JP7243869B2

JP7243869B2 - パワーコンディショナ

Info

Publication number: JP7243869B2
Application number: JP2021573000A
Authority: JP
Inventors: 祐樹石倉; 寛幸安井; 浩平柴田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-01-22
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2023-03-22
Anticipated expiration: 2040-12-14
Also published as: JPWO2021149395A1; WO2021149395A1

Description

本開示は、パワーコンディショナに関するものである。

従来、太陽光発電システムは、例えば一般家庭に設置され、太陽光パネルで発電される電力を交流電力に変換して出力するパワーコンディショナを備えている。また、蓄電池を有するパワーコンディショナは、余剰電力を蓄電池に充電し、太陽光パネルが発電しない時間に蓄電池に蓄電された電力を交流電力に変換して出力する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８－０９８８２０号公報

ところで、蓄電池は、充電量（蓄電量）により内部抵抗値が変化し、その内部抵抗値に応じて損失が生じる。内部抵抗値が高い領域で充電すると、太陽光パネルによって発電したエネルギーを効率よく活用できないという問題があった。

本開示の目的は、太陽光パネルによって発電したエネルギーの効率よい活用を可能としたパワーコンディショナを提供することにある。

本開示の一態様であるパワーコンディショナは、太陽光パネルの発電電力を変換して直流高圧バスに出力するＰＶコンバータと、前記直流高圧バスの電力を交流電力に変換して系統電力線に出力するインバータと、前記直流高圧バスに対して充放電可能とした蓄電池と、前記ＰＶコンバータと前記インバータとを制御するとともに、前記蓄電池への充電電流を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記蓄電池の蓄電量が第１閾値未満のときは第１電流値の充電電流にて前記蓄電池を充電し、前記蓄電量が第１閾値以上のときには前記第１電流値より大きな第２電流値の充電電流にて前記蓄電池を充電する。

この構成によれば、蓄電池の蓄電量が第１閾値未満のときに蓄電池に対する充電電流を第１電流値とすることで、蓄電池の内部抵抗による内部抵抗損失を低減し、太陽光パネルの発電電力、つまり太陽光パネルによって発電したエネルギーを効率よく活用できる。

上記のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、前記太陽光パネルの発電電力と前記交流電力にて動作する電気機器の消費電力との差の余剰電力が発生する期間のうち、前記余剰電力が終了するタイミングに合わせて前記蓄電池を満充電とするように前記充電電流を制御することが好ましい。

この構成によれば、電気機器の消費電力よりも太陽光パネルの発電電力が小さくなって充電池からの放電電力が必要になるときに蓄電池が満充電であるため、自然放電による放電が少なく、蓄電池の蓄電電力を効率よく利用できる。

上記のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、前記蓄電量が前記第１閾値より大きい第２閾値以上のときには、前記第２電流値より小さい第３電流値の充電電流にて前記蓄電池を充電するとともに、前記太陽光パネルの発電電力と前記交流電力にて動作する電気機器の消費電力との差の余剰電力が発生する期間のうち、前記余剰電力が終了するタイミングに合わせて前記蓄電池を満充電とするように前記第３電流値を設定することが好ましい。

上記のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、前記パワーコンディショナの設置場所の位置データと日付データとに基づいて、前記余剰電力が発生する期間のうち、前記発電電力が前記消費電力より小さくなり前記余剰電力が終了する発生終了時刻を求め、前記発生終了時刻に前記蓄電池を満充電とするように前記充電電流を制御することが好ましい。

この構成によれば、太陽光パネルとパワーコンディショナの設置位置に応じて放電電力が必要になるときに蓄電池を満充電とすることができ、蓄電池の蓄電電力を効率よく利用できる。

上記のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、前記設置場所の天候データを外部から受信し、前記天候データに基づいて、前記充電電流を制御することが好ましい。

この構成によれば、設置場所の天候による影響を低減することができる。

上記のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、前記交流電力にて動作する電気機器による消費電力の変動を検出し、前記負荷に応じて前記充電電流を制御することが好ましい。

上記のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、前記交流電力にて動作する電気機器による消費電力の変動を検出し、前記充電電流を維持するように前記インバータを制御することが好ましい。

上記のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、前記蓄電池の温度を取得し、前記温度が所定温度未満のときに前記蓄電池に対する充電電流を供給しないことが好ましい。

また、別の開示のパワーコンディショナは、太陽光パネルの発電電力を変換して直流高圧バスに出力するＰＶコンバータと、前記直流高圧バスの電力を交流電力に変換して系統電力線に出力するインバータと、前記直流高圧バスに対して充放電可能とした蓄電池と、前記ＰＶコンバータと前記インバータとを制御するとともに、前記蓄電池への充電電流を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、所定値の前記充電電流にて前記蓄電池を充電し、前記蓄電池の蓄電量が所定値を超えると所定値の充電電圧にて前記蓄電池を充電する定電流定電圧制御を行うとともに、前記太陽光パネルの発電電力と前記電気機器の消費電力との差の余剰電力が発生する期間のうち、前記余剰電力が終了するタイミングに合わせて前記蓄電池を満充電とするように前記充電電流の前記所定値を設定する。

