JPH0511428B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 この発明は、太陽光を受けて発電する太陽電池
の出力を交流電力に変換する太陽光発電制御装置
に関するものであり、特に、日射量の変動に応じ
て効率的な制御運転を図り得るように改善した太
陽光発電制御システムに関するものである。 従来技術 従来より、太陽電池の出力をインバータを介し
て負荷系統に電力供給を行なう場合、太陽電池に
よる余剰電力を充電したり、不足電力に対して放
電を行なつたりするための蓄電池を制御する充放
電制御手段を設け、これにより負荷系統への電力
供給を図るように運転される太陽光発電制御装置
が普及している。 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、太陽電池は本当該発電日の天候
状態、特に日射量の変動に大きく影響されるの
で、単に充放電可能な蓄電池を設けるような手段
が付加された程度では安定したかつ効率の良い電
力供給を行なうことができないという問題点があ
つた。 問題点を解決するための手段 第１図に示すように、太陽電池１の当該発電日
における天候状態を、天候変動パターン選択手段
１１にて例えば早朝の天気予報等に基づき予め設
定された各種の天候パターンから一つを選択し、
この選択された天候パターンから発電可能パター
ン選択手段１５にてインバータ２，３，４の稼動
パターンを選択し、この稼動パターンに応じて、
インバータ２，３，４による交流電力への変換を
行なうと共に、太陽電池１の出力がインバータ
２，３，４により変換された交流電力の使用可能
な電力である予定使用電力に対して過不足を生じ
た場合には、その過不足に応じて充放電制御手段
６による蓄電池８の充放電の制御に行ないつつ、
負荷系統５に対する太陽光発電の効率的かつ安定
な運転を図るように構成したものである。 作 用 当該発電日の一つの天候パターンが選択される
と、これに応じて一つの稼動パターンが選択され
て、太陽電池の出力を交流電力に変換するインバ
ータの稼動パターンが自動的に設定され、太陽電
池の出力のインバータの予定使用電力に対する余
剰電力は蓄電池に適宜充電されるとともに、不足
電力が生じたような場合は蓄電池からインバータ
を介して負荷系統へ適宜放電される。 実施例 以下この発明を図面に基づいて説明する。 第２図に示すように太陽電池１はその出力側に
第一、第二及び第三の３台のインバータ２，３，
４を有しており、各インバータ２，３，４の出力
側には電力供給用の負荷系統５が連なつている。
また、各インバータ２，３，４の入力側には充放
電制御装置６の出力側が接続されており、この充
放電制御装置６は各インバータ２，３，４の出力
側に設けられた電力検出用変流器７に接続されて
いる。さらに、この充放電制御装置６には蓄電池
８及び蓄電池モニタ９が接続されていて、一方、
太陽電池１の近傍には日射量を計測する日射計１
０が設けられている。 第３図は第２図に示された各信号S₁〜S₁₂との
関係を示すものであり、日射計１０からの日射信
号S₁は天候変動パターン選択手段１１に供給され
るとともに、第一乃至第三のインバータ稼動手段
１２，１３，１４にそれぞれ供給されている。そ
して、天候変動パターン選択手段１１の出力は発
電可能パターン選択手段１５に供給され、この発
電可能パターン選択手段１５の出力は各インバー
タ稼動手段１２，１３，１４にそれぞれ供給され
ていて、各稼動手段１２，１３，１４からはそれ
ぞれ第一、第二及び第三のインバータ稼動指令信
号S₂，S₃，S₄が各インバータ２，３，４に供給さ
れている。なお、太陽電池１の出力信号S₅は各イ
ンバータ稼動手段１２，１３，１４にそれぞれ供
給されている。 ここで、天候変動パターン選択手段１１や発電
可能パターン選択手段１５あるいはこれらに関係
する各信号の制御手段等はマイクロコンピユータ
