太陽光発電システム
【課題】一部のアレイの発電特性が低下した場合でも、システム全体としての発電特性は最適な状態に維持する。
【手段】複数のアレイを有する太陽光発電装置１と、複数の二次電池を有する蓄電装置２を有する。太陽光発電装置１と蓄電装置２のそれぞれにＤＣ／ＤＣ変換器３，４を設け、これらのＤＣ／ＤＣ変換器３，４を接続すると共に、各ＤＣ／ＤＣ変換器をＡＣ／ＤＣ変換器５に接続して、1つの発電・蓄電ユニットを構成する。前記ユニットを複数用意し、各ユニットＵ１〜ＵｎをそれぞれのＡＣ／ＤＣ変換器を介して配電系統７に接続する。各ユニットの太陽光発電装置１には、その出力特性が最大になるように最大電力点追従制御を行う制御部３２を設ける。各ユニットの蓄電装置２には、蓄電池側の電圧を検出して、その充放電制御を行う制御部４２を設ける。各ユニットの制御部３２，４２と接続され、その充放電及び出力制御を行う統括制御装置６を設ける。
【手段】複数のアレイを有する太陽光発電装置１と、複数の二次電池を有する蓄電装置２を有する。太陽光発電装置１と蓄電装置２のそれぞれにＤＣ／ＤＣ変換器３，４を設け、これらのＤＣ／ＤＣ変換器３，４を接続すると共に、各ＤＣ／ＤＣ変換器をＡＣ／ＤＣ変換器５に接続して、1つの発電・蓄電ユニットを構成する。前記ユニットを複数用意し、各ユニットＵ１〜ＵｎをそれぞれのＡＣ／ＤＣ変換器を介して配電系統７に接続する。各ユニットの太陽光発電装置１には、その出力特性が最大になるように最大電力点追従制御を行う制御部３２を設ける。各ユニットの蓄電装置２には、蓄電池側の電圧を検出して、その充放電制御を行う制御部４２を設ける。各ユニットの制御部３２，４２と接続され、その充放電及び出力制御を行う統括制御装置６を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電装置と蓄電装置とを有する太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
メガソーラー等の大規模な太陽光発電装置において、その出力変動の抑制をバッテリで行う場合、一般には、大規模の太陽光発電装置と大規模のバッテリに対してそれぞれ対応した出力容量のＡＣ／ＤＣ変換器を用意し、太陽光発電装置とバッテリ間は交流で接続する。
【０００３】
一方、従来から、太陽光発電装置においては、日照の変化などによる電力特性の変化に対し、太陽電池の出力電力が常に最大になるよう、電圧と電流の最適動作点に追従して、制御する技術が採用されている。
この技術は、ＭＰＰＴ (Maximum Power Point Tracking)と呼ばれる。このＭＰＰＴ技術では、電力はセンサで得られた電流・電圧値から発電特性のピークを計算し、発電特性のピークにおいて電力の傾きがゼロになる方向へ、発電装置の動作点を微小に制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５５４３号公報
【特許文献２】特開平１１−２１４７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術では、太陽光発電装置のアレイ全体を対象としてＭＰＰＴ制御を行うため、ゴミ、汚れ、日陰などにより一部のアレイで発電電力が下がると、発電特性が複数のピークを持つようになる。その結果、動作点の基準となる発電特性のピークを正しく特定できなくなり、システム全体の電力損失に繋がる。
【０００６】
また、従来技術では、１台の変換器にすべてのバッテリが接続されていたため、バッテリは一種類しか利用できず、特性の異なるバッテリは接続できない。そのため、従来技術では、発電装置の出力特性、電力の使用状況に合わせたバッテリ特性の最適化が難しい。
【０００７】
このように、従来技術では、１つの太陽光発電装置と１組のバッテリ装置をそれぞれの装置に設けたＡＣ／ＤＣ変換器を利用して接続している。そのため、発電量とバッテリの充放電を協調しながら、しかも交流系統で出力変動の抑制を行うという、困難な制御が要求されていた。
【０００８】
本実施形態の目的は、日陰等の影響で一部のアレイの発電特性が低下した場合でも、システム全体としての発電特性は最適な状態に維持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】
【０００９】
本実施形態の太陽光発電システムは、次の構成を有することを特徴とする。
(1) 複数のアレイを有する太陽光発電装置と、複数の二次電池を有する蓄電装置を有する。
(2) 前記太陽光発電装置と蓄電装置のそれぞれにＤＣ／ＤＣ変換器を設け、これらのＤＣ／ＤＣ変換器を接続すると共に、各ＤＣ／ＤＣ変換器をＡＣ／ＤＣ変換器に接続して、1つの発電・蓄電ユニットを構成する。
(3) 前記ユニットを複数用意し、各ユニットをそれぞれのＡＣ／ＤＣ変換器を介して配電系統に接続する。
(4) 各ユニットの太陽光発電装置には、その出力特性が最大になるように最大電力点追従制御を行う制御部を設ける。
(5) 各ユニットの蓄電装置には、太陽光発電装置と接続される直流配線の電圧を検出し、その電圧を所定の範囲に制御するための充放電制御を行う制御部を設ける。
(6) 各ユニットの制御部と通信によって接続され、各ユニットの充放電及び出力制御を行う統括制御装置を設ける。
(7) 統括制御装置は、各ユニットの太陽光発電装置の出力値に基づいて、システム全体の出力目標値を算出し、これを各ユニットのＡＣ／ＤＣ変換器に送信する。
(8) 各ユニットのＡＣ／ＤＣ変換器には、統括制御装置から受信した出力目標値に基づいて系統連係を行うために、ＡＣ／ＤＣ変換器を制御する制御部を設ける。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第1実施形態の概略を示す配線図である。
【図２】第１実施形態における各部の詳細を示す配線図である。
【図３】太陽電池発電装置におけるＭＰＰＴ制御の動作を示すグラフである。
【図４】太陽電池発電装置において出力目標値を算出する方法の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態を示す配線図である。
【図６】本発明の第３実施形態を示す配線図である。
【図７】本発明の第４実施形態を示す配線図である。
【図８】本発明の第５実施形態を示す配線図である。
【図９】本発明の第６実施形態を示す配線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
１．第１実施形態
（１）実施形態の構成
(a) 全体構成
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の太陽光発電システムは、複数の発電・蓄電ユニット（以下、ユニットという）Ｕ１〜Ｕｎから構成されている。各ユニットＵ１〜Ｕｎは、複数のアレイ１ａ〜１ｎを有する太陽光発電装置１と、複数のバッテリパック２ａ〜２ｎを有する蓄電装置２を有する。