この構成によれば、電気機器の消費電力よりも太陽光パネルの発電電力が小さくなって充電池からの放電電力が必要になるときに蓄電池が満充電であるため、自然放電による放電が少なく、蓄電池の蓄電電力を効率よく利用できる。また、このように設定される充電電流は、蓄電池の定格に応じた充電電流に比べて小さいため、蓄電池の内部抵抗による内部抵抗損失を低減し、太陽光パネルによって発電したエネルギーを効率よく活用できる。

上記のパワーコンディショナは、前記直流高圧バスと前記蓄電池との間に接続された双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを備え、前記制御部は、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを制御することにより前記蓄電池に対する充電電流を制御することが好ましい。

この構成によれば、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータの制御により蓄電池に対する充電電流を容易に制御できる。

上記のパワーコンディショナにおいて、前記蓄電池は前記直流高圧バスに直接接続され、前記系統電力線には、前記交流電力を消費する電気機器が接続され、前記蓄電池は、前記太陽光パネルの発電電力と前記電気機器の消費電力との差の余剰電力による前記充電電流により充電し、前記制御部は、前記インバータを制御して前記充電電流を制御することが好ましい。

この構成によれば、インバータの制御により、蓄電池に対する充電電流を容易に制御できる。

本開示の一態様によれば、太陽光パネルによって発電したエネルギーの効率よい活用を可能としたパワーコンディショナを提供することができる。

パワーコンディショナのブロック回路図。第１実施形態の発電量、負荷量、蓄電量を示す波形図。第１実施形態の発電量、負荷量、蓄電量を示す波形図。第１実施形態の発電量、負荷量、蓄電量を示す波形図。蓄電量と内部抵抗の関係を示す特性図。温度と内部抵抗の関係を示す特性図。第２実施形態の発電量、負荷量、蓄電量を示す波形図。変更例のパワーコンディショナを示すブロック回路図。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態を説明する。

図１に示すように、本実施形態の太陽光発電システム１０は、太陽光パネル１１と、太陽光パネル１１に接続されたパワーコンディショナ１２とを有している。太陽光発電システム１０は、例えば一般家庭に設置される。パワーコンディショナ１２は、図示しない分電盤等を介して一般家庭の系統電力線１３に接続され、系統電力線１３は商用電力系統１４に接続されている。商用電力系統１４は、電力会社が電力を伝送する配電系統である。系統電力線１３には、屋内負荷として電気機器（単に「機器」と表記）１５が接続される。電気機器１５は、分電盤を介して屋内に敷設された電力線又は屋内に設置されたコンセント（アウトレット）に接続されるものである。電気機器１５は、例えば、照明、テレビ、冷蔵庫、洗濯機、空気調和機、電子レンジ、等の電気機器である。なお、太陽光発電システム１０は、商業施設や工場等に設置されてもよい。

パワーコンディショナ１２は、太陽光パネル１１にて発電した直流電力を交流電力に変換して出力する。そして、パワーコンディショナ１２は、太陽光パネル１１と商用電力系統１４とを連系又は解列する。

パワーコンディショナ１２は、ＰＶコンバータ２１、インバータ２２、フィルタ２３、系統連系リレー（単に「リレー」と表記）２４、ＤＣ－ＤＣコンバータ２５、整流器２６、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７、蓄電池２８、制御部２９を有している。ＰＶコンバータ２１とインバータ２２は、直流高圧バス３０を介して互いに接続されている。

ＰＶコンバータ２１は、制御部２９によって制御される昇圧チョッパ回路であり、平滑用コンデンサを含む。ＰＶコンバータ２１は、太陽光パネル１１から入力される直流電圧を昇圧するとともに平滑化して直流高圧バス３０に出力する。ＰＶコンバータ２１は、スイッチング素子を含む。制御部２９は、ＰＶコンバータ２１のスイッチング素子をオンオフする制御信号のパルス幅を、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）方式により調整する。そして、制御部２９は、ＰＶコンバータ２１から所望の出力電力が直流高圧バス３０に出力されるように、ＰＶコンバータ２１を制御する。

