JP6352705B2 - 太陽光発電システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、系統連系型の太陽光発電システムに関する。

太陽光発電システムにおいて、商用電力系統と連系させる連系保持機能と自立運転機能を併せ持たせることができる。このような連系型の太陽光発電システムとすることにより、通常、日中日射がある時に太陽電池で発電した直流電力は、インバータで交流電力に変換され、商用電力系統に連系する。地震等の災害時で商用電力系統が使用できない場合は、インバータを自立運転に変えれば、太陽電池で発電した直流電力を家庭用その他の電源として使用できる。このような系統連系用インバータとして、２００Ｖ三相３線、１００単相３線などのＪＥＴ（電気安全環境研究所）の認証品を使用することが、商用電力系統の保護の観点から好ましい。そのため、従来から特許文献１や特許文献２に示すように、インバータとしてＪＥＴ認証品を使用することが提案されている。

特開２００７−１１６８０９号公報 特開２０００−１１６００７号公報

ところで、最近の太陽光発電システムにおいては、パワーコンディショナが使用されている。このパワーコンディショナは、パワコンやPCS(Power Conditioning System)とも呼ばれ、系統連系型太陽光発電システムにおいて、太陽電池の発電する電力を家電製品や工場設備などで使用するために必要な機能を有する。すなわち、太陽光発電システムと電力系統との系統連系を行う場合、電力会社が供給する電力と同様の品質が要求されるため、太陽光発電システムで発生した電圧が過電圧や不足電圧になったり、周波数上昇や低下が発生したりして、電力会社の系統全体の品質に悪影響を及ぼすことがないように、パワーコンディショナが適正に機能することが要求される。

従来、家庭や工場などに設置した太陽光発電システムを電力系統に接続する場合、検査員が、パワーコンディショナの型式名を目視確認して、ＪＥＴなどの認証を受けた適合品であることをチェックしている。しかし、パワーコンディショナが人の目につかない場所に設置された場合、例えば、太陽電池モジュールの裏側に取り付けられたパワーコンディショナが架台に設置された場合には、検査員は目視できず、申請された通りのものかが解らない。その結果、要求品質に満たないパワーコンディショナを使ってシステムを構成していても、検査員がチェックできず、系統全体の品質に悪影響を及ぼす発電システムが電力系統に接続されてしまうおそれがある。

本発明の実施形態は、パワーコンディショナが適合品であるか否かを容易に判別することを可能とした太陽光発電システムを提供することを目的とする。

本実施形態の太陽光発電システムは、次の構成を有する。
（１） 太陽光エネルギーを電力に変換する発電モジュール。
（２） 前記発電モジュールに設けられたパワーコンディショナ。
（３） 前記パワーコンディショナに設けられた識別情報記憶部。
（４） 前記パワーコンディショナを電力系統に接続する接続装置。
（５） 前記パワーコンディショナの識別情報を取得する情報収集装置。
（６） 前記情報収集装置が収集した前記パワーコンディショナの識別情報の出力装置。
（７） 前記パワーコンディショナ各々が起動・停止の制御部を有する。
（８） 前記情報収集装置が、適正なパワーコンディショナの識別情報を記憶する記憶部と、各発電モジュールから収集したパワーコンディショナの識別情報と適正なパワーコンディショナの識別情報を比較する判定部を備える。
（９） 前記情報収集装置が、その判定部において不適正なパワーコンディショナが検出された場合に、該当する発電モジュールの制御部に対する起動指令を出力しない。
（１０） 前記発電モジュールが、前記情報収集装置を持たない宅内コンセントレーターへ接続可能なものであり、且つ、前記情報収集装置からの起動指令を受信して始動する。

本実施形態における発電モジュールの構成図。 第１実施形態の太陽光発電システムの配線図。 第１実施形態の作用を示す配線図。 第２実施形態の太陽光発電システムの配線図。 第２実施形態の作用を示す配線図。 第３実施形態の太陽光発電システムの配線図。 第４実施形態の太陽光発電システムの配線図。 第５実施形態の太陽光発電システムの配線図。

［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
本実施形態の太陽光発電システムは、図１に示すような発電モジュール１を多数台備えている。この発電モジュール１は、図１（ａ）のように、表面に太陽光エネルギーを電力に変換する複数枚の太陽電池セル２を備え、これらの太陽電池セル２は小型のパワーコンディショナ（マイクロインバータ、以下MIC）に接続されている。このMICは、一例として、発電モジュール１の裏面に設置されている。MICには、各太陽電池セル２からの直流を入力する入力端子３と、交流を電源系統などに供給するための出力端子４が設けられている。出力端子４は、多数の発電モジュール１を並列接続しているケーブル５に接続されている。

