(57)【要約】【課題】  容量の異なるチョッパ及び／又はインバータを組み合わせることによって、日射量が少なくＰＣＳの負荷率の小さい場合や発電停止・減少する状況下においても、ＰＣＳを比較的効率良く運転継続させる。【解決手段】  太陽電池毎の出力率（発電電力／定格容量）を算出し、各太陽電池アレイ１の出力率を比較し、その差が所定割合、例えば、３０％以上であれば、出力率の高いグループと低いグループに分別する。低いグループの総出力が小容量チョッパの制御範囲内（許容容量内）である場合、低いグループの太陽電池アレイ１を小容量チョッパに収容制御し、高いグループの太陽電池アレイ１を大容量チョッパに収容制御する。切替装置２内の各スイッチ２１を制御することにより、太陽電池アレイ１とチョッパの接続ラインを、制御装置５からの信号によって切り替える。【選択図】図１
2010267106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池アレイと、
各前記太陽電池アレイの電圧及び電流を計測する計測器と、
第１の定格容量の変換部、第１の定格容量より大きい第２の定格容量の変換部を有する電力変換装置と、
各前記太陽電池アレイを第１又は第２の変換部のいずれかに接続する複数のスイッチを含む切替装置と、
前記計測器の計測値に従い、前記切替装置を切り替え、ＭＰＰＴ制御を行い電力を出力するための制御装置と、
を備えた太陽光発電システムであって、
前記制御装置は、
各太陽電池アレイＩＤに対応して、グループＩＤ及び各太陽電池アレイと接続される前記第１又は第２の変換部の変換部ＩＤを記憶した変換部指定テーブルと、
各太陽電池アレイＩＤに対応して、発電電力及び出力率を記憶する発電データテーブルと、
前記変換部指定テーブル及び前記発電データテーブルからデータを読み出し、前記変換部指定テーブル及び前記発電データテーブルにデータを書き込み、制御処理を統括する最適制御ユニット
を備え、
前記最適制御ユニットは、前記計測器により計測された各太陽電池アレイの電流値及び電圧値から求められた各太陽電池アレイの電流及び電圧の平均値データに基づき、各太陽電池アレイの発電電力及び出力率を算出し、各太陽電池アレイＩＤに対応して発電電力及び出力率を前記発電データテーブルに記憶し、
前記最適制御ユニットは、発電電力又は出力率を基に、前記太陽電池アレイの発電電力又は出力率の最高値を基準に、複数の太陽電池アレイの発電電力又は出力率が最高値の所定割合より小さい第１のグループと大きい第２のグループに分別し、各太陽電池アレイＩＤに対応してグループＩＤを前記変換部指定テーブルに記憶し、
前記最適制御ユニットは、前記変換部指定テーブルを参照し、複数にグループ化されているかを判定し、
前記最適制御ユニットは、複数にグループ化されている場合、前記発電データテーブルを参照し、各グループ毎の太陽電池アレイの総発電電力を算出し、
前記最適制御ユニットは、第１のグループの総発電電力が第１の変換部の定格容量以下の場合は、第１のグループの太陽電池アレイを第１の変換部に接続指定し、第２のグループの太陽電池アレイを第２の変換部に接続指定し、太陽電池アレイＩＤに対応して指定された変換部ＩＤを前記変換部指定テーブルに格納し、
一方、前記最適制御ユニットは、第１のグループの総発電電力が第１の変換部の定格容量より大きい場合は、第１及び第２のグループの太陽電池アレイを第２の変換部に接続指定し、太陽電池アレイＩＤに対応して指定された変換部ＩＤを前記変換部指定テーブルに格納し、
前記最適制御ユニットは、各太陽電池アレイが、前記変換部指定テーブルに指定された変換部に接続するための接続切替指令を前記切替装置に送り、前記切替装置にスイッチの切替処理を実行させる
前記太陽光発電システム。
【請求項２】
入力装置から太陽電池アレイの定格容量及び台数と、前記電力変換装置の前記第１及び第２の変換部の定格容量を含むシステムの基本構成、前記接続テーブル及び／又は前記ルート設定テーブルの初期設定値を入力し、記憶するための入力処理を実行する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】
