太陽光発電システム、及び追尾制御装置
【課題】 逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にも有効利用することが可能な太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】 インバータの制御部が、バッテリによる逆潮流の回避可能性が有るか否か、バッテリの残容量ＳＯＣが上限値ＳＯＣｕを越えているか否か、余剰分の電力がインバータの定格容量Ｐｂｃを越えているか否かを判断する。そして、逆潮流を生じさせるような状態にある場合、逆潮回避モードフラグをセットする。これを受けて（Ｓ２３０）、追尾制御装置の追尾制御部は、系統からの受電電力Ｐｒが閾値αを下回ると（Ｓ２４０：ＹＥＳ）、最適角度から遠ざけるように追尾角度を角度ｘずつずらす（Ｓ２５０）。つまり、太陽電池パネル１１の角度を積極的に最適角度からずらす制御を行うことにより、太陽電池パネル１１による発電電力を抑え、余剰分の電力が発生することを抑え、逆潮流の発生を防止する。
【解決手段】 インバータの制御部が、バッテリによる逆潮流の回避可能性が有るか否か、バッテリの残容量ＳＯＣが上限値ＳＯＣｕを越えているか否か、余剰分の電力がインバータの定格容量Ｐｂｃを越えているか否かを判断する。そして、逆潮流を生じさせるような状態にある場合、逆潮回避モードフラグをセットする。これを受けて（Ｓ２３０）、追尾制御装置の追尾制御部は、系統からの受電電力Ｐｒが閾値αを下回ると（Ｓ２４０：ＹＥＳ）、最適角度から遠ざけるように追尾角度を角度ｘずつずらす（Ｓ２５０）。つまり、太陽電池パネル１１の角度を積極的に最適角度からずらす制御を行うことにより、太陽電池パネル１１による発電電力を抑え、余剰分の電力が発生することを抑え、逆潮流の発生を防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、系統連系型のシステムであって、負荷による消費電力を太陽光発電装置による発電電力及び系統からの受電電力で賄う太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光は石油等の化石燃料に依存しない無限のエネルギーであり、この太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池を利用した太陽光発電システムは、地球温暖化防止対策の一つとして普及・拡大が期待されている。また、エネルギーセキュリティー上からもエネルギー源として重要である。
【０００３】
太陽光発電システムで用いられる太陽電池の最小単位である太陽電池セルは、それ単体では出力が小さいため、通常は、出力電圧を上げるために直列接続して太陽電池モジュールを構成したり、さらに出力電圧を上げるために太陽電池モジュールを直列接続して太陽電池ストリングを構成したり、出力電力を上げるために太陽電池モジュール又は太陽電池ストリングを並列接続して太陽電池アレイを構成する。
【０００４】
そして、一般によく知られている太陽光発電システムでは、これら太陽電池モジュール、太陽電池ストリング、又は太陽電池アレイから出力される直流の発電電力を、パワーコンディショナにて交流電力に変換して、負荷に供給したり交流系統に連系したりしている。このとき、太陽光発電システムによる発電電力が負荷よりも小さい場合には交流系統からの受電が行われる。一方、太陽光発電システムによる発電電力が負荷よりも大きくなると、余剰分の発電電力が系統へ逆流させられる、いわゆる「逆潮流」が発生する。
【０００５】
従来、太陽光発電システムを構成する場合、通常、その発電電力を最大にするような工夫がなされる。例えば、太陽電池ユニットのパネル上面が太陽光に向くように傾斜させられる装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、この装置は、蓄電部と制御部とを備える筐体が太陽光を直接的に受けないようにして、その温度上昇を抑制するためのものである。
【０００６】
このように太陽電池ユニットのパネルを傾斜させるという思想を利用すれば、自動的にパネルが太陽光の方向を向くようにパネルの角度を制御することが考えられる。具体的には、太陽が東の空から南の空を通って西の空へ移動することを考慮し、例えば鉛直方向を回転軸にして、パネルを回動させることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２６１５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、発電電力を最大にするように太陽光発電システムを運営するのが一般的であるが、上述した「逆潮流」を不可とする場合がある。例えば、「逆潮流」では電力会社が発電電力を買い上げることになり「売電」が行われることになるが、太陽光発電システムが益々普及するに連れ、「売電」が制限されることがあり得る。逆潮流を不可とする制約がある場合、逆潮流が発生すると、即座に遮断機によってシステム全体が遮断され、負荷への電力供給もできなくなる。この場合、手動による復帰を余儀なくされ、結果として、太陽光発電システムの有効利用が阻害される事態が生じる。
【０００９】
例えば図６（ａ）に示すように、負荷１００が１００ｋＷであって太陽光発電システム２００の発電電力が８０ｋＷである場合、系統から２０ｋＷの電力が供給される。このとき、図６（ｂ）に示すように、負荷１００が７０ｋＷに減ると、太陽光発電システム２００の発電電力８０ｋＷが負荷を上回るため、余剰分の１０ｋＷが系統へ逆流する「逆潮流」が生じる。ここで特に「逆潮流」が不可となっている場合、図６（ｃ）に示すように、遮断機３００によってシステム全体が遮断される。結果として、８０ｋＷの発電が可能であるにもかかわらず、その恩恵を受けることができず、負荷１００への電力も供給されなくなる。
【００１０】
また、別の手法として、逆潮流を不可とする制約がある場合、系統からの受電電力を基準に太陽光発電システムを停止させる手法がある。この場合も、太陽光発電システムの有効利用が阻害される事態が生じる。
【００１１】
例えば図７（ａ）に示すように、負荷１００が１００ｋＷであって太陽光発電システム２００の発電電力が８０ｋＷである場合、系統から２０ｋＷの電力が供給される。ここで受電電力の閾値が１０ｋＷに設定されているものとする。このとき、図７（ｂ）に示すように、負荷１００が８５ｋＷに減ると、受電電力が５ｋＷとなり受電電力の閾値１０ｋＷを下回るため、「逆潮流」の防止を目的として開放指示が送出される。これにより、図７（ｃ）に示すように、遮断機４００（あるいは、ＰＣＳ）によって太陽光発電システム２００の発電電力が遮断される。結果として、８０ｋＷの発電が可能であるにもかかわらず、その恩恵を受けることができず、系統より８５ｋＷを受電することになってしまう。
【００１２】
さらにまた、別の手法として、逆潮流を不可とする制約がある場合、予め太陽光発電システムの運転スケジュールを決めておき、太陽光発電システムを停止させておく手法もある。この場合も、太陽光発電システムの有効利用が阻害される事態が生じる。
【００１３】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にも有効利用することが可能な太陽光発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の太陽光発電システムは、系統連系型のシステムであって、負荷による消費電力を太陽光発電装置による発電電力及び系統からの受電電力で賄うものであり、太陽光発電装置と追尾制御装置とを備える。
【００１５】
太陽光発電装置は、太陽光を受光することにより発電する太陽電池パネル、及び、当該太陽電池パネルの角度を変更可能なパネル駆動部を有する。
太陽電池パネルは、複数の太陽電池セルが直列接続されてなる太陽電池モジュール、複数の太陽電池モジュールが直列接続されてなる太陽電池ストリング、又は、複数の太陽電池モジュール若しくは複数の太陽電池ストリングが並列接続されてなる太陽電池アレイで構成することが例示される。
【００１６】
また、太陽電池パネルの角度は、パネル駆動部によって変更可能となっている。太陽電池パネルの角度とは、予め定められた回転軸周りの回動角度である。自由度を高めるためには、回転軸を複数軸（二軸あるいは三軸）とすることが考えられる。ただし、構造を単純化するためには、回転軸を一軸にするとよい。例えば、鉛直方向を回転軸にするという具合である。
【００１７】