の機能手段を構成するものである。 また、各インバータ２，３，４からは第一、第
二及び第三の稼動検知信号S₆，S₇，S₈がそれぞれ
出力されていて、各稼動検知信号は稼動インバー
タ検出手段１６に供給されている。さらに、この
稼動インバータ検出手段１６の出力は充放電制御
信号発生手段１７に供給されており、この充放電
制御信号発生手段１７からは上限電力指令信号S₉
及び下限電力指令信号S₁₀が発生し、この両信号
は第２図に示す充放電制御装置６にそれぞれ供給
されている。ここで、充放電制御装置６には蓄電
池モニタ９が接続されているが、この蓄電池モニ
タ９からは残容量検出信号S₁₁が出力されていて、
この残容量検出信号S₁₁は第一、第二及び第三の
インバータ稼動手段１２，１３，１４にそれぞれ
供給されているとともに、充放電許可制御手段１
８に供給されている。そして、この充放電許可制
御手段１８からの充放電指令信号S₁₂は上述の充
放電制御装置６に供給されている。 なお、第３図において、１９は各手段の動作の
タイムベースを決めるためのクロツク手段であ
り、２０は各手段の作動状況を検出するための作
動状況検出手段であり、２１はこの作動状況検出
手段２０の出力に基づいて記録する記録計であ
る。 次に、第４図及び第５図並びに第１表及び第２
表を参照しながらこの実施例に係る装置の作動に
つき説明する。 まず、所望の天候パターンを選択するために、
例えば第４図に示すように、装置の運転開始によ
り記録計２１が日射計１０の日射信号S₁を記録し
始め日射量変化曲線Ｈが得られることにより、装
置の運転開始時点Ts｛日の出後のある時刻（例え
ば午前７時）｝から天候予測時点To（例えば午前
９時）｝までの一定時間内における平均日射量が
演算され、この演算結果が例えば予め設定された
日射量上限値h₁または日射量下限値h₂に対して如
何なる関係にあるかが判断される。つまり、得ら
れた平均日射量が日射量上限値h₁を超えた領域
R₁にあるか、日射量上限値h₁と日射量下限値h₂
との間の領域R₂にあるか、あるいは日射量下限
値h₂に達しない領域R₃にあるかの判断がなされ、
これによりそれぞれに対応した天候パターンを選
択する。 ここで、天候パターンの選択についてより具体
的に説明すると、上述の如く演算された平均日射
量がいずれの領域に属するかにより、例えば過去
何年間かの天気予報の統計あるいは気象衛星によ
る綿密な気象データから第５図に示すように予め
設定された天候パターンとしての例れば晴パター
ンP_A、曇りパターンP_B、及び雨パターンP_Cのい
ずれか一つが選択されることとなる。この場合三
つの各パターンを四季に応じてさらにパターン化
し、後述するように例えば12通りの天候パターン
を設定するようにすれば年間を通じての日射量の
変動に十分対応し得るものとなる。なお、各天候
パターンP_A、P_B、P_Cは下記の第１表に示すよう
に天候予測時点Toでの天気予報に基づいても選
択することができる。

【表】 天候パターンが選択されるとインバータの稼動
パターン（この場合インバータの稼動台数）の選
択がなされる。ここで、例えば600KW級の太陽
光発電制御装置の場合、下記の第２表に示すよう
に、天候パターンに応じたインバータによる予定
使用電力の上限値及び下限値が各天候パターンに
応じてそれぞれ詳細に知られていることから、イ
ンバータの稼動パターンは各天候パターンに対応
して自ずと決定されることとなる。ここで、予定
使用電力とはインバータにより変換された交流電
力の使用可能な電力をいい、インバータの最大出
力と一致させても構わないが、一般的にはインバ
ータの最大出力よりも若干低い値に設定され、場
合によつては（殊に複数台のインバータが稼動す
る場合）第２表に示すように所定の範囲をもつて
設定されるものとする。

【表】

【表】 すなわち、天候予測時点Toにおいて天候パタ
ーンが選択されると、例えば春季の晴天日、曇天
日、及び雨天日には予定使用電力の上限値がそれ
