JP5966699B2

JP5966699B2 - 太陽光発電システム

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Publication number: JP5966699B2
Application number: JP2012152965A
Authority: JP
Inventors: 菊池　宏成; 宏成菊池; 隆成水島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2032-07-06
Also published as: JP2014017332A

Description

本発明は、太陽光発電システムに関する。

化石燃料の枯渇や地球温暖化防止等の観点から、自然エネルギが注目されている。中でも、比較的容易に設置可能なことから、太陽エネルギを利用した太陽電池が注目されている。太陽電池は、例えば住居の屋根上、建物の屋上等に設置されている。これにより、太陽電池に対して十分な太陽光が照射され、太陽電池が効率よく発電するようになっている。

発電時、太陽電池には太陽光が照射されるため、太陽電池の温度が上昇する。太陽電池においては、自身の温度が高くなると、発電効率が低下することがある。そこで、良好な発電効率を維持するために、何らかの対策を施すことが好ましい。このような対策として、例えば特許文献１には、太陽電池アレイと蓄電池とインバータより成る太陽光発電装置において、前記太陽電池アレイの温度を制御する温度制御装置を設けることが記載されている。

特許文献１に記載の技術においては、太陽電池アレイの裏面に熱交換器が接合されている。この熱交換器には、ポンプ及びクーラが配管により連結されている。そして、配管内を熱交換用媒体が循環することにより、太陽電池アレイの温度を室温レベルにまで抑制することができるようになっている。

特開平４−１２７５８２号公報

ポンプやクーラ等の駆動には、電力が消費される。そのため、ポンプやクーラ等の消費電力が、太陽電池を冷却することによる発電量の増加（発電効率の上昇）量を上回ることがある。即ち、特許文献１に記載の技術においては、ポンプやクーラ等の消費電力が考慮されておらず、運転状況によっては、却ってエネルギを消費することがある。

本発明はこのような課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、高効率に外部へ電力を供給可能な太陽光発電システムを提供することを目的とする。

本発明者らは前記課題を解決するべく鋭意検討した結果、設定可能な全てのインバータ周波数に対応する太陽電池による発電量とシステム内の消費電力とに応じてインバータ周波数を設定し太陽電池を冷却することにより前記課題を解決できることを見出した。

本発明によれば、高効率に外部へ電力を供給可能な太陽光発電システムを提供することができる。

第１実施形態の太陽光発電システムを示す図である。第１実施形態の太陽光発電システムにおける、電力の発電量と消費量とを示すグラフである。第１実施形態の太陽光発電システムにおける制御フローである。第１実施形態の太陽光発電システムにおける制御フローである。第２実施形態の太陽光発電システムを示す図である。第２実施形態の太陽光発電システムにおける制御フローである。第３実施形態の太陽光発電システムを示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）を説明するが、本実施形態は以下の内容に何ら制限されるものではない。

［１．第１実施形態］
〔太陽光発電システムの構成〕
図１は、第１実施形態の太陽光発電システム１００を示す図である。図１中、実線の矢印は、熱媒の通流方向を示している。図１に示すように、太陽光発電システム１００は、太陽電池１と、熱交換器２と、冷却塔３２と、ポンプ４（送液ポンプ）とを備えている。これらは、熱媒（例えば水、任意の冷媒や熱媒等）が通流する配管により接続されている。太陽電池１の裏面（太陽光が照射される面の逆側）には、熱交換器２が密着固定されている。

太陽電池１は、照射された太陽光によって励起されて発生する電子により、電力を発電（発電）するものである。このような太陽電池としては、無機材料により構成される無機太陽電池、有機材料により構成される有機太陽電池（有機薄膜太陽電池）等が挙げられる。