インバータ２２は、制御部２９からの制御信号によって動作する直流交流変換回路である。インバータ２２は、直流高圧バス３０の直流電力を、商用電力系統１４と連系可能な交流電力に変換する。その変換後の交流電力は、フィルタ２３と系統連系リレー２４を介して系統電力線１３に出力される。インバータ２２はスイッチング素子を含む。制御部２９は、商用電力系統１４と同期する周波数の制御信号を出力するとともに、その制御信号のパルス幅を例えばＰＷＭ方式によって調整し、スイッチング素子を駆動する。制御信号のパルス幅により、インバータ２２の出力電力が変更される。つまり、制御部２９は、インバータ２２を制御することにより、所望の交流電力をインバータ２２から系統電力線１３に出力させる。また、インバータ２２は、商用電力系統１４の交流電力を直流電力に変換して直流高圧バス３０に出力する。制御部２９は、交流電力と同様に、制御信号によってインバータ２２が含む複数のスイッチング素子のオンオフを制御し、所望の直流電力をインバータ２２から直流高圧バス３０に出力させる。フィルタ２３は、インバータ２２から出力される交流電力の高周波成分を低減する。

ＤＣ－ＤＣコンバータ２５は、例えば降圧回路であり、制御部２９の動作電圧を出力する。ＤＣ－ＤＣコンバータ２５は、直流高圧バス３０の直流電圧、又は整流器２６から供給される直流電圧を、制御部２９の動作に適した直流電圧に変換する。制御部２９は、ＤＣ－ＤＣコンバータ２５から供給される直流電圧に基づいて動作し、ＰＶコンバータ２１、インバータ２２、系統連系リレー２４を制御する。系統連系リレー２４は、例えば常開型の電磁継電器であり、制御部２９は制御信号によって系統連系リレー２４の閉状態と開状態とを制御する。系統連系リレー２４は、インバータ２２に対して系統電力線１３、つまり電気機器１５、商用電力系統１４を接離する。太陽光発電システム１０は、系統連系リレー２４の閉動作により商用電力系統１４と連系し、系統連系リレー２４の開動作により解列する。

本実施形態の蓄電池２８は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７を介して直流高圧バス３０に接続されている。

蓄電池２８は、充放電可能とされた電池である。蓄電池２８は、例えばリチウムイオン電池である。

双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７は、例えば昇降圧回路であり、直流高圧バス３０の直流電力を、蓄電池２８に充電する直流電力に変換する。また、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７は、蓄電池２８から放電される直流電力を、直流高圧バス３０に応じた電圧の直流電力に変換する。双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７は、スイッチング素子を含む。制御部２９は、スイッチング素子をオンオフ駆動する制御信号を出力するとともに、その制御信号のパルス幅を例えばＰＷＭ方式によって調整する。制御信号によりスイッチング素子がオンオフすることにより、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７は、直流高圧バス３０の直流電力を蓄電池２８の充電電力に変換する、または蓄電池２８から放電電力を直流高圧バス３０に対応する直流電力に変換する。

蓄電池２８は、バッテリ管理部（ＢＭＵ：バッテリマネジメントユニット）２８ａを有している。バッテリ管理部２８ａは、蓄電池２８の蓄電量を算出する。また、バッテリ管理部２８ａは、蓄電池の温度を検出する。蓄電池２８の蓄電量は、蓄電池２８のＳＯＣ（State of Charge）で示される。なお、蓄電池２８の蓄電量は、例えば蓄電池２８の端子間電圧値で示されてもよい。バッテリ管理部２８ａは、蓄電量、温度、等を含む検出信号を出力する。

制御部２９は、例えばＣＰＵ３１、メモリ３２、周辺回路３３を備え、それらは内部バス３４を介して互いに接続されている。メモリ３２は、ＲＯＭ、ＲＡＭを含む。メモリ３２は、ＣＰＵ３１が実行する処理プログラム、処理に必要な各種のデータ、処理プログラムの実行により一時的に格納される各種のデータを記憶する。周辺回路３３は、ＣＰＵ３１が動作するための少なくとも１つの回路を含む。周辺回路３３に含まれる回路には、例えば制御部２９の動作のためのクロック信号を生成する回路、時刻を示すクロック回路、パワーコンディショナ１２に含まれる各種のセンサや蓄電池の検出信号を入力するインタフェース回路、インターネット等のパワーコンディショナ１２の外部と有線又は無線で通信する通信回路、等を含む。ＣＰＵ３１は、処理プログラムの実行に際して必要となる情報（データ）を読み出すために周辺回路３３に直接アクセスする、又は周辺回路３３からメモリ３２に格納された情報（データ）を読み出す。なお、メモリ３２に記憶される情報（データ）は、例えば周辺回路３３に接続される外部端末からメモリ３２に格納されるものを含む。

メモリ３２に記憶される情報（データ）は、太陽光発電システム１０の設置場所の位置情報、日付、時刻、太陽光パネル１１の機器情報、蓄電池２８の機器情報、等を含む。太陽光パネル１１の機器情報は、設置パネル数に応じた最大発電電力、等を含む。