ぞれ425KW、205KW、150KWであるので、第３
表に示すようにインバータは最大容量が例えば
175KWのものをそれぞれ三台、二台、一台とい
う具合に稼動させるようにすればよい。

【表】 こうして、天候パターン及び稼動パターンが選
択されたら所定のインバータが稼動を開始し、太
陽電池１による負荷系統５への電力供給が開始さ
れる。 例えば冬季の晴パターンの場合は第６図に示す
ように、装置の運転開始時にはまず、例えば
175KWの容量の第一のインバータ２が稼動を開
始し、天候パターン及び稼動パターンの選択によ
り天候予測時点To以後は第一のインバータ２に
加え175KWの容量の第二のインバータ３が稼動
を開始する。なお、装置の運転開始の時点Tsか
ら太陽電池１の出力が第一のインバータ２の最大
出力｛予定使用電力の下限値Pm（170KW）に近
い値｝を越える時点Txまでは太陽電池１の出力
のみに基づく電力供給は困難であるので、この場
合はその不足分（第６図でFaで示す部分）を蓄
電池８の放電による電力供給により補うようにす
る。 そして、時間の経過と共に日射量が増大し太陽
電池１の出力が第一及び第二のインバータ２，３
による予定使用電力の上限値Pa（300KW）を超
えた時点Ty以後には、その出力の余剰分（第６
図でFbで示す部分）は蓄電池８に充電される。 さらに時間が経過して日射量が減少するように
なり、太陽電池１の出力が予定使用電力の上限値
Paを下回るようになつた時刻Tz以後は蓄電池８
への充電は停止され、また、日射量がさらに減少
し太陽電池１の出力が予定使用電力の上限値Pa
を下回るようになつたら第二のインバータ３の稼
動は停止され（時刻Ty）、第一のインバータ２の
みが稼動されるようになる。そして、日没が近づ
いて太陽電池１の出力が予定使用電力の下限値
Pmを下回るようになつたら（時刻Tq）、その不
足分（第６図でFcで示す部分）は再び蓄電池８
の放電による電力供給により補い、蓄電池８の残
容量が例えば80％になつた時刻Tpで当日におけ
るシステムの運転を終了する。 なお、稼動パターンの選択は、例えば第７図に
示すような当該発電日において得られる予想全日
日射量変化曲線Haを基礎として得られる天候パ
ターンの選択に基づき行なうことも可能である。
すなわち、予想全日日射量変化曲線Haに対する
各インバータ２，３，４（インバータの稼動台数
は一定とする。）の起動開始設定時点t₁及び起動
停止予告設定時点t₀が決められ、換言すれば、当
該発電日における起動開始設定時点t₁での日射量
が稼動パターンに基づき予め設定された発電日射
量設定値h₃を超えたとき各インバータ２，３，４
の稼動がなされ、起動停止予定設定時点t₀以後で
の日程量が発電日射量設定値h₃を下回つたとき、
その時点t₂にて各インバータ２，３，４の稼動を
停止する。つまり、この場合はインバータの稼動
パターンはインバータの稼動時間に置き換えられ
る。 この場合、容量の大きなインバータを使用すれ
ばインバータは１つだけでよいことになる。 また、第７図において、時点t₁から時点₂まで
の期間においては上記と同様に制御が行なわれ
る。すなわち、太陽電池１の出力が予定使用電力
値以下の場合、蓄電池８から放電させて不足分を
補い、太陽電池１の出力がインバータの最大出力
以上となつた場合には、その余剰分を蓄電池８に
充電させる。 また、この場合、各インバータの起動開始また
は起動停止を決める稼動パターンは日射量に基礎
をおくように構成したが、各インバータ２，３，
４は直接的には太陽電池１の出力に支配されるも
のであるので、第８図に示すように予想全日出力
変化曲線P₀に対し起動開始設定時点t₁₀等が太陽
電池１の発電出力設定値h₄に基づきそれぞれ設定
されるように構成しても構わない。 このように、各インバータ２，３，４は天候パ
ターンの選択によりその稼動パターンが定められ
る訳であるが、より具体的には発電可能パターン