【００１４】
太陽光発電装置１と蓄電装置２のそれぞれにＤＣ／ＤＣ変換器３，４を設け、これらのＤＣ／ＤＣ変換器３，４同士を接続する。このＤＣ／ＤＣ変換器３，４を、同じユニット内に設けたＡＣ／ＤＣ変換器５に接続する。
【００１５】
前記複数のユニットＵ１〜Ｕｎは、それぞれのＡＣ／ＤＣ変換器５の出力側から延長された交流系統の配線によって並列に接続され、その配線が変圧器７ａを介して配電系統７に接続されている。
【００１６】
各ユニットＵ１〜ＵｎのＤＣ／ＤＣ変換器３，４及びＡＣ／ＤＣ変換器５には、ユニット外部に設けられた統括制御装置６が接続されている。すなわち、各ユニットＵ１〜ＵｎのＤＣ／ＤＣ変換器３，４及びＡＣ／ＤＣ変換器５には、太陽光発電装置１と蓄電装置２の運転を制御するための制御部が設けられ、これらの制御部は、通信部を介し通信線により前記統括制御装置６と接続され、制御情報の送受信が行われる。
【００１７】
(b) 各部の詳細な構成
以下、本実施形態の各装置について、その詳細を図２により説明する。
【００１８】
各ユニットの太陽光発電装置１のＤＣ／ＤＣ変換器３は、変換器本体３１と、太陽光発電装置１の出力特性が最大になるように最大電力点追従制御を行う制御部３２を有する。この制御部３２は、統括制御装置６、蓄電装置側のＤＣ／ＤＣ変換器４及びＡＣ／ＤＣ変換器５との間で通信を行う通信部３３を有する。また、ＤＣ／ＤＣ変換器３は、各アレイ１ａ〜１ｎの出力電流及び電圧を計測するセンサ３４を有する。
【００１９】
各ユニットの蓄電装置２の各バッテリパック２ａ〜２ｎは、それぞれ複数のバッテリを接続して成る二次電池列２１を有する。各バッテリパック２ａ〜２ｎは、二次電池列２１を構成する各バッテリの充放電を制御する制御部２２と、この制御部２２とＤＣ／ＤＣ変換器４との間で制御情報を送受信する通信部２３を有する。この通信部２３には、二次電池列２１を構成する各バッテリの出力電流及び電圧が入力される。
【００２０】
各バッテリパック２ａ〜２ｎは、管理部２４を有する。この管理部２４は、前記制御部２２及び通信部２３と接続され、ＤＣ／ＤＣ変換器４からの充放電指令並びに個々のバッテリの充放電状態を基に、二次電池列２１を構成する個々のバッテリの充放電制御及びバッテリパック全体の充放電制御を行う。すなわち、これら制御部２２、通信部２３及び管理部２４が、各バッテリパック２ａ〜２ｎのバッテリマネージメントユニット（ＢＭＵ）を構成している。
【００２１】
各ユニットの蓄電装置２に設けられたＤＣ／ＤＣ変換器４は、変換器本体４１による入出力電圧の変換と、各バッテリパック２ａ〜２ｎの充放電を行う制御部４２を有する。この制御部４２は、統括制御装置６、太陽光発電装置側のＤＣ／ＤＣ変換器３及びＡＣ／ＤＣ変換器５との間で、各バッテリパック２ａ〜２ｎの充放電情報や制御情報を送受信する通信部４３を有する。
【００２２】
そのため、通信部４３は、ＤＣ／ＤＣ変換器４の入出力電流や電圧を検出するセンサ４４、及び各バッテリパック２ａ〜２ｎのバッテリマネージメントユニットに設けられた通信部２３にも接続されている。
【００２３】
各ユニットにおけるＡＣ／ＤＣ変換器５の制御部５２は、系統連係を行うように、統括制御装置６から送信された出力目標値となるようにＡＣ／ＤＣ双方向インバータ５１を制御する。
【００２４】
ＡＣ／ＤＣ双方向インバータ５１は、制御部５２に出力値を制御され、太陽光発装置１側のＤＣ／ＤＣ変換器４ならびにバッテリパック２側のＤＣ／ＤＣ変換器４から出力された直流電圧を交流電圧に変換し出力する。
【００２５】
また、ＡＣ／ＤＣ変換器５は、統括制御装置６、太陽光発電装置側のＤＣ／ＤＣ変換器３及び蓄電装置側のＤＣ／ＤＣ変換器４との間で、充放電情報や制御情報を送受信する通信部５３を有する。
【００２６】
統括制御部６は、管理部６１と通信部６３を有する。管理部６１は、各ユニットＵ１〜ＵｎのＡＣ／ＤＣ変換器５の通信部と通信部６３を経由して接続され、各ユニットＵ１〜Ｕｎの充放電及び出力制御と、各ユニットＵ１〜Ｕｎと配電系統７に対する出力制御を行う。
【００２７】
そのため、管理部６１は、各ユニットの太陽光発電装置の出力値に基づいて、システム全体から送電系統７に対する出力目標値を算出する演算部（図示せず）を有する。この管理部６１は、演算部において算出した出力目標値Ｐを、通信部６３を経由して、各ユニットＵ１〜ＵｎのＡＣ／ＤＣ変換器５に送信する。
【００２８】
統括制御部６は、各ユニットＵ１〜Ｕｎを構成する各太陽光発電装置１の出力情報、及び各蓄電装置２に関する充放電情報を監視し、管理部６１に保存及び表示する。これにより、各バッテリパック２ａ〜２ｎに設けられた二次電池列を構成する各電池のＳＯＣ(State Of Charge)や寿命の管理を行う。
【００２９】
また、管理部６１は各ユニットＵ１〜Ｕｎから取得した情報に基づいて、各バッテリパック２ａ〜２ｎの中から、充放電を行うバッテリパックを決定し、直流系統安定化に利用できるバッテリパックを把握する。すなわち、管理部６１は、各ユニットＵ１〜ＵｎのＤＣ／ＤＣ変換器４から受信した直流電圧変動の早さに応じて、バッテリパック２ａ〜２ｎを使い分ける。
【００３０】
（３）実施形態の作用
【００３１】
(a) 太陽光発電装置の作用
各ユニットＵ１〜Ｕｎの太陽光発電装置１では、各太陽光発電装置１が有するアレイ１ａ〜１ｎの発電した電力を、そのユニットのＤＣ／ＤＣ変換器３に出力する。
【００３２】
この場合、太陽光発電装置１のＤＣ／ＤＣ変換器３は、ＭＰＰＴ(Maximum Power Point Tracking)制御を行う。このＭＰＰＴ制御は、最大電力点追従制御と呼ばれ、公知の技術である。図３は、ＭＰＰＴ制御の動作原理を示すグラフである。このグラフの縦軸は太陽光発電装置１の出力電圧を、横軸はＤＣ／ＤＣ変換器３の出力電圧を示す。このグラフに示すように、日射強度が低い場合と高い場合とでは、最適動作点となる出力電圧が異なる。そこで、ＤＣ／ＤＣ変換器３の制御部３２は、日射強度に合わせて太陽光発電装置１からの出力電圧を制御する。
【００３３】
このようにして、ＤＣ／ＤＣ変換器３の制御部３２はＭＰＰＴ制御により太陽光発電装置１からの出力電圧を制御する。その後、ＤＣ／ＤＣ変換器３の変換器本体３１は、制御部３２の指令に基づいて、前記のようにして得られた太陽光発電装置１からの出力電圧を、所定の直流電圧に変換する。
【００３４】
また、各ユニットＵ１〜ＵｎのＤＣ／ＤＣ変換器３は、センサ３４等から得られた各ユニットＵ１〜Ｕｎの太陽光発電装置１の出力値を、通信部３３を経由して、統括制御装置６及び各ユニットＵ１〜ＵｎのＡＣ／ＤＣ変換器４へ送信する。なお、出力値などのデータの送受信は、各機器間で直接行ってもよいし、統括制御装置６を経由しても良い。
【００３５】
(b) 蓄電装置の作用
蓄電装置２は、太陽光発電装置１が発電した電力の貯蔵と安定供給を行うためのものである。太陽光発電装置１の出力は、太陽光発電装置のＤＣ／ＤＣ変換器３及び蓄電装置２のＤＣ／ＤＣ変換器４を経由して、直流系統により蓄電装置２の各バッテリパック２ａ〜２ｎに送られる。