制御部２９は、ＣＰＵ３１が処理プログラムを実行することにより、太陽光パネル１１の発電電力に基づいて系統電力線１３に交流電力を出力するよう、上記のＰＶコンバータ２１、インバータ２２を制御する。また、制御部２９は、太陽光パネル１１の発電電力と、系統電力線１３に接続された電気機器１５の消費電力との差である余剰電力に基づいて蓄電池２８を充電するように、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７、ＰＶコンバータ２１、インバータ２２を制御する。また、電気機器１５の消費電力が太陽光パネル１１の発電電力を上回るときに蓄電池２８の放電電力に基づく交流電力を系統電力線１３に出力するように、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７、インバータ２２を制御する。

太陽光パネル１１の発電電力は、ＰＶコンバータ２１の入力電圧及び入力電流により算出できる。制御部２９は、ＰＶコンバータ２１の入力側に設けられた電圧センサ４１及び電流センサ４２により検出した入力電圧及び入力電流に基づいて、太陽光パネル１１の発電電力を算出する。なお、ＰＶコンバータ２１の出力側に電圧センサ及び電流センサを設け、ＰＶコンバータ２１の出力電圧及び出力電流から太陽光パネル１１の発電電力を算出してもよい。電気機器５１の消費電力は、例えば電気機器１５が接続される図示しない分電盤に電力センサ５１を設け、その電力センサ５１により検出した電力量により消費電力を得ることができる。

蓄電池２８に対する充電制御について詳述する。

上述したように、制御部２９は、余剰電力に基づいて、蓄電池２８を充電する。余剰電力は、太陽光パネル１１の発電電力が電気機器１５の消費電力より大きいときに発生する。太陽光パネル１１は、日の出によって発電を開始し、日没で発電を終了する。制御部２９は、日の出時刻から日没時刻までの間において、余剰電力に基づいて蓄電池２８を充電するように、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７等を制御する。

図２の上段は、１日（２４時間）における発電電力Ｌ３１と消費電力Ｌ３２の変化の一例を示す。発電を開始した太陽光パネル１１の発電電力Ｌ３１が消費電力Ｌ３２より大きくなる時刻Ｔｓを、余剰電力が発生する発生開始時刻とし、発電電力Ｌ３１が消費電力Ｌ３２より小さくなる時刻Ｔｅを発生終了時刻とする。

制御部２９は、発生開始時刻Ｔｓから発生終了時刻Ｔｅまでの期間において、蓄電池２８を充電する充電制御を行う。例えば、制御部２９は、蓄電池２８に対する充電電流と充電電圧を管理する定電流定電圧充電（ＣＣＣＶ）方式によって、蓄電池２８を充電する。また、制御部２９は、管理した充電電流を蓄電池２８に供給する期間において、その充電電流を蓄電池２８の蓄電量に基づいて調整する。蓄電池２８に対する充電電流と充電電圧は、例えば双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７と蓄電池２８との間に設けた電流センサ４３と電圧センサ４４により得ることができる。

詳述すると、制御部２９は、蓄電池２８から蓄電量を取得する。本実施形態において、蓄電量は、蓄電池２８のＳＯＣで示される百分率である。制御部２９は、ＳＯＣが所定値未満のときに所定値未満の充電電流で蓄電池２８を充電し、ＳＯＣが所定値以上のときに所定値以上の充電電流で蓄電池２８を充電するように、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７を制御する。ＳＯＣを比較する所定値は、例えば第１閾値として制御部２９のメモリ３２に記憶される。第１閾値は、蓄電池２８の内部抵抗に応じて設定される。リチウムイオン電池は、蓄電量と温度に応じて内部抵抗の値が変化する。図５、図６は、リチウムイオン電池におけるＳＯＣ（蓄電量）、内部抵抗、温度の関係を示す。図５において、横軸はＳＯＣ、縦軸は内部抵抗の値である。図５に示す特性線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３は、この順番で蓄電池２８の温度が高いときの特性を示す。図６において、横軸は温度、縦軸は内部抵抗の値である。図６に示す特性線Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４は、この順番でＳＯＣが高いときの特性を示す。

図５の特性線Ｌ１１において、蓄電池２８の内部抵抗は、所定の温度において、ＳＯＣが低くなると急激に大きくなる。この特性線Ｌ１１の温度では、ＳＯＣが低い範囲では、内部抵抗が大きい。蓄電池２８の内部抵抗による損失は、「内部抵抗値×電流の２乗」となる。このため、制御部２９は、蓄電池２８のＳＯＣを取得し、そのＳＯＣが低い範囲において、蓄電池２８の充電電流を所定値未満とする。本実施形態において、ＳＯＣの低い範囲を、例えば「３０％未満」とする。つまり、第１閾値を「３０％」と設定する。

また、制御部２９は、蓄電池２８の１Ｃよりも小さい値、例えば０．２Ｃを所定値とし、この所定値未満の値（第１電流値、例えば０．１Ｃ）を充電電流の値とする。１Ｃは、公称容量値の容量を有するセルを定電流放電したときに１時間で放電終了となる電流値である。