前記切替処理後に、システムの初期設定の変更に伴う前記入力処理を実行することを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
前記最適制御ユニットは、さらに、
太陽電池アレイＩＤ毎に電流値の平均値及び電圧値の平均値を記憶する計測データテーブル
を備え、
前記最適制御ユニットは、予め記憶されたサンプリング周期に基づき、前記計測器により、電流値及び電圧値を計測し、所定期間内の電流値及び電圧値の計測値の平均値を算出し、太陽電池アレイＩＤに対応して計測データテーブルに記憶することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項５】
全ての太陽電池アレイの各発電電力又は各出力率が、それぞれ発電電力又は出力率の前記最高値の所定割合より大きい場合は、前記第１の変換部の容量以下のときは小さい第１のグループに指定し、大きい場合は大きい第２のグループに指定し、各太陽電池アレイＩＤに対応してグループＩＤを前記変換部指定テーブルに記憶することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項６】
前記発電電力は電圧値と電流値を乗算し算出し、前記出力率は発電電力を定格容量で除算するとともに百分率で算出したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項７】
前記最適制御ユニットは、第１のグループの総発電電力が第１の変換部の定格容量以下の場合で、且つ、第１及び第２のグループの合計発電電力が第１の変換部の定格容量より小さい場合、第１及び第２のグループの太陽電池アレイを第１の変換部に接続指定し、太陽電池アレイＩＤに対応して、指定された変換部ＩＤを前記変換部指定テーブルに格納することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項８】
前記最適制御ユニットは、前記変換部指定テーブルを参照し、太陽電池アレイが複数にグループ化されていない場合、全ての太陽電池アレイの発電電力の値を前記発電データテーブルから読み込み、合計発電電力を算出し、該合計発電電力が、第１の変換部の容量より大きい場合は第２の変換部に接続指定し、第１の変換部の容量以下の場合は第１の変換部に接続指定し、太陽電池アレイＩＤに対応して指定された変換部ＩＤを前記変換部指定テーブルに格納することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項９】
前記最適制御ユニットは、さらに
接続パターン番号に対応して、各太陽電池アレイを収容する前記第１又は第２の変換部の変換部ＩＤを記憶した接続テーブル
を有し、
前記最適制御ユニットは、前記接続テーブルと前記変換部指定テーブルを参照し、前記変換部指定テーブルで指定された各変換部ＩＤに一致する接続パターン番号を求め、以前に設定された接続パターン番号と同一であるかを判定し、
前記最適制御ユニットは、同一であれば所定の時間待機し、一方、異なっていれば、前記変換部指定テーブルの指定内容に従い各スイッチを動作させるための接続切替指令を前記切替装置に送信し、
前記切替装置は、前記接続切替指令に従い、スイッチを切替える
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項１０】
前記最適制御ユニットは、さらに、
各太陽電池アレイと接続される変換部の接続パターン番号に対応して前記切替装置の各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ組み合わせを記憶したルート設定テーブルと、
を有し、
