充電制御装置および充電制御方法、並びに太陽光発電システム
【課題】より効率良く蓄電池を充電する。
【解決手段】太陽光発電システム１１は、太陽光発電パネル１２、蓄電池１３、電力制御装置１４から構成される。電力制御装置１４の制御ユニット２５が、通信部２４がネットワークを介して取得した天候を予測する情報に基づいて、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の日射量が増加すると予測した場合、太陽光発電パネル１２により発電された電力の蓄電池１３への充電を開始する。本発明は、例えば、太陽光発電パネルと蓄電池とを有する太陽光発電システムに適用できる。
【解決手段】太陽光発電システム１１は、太陽光発電パネル１２、蓄電池１３、電力制御装置１４から構成される。電力制御装置１４の制御ユニット２５が、通信部２４がネットワークを介して取得した天候を予測する情報に基づいて、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の日射量が増加すると予測した場合、太陽光発電パネル１２により発電された電力の蓄電池１３への充電を開始する。本発明は、例えば、太陽光発電パネルと蓄電池とを有する太陽光発電システムに適用できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電制御装置および充電制御方法、並びに太陽光発電システムに関し、特に、より効率良く蓄電池を充電することができるようにした充電制御装置および充電制御方法、並びに太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電パネルおよび蓄電池を備えた太陽光発電システムが普及している。このような太陽光発電システムにおいて、太陽光発電パネルで発電された電力は、各負荷で消費される他、発電量や消費量などに応じて蓄電池に充電される。
【０００３】
また、太陽光発電パネルで発電された電力を蓄電池に充電する充電方式として、複数の充電方式が提案されている。例えば、太陽光発電パネルで発電された直流電圧の電力を、発電パネル用のパワーコンディショナにより交流電圧の電力に変換し、分電盤を介して双方向パワーコンディショナに供給して直流電圧の電力に変換した後、蓄電池に充電する充電方式がある。また、太陽光発電パネルで発電された直流電圧の電力を、DC/DC（Direct Current/Direct Current）コンバータにより、蓄電池の充電に適した規定の直流電圧の電力に変換した後、蓄電池に充電する方式がある。
【０００４】
しかしながら、これらの充電方式では、パワーコンディショナまたはDC/DCコンバータによる変換効率に応じて充電効率が低下してしまう。従って、太陽光発電パネルで発電された直流電圧の電力を直接的に、つまり、パワーコンディショナまたはDC/DCコンバータにより電圧変換を行うことなく、蓄電池に充電する充電方式を用いた場合には、充電効率の低下を回避することができると想定される。
【０００５】
ところで、太陽光発電パネルからの電力を直接的に蓄電池に充電する充電方式では、太陽光発電パネルと蓄電池との間の電圧が調整されないため、太陽光発電パネルから出力される電力の電圧変動が、蓄電池の充電効率に影響を及ぼすことがある。このため、太陽光発電パネルへの太陽光の照射状況によっては、蓄電池の充電効率が低下することが懸念される。
【０００６】
また、蓄電池に効率良く充電するために、蓄電池の状況に応じて充電制御を行うことが提案されており、例えば、特許文献１には、リチウムイオン二次電池の温度に基づいて充電制御を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１４８０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、太陽光発電パネルからの電力を直接的に蓄電池に充電する充電方式では、蓄電池の充電効率が低下することが懸念されており、充電効率の低下を回避して、より効率良く蓄電池を充電することが求められている。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より効率良く蓄電池を充電することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一側面の充電制御装置は、自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段から出力される電力を最大とする電圧値が上昇するか否かを推定する推定手段と、推定手段により、電圧値が上昇すると推定された場合、発電手段により発電された電力の蓄積手段への充電を開始する充電開始手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一側面の電力制御方法は、自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段から出力される電力を最大とする電圧値が上昇するか否かを推定し、電圧値が上昇すると推定された場合、発電手段により発電された電力の蓄積手段への充電を開始するステップを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の一側面の太陽光発電システムは、自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段と、電力を充電する蓄積手段と、発電手段から出力される電力を最大とする電圧値が上昇するか否かを推定する推定手段と、推定手段により、電圧値が上昇すると推定された場合、太陽光発電手段により発電された電力の蓄積手段への充電を開始する充電開始手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一側面においては、自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段から出力される電力を最大とする電圧値が上昇すると推定された場合、発電手段により発電された電力の蓄積手段への充電が開始される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一側面によれば、より効率良く蓄電池を充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した太陽光発電システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図２】太陽光発電パネルの電流電圧特性および電力電圧特性を示す図である。
【図３】定電流および定電圧で充電を行う方式での充電特性を示す図である。
【図４】日射量が増加および低下する傾向であるときの充電例について説明する図である。
【図５】充電の開始を判断する処理を説明するフローチャートである。
【図６】日照量および充電効率の関係について行われたシミュレーションの条件を説明する図である。
【図７】シミュレーションを行った結果を示す図である。
【図８】シミュレーションにより求められた充電効率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明を適用した太陽光発電システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。なお、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【００１８】
図１において、太陽光発電システム１１は、太陽光発電パネル１２、蓄電池１３、電力制御装置１４を備えて構成される。
【００１９】
太陽光発電パネル１２は、複数の太陽電池モジュールが接続されて構成されるパネルであり、太陽光の照射量に応じて発電する太陽光発電手段である。蓄電池１３は、例えば、リチウムイオン蓄電池や鉛蓄電池などを備えて構成され、電力制御装置１４を介して供給される電力を蓄積（充電）する蓄積手段である。
【００２０】
電力制御装置１４は、太陽光発電パネル１２において発電された電力の蓄電池１３への充電を制御する充電制御装置として機能する。また、電力制御装置１４は、太陽光発電パネル１２において発電された電力を、分電盤を介して負荷または商用電力系統（いずれも図示せず）に供給したり、分電盤を介して商用電力系統から供給される電力を蓄電池１３に充電したり、蓄電池１３に蓄電されている電力を、分電盤を介して負荷に供給したりするような電力制御を行う。
【００２１】