追尾制御装置は、追尾制御部を有し、この追尾制御部によって、パネル駆動部を介し、太陽電池パネルの角度が、受光のための最適角度に制御される。最適角度は、刻一刻と変わるものであるため、例えば請求項９に示すように、追尾制御装置が、最適角度を記憶するためのデータ記憶部を有していることとしてもよい。例えば季節毎の各時間帯における最適角度をデータ記憶部に記憶しておけば、最適角度への制御は、比較的容易に実現される。
【００１８】
このようなシステムでは、負荷による消費電力を太陽光発電装置の発電電力と系統からの受電電力とで賄うため、太陽光発電装置の発電電力が増加したり、負荷による消費電力が減少したりすると、系統からの受電電力は減少する。ここで特に本発明では、系統からの受電電力が開始閾値を下回ると、追尾制御部によって、太陽電池パネルの角度を最適角度から遠ざける逆潮回避制御が実行される。つまり、太陽電池パネルの角度を積極的に最適角度からずらす制御を行うことにより、太陽電池パネルの発電電力を抑え、余剰分の電力が発生することを抑えるのである。このようにすれば、逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にも有効利用することができる。
【００１９】
なお、逆潮回避制御が実行された後、請求項２に示すように、系統からの受電電力が終了閾値を上回ると、太陽電池パネルの角度を最適角度に近づける復帰制御を実行することが好ましい。ここで終了閾値は、上述した開始閾値以上に設定される。ただし、終了閾値と開始閾値とが等しい場合には、ハンチングなどの問題が生じるため、終了閾値は開始閾値を上回るものとすることが望ましい。このようにすれば、受電電力が安定し逆潮流発生の可能性が小さくなった場合、復帰制御によって太陽電池パネルの角度が最適角度に近づけられるため、発電電力を大きくすることができ、システムの有効利用に寄与する。
【００２０】
また、請求項３に示すように、系統からの受電電力が開始閾値以上で且つ終了閾値以下である場合、太陽電池パネルの角度を維持する維持制御を実行することが考えられる。このようにすれば、発電電力が安定する可能性が高く、これに伴って受電電力も安定する可能性が高くなるため、適切な制御が実現される。
【００２１】
ところで、逆潮を回避するという観点からは、請求項４に示すように、逆潮回避制御における角度変更ついては、復帰制御における角度変更に比べ、単位時間あたりの変更度合いを大きくすることが好ましい。つまり、発電電力を減少させる側の制御は迅速に行い、発電電力を増加させる側の制御は緩慢に行うのである。このようにすれば、逆潮流の発生を防止するという効果が際だつ。
【００２２】
なお、太陽光発電システムでは、余剰電力を充電しておき、必要に応じて当該充電した電力を取り出すためのバッテリを備える構成が一般的である。そのため、余剰電力を充電することで逆潮流を回避できるならば、上述した逆潮回避制御を実行する必要はない。
【００２３】
そこで、請求項５に示すように、負荷による消費電力以上の余剰電力を充電するためのバッテリと、バッテリへ電力を供給する電力供給制御及びバッテリから電力を取り出す電力取出制御を実行可能で、逆潮回避制御の開始条件の成立を判断する制御部を有するインバータと、を備える構成の下、制御部にて開始条件が成立したと判断されたときに、系統からの受電電力が開始閾値を下回ると、追尾制御部によって逆潮回避制御が実行される構成としてもよい。このようにすれば、充電した電力を利用しつつも逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にもシステムを有効利用することができる。
【００２４】
具体的には、請求項６に示すように、制御部は、バッテリの状況からバッテリによる逆潮流の回避が困難である場合に、開始条件が成立したと判断することが例示される。例えば、バッテリが完全充電されたような状態にある場合が挙げられる。このようにすれば、適切な開始条件の下で、上述した逆潮流制御が実行される。
【００２５】
また具体的には、請求項７に示すように、制御部は、バッテリの残容量が予め定められる上限値を越えている場合に、開始条件が成立したと判断することが例示される。このようにすれば、適切な開始条件の下で、上述した逆潮流制御が実行される。
【００２６】
さらにまた具体的には、制御部は、余剰電力がインバータの定格容量を越えている場合に、開始条件が成立したと判断することが例示される。バッテリの残容量が少なくバッテリに余裕がある場合であっても、インバータの定格容量を越える場合には、逆潮流が生じるためである。このようにすれば、適切な開始条件の下で、上述した逆潮流制御が実行される。
【００２７】
以上は、太陽光発電システムの発明として説明したが、請求項１０に示すように、太陽光発電システムを構成する追尾制御装置の発明として実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】太陽光発電システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】インバータ処理を示すフローチャートである。
【図３】追尾処理を示すフローチャートである。
【図４】閾値と制御との関係を示す説明図である。
【図５】負荷による消費電力、バッテリ電力、太陽光発電装置による発電電力、及び系統からの受電電力の関係を示す説明図である。
【図６】従来の逆潮流回避の手法を示す説明図である。
【図７】従来の逆潮流回避の手法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、太陽光発電システム１の概略構成を示すブロック図である。
太陽光発電システム１は、電力を消費する構成である負荷５０に接続されると共に、系統連系システムとして系統に接続されている。系統への接続部分には、系統からの受電電力を計測するための計測部６０が設けられている。
【００３０】
また、太陽光発電システム１は、太陽光発電装置１０、追尾制御装置２０、インバータ３０、及び、バッテリ４０を備えている。
太陽光発電装置１０は、太陽電池パネル１１を有しており、太陽電池パネル１１に太陽光が照射されることで発電を行う。太陽電池パネル１１は、複数の太陽電池セルが直列接続されてなる太陽電池モジュール、複数の太陽電池モジュールが直列接続されてなる太陽電池ストリング、又は、複数の太陽電池モジュール若しくは複数の太陽電池ストリングが並列接続されてなる太陽電池アレイで構成されている。また、太陽光発電装置１０は、太陽電池パネル１１を駆動するパネル駆動部１２を有している。パネル駆動部１２は、モータなどで構成されており、ある傾斜を持って配置される太陽電池パネル１１を、鉛直方向を回転軸として回動可能となっている。なお、太陽電池パネル１１からの直流の発電電力は、図示しないＰＣＳにより交流の発電電力に変換される。
【００３１】
追尾制御装置２０は、太陽光発電装置１０の太陽電池パネル１１を、パネル駆動部１２を介して回動制御するための構成である。この追尾制御装置２０は、追尾制御部２１、及び、データ記憶部２２を有している。追尾制御部２１は、いわゆるコンピュータであり、パネル駆動部１２を介し、太陽電池パネル１１の回動を制御する。太陽電池パネル１１の最適角度は、例えば数分、数十分ごとのデータとして、データ記憶部２２に記憶されている。また、追尾制御装置２０へは、上述した計測部６０から受電点の電圧と電流の情報が入力されるようになっている。
【００３２】
かかる構成により、追尾制御装置２０では、追尾制御部２１が追尾処理を行う。追尾処理は、データ記憶部２２から太陽電池パネル１１の最適角度を逐次読み出し、パネル駆動部１２を介し、太陽電池パネル１１を最適角度に保持するものである。
【００３３】
そして、太陽光発電装置１０の発電電力Ｐｐｖ、バッテリ電力Ｐｂａｔｔ、及び、系統からの受電電力Ｐｒで、負荷による消費電力Ｐｌを賄う。このとき、太陽光発電装置１０の発電電力Ｐｐｖと系統からの受電電力Ｐｒで負荷Ｐｌを賄える状態になると、余剰分の電力は、バッテリ４０へ充電されることになる。
【００３４】
インバータ３０は、バッテリ４０の充放電を制御すると共に直流／交流変換を行う電力変換装置である。インバータ３０は、制御部３１を有し、バッテリ４０の充電状態などを監視して、後述する「逆潮回避モードフラグ」をセット／リセットする。なお、インバータ３０へは、上述した計測部６０から受電点の電圧と電流の情報が入力されるようになっている。
【００３５】
バッテリ４０は、太陽光発電装置１０で発電される電力を充電するための構成である。バッテリ４０に対する充電、及び、バッテリ４０からの電力の取り出しは、インバータ３０によって管理される。