熱交換器２は、太陽電池１に設けられている。具体的には、本実施形態においては、太陽電池１の裏面に密着して設けられている。これにより、熱交換器２は、通流する熱媒に対して、太陽電池１の熱を与えるようになっている。即ち、熱交換器２は、通流する熱媒によって、太陽電池１を冷却するようになっている。また、熱交換器２は、図示のように、配管により、ポンプ４及び冷却塔３２（いずれも詳細は後記する）に接続されている。この配管には、熱媒が通流するようになっている。

ポンプ４（送液ポンプ）は、図示しないスイッチング素子の動作により、熱交換器２に供給される熱媒の流量を変更可能になっている。具体的には、本実施形態においては、ポンプ４はスイッチング素子を備えるインバータ５１によって制御される。そして、後記する演算制御部５は、インバータ５１の周波数を変化させることにより、ポンプ４のスイッチング素子の動作を制御するようになっている。

即ち、ポンプ４はインバータ５１により制御され、インバータ５１の周波数が変更されることにより、ポンプ４に備えられるファン（図示しない）の回転速度が変更される。これにより、配管内を通流する熱媒の流量を変化させ、また、熱媒を循環させることができるようになっている。また、インバータ制御されることにより、熱媒の流量が少ない時のポンプ４の消費電力を削減することができるようになっている。また、ポンプ４は、図示のように、配管により、熱交換器２及び冷却塔３２に接続されている。

冷却塔３２（冷却手段）は、熱交換器２から排出され、太陽電池１の熱を吸収した熱媒の熱を放熱させるものである。冷却塔３２はファン３３を備え、ファン３３は図示しないスイッチング素子を備えるインバータ５２によって制御されるようになっている。また、前記のように、熱交換器２と冷却塔３２とは配管により接続されている。そして、この配管は、冷却塔３２の内部を貫通し、ファン３３は、冷却塔３２を貫通するこの配管に対向して備えられている。

冷却塔３２においては、ファン３３の駆動により外気が取り込まれると、取り込まれた外気が冷却塔３２を貫通する配管に接触するようになっている。これにより、熱媒の有する熱は、接触した外気とともに、効率よく外部へ排出（放熱）されるようになっている（強制冷却）。換言すれば、配管を通流する熱媒は、外気により冷却されるようになっている。即ち、後記する演算制御部５は、インバータ５２の周波数を変化させることにより、ファン３３のスイッチング素子の動作を制御し、ファン３３が回転して生じる気流によって、熱交換器２から排出された熱媒の熱を放熱するようになっている。そして、熱交換器２から排出された熱媒は冷却塔３２にて放熱された後、熱交換器２に戻る（即ち循環する）ようになっている。

ファン３３は、インバータ５２により制御される。本実施形態においては、インバータ５２の周波数が変更されることにより、ファン３３の回転速度が変更される。これにより、配管に接触させる外気量を制御することができる。また、接触させる外気量が制御されることにより、放熱量が制御される。即ち、外気の接触量が多い場合には、より多くの熱が放熱されて熱媒がより冷却され、外気の接触量が少ない場合には、あまり多くの熱が放熱されず、熱媒の冷却度合は小さなものとなる。このようなインバータ制御により、放熱量が少ない時のファン３３を備える冷却塔３２の消費電力を削減することができるようになっている。

また、太陽光発電システム１００は、これらの他にも、日射量を測定する日射計６５、外気の湿度を測定する湿度計８０、外気温度を測定する温度計７９を備えている。太陽電池１は、図示しない二次電池に接続されている。即ち、太陽電池１により発電された電力は二次電池に充電される。これにより、太陽電池１で電流が流れるようになっている。

太陽光発電システム１００は、前記の各手段を制御する演算制御部５を備えている。特に、演算制御部５は、ポンプ４のスイッチング素子の動作を制御するようになっている。演算制御部５は、各手段との各情報をやりとりする通信部５ａと、取得した情報に基づいて演算を行う演算部５ｂと、取得した情報や算出された情報等を記憶する記憶部５ｃと、各手段の駆動を制御する制御部５ｄを備えている。これらは、図示しないインターフェイス及び電気信号線を介し、各手段に接続されている。