電力制御装置１４は、ダイオード２１、スイッチ２２、双方向AC/DC（Alternating Current / Direct Current）変換部２３、通信部２４、および制御ユニット２５を備えて構成される。
【００２２】
電力制御装置１４では、ダイオード２１のアノードが、太陽光発電パネル１２に接続されている。また、ダイオード２１のカソードが、スイッチ２２を介して蓄電池１３に接続されるとともに、双方向AC/DC変換部２３に接続されている。また、双方向AC/DC変換部２３は、例えば、分電盤を介して商用電力系統や各負荷などに接続されている。
【００２３】
ダイオード２１は、太陽光発電パネル１２からの電力が蓄電池１３および双方向AC/DC変換部２３に供給されるようにする一方、蓄電池１３および双方向AC/DC変換部２３からの電力が太陽光発電パネル１２に流れ込むのを規制する。
【００２４】
スイッチ２２は、ダイオード２１と双方向AC/DC変換部２３との接続点よりも蓄電池１３側の配線に配置されている。スイッチ２２は、制御ユニット２５の制御に従って、太陽光発電パネル１２および双方向AC/DC変換部２３と、蓄電池１３との接続を開放状態または閉鎖状態とする。
【００２５】
双方向AC/DC変換部２３は、太陽光発電パネル１２または蓄電池１３から出力される直流電圧の電力を交流電圧の電力に変換して分電盤へ出力したり、分電盤を介して供給される交流電圧の電力を直流電圧の電力に変換して蓄電池１３に供給したりする。また、双方向AC/DC変換部２３は、制御ユニット２５の制御に従って、電力変換の駆動または停止を行う。
【００２６】
通信部２４は、有線または無線の回線を通じてネットワークに接続されており、そのネットワークを介して通信を行うことで、各種の情報を取得し、制御ユニット２５に供給する。
【００２７】
制御ユニット２５は、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の日射量の変化に従って、太陽光発電パネル１２により発電された電力の蓄電池１３への充電を制御する。また、制御ユニット２５は、双方向AC/DC変換部２３による電力変換の駆動または停止を制御する。
【００２８】
例えば、図示しないサーバにおいて実行されるプログラムにより、太陽光発電システム１１が設置されている地域の天候を予測する情報が、太陽光発電システム１１に対して提供される場合、制御ユニット２５は、通信部２４を介して天候を予測する情報を取得する。そして、制御ユニット２５は、その情報に基づいて、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の日射量の変化を予測し、太陽光の日照量の変化に従って蓄電池１３に対する充電を制御する。
【００２９】
ここで、図２乃至図４を参照して、太陽光の日射量の変化に従った蓄電池１３に対する充電制御についての基本的な概念を説明する。
【００３０】
図２は、太陽光発電パネル１２の電流電圧特性および電力電圧特性を示す図である。
【００３１】
図２において、横軸は、太陽光発電パネル１２から出力される電圧［Ｖ］を示し、左側の縦軸は、太陽光発電パネル１２から出力される電流［Ａ］を示し、右側の縦軸は太陽光発電パネル１２から出力される電力［Ｗ］を示している。また、図２には、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の照射量が、1000［W/m2］、800［W/m2］、および600［W/m2］であるときの電流電圧特性と電力電圧特性とが示されている。
【００３２】
例えば、通常のパワーコンディショナを使用したとき、パワーコンディショナは、太陽光発電パネル１２の出力電力が最大となるように、つまり、電力電圧特性が示す曲線の頂点である最大電力点を追従するようにMPPT（Maximum Power Point Tracking）制御を行う。
【００３３】
これに対し、図１の太陽光発電システム１１の構成では、即ち、太陽光発電パネル１２が、パワーコンディショナなどを介さずに蓄電池１３に接続される構成では、蓄電池１３の電圧が支配的となるため、太陽光発電パネル１２から出力される電圧は、蓄電池１３の電圧となる。このため、太陽光発電パネル１２から出力される電圧が、出力電圧が最大となる電圧値になるとは限らない。
【００３４】
また、図２に示すように、太陽光発電パネル１２の最大電力点の電圧は、即ち、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値は、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の照射量に従って変化する。つまり、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の照射量が増加するのに従って、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値も増加する。
【００３５】
図３は、定電流および定電圧で充電を行う方式で、定格容量が１Ｃと0.5Ｃである蓄電池１３を充電する際における電圧（Ｖ）の変化、充電電流（ＣＡ）の変化、および充電容量（CAh）の変化を示す図である。
【００３６】
図３に示すように、蓄電池１３の電圧は、蓄電池１３の充電容量（残量）が多くなると上昇する。つまり、蓄電池１３は、充電が進むにつれて電圧が上昇する。
【００３７】
このように、蓄電池１３の充電が進むにつれて蓄電池１３の電圧が上昇するという傾向を利用し、蓄電池１３の充電が進むにつれて、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値が増加するようなタイミングで充電を行うことで、最大電力点の電圧に近似した電圧で蓄電池１３を充電することができる。これにより、効率良く蓄電池１３を充電することができる。
【００３８】
つまり、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値は、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の照射量が増加するのに従って増加するので（図２参照）、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の照射量が増加することが予測されたときに蓄電池１３の充電を開始することで、効率良く蓄電池１３を充電することができる。
【００３９】
図４を参照して、日射量が増加する傾向であるときの充電例と、日射量が低下する傾向であるときの充電例とについて説明する。
【００４０】
図４には、図２と同様に、太陽光発電パネル１２の電流電圧特性および電力電圧特性が示されている。
【００４１】
また、図４において、電圧Ｖ０は、蓄電池１３の充電を開始したときの初期電圧を示しており、電圧Ｖ１は、蓄電池１３の充電中における中間電圧を示しており、電圧Ｖ２は、蓄電池１３の充電が終了したときの最終電圧を示している。つまり、図４には、初期電圧Ｖ０（例えば、約１９Ｖ）から充電が開始され、中間電圧Ｖ１（例えば、約２０Ｖ）を通過して、最終電圧Ｖ２（例えば、約２１Ｖ）となるまで、蓄電池１３に充電が行われる例が示されている。
【００４２】
図４の左側には、日射量が、600［W/m2］、800［W/m2］、および1000［W/m2］の順で増加する傾向であるときの充電例が示されている。このように日射量が増加する傾向であるときに充電を開始すると、太陽光発電パネル１２からは、蓄電池１３の初期電圧Ｖ０に対応して、日射量が600［W/m2］であるときの電力電圧特性に従って太陽光発電パネル１２から出力される電力Ｗ０で充電が開始される。
【００４３】
その後、充電が進むのと共に日射量が増加し、蓄電池１３の中間電圧Ｖ１に対応して、日射量が800［W/m2］であるときの電力電圧特性に従って太陽光発電パネル１２から出力される電力Ｗ１で充電が行われる。そして、さらに充電が進むのと共に日射量が増加し、蓄電池１３の最終電圧Ｖ２に対応して、日射量が1000［W/m2］であるときの電力電圧特性に従って太陽光発電パネル１２から出力される電力Ｗ２で充電が行われる。
【００４４】
このように、日射量が増加する傾向であるときに充電を開始すると、充電が進むのに従って蓄電池１３の電圧が上昇するのと共に、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値も上昇する。従って、最大出力点の電圧に近似した電圧で蓄電池１３の充電が行われる。
【００４５】
