JPWO2017221851A1

JPWO2017221851A1 - 直流電力の切替制御装置および発電システム

Info

Publication number: JPWO2017221851A1
Application number: JP2018524059A
Authority: JP
Inventors: 茂福元; 順一中溝; 栄稔宮原; 秀一石原田
Original assignee: FUKUMOTOGIKEN CORPORATION CO.LTD; TRANS PACIFIC POWERS CORPORATION
Current assignee: FUKUMOTOGIKEN CORPORATION CO.LTD; TRANS PACIFIC POWERS CORPORATION
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2017-06-18
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2037-06-18
Also published as: JP7018649B2; WO2017221851A1

Abstract

太陽光パネル等の発電装置で発電された直流電力をパワーコンディショナーに送るにあたり、複数の発電ユニット毎に直流電力の送電を切替え制御できるようにした切替制御装置と発電システムを提供する。【課題】【解決手段】発電装置に含まれる発電ユニット毎に直流電力を送電する送電線を備える発電システムにおいて、各送電線121の途中に、発電ユニット毎に、電流値と電圧値を検出する電流センサ211と電圧センサ212、制御部220からの制御信号により発電ユニット毎に接続モードと開放モードと蓄電モードを切り替える切替スイッチ部を設ける。パワーコンディショナー300の規定容量に基づく作動値を設定し、検出された電流値と電圧値から算出される発電ユニット毎の直流電力の合計値を作動値と比較し、直流電力の合計値が作動値を上回るとき、制御部220が切替スイッチ部を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光パネルやその他の発電装置で発電された直流電力をパワーコンディショナーに送るにあたり、複数の発電ユニット毎に直流電力の送電を切替え制御するようにした直流電力の切替制御装置と、同切替制御装置を含む発電システムに関するものである。

発電装置、例えば太陽光パネルで発電された直流電力はパワーコンディショナーで交流電力に変換され、送電線を経由して家庭や事業所に送られ、電灯や機器等の各種負荷に利用されている。また一部の電力は商用系統を通じて電力会社に売電される等している。パワーコンディショナーは個々に容量が決まっており（家庭用タイプでは例えば４．５ｋｗ、５．５ｋｗなど、業務用タイプでは例えば１００ｋｗ、２５０ｋｗなど）、このため、通常は太陽光パネルの発電量（最大発電量）にあわせてパワーコンディショナーの容量を決定し、太陽光パネルを増設する場合はパワーコンディショナーを増設するか大容量タイプに交換する等している。

従来より、太陽光発電において、発電効率を高めるような制御方法が提案されている（特許文献１〜特許文献２参照）。

特開２０１４−１５８４０１号公報特開２０１０−２４５３２０号公報

しかしながら、パワーコンディショナーは上述のように一般に太陽光パネルの最大発電量に合わせて容量を決定しているところ、１年間を通して最大発電量が得られる日数は僅かしかなく、年間における曇天日や雨天日の多さ、あるいは日中における曇天や雨天の割合を含めると、年間を通したパワーコンディショナーの利用効率は低いままであり、パワーコンディショナーの容量に対して十分な電力の出力が得られていなかった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、太陽光パネルその他の発電装置で発電された直流電力をパワーコンディショナーに送るにあたり、複数の発電ユニット毎に直流電力の送電を切替え制御できる直流電力の切替制御装置と発電システムを提供することを目的とする。

本発明に係る直流電力の切替制御装置は、
複数の発電ユニットを備える発電装置と、発電ユニット毎に発電される直流電力を送電する複数の送電線を備える発電システムにおいて、
発電ユニット毎に発電される直流電力をパワーコンディショナーに送電するにあたり、
各送電線の途中に、発電ユニット毎に発電される直流電力の電流値を検出する電流センサと、発電ユニット毎に発電される直流電力の電圧値を検出する電圧センサと、制御部からの制御信号により発電ユニット毎に送電線を接続モードと開放モードのいずれかに切り替える切替スイッチ部をそれぞれ設け、
前記パワーコンディショナーの規定容量に基づいて作動値を設定し、前記電流センサによって検出された電流値と前記電圧センサによって検出された電圧値から算出される発電ユニット毎の直流電力の合計値を前記作動値と比較し、直流電力の合計値が作動値を上回るとき、前記制御部が、パワーコンディショナーに送電する直流電力の合計値が前記作動値を下回るように、一または複数の切替スイッチ部を接続モードから開放モードに切り替えることを第１の特徴とする。

本発明に係る直流電力の切替制御装置は、
一または複数の切替スイッチ部を接続モードから開放モードに切り替えた後、直流電力の合計値が再び作動値を上回るとき、前記制御部が、残りの切替スイッチ部のうち、一または複数の切替スイッチ部を接続モードから開放モードに切り替えることを第２の特徴とする。

本発明に係る直流電力の切替制御装置は、
直流電力の合計値が作動値を上回る毎に、予め設定された順序に従って切替スイッチ部を接続モードから開放モードに順次切り替えることを第３の特徴とする。

本発明に係る直流電力の切替制御装置は、
前記作動値は上作動値として設定され、当該上作動値とは別に下作動値を設定し、直流電力の合計値が下作動値を下回るとき、制御部が、開放モードに切り替わった切替スイッチ部を順次接続モードに切り替えることを第４の特徴とする。

本発明に係る直流電力の切替制御装置は、
各送電線の途中に発電ユニット毎に電流センサと電圧センサを設けずに、各送電線の途中に送電線毎に設けた切替スイッチ部の下流で合流し、パワーコンディショナーに向かう送電線の途中に、一組の電流センサと電圧センサを設けることを第５の特徴とする。

本発明に係る発電システムは、
複数の発電ユニットを備える発電装置と、発電ユニット毎に発電される直流電力を送電する複数の送電線を備える発電システムであって、前記第１から第５の特徴のいずれか一の切替制御装置を備えることを特徴とする。