【００３６】
次に、インバータ処理について説明する。図２は、インバータ処理を示すフローチャートである。このインバータ処理は、インバータ３０の制御部３１によって所定間隔で繰り返し実行される。
【００３７】
最初のＳ１００において、バッテリによる逆潮流の回避可能性の有無を判断する。この処理は、バッテリ４０の運用モードなどに基づき、追尾処理を継続した場合でもバッテリ４０によって逆潮流が防止できる可能性の有無を判断するものである。例えば、バッテリ４０のメンテナンス時など、受電電力や負荷５０による消費電力に関係なく一定電力で充電または放電するモードでバッテリ４０が運用される場合には否定判断される。ここで逆潮流の回避可能性が有る判断された場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）、Ｓ１１０へ移行する。一方、逆潮流の回避可能性が無いと判断された場合（Ｓ１００：ＮＯ）、Ｓ１１０及びＳ１２０の処理を実行せず、Ｓ１３０へ移行する。
【００３８】
Ｓ１１０では、バッテリ４０の残容量ＳＯＣが残容量の上限値ＳＯＣｕよりも大きいか否かを判断する。ここで残容量ＳＯＣ＞上限値ＳＯＣｕである場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、すなわちバッテリ４０が完全充電状態に近い場合には、Ｓ１３０へ移行する。一方、残容量≦上限値ＳＯＣｕである場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、すなわち、バッテリ４０に余裕がある場合には、Ｓ１２０へ移行する。
【００３９】
Ｓ１２０では、太陽電池ユニットの発電電力Ｐｐｖから負荷Ｐｌを減じたものに閾値αを加えたものが、インバータ３０の定格容量Ｐｂｃよりも大きいか否かを判断する。なお、閾値αについては後述する。この処理は、充電しようとする電力が、インバータ３０の定格容量Ｐｂｃを上回っているか否かを判断するものである。ここで（Ｐｐｖ−Ｐｌ＋α）＞Ｐｂｃである場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、Ｓ１３０へ移行する。一方、（Ｐｐｖ−Ｐｌ＋α）≦Ｐｂｃである場合（Ｓ１２０：ＮＯ）、Ｓ１４０へ移行する。
【００４０】
Ｓ１００で否定判断された場合、Ｓ１１０で肯定判断された場合、又は、Ｓ１２０で肯定判断された場合に移行するＳ１３０では、逆潮回避モードフラグをセットする。一方、Ｓ１４０では、逆潮回避モードフラグをリセットする。
【００４１】
次に、追尾処理について説明する。図３は、追尾処理を示すフローチャートである。この追尾処理は、追尾制御装置２０の追尾制御部２１によって所定間隔で繰り返し実行される。
【００４２】
最初のＳ２００において、最適角度及び各設定値を読み込む。最適角度は、太陽電池パネル１１の最適角度を示すものであり、データ記憶部２２から読み込まれる。また、各設定値には、受電電力の標準値（例えば１０ｋＷ）、制御に用いる閾値α，βなどが含まれる。
【００４３】
続くＳ２１０では、制御対象時間か否かを判断する。追尾処理は、夜間は行わない。したがって、この処理は、太陽が出ていない夜間などの時間帯であるか否かを判断するものである。ここで制御対象時間であると判断された場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、Ｓ２２０へ移行する。一方、制御対象時間でないと判断された場合（Ｓ２１０：ＮＯ）、以降の処理を実行せず、追尾処理を終了する。
【００４４】
Ｓ２２０では、受電電力Ｐｒを計測する。この処理は、計測部６０から入力される受電点の電圧と電流の情報に基づき、系統からの受電電力Ｐｒを計測するものである。
続くＳ２３０では、フラグがセットされているか否かを判断する。この処理は、インバータ３０において、逆潮回避モードフラグがセットされているか否かを判断するものである。逆潮回避モードフラグは、上述したインバータ処理のＳ１３０でセットされる（図２参照）。ここでフラグがセットされていると判断された場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、Ｓ２４０へ移行する。一方、フラグがセットされていないと判断された場合（Ｓ２３０：ＮＯ）、Ｓ２７０へ移行する。
【００４５】
Ｓ２４０では、受電電力Ｐｒが閾値αよりも小さいか否かを判断する。閾値αは、逆潮が生じる（受電電力Ｐｒ＜０となる）可能性が大きくなったことを判断するため、受電電力Ｐｒの閾値として設定されるものである。ここでＰｒ＜αである場合（Ｓ２４０：ＹＥＳ）、Ｓ２５０へ移行する。一方、Ｐｒ≧αである場合（Ｓ２４０：ＮＯ）、Ｓ２６０へ移行する。
【００４６】
Ｓ２４０で肯定判断された場合に移行するＳ２５０では、追尾角度を角度ｘだけ最適角度から遠ざける。追尾角度とは、太陽電池パネル１１の角度である。ここでは、最適角度から離れる方向へ角度ｘだけ太陽電池パネル１１の角度をずらす。なお、角度ｘは、予め設定しておいてもよいし、テーブルなどから読み出すようにしてもよい。
【００４７】
Ｓ２４０で否定判断された場合に移行するＳ２６０では、受電電力Ｐｒが閾値βよりも大きいか否かを判断する。閾値βは、逆潮が生じる可能性が小さくなったことを判断するため、受電電力Ｐｒの閾値（β＞α）として設定されるものである。ここでＰｒ＞βである場合（Ｓ２６０：ＹＥＳ）、Ｓ２７０へ移行する。一方、Ｐｒ≦βである場合（Ｓ２６０：ＮＯ）、以降の処理を実行せず、Ｓ２９０へ移行する。
【００４８】
Ｓ２７０では、追尾角度が最適角度であるか否かを判断する。ここで追尾角度が最適角度であると判断された場合（Ｓ２７０：ＹＥＳ）、Ｓ２８０の処理を実行せず、Ｓ２９０へ移行する。一方、追尾角度が最適角度でないと判断された場合（Ｓ２７０：ＮＯ）、Ｓ２８０へ移行する。
【００４９】
Ｓ２８０では、追尾角度を角度ｙだけ最適角度へ近づける。ここでは、最適角度に近づく方向へ角度ｙだけ太陽電池パネル１１の角度をずらす。なお、角度ｙは、予め設定しておいてもよいし、テーブルなどから読み出すようにしてもよい。なお、本実施形態では、角度ｘ＞角度ｙの関係を満たすように設定されている。
【００５０】
Ｓ２９０では、所定時間が経過したか否かを判断する。この処理は一定間隔で追尾処理を実行するためのホールド処理である。ここで所定時間が経過したと判断された場合（Ｓ２９０：ＹＥＳ）、追尾処理を終了する。一方、所定時間が経過していないうちは（Ｓ２９０：ＮＯ）、Ｓ２９０の判断処理を繰り返す。
【００５１】
つまり、追尾処理では、逆潮回避モードフラグがセットされていることを前提として（図３中のＳ２３０：ＹＥＳ）、図４に記号ａで示すように系統からの受電電力Ｐｒ＜閾値αになると（Ｓ２４０：ＹＥＳ）、最適角度から遠ざけるように追尾角度が角度ｘだけずらされる（Ｓ２５０）。また、記号ｂで示すように受電電力Ｐｒ＜閾値αのうちは、角度ｘずつ追尾角度をずらし続ける。その後、記号ｃで示すように閾値α≦受電電力Ｐｒ≦閾値βになると（Ｓ２６０：ＮＯ）、その時点の追尾角度が維持される。そして、記号ｄで示すように、受電電力Ｐｒ＞閾値βになると（Ｓ２６０：ＹＥＳ）、最適角度になるまで角度ｙずつ追尾角度が最適角度へ近づけられる（Ｓ２７０：ＮＯ，Ｓ２８０）。
【００５２】
次に、本実施形態の太陽光発電システム１の発揮する効果を説明する。
ここでは、最初に、従来の問題を説明し、次に、本実施形態による効果を説明する。
図５（ａ）に示すように、通常時は、太陽光発電装置１０の発電電力Ｐｐｖ、系統からの受電電力Ｐｒ、及び、バッテリ電力Ｐｂａｔｔで、負荷による消費電力Ｐｌを賄うことになる（記号ａ，ｂ）。ところが負荷による消費電力Ｐｌの減少あるいは太陽光発電装置１０の発電電力Ｐｐｖの増加などにより、電力の余剰分が生じると、余剰分の電力がバッテリ４０へ充電される（記号ｃ）。ところが、このような状況が進み、充電しようとする余剰分がインバータ３０の定格容量を上回ったり、あるいは、バッテリ４０の空きが少なくなったりすると、逆潮流が生じることになる（記号ｄ）。
【００５３】
そこで、本実施形態では、インバータ３０の制御部３１が、バッテリによる逆潮流の回避可能性の有無（図２中のＳ１００）、バッテリ４０の残容量ＳＯＣが上限値ＳＯＣｕを越えているか否か（Ｓ１１０）、余剰分の電力がインバータ３０の定格容量Ｐｂｃを越えているか否かを判断する（Ｓ１２０）。すなわち、図５（ａ）に記号ｄで示すような状態となる可能性を判断する。そして、逆潮流を生じさせるような状態にある場合、逆潮回避モードフラグをセットする（Ｓ１３０）。これを受けて、追尾制御装置２０の追尾制御部２１は、系統からの受電電力Ｐｒが閾値αを下回ると（Ｓ２４０：ＹＥＳ）、最適角度から遠ざけるように追尾角度を角度ｘずつずらす（Ｓ２５０）。つまり、太陽電池パネル１１の角度を積極的に最適角度からずらす制御を行うことにより、太陽電池パネル１１による発電電力を抑え、余剰分の電力が発生することを抑えるのである。