なお、演算制御部５は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、センサ回路、制御回路等を備え、ＲＯＭに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。

〔太陽光発電システムの制御〕
太陽光発電システム１００においては、太陽電池１において発電された電力が外部に供給される。特に、熱媒によって太陽電池１が冷却されながら発電するため、太陽電池１の過度の温度上昇を防止することができる。これにより、発電の高効率化を図ることができる。一方で、太陽光発電システム１００の運転には、例えば、冷却塔３２のファン３３、ポンプ４等を駆動するために、電力が消費される。

このように、太陽光発電システム１００においては、電力の発電と電力の消費とが併存することになる。そのため、電力の発電量（即ち発電量）が電力の消費量よりも多い場合には、太陽光発電システム１００を運転する利点が得られるが、逆の場合には、寧ろ運転しないことが好ましい。そこで、本実施形態においては、これらの点を考慮し、太陽光発電システム１００の制御が行われる。

図２は、太陽光発電システム１００における、電力の発電量と消費量とを示すグラフである。図２のグラフにおいては、説明の簡略化のために、冷却塔３２に備えられるファン３３の回転速度が一定であるものとしている。即ち、ファン３３の消費電力は一定であるものとしている。ただし、ファン３３の回転速度が変化する場合でも、以下の説明が同様に適用可能である。

図２に示すように、ポンプ４を制御するインバータ５１の周波数が上昇してより多くの熱媒が通流するようになると、太陽電池１の冷却が促され、太陽電池１の発電量は増加する。一方で、ポンプ４の消費電力は、周波数の３乗に比例して大きくなる。そのため、周波数が小さい増加後暫くはほとんど変化しないが、周波数がある程度（ｆ_ｂ程度）以上になると消費電力が急激に増加する。

そして、太陽光発電システム１００から外部へ取り出し可能な電力は、第１実施形態においては、太陽電池１の発電量と、ポンプ４の消費電力及びファン３３の消費電力（図示しないグラフ）との差分になる。即ち、図２中の「取り出し可能な電力」のグラフに示すように、インバータ周波数がｆ_ｂまでは、ポンプ４の消費電力がほとんど変化しないため、取り出し可能な電力も増加する。しかし、周波数がｆ_ｂを超えると、ポンプ４の消費電力が一気に増加するため、取り出し可能な電力は、Ｗ_ｍａｘを境に急激に減少し始めることになる。従って、図２に示す場合には、インバータ５１の周波数をｆ_ｂとしてポンプ４を運転することにより、取り出される電力を最大にすることができる。

図３及び図４は、太陽光発電システム１００における制御フローである。太陽光発電システム１００は、図２を示して説明した事項に基づいて制御される。これらの制御は、主に、演算部５ｂにより算出された情報に基づき、制御部５ｄにより行われる。

前記のように、熱媒の通流制御は以下のようにして行われる。即ち、熱交換器２に供給された熱媒は、太陽電池１から熱を奪って、冷却塔３２に供給される。これにより、太陽電池１が冷却される。そして、冷却塔３２に供給された、太陽電池１の熱を有する熱媒は、冷却塔３２のファン３３により外部に放熱される。これにより、冷媒の温度が低下する。そして、温度が低下した冷媒は熱交換器２に戻されて、再び太陽電池１から熱を奪って太陽電池１を冷却する。また、熱媒の通流制御は、ポンプ４を制御することにより行われる。

はじめに、演算制御部５に対し、日射量、外気湿度及び外気温度が入力される。これは、図示しない入力手段（キーボード、マウス、ボタン等）をユーザによって操作されることにより実行される。また、入力手段により、例えば運転開始ボタンが押下される等することにより、運転開始信号（運転開始指示）を通信部５ａが受信すると、通信部５ａは、日射計６５、湿度計８０及び温度計７９からの情報を取得する（ステップＳ１０１）。そして、通信部５ａにより取得された情報に基づき、演算部５ｂは、外気湿球温度を算出する（ステップＳ１０２）。