本発明に係る直流電力の切替制御装置は、
複数の発電ユニットを備える発電装置と、発電ユニット毎に発電される直流電力を送電する複数の送電線と、各送電線から送電される直流電力を分岐して蓄電する蓄電装置を備える発電システムにおいて、
発電ユニット毎に発電される直流電力をパワーコンディショナーに送電しおよび／または蓄電装置に分岐して送電するにあたり、
各送電線の途中に、発電ユニット毎に発電される直流電力の電流値を検出する電流センサと、発電ユニット毎に発電される直流電力の電圧値を検出する電圧センサと、制御部からの制御信号により発電ユニット毎に送電線を接続モードと開放モードのいずれかに切り替える切替スイッチ部をそれぞれ設け、
各送電線から分岐して蓄電装置に向かう送電線の途中に、発電ユニット毎に分岐して送電される直流電力の電流値を検出する電流センサと、発電ユニット毎に分岐して送電される直流電力の電圧値を検出する電圧センサと、制御部からの制御信号により発電ユニット毎に分岐後の送電線を接続モードと開放モードのいずれかに切り替え可能な切替スイッチ部をそれぞれ設け、
前記パワーコンディショナーの規定容量に基づいて作動値を設定し、前記電流センサによって検出された電流値と前記電圧センサによって検出された電圧値から算出される発電ユニット毎の直流電力の合計値を前記作動値と比較し、直流電力の合計値が作動値を上回るとき、前記制御部が、パワーコンディショナーに送電する直流電力の合計値が前記作動値を下回るように、パワーコンディショナー側の一または複数の切替スイッチ部を接続モードから開放モードに切り替え、蓄電装置側の一または複数の切替スイッチ部を開放モードから接続モードに切り替えることを第６の特徴とする。

本発明に係る直流電力の切替制御装置は、
パワーコンディショナー側の一または複数の切替スイッチ部を接続モードから開放モードに切り替えると共に、蓄電装置側の一または複数の切替スイッチ部を開放モードから接続モードに切り替えた後、
直流電力の合計値が再び作動値を上回るとき、前記制御部が、パワーコンディショナー側の残りの切替スイッチ部のうち、一または複数の切替スイッチ部を接続モードから開放モードに切り替えると共に、蓄電装置側の残りの切替スイッチ部のうち、一または複数の切替スイッチ部を開放モードから接続モードに切り替えることを第７の特徴とする。

本発明に係る直流電力の切替制御装置は、
直流電力の合計値が作動値を上回る毎に、予め設定された順序に従って、パワーコンディショナー側の切替スイッチを接続モードから開放モードに順次切り替えると共に蓄電装置側の切替スイッチを開放モードから接続モードに順次切り替えることを第８の特徴とする。

本発明に係る直流電力の切替制御装置は、
前記作動値は上作動値として設定され、当該上作動値とは別に下作動値を設定し、直流電力の合計値が下作動値を下回るとき、制御部が、パワーコンディショナー側の開放モードに切り替わった切替スイッチ部を接続モードに順次切り替えると共に蓄電装置側の接続モードに切り替わった切替スイッチ部を開放モードに順次切り替えることを第９の特徴とする。

本発明に係る直流電力の切替制御装置は、
各送電線の途中に発電ユニット毎に電流センサと電圧センサを設けずに、各送電線の途中に送電線毎に設けた切替スイッチ部の下流で合流し、パワーコンディショナーに向かう送電線の途中に、一組の電流センサと電圧センサを設けることを第１０の特徴とする。

本発明に係る発電システムは、
複数の発電ユニットを備える発電装置と、発電ユニット毎に発電される直流電力を送電する複数の送電線と、各送電線から送電される直流電力を分岐して蓄電する蓄電装置を備える発電システムであって、前記第６から第１０の特徴のいずれか一の切替制御装置を備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によると、パワーコンディショナーの規定容量を超えることなく、同規定容量に近い高いレベルの直流電力を安定してパワーコンディショナーに送電することができるようになり、もってパワーコンディショナーの出力電力を高めて、家庭や事業所の負荷や商用系統に対する電力供給を高めることができるという効果を奏する。

また、本発明によると、発電装置で発電した直流電力を発電ユニット毎に細かく切替制御して、パワーコンディショナーと蓄電装置に分岐して送電できるようにしたから発電装置で発電した直流電力を無駄なく利用することができるという効果を奏する。

さらに、本発明によると、太陽光パネルやその他の発電装置の設置数や規模に関わらず、発電システムからの電力の出力量をコントロールできるので、国や電力会社に申請した発電量の上限を超えることなく、上限以下の安定した発電電力をパワーコンディショナーに対し送電できるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態を示すもので、直流電力の切替制御装置を含む発電システムの構成図、図１に示す切替制御装置における直流電力切替部の構成図、操作パネルを示す説明図、切替制御装置の作用を説明するための図、本発明の第２実施形態を示すもので、直流電力の切替制御装置を含む蓄電システム兼用の発電システムの構成図、図５に示す切替制御装置における直流電力切替部の構成図、本発明の第３実施形態を示すもので、直流電力の切替制御装置の構成図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

図１ないし図４は本発明の第１実施形態を示すもので、図１中、符号Ｓ１は発電システムを示している。

発電システムＳ１は、複数の発電装置（太陽電池アレイ）１００Ａ〜１００Ｃと、直流電力の切替制御装置２００を備えており、各発電装置１００Ａ〜１００Ｃで発電される直流電力をパワーコンディショナー３００に送電するようになっている。

発電装置１００Ａは既設の太陽電池アレイで、発電装置１００Ｂ、１００Ｃは増設の太陽電池アレイを示している。各発電装置１００Ａ〜１００Ｃは複数の太陽電池パネル（モジュール）を直列に接続してなる発電ユニット（ストリング）を複数備えている。図示例の場合、既設の発電装置１００Ａは２列の発電ユニット１１０Ａ１、１１０Ａ２、増設の発電装置１００Ｂは２列の発電ユニット１１０Ｂ１、１１０Ｂ２、増設の発電装置１００Ｃは２列の発電ユニット１１０Ｃ１、１１０Ｃ２を備えている。そして、本発電システムＳ１は、発電装置１００Ａ〜１００Ｃの合計発電電力、すなわち各発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２の最大発電電力の合計値がパワーコンディショナー３００の規定容量を上回るように設定されている。