本実施形態のMICは、図１（ｃ）に示すように、太陽電池セル２で発電した直流電力を交流電力に変換するDC/ACインバータ６、太陽電池セル２が自動的に最大電力を出力するように電流×電圧の値を制御する最大電力点追従装置、系統電力へ悪影響を及ぼさないように高調波電流を抑制した電流を出力する高調波抑制装置８、余剰電力がある場合に太陽光発電システムの発電電力を系統側へ逆潮流させる逆潮流制御装置９、周波数の上昇・低下、過電圧・不足電圧、系統電力の停電を検出して太陽光発電システムを系統から切り離す系統連系保護装置１０を備えている。

MICは、各発電モジュール１のMICに特有の識別情報や、系統連携保護装置の保護要素名とその整定値などの、当該MICに関する情報を記憶する情報記憶部１１を備えている。個々のMICが有する個別の識別情報としては、例えば、型式、製造番号、メーカー、識別情報など１つあるいは複数の組み合わせを適宜使用できる。保護要素名とその整定値としては、例えば、上限電圧ＯＶ＝１１５Ｖ、下限電圧ＵＶ＝８０Ｖ、上限周波数ＯＦ＝５８．２Ｈｚ、下限周波数ＵＦ＝６１．０Ｈｚである。

本実施形態の太陽光発電システムは、図２に示すように、発電モジュール１をケーブル５によって多数台並列接続し、そのケーブル５の出力側の端部を電力系統５０への接続装置１２に集約したものである。接続装置１２は、宅内あるいは屋外でも通信可能な場所に設置される。接続装置１２は、そこに集約された各発電モジュール１の電力を電力系統５０に投入・遮断するための開閉器１３を備える。開閉器１３の出力側は、宅内あるいはその他の個所に設けられた分電盤１４を経由して、電力系統５０に接続されている。

接続装置１２には、MICに設けられた情報記憶部１１内の情報を取得する通信装置１８と情報収集装置１５が収集したMICの識別情報や保護要素名とその整定値の出力装置１６と、各MICに対する操作用のコマンドや書換用のデータを入力するための入力装置１７が設けられている。情報収集装置１５としては、携帯電話やタブレット、パソコンなどの携帯端末や、据え置き型の端末を使用することができ、出力装置１６としては、これらの端末が備えている表示部を使用することができる。出力装置１６として、表示部以外にプリンタや警告灯なども使用できる。複数の出力装置１６を併用することも可能である。入力装置１７としては、端末に装備されたタッチパネルやキーボード、マウスなどが使用できる。

情報収集装置１５は、MICに設けられた情報記憶部１１と、出力装置１６との間を接続する通信装置１８を備えている。この通信装置１８は、情報収集装置１５と各MICとの間を専用の通信線で接続するもので良いし、両者を無線で接続するものでも良い。

［１−２．作用効果］
本実施形態の太陽光発電システムにおいて、各発電モジュール１に設けられているMICが適正品であるか否かを検査する場合、検査員は、情報収集装置１５に接続された入力装置１７から、各MICの識別情報の「要求コマンド」を入力する（図３の（ａ））。情報収集装置１５は、この要求コマンドを各MICに送信し、MICは、この要求コマンドに応じて、その記憶部に記憶されている個別の識別情報を読み出して（図３（ｂ））、情報収集装置１５に送信する。識別情報を受信した情報収集装置１５は、その出力装置１６である表示部に識別情報を順に表示する。

図３（ｃ）は、表示部に表示された識別情報の一例である。検査員は、予め適正品として申請されたMICの識別情報と、表示部に表示された識別情報を比較して、適正なMICが使用されているか否かを確認する。この場合、本実施形態では、検査員が所有している端末に記録されたリストや、印刷されたリストに記載されている適正品の識別情報と、表示部に表示された各MICの識別情報を目視により確認する。すべてのMICが適正品であると確認された場合には、接続装置１２に設けられた開閉器１３を投入して、太陽光発電システムと電力系統５０を連系する。