一方、図４の右側には、日射量が、1000［W/m2］、800［W/m2］、および600［W/m2］の順で低下する傾向であるときの充電例が示されている。このように日射量が低下する傾向であるときに充電を開始すると、太陽光発電パネル１２からは、蓄電池１３の初期電圧Ｖ０に対応して、日射量が1000［W/m2］であるときの電力電圧特性に従って太陽光発電パネル１２から出力される電力Ｗ０’で充電が開始される。ここで、図４に示すように、電力Ｗ０’は、電力Ｗ２よりも低く、最大出力点からずれている。
【００４６】
その後、充電が進むのと共に日射量が低下し、蓄電池１３の中間電圧Ｖ１に対応して、日射量が800［W/m2］であるときの電力電圧特性に従って太陽光発電パネル１２から出力される電力Ｗ１’で充電が行われる。そして、さらに充電が進むのと共に日射量が低下し、蓄電池１３の最終電圧Ｖ２に対応して、日射量が600［W/m2］であるときの電力電圧特性に従って太陽光発電パネル１２から出力される電力Ｗ２’で充電が行われる。ここで、図４に示すように、電力Ｗ２’は、電力Ｗ０よりも低く、最大出力点からずれている。
【００４７】
このように、日射量が低下する傾向であるときに充電を開始すると、最大出力点の電圧に近似した電圧では蓄電池１３の充電は行われず、日射量が増加する傾向であるときに充電を開始したときよりも低い電力で蓄電池１３の充電が行われる。
【００４８】
つまり、日射量が増加する傾向であるときに充電を開始した場合には、日射量が低下する傾向であるときに充電を開始した場合に比較して、最大出力点の電圧に近似した電圧で長時間にわたって蓄電池１３を充電することができる。従って、日射量が増加する傾向であるときに充電を開始することにより、より効率良く蓄電池１３を充電することができる。
【００４９】
以上のことより、制御ユニット２５は、天候を予測する情報に基づいて、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の日射量の変化を予測し、太陽光発電パネル１２への太陽光の日照量が増加すること、即ち、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値が上昇することが推定される場合、蓄電池１３に対して充電を開始するように充電制御を行う。
【００５０】
図５は、図１の電力制御装置１４の制御ユニット２５が、蓄電池１３の充電の開始を判断する処理を説明するフローチャートである。
【００５１】
例えば、太陽光発電パネル１２に太陽光が照射されて発電可能な状態となり電力の出力が開始されたことが検知されると処理が開始され、ステップＳ１１において、制御ユニット２５は、通信部２４に対して通信を行うように制御する。通信部２４は、ネットワークを介して通信を行い、太陽光発電システム１１が設置されている地域の天候を予測する情報（所謂、天気予報情報など）を取得する。
【００５２】
ステップＳ１１の処理後、処理はステップＳ１２に進み、制御ユニット２５は、ステップＳ１１で通信部２４が取得した天候を予測する情報と、現在の時刻とに基づいて、太陽光発電パネル１２に対する日照量の変化を予測する。
【００５３】
例えば、制御ユニット２５は、午前中の時間帯において、天候を予測する情報が、太陽光発電システム１１が設置されている地域で晴天が続くことを示している場合、太陽光発電パネル１２に対する日照量が増加すると予測する。また、制御ユニット２５は、昼間の時間帯において、天候を予測する情報が、太陽光発電システム１１が設置されている地域で曇りから晴れに変化することを示している場合、太陽光発電パネル１２に対する日照量が増加すると予測する。また、制御ユニット２５は、夕方の時間帯である場合や、天候を予測する情報が、太陽光発電システム１１が設置されている地域で晴れから曇りまたは雨に変化することを示している場合など、太陽光発電パネル１２に対する日照量が低下すると予測する。
【００５４】
ステップＳ１３において、制御ユニット２５は、ステップＳ１２での予測の結果から、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値、つまり、最大出力点の電圧値が上昇すると推定されるか否かを判定する。
【００５５】
制御ユニット２５は、例えば、ステップＳ１２において、太陽光発電パネル１２に対する日照量が増加すると予測されたとき、最大出力点の電圧値が上昇すると推定する。一方、制御ユニット２５は、例えば、ステップＳ１２において、太陽光発電パネル１２に対する日照量が変化しない、または、太陽光発電パネル１２に対する日照量が低下すると予測されたとき、最大出力点の電圧値が上昇しないと推定する。
【００５６】
ステップＳ１３において、制御ユニット２５が、最大出力点の電圧値が上昇しないと推定した場合（最大出力点の電圧値が上昇すると推定しなかった場合）、処理はステップＳ１４に進む。
【００５７】
ステップＳ１４において、制御ユニット２５は、双方向AC/DC変換部２３により電力変換を行わせるとともに、スイッチ２２を開放状態として太陽光発電パネル１２と蓄電池１３との接続を切断させる（既に切断されている場合には、切断を継続させる）。これにより、太陽光発電パネル１２において発電された直流電圧の電力は双方向AC/DC変換部２３に供給されて交流電圧の電力に変換された後、分電盤を介して外部に出力される。ステップＳ１４の処理後、処理はステップＳ１１に戻る。このとき、制御ユニット２５は、所定の周期が経過するまで待機した後、通信部２４に対して通信を行うように制御を行い、以下、同様の処理が繰り返される。
【００５８】
一方、ステップＳ１３において、制御ユニット２５が、最大出力点の電圧値が上昇すると推定した場合、処理はステップＳ１５に進む。
【００５９】
ステップＳ１５において、制御ユニット２５は、双方向AC/DC変換部２３による電力変換を停止させるとともに、スイッチ２２を閉鎖状態として、太陽光発電パネル１２と蓄電池１３とを接続させる。これにより、太陽光発電パネル１２において発電された電力が、ダイオード２１およびスイッチ２２を介して直接的に蓄電池１３に供給され、蓄電池１３の充電が開始される。ステップＳ１５の処理後、蓄電池１３の充電の開始を判断する処理は終了される。
【００６０】
以上のように、太陽光発電システム１１では、制御ユニット２５が、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値が上昇すると推定したときに蓄電池１３の充電を開始すると判断するので、図４を参照して説明したように、最大電力点の電圧に近似した電圧で長時間にわたって蓄電池１３を充電することができる。これにより、日照量が変化しなかったり、日照量が低下したりするときに、蓄電池１３の充電を開始する場合と比較して、より効率良く蓄電池１３を充電することができる。
【００６１】
また、太陽光発電システム１１では、パワーコンディショナやDC/DCコンバータなどにより電力が変換されることなく、太陽光発電パネル１２から直接的に蓄電池１３に電力が供給されるため、パワーコンディショナやDC/DCコンバータなどの変換効率によるロスがない。
【００６２】
従って、太陽光発電システム１１の充電方式では、パワーコンディショナやDC/DCコンバータなどを介して充電を行う充電方式と比較して、高効率で充電を行うことができる。また、パワーコンディショナやDC/DCコンバータなどを介して充電を行う太陽光発電システムよりも、太陽光発電システム１１は、構成を比較的に簡素化することができるので、省スペース化、低コスト化、および待機電力の低減を図ることができる。さらに、太陽光発電システム１１の充電方式は、太陽光発電パネル１２と電力制御装置１４とがセットで販売される場合にも有利である。
【００６３】
ここで、図６乃至図８を参照して、日照量の変化と充電効率との関係について行われたシミュレーションの結果について説明する。
【００６４】
図６には、シミュレーションを行ったときの条件が示されている。
【００６５】
太陽光発電パネル１２としては、１８枚の太陽電池セルが接続されて使用される条件でシミュレーションが行われた。また、太陽電池セルの接続構成としては、９枚の太陽電池セルが直列に接続され、そのセル列が２本並列に接続された構成とし、例えば、１枚のセルの出力電力を0.153kWとすると、太陽光発電パネル１２は、2.75kW（＝0.153×18）の出力電力とされる。
【００６６】
また、蓄電池１３としては、４８セルのリチウムイオン蓄電池が直列に接続されて使用される条件でシミュレーションが行われた。また、蓄電池１３の充電特性としては、7.5kWhの充電カーブが使用され、初期電圧Ｖ０が166.1Ｖであり、中間電圧Ｖ１が181.5Ｖであり、最終電圧Ｖ２が196.88Ｖである。
【００６７】