そして、演算部５ｂは、算出された外気湿球温度が冷却塔３２入口の熱媒の温度と同じ温度であると仮定して、冷却塔３２入口の熱媒の温度を設定する（ステップＳ１０３）。また、演算部５ｂは、ポンプ４に備えられるインバータ５１の周波数を、インバータ５１の設定可能最大周波数（初回のフロー）、又は、後記するステップＳ１１５にて所定値減少後の周波数（２回目以降のフロー）に設定する（ステップＳ１０４）。さらに、演算部５ｂは、冷却塔３２に備えられるインバータ５２の周波数を、インバータ５２の設定可能最大周波数、又は、後記するステップＳ１１７にて所定値減少後の周波数（２回目以降のフロー）に設定する（ステップＳ１０５）。なお、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５において設定された値は以下の算出（シミュレート）に用いられる設定値であり、この時点では、設定された値に基づく各手段の制御は為されない。

演算部５ｂは、インバータ５１について設定された周波数に基づき、熱媒の循環量とポンプ４の消費電力とを算出する（ステップＳ１０６）。具体的な算出方法としては、試運転等により予め決定された、周波数と循環量との関係、及び、周波数と消費電力との関係に基づき、これらが決定される。

また、演算部５ｂは、インバータ５２について設定された周波数に基づき、冷却塔３２出口の熱媒の温度と冷却塔３２の消費電力とを算出する（ステップＳ１０７）。具体的には、冷却塔３２出口の熱媒の温度に関しては、はじめに、試運転等により予め決定された、周波数と温度変化量との関係に基づき温度変化量が計算される。そして、計算された温度変化量と、ステップＳ１０３において設定された冷却塔３２入口の熱媒の温度とにより、冷却塔３２出口の熱媒の温度が決定される。消費電力は、前記したポンプ４の場合と同様にして算出される。

次に、ステップＳ１０７において算出された冷却塔３２出口の熱媒の温度（即ち、熱交換器２入口の熱媒の温度）と、太陽電池１の熱バランスとにより、熱交換器２出口の熱媒の温度を算出する（ステップＳ１０８）。ここで、太陽電池１の熱バランスについて説明する。

太陽電池１には太陽光が照射されるため、太陽電池１の表面温度が上昇する。ただし、照射された太陽光の全てが発電に用いられることは少なく、照射された太陽光の一部は反射する。また、太陽電池１の表面温度が上昇し、外気温度よりも高くなると、太陽電池１の表面（裏面を含む）から放熱することもある。そこで、試運転等により、日射量、外気温度及び太陽電池１と熱交換器２との間の伝熱特性等に基づき関係式（即ち熱バランス）を決定する。これにより、太陽電池１から熱交換器２を通流する熱媒への伝熱量が決定される。そして、決定された伝熱量と、熱交換器２入口の熱媒の温度とに基づき、熱交換器２出口の熱媒の温度が算出される。算出された熱媒の温度は、記憶部５ｃに記憶される。

算出された熱媒の温度は、記憶部５ｃに記憶されている前回のフローで算出された、熱交換器２出口の熱媒の温度と比較される。この比較は、演算部５ｂにより行われる。なお、初回のフロー時には、この比較は為されず、後記するステップＳ１１０のＮｏ方向のフローが行われる。そして、２回目以降は、ステップＳ１０８において算出された温度が、ステップＳ１０５における冷却塔３２入口の熱媒の温度として設定される。

そして、演算部５ｂによる比較の結果、これらの温度差が所定範囲内（例えば０．１℃以内）であれば、演算部５ｂは、シミュレートが収束したと判断する（ステップＳ１１０のＹｅｓ方向）。一方で、これらの温度差が所定範囲に含まれていない場合（ステップＳ１１０のＮｏ方向）、前記のステップＳ１０６〜Ｓ１０９が繰り返される。