【００３６】
蓄電装置２のＤＣ／ＤＣ変換器４は、直流系統の電圧をセンサ４４で検出し、ＡＣ／ＤＣ変換器５側に接続された直流系統の電圧が一定範囲内に収まるよう、各バッテリパック２ａ〜２ｎの充放電制御を行う。
【００３７】
すなわち、各バッテリパック２ａ〜２ｎの管理部２４は、統括制御装置６から二次電池列を構成する各電池のＳＯＣ(State Of Charge)や寿命に関する情報を受信し、その受信データに基づいて、個々の二次電池の充放電を制御する。これにより、各バッテリパック２ａ〜２ｎは、構成する二次電池の性質、容量などに応じて、異なる充放電特性を示すことになる。
【００３８】
このように、各バッテリパック２ａ〜２ｎの充放電特性は異なるため、各バッテリパック２ａ〜２ｎからの出力電圧も異なる。これらの出力電圧に関する情報は、通信部２３及び４３を経由してＤＣ／ＤＣ変換器４の制御部４２に送信される。制御部４２では、各バッテリパック２ａ〜２ｎからの情報とＤＣ／ＤＣ変換器４の出力側に設けたセンサ４４からの情報（ＤＣ／ＤＣ変換器４の出力電圧）に基づいて、各バッテリパック２ａ〜２ｎからの出力電圧を変換し、センサ４４によって検出した直流系統の電圧が一定範囲内に収まるように制御する。
【００３９】
なお、前記のようにバッテリパック側の直流電圧は個々のパックで異なるが、本実施の形態では、個々のバッテリパック２ａ〜２ｎの電圧を検出したり、利用することはない。すなわち、太陽光発電装置１に接続される側の直流配線には規定の範囲があり、蓄電装置２のＤＣ／ＤＣ変換器４は各パックで異なる直流電圧と前記直流配線側の電圧との間の変換を、パックごとに独立して行う。
【００４０】
このように本実施の形態では、太陽光発電装置１の発電量とＡＣ／ＤＣ変換器５で交流に返す電力量の割合により、前記直流配線電圧が変動してしまうが、その変動が規定の範囲に収まるよう、蓄電装置２のＤＣ／ＤＣ変換器４がバッテリパック２ａ〜２ｎとの間で充放電を行う。
【００４１】
この場合、各バッテリパックを構成する二次電池の充放電及び各バッテリパック２ａ〜２ｎからＡＣ／ＤＣ変換器５に対する出力電圧の制御は、各ユニットＵ１〜ＵｎのＤＣ／ＤＣ変換器４にて、ユニットごとに独立して制御が可能である。
【００４２】
(c) ＡＣ／ＤＣ変換器の作用
蓄電装置２のＤＣ／ＤＣ変換器４は、前記のようにＡＣ／ＤＣ変換器５に接続されている。そのため、ＤＣ／ＤＣ変換器４の出力は、直流系統を経由して、ＡＣ／ＤＣ変換器５に送られ、ＡＣ／ＤＣ変換器５において、系統連係のための交流に変換される。なお、蓄電装置２の放電時には、前記太陽光発電装置１のＤＣ／ＤＣ変換器３からの電力も、ＡＣ／ＤＣ変換器５に送られ、ＡＣ／ＤＣ変換器５において、系統連係のための交流に変換される。
【００４３】
ＡＣ／ＤＣ変換器５の制御部５２は、統括制御装置６から指示された出力目標値Ｐを受け取り、その指示に従ってＡＣ／ＤＣ変換器本体５１を制御し、系統連係を行う。この場合、各ユニットＵ１〜Ｕｎは、変圧器７ａを介して配電系統７に並列に接続されているため、各ユニットＵ１〜Ｕｎは独立して系統連係を行う。
【００４４】
(d) 統括制御装置６の作用
統括制御装置６の管理部６１に設けられた演算部は、太陽光発電装置１のＤＣ／ＤＣ変換器３から送信された出力観測データを用いて、システムとしての出力目標値Ｐを算出する。この出力目標値Ｐは、前記のようにＡＣ／ＤＣ変換器５の制御部５２に送られ、制御部５２によって制御されたＡＣ／ＤＣ変換器本体５１が、直流系統の電力を系統の規格にあった交流に変換し、系統連係を行う。
【００４５】
この出力目標値の算出方法には、移動平均法（特許文献１を参照）や変動幅中心法などが良く知られている。図４は、移動平均法の原理を示すグラフである。このグラフの縦軸は太陽光発電装置の出力電圧、横軸は時間の経過を示すものである。このグラフに示すように、移動平均法では、一定の間隔（ｔ−５〜ｔ）で太陽光発電装置（ＰＶ）の出力を計測し、その計測値の平
均値Ｐｔを算出することで、出力目標値を得ている。
【００４６】
この統括制御装置６は、その通信部６３を経由して、各ユニットＵ１〜Ｕｎの太陽光発電装置１、蓄電装置２及びそれらのＤＣ／ＤＣ変換器３，４に接続されている。そして、統括制御装置６の管理部６１により、前記のような各機器の情報の取得、充放電の制御等を行う。
【００４７】
（４）実施形態の効果
本実施形態は、次のような効果を有する。
(a) 太陽光発電装置１と蓄電装置２を、ＤＣ／ＤＣ変換器３，４を介して小規模なユニットＵ１〜Ｕｎで接続し、全体のシステムを交流で連携することにより、直流側のリアルタイムの状態を見ながら制御する必要がなく、従来技術に比べて充放電及び系統連係に関する制御が容易である。
【００４８】
(b) 太陽光発電装置１が複数のユニットＵ１〜Ｕｎに分散配置されているので、局所的なゴミ、汚れ、日陰に対し、従来技術に比較して小規模なユニットごとにＭＰＰＴによる最適化を実施できる。その結果、日陰などに起因する運転効率の低下を局所的なものに抑えることができ、システム全体の効率への影響を低減することができる。
【００４９】
(c) ユニットＵ１〜Ｕｎごとに、蓄電装置２１として、コスト、充放電特性等の種類の異なる二次電池を利用でき、蓄電特性の最適化が可能である。
【００５０】
(d) 個々のユニットＵ１〜Ｕｎにおいては、太陽光発電装置１と蓄電装置２とを直流系統で接続することで、各ＤＣ／ＤＣ変換器３，４が個々の独立した制御を分担でき、ユニットＵ１〜Ｕｎごとに統括制御部を設けて制御する必要がなく、ユニットＵ１〜Ｕｎ内での通信線を介した複雑な制御が不要である。
【００５１】
２．第２実施形態
図５は、本発明の第２実施形態を示すものである。図５に示すように、第２実施形態は、複数のユニットＵ１〜Ｕｎを有する太陽光発電システムを複数システム並列に配電系統７に接続したものである。各太陽光発電システムは、それぞれ異なる地域に設置され、専用の変圧器７ａ，７ｂ……を介して配電系統７に接続されている。
【００５２】
この第２実施形態においても、各ユニットＵ１〜Ｕｎは第１実施形態に示したとおり、個々のユニット内で制御が完結しているため、複数の太陽光発電システム全体での複雑な制御は必要ない。そのため、個々のユニットＵ１〜Ｕｎごとに交流系統に接続することで、大規模な太陽光発電システムが実現可能である。
【００５３】
例えば、近い地域にあるユニットＵ１〜Ｕｎ同士は２００Ｖで接続し、地域単位ごとに変圧器７ａ，７ｂ……を介して６．６ｋＶ等で接続すると、送電効率も良い。
【００５４】
３．第３実施形態
図６は、本発明の第３実施形態を示すものである。第３実施形態は、蓄電装置として、小型揚水発電機１０と可変速インバータ１１の組み合わせを使用したものである。この第３実施形態では、蓄電装置２として二次電池を使用した場合と同じく、直流系統を安定化するように汲み上げと発電を制御することが可能である。