既設の発電装置１００Ａは２列の発電ユニット１１０Ａ１、１１０Ａ２からそれぞれ送電線１２１が接続箱１３０を経由してまたは直接、切替制御装置２００に延びている。増設の発電装置１００Ｂは２列の発電ユニット１１０Ｂ１、１１０Ｂ２からそれぞれ送電線１２１が切替制御装置２００に延びている。増設の発電装置１００Ｃは２列の発電ユニット１１０Ｃ１、１１０Ｃ２からそれぞれ送電線１２１が切替制御装置２００に延びている。また、各発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２の各送電線１２１は切替制御装置２００から接続箱１３０を経由または経由せずに１本の送電線１２２に合流し、パワーコンディショナー３００に延びている。

直流電力の切替制御装置２００（以下、切替制御装置２００という）は、発電装置１００Ａ〜１００Ｃの発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２毎に発電された直流電力の送電を上下の作動値に基づき切替制御するもので、直流電力切替部２１０と制御部２２０と操作パネル２３０を備えている。また、切替制御装置２００は、インターネットに接続された図示しないサーバーや通信回線１３１を介して通信端末２４０と通信可能な通信部２５０を搭載しており、制御部２２０からの制御信号により、通信部２５０からインターネットを経由してサーバーに発電状況（電流値、電圧値）や切替状況をアップロードし、また、情報端末２４０に操作パネル２３０と同一の機能を搭載することで、通信端末２４０から遠隔操作し、あるいは前記発電状況や切替状況を通信端末２４０に受信可能である。

直流電力切替部２１０は、図２に示すように、各発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２に対応して、各送電線１２１の途中に、各送電線１２１を送られる直流電力の電流値を測定する電流センサ２１１と、直流電力の電圧値を測定する電圧センサ２１２と、切替スイッチ部２１３Ａ１、２１３Ａ２、２１３Ｂ１、２１３Ｂ２、２１３Ｃ１、２１３Ｃ２が設けられている。切替スイッチ部２１３Ａ１〜２１３Ｃ２は、制御部２２０からの上下の作動値に基づく制御信号により、各発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２毎に、各送電線１２１を、接続モードと開放モード（非接続モード）のいずれかに切り替えるようになっている。切替スイッチ部２１３Ａ１〜２１３Ｃ２には切替スイッチ素子（パワーＭＯＳ−ＦＥＴ、ＩＧＢＴなど）を適用できる。

制御部２２０は、各発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２毎に、電流センサ２１１によって検出された電流値（Ａ）および電圧センサ２１２によって検出された電圧値（Ｖ）から算出される直流電力（Ｗ）の合計値と上下の作動値を比較し、直流電力の合計値が上作動値を上回るときは、予め設定された順序に従い、各切替スイッチ部２１３Ａ１〜２１３Ｃ２を接続モードから開放モードに順次切り替え、直流電力の合計値が下作動部を下回るときは、開放モードに切り替わった切替スイッチ部を接続モードに順次切り替えて戻すようになっている。上下の作動値は、パワーコンディショナー３００の規定容量に基づいて設定するようになっている。

図３は制御部２２０の操作パネル２３０を示している。操作パネル２３０は計測表示部２３１と作動条件設定部２３２が設けられている。計測表示部２３１は発電装置１００Ａの発電ユニット１１０Ａ１、１１０Ａ２毎、発電装置１１０Ｂの発電ユニット１１０Ｂ１、１１０Ｂ２毎、発電装置１００Ｃの発電ユニット１１０Ｃ１、１１０Ｃ２毎に、直流電力の電流値（Ａ）と電圧値（Ｖ）と直流電力（Ｗ）、直流電力の合計値を表示し、また、図示しないが切替スイッチ部２１３Ａ１〜２１３Ｃ２の切替状況を表示させることもできる。作動条件設定部２５２は、切替スイッチ部２１３Ａ１〜２１３Ｃ２を作動させる上下の作動値と、切替スイッチ部２１３Ａ１〜２１３Ｃ２の作動時間（設定時間が経過するまでは元のモードに復帰しない）、切替スイッチ部２１３Ａ１〜２１３Ｃ２の作動順序（切替順序）をそれぞれ設定することができる。

例えば、作動条件として、パワーコンディショナー３００の規定容量（例えば５．５ｋｗ）に基づき、規定容量よりも１％〜５％低い値（＝直流電力の合計値）を上作動値に、規定容量よりも５％〜１０％低い値（＝直流電力の合計値）を下作動値にそれぞれ設定し、作動時間は例えば１秒から１０秒の間で設定することができる。また、作動順序として、日射量の測定データに基づき、一日の日射量の多い順番から作動させるように設定することもできる。各発電ユニットの設置場所（南向き、東向き、西向き）や樹木の生育状況によって、各発電ユニット毎に日射量が異なる場合があることから、作動順序を設定することは重要である。

操作パネル２３０の計測表示部２３１と作動条件設定部２３２は、情報端末２４０の表示画面に表示させることができ、情報端末２４０から、制御部２２０に対し遠隔操作することにより、発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２毎に、直流電力の電流値（Ａ）と電圧値（Ｖ）と直流電力（Ｗ）、直流電力の合計値を情報端末２４０に表示させ、また、発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２の切替順序、切替状況などを遠隔監視することができる。そして、発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２毎に、切替スイッチ部２１３Ａ１〜２１３Ｃ２の上下の作動値と、作動時間、切替スイッチ部の作動順序（切替順序）をそれぞれ設定することができる。