前記最適制御ユニットは、接続パターン番号に従い前記ルート設定テーブルで指定された前記切替装置の各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ組み合わせを求め、ＯＮ／ＯＦＦ組み合わせに従い、前記接続切替指令を前記切替装置に送信することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項１１】
前記最適制御ユニットは、接続結果と接続中のルートが同一であれば接続状態を維持し、異なれば前記切替処理を実行することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項１２】
前記最適制御ユニットは、前記切替処理にヒステリシスを持たせることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項１３】
前記第１の変換部は、第１の定格容量の第１チョッパを備え、
前記第２の変換部は、第１の定格容量より大きい第２の定格容量の第２チョッパを備え、
前記第１及び第２の変換部は、共通のインバータを有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項１４】
前記第１変換部は、第１の定格容量の第１チョッパと、第１の定格容量の第１インバータを備え、
前記第２変換部は、第１の定格容量より大きい第２の定格容量の第２チョッパと、第１の定格容量より大きい第２の定格容量の第２インバータを備えたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項１５】
前記第１変換部は、第１の定格容量の第１チョッパを備え、
前記第２変換部は、第１の定格容量より大きい第２の定格容量の第２チョッパを備え、
前記電力変換装置は、直流電力を出力することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項１６】
複数の太陽電池アレイと、
各前記太陽電池アレイの電圧及び電流を計測する計測器と、
第１の定格容量の変換部、第１の定格容量より大きい第２の定格容量の変換部を有する電力変換装置と、
各前記太陽電池アレイを第１又は第２の変換部のいずれかに接続する複数のスイッチを含む切替装置と、
前記計測器の計測値に従い、前記切替装置を切り替え、ＭＰＰＴ制御を行い電力を出力するための制御装置と、
を備えた太陽光発電システムであって、
前記制御装置は、
各太陽電池アレイＩＤに対応して、グループＩＤ及び各太陽電池アレイと接続される前記第１又は第２の変換部の変換部ＩＤを記憶した変換部指定テーブルと、
各太陽電池アレイＩＤに対応して、発電電力及び出力率を記憶する発電データテーブルと、
前記変換部指定テーブル及び前記発電データテーブルからデータを読み出し、前記変換部指定テーブル及び前記発電データテーブルにデータを書き込み、制御処理を統括する最適制御ユニット
を備えた前記太陽光発電システムの制御方法において、
前記最適制御ユニットは、前記計測器により計測された各太陽電池アレイの電流値及び電圧値から求められた各太陽電池アレイの電流及び電圧の平均値データに基づき、各太陽電池アレイの発電電力及び出力率を算出し、各太陽電池アレイＩＤに対応して発電電力及び出力率を前記発電データテーブルに記憶し、
前記最適制御ユニットは、発電電力又は出力率を基に、前記太陽電池アレイの発電電力又は出力率の最高値を基準に、複数の太陽電池アレイの発電電力又は出力率が最高値の所定割合より小さい第１のグループと大きい第２のグループに分別し、各太陽電池アレイＩＤに対応してグループＩＤを前記変換部指定テーブルに記憶し、
前記最適制御ユニットは、前記変換部指定テーブルを参照し、複数にグループ化されているかを判定し、
前記最適制御ユニットは、複数にグループ化されている場合、前記発電データテーブルを参照し、各グループ毎の太陽電池アレイの総発電電力を算出し、
前記最適制御ユニットは、第１のグループの総発電電力が第１の変換部の定格容量以下の場合は、第１のグループの太陽電池アレイを第１の変換部に接続指定し、第２のグループの太陽電池アレイを第２の変換部に接続指定し、太陽電池アレイＩＤに対応して指定された変換部ＩＤを前記変換部指定テーブルに格納し、
