様以上の不日照期間でのシステムダウンを回避し得るソーラーシステムの運転方法及びその運転装置を提供することを目的とする。
Charging work when the administrator goes to the site. Prevents system downtime during non-sunshine periods beyond specifications.
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and avoids excessive design of the storage battery capacity to cover all the non-sunshine periods of the past sunshine data, and the administrator visits the site to perform charging work. It is an object of the present invention to provide a solar system operating method and an operating device thereof capable of avoiding the above-mentioned problem and further avoiding the system down in the non-sunshine period exceeding the specification.
前記目的を達成するため、請求項1に対応する発明は、太陽電池と、この太陽電池に電気的に接続された電力変換器と、この電力変換器に電気的に接続された負荷と、前記電力変換器に電気的に接続された蓄電池と、この蓄電池に電気的に接続された外部発電装置とを備えたソーラーシステムの運転方法において、
前記蓄電池電圧が充電設定電圧に達し、かつ該蓄電池の充電電流が連続下降傾向に入った状態になった時の蓄電池の残容量を定格容量に基づき得られた蓄電池残容量基準とし、この蓄電池残容量基準と前記蓄電池に流れる入出力電流と時間から求められる電流積算値により蓄電池推定稼動可能日数を求め、この求めた蓄電池推定稼動可能日数が所定の基準日数になったとき、前記外部発電装置により前記蓄電池の充電を行うことを特徴とするソーラーシステムの運転方法である。
In order to achieve the object, an invention corresponding to
The remaining capacity of the storage battery when the storage battery voltage reaches the charge setting voltage and the charging current of the storage battery enters a state of continuously decreasing is used as a storage battery remaining capacity reference obtained based on the rated capacity, and the storage battery The external power generation device is calculated when the storage battery estimated operational days are obtained from the remaining capacity reference, the current integrated value obtained from the input / output current flowing through the storage battery and the time, and when the obtained storage battery estimated operational days reach a predetermined reference number of days. The operation method of the solar system, wherein the storage battery is charged by the above.
前記目的を達成するため、請求項2に対応する発明は、請求項1記載の前記蓄電池推定
稼動可能日数Dを、(3)式により求めることを特徴とするソーラーシステムの運転方法である。
D=(C80%−ΣkVT−CX%)/24I …(3)式
ただし、C80%は蓄電池残容量基準で、前記蓄電池の定格容量値の80%蓄電池容量、kは変換係数、Vは蓄電池測定サンプリング時電圧(蓄電池の入出力電流を電圧変換して測定した電圧)、Tは前記蓄電池の電圧測定サンプリング時間、CX%は残しておきたい最少蓄電池容量、Iは前記負荷に流れる平均負荷電流である。
To achieve the aforementioned object, the present invention corresponding to
D = (C80 % −ΣkVT− CX% ) / 24I (3) where C80 % is based on the remaining battery capacity, 80% of the rated capacity of the battery, k is a conversion coefficient, V Is the storage battery measurement sampling voltage (voltage measured by converting the input / output current of the storage battery), T is the voltage measurement sampling time of the storage battery, C X% is the minimum storage battery capacity to be kept, and I flows to the load Average load current.
D=(C80%−ΣkVT−CX%)/24I …(4)式 D = (C 80% −ΣkVT−C X% ) / 24I (4)
この発明によれば、電池容量が減少しても自動的に発電装置で充電するため容量が回復できるため、過去データの不日照期間をすべて網羅するような蓄電池容量の過剰設計の必要がなく、蓄電池電圧低下によるシステムダウンが回避できる。また、管理者が現地へ赴いての充電作業が無くなる。さらに、長期的な無人化が可能である。 According to this invention, even if the battery capacity decreases, the capacity can be recovered automatically by charging with the power generation device, so there is no need for excessive design of the storage battery capacity to cover all the non-sunshine periods of past data, System down due to battery voltage drop can be avoided. In addition, there is no charge work for the manager to go to the site. Furthermore, long-term unmanned operation is possible.