設定された温度が収束したと判断された場合、演算部５ｂは、太陽電池１による発電量を算出する（ステップＳ１１１）。具体的には、演算部５ｂは、ステップＳ１０１にて取得した日射量と、日射量に基づく太陽電池１の温度（試運転等で決定された、日射量と温度との関係式により算出される）とに基づき、太陽電池１の発電量が算出される。太陽電池の発電量の算出に際しては、試運転等で決定された、太陽電池１の温度と発電効率特性との関係が考慮される。なお、収束した時の温度が、ステップＳ１０３及びＳ１０４において設定されたインバータ周波数に対応する温度になる。

そして、演算部５ｂは、ステップＳ１１１において算出された発電量と、ステップＳ１０６及びＳ１０７において算出された消費電力の和との差分を算出する（ステップＳ１１２）。算出された差分は、ステップＳ１０３及びＳ１０４において設定された、インバータ５１，５２の周波数とともに、記憶部５ｃに記憶される（ステップＳ１１３）。

次に、記憶されたインバータ５１の周波数が最低値ではない場合（ステップＳ１１４のＮｏ方向）、周波数を所定値減少させ（ステップＳ１１５）、ステップＳ１０６〜Ｓ１１３のフローが再び行われる。インバータ５１の変更可能な周波数を全てシミュレートした場合（ステップＳ１１４のＹｅｓ方向）、インバータ５２の変更可能な周波数も同様にシミュレートされる（ステップＳ１１６のＮｏ方向、ステップＳ１１７）。

そして、インバータ５２についても、インバータ５１の場合と同様にして変更可能な周波数が全てシミュレートされた場合（ステップＳ１１６のＹｅｓ方向）、演算部５ｂはステップＳ１１３において記憶された複数の差分を比較する。そして、演算部５ｂは、太陽電池１の発電量の方が大きい差分であり、且つ、絶対値が最大の差分を選択し、選択された差分に対応するインバータ５１，５２の周波数を制御部５ｄに出力する（ステップＳ１１８）。制御部５ｄは、入力された周波数となるように、インバータ５１，５２を制御する（ステップＳ１１９）。これにより、太陽光発電システム１００の外部に取り出される電力が最大になるように、ポンプ４及び冷却塔３２が運転される。

これらのことを換言すると、演算制御部５は、太陽電池１の発電量が太陽光発電システム１００の消費電力（本実施形態においては、ポンプ４及び冷却塔３２の消費電力の和）を上回る場合、太陽電池１の発電量と、熱交換器２に供給される熱媒の流量に対応付けられて（本実施形態においては、インバータ５１の周波数に対応付けられている。また、インバータ５１の周波数が決定されれば熱媒の流量も決定される。）記憶された太陽光発電システム１００の消費電力との差分を算出する。そして、演算制御部５は、算出された差分が最大となるようにポンプ４のスイッチング素子の動作を制御し、熱交換器２に供給される熱媒の流量を制御するようになっている。

なお、図示はしていないが、ステップＳ１１８で比較された際、全てのインバータ周波数において太陽電池１の発電量がシステム内の消費電力を下回る場合（例えば曇りや夜間等）、インバータ５１，５２の制御は行われずに、太陽光発電システム１００の運転が停止される。即ち、太陽電池１の発電量が太陽光発電システム１００の消費電力（本実施形態においては、ポンプ４及び冷却塔３２の消費電力の和）を下回る場合、熱交換器２への熱媒の供給を停止するようになっている。

〔効果〕
このような太陽光発電システム１００によれば、太陽電池１による発電量とシステム内の消費電力とを考慮しつつ外部に電力が供給されるため、太陽電池１により得られた電力を無駄に消費することなく最大限活かすことができる。

さらには、もしシステム内の消費電力が発電量を上回る場合には、冷却を行わず、システムが停止される。これにより、外部の電力を無駄に消費することがない。

［２．第２実施形態］
次に、図５及び図６を参照しながら、第２実施形態の太陽光発電システム２００を説明する。なお、以下の説明においては、太陽光発電システム１００と異なる点を中心に説明する。また、太陽光発電システム１００と同様のものについては同じ符号を付すものとし、その詳細な説明は省略する。