パワーコンディショナー３００は、送電線１２２から入力される直流電力を交流電力に変換するもので、パワーコンディショナー３００で変換された交流電力は、送電線１２３と分電盤４００を経由して家庭内や事業所内の負荷（電灯、空調機、機器等）５００に送電される。また、余剰電力がある場合等、分電盤４００から送電線１２４を経由して電力会社に送電することができる。パワーコンディショナー３００と制御部２２０との間は通信回線１３２により信号を送受信可能とされ、制御部２２０が、サーバーに格納された電力会社の出力スケジュールデータを、通信部２５０を経由して取り込み、パワーコンディショナー３００に対し、出力指令（出力抑制、出力増加）信号を送信することができる。

パワーコンディショナー３００から分電盤４００に向かう送電線１２３の途中にはセンサ（電流、電圧）２１４が設けられ、パワーコンディショナー３００から出力される交流電力値をセンサ２１４で検出し、通信回線１３３を経由して制御部２２０に送信し、交流電力の出力値を操作パネル２３０や情報端末２４０に表示させることができる。情報端末２４０にパワーコンディショナー３００から出力される交流電力値を表示させることにより、パワーコンディショナー３００を遠隔監視することができる。また、切替制御装置２００からパワーコンディショナー３００に向かう送電線１２２の途中に分岐部１２５を設けて、パワーコンディショナー３００に向かう直流電力の一部または全部を直流電力用の負荷５５０に分岐して送電するようにしてもよい。

次に、以上のように構成された発電システムＳ１において、切替制御装置２００の作用について、図２ないし図４などを参照しつつ説明する。

日の出と共に太陽光の照射量が次第に増大し、一定の閾値を超えると、発電装置１００Ａの発電ユニット１１０Ａ１、１１０Ａ２、発電装置１００Ｂの発電ユニット１１０Ｂ１、１１０Ｂ２、発電装置１００Ｃの発電ユニット１１０Ｃ１、１１０Ｃ２から、直流電力が各送電線１２１を経由して切替制御装置２００に送電される。切替制御装置２００内部では各発電ユニット毎に、直流電力の電流値と電圧値が電流センサ２１１と電圧センサ２１２により計測され、計測された電流値と電圧値から制御部２２０が直流電力を算出し、さらに発電ユニット毎に、直流電力を合計する。計測された電流値と電圧値、算出された直流電力とその合計値は、図３に示す操作パネル２３０の計測表示部２３１上に表示される。また、情報端末２４０に表示させて遠隔監視することもできる。

そして、時間と共に太陽光の照射量が増大して図４に示すように直流電力の合計値が上作動値を上回ると、制御部２２０が１番目の切替スイッチ部２１３Ａ１に対し作動信号を送り、１番目の切替スイッチ部２１３Ａ１が接続モードから開放モードに切り替わる。これにより、１番目の発電ユニット１１０Ａ１からの直流電力がパワーコンディショナー３００に送電されないので、直流電力の合計値が上作動値以下に低下する。

時間と共に太陽光の照射量がさらに増大して図４に示すように直流電力の合計値が上作動値を再び上回ると、制御部２２０が２番目の切替スイッチ部２１３Ａ２に対し作動信号を送り、２番目の切替スイッチ部２１３Ａ２が接続モードから開放モードに切り替わる。これにより、１番目の発電ユニット１１０Ａ１と２番目の発電ユニット１１０Ａ２からの直流電力がパワーコンディショナー３００に送電されないので、直流電力の合計値が再び上作動値以下に低下する。

さらに、時間と共に太陽光の照射量がさらに増大して（例えばピーク時に）図４に示すように直流電力の合計値が上作動値を再び上回ると、制御部２２０が３番目の切替スイッチ部２１３Ｂ１に対し作動信号を送り、３番目の切替スイッチ部２１３Ｂ１が接続モードから開放モードに切り替わる。これにより、１番目から３番目にかけて発電ユニットからの直流電力がパワーコンディショナー３００に送電されないので、直流電力の合計値が再び上作動値以下に低下する。

このように太陽光の照射量の増大とともに直流電力の合計値が上作動値を上回る毎に１番目から複数番目の切替スイッチ部を順に作動させて接続モードから開放モードに切り替えることで、パワーコンディショナー３００に送電する直流電力を規定容量以下の高い値に維持することができ、太陽光の照射量の変化や変動に影響されることなく、パワーコンディショナー３００からの出力電力を高い値に維持することができる。

太陽光の照射量がピークを超えて次第に減少すると直流電力の合計値が減少し、下作動値を下回るようになる。図４に示すように直流電力の合計値が下作動値を下回ると、制御部２２０が１番目の切替スイッチ部２１３Ａ１に対し作動信号を送り、１番目の切替スイッチ部２１３Ａ１が開放モードから接続モードに切り替わる。これにより、１番目の発電ユニット１１０Ａからの発電電力がパワーコンディショナー３００に再び送電されるので、図４に示すように直流電力の合計値が下作動値以上に上昇する。

時間と共に太陽光の照射量がさらに減少して直流電力の合計値が下作動値を再び下回ると、制御部２２０が２番目の切替スイッチ部２１３Ａ２に対し作動信号を送り、２番目の切替スイッチ部２１３Ａ２が開放モードから接続モードに切り替わる。これにより、１番目の発電ユニット１１０Ａ１と２番目の発電ユニット１１０Ａ２からの直流電力がパワーコンディショナー３００に再び送電されるので、直流電力の合計値が再び下作動値以上に上昇する。

さらに、時間と共に太陽光の照射量がさらに減少して直流電力の合計値が下作動値を再び下回ると、制御部２２０が３番目の切替スイッチ部２１３Ｂ１に対し作動信号を送り、３番目の切替スイッチ部２１３Ｂ１が開放モードから接続モードに切り替わる。これにより、１番目から３番目にかけて発電ユニットからの直流電力がパワーコンディショナー３００に再び送電され、直流電力の合計値が再び下作動値以上に上昇する。

このように太陽光の照射量の減少とともに直流電力の合計値が下作動値を下回る毎に１番目から複数番目の切替スイッチ部を順に作動させて開放モードから接続モードに切り替えることで、パワーコンディショナー３００に送電する直流電力を下作動値以上の規定容量に近い値に維持することができ、太陽光の照射量の変化や変動に影響されることなく、パワーコンディショナー３００の出力電力を日中高い値に維持することができる。