【００５５】
すなわち、蓄電時には、太陽光発電装置１からの電力を直流系統を通じて可変速インバータ（第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換器３に相当する）１１に供給し、この可変速インバータ１１によって変換された電力によって小型揚水発電機１０を揚水機として駆動する。
【００５６】
一方、放電時には、揚水した水のエネルギーを使用して小型揚水発電機１０によって発電を行い、その電力を可変速インバータ１１によって直流系統に出力する。出力された直流電力は、第１実施形態と同様に、ＡＣ／ＤＣ変換器５によって出力目標値Ｐに合わせて、交流系統に出力される。
【００５７】
この第３実施形態においては、全てのユニットＵ１〜Ｕｎの蓄電装置２を小型揚水発電機１０と可変速インバータ１１としても良いが、ユニットＵ１〜Ｕｎのいずれかに小型揚水発電機１０と可変速インバータ１１を使用することができる。
【００５８】
この第３実施形態によれば、全てユニットＵ１〜Ｕｎの蓄電装置２を二次電池から構成する場合に比較して、より安価にシステムを構築できる。また、既設のタンクなどに貯留されている水を利用するなど、小型の揚水発電機を設置できる環境にあっては、特に有利である。
【００５９】
４．第４実施形態
図７は、本発明の第４実施形態を示すものである。この第４実施形態では、モータ１２と可変速インバータ１１の組み合わせにより、おもり１３の位置エネルギーを利用して蓄電するものである。
【００６０】
すなわち、例えば、地中深くに縦坑を穿ち、その内部に、モータ１２によって昇降するおもり１３を配置する。このおもり１３は、蓄電時には、太陽光発電装置１からの電力により駆動されるモータ１２により、縦坑の上部にまで引き上げられる。一方、放電時には、おもり１３を重力により縦坑の底に向かって降下させ、その位置エネルギーを利用してモータ１２を発電機として駆動する。
【００６１】
このように、第４実施形態においては、蓄電装置２としておもりの位置エネルギーを利用することにより、地中に設けた縦坑などのスペースを有効に利用して、蓄電を行うことができる。
【００６２】
なお、この第４実施形態においても、全てのユニットＵ１〜Ｕｎの蓄電装置２をモータ１２とおもり１３としても良いが、ユニットＵ１〜Ｕｎのいずれかにモータ１２とおもり１３を使用することができる。
【００６３】
５．第５実施形態
図８は、本発明の第５実施形態を示すものである。この第５実施形態は、蓄電装置２に二次電池を使用した場合に、その二次電池自体を、前記第４実施形態のおもり１３としたものである。
【００６４】
この第５実施形態は、二次電池の蓄電エネルギーと、おもり１３の位置エネルギーを同時に利用することができる。その結果、地中を利用することによるスペースの有効利用が図れるだけでなく、温度変化の少ない地中に二次電池が配置されることから、その周囲温度を一定に保つことができ、二次電池の寿命低下を防止することができる。
【００６５】
この第５実施形態でも、ユニットＵ１〜Ｕｎの一部にのみ、二次電池をおもりとして使用する構成を採用することが可能である。
【００６６】
６．第６実施形態
図９は、本発明の第６実施形態を示す。この第６実施形態は、圧縮空気を利用したエネルギー貯蔵を蓄電装置２として使用したものである。
【００６７】
第６実施形態では、直流系統に接続された可変インバータ１１に電動のコンプレッサ２０を接続し、充電時においては、太陽光発電装置１からの電力により、このコンプレッサ２０を駆動し、タンク２１内に圧縮空気を貯蔵する。一方、放電時には、タンク２１に接続されたエンジン又はタービン２２に、タンク２１内の圧縮空気を吹き付けることによって、エンジン又はタービンに接続された発電機を駆動する。
【００６８】
この第６実施形態においても、太陽光発電装置１の発電電力を充放電することが可能である。この実施形態でも、前記各実施形態と同様に、各ユニットＵ１〜Ｕｎ内の直流系統によって、しかも、他のユニットとは独立して蓄電装置の充放電制御を行うことができる。
【００６９】
この第６実施形態でも、ユニットＵ１〜Ｕｎの一部にのみ、圧縮空気のエネルギーを使用する構成を採用し、他のユニットＵ１〜Ｕｎは二次電池を蓄電装置２として使用できる。
【００７０】
７．他の実施形態
前記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７１】
Ｕ１〜Ｕｎ…発電・蓄電ユニット
１…太陽光発電装置
２…蓄電装置
３，４…ＤＣ／ＤＣ変換器
５…ＡＣ／ＤＣ変換器
６…統括制御装置
２１…二次電池列
３１，４１…ＤＣ／ＤＣ変換器
５１…ＡＣ／ＤＣ変換器
６１…管理部
２２，３２，４２，５２…制御部
２３，３３，４３，５３，６３…通信部
１０…可変速インバータ
１１…モータ
１２…おもり
２０…コンプレッサ
２１…圧縮空気タンク
２２…エンジンまたはタービン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電装置と蓄電装置とを有する太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
メガソーラー等の大規模な太陽光発電装置において、その出力変動の抑制をバッテリで行う場合、一般には、大規模の太陽光発電装置と大規模のバッテリに対してそれぞれ対応した出力容量のＡＣ／ＤＣ変換器を用意し、太陽光発電装置とバッテリ間は交流で接続する。
【０００３】
一方、従来から、太陽光発電装置においては、日照の変化などによる電力特性の変化に対し、太陽電池の出力電力が常に最大になるよう、電圧と電流の最適動作点に追従して、制御する技術が採用されている。
この技術は、ＭＰＰＴ (Maximum Power Point Tracking)と呼ばれる。このＭＰＰＴ技術では、電力はセンサで得られた電流・電圧値から発電特性のピークを計算し、発電特性のピークにおいて電力の傾きがゼロになる方向へ、発電装置の動作点を微小に制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５５４３号公報
【特許文献２】特開平１１−２１４７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術では、太陽光発電装置のアレイ全体を対象としてＭＰＰＴ制御を行うため、ゴミ、汚れ、日陰などにより一部のアレイで発電電力が下がると、発電特性が複数のピークを持つようになる。その結果、動作点の基準となる発電特性のピークを正しく特定できなくなり、システム全体の電力損失に繋がる。
【０００６】
また、従来技術では、１台の変換器にすべてのバッテリが接続されていたため、バッテリは一種類しか利用できず、特性の異なるバッテリは接続できない。そのため、従来技術では、発電装置の出力特性、電力の使用状況に合わせたバッテリ特性の最適化が難しい。