一方、前記最適制御ユニットは、第１のグループの総発電電力が第１の変換部の定格容量より大きい場合は、第１及び第２のグループの太陽電池アレイを第２の変換部に接続指定し、太陽電池アレイＩＤに対応して指定された変換部ＩＤを前記変換部指定テーブルに格納し、
前記最適制御ユニットは、各太陽電池アレイが、前記変換部指定テーブルに指定された変換部に接続するための接続切替指令を前記切替装置に送り、前記切替装置にスイッチの切替処理を実行させる
前記太陽光発電システムの制御方法。
【請求項１７】
複数の太陽電池アレイと、
第１の定格容量の変換部、第１の定格容量より大きい第２の定格容量の変換部を有する電力変換装置と、
ＭＰＰＴ制御を行い電力を出力するための制御装置と、
を備えた太陽光発電システムであって、
前記制御装置は、各太陽電池アレイの発電電力又は出力率を基に、前記太陽電池アレイの発電電力又は出力率の最高値を基準に、複数の太陽電池アレイの発電電力又は出力率が最高値の所定割合より小さい第１のグループと大きい第２のグループに分別し、
前記制御装置は、複数の前記太陽電池アレイが複数にグループ化されている場合、各グループ毎の太陽電池アレイの総発電電力を算出し、
前記制御装置は、第１のグループの総発電電力が第１の変換部の定格容量以下の場合は、第１のグループの太陽電池アレイを第１の変換部に接続指定し、第２のグループの太陽電池アレイを第２の変換部に接続指定し、
一方、前記制御装置は、第１のグループの総発電電力が第１の変換部の定格容量より大きい場合は、第１及び第２のグループの太陽電池アレイを第２の変換部に接続指定し、
前記制御装置は、前記接続指定に基づき、各太陽電池アレイを指定された変換部に接続する
前記太陽光発電システム。
【請求項１８】
複数の太陽電池アレイと、
第１の定格容量の変換部、第１の定格容量より大きい第２の定格容量の変換部を有する電力変換装置と、
ＭＰＰＴ制御を行い電力を出力するための制御装置と、
を備えた太陽光発電システムの制御方法であって、
前記制御装置は、各太陽電池アレイの発電電力又は出力率を基に、前記太陽電池アレイの発電電力又は出力率の最高値を基準に、複数の太陽電池アレイの発電電力又は出力率が最高値の所定割合より小さい第１のグループと大きい第２のグループに分別し、
前記制御装置は、複数の前記太陽電池アレイが複数にグループ化されている場合、各グループ毎の太陽電池アレイの総発電電力を算出し、
前記制御装置は、第１のグループの総発電電力が第１の変換部の定格容量以下の場合は、第１のグループの太陽電池アレイを第１の変換部に接続指定し、第２のグループの太陽電池アレイを第２の変換部に接続指定し、
一方、前記制御装置は、第１のグループの総発電電力が第１の変換部の定格容量より大きい場合は、第１及び第２のグループの太陽電池アレイを第２の変換部に接続指定し、
前記制御装置は、前記接続指定に基づき、各太陽電池アレイを指定された変換部に接続する
前記太陽光発電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システム、及び、太陽光発電システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは主に太陽電池とＰＣＳ（パワーコンディショナ）から構成されており、太陽電池は太陽エネルギーを電気に変換し、ＰＣＳは負荷や電力系統への供給条件に対応した電力の変換機能（昇降圧機能、インバータ機能、最大電力追従機能等）を有している。ＰＣＳの容量については、一般的に太陽電池の定格容量と同等容量のものが設置される。近年では、太陽光発電システムの大規模化に伴い、数百キロワットの大容量のＰＣＳが開発されており、数メガワット級の太陽光発電システムには複数台のＰＣＳが設置されている。また、ＰＣＳはＤＣ／ＤＣコンバータ（チョッパ）、ＡＣ／ＤＣコンバータ（インバータ）などの電力変換装置から構成されている。