図２の下段には、本実施形態による充電制御におけるＳＯＣ曲線Ｌ３３と、比較例のＳＯＣ曲線Ｌ３４を示す。

図２の下段に示すように、制御部２９は、ＳＯＣが第１閾値未満のとき、所定値未満の電流値を所定値より小さい第１電流値（例えば０．１Ｃ）とし、その第１電流値の充電電流にて蓄電池２８を充電するように双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７を制御する。充電電流の電流値を小さくすることにより、充電における内部抵抗損失を低減できる。また、充電電流の電流値を小さくすることにより、蓄電池２８の発熱量を低減できる。

そして、制御部２９は、ＳＯＣが第１閾値「３０％」以上になると、所定値より大きい第２電流値（例えば０．２５Ｃ）の充電電流にて蓄電池２８を充電するように双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７を制御する。

制御部２９は、蓄電池２８の端子間電圧が蓄電池２８の定格電圧値に等しくなると、蓄電池２８の端子間電圧を一定電圧とするように充電電流を制御する。充電電流は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７から蓄電池２８に向かう出力電流である。制御部２９は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７を制御することにより、充電電流を制御することになる。この定電圧充電により、蓄電池２８のＳＯＣは徐々に上昇し、満充電（ＳＯＣ＝１００％）となる。

本実施形態において、制御部２９は、上記した発生終了時刻Ｔｅまでに蓄電池２８を満充電とするように、充電電流を制御する。なお、発生終了時刻Ｔｅに蓄電池２８が満充電となるように充電電流を制御することが好ましい。なお、発生終了時刻Ｔｅにおいて蓄電池２８が満充電であればよく、発生終了時刻Ｔｅから所定の時間（例えば３０分程度）前までの範囲で満充電となっていればよい。

この場合、図２に示すように、蓄電池２８のＳＯＣが第１閾値より大きな第２閾値（例えば７０％）以上になると、充電電流の電流量を制御する。例えば、制御部２９は、ＳＯＣが第２閾値となる時刻Ｔ１１と発生終了時刻Ｔｅとの間の時間を算出し、その時間に応じて充電電流を第２電流値より小さい第３電流値とするように双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７を制御する。第３電流値の充電電流を蓄電池２８に供給するようにすることで、蓄電池２８における発熱量を抑制できる。また、発生終了時刻Ｔｅに蓄電池２８を満充電とすることにより、蓄電池２８を効率よく利用できる。

図２の下段に示す比較例のＳＯＣ曲線Ｌ３４は、蓄電池を０．２５Ｃの充電電流にて充電したときを示す。一般的に、蓄電池は、所定の充電時間内に満充電となるように定格に応じた値の充電電流にて充電されることが多い。この場合、蓄電池２８は、発電電力Ｌ３１が消費電力Ｌ３２より低くなる時刻（発生終了時刻Ｔｅ）よりもかなり早い時刻に満充電となる。蓄電池２８の蓄電量は、自然放電により減少する。太陽光発電システムでは、太陽光パネル１１による発電電力により電気機器１５を使用できなくなるときに、蓄電池２８からの放電電力によって電気機器１５を使用することに利点がある。従って、比較例のように、発生終了時刻Ｔｅよりもかなり早い時刻に満充電となると、発生終了時刻Ｔｅには、自然放電によって蓄電池の蓄電量が低下し、その蓄電量に応じた時間しか電気機器１５を使用することができない。一方、本実施形態では、発生終了時刻Ｔｅに蓄電池２８を満充電とするため、電気機器１５の使用時間は、蓄電量が低下しない分、比較例よりも長くなる。つまり、本実施形態の太陽光発電システム１０では、蓄電池２８をより効率よく利用できる。

蓄電池２８のＳＯＣは、電気機器１５を使用すること、つまり消費電力Ｌ３２にて示す消費電力により低下し、完全放電状態となる。蓄電池２８の完全放電状態は、ＳＯＣが０（％）又は０（％）に近い状態である。図２に示す例において、蓄電池２８は、２４時に完全放電状態となる。従って、蓄電池２８は、翌日における太陽光パネル１１の発電電力により、完全放電状態から充電される。

［余剰電力が発生する期間］
上述したように、余剰電力が発生する期間は、太陽光パネル１１の発電電力Ｌ３１が電気機器１５の消費電力Ｌ３２よりも大きい期間であり、日の出時刻よりも遅い時刻（発生開始時刻Ｔｓ）から、日没より早い時刻（発生終了時刻Ｔｅ）までの間である。日の出時刻と日没時刻は、標準時と比べ、太陽光発電システム１０の設置場所（例えば経度）、季節、等によって異なる。このため、制御部２９は、設置場所に係る位置データ、日付データ、消費電力データ、に基づいて、発生開始時刻と発生終了時刻を算出する。位置データは、例えば、周辺回路３３にＧＰＳ（Global Positioning System）受信器を含むことで、太陽光発電システム１０の設置場所の緯度・経度を算出できる。また、太陽光発電システム１０の設置時に、作業者が持つ外部端末からメモリ３２に設定されてもよい。