図５および図６は本発明の第２実施形態を示すもので、図５中、符号Ｓ２は蓄電システムを兼用した発電システム、符号６００は蓄電装置を示している。なお、図１に示す構成と同一の構成には同一符号を付してその説明は省略する。

発電システムＳ２は、複数の発電装置（太陽電池アレイ）１００Ａ〜１００Ｃと、切替制御装置２００’と、蓄電装置６００を備えており、各発電装置１００Ａ〜１００Ｃで発電される直流電力をパワーコンディショナー３００に送電し、また、各発電装置１００Ａ〜１００Ｃで発電される直流電力の一部または全部を蓄電装置６００に分岐して送電し、蓄電するようになっている。

前述したように、発電装置１００Ａは既設の太陽電池アレイで、発電装置１００Ｂ、１００Ｃは増設の太陽電池アレイを示している。各発電装置１００Ａ〜１００Ｃは複数の太陽電池パネルを直列に接続してなる発電ユニット（ストリング）を複数備えている。本発電システムＳ２は、発電装置１００Ａ〜１００Ｃの合計発電電力、すなわち各発電ユニットの最大発電電力の合計値がパワーコンディショナー３００の規定容量を上回るように設定されている。

図５に示すように、発電装置１００Ａの各発電ユニット１１０Ａ１、１１０Ａ２からは、接続箱１３０を経由してまたは直接、それぞれ送電線１２１が、切替制御装置２００’の直流電力切替部２１０’に延びている。発電装置１００Ｂの各発電ユニット１１０Ｂ１、１１０Ｂ２からは、それぞれ送電線１２１が、切替制御装置２００’の直流電力切替部２１０’に延びている。発電装置１００Ｃの各発電ユニット１１０Ｃ１、１１０Ｃ２からは、それぞれ送電線１２１が、切替制御装置２００’の直流電力切替部２１０’に延びている。各発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２の送電線１２１は、切替制御装置２００’の直流電力切替部２１０’から接続箱１３０に延びて１本の送電線１２２に合流し、パワーコンディショナー３００に延びている。また、各発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２の送電線１２１は、それぞれの分岐部１２５（図６参照）から蓄電装置６００向けに分岐し、分岐した各送電線１２６は１本の送電線１２７に合流し、蓄電装置６００に延びている。蓄電装置６００からは送電線１２８がパワーコンディショナー３００に向けて延び、前述の１本の送電線１２２に合流している。

切替制御装置２００’は、発電装置１００Ａ〜１００Ｃの発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２毎に発電された直流電力の送電を上下の作動値に基づき切替制御するもので、図６に示すように、直流電力切替部２１０’の内部で、各発電ユニット１１０Ａ１〜Ｃ２に対応して、分岐部１２５から分岐されてパワーコンディショナー３００に向かう送電線１２９の途中に、各送電線１２９を送られる直流電力の電流値を測定する電流センサ２１１と、直流電力の電圧値を測定する電圧センサ２１２と、切替スイッチ部２１３Ａ１、２１３Ａ２、２１３Ｂ１、２１３Ｂ２、２１３Ｃ１、２１３Ｃ２が設けられている。同様に、分岐部１２５から分岐されて蓄電装置６００に向かう送電線１２６の途中に各直流電力の電流値を測定する電流センサ２１１と、各直流電力の電圧値を測定する電圧センサ２１２と、切替スイッチ部２１３Ａ３、２１３Ａ４、２１３Ｂ３、２１３Ｂ４、２１３Ｃ３、２１３Ｃ４が設けられている。

切替スイッチ部２１３Ａ３〜２１３Ｃ４は、パワーコンディショナー３００側と蓄電装置６００側が協働して、制御部２２０からの上下の作動値に基づく制御信号により、発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２毎の送電線１２６を接続モードと開放モード（非接続モード）のいずれかに切り替えるようになっている。すなわち、制御部２２０からの上下の作動値に基づく制御信号により、各発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ３毎に、パワーコンディショナー３００側の切替スイッチ部（例えば切替スイッチ部２１３Ａ１）が接続モードから開放モードに切り替わるとき、蓄電装置６００側の切替スイッチ部（前記例の場合で切替スイッチ部２１３Ａ３）が開放モードから接続モードに切り替わり、蓄電装置６００側の切替スイッチ部（例えば切替スイッチ部２１３Ａ３）が接続モードから開放モードに切り替わるとき、パワーコンディショナー３００側の切替スイッチ部（前記例の場合で切替スイッチ部２１３Ａ１）が開放モードから接続モードに切り替わるようになっている。

これにより、各直流電力の合計値が上作動値以下であるとき、各直流電力をパワーコンディショナー３００に送電し、各直流電力の合計値が上作動値を上回るとき、上作動値を上回る分の直流電力を蓄電装置６００に送電し、蓄電することができるようになる。

制御部２２０は、各発電ユニット１１０Ａ１〜Ｂ２毎に、電流センサ２１１によって検出された電流値（Ａ）および電圧センサ２１２によって検出された電圧値（Ｖ）から算出される直流電力（Ｗ）の合計値と上下の作動値を比較し、直流電力の合計値が上作動値を上回るときは、予め設定された順序に従い、パワーコンディショナー３００側の切替スイッチ部２１３Ａ１〜２１３Ｃ２を接続モードから開放モードに順次切り替えると共に、蓄電装置６００側の切替スイッチ部２１３Ａ３〜２１３Ｃ４を開放モードから接続モードに順次切り替え、直流電力の合計値が下作動部を下回るときは、パワーコンディショナー３００側の開放モードに切り替わった切替スイッチ部を開放モードから接続モードに、蓄電装置６００側の接続モードに切り替わった切替スイッチ部を接続モードから開放モードに、順次切り替えて戻すようになっている。上下の作動値は、パワーコンディショナー３００の規定容量に基づいて設定するようになっている。