【０００７】
このように、従来技術では、１つの太陽光発電装置と１組のバッテリ装置をそれぞれの装置に設けたＡＣ／ＤＣ変換器を利用して接続している。そのため、発電量とバッテリの充放電を協調しながら、しかも交流系統で出力変動の抑制を行うという、困難な制御が要求されていた。
【０００８】
本実施形態の目的は、日陰等の影響で一部のアレイの発電特性が低下した場合でも、システム全体としての発電特性は最適な状態に維持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】
【０００９】
本実施形態の太陽光発電システムは、次の構成を有することを特徴とする。
(1) 複数のアレイを有する太陽光発電装置と、複数の二次電池を有する蓄電装置を有する。
(2) 前記太陽光発電装置と蓄電装置のそれぞれにＤＣ／ＤＣ変換器を設け、これらのＤＣ／ＤＣ変換器を接続すると共に、各ＤＣ／ＤＣ変換器をＡＣ／ＤＣ変換器に接続して、1つの発電・蓄電ユニットを構成する。
(3) 前記ユニットを複数用意し、各ユニットをそれぞれのＡＣ／ＤＣ変換器を介して配電系統に接続する。
(4) 各ユニットの太陽光発電装置には、その出力特性が最大になるように最大電力点追従制御を行う制御部を設ける。
(5) 各ユニットの蓄電装置には、太陽光発電装置と接続される直流配線の電圧を検出し、その電圧を所定の範囲に制御するための充放電制御を行う制御部を設ける。
(6) 各ユニットの制御部と通信によって接続され、各ユニットの充放電及び出力制御を行う統括制御装置を設ける。
(7) 統括制御装置は、各ユニットの太陽光発電装置の出力値に基づいて、システム全体の出力目標値を算出し、これを各ユニットのＡＣ／ＤＣ変換器に送信する。
(8) 各ユニットのＡＣ／ＤＣ変換器には、統括制御装置から受信した出力目標値に基づいて系統連係を行うために、ＡＣ／ＤＣ変換器を制御する制御部を設ける。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第1実施形態の概略を示す配線図である。
【図２】第１実施形態における各部の詳細を示す配線図である。
【図３】太陽電池発電装置におけるＭＰＰＴ制御の動作を示すグラフである。
【図４】太陽電池発電装置において出力目標値を算出する方法の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態を示す配線図である。
【図６】本発明の第３実施形態を示す配線図である。
【図７】本発明の第４実施形態を示す配線図である。
【図８】本発明の第５実施形態を示す配線図である。
【図９】本発明の第６実施形態を示す配線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
１．第１実施形態
（１）実施形態の構成
(a) 全体構成
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の太陽光発電システムは、複数の発電・蓄電ユニット（以下、ユニットという）Ｕ１〜Ｕｎから構成されている。各ユニットＵ１〜Ｕｎは、複数のアレイ１ａ〜１ｎを有する太陽光発電装置１と、複数のバッテリパック２ａ〜２ｎを有する蓄電装置２を有する。
【００１４】
太陽光発電装置１と蓄電装置２のそれぞれにＤＣ／ＤＣ変換器３，４を設け、これらのＤＣ／ＤＣ変換器３，４同士を接続する。このＤＣ／ＤＣ変換器３，４を、同じユニット内に設けたＡＣ／ＤＣ変換器５に接続する。
【００１５】
前記複数のユニットＵ１〜Ｕｎは、それぞれのＡＣ／ＤＣ変換器５の出力側から延長された交流系統の配線によって並列に接続され、その配線が変圧器７ａを介して配電系統７に接続されている。
【００１６】
各ユニットＵ１〜ＵｎのＤＣ／ＤＣ変換器３，４及びＡＣ／ＤＣ変換器５には、ユニット外部に設けられた統括制御装置６が接続されている。すなわち、各ユニットＵ１〜ＵｎのＤＣ／ＤＣ変換器３，４及びＡＣ／ＤＣ変換器５には、太陽光発電装置１と蓄電装置２の運転を制御するための制御部が設けられ、これらの制御部は、通信部を介し通信線により前記統括制御装置６と接続され、制御情報の送受信が行われる。
【００１７】
(b) 各部の詳細な構成
以下、本実施形態の各装置について、その詳細を図２により説明する。
【００１８】
各ユニットの太陽光発電装置１のＤＣ／ＤＣ変換器３は、変換器本体３１と、太陽光発電装置１の出力特性が最大になるように最大電力点追従制御を行う制御部３２を有する。この制御部３２は、統括制御装置６、蓄電装置側のＤＣ／ＤＣ変換器４及びＡＣ／ＤＣ変換器５との間で通信を行う通信部３３を有する。また、ＤＣ／ＤＣ変換器３は、各アレイ１ａ〜１ｎの出力電流及び電圧を計測するセンサ３４を有する。
【００１９】
各ユニットの蓄電装置２の各バッテリパック２ａ〜２ｎは、それぞれ複数のバッテリを接続して成る二次電池列２１を有する。各バッテリパック２ａ〜２ｎは、二次電池列２１を構成する各バッテリの充放電を制御する制御部２２と、この制御部２２とＤＣ／ＤＣ変換器４との間で制御情報を送受信する通信部２３を有する。この通信部２３には、二次電池列２１を構成する各バッテリの出力電流及び電圧が入力される。
【００２０】
各バッテリパック２ａ〜２ｎは、管理部２４を有する。この管理部２４は、前記制御部２２及び通信部２３と接続され、ＤＣ／ＤＣ変換器４からの充放電指令並びに個々のバッテリの充放電状態を基に、二次電池列２１を構成する個々のバッテリの充放電制御及びバッテリパック全体の充放電制御を行う。すなわち、これら制御部２２、通信部２３及び管理部２４が、各バッテリパック２ａ〜２ｎのバッテリマネージメントユニット（ＢＭＵ）を構成している。
【００２１】
各ユニットの蓄電装置２に設けられたＤＣ／ＤＣ変換器４は、変換器本体４１による入出力電圧の変換と、各バッテリパック２ａ〜２ｎの充放電を行う制御部４２を有する。この制御部４２は、統括制御装置６、太陽光発電装置側のＤＣ／ＤＣ変換器３及びＡＣ／ＤＣ変換器５との間で、各バッテリパック２ａ〜２ｎの充放電情報や制御情報を送受信する通信部４３を有する。
【００２２】
そのため、通信部４３は、ＤＣ／ＤＣ変換器４の入出力電流や電圧を検出するセンサ４４、及び各バッテリパック２ａ〜２ｎのバッテリマネージメントユニットに設けられた通信部２３にも接続されている。
【００２３】
各ユニットにおけるＡＣ／ＤＣ変換器５の制御部５２は、系統連係を行うように、統括制御装置６から送信された出力目標値となるようにＡＣ／ＤＣ双方向インバータ５１を制御する。
【００２４】
ＡＣ／ＤＣ双方向インバータ５１は、制御部５２に出力値を制御され、太陽光発装置１側のＤＣ／ＤＣ変換器４ならびにバッテリパック２側のＤＣ／ＤＣ変換器４から出力された直流電圧を交流電圧に変換し出力する。
【００２５】
また、ＡＣ／ＤＣ変換器５は、統括制御装置６、太陽光発電装置側のＤＣ／ＤＣ変換器３及び蓄電装置側のＤＣ／ＤＣ変換器４との間で、充放電情報や制御情報を送受信する通信部５３を有する。