【００５４】
これにより、図５（ｂ）に記号ｅで示すように、太陽電池パネル１１による発電電力が抑えられ、余剰分の電力は、バッテリ４０への充電が可能な電力に抑えられる。かかる構成により、受電電力Ｐｒは、例えば常時１０ｋＷという具合に安定して供給されることになる。これにより、逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にも有効利用することができる。
【００５５】
また、本実施形態では、図４中の記号ｄで示すように受電電力Ｐｒ＞閾値βになると（図３中のＳ２６０：ＹＥＳ）、最適角度になるまで角度ｙずつ追尾角度が最適角度へ近づけられる（Ｓ２７０：ＮＯ，Ｓ２８０）。これにより、受電電力Ｐｒが安定し逆潮流発生の可能性が小さくなった場合、太陽電池パネル１１の角度が最適角度に近づけられるため、発電電力Ｐｐｖを大きくすることができ、システムの有効利用に寄与する。
【００５６】
さらにまた、本実施形態では、図４中の記号ｃで示すように閾値α≦受電電力Ｐｒ≦閾値βになると（図３中のＳ２６０：ＮＯ）、その時点の追尾角度が維持される。これにより、発電電力Ｐｐｖが安定する可能性が高くなり、これに伴って受電電力Ｐｒも安定する可能性が高くなるため、適切な制御が実現される。
【００５７】
また、本実施形態では、追尾角度を最適角度から遠ざける場合の角度ｘが、最適角度へ近づける場合の角度ｙよりも大きく設定されている。つまり、発電電力Ｐｐｖを減少させる側の制御は迅速に行い、発電電力Ｐｐｖを増加させる側の制御は緩慢に行うのである。これにより、逆潮流の発生を防止するという効果が際だつ。
【００５８】
さらにまた、本実施形態では、インバータ３０の制御部３１がバッテリ４０の充電能力などを判断して逆潮回避モードフラグをセットし（図２中のＳ１３０）、この逆潮回避モードフラグがセットされている場合に（図３中のＳ２３０：ＹＥＳ）、太陽電池パネル１１の角度が調整される（Ｓ２５０，Ｓ２８０）。これにより、充電した電力を利用しつつも逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にもシステムを有効利用することができる。
【００５９】
このとき、インバータ３０の制御部３１は、バッテリ４０による逆潮流の回避可能性の有無を判断し（図２中のＳ１００）、逆潮流の回避可能性が無い場合に（Ｓ１００：ＮＯ）、逆潮回避モードフラグをセットする（Ｓ１３０）。これにより、適切な条件の下で、太陽電池パネル１１の角度調整が実行される。
【００６０】
また、インバータ３０の制御部３１は、バッテリ４０の残容量ＳＯＣが上限値ＳＯＣｕを越えている場合に（図２中のＳ１１０：ＹＥＳ）、逆潮回避モードフラグをセットする（Ｓ１３０）。これにより、適切な条件の下で、太陽電池パネル１１の角度調整が実行される。
【００６１】
さらにまた、インバータ３０の制御部３１は、余剰分の電力がインバータ３０の定格容量Ｐｂｃを越えている場合に（図２中のＳ１２０：ＹＥＳ）、逆潮回避モードフラグをセットする（Ｓ１３０）。これにより、適切な条件の下で、太陽電池パネル１１の角度調整が実行される。
【００６２】
また、本実施形態では、追尾制御装置２０がデータ記憶部２２を有しており、このデータ記憶部２２に、太陽電池パネル１１の最適角度が予め記憶されている。これにより、最適角度に対する太陽電池パネル１１の角度調整が比較的簡単な構成で実現できる。
【００６３】
なお、本実施形態における太陽光発電システム１が「太陽光発電システム」を構成し、負荷５０が「負荷」を構成し、太陽光発電装置１０が「太陽光発電装置」を構成し、太陽電池パネル１１が「太陽電池パネル」を構成し、パネル駆動部１１が「パネル駆動部」を構成し、追尾制御装置２０が「追尾制御装置」を構成し、追尾制御部２１が「追尾制御部」を構成し、データ記憶部２２が「データ記憶部」を構成し、バッテリ４０が「バッテリ」を構成し、インバータ３０が「インバータ」を構成し、制御部３１が「制御部」を構成する。
【００６４】
また、閾値αが「開始閾値」に相当し、閾値βが「終了閾値」に相当する。
さらにまた、図３中のＳ２２０、Ｓ２４０及びＳ２５０の処理が「逆潮回避制御」に相当し、Ｓ２２０、Ｓ２４０、Ｓ２６０〜Ｓ２８０の処理が「復帰制御」及び「維持制御」に相当する。
【００６５】
以上、本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施できる。
例えば上記実施形態では、太陽電池パネル１１が鉛直方向を回転軸として回動する構成となっているが、例えば南向きに固定して設置される太陽電池パネルの仰角だけが変更される構成としてもよい。また例えば、複数の回転軸周りに太陽電池パネルが回動するような構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１：太陽光発電システム
１０：太陽光発電装置
１１：太陽電池パネル
１２：パネル駆動部
２０：追尾制御装置
２１：追尾制御部
２２：データ記憶部
３０：インバータ
３１：制御部
４０：バッテリ
５０：負荷
６０：計測部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、系統連系型のシステムであって、負荷による消費電力を太陽光発電装置による発電電力及び系統からの受電電力で賄う太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光は石油等の化石燃料に依存しない無限のエネルギーであり、この太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池を利用した太陽光発電システムは、地球温暖化防止対策の一つとして普及・拡大が期待されている。また、エネルギーセキュリティー上からもエネルギー源として重要である。
【０００３】
太陽光発電システムで用いられる太陽電池の最小単位である太陽電池セルは、それ単体では出力が小さいため、通常は、出力電圧を上げるために直列接続して太陽電池モジュールを構成したり、さらに出力電圧を上げるために太陽電池モジュールを直列接続して太陽電池ストリングを構成したり、出力電力を上げるために太陽電池モジュール又は太陽電池ストリングを並列接続して太陽電池アレイを構成する。
【０００４】
そして、一般によく知られている太陽光発電システムでは、これら太陽電池モジュール、太陽電池ストリング、又は太陽電池アレイから出力される直流の発電電力を、パワーコンディショナにて交流電力に変換して、負荷に供給したり交流系統に連系したりしている。このとき、太陽光発電システムによる発電電力が負荷よりも小さい場合には交流系統からの受電が行われる。一方、太陽光発電システムによる発電電力が負荷よりも大きくなると、余剰分の発電電力が系統へ逆流させられる、いわゆる「逆潮流」が発生する。
【０００５】
従来、太陽光発電システムを構成する場合、通常、その発電電力を最大にするような工夫がなされる。例えば、太陽電池ユニットのパネル上面が太陽光に向くように傾斜させられる装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、この装置は、蓄電部と制御部とを備える筐体が太陽光を直接的に受けないようにして、その温度上昇を抑制するためのものである。
【０００６】
このように太陽電池ユニットのパネルを傾斜させるという思想を利用すれば、自動的にパネルが太陽光の方向を向くようにパネルの角度を制御することが考えられる。具体的には、太陽が東の空から南の空を通って西の空へ移動することを考慮し、例えば鉛直方向を回転軸にして、パネルを回動させることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２６１５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、発電電力を最大にするように太陽光発電システムを運営するのが一般的であるが、上述した「逆潮流」を不可とする場合がある。例えば、「逆潮流」では電力会社が発電電力を買い上げることになり「売電」が行われることになるが、太陽光発電システムが益々普及するに連れ、「売電」が制限されることがあり得る。逆潮流を不可とする制約がある場合、逆潮流が発生すると、即座に遮断機によってシステム全体が遮断され、負荷への電力供給もできなくなる。この場合、手動による復帰を余儀なくされ、結果として、太陽光発電システムの有効利用が阻害される事態が生じる。