日付データは、カレンダーとしてメモリ３２に記憶される。現在時刻は、周辺回路３３に含まれるクロック回路、ＧＰＳ受信器にて受信した電波に基づいて算出した時刻、またはインターネットにより受信した時刻、等を用いることができる。

制御部２９は、位置データと日付データとにより、太陽光パネル１１が発電を開始する時刻と発電が終了する時刻とを得る。消費電力データは、平均的な家庭における消費電力のデータを消費電力データとして用いることができる。また、太陽光発電システムを設置した家庭に設置した電気機器１５の種類や数によって消費電力データが補正されてもよい。また、日付データに基づいて曜日毎の消費電力データがメモリ３２に記憶されてもよい。また、標準的な消費電力データと、日付、曜日に応じた補正データとをメモリ３２に記憶し、標準的な消費電力データと補正データとによりその日の消費電力データを算出するようにしてもよい。

制御部２９は、発電開始時刻、発電終了時刻、消費電力データに基づいて、発生開始時刻Ｔｓと発生終了時刻Ｔｅとを算出する。そして、制御部２９は、上述の第１電流値、第２電流値、第３電流値を設定する。例えば、夏季と比べ冬季は外気温が低く、蓄電池２８の温度が低いため、内部抵抗値が高くなる。したがって、夏季と比べて冬季において第１電流値を小さくすることで、内部抵抗損失を低減できる。また、冬季と比べ夏季では、発生開始時刻Ｔｓから発生終了時刻Ｔｅまでの時間が長い。従って、第２電流値を上述の１Ｃよりも小さくすることで、蓄電池２８の発熱量を抑制できる。なお、蓄電池２８の温度が所定値（例えば１０℃）以下の場合、制御部２９は、蓄電池２８に対する充電電流を供給しないように双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７を制御する。これにより、低温時において蓄電池２８に与える影響を低減できる。

太陽光パネル１１における発電電力は、季節や天候によって異なり、発生開始時刻Ｔｓ、発生終了時刻Ｔｅが変化する。このため、制御部２９は、設置場所に係る天候データを、例えばインターネットを介して取得する。制御部２９は、天候データに基づいて発生開始時刻Ｔｓと発生終了時刻Ｔｅとを算出する。そして、制御部２９は、上述の第１電流値、第２電流値、第３電流値を設定することで、蓄電池を満充電とすることができる。

［消費電力の変動］
制御部２９は、電気機器１５における消費電力量に基づいて、蓄電池２８に対する充電電流を制御することもできる。電気機器１５における消費電力量は、図３に示すように、平均的な消費電力データに対して、一時的に変動する場合がある。一時的な消費電力の増加によって、余剰電力が少なくなる。この場合、制御部２９は、蓄電池２８に対する充電電流を小さくして一時的な消費電力の増加に対応する。これにより、ＳＯＣの上昇は緩やかになる。そして、ＳＯＣが第２閾値以上となるタイミング、または一時的な消費電力の増加がなくなると、制御部２９は、第３電流値を制御する、例えば図２に示す例と比べて多くすることにより、発生終了時刻Ｔｅまでに蓄電池２８を満充電とすることができる。

また、制御部２９は、一時的な消費電力の増加によって余剰電力が少なくなった場合に、充電電流を維持するようにインバータ２２を制御してもよい。つまり、充電電流を維持するために、パワーコンディショナ１２から系統電力線１３に供給する交流電流を減少させてもよい。これにより、消費電力が一時的に増加しても、充電能力の低下を抑制できる。

［発電電力の変動］
太陽光パネル１１は、日射量によって発電電力が変化する。例えば、日光を透しにくい厚い雲が太陽光パネル１１に対する日射を遮る場合がある。この場合、図４に示すように、発電量が一時的に低下し、余剰電力が少なくなる。この場合、制御部２９は、蓄電池２８に対する充電電流を小さくして系統電力線１３に供給する交流電力を確保する。これにより、ＳＯＣの上昇は緩やかになる。そして、制御部２９は、第３電流値を制御する、例えば図２に示す例と比べて多くすることにより、発生終了時刻Ｔｅまでに蓄電池２８を満充電とすることができる。

以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。

（１－１）パワーコンディショナ１２は、太陽光パネル１１の発電電力を変換して直流高圧バス３０に出力するＰＶコンバータ２１と、直流高圧バス３０の電力を交流電力に変換して系統電力線１３に出力するインバータ２２と、直流高圧バス３０に対して充放電可能とした蓄電池２８と、ＰＶコンバータ２１とインバータ２２とを制御するとともに、蓄電池２８への充電電流を制御する制御部２９と、を備える。制御部２９は、蓄電池２８の蓄電量が第１閾値未満のときは第１電流値の充電電流にて蓄電池２８を充電し、蓄電量が第１閾値以上のときには第１電流値より大きな第２電流値の充電電流にて蓄電池２８を充電する。この構成によれば、蓄電池２８の蓄電量が第１閾値未満のときに蓄電池２８に対する充電電流を第１電流値とすることで、蓄電池２８の内部抵抗による内部抵抗損失を低減し、太陽光パネルによって発電したエネルギーを効率よく活用できる。