本実施形態によれば、各発電モジュール１のMICの識別情報を情報収集装置１５の出力装置１６によって表示することができるので、たとえMICが検査員の目視できない個所に設けられていても、MICの適否を確実に確認することができる。その結果、不適正なMICを有する発電モジュール１を電力系統５０に接続することがなくなり、太陽光発電システムと電力系統５０を連系した場合でも、電力系統５０の電力品質の低下を招くおそれがない。本実施形態は、単に、MICの識別情報を出力装置１６に表示するだけであるから、システムの構成が簡単で済む利点もある。

［２．第２実施形態］
［２−１．構成］
本実施形態は、第１実施形態における識別情報の表示に加え、指定されたMICの系統連系保護機能の保護要素名と整定値を出力に表示するものである。本実施形態では、図４に示すように、情報収集装置１５が、MICに記憶されている系統連系保護機能の保護要素の整定値を設定及び更新する情報入力部１９を備えている。MICのDC/ACインバータ６は、情報収集装置１５から設定及び更新された整定値に基づいて、発電モジュール１からの電力を電力系統５０に出力する。

情報入力部１９は、整定値を更新するMIC及びその保護要素名の選択部１９ａと、更新する整定値の更新値を入力した場合に更新値の可否を確認するメッセージ出力部１９ｂと、確認コマンドの受け付け部１９ｃと、確認コマンドを受け付けた場合に、整定値の更新値を該当するMICに送信する送信処理部１９ｄを備える。

［２−２．作用効果］
本実施形態では、情報収集装置１５の入力装置１７において、１台、複数台または全てのMICを選択し（図４（ａ））、続いてその系統連系保護要素名を選択し、これを表示指令として、該当するMICに送信する。表示指令を受信したMICは、その記憶部から現在設定されている保護要素名とその整定値を読み出して（図４（ｂ））、通信装置１８を経由して、情報収集装置１５の出力装置１６に送信する。出力装置１６が受信した情報を表示する（図４（ｃ））ことで、検査員は該当するMICの保護要素名とその整定値を確認することができる。

既にMICに設定されている整定値を更新する場合には、情報収集装置１５に設けられた選択部１９ａにおいて、１台、複数台または全てのMICを選択し（図５（ａ））、続いてその保護要素名を選択し（図５（ｂ））、その保護要素名について新たに設定する整定値を指定する。その後、入力装置１７から「送信コマンド」を指定すると、メッセージ出力部１９ｂは「確認」を要請するメッセージを出力し、確認コマンド受け付け部１９ｃに検査員が確認したことを入力すると（図５（ｃ））、送信処理部１９ｄから更新値がMICに送信される。その結果、選択したMICの全ての整定値が指定した値に更新される（図５（ｄ））。

本実施形態によれば、各MICの識別情報に加え、保護要素名とその整定値を情報収集装置１５から確認することができる。また、各MICに設けられたDC/ACインバータ６の保護整定値を設定したり、更新することが可能になり、個々のMICの整定値をひとつずつ設定したり、更新する必要がなくなり、作業性が向上する。

［３．第３実施形態］
［３−１．構成］
本実施形態は、MICの適否を自動的に判定し、判定結果に従って、太陽光発電システムと電力系統５０の連系制御や、DC/ACインバータ６の起動制御を実施するものである。

図６に示すように、本実施形態の情報収集装置１５は、適正なMICの識別情報、例えば、ＪＥＴで認証されたMICの識別情報を記憶する適合品記憶部２０と、収集したMICの識別情報と適正な識別情報を比較する判定部２１を備える。接続装置１２は、そこに集約された各MICの電力を電力系統５０に投入・遮断するための開閉器１３を備える。この開閉器１３は、情報収集装置１５に設けられた判定部２１からの指令により開閉動作を行うもので、情報収集装置１５が、その判定部２１において不適正なMICが検出された場合には、開閉器１３に対する投入指令を出力しない。

各MICは、図１（ｃ）の構成に加え、その起動・停止を制御する制御部２２を有する。この制御部２２は、情報収集装置１５の判定部２１からの起動指令によってMICを動作させるものである。情報収集装置１５は、その判定部２１において不適正なMICが検出された場合に、該当するMICの制御部２２に対する起動指令を出力しないので、MICの起動が阻止される。

［３−２．作用効果］
本実施形態によれば、情報収集装置１５が、その適合品記憶部２０に適正なMICの識別情報を持っているので、検査員が自己の端末や印刷物に適正なMICのリストを用意しておく必要がない。しかも、情報収集装置１５の判定部２１によって、設置されたMICがＪＥＴの適合品であるか否かの判定が自動的に行われるので、検査が簡単に実施できる。