図５は、第２実施形態の太陽光発電システム２００を示す図である。太陽光発電システム２００は、図１に示した日射計６５を備えていない。その代わりに、太陽光発電システム２００は、太陽電池１の電流値を測定する電流計６１及び電圧値を測定する電圧計６２、熱交換器２から排出される熱媒の流量を測定する流量計９１及び温度を測定する温度計７２、並びに、冷却塔３２から排出される熱媒の温度を測定する温度計７１を備えている。

そして、これらの手段により、太陽電池１に照射される日射量が算出されるようになっている。即ち、太陽光発電システム２００においては、日射量が、測定手段（日射計等）による実測ではなく、各情報に基づいて算出されるようになっている。以下、具体的な算出フローを、図６を参照しながら説明する。

図６は、太陽光発電システム２００における制御フローである。まず、太陽電池１が設置される場所の緯度及び経度等の位置情報が、演算部５ｂに入力される（ステップＳ２０１）。この入力は、図示しない入力手段によって運転開始指示が入力されたときに行われる。この位置情報は、予め入力手段により入力されて作成されたファイル（データベース等）から選択され、入力される。さらに、シミュレーション開始時刻が入力される。そして、演算部５ｂは、電流計６１、電圧計６２、温度計７１，７２及び流量計９１から、測定値を取得する。

演算部５ｂは、測定された太陽電池１の電流値及び電圧値から、太陽電池１による発電量を算出する（ステップＳ２０２）。さらに、演算部５ｂは、算出された発電量に基づき、太陽電池１の表面温度を算出する（ステップＳ２０３）。ここで、表面温度は、太陽電池１の発電量と熱交換器２に供給及び排出される熱媒の温度とに関する所定の式（熱バランス、伝熱特性等）に基づき、算出される。

即ち、演算部５ｂは、熱交換器２において熱媒が受け取った熱量（即ち、太陽電池１及び熱交換器２間での熱交換量）を算出する。具体的には、温度計７１により、熱交換器２入口での熱媒の温度が測定される。また、温度計７２により、熱交換器２出口での熱媒の温度が測定される。そして、熱交換器２での入口及び出口の熱媒の温度の差分を算出し、この差分と流量計９１により測定される熱媒の流量とにより、熱交換器２において熱媒が太陽電池１から受け取った熱量が算出される。

そして、算出された熱量、温度計７９で測定された外気温、熱交換器２の伝熱特性、システム内の熱バランス等を考慮し、太陽電池１の表面温度を算出する。なお、ステップＳ２０３においては、表面温度以外にも、太陽電池１から外気（即ちシステム外）への放熱量、熱交換器２から外気への放熱量等も併せて算出される。

演算部５ｂは、ステップＳ２０１において入力された緯度、経度、時刻等に基づき太陽の軌道を算出し、太陽の高度及び方位角を算出する。そして、ステップＳ２０２で算出された発電量とステップＳ２０３で算出された表面温度とにより、太陽電池１への日射量が算出される（ステップＳ２０４）。この日射量は、太陽電池１の温度−伝熱特性の関係式に基づき算出される。

算出された日射量は、記憶部５ｃに出力され、記憶される（ステップＳ２０５）。そして、出力された日射量は、日射計６５（図１参照）により測定された日射量に代えて、図３を参照しながら説明したステップＳ１０１において用いられる。これらのことを換言すると、演算制御部５は、太陽電池１の発電量と、熱交換器２入口の熱媒の温度と、熱交換器２出口の熱媒の温度を用いて太陽電池１への日射量を算出する。より具体的には、初めに太陽電池１の表面温度が算出され、算出された太陽電池１の表面温度を用いて、太陽電池１への日射量が算出される。そして、演算制御部５は、算出された日射量を用いて、ポンプ４のスイッチング素子の動作を制御するようになっている。