（１－２）制御部２９は、太陽光パネルの発電電力と電気機器１５の消費電力との差の余剰電力が発生する期間のうち、余剰電力が終了するタイミングに合わせて蓄電池２８を満充電とするように充電電流を制御する。この構成によれば、電気機器１５の消費電力よりも太陽光パネルの発電電力が小さくなって充電池からの放電電力が必要になるときに蓄電池２８が満充電であるため、自然放電による放電が少なく、蓄電池２８の蓄電電力を効率よく利用できる。

（１－３）制御部２９は、蓄電量が第２閾値以上のときには、第３電流値の充電電流にて蓄電池２８を充電するとともに、太陽光パネルの発電電力と電気機器１５の消費電力との差の余剰電力が発生する期間のうち、余剰電力が終了するタイミングに合わせて蓄電池２８を満充電とするように第３電流値を設定する。この構成によれば、電気機器１５の消費電力よりも太陽光パネルの発電電力が小さくなって充電池からの放電電力が必要になるときに蓄電池２８が満充電であるため、自然放電による放電が少なく、蓄電池２８の蓄電電力を効率よく利用できる。

（１－４）制御部２９は、パワーコンディショナの設置場所の位置データと日付データとに基づいて、余剰電力が発生する期間として、太陽光パネルの発電電力が電気機器１５の消費電力より大きくなり余剰電力が発生する発生開始時刻と、発電電力が消費電力より小さくなり余剰電力が終了する発生終了時刻とを求め、発生終了時刻に蓄電池２８を満充電とするように充電電流を制御する。この構成によれば、太陽光パネルとパワーコンディショナの設置位置に応じて放電電力が必要になるときに蓄電池２８を満充電とすることができ、蓄電池２８の蓄電電力を効率よく利用できる。

（１－５）制御部２９は、設置場所の天候データを外部から受信し、天候データに基づいて、充電電流を制御する。この構成によれば、設置場所の天候による影響を低減することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態を説明する。

なお、この第２実施形態において、制御部２９による充電電流の制御が第１実施形態と異なる。このため、この第２実施形態における構成要素の説明を省略し、制御部２９による充電電流の制御について説明する。

制御部２９は、蓄電池２８に対する定電流制御において充電電流を一定とするとともに、発生開始時刻Ｔｓと発生終了時刻Ｔｅとに基づいて、発生終了時刻Ｔｅに蓄電池２８を満充電（ＳＯＣ＝１００％）とするように、１つの電流値を算出する。制御部２９は、算出した１つの電流値の充電電流を蓄電池２８に供給するように、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７を制御する。これにより、図７の下段に示すように、本実施形態におけるＳＯＣ曲線Ｌ３３は、一定の傾きで上昇した後、定電圧制御により、発生終了時刻Ｔｅに１００［％］となる。従って、発生終了時刻Ｔｅに蓄電池２８を満充電とすることにより、蓄電池２８の蓄電電圧を効率よく利用できる。

また、蓄電池２８に供給する充電電流の電流値は、比較例のＳＯＣ曲線Ｌ３４と比べて傾きが緩やかであり、充電電流の電流値は比較例よりも小さい。従って、完全放電状態の蓄電池２８に対する充電開始時における内部抵抗損失を低減できる。また、充電電流の電流値が定格に応じた充電電流にて充電する場合よりも小さいため、蓄電池２８の発熱量を低減できる。

（２－１）本実施形態の制御部２９は、蓄電池２８に対する定電流制御において充電電流を一定とするとともに、発生開始時刻Ｔｓと発生終了時刻Ｔｅとに基づいて、発生終了時刻Ｔｅに蓄電池２８を満充電（ＳＯＣ＝１００％）とするように、１つの電流値を算出する。このように、発生終了時刻Ｔｅに蓄電池２８を満充電とすることにより、蓄電池２８の蓄電電圧を効率よく利用できる。

（２－２）蓄電池２８に供給する充電電流の電流値は、比較例のＳＯＣ曲線Ｌ３４と比べて傾きが緩やかであり、充電電流の電流値は比較例よりも小さい。従って、完全放電状態の蓄電池２８に対する充電開始時における内部抵抗損失を低減できる。また、充電電流の電流値が定格に応じた充電電流にて充電する場合よりも小さいため、蓄電池２８の発熱量を低減できる。

（変更例）
尚、上記各実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。上記各実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・図８に示すように、蓄電池２８が直流高圧バス３０に直接接続されていてもよい。この場合、図１に示す双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ２７が省略される。蓄電池２８に対する充電電流は、ＰＶコンバータ２１の出力電力と、インバータ２２の出力電力との差により制御できる。つまり、制御部２９は、上記の実施形態と同様の充電電流を蓄電池２８に供給するように、ＰＶコンバータ２１とインバータ２２のうち少なくともインバータ２２を制御する。