図５に示す操作パネル２３０は、特に図示しないが、図３に示す操作パネル２３０と基本的に同様の構成である。蓄電装置６００からは通信回線１３４が制御部２２０に延びており、蓄電装置６００の蓄電状況や蓄電装置６００からの給電状況を計測表示部に表示し、あるいは操作パネル２３０や情報端末２４０から、蓄電装置６００に対し給電指令を送信することができる。また、条件設定部において、例えば、パワーコンディショナー３００の規定容量（例えば５．５ｋｗ）に基づき、規定容量よりも１％〜５％低い値（＝直流電力の合計値）を上作動値に、規定容量よりも５％〜１０％低い値（＝直流電力の合計値）を下作動値にそれぞれ設定し、作動時間は例えば１秒から１０秒の間で設定することができる。また、情報端末２４０の機能も前記実施形態と同様に行える。

次に、以上のように構成された発電システムＳ２において、切替制御装置２００’の作用について、図を参照しつつ説明する。

日の出と共に太陽光の照射量が次第に増大し、一定の閾値を超えると、発電装置１００Ａ〜１００Ｃの各発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２から直流電力が各送電線１２１を経由して切替制御装置２００’に送電される。切替制御装置２００’内部では、発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２毎に、直流電力の電流値と電圧値が電流センサ２１１と電圧センサ２１２により計測され、計測された電流値と電圧値から制御部２２０が直流電力を算出し、さらに発電ユニット１１０Ａ１〜１１０Ｃ２毎に、直流電力を合計する。計測された電流値と電圧値、算出された直流電力とその合計値は、図５に示す操作パネル２３０の計測表示部上に表示される。

そして、時間と共に太陽光の照射量が増大して直流電力の合計値が上作動値を上回ると、制御部２２０が、パワーコンディショナー３００側の１番目の切替スイッチ部２１３Ａ１と、蓄電装置６００側の１番目の切替スイッチ部２１３Ａ３に対し作動信号を送り、パワーコンディショナー３００側の１番目の切替スイッチ部２１３Ａ１を接続モードから開放モードに、蓄電装置６００側の１番目の切替スイッチ部２１３Ａ３を開放モードから接続モードにそれぞれ切り替える。これにより１番目の発電ユニット１１０Ａ１からの直流電力はパワーコンディショナー３００に送電されず、蓄電装置６００へ送電される。これによってパワーコンディショナー３００に入力する直流電力の合計値が上作動値以下に低下すると共に、直流電力の一部が蓄電装置６００に蓄電される。

時間と共に太陽光の照射量がさらに増大して直流電力の合計値が上作動値を再び上回ると、制御部２２０が、パワーコンディショナー３００側の２番目の切替スイッチ部２１３Ａ２と、蓄電装置６００側の２番目の切替スイッチ部２１３Ａ４に対し作動信号を送り、パワーコンディショナー３００側の２番目の切替スイッチ部２１３Ａ２を接続モードから開放モードに、蓄電装置６００側の２番目の切替スイッチ部２１３Ａ４を開放モードから接続モードにそれぞれ切り替える。これにより２番目の発電ユニット１１０Ａ２からの直流電力はパワーコンディショナー３００に送電されず、蓄電装置６００へ送電される。これによってパワーコンディショナー３００に入力する直流電力の合計値が上作動値以下に低下すると共に、直流電力の一部が蓄電装置６００に蓄電される。

さらに、時間と共に太陽光の照射量がさらに増大して（例えばピーク時に）直流電力の合計値が上作動値を再び上回ると、制御部２２０が、パワーコンディショナー３００側の３番目の切替スイッチ部２１３Ｂ１と、蓄電装置６００側の３番目の切替スイッチ部２１３Ｂ３に対し作動信号を送り、パワーコンディショナー３００側の３番目の切替スイッチ部２１３Ｂ１を接続モードから開放モードに、蓄電装置６００側の３番目の切替スイッチ部２１３Ｂ３を開放モードから接続モードにそれぞれ切り替える。これにより３番目の発電ユニット１１０Ｂ１からの直流電力はパワーコンディショナー３００に送電されず、蓄電装置６００へ送電される。これによってパワーコンディショナー３００へ入力する直流電力の合計値が上作動値以下に低下すると共に、発電電力の一部が蓄電装置６００に蓄電される。

このように太陽光の照射量の増大とともに直流電力の合計値が上作動値を上回る毎に、パワーコンディショナー３００側と蓄電装置６００側の１番目から複数番目の切替スイッチ部を順に作動させて、パワーコンディショナー３００側を接続モードから開放モードに、蓄電装置６００側を開放モードから接続モードに切り替えることで、パワーコンディショナー３００に送電する直流電力を規定容量に近い値に維持することができ、太陽光の照射量の変化や変動に影響されることなく、パワーコンディショナー３００の出力電力を日中高い値に維持することができる。あわせて、余剰の生産電力を蓄電装置６００に蓄電し、夜間等に必要に応じてパワーコンディショナー３００を通して負荷５００に給電し、さらに電力会社に売電することができる。

太陽光の照射量がピークを超えて次第に減少すると直流電力の合計値が減少し、下作動値を下回るようになる。直流電力の合計値が下作動値を下回ると、制御部２２０が、パワーコンディショナー３００側の１番目の切替スイッチ部２１３Ａ１と、蓄電装置６００側の１番目の切替スイッチ部２１３Ａ３に対し作動信号を送り、パワーコンディショナー３００側の１番目の切替スイッチ部２１３Ａ１を開放モードから接続モードに、蓄電装置６００側の１番目の切替スイッチ部２１３Ａ３を接続モードから開放モードにそれぞれ切り替える。これにより、１番目の発電ユニット１１０Ａ１からの直流電力がパワーコンディショナー３００に再び送電されるので、直流電力の合計値が下作動値以上に上昇する。