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明に係るソーラーシステムSS及び運転装置DRについて図1を参照して説明する。
図中の符番1は、例えば建屋の屋上に設置される太陽電池(PV:Photovoltaic)を示す。この太陽電池1には、この出力電圧を例えば一定電圧に昇圧するための電力変換器例えばDC/DCコンバータ2を介して送受信装置や電灯等の負荷3が電気的に接続されている。また、コンバータ2には、太陽電池1からの電力を充電したり、負荷3への電力の供給を行う蓄電池4が接続されている。さらに、蓄電池4には、外部発電装置8が電気的に接続され、外部発電装置8により蓄電池4の容量が低下したとき充電可能に構成されている。以上述べた構成は、ソーラーシステムSSである。
First, the solar system SS and the driving device DR according to the present invention will be described with reference to FIG.
運転装置DRは、測定手段を構成する測定部5と、演算手段を構成する処理部6と、判断手段を構成する判断部7とを備えている。
The driving device DR includes a
測定部5は、蓄電池4の電圧と蓄電池の入出力電流を測定する。処理部6は、蓄電池4の定格容量値の80%蓄電池容量をC80%、変換係数をk、蓄電池測定サンプリング時電圧(蓄電池の入出力電流を電圧変換して測定した電圧)をV、蓄電池4の電圧測定サンプリング時間をT、残しておきたい最少蓄電池容量をCX%、負荷3に流れる平均負荷電流をIとしたとき、(5)式により蓄電池推定稼動可能日数Dを求める。
なお、測定電圧が充電設定電圧に達し、かつ該蓄電池の充電電流が連続下降傾向に入った状態を測定したときには、(5)式における蓄電池の残容量を演算する部分「C 80% −ΣkVT」のΣkVT(積算電流値)を0にリセットする。
The
When the measured voltage reaches the charge setting voltage and the state in which the charging current of the storage battery is in a continuous downward trend is measured, the part “C 80% −ΣkVT” for calculating the remaining capacity of the storage battery in equation (5) ΣkVT (integrated current value) is reset to zero.
D=(C80%−ΣkVT−CX%)/24I …(5)式
判断部7は、処理部6により求めた蓄電池推定稼動可能日数Dに基づき、外部発電装置8により蓄電池4の充電を行うかどうかの判断を行う。
D = (C 80% −ΣkVT−C X% ) / 24I (5) Formula The determination unit 7 charges the
こうしたシステムにおいて、日照時は太陽電池1からの電力が電力変換器2を介して負荷3に供給されたり、蓄電池4の充電が行われる。一方、不日照時が続いたり或いは夜中には蓄電池4から負荷3へ電力が供給され、従って蓄電池の出力電圧が下がる。従って、測定部5で常時蓄電池4の電圧の測定を行い、処理部6にて蓄電池推定稼動可能日数Dを求める。そして、判断部7により、予め設定した設定値とを比較して外部発電装置8を運転するか否かを判断する。運転すると判断した場合は、外部発電装置8を作動させて蓄電池4に電力を供給して蓄電池4の不足分を補う。
In such a system, the electric power from the
なお、前述したソーラーシステムSSは一例を示すもので、その構成は図1のものに限定されることはない。前述した外部発電装置8の起動時の電力は、例えば蓄電池4により供給される。
In addition, the solar system SS mentioned above shows an example, The structure is not limited to the thing of FIG. The electric power at the time of starting the external
通常、ソーラー独立電源基地局内の室温(室内温度)は、その外気温度(室外温度)に比べて比較的安定している。これは、ソーラー独立電源基地局の建屋の断熱性が高く、かつ室内の温度調整装置(空気調節器)によって調整しているため、外気温度変化を受けにくくなっている。 Usually, the room temperature (indoor temperature) in the solar independent power supply base station is relatively stable compared to the outside air temperature (outdoor temperature). This is because the thermal insulation of the building of the solar independent power base station is high and it is adjusted by an indoor temperature adjustment device (air conditioner), so it is less susceptible to changes in the outside air temperature.