設置された発電モジュール１の中に不適切なMICがあった場合には、判定部２１からの起動指令がそのMICに送信されることがなく、MICが起動しないため、不適切なMICが電力系統５０に接続されるおそれがない。不適切なMICが発見された場合には、判定部２１からの指令により、太陽光発電システムと電力系統５０とを接続する開閉器１３も投入されることもできる。

［４．第４実施形態］
［４−１．構成］
図７に示すように、本実施形態では、MICと情報収集装置１５とを有線や無線のＬＡＮなどのネットワーク２３で接続する。ＬＡＮに限らず、インターネットなどのＷＡＮ（Wide Area Network）を経由して接続することも可能である。情報収集装置１５及び出力装置１６は、ネットワーク２３を介して、各発電モジュール１とは別の箇所、例えば、設置された太陽光発電システムと電力系統５０との連系の可否を検査する電力会社のオフィスに設置されている。情報収集装置１５の判定部２１を構成するコンピュータプログラムや、適正なMICのデータを格納する記憶部などをネットワーク２３に接続されたクラウド２４上に設ける。情報収集装置１５、DC/ACインバータ６、通信装置１８、クラウド２４の少なくとも１つが、これらの装置において記憶並びに通信処理される情報を秘匿する暗号化処理部（図示せず）を備え、暗号化された情報をネットワーク２３経由で交換する。

［４−２．作用効果］
通常、電力会社による系統連系申請時の内容との比較確認は現地にて「連系立会」を電力会社自らが実施している。本実施形態によれば、系統連系申請時の情報をクラウド２４で管理し、情報収集装置１５により確認した実際に取り付けられているMICの識別情報をネットワーク２３経由でクラウド２４に自動送信し、クラウド２４上の判定部２１で比較確認を自動で行うことで、電力会社が自ら現地に来る必要がなくなる。

本実施形態では、システムの各部に設けられた暗号化処理部によりネットワーク２３上に総集される情報が暗号化されているので、セキュリティに優れる。特に、本実施形態のシステムは、外部のネットワーク２３と接続しているのでハッキングや侵害されることのないようメーカー固有の暗号化処理を行うことで、セキュリティの高いシステムを構築することができる。

［５．第５実施形態］
［５−１．構成］
本実施形態は、各MICが、情報収集装置１５を持たない宅内コンセントレーター２５へ接続可能なものであり、且つ、情報収集装置１５からの起動指令を受信して始動するものである。すなわち、図８に示すように、各発電モジュール１は、そのMICから宅内コンセントレーター２５への接続配線２６を備え、電力系統５０への連系時以外に、宅内コンセントレーター２５に直接接続可能に構成されている。宅内コンセントレーター２５は、分電盤１４を介して電力系統５０に接続されると共に、分電盤１４に接続された宅内の他のコンセントレーターに接続されている。各発電モジュール１のMICは、情報収集装置１５の判定部２１からの指令によって作動する起動・停止の制御部２２を備えている。

［５−２．作用効果］
本実施形態では、情報収集装置１５は、その判定部２１において適合品であることを確認した上で、各発電モジュール１のMICに対して起動指令を送信し、各MICはその起動指令を受信してから起動する。従って、発電モジュール１を情報収集装置１５が設けられていない宅内コンセントレーター２５に発電モジュール１を接続したとしても、宅内コンセントレーター２５からは起動指令が出力されることがないため、その発電モジュール１と宅内の各配線とのコンセント連系が不可能である。

本実施形態では、適合品のMICを有する発電モジュール１でも、情報収集装置１５や分電盤１４を経由しないコンセント連系を不可能としたが、情報収集装置１５と各発電モジュール１とを接続する通信装置１８として無線やネットワーク２３を使用することで、情報収集装置１５が宅内コンセントレーター２５に接続した発電モジュール１の適否を判定し、適合品のMICを有する発電モジュール１については宅内のコンセント連系時に起動可能としても良い。

［６．他の実施形態］
（１）本発明の実施形態は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、脩集の発明を形成できる。たとえば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

（２）認証機関は、例えば、日本ではＪＥＴ（電気安全環境研究所）、ヨーロッパではＶＤＥ（ドイツ電気技術者協会）、アメリカではＵＬ（アメリカ保険業者安全試験所）があり、本実施形態は各機関の認証製品を使用する場合に対応可能である。