【０００９】
例えば図６（ａ）に示すように、負荷１００が１００ｋＷであって太陽光発電システム２００の発電電力が８０ｋＷである場合、系統から２０ｋＷの電力が供給される。このとき、図６（ｂ）に示すように、負荷１００が７０ｋＷに減ると、太陽光発電システム２００の発電電力８０ｋＷが負荷を上回るため、余剰分の１０ｋＷが系統へ逆流する「逆潮流」が生じる。ここで特に「逆潮流」が不可となっている場合、図６（ｃ）に示すように、遮断機３００によってシステム全体が遮断される。結果として、８０ｋＷの発電が可能であるにもかかわらず、その恩恵を受けることができず、負荷１００への電力も供給されなくなる。
【００１０】
また、別の手法として、逆潮流を不可とする制約がある場合、系統からの受電電力を基準に太陽光発電システムを停止させる手法がある。この場合も、太陽光発電システムの有効利用が阻害される事態が生じる。
【００１１】
例えば図７（ａ）に示すように、負荷１００が１００ｋＷであって太陽光発電システム２００の発電電力が８０ｋＷである場合、系統から２０ｋＷの電力が供給される。ここで受電電力の閾値が１０ｋＷに設定されているものとする。このとき、図７（ｂ）に示すように、負荷１００が８５ｋＷに減ると、受電電力が５ｋＷとなり受電電力の閾値１０ｋＷを下回るため、「逆潮流」の防止を目的として開放指示が送出される。これにより、図７（ｃ）に示すように、遮断機４００（あるいは、ＰＣＳ）によって太陽光発電システム２００の発電電力が遮断される。結果として、８０ｋＷの発電が可能であるにもかかわらず、その恩恵を受けることができず、系統より８５ｋＷを受電することになってしまう。
【００１２】
さらにまた、別の手法として、逆潮流を不可とする制約がある場合、予め太陽光発電システムの運転スケジュールを決めておき、太陽光発電システムを停止させておく手法もある。この場合も、太陽光発電システムの有効利用が阻害される事態が生じる。
【００１３】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にも有効利用することが可能な太陽光発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の太陽光発電システムは、系統連系型のシステムであって、負荷による消費電力を太陽光発電装置による発電電力及び系統からの受電電力で賄うものであり、太陽光発電装置と追尾制御装置とを備える。
【００１５】
太陽光発電装置は、太陽光を受光することにより発電する太陽電池パネル、及び、当該太陽電池パネルの角度を変更可能なパネル駆動部を有する。
太陽電池パネルは、複数の太陽電池セルが直列接続されてなる太陽電池モジュール、複数の太陽電池モジュールが直列接続されてなる太陽電池ストリング、又は、複数の太陽電池モジュール若しくは複数の太陽電池ストリングが並列接続されてなる太陽電池アレイで構成することが例示される。
【００１６】
また、太陽電池パネルの角度は、パネル駆動部によって変更可能となっている。太陽電池パネルの角度とは、予め定められた回転軸周りの回動角度である。自由度を高めるためには、回転軸を複数軸（二軸あるいは三軸）とすることが考えられる。ただし、構造を単純化するためには、回転軸を一軸にするとよい。例えば、鉛直方向を回転軸にするという具合である。
【００１７】
追尾制御装置は、追尾制御部を有し、この追尾制御部によって、パネル駆動部を介し、太陽電池パネルの角度が、受光のための最適角度に制御される。最適角度は、刻一刻と変わるものであるため、例えば請求項９に示すように、追尾制御装置が、最適角度を記憶するためのデータ記憶部を有していることとしてもよい。例えば季節毎の各時間帯における最適角度をデータ記憶部に記憶しておけば、最適角度への制御は、比較的容易に実現される。
【００１８】
このようなシステムでは、負荷による消費電力を太陽光発電装置の発電電力と系統からの受電電力とで賄うため、太陽光発電装置の発電電力が増加したり、負荷による消費電力が減少したりすると、系統からの受電電力は減少する。ここで特に本発明では、系統からの受電電力が開始閾値を下回ると、追尾制御部によって、太陽電池パネルの角度を最適角度から遠ざける逆潮回避制御が実行される。つまり、太陽電池パネルの角度を積極的に最適角度からずらす制御を行うことにより、太陽電池パネルの発電電力を抑え、余剰分の電力が発生することを抑えるのである。このようにすれば、逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にも有効利用することができる。
【００１９】
なお、逆潮回避制御が実行された後、請求項２に示すように、系統からの受電電力が終了閾値を上回ると、太陽電池パネルの角度を最適角度に近づける復帰制御を実行することが好ましい。ここで終了閾値は、上述した開始閾値以上に設定される。ただし、終了閾値と開始閾値とが等しい場合には、ハンチングなどの問題が生じるため、終了閾値は開始閾値を上回るものとすることが望ましい。このようにすれば、受電電力が安定し逆潮流発生の可能性が小さくなった場合、復帰制御によって太陽電池パネルの角度が最適角度に近づけられるため、発電電力を大きくすることができ、システムの有効利用に寄与する。
【００２０】
また、請求項３に示すように、系統からの受電電力が開始閾値以上で且つ終了閾値以下である場合、太陽電池パネルの角度を維持する維持制御を実行することが考えられる。このようにすれば、発電電力が安定する可能性が高く、これに伴って受電電力も安定する可能性が高くなるため、適切な制御が実現される。
【００２１】
ところで、逆潮を回避するという観点からは、請求項４に示すように、逆潮回避制御における角度変更ついては、復帰制御における角度変更に比べ、単位時間あたりの変更度合いを大きくすることが好ましい。つまり、発電電力を減少させる側の制御は迅速に行い、発電電力を増加させる側の制御は緩慢に行うのである。このようにすれば、逆潮流の発生を防止するという効果が際だつ。
【００２２】
なお、太陽光発電システムでは、余剰電力を充電しておき、必要に応じて当該充電した電力を取り出すためのバッテリを備える構成が一般的である。そのため、余剰電力を充電することで逆潮流を回避できるならば、上述した逆潮回避制御を実行する必要はない。
【００２３】
そこで、請求項５に示すように、負荷による消費電力以上の余剰電力を充電するためのバッテリと、バッテリへ電力を供給する電力供給制御及びバッテリから電力を取り出す電力取出制御を実行可能で、逆潮回避制御の開始条件の成立を判断する制御部を有するインバータと、を備える構成の下、制御部にて開始条件が成立したと判断されたときに、系統からの受電電力が開始閾値を下回ると、追尾制御部によって逆潮回避制御が実行される構成としてもよい。このようにすれば、充電した電力を利用しつつも逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にもシステムを有効利用することができる。
【００２４】
具体的には、請求項６に示すように、制御部は、バッテリの状況からバッテリによる逆潮流の回避が困難である場合に、開始条件が成立したと判断することが例示される。例えば、バッテリが完全充電されたような状態にある場合が挙げられる。このようにすれば、適切な開始条件の下で、上述した逆潮流制御が実行される。
【００２５】
また具体的には、請求項７に示すように、制御部は、バッテリの残容量が予め定められる上限値を越えている場合に、開始条件が成立したと判断することが例示される。このようにすれば、適切な開始条件の下で、上述した逆潮流制御が実行される。
【００２６】
さらにまた具体的には、制御部は、余剰電力がインバータの定格容量を越えている場合に、開始条件が成立したと判断することが例示される。バッテリの残容量が少なくバッテリに余裕がある場合であっても、インバータの定格容量を越える場合には、逆潮流が生じるためである。このようにすれば、適切な開始条件の下で、上述した逆潮流制御が実行される。
【００２７】
以上は、太陽光発電システムの発明として説明したが、請求項１０に示すように、太陽光発電システムを構成する追尾制御装置の発明として実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】太陽光発電システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】インバータ処理を示すフローチャートである。