時間と共に太陽光の照射量がさらに減少して直流電力の合計値が下作動値を再び下回ると、制御部２２０が、パワーコンディショナー３００側の２番目の切替スイッチ部２１３Ａ２と、蓄電装置６００側の２番目の切替スイッチ部２１３Ａ４に対し作動信号を送り、パワーコンディショナー３００側の２番目の切替スイッチ部２１３Ａ２を開放モードから接続モードに、蓄電装置６００側の２番目の切替スイッチ部２１３Ａ４を接続モードから開放モードにそれぞれ切り替える。これにより、２番目の発電ユニット１１０Ａ２からの直流電力がパワーコンディショナー３００に再び送電されるので、直流電力の合計値が下作動値以上に上昇する。

さらに、時間と共に太陽光の照射量がさらに減少して直流電力の合計値が下作動値を再び下回ると、制御部２２０が、パワーコンディショナー３００側の３番目の切替スイッチ部２１３Ｂ１と、蓄電装置６００側の３番目の切替スイッチ部２１３Ｂ３に対し作動信号を送り、パワーコンディショナー３００側の３番目の切替スイッチ部２１３Ｂ１を開放モードから接続モードに、蓄電装置６００側の３番目の切替スイッチ部２１３Ｂ３を接続モードから開放モードにそれぞれ切り替える。これにより、３番目の発電ユニット１１０Ｂ１からの直流電力がパワーコンディショナー３００に再び送電されるので、直流電力の合計値が下作動値以上に上昇する。

このように太陽光の照射量の減少とともに直流電力の合計値が下作動値を下回る毎にパワーコンディショナー３００側と蓄電装置６００側の１番目から複数番目の切替スイッチ部を順に作動させて、パワーコンディショナー３００側を開放モードから接続モードに、蓄電装置６００側を接続モードから開放モードに切り替えることで、パワーコンディショナー３００に送電する直流電力を規定容量に近い値に維持することができ、太陽光の照射量の変化や変動に影響されることなく、パワーコンディショナー３００の出力電力を日中高い値に維持することができる。また、発電電力が不足する場合は蓄電装置６００からパワーコンディショナー３００に対し給電を行うことができる。

図７は、本発明の第３実施形態を示すもので、直流電力切替部２１０において、前記実施形態で設けられていた送電線１２１毎の電流センサ２１１と電圧センサ２１２（図２、図６参照）は省かれ、切替スイッチ部２１３Ａ１〜２１３Ｃ２の下流で合流し、パワーコンディショナー３００に向かう送電線１２２の途中に、１組の電流センサ２１１’と電圧センサ２１２’が設けられている。電流センサ２１１’と電圧センサ２１２’から検出される電流値と電圧値は制御部２２０に送信され、前記実施形態と同様に、制御部２２０により、電流値と電圧値により算出された直流電力の合計値が上下の作動値と比較され、直流電力の合計値が上作動値を上回るときは、予め設定された順序に従い、各切替スイッチ部２１３Ａ１〜２１３Ｃ２を接続モードから開放モードに順次切り替え、直流電力の合計値が下作動部を下回るときは、開放モードに切り替わった切替スイッチ部を接続モードに順次切り替えて戻すようになっている。

また、図５に示す蓄電装置６００がある場合、蓄電装置６００側の切替スイッチ部２１３Ａ３〜２１３Ｃ４を開放モードから接続モードに順次切り替え、直流電力の合計値が下作動部を下回るときは、パワーコンディショナー３００側の開放モードに切り替わった切替スイッチ部を開放モードから接続モードに、蓄電装置６００側の接続モードに切り替わった切替スイッチ部を接続モードから開放モードに、順次切り替えて戻すようになっている。

図７に示す電流センサ２１１’と電圧センサ２１２’は、図２、図６に示す送電線１２１毎の電流センサ２１１と電圧センサ２１２と組み合わせて、送電線１２２の途中に設けるようにしてもよい。

以上の３つの実施形態では、既設の発電装置１００Ａに増設の２つの発電装置１００Ｂ、１００Ｃを組み合わせた例を説明したが、これに限らない。全て既設の発電装置でもよいし、全て新設の発電装置でもよい。また、発電装置は１台であってもよい。さらに発電装置内の発電ユニットは２列に限らず多数例であってもよい。また、送電線１２１〜１２９は単線に限らず、複数線でもよい。

本発明の切替制御装置は、発電設備の増設によって発電電力量（Ｗｈ）を増やすが、発電設備の発電電力（Ｗ）が設定上限を超えないように制限する装置であると言える。

本発明の切替制御装置が適用される発電装置は太陽光発電装置に限らない。他の再生エネルギーとして風力、水力、バイオなどの他の発電装置にも適用可能であり、太陽光発電装置と再生エネルギー例えば風力発電装置との組み合わせにも適用可能である。さらに、再生エネルギーだけでなく火力、石炭などの従来の発電装置にも適用可能である。

本発明に係る直流電力の切替制御装置は、発電装置の発電ユニット毎に発電された直流電力の送電を切替制御する装置として幅広く利用可能である。

１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ発電装置（太陽電池アレイ）
１１０Ａ１、１１０Ａ２、１１０Ｂ１、１１０Ｂ２、１１０Ｃ１、１１０Ｃ２発電ユニット
１２１、１２２、１２３、１２４、１２６、１２７、１２８、１２９送電線
１２５分岐部
１３０接続箱
１３１、１３２、１３３、１３４通信回線
２００、２００’ 切替制御装置
２１０、２１０’ 直流電力切替部
２１１、２１１’ 電流センサ
２１２、２１２’ 電圧センサ
２１３Ａ１、２１３Ａ２、２１３Ｂ１、２１３Ｂ２、２１３Ｃ１、２１３Ｃ２切替スイッチ部
２２０制御部
２３０操作パネル
２３１計測表示部
２３２条件設定部
２４０情報端末
２５０通信部
３００パワーコンディショナー
４００分電盤
５００、５５０負荷
６００蓄電装置
Ｓ１、Ｓ２発電システム