また、日射量は、600〜1000W/m2の範囲とされ、第１乃至第４の条件でシミュレーションが行われた。第１の条件では、日照量が800W/m2で一定であるとし、第２の条件では、日照量が1000W/m2で一定であるとした。第３の条件では、日照量が600W/m2から1000W/m2へ3.5時間で変化した後に1000W/m2で一定となるものとし、第４の条件では、日照量が1000W/m2から600W/m2へ3.5時間で変化した後に600W/m2で一定となるものとした。
【００６８】
このような第１乃至第４の条件の日照量で、太陽光発電パネル１２と蓄電池１３とを直接的に接続し、太陽光発電パネル１２により発電された電力で蓄電池１３を充電するときの蓄電池１３の電圧の変化がシミュレーションにより求められた。
【００６９】
図７Ａ乃至図７Ｄには、第１乃至第４の条件の日照量でシミュレーションを行った結果が示されている。図７Ａ乃至図７Ｄにおいて、横軸は、時間を表し、左側の縦軸は、電圧（Ｖ）を表し、右側の縦軸は、日射量（W/m2）を表している。また、図７Ａ乃至図７Ｄには、シミュレーションで求められた蓄電池１３の電圧の変化とともに、MPPT制御を行った場合における最大出力点となる電圧（PV MPPT電圧）の変化が示されている。
【００７０】
図７に示すように、第３の条件で充電を行った場合、他の条件で充電を行った場合と比較して、蓄電池１３の電圧の変化は、PV MPPT電圧の変化に最も近似したものとなる。PV MPPT電圧は、太陽光発電パネル１２の出力電力が最大となるように制御された電圧であるので、第３の条件で充電を行ったときの電圧によって、太陽光発電パネル１２から最大出力電力に近い電力を得ることができる。つまり、このシミュレーション結果より、第３の条件で充電を行うことにより、他の条件で充電を行うよりも、より効率良く蓄電池１３が充電されると言うことができる。
【００７１】
図８には、第１乃至第４の条件の日照量で行われたシミュレーションにより求められた充電効率が示されている。
【００７２】
図８に示すように、充電効率［％］は、「蓄電池の充電に使用した電力」を、「太陽光発電パネルから本来（MPPT制御で）取得可能な電力」で除算した値に100を掛けることで求められる。
【００７３】
そして、シミュレーションにより求められた充電効率は、第１の条件において98.9％、第２の条件において99.1％、第３の条件において99.5％、第４の条件において97.7％であった。このように、第３の条件において最も高い充電効率となることが求められた。
【００７４】
なお、本実施の形態では、制御ユニット２５は、太陽光の日射量の変化に基づいて蓄電池１３の充電を開始する判断を行っているが、太陽光の日射量の変化に加えて、例えば、太陽光発電パネル１２の温度を参照して蓄電池１３の充電の開始を判断してもよい。
【００７５】
即ち、太陽光発電パネル１２は、温度が高くなると発電効率が低下して出力電圧が低下する傾向がある。このことより、制御ユニット２５は、太陽光発電パネル１２の温度が、太陽光発電パネル１２の発電効率が所定の基準値以下に低下するような所定の温度以上でないとき、即ち、所定の温度以下であるときに、蓄電池１３への充電を開始するような充電制御を行うことができる。これにより、より高効率で蓄電池１３を充電することができる。また、この場合、太陽光発電パネル１２の温度を検知するために、太陽光発電パネル１２に温度センサを設けたり、制御ユニット２５が、通信部２４が取得した天候を予測する情報（例えば、気温の情報）から太陽光発電パネル１２の温度を推定したりすることができる。
【００７６】
また、例えば、図示しないサーバにおいて実行されるプログラムにより、太陽光発電システム１１が設置されている箇所の太陽光の日照量の変化を予測した情報が、太陽光発電システム１１に対して提供されるようにしてもよい。この場合、制御ユニット２５は、通信部２４を介して太陽光の日照量の変化を予測した情報を取得し、制御ユニット２５自身で日照量の変化を予測せず、その情報に従って充電制御を行うことができる。
【００７７】
さらに、例えば、制御ユニット２５は、時刻を示す情報にだけ従って、日照量の増加が推定される時間帯（例えば、午前中）に、蓄電池１３に充電を行うようにしてもよい。
【００７８】
このように、制御ユニット２５は、天候を予測する情報を使用して、蓄電池１３に対する充電制御を行うのに限られるものではない。つまり、制御ユニット２５は、日照量の変化を予測した情報や、時刻を示す情報、太陽光発電パネル１２の温度などの様々な条件に基づいて、蓄電池１３に対する充電制御を行うことができ、それらの情報より、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値が上昇すると推定された場合に、蓄電池１３の充電を開始するように充電制御を行うことができる。
【００７９】
また、制御ユニット２５は、CPU（Central Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、RAM（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（例えば、EEPROM（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory））などを備えて構成されており、ROMまたはフラッシュメモリに記憶されているプログラムをRAMにロードして実行することで、蓄電池１３に対する充電制御を行う。なお、CPUが実行するプログラムは、あらかじめROMおよびフラッシュメモリに記憶されているものの他、適宜、フラッシュメモリにダウンロードして更新することができる。
【００８０】
なお、上述のフローチャートを参照して説明した各処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むものである。また、プログラムは、１のCPUにより処理されるものであっても良いし、複数のCPUによって分散処理されるものであっても良い。
【００８１】
さらに、本実施の形態では、太陽光発電パネル１２を発電手段とした発電システムについて説明したが、本技術は、太陽光発電パネル１２の他、風力発電などのように、自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段による電力を利用した発電システムに適用することができる。
【００８２】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１１ 太陽光発電システム， １２ 太陽光発電パネル， １３ 蓄電池， １４ 電力制御装置， ２１ ダイオード， ２２ スイッチ， ２３ 双方向AC/DC変換部， ２４ 通信部， ２５ 制御ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電制御装置および充電制御方法、並びに太陽光発電システムに関し、特に、より効率良く蓄電池を充電することができるようにした充電制御装置および充電制御方法、並びに太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電パネルおよび蓄電池を備えた太陽光発電システムが普及している。このような太陽光発電システムにおいて、太陽光発電パネルで発電された電力は、各負荷で消費される他、発電量や消費量などに応じて蓄電池に充電される。
【０００３】
また、太陽光発電パネルで発電された電力を蓄電池に充電する充電方式として、複数の充電方式が提案されている。例えば、太陽光発電パネルで発電された直流電圧の電力を、発電パネル用のパワーコンディショナにより交流電圧の電力に変換し、分電盤を介して双方向パワーコンディショナに供給して直流電圧の電力に変換した後、蓄電池に充電する充電方式がある。また、太陽光発電パネルで発電された直流電圧の電力を、DC/DC（Direct Current/Direct Current）コンバータにより、蓄電池の充電に適した規定の直流電圧の電力に変換した後、蓄電池に充電する方式がある。
【０００４】
しかしながら、これらの充電方式では、パワーコンディショナまたはDC/DCコンバータによる変換効率に応じて充電効率が低下してしまう。従って、太陽光発電パネルで発電された直流電圧の電力を直接的に、つまり、パワーコンディショナまたはDC/DCコンバータにより電圧変換を行うことなく、蓄電池に充電する充電方式を用いた場合には、充電効率の低下を回避することができると想定される。
【０００５】