ＰＣＳの変換効率は、太陽電池の出力（ＰＣＳの観点からは負荷率）によって変化し、太陽電池の出力が小さい時にはその変換効率が低くなるため、複数台のＰＣＳを並列運転するシステムにおいては、そのＰＣＳの運転台数を増減させることにより、効率良く発電しているシステムなどがある。太陽電池の出力は日射強度や太陽電池表面温度によって変動するため、ＰＣＳのチョッパは直流動作電圧を調整することにより、太陽電池から最大出力を取り出す最大電力追従制御（ＭＰＰＴ制御）を行っている。なお、ＰＣＳの大容量化に伴い、ＰＣＳ１台あたりに収容する太陽電池の範囲が広くなるため、複数のチョッパにて、分散してＭＰＰＴ制御を行うＰＣＳがある。
従来技術として、例えば、特許文献１には、太陽電池モジュールやセルの接続数を自由にすることができ、しかも太陽電池が設置可能な場所に、必要な太陽電池を敷きつめることを可能にして、常に高効率で屋根等の設置場所の利用効率をも向上させた、非常に優れた太陽光発電装置が記載されている。
また、例えば、特許文献２には、太陽電池モジュール毎の日射量のばらつきに起因する出力電流の低下を抑える太陽光発電装置を設計する実用的な太陽光発電装置用設計支援装置及び太陽光発電装置設計方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２９４３４０号公報
【特許文献１】特開２００４−０９４６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術では、ＰＣＳの運転台数の変更による制御はなされているものの、ＰＣＳの運転台数が１台までなった場合、もしくは、１台のみのＰＣＳで運用されているシステムの場合、ＰＣＳの負荷率が低い領域においては、変換効率の低下、及び、ＰＣＳの消費電力が太陽電池の出力を下回ることによる発電停止による損失が発生する場合がある。また、太陽電池の一部に影が発生するとＭＰＰＴ制御が不安定となり、発電効率が低下することが懸念される。
本発明は、以上の点に鑑み、ＰＣＳ内部のチョッパを台数制御すること、及びＰＣＳ内部にて容量の異なるチョッパ及び／又はインバータ等を組み合わせることによって、負荷率の小さい場合においても、ＰＣＳを比較的効率良く運転する（無駄なく発電させる）ことが可能な太陽光発電システム及び制御方法を提供することを目的のひとつとする。
また、本発明は、部分的な影等の影響がある太陽電池や発電停止・減少する太陽電池を検出するとともに、影の無い太陽電池と影の有る太陽電池をグループ化し、それぞれ異なるチョッパ及び／又はインバータ等にてＭＰＰＴ制御することにより、発電電力の向上が可能な太陽光発電システム及び制御方法を提供することを目的のひとつとする。
そして、本発明は、太陽電池アレイ群の総出力に対応したチョッパ及び／又はインバータ等に切替えるだけでなく、部分影などが発生し、太陽電池群の足を引っ張る太陽電池アレイのみを別のチョッパ及び／又はインバータ等に切替えることにより、効率良く発電させることが可能な太陽光発電システム及び制御方法を提供することを目的のひとつとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、特に、太陽光発電システムにおいて、ＰＣＳ内部のチョッパを台数制御することや、容量の異なるチョッパ及び／又はインバータを組み合わせることによって、日射量が少なくＰＣＳの負荷率の小さい場合や発電停止・減少する状況下においても、ＰＣＳを比較的効率良く運転継続させるシステム及び制御方法である。
小容量のチョッパ及び／又はインバータと大容量のチョッパ及び／又はインバータとを併設したシステムの場合、大容量チョッパの停止、もしくは低効率領域となる状況下（発電量小）において、太陽電池の出力を一つの小容量のチョッパに集め、高効率かつ運転を継続する。
また、太陽電池毎の出力率（発電出力（発電電力）／定格出力（定格容量））を算出し、各太陽電池の出力率を比較し、その差が所定割合、例えば、３０％以上であれば、出力率の高いグループと低いグループに分別する。低いグループの総出力が小容量チョッパの制御範囲内（許容容量内）である場合、低いグループの太陽電池を小容量チョッパに収容制御し、高いグループの太陽電池を大容量チョッパに収容制御する。切替装置内の各スイッチを制御することにより、太陽電池アレイとチョッパの接続ラインを、制御装置からの信号によって切り替える。