【００２６】
統括制御部６は、管理部６１と通信部６３を有する。管理部６１は、各ユニットＵ１〜ＵｎのＡＣ／ＤＣ変換器５の通信部と通信部６３を経由して接続され、各ユニットＵ１〜Ｕｎの充放電及び出力制御と、各ユニットＵ１〜Ｕｎと配電系統７に対する出力制御を行う。
【００２７】
そのため、管理部６１は、各ユニットの太陽光発電装置の出力値に基づいて、システム全体から送電系統７に対する出力目標値を算出する演算部（図示せず）を有する。この管理部６１は、演算部において算出した出力目標値Ｐを、通信部６３を経由して、各ユニットＵ１〜ＵｎのＡＣ／ＤＣ変換器５に送信する。
【００２８】
統括制御部６は、各ユニットＵ１〜Ｕｎを構成する各太陽光発電装置１の出力情報、及び各蓄電装置２に関する充放電情報を監視し、管理部６１に保存及び表示する。これにより、各バッテリパック２ａ〜２ｎに設けられた二次電池列を構成する各電池のＳＯＣ(State Of Charge)や寿命の管理を行う。
【００２９】
また、管理部６１は各ユニットＵ１〜Ｕｎから取得した情報に基づいて、各バッテリパック２ａ〜２ｎの中から、充放電を行うバッテリパックを決定し、直流系統安定化に利用できるバッテリパックを把握する。すなわち、管理部６１は、各ユニットＵ１〜ＵｎのＤＣ／ＤＣ変換器４から受信した直流電圧変動の早さに応じて、バッテリパック２ａ〜２ｎを使い分ける。
【００３０】
（３）実施形態の作用
【００３１】
(a) 太陽光発電装置の作用
各ユニットＵ１〜Ｕｎの太陽光発電装置１では、各太陽光発電装置１が有するアレイ１ａ〜１ｎの発電した電力を、そのユニットのＤＣ／ＤＣ変換器３に出力する。
【００３２】
この場合、太陽光発電装置１のＤＣ／ＤＣ変換器３は、ＭＰＰＴ(Maximum Power Point Tracking)制御を行う。このＭＰＰＴ制御は、最大電力点追従制御と呼ばれ、公知の技術である。図３は、ＭＰＰＴ制御の動作原理を示すグラフである。このグラフの縦軸は太陽光発電装置１の出力電圧を、横軸はＤＣ／ＤＣ変換器３の出力電圧を示す。このグラフに示すように、日射強度が低い場合と高い場合とでは、最適動作点となる出力電圧が異なる。そこで、ＤＣ／ＤＣ変換器３の制御部３２は、日射強度に合わせて太陽光発電装置１からの出力電圧を制御する。
【００３３】
このようにして、ＤＣ／ＤＣ変換器３の制御部３２はＭＰＰＴ制御により太陽光発電装置１からの出力電圧を制御する。その後、ＤＣ／ＤＣ変換器３の変換器本体３１は、制御部３２の指令に基づいて、前記のようにして得られた太陽光発電装置１からの出力電圧を、所定の直流電圧に変換する。
【００３４】
また、各ユニットＵ１〜ＵｎのＤＣ／ＤＣ変換器３は、センサ３４等から得られた各ユニットＵ１〜Ｕｎの太陽光発電装置１の出力値を、通信部３３を経由して、統括制御装置６及び各ユニットＵ１〜ＵｎのＡＣ／ＤＣ変換器４へ送信する。なお、出力値などのデータの送受信は、各機器間で直接行ってもよいし、統括制御装置６を経由しても良い。
【００３５】
(b) 蓄電装置の作用
蓄電装置２は、太陽光発電装置１が発電した電力の貯蔵と安定供給を行うためのものである。太陽光発電装置１の出力は、太陽光発電装置のＤＣ／ＤＣ変換器３及び蓄電装置２のＤＣ／ＤＣ変換器４を経由して、直流系統により蓄電装置２の各バッテリパック２ａ〜２ｎに送られる。
【００３６】
蓄電装置２のＤＣ／ＤＣ変換器４は、直流系統の電圧をセンサ４４で検出し、ＡＣ／ＤＣ変換器５側に接続された直流系統の電圧が一定範囲内に収まるよう、各バッテリパック２ａ〜２ｎの充放電制御を行う。
【００３７】
すなわち、各バッテリパック２ａ〜２ｎの管理部２４は、統括制御装置６から二次電池列を構成する各電池のＳＯＣ(State Of Charge)や寿命に関する情報を受信し、その受信データに基づいて、個々の二次電池の充放電を制御する。これにより、各バッテリパック２ａ〜２ｎは、構成する二次電池の性質、容量などに応じて、異なる充放電特性を示すことになる。
【００３８】
このように、各バッテリパック２ａ〜２ｎの充放電特性は異なるため、各バッテリパック２ａ〜２ｎからの出力電圧も異なる。これらの出力電圧に関する情報は、通信部２３及び４３を経由してＤＣ／ＤＣ変換器４の制御部４２に送信される。制御部４２では、各バッテリパック２ａ〜２ｎからの情報とＤＣ／ＤＣ変換器４の出力側に設けたセンサ４４からの情報（ＤＣ／ＤＣ変換器４の出力電圧）に基づいて、各バッテリパック２ａ〜２ｎからの出力電圧を変換し、センサ４４によって検出した直流系統の電圧が一定範囲内に収まるように制御する。
【００３９】
なお、前記のようにバッテリパック側の直流電圧は個々のパックで異なるが、本実施の形態では、個々のバッテリパック２ａ〜２ｎの電圧を検出したり、利用することはない。すなわち、太陽光発電装置１に接続される側の直流配線には規定の範囲があり、蓄電装置２のＤＣ／ＤＣ変換器４は各パックで異なる直流電圧と前記直流配線側の電圧との間の変換を、パックごとに独立して行う。
【００４０】
このように本実施の形態では、太陽光発電装置１の発電量とＡＣ／ＤＣ変換器５で交流に返す電力量の割合により、前記直流配線電圧が変動してしまうが、その変動が規定の範囲に収まるよう、蓄電装置２のＤＣ／ＤＣ変換器４がバッテリパック２ａ〜２ｎとの間で充放電を行う。
【００４１】
この場合、各バッテリパックを構成する二次電池の充放電及び各バッテリパック２ａ〜２ｎからＡＣ／ＤＣ変換器５に対する出力電圧の制御は、各ユニットＵ１〜ＵｎのＤＣ／ＤＣ変換器４にて、ユニットごとに独立して制御が可能である。
【００４２】
(c) ＡＣ／ＤＣ変換器の作用
蓄電装置２のＤＣ／ＤＣ変換器４は、前記のようにＡＣ／ＤＣ変換器５に接続されている。そのため、ＤＣ／ＤＣ変換器４の出力は、直流系統を経由して、ＡＣ／ＤＣ変換器５に送られ、ＡＣ／ＤＣ変換器５において、系統連係のための交流に変換される。なお、蓄電装置２の放電時には、前記太陽光発電装置１のＤＣ／ＤＣ変換器３からの電力も、ＡＣ／ＤＣ変換器５に送られ、ＡＣ／ＤＣ変換器５において、系統連係のための交流に変換される。
【００４３】
ＡＣ／ＤＣ変換器５の制御部５２は、統括制御装置６から指示された出力目標値Ｐを受け取り、その指示に従ってＡＣ／ＤＣ変換器本体５１を制御し、系統連係を行う。この場合、各ユニットＵ１〜Ｕｎは、変圧器７ａを介して配電系統７に並列に接続されているため、各ユニットＵ１〜Ｕｎは独立して系統連係を行う。
【００４４】
(d) 統括制御装置６の作用
統括制御装置６の管理部６１に設けられた演算部は、太陽光発電装置１のＤＣ／ＤＣ変換器３から送信された出力観測データを用いて、システムとしての出力目標値Ｐを算出する。この出力目標値Ｐは、前記のようにＡＣ／ＤＣ変換器５の制御部５２に送られ、制御部５２によって制御されたＡＣ／ＤＣ変換器本体５１が、直流系統の電力を系統の規格にあった交流に変換し、系統連係を行う。