（３）本実施形態のMICは、少なくともDC/ACインバータ６を備えていれば良く、図１（ｃ）に記載の各装置をすべて備える必要はない。

（４）図示の実施形態では、判定部２１は、MICの起動指令と、開閉器１３の投入指令の両方を出力するように構成したが、いずれか一方を出力するようにしても良い。多数の発電モジュール１を設置した場合に、その中の１つ、２つが不適合品であるにもかかわらず、システム全体を電力系統５０に接続しないと支障が生じる場合には、該当するMICのみを起動させなくても良い。

（５）本実施形態は、MICが適合品であるか否かの検査を行うものであるが、それに加えて、判定部２１により、各MICの異常（起動不能、出力異常など）を判定して、MICに停止指令を出力したり、開閉器１３を遮断することも可能である。

ＭＩＣ…パワーコンディショナ
１…発電モジュール
２…太陽電池
３…入力端子
４…出力端子
５…ケーブル
６…DC/ACインバータ
７…引出線最大電力点追従装置
８…高調波抑制装置
９…逆潮流制御装置
１０…系統連系保護装置
１１…情報記憶部
１２…接続装置
１３…開閉器
１４…分電盤
１５…情報収集装置
１６…出力装置
１７…入力装置
１８…通信装置
１９…情報入力部
１９ａ…選択部
１９ｂ…メッセージ出力部
１９ｃ…受け付け部
１９ｄ…送信処理部
２０…適合品記憶部
２１…判定部
２２…制御部
２３…ネットワーク
２４…クラウド
２５…宅内コンセントレーター
２６…接続配線
５０…電力系統

Claims (8)

1. 太陽光エネルギーを電力に変換する発電モジュールと、
   前記発電モジュールに設けられたパワーコンディショナと、
   前記パワーコンディショナに設けられた識別情報記憶部と、
   前記パワーコンディショナを電力系統に接続する接続装置と、
   前記パワーコンディショナの識別情報を取得する情報収集装置と、
   前記情報収集装置が収集した前記パワーコンディショナの識別情報の出力装置と、
   を有し、
   前記パワーコンディショナ各々が起動・停止の制御部を有するものであり、
   前記情報収集装置が、適正なパワーコンディショナの識別情報を記憶する記憶部と、各発電モジュールから収集したパワーコンディショナの識別情報と適正なパワーコンディショナの識別情報を比較する判定部を備え、
   前記情報収集装置が、その判定部において不適正なパワーコンディショナが検出された場合に、該当する発電モジュールの制御部に対する起動指令を出力せず、
   前記発電モジュールが、前記情報収集装置を持たない宅内コンセントレーターへ接続可能なものであり、且つ、前記情報収集装置からの起動指令を受信して始動するものである太陽光発電システム。
2. 前記情報収集装置が、前記パワーコンディショナに設けられた情報記憶部と、前記出力装置との間を接続する通信装置を備えている請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 複数台の前記発電モジュールと、複数台の前記発電モジュールを集中して電力系統に接続する前記接続装置と、前記接続装置部分に設けられた前記情報収集装置を備え、
   前記各発電モジュールに設けられたパワーコンディショナが、前記接続装置に設けられた前記情報収集装置に集中して接続されている請求項１または請求項２に記載の太陽光発電システム。
4. 前記識別情報記憶部が、パワーコンディショナが備える系統連系保護機能の保護要素を記憶するものであり、前記情報収集装置が前記保護要素を取得するものである請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の太陽光発電システム
5. 前記接続装置が、各発電モジュールと電力系統を投入・遮断する開閉器を有するものであり、
   前記情報収集装置が、適正なパワーコンディショナの識別情報を記憶する記憶部と、各発電モジュールから収集したパワーコンディショナの識別情報と適正なパワーコンディショナの識別情報を比較する判定部を備え、
   前記情報収集装置が、その判定部において不適正なパワーコンディショナが検出された場合に、前記開閉器に対する投入指令（ヘルスチェック）を出力しない請求項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。
6. 前記情報収集装置が、パワーコンディショナに記憶されている系統連系保護機能の保護要素の整定値を設定及び／または更新する情報入力部を備え、
   前記パワーコンディショナは、設定及び／または更新された整定値に基づいて、発電モジュールからの電力を電力系統に出力するものである請求項４または請求項５に記載の太陽光発電システム。
7. 前記情報収集装置、パワーコンディショナ、通信装置の少なくとも１つが、これらの装置において記憶並びに通信処理される情報を秘匿する暗号化処理部を備えている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
8. 前記情報収集装置及び出力装置が、ネットワークを介して、各発電モジュールとは別の箇所に設置されている請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。