【図３】追尾処理を示すフローチャートである。
【図４】閾値と制御との関係を示す説明図である。
【図５】負荷による消費電力、バッテリ電力、太陽光発電装置による発電電力、及び系統からの受電電力の関係を示す説明図である。
【図６】従来の逆潮流回避の手法を示す説明図である。
【図７】従来の逆潮流回避の手法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、太陽光発電システム１の概略構成を示すブロック図である。
太陽光発電システム１は、電力を消費する構成である負荷５０に接続されると共に、系統連系システムとして系統に接続されている。系統への接続部分には、系統からの受電電力を計測するための計測部６０が設けられている。
【００３０】
また、太陽光発電システム１は、太陽光発電装置１０、追尾制御装置２０、インバータ３０、及び、バッテリ４０を備えている。
太陽光発電装置１０は、太陽電池パネル１１を有しており、太陽電池パネル１１に太陽光が照射されることで発電を行う。太陽電池パネル１１は、複数の太陽電池セルが直列接続されてなる太陽電池モジュール、複数の太陽電池モジュールが直列接続されてなる太陽電池ストリング、又は、複数の太陽電池モジュール若しくは複数の太陽電池ストリングが並列接続されてなる太陽電池アレイで構成されている。また、太陽光発電装置１０は、太陽電池パネル１１を駆動するパネル駆動部１２を有している。パネル駆動部１２は、モータなどで構成されており、ある傾斜を持って配置される太陽電池パネル１１を、鉛直方向を回転軸として回動可能となっている。なお、太陽電池パネル１１からの直流の発電電力は、図示しないＰＣＳにより交流の発電電力に変換される。
【００３１】
追尾制御装置２０は、太陽光発電装置１０の太陽電池パネル１１を、パネル駆動部１２を介して回動制御するための構成である。この追尾制御装置２０は、追尾制御部２１、及び、データ記憶部２２を有している。追尾制御部２１は、いわゆるコンピュータであり、パネル駆動部１２を介し、太陽電池パネル１１の回動を制御する。太陽電池パネル１１の最適角度は、例えば数分、数十分ごとのデータとして、データ記憶部２２に記憶されている。また、追尾制御装置２０へは、上述した計測部６０から受電点の電圧と電流の情報が入力されるようになっている。
【００３２】
かかる構成により、追尾制御装置２０では、追尾制御部２１が追尾処理を行う。追尾処理は、データ記憶部２２から太陽電池パネル１１の最適角度を逐次読み出し、パネル駆動部１２を介し、太陽電池パネル１１を最適角度に保持するものである。
【００３３】
そして、太陽光発電装置１０の発電電力Ｐｐｖ、バッテリ電力Ｐｂａｔｔ、及び、系統からの受電電力Ｐｒで、負荷による消費電力Ｐｌを賄う。このとき、太陽光発電装置１０の発電電力Ｐｐｖと系統からの受電電力Ｐｒで負荷Ｐｌを賄える状態になると、余剰分の電力は、バッテリ４０へ充電されることになる。
【００３４】
インバータ３０は、バッテリ４０の充放電を制御すると共に直流／交流変換を行う電力変換装置である。インバータ３０は、制御部３１を有し、バッテリ４０の充電状態などを監視して、後述する「逆潮回避モードフラグ」をセット／リセットする。なお、インバータ３０へは、上述した計測部６０から受電点の電圧と電流の情報が入力されるようになっている。
【００３５】
バッテリ４０は、太陽光発電装置１０で発電される電力を充電するための構成である。バッテリ４０に対する充電、及び、バッテリ４０からの電力の取り出しは、インバータ３０によって管理される。
【００３６】
次に、インバータ処理について説明する。図２は、インバータ処理を示すフローチャートである。このインバータ処理は、インバータ３０の制御部３１によって所定間隔で繰り返し実行される。
【００３７】
最初のＳ１００において、バッテリによる逆潮流の回避可能性の有無を判断する。この処理は、バッテリ４０の運用モードなどに基づき、追尾処理を継続した場合でもバッテリ４０によって逆潮流が防止できる可能性の有無を判断するものである。例えば、バッテリ４０のメンテナンス時など、受電電力や負荷５０による消費電力に関係なく一定電力で充電または放電するモードでバッテリ４０が運用される場合には否定判断される。ここで逆潮流の回避可能性が有る判断された場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）、Ｓ１１０へ移行する。一方、逆潮流の回避可能性が無いと判断された場合（Ｓ１００：ＮＯ）、Ｓ１１０及びＳ１２０の処理を実行せず、Ｓ１３０へ移行する。
【００３８】
Ｓ１１０では、バッテリ４０の残容量ＳＯＣが残容量の上限値ＳＯＣｕよりも大きいか否かを判断する。ここで残容量ＳＯＣ＞上限値ＳＯＣｕである場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、すなわちバッテリ４０が完全充電状態に近い場合には、Ｓ１３０へ移行する。一方、残容量≦上限値ＳＯＣｕである場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、すなわち、バッテリ４０に余裕がある場合には、Ｓ１２０へ移行する。
【００３９】
Ｓ１２０では、太陽電池ユニットの発電電力Ｐｐｖから負荷Ｐｌを減じたものに閾値αを加えたものが、インバータ３０の定格容量Ｐｂｃよりも大きいか否かを判断する。なお、閾値αについては後述する。この処理は、充電しようとする電力が、インバータ３０の定格容量Ｐｂｃを上回っているか否かを判断するものである。ここで（Ｐｐｖ−Ｐｌ＋α）＞Ｐｂｃである場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、Ｓ１３０へ移行する。一方、（Ｐｐｖ−Ｐｌ＋α）≦Ｐｂｃである場合（Ｓ１２０：ＮＯ）、Ｓ１４０へ移行する。
【００４０】
Ｓ１００で否定判断された場合、Ｓ１１０で肯定判断された場合、又は、Ｓ１２０で肯定判断された場合に移行するＳ１３０では、逆潮回避モードフラグをセットする。一方、Ｓ１４０では、逆潮回避モードフラグをリセットする。
【００４１】
次に、追尾処理について説明する。図３は、追尾処理を示すフローチャートである。この追尾処理は、追尾制御装置２０の追尾制御部２１によって所定間隔で繰り返し実行される。
【００４２】
最初のＳ２００において、最適角度及び各設定値を読み込む。最適角度は、太陽電池パネル１１の最適角度を示すものであり、データ記憶部２２から読み込まれる。また、各設定値には、受電電力の標準値（例えば１０ｋＷ）、制御に用いる閾値α，βなどが含まれる。
【００４３】
続くＳ２１０では、制御対象時間か否かを判断する。追尾処理は、夜間は行わない。したがって、この処理は、太陽が出ていない夜間などの時間帯であるか否かを判断するものである。ここで制御対象時間であると判断された場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、Ｓ２２０へ移行する。一方、制御対象時間でないと判断された場合（Ｓ２１０：ＮＯ）、以降の処理を実行せず、追尾処理を終了する。
【００４４】
Ｓ２２０では、受電電力Ｐｒを計測する。この処理は、計測部６０から入力される受電点の電圧と電流の情報に基づき、系統からの受電電力Ｐｒを計測するものである。
続くＳ２３０では、フラグがセットされているか否かを判断する。この処理は、インバータ３０において、逆潮回避モードフラグがセットされているか否かを判断するものである。逆潮回避モードフラグは、上述したインバータ処理のＳ１３０でセットされる（図２参照）。ここでフラグがセットされていると判断された場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、Ｓ２４０へ移行する。一方、フラグがセットされていないと判断された場合（Ｓ２３０：ＮＯ）、Ｓ２７０へ移行する。
【００４５】
Ｓ２４０では、受電電力Ｐｒが閾値αよりも小さいか否かを判断する。閾値αは、逆潮が生じる（受電電力Ｐｒ＜０となる）可能性が大きくなったことを判断するため、受電電力Ｐｒの閾値として設定されるものである。ここでＰｒ＜αである場合（Ｓ２４０：ＹＥＳ）、Ｓ２５０へ移行する。一方、Ｐｒ≧αである場合（Ｓ２４０：ＮＯ）、Ｓ２６０へ移行する。
【００４６】
Ｓ２４０で肯定判断された場合に移行するＳ２５０では、追尾角度を角度ｘだけ最適角度から遠ざける。追尾角度とは、太陽電池パネル１１の角度である。ここでは、最適角度から離れる方向へ角度ｘだけ太陽電池パネル１１の角度をずらす。なお、角度ｘは、予め設定しておいてもよいし、テーブルなどから読み出すようにしてもよい。