選択手段１５の指令に基づき第一乃至第三のイン
バータ稼動装置１２，１３，１４からそれぞれ発
生する第一乃至第三のインバータ稼動指令信号
S₂，S₃，S₄を受けてその起動または停止の可否が
決められる。また、各インバータ２，３，４から
はそれぞれ稼動検知信号S₆，S₇，S₈が発せられて
稼動インバータ検出手段１６が各インバータ２，
３，４の稼動状況を検知（例えば各インバータの
うちいずれが稼動状態にあり、いずれが稼動停止
状態にあるかの検知）しており、この検知信号を
受けて充放電制御信号発生手段１７は当該発電日
における予定使用電力の上限値Paに対応する上
限電力指令信号S₉、及び予定使用電力の下限値
Pmに対応する下限電力指令信号S₁₀を発生し、両
指令信号S₉，S₁₀は充放電制御装置６に出力され
る。この充放電制御装置６は充放電許可制御手段
１８からの充放電指令信号S₁₂を受けているので、
蓄電池８は太陽電池１の発電電力の予定使用電力
に対する過不足に応じて、充電または放電が行な
われる。なお、蓄電池８には蓄電池モニタ９が設
けられているので、蓄電池８の残容量は絶えず監
視されており、過充電あるいは過充電の恐れはな
い。また、この実施例ではインバータを三台設け
ることとしたが、負荷系統５の状況や所要容量に
応じて適数台設けるようにすればよい。 発明の効果 以上のようにこの発明によれば、太陽電池によ
る発電を当該発電日における予測された天気情報
に基づき天候パターンを設定し、この天候パター
ンからインバータの稼動パターンを選択してイン
バータの稼動の制御を図るようにしたので、当該
発電日における天候変動の如何に拘らず常時安定
したかつ効率の良い電力供給を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図はこの発明に
係る装置のハード構成を示すブロツク図、第３図
は第２図のさらに詳細な構成を示すブロツク図、
第４図は天候パターンの選択を説明するためのグ
ラフ、第５図は天候パターンを説明するためのグ
ラフ、第６図は太陽光発電制御装置の運転の一例
を説明するグラフ、第７図は稼動パターンを説明
するためのグラフ、第８図は他の稼動パターンを
説明するためのグラフである。 １……太陽電池、２，３，４……インバータ、
５……負荷系統、８……蓄電池、１１……天候変
動パターン選択手段、１５……発電可能パターン
選択手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 太陽電池の出力を交流電力に変換する少なく
   とも一台のインバータを備え、該太陽電池の出力
   と該インバータにより変換された交流電力の使用
   可能な電力としての予定使用電力との間に生じる
   過不足を検知することにより、該太陽電池の出力
   の予定使用電力に対する余剰分を蓄電池に充電
   し、または該太陽電池の出力の予定使用電力に対
   する不足分を蓄電池から放電させるように制御を
   行なう充放電制御手段を有する太陽光発電制御装
   置において、 予め設定された各種の天候パターンから前記太
   陽電池による当該発電日の天候予測時点の天気情
   報に基づき一つの天候パターンを選択する天候変
   動パターン選択手段と、 該天候変動パターン選択手段により選択された
   天候パターンに対応したインバータの稼動パター
   ンを、予め前記天候パターンに対応して設定され
   たインバータの各種の稼動パターンから選択する
   発電可能パターン選択手段とを備えたことを特徴
   とする太陽光発電制御装置。 ２ インバータの稼動パターンは、所定容量のイ
   ンバータの稼動台数に対応するものである特許請
   求の範囲第１項記載の太陽光発電制御装置。 ３ インバータの稼動パターンは、日照時間に応
   じた所定容量のインバータの稼動時間に対応する
   ものである特許請求の範囲第１項記載の太陽光発
   電制御装置。