図2は、これを説明するための、例えば2003年11月から2004年6月における室温と、外気温の温度変化を示している。図2の上の波形は室温を示し、図2の下の波形は外気温を示している。この2つの波形から、室温は比較的安定しているので、以下のようなデータ解析を行う際に温度の影響は無視できる範囲と考えられる。 For example, FIG. 2 shows the temperature change between the room temperature and the outside air temperature from November 2003 to June 2004, for example. The upper waveform in FIG. 2 shows the room temperature, and the lower waveform in FIG. 2 shows the outside air temperature. From these two waveforms, since the room temperature is relatively stable, it is considered that the influence of temperature is negligible when performing the following data analysis.
蓄電池4の充電は、太陽電池1の発電電力により行われている。また太陽電池1の容量は不日照後の蓄電池4への充電量を考慮して、蓄電池4からの夜間放電量に対し、発電量に十分に余裕のある太陽電池1の容量が選択されている。このため、晴れの多い時期では日の出に伴い蓄電池4への充電が始まりその後数時間経過し、設定の充電電圧値に達し充電電流の垂下が始まる。この時点で蓄電池4の容量が例えば約80%以上であることが蓄電池4の充電特性からわかる。なお、ここで蓄電池4の容量が例えば約80%以上としているのは、通常用いられている産業用の蓄電池では蓄電池4の容量が約80%以上となると垂下が起こるからであり、場合によっては蓄電池4の容量が80%に対してある幅があることも考えられる。
The
以上述べたことから、蓄電池4の電圧・電流値の計測を行い、蓄電池4の電圧が設定の充電電圧に達しかつ蓄電池4の充電電流が垂下したら、その時の蓄電池4の容量は定格容量比80%と仮定し、その後の蓄電池4の容量の推定を行い、不日照での蓄電池容量低下発生を予想する。
As described above, the voltage / current value of the
以上述べたことを、図5のフローチャートを参照して説明する。 The above will be described with reference to the flowchart of FIG.
1)始めに蓄電池4の電流の計測方法及び電流積算値の算出方法を述べる。
1) First, a method for measuring the current of the
蓄電池4の入出力電流を測定部5において、例えば変流器CTや分流器(シャント抵抗)等を使用し、蓄電池電流IBを電圧データとして計測を行うと同時に電流方向を識別できるように計測を行う(S1)。また蓄電池電圧VBの計測も行う(S1)。
In the
例えば、符号により電流方向の識別をし、蓄電池4への入力電流は−、出力電流は+とする。このときの測定電圧値(サンプリング電圧)をV1、V2、V3…、測定サンプリング時間をT[h]と置くと、測定電圧値から電流値への変換係数をkとすると、
電流積算値は、
(V1+V2+V3+…・)×k×T [Ah] …(6)式となる。
For example, the current direction is identified by a sign, and the input current to the
The integrated current value is
(V1 + V2 + V3 +...) × k × T [Ah] (6)
測定電圧値Vの符号別に計算を実行することで、蓄電池4からの放電量・蓄電池への充電量を算出することができる。なお、(6)式では、電圧値を電流値に変換しているのは、直接電流値を測定することが困難であるため、変流器CTや分流器を用いている。
By executing the calculation for each sign of the measured voltage value V, the discharge amount from the
ソーラー独立電源基地局の日々の電流積算値(容量)推移の一例を図3に示している。 An example of daily current integrated value (capacity) transition of the solar independent power supply base station is shown in FIG.