【０００６】
本発明の第１の解決手段によると、
複数の太陽電池アレイと、
各前記太陽電池アレイの電圧及び電流を計測する計測器と、
第１の定格容量の変換部、第１の定格容量より大きい第２の定格容量の変換部を有する電力変換装置と、
各前記太陽電池アレイを第１又は第２の変換部のいずれかに接続する複数のスイッチを含む切替装置と、
前記計測器の計測値に従い、前記切替装置を切り替え、ＭＰＰＴ制御を行い電力を出力するための制御装置と、
を備えた太陽光発電システムであって、
前記制御装置は、
各太陽電池アレイＩＤに対応して、グループＩＤ及び各太陽電池アレイと接続される前記第１又は第２の変換部の変換部ＩＤを記憶した変換部指定テーブルと、
各太陽電池アレイＩＤに対応して、発電電力及び出力率を記憶する発電データテーブルと、
前記変換部指定テーブル及び前記発電データテーブルからデータを読み出し、前記変換部指定テーブル及び前記発電データテーブルにデータを書き込み、制御処理を統括する最適制御ユニット
を備え、
前記最適制御ユニットは、前記計測器により計測された各太陽電池アレイの電流値及び電圧値から求められた各太陽電池アレイの電流及び電圧の平均値データに基づき、各太陽電池アレイの発電電力及び出力率を算出し、各太陽電池アレイＩＤに対応して発電電力及び出力率を前記発電データテーブルに記憶し、
前記最適制御ユニットは、発電電力又は出力率を基に、前記太陽電池アレイの発電電力又は出力率の最高値を基準に、複数の太陽電池アレイの発電電力又は出力率が最高値の所定割合より小さい第１のグループと大きい第２のグループに分別し、各太陽電池アレイＩＤに対応してグループＩＤを前記変換部指定テーブルに記憶し、
前記最適制御ユニットは、前記変換部指定テーブルを参照し、複数にグループ化されているかを判定し、
前記最適制御ユニットは、複数にグループ化されている場合、前記発電データテーブルを参照し、各グループ毎の太陽電池アレイの総発電電力を算出し、
前記最適制御ユニットは、第１のグループの総発電電力が第１の変換部の定格容量以下の場合は、第１のグループの太陽電池アレイを第１の変換部に接続指定し、第２のグループの太陽電池アレイを第２の変換部に接続指定し、太陽電池アレイＩＤに対応して指定された変換部ＩＤを前記変換部指定テーブルに格納し、
一方、前記最適制御ユニットは、第１のグループの総発電電力が第１の変換部の定格電力より大きい場合は、第１及び第２のグループの太陽電池アレイを第２の変換部に接続指定し、太陽電池アレイＩＤに対応して指定された変換部ＩＤを前記変換部指定テーブルに格納し、
前記最適制御ユニットは、各太陽電池アレイが、前記変換部指定テーブルに指定された変換部に接続するための接続切替指令を前記切替装置に送り、前記切替装置にスイッチの切替処理を実行させる
前記太陽光発電システムが提供される。
【０００７】
また、本発明の第２の解決手段によると、
複数の太陽電池アレイと、
各前記太陽電池アレイの電圧及び電流を計測する計測器と、
第１の定格容量の変換部、第１の定格容量より大きい第２の定格容量の変換部を有する電力変換装置と、
各前記太陽電池アレイを第１又は第２の変換部のいずれかに接続する複数のスイッチを含む切替装置と、
前記計測器の計測値に従い、前記切替装置を切り替え、ＭＰＰＴ制御を行い電力を出力するための制御装置と、
を備えた太陽光発電システムであって、
前記制御装置は、
各太陽電池アレイＩＤに対応して、グループＩＤ及び各太陽電池アレイと接続される前記第１又は第２の変換部の変換部ＩＤを記憶した変換部指定テーブルと、
各太陽電池アレイＩＤに対応して、発電電力及び出力率を記憶する発電データテーブルと、
前記変換部指定テーブル及び前記発電データテーブルからデータを読み出し、前記変換部指定テーブル及び前記発電データテーブルにデータを書き込み、制御処理を統括する最適制御ユニット