【００４７】
Ｓ２４０で否定判断された場合に移行するＳ２６０では、受電電力Ｐｒが閾値βよりも大きいか否かを判断する。閾値βは、逆潮が生じる可能性が小さくなったことを判断するため、受電電力Ｐｒの閾値（β＞α）として設定されるものである。ここでＰｒ＞βである場合（Ｓ２６０：ＹＥＳ）、Ｓ２７０へ移行する。一方、Ｐｒ≦βである場合（Ｓ２６０：ＮＯ）、以降の処理を実行せず、Ｓ２９０へ移行する。
【００４８】
Ｓ２７０では、追尾角度が最適角度であるか否かを判断する。ここで追尾角度が最適角度であると判断された場合（Ｓ２７０：ＹＥＳ）、Ｓ２８０の処理を実行せず、Ｓ２９０へ移行する。一方、追尾角度が最適角度でないと判断された場合（Ｓ２７０：ＮＯ）、Ｓ２８０へ移行する。
【００４９】
Ｓ２８０では、追尾角度を角度ｙだけ最適角度へ近づける。ここでは、最適角度に近づく方向へ角度ｙだけ太陽電池パネル１１の角度をずらす。なお、角度ｙは、予め設定しておいてもよいし、テーブルなどから読み出すようにしてもよい。なお、本実施形態では、角度ｘ＞角度ｙの関係を満たすように設定されている。
【００５０】
Ｓ２９０では、所定時間が経過したか否かを判断する。この処理は一定間隔で追尾処理を実行するためのホールド処理である。ここで所定時間が経過したと判断された場合（Ｓ２９０：ＹＥＳ）、追尾処理を終了する。一方、所定時間が経過していないうちは（Ｓ２９０：ＮＯ）、Ｓ２９０の判断処理を繰り返す。
【００５１】
つまり、追尾処理では、逆潮回避モードフラグがセットされていることを前提として（図３中のＳ２３０：ＹＥＳ）、図４に記号ａで示すように系統からの受電電力Ｐｒ＜閾値αになると（Ｓ２４０：ＹＥＳ）、最適角度から遠ざけるように追尾角度が角度ｘだけずらされる（Ｓ２５０）。また、記号ｂで示すように受電電力Ｐｒ＜閾値αのうちは、角度ｘずつ追尾角度をずらし続ける。その後、記号ｃで示すように閾値α≦受電電力Ｐｒ≦閾値βになると（Ｓ２６０：ＮＯ）、その時点の追尾角度が維持される。そして、記号ｄで示すように、受電電力Ｐｒ＞閾値βになると（Ｓ２６０：ＹＥＳ）、最適角度になるまで角度ｙずつ追尾角度が最適角度へ近づけられる（Ｓ２７０：ＮＯ，Ｓ２８０）。
【００５２】
次に、本実施形態の太陽光発電システム１の発揮する効果を説明する。
ここでは、最初に、従来の問題を説明し、次に、本実施形態による効果を説明する。
図５（ａ）に示すように、通常時は、太陽光発電装置１０の発電電力Ｐｐｖ、系統からの受電電力Ｐｒ、及び、バッテリ電力Ｐｂａｔｔで、負荷による消費電力Ｐｌを賄うことになる（記号ａ，ｂ）。ところが負荷による消費電力Ｐｌの減少あるいは太陽光発電装置１０の発電電力Ｐｐｖの増加などにより、電力の余剰分が生じると、余剰分の電力がバッテリ４０へ充電される（記号ｃ）。ところが、このような状況が進み、充電しようとする余剰分がインバータ３０の定格容量を上回ったり、あるいは、バッテリ４０の空きが少なくなったりすると、逆潮流が生じることになる（記号ｄ）。
【００５３】
そこで、本実施形態では、インバータ３０の制御部３１が、バッテリによる逆潮流の回避可能性の有無（図２中のＳ１００）、バッテリ４０の残容量ＳＯＣが上限値ＳＯＣｕを越えているか否か（Ｓ１１０）、余剰分の電力がインバータ３０の定格容量Ｐｂｃを越えているか否かを判断する（Ｓ１２０）。すなわち、図５（ａ）に記号ｄで示すような状態となる可能性を判断する。そして、逆潮流を生じさせるような状態にある場合、逆潮回避モードフラグをセットする（Ｓ１３０）。これを受けて、追尾制御装置２０の追尾制御部２１は、系統からの受電電力Ｐｒが閾値αを下回ると（Ｓ２４０：ＹＥＳ）、最適角度から遠ざけるように追尾角度を角度ｘずつずらす（Ｓ２５０）。つまり、太陽電池パネル１１の角度を積極的に最適角度からずらす制御を行うことにより、太陽電池パネル１１による発電電力を抑え、余剰分の電力が発生することを抑えるのである。
【００５４】
これにより、図５（ｂ）に記号ｅで示すように、太陽電池パネル１１による発電電力が抑えられ、余剰分の電力は、バッテリ４０への充電が可能な電力に抑えられる。かかる構成により、受電電力Ｐｒは、例えば常時１０ｋＷという具合に安定して供給されることになる。これにより、逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にも有効利用することができる。
【００５５】
また、本実施形態では、図４中の記号ｄで示すように受電電力Ｐｒ＞閾値βになると（図３中のＳ２６０：ＹＥＳ）、最適角度になるまで角度ｙずつ追尾角度が最適角度へ近づけられる（Ｓ２７０：ＮＯ，Ｓ２８０）。これにより、受電電力Ｐｒが安定し逆潮流発生の可能性が小さくなった場合、太陽電池パネル１１の角度が最適角度に近づけられるため、発電電力Ｐｐｖを大きくすることができ、システムの有効利用に寄与する。
【００５６】
さらにまた、本実施形態では、図４中の記号ｃで示すように閾値α≦受電電力Ｐｒ≦閾値βになると（図３中のＳ２６０：ＮＯ）、その時点の追尾角度が維持される。これにより、発電電力Ｐｐｖが安定する可能性が高くなり、これに伴って受電電力Ｐｒも安定する可能性が高くなるため、適切な制御が実現される。
【００５７】
また、本実施形態では、追尾角度を最適角度から遠ざける場合の角度ｘが、最適角度へ近づける場合の角度ｙよりも大きく設定されている。つまり、発電電力Ｐｐｖを減少させる側の制御は迅速に行い、発電電力Ｐｐｖを増加させる側の制御は緩慢に行うのである。これにより、逆潮流の発生を防止するという効果が際だつ。
【００５８】
さらにまた、本実施形態では、インバータ３０の制御部３１がバッテリ４０の充電能力などを判断して逆潮回避モードフラグをセットし（図２中のＳ１３０）、この逆潮回避モードフラグがセットされている場合に（図３中のＳ２３０：ＹＥＳ）、太陽電池パネル１１の角度が調整される（Ｓ２５０，Ｓ２８０）。これにより、充電した電力を利用しつつも逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にもシステムを有効利用することができる。
【００５９】
このとき、インバータ３０の制御部３１は、バッテリ４０による逆潮流の回避可能性の有無を判断し（図２中のＳ１００）、逆潮流の回避可能性が無い場合に（Ｓ１００：ＮＯ）、逆潮回避モードフラグをセットする（Ｓ１３０）。これにより、適切な条件の下で、太陽電池パネル１１の角度調整が実行される。
【００６０】
また、インバータ３０の制御部３１は、バッテリ４０の残容量ＳＯＣが上限値ＳＯＣｕを越えている場合に（図２中のＳ１１０：ＹＥＳ）、逆潮回避モードフラグをセットする（Ｓ１３０）。これにより、適切な条件の下で、太陽電池パネル１１の角度調整が実行される。
【００６１】
さらにまた、インバータ３０の制御部３１は、余剰分の電力がインバータ３０の定格容量Ｐｂｃを越えている場合に（図２中のＳ１２０：ＹＥＳ）、逆潮回避モードフラグをセットする（Ｓ１３０）。これにより、適切な条件の下で、太陽電池パネル１１の角度調整が実行される。
【００６２】
また、本実施形態では、追尾制御装置２０がデータ記憶部２２を有しており、このデータ記憶部２２に、太陽電池パネル１１の最適角度が予め記憶されている。これにより、最適角度に対する太陽電池パネル１１の角度調整が比較的簡単な構成で実現できる。
【００６３】
なお、本実施形態における太陽光発電システム１が「太陽光発電システム」を構成し、負荷５０が「負荷」を構成し、太陽光発電装置１０が「太陽光発電装置」を構成し、太陽電池パネル１１が「太陽電池パネル」を構成し、パネル駆動部１１が「パネル駆動部」を構成し、追尾制御装置２０が「追尾制御装置」を構成し、追尾制御部２１が「追尾制御部」を構成し、データ記憶部２２が「データ記憶部」を構成し、バッテリ４０が「バッテリ」を構成し、インバータ３０が「インバータ」を構成し、制御部３１が「制御部」を構成する。
【００６４】
また、閾値αが「開始閾値」に相当し、閾値βが「終了閾値」に相当する。
さらにまた、図３中のＳ２２０、Ｓ２４０及びＳ２５０の処理が「逆潮回避制御」に相当し、Ｓ２２０、Ｓ２４０、Ｓ２６０〜Ｓ２８０の処理が「復帰制御」及び「維持制御」に相当する。
【００６５】
以上、本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施できる。