また図3を蓄電池4の容量定格比換算した場合を図4に示している。
FIG. 4 shows a case where FIG. 3 is converted to the capacity rating ratio of the
2)蓄電池4の容量の推定について述べる。図4で充電後の蓄電池定格容量比が80%
以上の時、蓄電池4が充電電圧に達し充電電流の垂下特性を確認できる(S2)。ソーラ
ー独立電源基地局に負荷3は主に通信機器装置であり、消費電力はほぼ一定で、設置され
ている蓄電池4の容量と比較し小さいため、蓄電池4に対して定電流放電と考えることと
する。負荷電流をI 1 とおき、1日の負荷電流量を算出すると、
ΣI1×24=24I1[Ah] …(7)式となる。
2) The estimation of the capacity of the
At the above time, the
ΣI 1 × 24 = 24I 1 [Ah] (7)
ここで、蓄電池残容量のリセットタイミングを例えば12時〜16時に判断を行う。この時間帯に蓄電池の電圧と電流を測定したときに蓄電池4の電圧(蓄電池電圧)VBが充電設定電圧(基準電圧)V0に達しており、蓄電池4の充電電流が連続下降傾向であった。連続下降傾向とは、例えば5分毎にデータを取得し、3点以上連続して充電電流が下降(In−1>In>In+1)する場合である。(本実施形態では、電流を変換器や分流器により得られる電流を電圧データとして計測しているので、Vn−1>Vn>Vn+1である。)
この条件が満たされたときに蓄電池の残容量は蓄電池の定格容量の80%の容量を有すると見做し、『蓄電池容量80%』とする。このときの『蓄電池容量80%』を蓄電池残容量基準としC80%と置き、蓄電池の残容量として積算電流値はリセットされる。なお、天候が悪く充電電流が低下している場合には充電設定電圧(基準電圧) V0まで電圧は上昇しない。
Here, the reset timing of the remaining battery capacity is determined, for example, from 12:00 to 16:00. Voltage of the
When this condition is satisfied, the remaining capacity of the storage battery is assumed to have a capacity of 80% of the rated capacity of the storage battery, and is set to “
そして蓄電池の残容量C 残容量 は、上記リセットタイミングで
C 残容量 =C 80% [Ah]とされる。この際、蓄電池の積算電流値はリセットされる(S3)。
その後、蓄電池4の放電中や、充電中でも蓄電池4の電圧VBが充電設定電圧V0に達しない場合、及びV0に達しても、充電電流が連続下降傾向(Vn−1>Vn>Vn+1)に無い場合、蓄電池の残容量は、蓄電池残容量基準C 80% から(6)式で示される電流積算値が減算演算され、
C残容量=C80%−(V1+V2+V3+…・)×k×T [Ah] …(8)式となる。
なお、この時、前記に記載の通り、電圧(V1、V2、・・・)は、蓄電池の充電即ち入力電流は−、放電即ち出力電流は+とする。
そして、蓄電池容量Cx%までの推定稼動可能日数Dは(7)、(8)式から
D=[C残容量−Cx%]÷24I1
=[C80%−(V1+V2+V3+…・)×k×T−Cx%]÷24I1…(9)式となる(S4)。
The residual capacity C remaining capacity of the storage battery is at the reset timing
C remaining capacity = C 80% [Ah]. At this time, the accumulated current value of the storage battery is reset (S3).
Thereafter, when the
C remaining capacity = C 80% − (V1 + V2 + V3 +...) × k × T [Ah] (8)
At this time, as described above, the voltages (V1, V2,...) Are assumed to be − for charge of the storage battery, that is, input current, and + for discharge, that is, output current.
Then, the estimated operational days D up to the storage battery capacity C x% is calculated from the equations (7) and (8) as D = [C remaining capacity− C x% ] ÷ 24I 1
= [C 80% -(V1 + V2 + V3 +...) × k × T−C x% ] ÷ 24I 1 (9) (S4).