ところで、太陽光発電パネルからの電力を直接的に蓄電池に充電する充電方式では、太陽光発電パネルと蓄電池との間の電圧が調整されないため、太陽光発電パネルから出力される電力の電圧変動が、蓄電池の充電効率に影響を及ぼすことがある。このため、太陽光発電パネルへの太陽光の照射状況によっては、蓄電池の充電効率が低下することが懸念される。
【０００６】
また、蓄電池に効率良く充電するために、蓄電池の状況に応じて充電制御を行うことが提案されており、例えば、特許文献１には、リチウムイオン二次電池の温度に基づいて充電制御を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１４８０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、太陽光発電パネルからの電力を直接的に蓄電池に充電する充電方式では、蓄電池の充電効率が低下することが懸念されており、充電効率の低下を回避して、より効率良く蓄電池を充電することが求められている。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より効率良く蓄電池を充電することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一側面の充電制御装置は、自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段から出力される電力を最大とする電圧値が上昇するか否かを推定する推定手段と、推定手段により、電圧値が上昇すると推定された場合、発電手段により発電された電力の蓄積手段への充電を開始する充電開始手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一側面の電力制御方法は、自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段から出力される電力を最大とする電圧値が上昇するか否かを推定し、電圧値が上昇すると推定された場合、発電手段により発電された電力の蓄積手段への充電を開始するステップを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の一側面の太陽光発電システムは、自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段と、電力を充電する蓄積手段と、発電手段から出力される電力を最大とする電圧値が上昇するか否かを推定する推定手段と、推定手段により、電圧値が上昇すると推定された場合、太陽光発電手段により発電された電力の蓄積手段への充電を開始する充電開始手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一側面においては、自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段から出力される電力を最大とする電圧値が上昇すると推定された場合、発電手段により発電された電力の蓄積手段への充電が開始される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一側面によれば、より効率良く蓄電池を充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した太陽光発電システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図２】太陽光発電パネルの電流電圧特性および電力電圧特性を示す図である。
【図３】定電流および定電圧で充電を行う方式での充電特性を示す図である。
【図４】日射量が増加および低下する傾向であるときの充電例について説明する図である。
【図５】充電の開始を判断する処理を説明するフローチャートである。
【図６】日照量および充電効率の関係について行われたシミュレーションの条件を説明する図である。
【図７】シミュレーションを行った結果を示す図である。
【図８】シミュレーションにより求められた充電効率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明を適用した太陽光発電システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。なお、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【００１８】
図１において、太陽光発電システム１１は、太陽光発電パネル１２、蓄電池１３、電力制御装置１４を備えて構成される。
【００１９】
太陽光発電パネル１２は、複数の太陽電池モジュールが接続されて構成されるパネルであり、太陽光の照射量に応じて発電する太陽光発電手段である。蓄電池１３は、例えば、リチウムイオン蓄電池や鉛蓄電池などを備えて構成され、電力制御装置１４を介して供給される電力を蓄積（充電）する蓄積手段である。
【００２０】
電力制御装置１４は、太陽光発電パネル１２において発電された電力の蓄電池１３への充電を制御する充電制御装置として機能する。また、電力制御装置１４は、太陽光発電パネル１２において発電された電力を、分電盤を介して負荷または商用電力系統（いずれも図示せず）に供給したり、分電盤を介して商用電力系統から供給される電力を蓄電池１３に充電したり、蓄電池１３に蓄電されている電力を、分電盤を介して負荷に供給したりするような電力制御を行う。
【００２１】
電力制御装置１４は、ダイオード２１、スイッチ２２、双方向AC/DC（Alternating Current / Direct Current）変換部２３、通信部２４、および制御ユニット２５を備えて構成される。
【００２２】
電力制御装置１４では、ダイオード２１のアノードが、太陽光発電パネル１２に接続されている。また、ダイオード２１のカソードが、スイッチ２２を介して蓄電池１３に接続されるとともに、双方向AC/DC変換部２３に接続されている。また、双方向AC/DC変換部２３は、例えば、分電盤を介して商用電力系統や各負荷などに接続されている。
【００２３】
ダイオード２１は、太陽光発電パネル１２からの電力が蓄電池１３および双方向AC/DC変換部２３に供給されるようにする一方、蓄電池１３および双方向AC/DC変換部２３からの電力が太陽光発電パネル１２に流れ込むのを規制する。
【００２４】
スイッチ２２は、ダイオード２１と双方向AC/DC変換部２３との接続点よりも蓄電池１３側の配線に配置されている。スイッチ２２は、制御ユニット２５の制御に従って、太陽光発電パネル１２および双方向AC/DC変換部２３と、蓄電池１３との接続を開放状態または閉鎖状態とする。
【００２５】
双方向AC/DC変換部２３は、太陽光発電パネル１２または蓄電池１３から出力される直流電圧の電力を交流電圧の電力に変換して分電盤へ出力したり、分電盤を介して供給される交流電圧の電力を直流電圧の電力に変換して蓄電池１３に供給したりする。また、双方向AC/DC変換部２３は、制御ユニット２５の制御に従って、電力変換の駆動または停止を行う。
【００２６】
通信部２４は、有線または無線の回線を通じてネットワークに接続されており、そのネットワークを介して通信を行うことで、各種の情報を取得し、制御ユニット２５に供給する。
【００２７】
制御ユニット２５は、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の日射量の変化に従って、太陽光発電パネル１２により発電された電力の蓄電池１３への充電を制御する。また、制御ユニット２５は、双方向AC/DC変換部２３による電力変換の駆動または停止を制御する。
【００２８】
例えば、図示しないサーバにおいて実行されるプログラムにより、太陽光発電システム１１が設置されている地域の天候を予測する情報が、太陽光発電システム１１に対して提供される場合、制御ユニット２５は、通信部２４を介して天候を予測する情報を取得する。そして、制御ユニット２５は、その情報に基づいて、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の日射量の変化を予測し、太陽光の日照量の変化に従って蓄電池１３に対する充電を制御する。
【００２９】
ここで、図２乃至図４を参照して、太陽光の日射量の変化に従った蓄電池１３に対する充電制御についての基本的な概念を説明する。
【００３０】
図２は、太陽光発電パネル１２の電流電圧特性および電力電圧特性を示す図である。
【００３１】