Claims

複数の発電ユニットを備える発電装置と、発電ユニット毎に発電される直流電力を送電する複数の送電線を備える発電システムにおいて、
発電ユニット毎に発電される直流電力をパワーコンディショナーに送電するにあたり、
各送電線の途中に、発電ユニット毎に発電される直流電力の電流値を検出する電流センサと、発電ユニット毎に発電される直流電力の電圧値を検出する電圧センサと、制御部からの制御信号により発電ユニット毎に送電線を接続モードと開放モードのいずれかに切り替える切替スイッチ部をそれぞれ設け、
前記パワーコンディショナーの規定容量に基づいて作動値を設定し、前記電流センサによって検出された電流値と前記電圧センサによって検出された電圧値から算出される発電ユニット毎の直流電力の合計値を前記作動値と比較し、直流電力の合計値が作動値を上回るとき、前記制御部が、パワーコンディショナーに送電する直流電力の合計値が前記作動値を下回るように、一または複数の切替スイッチ部を接続モードから開放モードに切り替えることを特徴とする直流電力の切替制御装置
一または複数の切替スイッチ部を接続モードから開放モードに切り替えた後、直流電力の合計値が再び作動値を上回るとき、前記制御部が、残りの切替スイッチ部のうち、一または複数の切替スイッチ部を接続モードから開放モードに切り替えることを特徴とする請求項１記載の直流電力の切替制御装置。
直流電力の合計値が作動値を上回る毎に、予め設定された順序に従って切替スイッチ部を接続モードから開放モードに順次切り替えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の直流電力の切替制御装置。
前記作動値は上作動値として設定され、当該上作動値とは別に下作動値を設定し、直流電力の合計値が下作動値を下回るとき、制御部が、開放モードに切り替わった切替スイッチ部を順次接続モードに切り替えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の直流電力の切替制御装置。
各送電線の途中に発電ユニット毎に電流センサと電圧センサを設けずに、各送電線の途中に送電線毎に設けた切替スイッチ部の下流で合流し、パワーコンディショナーに向かう送電線の途中に、一組の電流センサと電圧センサを設けることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の直流電力の切替制御装置。
複数の発電ユニットを備える発電装置と、発電ユニット毎に発電される直流電力を送電する複数の送電線を備える発電システムにおいて、
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の直流電力の切替制御装置を備えることを特徴とする発電システム。
複数の発電ユニットを備える発電装置と、発電ユニット毎に発電される直流電力を送電する複数の送電線と、各送電線から送電される直流電力を分岐して蓄電する蓄電装置を備える発電システムにおいて、
発電ユニット毎に発電される直流電力をパワーコンディショナーに送電しおよび／または蓄電装置に分岐して送電するにあたり、
各送電線の途中に、発電ユニット毎に発電される直流電力の電流値を検出する電流センサと、発電ユニット毎に発電される直流電力の電圧値を検出する電圧センサと、制御部からの制御信号により発電ユニット毎に送電線を接続モードと開放モードのいずれかに切り替える切替スイッチ部をそれぞれ設け、
各送電線から分岐して蓄電装置に向かう送電線の途中に、発電ユニット毎に分岐して送電される直流電力の電流値を検出する電流センサと、発電ユニット毎に分岐して送電される直流電力の電圧値を検出する電圧センサと、制御部からの制御信号により発電ユニット毎に分岐後の送電線を接続モードと開放モードのいずれかに切り替え可能な切替スイッチ部をそれぞれ設け、
前記パワーコンディショナーの規定容量に基づいて作動値を設定し、前記電流センサによって検出された電流値と前記電圧センサによって検出された電圧値から算出される発電ユニット毎の直流電力の合計値を前記作動値と比較し、直流電力の合計値が作動値を上回るとき、前記制御部が、パワーコンディショナーに送電する直流電力の合計値が前記作動値を下回るように、パワーコンディショナー側の一または複数の切替スイッチ部を接続モードから開放モードに切り替え、蓄電装置側の一または複数の切替スイッチ部を開放モードから接続モードに切り替えることを特徴とする直流電力の切替制御装置。
パワーコンディショナー側の一または複数の切替スイッチ部を接続モードから開放モードに切り替えると共に、蓄電装置側の一または複数の切替スイッチ部を開放モードから接続モードに切り替えた後、
直流電力の合計値が再び作動値を上回るとき、前記制御部が、パワーコンディショナー側の残りの切替スイッチ部のうち、一または複数の切替スイッチ部を接続モードから開放モードに切り替えると共に、蓄電装置側の残りの切替スイッチ部のうち、一または複数の切替スイッチ部を開放モードから接続モードに切り替えることを特徴とする請求項７記載の直流電力の切替制御装置。
直流電力の合計値が作動値を上回る毎に、予め設定された順序に従って、パワーコンディショナー側の切替スイッチを接続モードから開放モードに順次切り替えると共に蓄電装置側の切替スイッチを開放モードから接続モードに順次切り替えることを特徴とする請求項７または請求項８記載の直流電力の切替制御装置。
前記作動値は上作動値として設定され、当該上作動値とは別に下作動値を設定し、直流電力の合計値が下作動値を下回るとき、制御部が、パワーコンディショナー側の開放モードに切り替わった切替スイッチ部を接続モードに順次切り替えると共に蓄電装置側の接続モードに切り替わった切替スイッチ部を開放モードに順次切り替えることを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか一項に記載の直流電力の切替制御装置。
各送電線の途中に発電ユニット毎に電流センサと電圧センサを設けずに、各送電線の途中に送電線毎に設けた切替スイッチ部の下流で合流し、パワーコンディショナーに向かう送電線の途中に、一組の電流センサと電圧センサを設けることを特徴とする請求項７ないし請求項１０のいずれか一項に記載の直流電力の切替制御装置。
複数の発電ユニットを備える発電装置と、発電ユニット毎に発電される直流電力を送電する複数の送電線と、各送電線から送電される直流電力を分岐して蓄電する蓄電装置を備える発電システムにおいて、
請求項７ないし請求項１１のいずれか一項に記載の直流電力の切替制御装置を備えることを特徴とする発電システム。