なお、(8)式において、C80%の意味は例えば50Ahの蓄電池を使用している場合、50Ah×80%=40Ahということを意味している。また、(9)式において、Cx%は、蓄電池容量の下限値が何%であるかを示しており、蓄電池4が完全放電(Cx%が0%)してしまうと蓄電池4の寿命が極端に短くなってしまうため、通常、Cx%は30%程度としている。
In the equation (8), the meaning of C 80% means that, for example, when a 50 Ah storage battery is used, 50 Ah × 80% = 40 Ah. Further, in the equation (9), C x% indicates how much the lower limit value of the storage battery capacity is, and if the
この計算結果が、例えば、推定稼動可能日数が2日未満となった場合(S5)は、外部発電装置8に対して始動指令を与え(S6)、これにより蓄電池4への外部充電が自動的に行われ、この結果システムダウンは自動的に未然に防ぐことが可能である。外部発電装置は、蓄電池が満充電となったとき自動的に停止される。なお、外部発電装置8の燃料の補給は、例えば2ヶ月に1度又は外部発電装置8の起動回数を無線通信により通知することにより行う。
The calculation result is, for example, if the estimated workable number of days is less than 2 days (S5) gives a start command to the external power generator 8 (S6), the external charging of the
SS…ソーラーシステム、DR…運転装置、1…太陽電池、2…電力変換器例えばDC/DCコンバータ、3…負荷、4…蓄電池、5…測定部、6…処理部、7…判断部、8…外部発電装置。 SS ... Solar system, DR ... Driving device, 1 ... Solar cell, 2 ... Power converter, for example, DC / DC converter, 3 ... Load, 4 ... Storage battery, 5 ... Measuring part, 6 ... Processing part, 7 ... Judgment part, 8 ... external power generator.
Claims (2)
前記蓄電池電圧が充電設定電圧に達し、かつ該蓄電池の充電電流が連続下降傾向に入った状態になった時の蓄電池の残容量を定格容量に基づき得られた蓄電池残容量基準とし、この蓄電池残容量基準と前記蓄電池に流れる入出力電流と時間から求められる電流積算値により蓄電池推定稼動可能日数を求め、この求めた蓄電池推定稼動可能日数が所定の基準日数になったとき、前記外部発電装置により前記蓄電池の充電を行うことを特徴とするソーラーシステムの運転方法。 A solar battery, a power converter electrically connected to the solar battery, a load electrically connected to the power converter, a storage battery electrically connected to the power converter, and the storage battery In a method for operating a solar system including an external power generator connected electrically,
The remaining capacity of the storage battery when the storage battery voltage reaches the charge setting voltage and the charging current of the storage battery enters a state of continuously decreasing is used as a storage battery remaining capacity reference obtained based on the rated capacity, and the storage battery When the estimated remaining number of days for the storage battery is determined based on the remaining capacity reference , the input / output current flowing through the storage battery, and the current integrated value obtained from the time, The method of operating a solar system, wherein the storage battery is charged by
D=(C80%−ΣkVT−CX%)/24I … (1)式
ただし、C80%は蓄電池残容量基準で、前記蓄電池の定格容量値の80%蓄電池容量、kは変換係数、Vは蓄電池測定サンプリング時電圧(蓄電池の入出力電流を電圧変換して測定した電圧)、Tは前記蓄電池の電圧測定サンプリング時間、CX%は残しておきたい最少蓄電池容量、Iは前記負荷に流れる平均負荷電流である。 The method for operating a solar system according to claim 1, wherein the estimated number of days D of estimated storage battery operation is obtained by equation (1).
D = (C80 % −ΣkVT− CX% ) / 24I (1) Formula where C80 % is a storage battery remaining capacity standard, 80% storage battery capacity of the rated capacity value of the storage battery, k is a conversion coefficient, V Is the storage battery measurement sampling voltage (voltage measured by converting the input / output current of the storage battery), T is the voltage measurement sampling time of the storage battery, C X% is the minimum storage battery capacity to be kept, and I flows to the load Average load current.
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