図２において、横軸は、太陽光発電パネル１２から出力される電圧［Ｖ］を示し、左側の縦軸は、太陽光発電パネル１２から出力される電流［Ａ］を示し、右側の縦軸は太陽光発電パネル１２から出力される電力［Ｗ］を示している。また、図２には、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の照射量が、1000［W/m2］、800［W/m2］、および600［W/m2］であるときの電流電圧特性と電力電圧特性とが示されている。
【００３２】
例えば、通常のパワーコンディショナを使用したとき、パワーコンディショナは、太陽光発電パネル１２の出力電力が最大となるように、つまり、電力電圧特性が示す曲線の頂点である最大電力点を追従するようにMPPT（Maximum Power Point Tracking）制御を行う。
【００３３】
これに対し、図１の太陽光発電システム１１の構成では、即ち、太陽光発電パネル１２が、パワーコンディショナなどを介さずに蓄電池１３に接続される構成では、蓄電池１３の電圧が支配的となるため、太陽光発電パネル１２から出力される電圧は、蓄電池１３の電圧となる。このため、太陽光発電パネル１２から出力される電圧が、出力電圧が最大となる電圧値になるとは限らない。
【００３４】
また、図２に示すように、太陽光発電パネル１２の最大電力点の電圧は、即ち、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値は、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の照射量に従って変化する。つまり、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の照射量が増加するのに従って、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値も増加する。
【００３５】
図３は、定電流および定電圧で充電を行う方式で、定格容量が１Ｃと0.5Ｃである蓄電池１３を充電する際における電圧（Ｖ）の変化、充電電流（ＣＡ）の変化、および充電容量（CAh）の変化を示す図である。
【００３６】
図３に示すように、蓄電池１３の電圧は、蓄電池１３の充電容量（残量）が多くなると上昇する。つまり、蓄電池１３は、充電が進むにつれて電圧が上昇する。
【００３７】
このように、蓄電池１３の充電が進むにつれて蓄電池１３の電圧が上昇するという傾向を利用し、蓄電池１３の充電が進むにつれて、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値が増加するようなタイミングで充電を行うことで、最大電力点の電圧に近似した電圧で蓄電池１３を充電することができる。これにより、効率良く蓄電池１３を充電することができる。
【００３８】
つまり、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値は、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の照射量が増加するのに従って増加するので（図２参照）、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の照射量が増加することが予測されたときに蓄電池１３の充電を開始することで、効率良く蓄電池１３を充電することができる。
【００３９】
図４を参照して、日射量が増加する傾向であるときの充電例と、日射量が低下する傾向であるときの充電例とについて説明する。
【００４０】
図４には、図２と同様に、太陽光発電パネル１２の電流電圧特性および電力電圧特性が示されている。
【００４１】
また、図４において、電圧Ｖ０は、蓄電池１３の充電を開始したときの初期電圧を示しており、電圧Ｖ１は、蓄電池１３の充電中における中間電圧を示しており、電圧Ｖ２は、蓄電池１３の充電が終了したときの最終電圧を示している。つまり、図４には、初期電圧Ｖ０（例えば、約１９Ｖ）から充電が開始され、中間電圧Ｖ１（例えば、約２０Ｖ）を通過して、最終電圧Ｖ２（例えば、約２１Ｖ）となるまで、蓄電池１３に充電が行われる例が示されている。
【００４２】
図４の左側には、日射量が、600［W/m2］、800［W/m2］、および1000［W/m2］の順で増加する傾向であるときの充電例が示されている。このように日射量が増加する傾向であるときに充電を開始すると、太陽光発電パネル１２からは、蓄電池１３の初期電圧Ｖ０に対応して、日射量が600［W/m2］であるときの電力電圧特性に従って太陽光発電パネル１２から出力される電力Ｗ０で充電が開始される。
【００４３】
その後、充電が進むのと共に日射量が増加し、蓄電池１３の中間電圧Ｖ１に対応して、日射量が800［W/m2］であるときの電力電圧特性に従って太陽光発電パネル１２から出力される電力Ｗ１で充電が行われる。そして、さらに充電が進むのと共に日射量が増加し、蓄電池１３の最終電圧Ｖ２に対応して、日射量が1000［W/m2］であるときの電力電圧特性に従って太陽光発電パネル１２から出力される電力Ｗ２で充電が行われる。
【００４４】
このように、日射量が増加する傾向であるときに充電を開始すると、充電が進むのに従って蓄電池１３の電圧が上昇するのと共に、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値も上昇する。従って、最大出力点の電圧に近似した電圧で蓄電池１３の充電が行われる。
【００４５】
一方、図４の右側には、日射量が、1000［W/m2］、800［W/m2］、および600［W/m2］の順で低下する傾向であるときの充電例が示されている。このように日射量が低下する傾向であるときに充電を開始すると、太陽光発電パネル１２からは、蓄電池１３の初期電圧Ｖ０に対応して、日射量が1000［W/m2］であるときの電力電圧特性に従って太陽光発電パネル１２から出力される電力Ｗ０’で充電が開始される。ここで、図４に示すように、電力Ｗ０’は、電力Ｗ２よりも低く、最大出力点からずれている。
【００４６】
その後、充電が進むのと共に日射量が低下し、蓄電池１３の中間電圧Ｖ１に対応して、日射量が800［W/m2］であるときの電力電圧特性に従って太陽光発電パネル１２から出力される電力Ｗ１’で充電が行われる。そして、さらに充電が進むのと共に日射量が低下し、蓄電池１３の最終電圧Ｖ２に対応して、日射量が600［W/m2］であるときの電力電圧特性に従って太陽光発電パネル１２から出力される電力Ｗ２’で充電が行われる。ここで、図４に示すように、電力Ｗ２’は、電力Ｗ０よりも低く、最大出力点からずれている。
【００４７】
このように、日射量が低下する傾向であるときに充電を開始すると、最大出力点の電圧に近似した電圧では蓄電池１３の充電は行われず、日射量が増加する傾向であるときに充電を開始したときよりも低い電力で蓄電池１３の充電が行われる。
【００４８】
つまり、日射量が増加する傾向であるときに充電を開始した場合には、日射量が低下する傾向であるときに充電を開始した場合に比較して、最大出力点の電圧に近似した電圧で長時間にわたって蓄電池１３を充電することができる。従って、日射量が増加する傾向であるときに充電を開始することにより、より効率良く蓄電池１３を充電することができる。
【００４９】
以上のことより、制御ユニット２５は、天候を予測する情報に基づいて、太陽光発電パネル１２に照射される太陽光の日射量の変化を予測し、太陽光発電パネル１２への太陽光の日照量が増加すること、即ち、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値が上昇することが推定される場合、蓄電池１３に対して充電を開始するように充電制御を行う。
【００５０】
図５は、図１の電力制御装置１４の制御ユニット２５が、蓄電池１３の充電の開始を判断する処理を説明するフローチャートである。
【００５１】
例えば、太陽光発電パネル１２に太陽光が照射されて発電可能な状態となり電力の出力が開始されたことが検知されると処理が開始され、ステップＳ１１において、制御ユニット２５は、通信部２４に対して通信を行うように制御する。通信部２４は、ネットワークを介して通信を行い、太陽光発電システム１１が設置されている地域の天候を予測する情報（所謂、天気予報情報など）を取得する。
【００５２】
ステップＳ１１の処理後、処理はステップＳ１２に進み、制御ユニット２５は、ステップＳ１１で通信部２４が取得した天候を予測する情報と、現在の時刻とに基づいて、太陽光発電パネル１２に対する日照量の変化を予測する。
【００５３】