【００４５】
この出力目標値の算出方法には、移動平均法（特許文献１を参照）や変動幅中心法などが良く知られている。図４は、移動平均法の原理を示すグラフである。このグラフの縦軸は太陽光発電装置の出力電圧、横軸は時間の経過を示すものである。このグラフに示すように、移動平均法では、一定の間隔（ｔ−５〜ｔ）で太陽光発電装置（ＰＶ）の出力を計測し、その計測値の平
均値Ｐｔを算出することで、出力目標値を得ている。
【００４６】
この統括制御装置６は、その通信部６３を経由して、各ユニットＵ１〜Ｕｎの太陽光発電装置１、蓄電装置２及びそれらのＤＣ／ＤＣ変換器３，４に接続されている。そして、統括制御装置６の管理部６１により、前記のような各機器の情報の取得、充放電の制御等を行う。
【００４７】
（４）実施形態の効果
本実施形態は、次のような効果を有する。
(a) 太陽光発電装置１と蓄電装置２を、ＤＣ／ＤＣ変換器３，４を介して小規模なユニットＵ１〜Ｕｎで接続し、全体のシステムを交流で連携することにより、直流側のリアルタイムの状態を見ながら制御する必要がなく、従来技術に比べて充放電及び系統連係に関する制御が容易である。
【００４８】
(b) 太陽光発電装置１が複数のユニットＵ１〜Ｕｎに分散配置されているので、局所的なゴミ、汚れ、日陰に対し、従来技術に比較して小規模なユニットごとにＭＰＰＴによる最適化を実施できる。その結果、日陰などに起因する運転効率の低下を局所的なものに抑えることができ、システム全体の効率への影響を低減することができる。
【００４９】
(c) ユニットＵ１〜Ｕｎごとに、蓄電装置２１として、コスト、充放電特性等の種類の異なる二次電池を利用でき、蓄電特性の最適化が可能である。
【００５０】
(d) 個々のユニットＵ１〜Ｕｎにおいては、太陽光発電装置１と蓄電装置２とを直流系統で接続することで、各ＤＣ／ＤＣ変換器３，４が個々の独立した制御を分担でき、ユニットＵ１〜Ｕｎごとに統括制御部を設けて制御する必要がなく、ユニットＵ１〜Ｕｎ内での通信線を介した複雑な制御が不要である。
【００５１】
２．第２実施形態
図５は、本発明の第２実施形態を示すものである。図５に示すように、第２実施形態は、複数のユニットＵ１〜Ｕｎを有する太陽光発電システムを複数システム並列に配電系統７に接続したものである。各太陽光発電システムは、それぞれ異なる地域に設置され、専用の変圧器７ａ，７ｂ……を介して配電系統７に接続されている。
【００５２】
この第２実施形態においても、各ユニットＵ１〜Ｕｎは第１実施形態に示したとおり、個々のユニット内で制御が完結しているため、複数の太陽光発電システム全体での複雑な制御は必要ない。そのため、個々のユニットＵ１〜Ｕｎごとに交流系統に接続することで、大規模な太陽光発電システムが実現可能である。
【００５３】
例えば、近い地域にあるユニットＵ１〜Ｕｎ同士は２００Ｖで接続し、地域単位ごとに変圧器７ａ，７ｂ……を介して６．６ｋＶ等で接続すると、送電効率も良い。
【００５４】
３．第３実施形態
図６は、本発明の第３実施形態を示すものである。第３実施形態は、蓄電装置として、小型揚水発電機１０と可変速インバータ１１の組み合わせを使用したものである。この第３実施形態では、蓄電装置２として二次電池を使用した場合と同じく、直流系統を安定化するように汲み上げと発電を制御することが可能である。
【００５５】
すなわち、蓄電時には、太陽光発電装置１からの電力を直流系統を通じて可変速インバータ（第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換器３に相当する）１１に供給し、この可変速インバータ１１によって変換された電力によって小型揚水発電機１０を揚水機として駆動する。
【００５６】
一方、放電時には、揚水した水のエネルギーを使用して小型揚水発電機１０によって発電を行い、その電力を可変速インバータ１１によって直流系統に出力する。出力された直流電力は、第１実施形態と同様に、ＡＣ／ＤＣ変換器５によって出力目標値Ｐに合わせて、交流系統に出力される。
【００５７】
この第３実施形態においては、全てのユニットＵ１〜Ｕｎの蓄電装置２を小型揚水発電機１０と可変速インバータ１１としても良いが、ユニットＵ１〜Ｕｎのいずれかに小型揚水発電機１０と可変速インバータ１１を使用することができる。
【００５８】
この第３実施形態によれば、全てユニットＵ１〜Ｕｎの蓄電装置２を二次電池から構成する場合に比較して、より安価にシステムを構築できる。また、既設のタンクなどに貯留されている水を利用するなど、小型の揚水発電機を設置できる環境にあっては、特に有利である。
【００５９】
４．第４実施形態
図７は、本発明の第４実施形態を示すものである。この第４実施形態では、モータ１２と可変速インバータ１１の組み合わせにより、おもり１３の位置エネルギーを利用して蓄電するものである。
【００６０】
すなわち、例えば、地中深くに縦坑を穿ち、その内部に、モータ１２によって昇降するおもり１３を配置する。このおもり１３は、蓄電時には、太陽光発電装置１からの電力により駆動されるモータ１２により、縦坑の上部にまで引き上げられる。一方、放電時には、おもり１３を重力により縦坑の底に向かって降下させ、その位置エネルギーを利用してモータ１２を発電機として駆動する。
【００６１】
このように、第４実施形態においては、蓄電装置２としておもりの位置エネルギーを利用することにより、地中に設けた縦坑などのスペースを有効に利用して、蓄電を行うことができる。
【００６２】
なお、この第４実施形態においても、全てのユニットＵ１〜Ｕｎの蓄電装置２をモータ１２とおもり１３としても良いが、ユニットＵ１〜Ｕｎのいずれかにモータ１２とおもり１３を使用することができる。
【００６３】
５．第５実施形態
図８は、本発明の第５実施形態を示すものである。この第５実施形態は、蓄電装置２に二次電池を使用した場合に、その二次電池自体を、前記第４実施形態のおもり１３としたものである。
【００６４】
この第５実施形態は、二次電池の蓄電エネルギーと、おもり１３の位置エネルギーを同時に利用することができる。その結果、地中を利用することによるスペースの有効利用が図れるだけでなく、温度変化の少ない地中に二次電池が配置されることから、その周囲温度を一定に保つことができ、二次電池の寿命低下を防止することができる。
【００６５】
この第５実施形態でも、ユニットＵ１〜Ｕｎの一部にのみ、二次電池をおもりとして使用する構成を採用することが可能である。
【００６６】
６．第６実施形態
図９は、本発明の第６実施形態を示す。この第６実施形態は、圧縮空気を利用したエネルギー貯蔵を蓄電装置２として使用したものである。
【００６７】
第６実施形態では、直流系統に接続された可変インバータ１１に電動のコンプレッサ２０を接続し、充電時においては、太陽光発電装置１からの電力により、このコンプレッサ２０を駆動し、タンク２１内に圧縮空気を貯蔵する。一方、放電時には、タンク２１に接続されたエンジン又はタービン２２に、タンク２１内の圧縮空気を吹き付けることによって、エンジン又はタービンに接続された発電機を駆動する。