日射量を日射計によらず算出することにより、システム内の消費電力を削減することができる。そのため、太陽電池１により発電された電力を、より無駄なく利用することができる。

［３．第３実施形態］
次に、図７を参照しながら、第３実施形態の太陽光発電システム３００を説明する。なお、以下の説明においては、太陽光発電システム１００と異なる点を中心に説明する。また、太陽光発電システム１００と同様のものについては同じ符号を付すものとし、その詳細な説明は省略する。

太陽光発電システム３００においては、太陽光発電システム１００の冷却塔３２による強制冷却に代えて、自然冷却が行われている。即ち、太陽光発電システム３００においては、冷却塔３２が設けられておらず、代わりに配管が櫛状に設けられている。即ち、この櫛状配管３４が、冷却手段に相当する。そして、例えば、ビル間等のビル風が強い場所にこの櫛状配管３４を設置することにより、冷却塔３２によらず熱媒の冷却が行われる。

また、ポンプ４の上流には、熱媒の温度を測定する温度計７１が設けられている。これにより、自然冷却により冷却された熱媒の温度を測定し、インバータ５１，５２の周波数の算出に利用することができる。

太陽光発電システム３００をこのように構成することにより、冷却塔に備えられるファンの消費電力を削減することができる。従って、太陽電池１により発電された電力をより効率よく利用することができる。

［４．変更例］
以上、３つの実施形態を挙げて、本実施形態を説明した。ただし、本実施形態は前記の内容に何ら制限されず、本発明の要旨を損なわない範囲で任意に変更して実施可能である。

例えば、前記した各実施形態においては、ポンプ４及びファン３３は、インバータ５１，５２の周波数を変化させることにより制御されている。しかしながら、例えば、ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）制御やＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御のような、周波数ではなく制御信号のデューティ比を変化させることにより制御するようにしてもよい。即ち、スイッチング素子のスイッチング動作により制御されるポンプ４とすれば、どのような構成のものを用いてもよい。また、ファン３３は必ずしもスイッチング動作により制御される必要はなく、任意のファンを適用可能である。

また、前記した各実施形態においては、ポンプ４及び適宜冷却塔３２を備える構成としたが、太陽光発電システムにおいては、ポンプ４を備えていれば、他にどのような手段や装置が設けられていてもよい。例えば冷却塔３２から放出される熱を利用する給湯システム（図示しない）等が設けられていてもよい。また、冷却効率を高めるために、コンプレッサや膨張弁等が設けられていてもよい。そして、設けられる各手段や装置を考慮して、太陽光発電システムにおける消費電力を決定すればよい。

さらに、前記した各実施形態においては、システムの消費電力として、ポンプ４の消費電力と、冷却塔３２の消費電力（第１実施形態及び第２実施形態）との２つのみを考慮している。厳密には、例えば演算制御部５も電力を消費するが、ポンプ４や冷却塔３２の消費電力と比較して、通常は小さいため、前記の例では考慮していない。しかしながら、より厳密な制御を行いたい場合には、演算制御部５等の消費電力を考慮し、熱媒の流量を制御してもよい。

また、前記した各実施形態（第１実施形態及び第２実施形態）においては、熱交換器２と冷却塔３２とを接続する配管での熱損失を考慮せず、例えば熱交換器２出口の熱媒の温度を冷却塔３２入口の熱媒の温度としている。これは、その部分の熱損失が通常小さいためであるが、より正確な制御を行いたい場合には、例えば温度計等を適宜設け、熱損失を考慮した制御を行ってもよい。また、温度計等を設けず、例えば配管の長さに応じて熱損失を推定して考慮したうえで制御が行われるようにしてもよい。