例えば、制御ユニット２５は、午前中の時間帯において、天候を予測する情報が、太陽光発電システム１１が設置されている地域で晴天が続くことを示している場合、太陽光発電パネル１２に対する日照量が増加すると予測する。また、制御ユニット２５は、昼間の時間帯において、天候を予測する情報が、太陽光発電システム１１が設置されている地域で曇りから晴れに変化することを示している場合、太陽光発電パネル１２に対する日照量が増加すると予測する。また、制御ユニット２５は、夕方の時間帯である場合や、天候を予測する情報が、太陽光発電システム１１が設置されている地域で晴れから曇りまたは雨に変化することを示している場合など、太陽光発電パネル１２に対する日照量が低下すると予測する。
【００５４】
ステップＳ１３において、制御ユニット２５は、ステップＳ１２での予測の結果から、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値、つまり、最大出力点の電圧値が上昇すると推定されるか否かを判定する。
【００５５】
制御ユニット２５は、例えば、ステップＳ１２において、太陽光発電パネル１２に対する日照量が増加すると予測されたとき、最大出力点の電圧値が上昇すると推定する。一方、制御ユニット２５は、例えば、ステップＳ１２において、太陽光発電パネル１２に対する日照量が変化しない、または、太陽光発電パネル１２に対する日照量が低下すると予測されたとき、最大出力点の電圧値が上昇しないと推定する。
【００５６】
ステップＳ１３において、制御ユニット２５が、最大出力点の電圧値が上昇しないと推定した場合（最大出力点の電圧値が上昇すると推定しなかった場合）、処理はステップＳ１４に進む。
【００５７】
ステップＳ１４において、制御ユニット２５は、双方向AC/DC変換部２３により電力変換を行わせるとともに、スイッチ２２を開放状態として太陽光発電パネル１２と蓄電池１３との接続を切断させる（既に切断されている場合には、切断を継続させる）。これにより、太陽光発電パネル１２において発電された直流電圧の電力は双方向AC/DC変換部２３に供給されて交流電圧の電力に変換された後、分電盤を介して外部に出力される。ステップＳ１４の処理後、処理はステップＳ１１に戻る。このとき、制御ユニット２５は、所定の周期が経過するまで待機した後、通信部２４に対して通信を行うように制御を行い、以下、同様の処理が繰り返される。
【００５８】
一方、ステップＳ１３において、制御ユニット２５が、最大出力点の電圧値が上昇すると推定した場合、処理はステップＳ１５に進む。
【００５９】
ステップＳ１５において、制御ユニット２５は、双方向AC/DC変換部２３による電力変換を停止させるとともに、スイッチ２２を閉鎖状態として、太陽光発電パネル１２と蓄電池１３とを接続させる。これにより、太陽光発電パネル１２において発電された電力が、ダイオード２１およびスイッチ２２を介して直接的に蓄電池１３に供給され、蓄電池１３の充電が開始される。ステップＳ１５の処理後、蓄電池１３の充電の開始を判断する処理は終了される。
【００６０】
以上のように、太陽光発電システム１１では、制御ユニット２５が、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値が上昇すると推定したときに蓄電池１３の充電を開始すると判断するので、図４を参照して説明したように、最大電力点の電圧に近似した電圧で長時間にわたって蓄電池１３を充電することができる。これにより、日照量が変化しなかったり、日照量が低下したりするときに、蓄電池１３の充電を開始する場合と比較して、より効率良く蓄電池１３を充電することができる。
【００６１】
また、太陽光発電システム１１では、パワーコンディショナやDC/DCコンバータなどにより電力が変換されることなく、太陽光発電パネル１２から直接的に蓄電池１３に電力が供給されるため、パワーコンディショナやDC/DCコンバータなどの変換効率によるロスがない。
【００６２】
従って、太陽光発電システム１１の充電方式では、パワーコンディショナやDC/DCコンバータなどを介して充電を行う充電方式と比較して、高効率で充電を行うことができる。また、パワーコンディショナやDC/DCコンバータなどを介して充電を行う太陽光発電システムよりも、太陽光発電システム１１は、構成を比較的に簡素化することができるので、省スペース化、低コスト化、および待機電力の低減を図ることができる。さらに、太陽光発電システム１１の充電方式は、太陽光発電パネル１２と電力制御装置１４とがセットで販売される場合にも有利である。
【００６３】
ここで、図６乃至図８を参照して、日照量の変化と充電効率との関係について行われたシミュレーションの結果について説明する。
【００６４】
図６には、シミュレーションを行ったときの条件が示されている。
【００６５】
太陽光発電パネル１２としては、１８枚の太陽電池セルが接続されて使用される条件でシミュレーションが行われた。また、太陽電池セルの接続構成としては、９枚の太陽電池セルが直列に接続され、そのセル列が２本並列に接続された構成とし、例えば、１枚のセルの出力電力を0.153kWとすると、太陽光発電パネル１２は、2.75kW（＝0.153×18）の出力電力とされる。
【００６６】
また、蓄電池１３としては、４８セルのリチウムイオン蓄電池が直列に接続されて使用される条件でシミュレーションが行われた。また、蓄電池１３の充電特性としては、7.5kWhの充電カーブが使用され、初期電圧Ｖ０が166.1Ｖであり、中間電圧Ｖ１が181.5Ｖであり、最終電圧Ｖ２が196.88Ｖである。
【００６７】
また、日射量は、600〜1000W/m2の範囲とされ、第１乃至第４の条件でシミュレーションが行われた。第１の条件では、日照量が800W/m2で一定であるとし、第２の条件では、日照量が1000W/m2で一定であるとした。第３の条件では、日照量が600W/m2から1000W/m2へ3.5時間で変化した後に1000W/m2で一定となるものとし、第４の条件では、日照量が1000W/m2から600W/m2へ3.5時間で変化した後に600W/m2で一定となるものとした。
【００６８】
このような第１乃至第４の条件の日照量で、太陽光発電パネル１２と蓄電池１３とを直接的に接続し、太陽光発電パネル１２により発電された電力で蓄電池１３を充電するときの蓄電池１３の電圧の変化がシミュレーションにより求められた。
【００６９】
図７Ａ乃至図７Ｄには、第１乃至第４の条件の日照量でシミュレーションを行った結果が示されている。図７Ａ乃至図７Ｄにおいて、横軸は、時間を表し、左側の縦軸は、電圧（Ｖ）を表し、右側の縦軸は、日射量（W/m2）を表している。また、図７Ａ乃至図７Ｄには、シミュレーションで求められた蓄電池１３の電圧の変化とともに、MPPT制御を行った場合における最大出力点となる電圧（PV MPPT電圧）の変化が示されている。
【００７０】
図７に示すように、第３の条件で充電を行った場合、他の条件で充電を行った場合と比較して、蓄電池１３の電圧の変化は、PV MPPT電圧の変化に最も近似したものとなる。PV MPPT電圧は、太陽光発電パネル１２の出力電力が最大となるように制御された電圧であるので、第３の条件で充電を行ったときの電圧によって、太陽光発電パネル１２から最大出力電力に近い電力を得ることができる。つまり、このシミュレーション結果より、第３の条件で充電を行うことにより、他の条件で充電を行うよりも、より効率良く蓄電池１３が充電されると言うことができる。
【００７１】
図８には、第１乃至第４の条件の日照量で行われたシミュレーションにより求められた充電効率が示されている。
【００７２】
図８に示すように、充電効率［％］は、「蓄電池の充電に使用した電力」を、「太陽光発電パネルから本来（MPPT制御で）取得可能な電力」で除算した値に100を掛けることで求められる。
【００７３】
そして、シミュレーションにより求められた充電効率は、第１の条件において98.9％、第２の条件において99.1％、第３の条件において99.5％、第４の条件において97.7％であった。このように、第３の条件において最も高い充電効率となることが求められた。
【００７４】
なお、本実施の形態では、制御ユニット２５は、太陽光の日射量の変化に基づいて蓄電池１３の充電を開始する判断を行っているが、太陽光の日射量の変化に加えて、例えば、太陽光発電パネル１２の温度を参照して蓄電池１３の充電の開始を判断してもよい。
【００７５】