例えば上記実施形態では、太陽電池パネル１１が鉛直方向を回転軸として回動する構成となっているが、例えば南向きに固定して設置される太陽電池パネルの仰角だけが変更される構成としてもよい。また例えば、複数の回転軸周りに太陽電池パネルが回動するような構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１：太陽光発電システム
１０：太陽光発電装置
１１：太陽電池パネル
１２：パネル駆動部
２０：追尾制御装置
２１：追尾制御部
２２：データ記憶部
３０：インバータ
３１：制御部
４０：バッテリ
５０：負荷
６０：計測部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷による消費電力を発電電力及び、系統からの受電電力で賄う系統連系型の太陽光発電システムであって、
太陽光を受光することにより発電する太陽電池パネル、及び、当該太陽電池パネルの角度を変更可能なパネル駆動部を有する太陽光発電装置と、
前記パネル駆動部を介し前記太陽電池パネルの角度を受光のための最適角度に制御する追尾制御部を有する追尾制御装置と、を備え、
前記追尾制御部は、前記系統からの受電電力が開始閾値を下回ると、前記太陽電池パネルの角度を前記最適角度から遠ざける逆潮回避制御を実行すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記追尾制御部は、前記系統からの受電電力が前記開始閾値以上に設定される終了閾値を上回ると、前記太陽電池パネルの角度を前記最適角度に近づける復帰制御を実行すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項３】
請求項２に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記追尾制御部は、前記系統からの受電電力が前記開始閾値以上で且つ前記終了閾値以下である場合、前記太陽電池パネルの角度を維持する維持制御を実行すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の太陽光発電システムにおいて
前記逆潮回避制御における角度変更は、前記復帰制御における角度変更に比べ、単位時間あたりの変更度合いが大きくなっていること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記負荷による消費電力以上の余剰電力を充電するためのバッテリと、
前記バッテリへ電力を供給する電力供給制御及び前記バッテリから電力を取り出す電力取出制御を実行可能で、前記逆潮回避制御の開始条件の成立を判断する制御部を有するインバータと、をさらに備え、
前記追尾制御部は、前記制御部にて前記開始条件が成立したと判断されたときに、前記系統からの受電電力が前記開始閾値を下回ると、前記逆潮回避制御を実行すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項６】
請求項５に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記制御部は、前記バッテリの状況から前記バッテリによる逆潮流の回避が困難である場合に、前記開始条件が成立したと判断すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記制御部は、前記バッテリの残容量が予め定められる上限値を越えている場合に、前記開始条件が成立したと判断すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項８】
請求項５〜７の何れか一項に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記制御部は、前記余剰電力が前記インバータの定格容量を越えている場合に、前記開始条件が成立したと判断すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記追尾制御装置は、前記最適角度データを記憶するためのデータ記憶部を有していること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の太陽光発電システムに用いられる追尾制御装置。
【請求項１】
負荷による消費電力を発電電力及び、系統からの受電電力で賄う系統連系型の太陽光発電システムであって、
太陽光を受光することにより発電する太陽電池パネル、及び、当該太陽電池パネルの角度を変更可能なパネル駆動部を有する太陽光発電装置と、
前記パネル駆動部を介し前記太陽電池パネルの角度を受光のための最適角度に制御する追尾制御部を有する追尾制御装置と、を備え、
前記追尾制御部は、前記系統からの受電電力が開始閾値を下回ると、前記太陽電池パネルの角度を前記最適角度から遠ざける逆潮回避制御を実行すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記追尾制御部は、前記系統からの受電電力が前記開始閾値以上に設定される終了閾値を上回ると、前記太陽電池パネルの角度を前記最適角度に近づける復帰制御を実行すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項３】
請求項２に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記追尾制御部は、前記系統からの受電電力が前記開始閾値以上で且つ前記終了閾値以下である場合、前記太陽電池パネルの角度を維持する維持制御を実行すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の太陽光発電システムにおいて
前記逆潮回避制御における角度変更は、前記復帰制御における角度変更に比べ、単位時間あたりの変更度合いが大きくなっていること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記負荷による消費電力以上の余剰電力を充電するためのバッテリと、
前記バッテリへ電力を供給する電力供給制御及び前記バッテリから電力を取り出す電力取出制御を実行可能で、前記逆潮回避制御の開始条件の成立を判断する制御部を有するインバータと、をさらに備え、
前記追尾制御部は、前記制御部にて前記開始条件が成立したと判断されたときに、前記系統からの受電電力が前記開始閾値を下回ると、前記逆潮回避制御を実行すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項６】
請求項５に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記制御部は、前記バッテリの状況から前記バッテリによる逆潮流の回避が困難である場合に、前記開始条件が成立したと判断すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記制御部は、前記バッテリの残容量が予め定められる上限値を越えている場合に、前記開始条件が成立したと判断すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項８】
請求項５〜７の何れか一項に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記制御部は、前記余剰電力が前記インバータの定格容量を越えている場合に、前記開始条件が成立したと判断すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記追尾制御装置は、前記最適角度データを記憶するためのデータ記憶部を有していること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の太陽光発電システムに用いられる追尾制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１７４９７３（Ｐ２０１２−１７４９７３Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３７１０７（Ｐ２０１１−３７１０７）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（５９３０６３１６１）株式会社ＮＴＴファシリティーズ (475)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（５９３０６３１６１）株式会社ＮＴＴファシリティーズ (475)
【Ｆターム（参考）】
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