さらに、図３及び図４を参照しながら説明した制御フローにおいては、初めにインバータ５２の周波数を最大値に固定し、インバータ５１の周波数を変更しているが（ステップＳ１１４及びＳ１１６）、逆であってもよい。即ち、初めにインバータ５１の周波数を最大値に固定し、インバータ５２の周波数を変更するようにしてもよい。さらに、初めにインバータ５１の周波数を最小値に固定し、インバータ５２の周波数を徐々に増加するように変更してもよい。さらには、初めにインバータ５２の周波数を最小値に固定し、インバータ５１の周波数を徐々に増加するように変更してもよい。

また、前記した各実施形態においては、太陽電池１と熱交換器２とは密着している。しかしながら、熱交換器２は太陽電池１に対して必ずしもこのように設けられる必要はなく、例えば熱伝導性に優れた金属板等を介して設けられていてもよい。

さらに、冷却手段は、図１（強制冷却）、図５（強制冷却）及び図７（自然冷却）の形態に何ら限定されず、どのような形態で熱媒を冷却するようにしてもよい。具体的には例えば、水冷によって冷却することも可能である。さらに、空冷する場合であっても、図示の例に何ら限定されるものではない。例えば図７では櫛状配管としているが、放熱が可能であるならば、このような櫛状とする必要はなく、単に直線状の配管としてもよい。

１太陽電池
２熱交換器
４ポンプ（送液ポンプ）
５演算制御部
３２冷却塔（冷却手段）
３３ファン
３４櫛状配管（冷却手段）
５１インバータ
５２インバータ
１００太陽光発電システム
２００太陽光発電システム
３００太陽光発電システム

Claims

太陽光が照射されることにより発電する太陽電池と、
前記太陽電池に設けられ、前記太陽電池の熱を熱媒によって吸収する熱交換器と、
前記熱交換器に供給される熱媒の流量を変更可能な送液ポンプと、
前記熱交換器から排出され、前記太陽電池の熱を吸収した熱媒の熱を放熱させる冷却手段と、
前記熱交換器と前記送液ポンプと前記冷却手段とを接続し、熱媒が通流する配管と、
前記送液ポンプの回転速度を制御する、スイッチング素子を備えた第１のインバータと、
前記第１のインバータのインバータ周波数を変化させることにより、前記送液ポンプのスイッチング素子の動作を制御する演算制御部と、
を備える太陽光発電システムにおいて、
前記演算制御部は、前記太陽光発電システムの消費電力と前記太陽電池の発電量との差分を、前記送液ポンプにて設定可能な全てのインバータ周波数について算出する機能と、前記太陽電池の発電量が前記太陽光発電システムの消費電力よりも大きく、かつ、絶対値が最大である差分を選択する機能と、選択された差分に対応するインバータ周波数を前記第１のインバータに対して設定する機能とを有する
ことを特徴とする、太陽光発電システム。
前記演算制御部は、
前記太陽電池の発電量が前記太陽光発電システムの消費電力を下回る場合、前記熱交換器への熱媒の供給を停止させるように前記送液ポンプのスイッチング素子の動作を制御する機能をさらに有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電システム。
前記冷却手段はファンを備える冷却塔であり、前記ファンはスイッチング素子を備える第２のインバータによって制御され、
前記演算制御部は、前記太陽光発電システムの消費電力と前記太陽電池の発電量との差分を、前記ファンにて設定可能な全てのインバータ周波数について算出する機能と、前記太陽電池の発電量が前記太陽光発電システムの消費電力よりも大きく、かつ、絶対値が最大である差分を選択する機能と、選択された差分に対応するインバータ周波数を前記第２のインバータに対して設定する機能とをさらに有する
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の太陽光発電システム。
前記演算制御部は、
前記太陽電池の発電量と、前記熱交換器の入口の熱媒の温度と、前記熱交換器の出口の熱媒の温度を用いて前記太陽電池への日射量を算出する機能と、算出された日射量を用いて、前記送液ポンプのスイッチング素子の動作を制御する機能と、をさらに有する
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の太陽光発電システム。