即ち、太陽光発電パネル１２は、温度が高くなると発電効率が低下して出力電圧が低下する傾向がある。このことより、制御ユニット２５は、太陽光発電パネル１２の温度が、太陽光発電パネル１２の発電効率が所定の基準値以下に低下するような所定の温度以上でないとき、即ち、所定の温度以下であるときに、蓄電池１３への充電を開始するような充電制御を行うことができる。これにより、より高効率で蓄電池１３を充電することができる。また、この場合、太陽光発電パネル１２の温度を検知するために、太陽光発電パネル１２に温度センサを設けたり、制御ユニット２５が、通信部２４が取得した天候を予測する情報（例えば、気温の情報）から太陽光発電パネル１２の温度を推定したりすることができる。
【００７６】
また、例えば、図示しないサーバにおいて実行されるプログラムにより、太陽光発電システム１１が設置されている箇所の太陽光の日照量の変化を予測した情報が、太陽光発電システム１１に対して提供されるようにしてもよい。この場合、制御ユニット２５は、通信部２４を介して太陽光の日照量の変化を予測した情報を取得し、制御ユニット２５自身で日照量の変化を予測せず、その情報に従って充電制御を行うことができる。
【００７７】
さらに、例えば、制御ユニット２５は、時刻を示す情報にだけ従って、日照量の増加が推定される時間帯（例えば、午前中）に、蓄電池１３に充電を行うようにしてもよい。
【００７８】
このように、制御ユニット２５は、天候を予測する情報を使用して、蓄電池１３に対する充電制御を行うのに限られるものではない。つまり、制御ユニット２５は、日照量の変化を予測した情報や、時刻を示す情報、太陽光発電パネル１２の温度などの様々な条件に基づいて、蓄電池１３に対する充電制御を行うことができ、それらの情報より、太陽光発電パネル１２から出力される電力を最大とする電圧値が上昇すると推定された場合に、蓄電池１３の充電を開始するように充電制御を行うことができる。
【００７９】
また、制御ユニット２５は、CPU（Central Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、RAM（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（例えば、EEPROM（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory））などを備えて構成されており、ROMまたはフラッシュメモリに記憶されているプログラムをRAMにロードして実行することで、蓄電池１３に対する充電制御を行う。なお、CPUが実行するプログラムは、あらかじめROMおよびフラッシュメモリに記憶されているものの他、適宜、フラッシュメモリにダウンロードして更新することができる。
【００８０】
なお、上述のフローチャートを参照して説明した各処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むものである。また、プログラムは、１のCPUにより処理されるものであっても良いし、複数のCPUによって分散処理されるものであっても良い。
【００８１】
さらに、本実施の形態では、太陽光発電パネル１２を発電手段とした発電システムについて説明したが、本技術は、太陽光発電パネル１２の他、風力発電などのように、自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段による電力を利用した発電システムに適用することができる。
【００８２】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１１ 太陽光発電システム， １２ 太陽光発電パネル， １３ 蓄電池， １４ 電力制御装置， ２１ ダイオード， ２２ スイッチ， ２３ 双方向AC/DC変換部， ２４ 通信部， ２５ 制御ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段から出力される電力を最大とする電圧値が上昇するか否かを推定する推定手段と、
前記推定手段により、前記電圧値が上昇すると推定された場合、前記発電手段により発電された電力の蓄積手段への充電を開始する充電開始手段と
を備えることを特徴とする充電制御装置。
【請求項２】
前記発電手段は、太陽光の照射に応じて発電を行う太陽光発電手段であり、
天候を予測する情報を取得する取得手段と、
前記取得手段が取得した前記情報に基づいて、前記太陽光発電手段に照射される日射量の変化を予測する予測手段と
をさらに備え、
前記推定手段は、前記予測手段による予測結果において、前記太陽光発電手段に照射される日射量が増加すると予測されたとき、前記電圧値が上昇すると推定する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電制御装置。
【請求項３】
前記予測手段は、前記天候を予測する情報とともに、時刻にも基づいて、前記太陽光発電手段に照射される日射量の変化を予測する
ことを特徴とする請求項２に記載の充電制御装置。
【請求項４】
前記充電開始手段は、前記太陽光発電手段の温度が、所定の温度以下であるときに、前記蓄積手段への充電を開始する
ことを特徴とする請求項１乃至３に記載の充電制御装置。
【請求項５】
自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段から出力される電力を最大とする電圧値が上昇するか否かを推定し、
前記電圧値が上昇すると推定された場合、前記発電手段により発電された電力の蓄積手段への充電を開始する
ステップを含むことを特徴とする電力制御方法。
【請求項６】
自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段と、
電力を充電する蓄積手段と、
前記発電手段から出力される電力を最大とする電圧値が上昇するか否かを推定する推定手段と、
前記推定手段により、前記電圧値が上昇すると推定された場合、前記発電手段により発電された電力の前記蓄積手段への充電を開始する充電開始手段と
を備えることを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項１】
自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段から出力される電力を最大とする電圧値が上昇するか否かを推定する推定手段と、
前記推定手段により、前記電圧値が上昇すると推定された場合、前記発電手段により発電された電力の蓄積手段への充電を開始する充電開始手段と
を備えることを特徴とする充電制御装置。
【請求項２】
前記発電手段は、太陽光の照射に応じて発電を行う太陽光発電手段であり、
天候を予測する情報を取得する取得手段と、
前記取得手段が取得した前記情報に基づいて、前記太陽光発電手段に照射される日射量の変化を予測する予測手段と
をさらに備え、
前記推定手段は、前記予測手段による予測結果において、前記太陽光発電手段に照射される日射量が増加すると予測されたとき、前記電圧値が上昇すると推定する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電制御装置。
【請求項３】
前記予測手段は、前記天候を予測する情報とともに、時刻にも基づいて、前記太陽光発電手段に照射される日射量の変化を予測する
ことを特徴とする請求項２に記載の充電制御装置。
【請求項４】
前記充電開始手段は、前記太陽光発電手段の温度が、所定の温度以下であるときに、前記蓄積手段への充電を開始する
ことを特徴とする請求項１乃至３に記載の充電制御装置。
【請求項５】
自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段から出力される電力を最大とする電圧値が上昇するか否かを推定し、
前記電圧値が上昇すると推定された場合、前記発電手段により発電された電力の蓄積手段への充電を開始する
ステップを含むことを特徴とする電力制御方法。
【請求項６】
自然エネルギーを利用し発電を行う発電手段と、
電力を充電する蓄積手段と、
前記発電手段から出力される電力を最大とする電圧値が上昇するか否かを推定する推定手段と、
前記推定手段により、前記電圧値が上昇すると推定された場合、前記発電手段により発電された電力の前記蓄積手段への充電を開始する充電開始手段と
を備えることを特徴とする太陽光発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１９６０２２（Ｐ２０１２−１９６０２２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６９５３（Ｐ２０１１−５６９５３）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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