・パワーコンディショナ１２に対して外部の蓄電池が接続されてもよい。制御部２９は、外部の蓄電池の有無を検出し、その外部の蓄電池のＳＯＣに基づいて、外部の蓄電池に対する充電電流を制御するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、発生開始時刻Ｔｓと発生終了時刻Ｔｅとにより充電電流の電流値を設定したが、その他の時刻により充電電流の電流値を設定してもよい。例えば、充電開始時刻と充電終了時刻とを、充電開始を指示した時刻や、タイマ等によって設定された時刻、等としてもよい。充電開始時刻は、余剰電力が十分に生じている時刻が好ましい。充電終了時刻は、上記した発生終了時刻Ｔｅが好ましい。例えば、メモリ３２に記憶したデータ等に基づいてその日の発生終了時刻Ｔｅを算出し、タイマ等によって設定された時刻と発生終了時刻Ｔｅとに基づいて充電電流の電流量を設定する。これにより、太陽光パネル１１の発電電力を効率よく活用でき、また蓄電池２８の蓄電電力を効率よく利用できる。

１０太陽光発電システム
１１太陽光パネル
１２パワーコンディショナ
１３系統電力線
１４商用電力系統
１５電気機器
２１ＰＶコンバータ
２２インバータ
２３フィルタ
２４系統連系リレー
２５ＤＣ－ＤＣコンバータ
２６整流器
２７双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ
２８蓄電池
２８ａバッテリ管理部
２９制御部
３０直流高圧バス
３１ＣＰＵ
３２メモリ
３３周辺回路
３４内部バス
４１電圧センサ
４２電流センサ
４３電流センサ
４４電圧センサ
５１電力センサ
Ｌ１１～Ｌ１３特性線
Ｌ２１～Ｌ２４特性線
Ｌ３１発電電力
Ｌ３２消費電力
Ｌ３３ＳＯＣ曲線
Ｌ３４ＳＯＣ曲線
Ｔ１１時刻
Ｔｓ発生開始時刻
Ｔｅ発生終了時刻

Claims

太陽光パネルの発電電力を変換して直流高圧バスに出力するＰＶコンバータと、
前記直流高圧バスの電力を交流電力に変換して系統電力線に出力するインバータと、
前記直流高圧バスに対して充放電可能とした蓄電池と、
前記ＰＶコンバータと前記インバータとを制御するとともに、前記蓄電池への充電電流を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記蓄電池の蓄電量が第１閾値未満のときは第１電流値の充電電流にて前記蓄電池を充電し、前記蓄電量が第１閾値以上のときには前記第１電流値より大きな第２電流値の充電電流にて前記蓄電池を充電し、
前記制御部は、前記蓄電量が第１閾値より大きい第２閾値以上のときには、前記第２電流値より小さい第３電流値の充電電流にて前記蓄電池を充電するとともに、前記太陽光パネルの発電電力と前記交流電力にて動作する電気機器の消費電力との差の余剰電力が発生する期間のうち、前記余剰電力が終了するタイミングに合わせて前記蓄電池を満充電とするように前記第３電流値を設定する、
パワーコンディショナ。
前記制御部は、前記余剰電力が発生する期間のうち、前記余剰電力が終了するタイミングに合わせて前記蓄電池を満充電とするように前記充電電流を制御する、
請求項１に記載のパワーコンディショナ。
前記制御部は、前記パワーコンディショナの設置場所の位置データと日付データとに基づいて、前記余剰電力が発生する期間のうち、前記発電電力が前記消費電力より小さくなり前記余剰電力が終了する発生終了時刻を求め、前記発生終了時刻に前記蓄電池を満充電とするように前記充電電流を制御する、
請求項１又は２に記載のパワーコンディショナ。
前記制御部は、前記パワーコンディショナの設置場所の天候データに基づいて、前記充電電流を制御する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
前記制御部は、前記消費電力の変動を検出し、前記消費電力に応じて前記充電電流を制御する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
前記制御部は、前記消費電力の変動を検出し、前記充電電流を維持するように前記インバータを制御する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
前記制御部は、前記蓄電池の温度を取得し、前記温度が所定温度未満のときに前記蓄電池に対する充電電流を供給しない、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
前記直流高圧バスと前記蓄電池との間に接続された双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを備え、
前記制御部は、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを制御することにより前記蓄電池に対する充電電流を制御する、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
前記蓄電池は前記直流高圧バスに直接接続され、
前記系統電力線には、前記交流電力を消費する電気機器が接続され、
前記蓄電池は、前記余剰電力による前記充電電流により充電し、
前記制御部は、前記インバータを制御して前記充電電流を制御する、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。