【００６８】
この第６実施形態においても、太陽光発電装置１の発電電力を充放電することが可能である。この実施形態でも、前記各実施形態と同様に、各ユニットＵ１〜Ｕｎ内の直流系統によって、しかも、他のユニットとは独立して蓄電装置の充放電制御を行うことができる。
【００６９】
この第６実施形態でも、ユニットＵ１〜Ｕｎの一部にのみ、圧縮空気のエネルギーを使用する構成を採用し、他のユニットＵ１〜Ｕｎは二次電池を蓄電装置２として使用できる。
【００７０】
７．他の実施形態
前記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７１】
Ｕ１〜Ｕｎ…発電・蓄電ユニット
１…太陽光発電装置
２…蓄電装置
３，４…ＤＣ／ＤＣ変換器
５…ＡＣ／ＤＣ変換器
６…統括制御装置
２１…二次電池列
３１，４１…ＤＣ／ＤＣ変換器
５１…ＡＣ／ＤＣ変換器
６１…管理部
２２，３２，４２，５２…制御部
２３，３３，４３，５３，６３…通信部
１０…可変速インバータ
１１…モータ
１２…おもり
２０…コンプレッサ
２１…圧縮空気タンク
２２…エンジンまたはタービン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアレイを有する太陽光発電装置と、複数の二次電池を有する蓄電装置を有する太陽光発電システムであって、
前記太陽光発電装置と蓄電装置のそれぞれにＤＣ／ＤＣ変換器を設け、これらのＤＣ／ＤＣ変換器を接続すると共に、各ＤＣ／ＤＣ変換器をＡＣ／ＤＣ変換器に接続して、1つの発電・蓄電ユニットを構成し、
前記ユニットを複数用意し、各ユニットをそれぞれのＡＣ／ＤＣ変換器を介して配電系統に接続し、
各ユニットの太陽光発電装置には、その出力特性が最大になるように最大電力点追従制御を行う制御部を設け、
各ユニットの蓄電装置には、蓄電池側の電圧を検出して、その充放電制御を行う制御部を設け、
各ユニットの制御部と通信によって接続され、各ユニットの充放電及び出力制御を行う統括制御装置を設け、
統括制御装置は、各ユニットの太陽光発電装置の出力値に基づいて、システム全体の出力目標値を算出し、これを各ユニットのＡＣ／ＤＣ変換器に送信し、
各ユニットのＡＣ／ＤＣ変換器には、統括制御装置から受信した出力目標値に基づいて系統連係を行うために、ＡＣ／ＤＣ変換器を制御する制御部を設けたことを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
複数のユニットを有する太陽光発電システムを、複数システム並列に送配電系統に接続したことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項３】
各ユニットの少なくとも１つについて、その蓄電装置として、揚水発電機を使用したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
各ユニットの少なくとも１つについて、その蓄電装置として、モータによって昇降するおもりと、おもりの位置エネルギーによって発電する発電機を使用したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項５】
前記おもりとして、蓄電装置の二次電池を使用したことを特徴とする請求項４に記載の太陽光発電システム。
【請求項６】
各ユニットの少なくとも１つについて、その蓄電装置として、コンプレッサによって圧縮される空気を貯蔵する圧縮空気タンクと、圧縮空気タンクからの空気によって駆動される発電機を使用したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項１】
複数のアレイを有する太陽光発電装置と、複数の二次電池を有する蓄電装置を有する太陽光発電システムであって、
前記太陽光発電装置と蓄電装置のそれぞれにＤＣ／ＤＣ変換器を設け、これらのＤＣ／ＤＣ変換器を接続すると共に、各ＤＣ／ＤＣ変換器をＡＣ／ＤＣ変換器に接続して、1つの発電・蓄電ユニットを構成し、
前記ユニットを複数用意し、各ユニットをそれぞれのＡＣ／ＤＣ変換器を介して配電系統に接続し、
各ユニットの太陽光発電装置には、その出力特性が最大になるように最大電力点追従制御を行う制御部を設け、
各ユニットの蓄電装置には、蓄電池側の電圧を検出して、その充放電制御を行う制御部を設け、
各ユニットの制御部と通信によって接続され、各ユニットの充放電及び出力制御を行う統括制御装置を設け、
統括制御装置は、各ユニットの太陽光発電装置の出力値に基づいて、システム全体の出力目標値を算出し、これを各ユニットのＡＣ／ＤＣ変換器に送信し、
各ユニットのＡＣ／ＤＣ変換器には、統括制御装置から受信した出力目標値に基づいて系統連係を行うために、ＡＣ／ＤＣ変換器を制御する制御部を設けたことを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
複数のユニットを有する太陽光発電システムを、複数システム並列に送配電系統に接続したことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項３】
各ユニットの少なくとも１つについて、その蓄電装置として、揚水発電機を使用したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
各ユニットの少なくとも１つについて、その蓄電装置として、モータによって昇降するおもりと、おもりの位置エネルギーによって発電する発電機を使用したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項５】
前記おもりとして、蓄電装置の二次電池を使用したことを特徴とする請求項４に記載の太陽光発電システム。
【請求項６】
各ユニットの少なくとも１つについて、その蓄電装置として、コンプレッサによって圧縮される空気を貯蔵する圧縮空気タンクと、圧縮空気タンクからの空気によって駆動される発電機を使用したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の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９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−３８８２６（Ｐ２０１３−３８８２６Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７０２４６（Ｐ２０１１−１７０２４６）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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