を備えた前記太陽光発電システムの制御方法において、
前記最適制御ユニットは、前記計測器により計測された各太陽電池アレイの電流値及び電圧値から求められた各太陽電池アレイの電流及び電圧の平均値データに基づき、各太陽電池アレイの発電電力及び出力率を算出し、各太陽電池アレイＩＤに対応して発電電力及び出力率を前記発電データテーブルに記憶し、
前記最適制御ユニットは、発電電力又は出力率を基に、前記太陽電池アレイの発電電力又は出力率の最高値を基準に、複数の太陽電池アレイの発電電力又は出力率が最高値の所定割合より小さい第１のグループと大きい第２のグループに分別し、各太陽電池アレイＩＤに対応してグループＩＤを前記変換部指定テーブルに記憶し、
前記最適制御ユニットは、前記変換部指定テーブルを参照し、複数にグループ化されているかを判定し、
前記最適制御ユニットは、複数にグループ化されている場合、前記発電データテーブルを参照し、各グループ毎の太陽電池アレイの総発電電力を算出し、
前記最適制御ユニットは、第１のグループの総発電電力が第１の変換部の定格容量以下の場合は、第１のグループの太陽電池アレイを第１の変換部に接続指定し、第２のグループの太陽電池アレイを第２の変換部に接続指定し、太陽電池アレイＩＤに対応して指定された変換部ＩＤを前記変換部指定テーブルに格納し、
一方、前記最適制御ユニットは、第１のグループの総発電電力が第１の変換部の定格容量より大きい場合は、第１及び第２のグループの太陽電池アレイを第２の変換部に接続指定し、太陽電池アレイＩＤに対応して指定された変換部ＩＤを前記変換部指定テーブルに格納し、
前記最適制御ユニットは、各太陽電池アレイが、前記変換部指定テーブルに指定された変換部に接続するための接続切替指令を前記切替装置に送り、前記切替装置にスイッチの切替処理を実行させる
前記太陽光発電システムの制御方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、ＰＣＳ内部のチョッパを台数制御することによって、日射量が少なくＰＣＳの負荷率の小さい場合や発電停止する状況下においても、ＰＣＳを比較的運転継続させることにより、発電量を増加できる。
また、本発明によると、ＰＣＳの変換効率（チョッパとインバータの変換ロス等からなる効率）が、例えば８０％以下となるような気象条件下においても、太陽電池の出力を集電し、チョッパへの入力電力を増加させチョッパ単体に対する負荷率を高くすることにより、例えば９５％程度の効率で運用できる。
さらに、本発明によると、チョッパの負荷率向上による変換効率の維持及び、停止したチョッパの消費電力分を利得をとすることができる。
本発明によると、チョッパ台数を減少させることによる、ＭＰＰＴ効果の低下は、日射量が少ない状況下であるため、ほとんど無くすことができる。
例えば、５００ｋＷの太陽電池、及び、定格出力時の変換効率９５％の５００ｋＷＰＣＳから構成される太陽光発電システムを運用している場合、太陽電池の直流出力が定格の１／１０の５０ｋＷであり、５０ｋＷ出力におけるＰＣＳの変換効率が８０％の低効率運転状態とすると、そのシステムとしての発電量は４０ｋＷとなる。ここで、定格出力時の変換効率で運用できていれば、４７．５ｋＷの発電量が得られることから、インバータの低効率運転により約７．５ｋＷの利得が見込まれる。上記例にて太陽電池の直流出力が定格の１／１０で大容量インバータが停止する場合は、約４７．５ｋＷの利得効果がある。特に日の出、日の入り、曇天時、及び、冬季等、日射量が少ない状況における太陽電池の発電出力に対して効果がある。
また、部分影を含む太陽電池を同一チョッパで収容制御する場合、Ｉ−Ｖカーブが段付となりＭＰＰＴ制御のミスマッチが発生するが、本発明によると、部分影を含む太陽電池を切り離し、別のチョッパで制御することにより、影の無い太陽電池は期待される発電出力を維持できるとともに、部分影を含む太陽電池も最大限に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】太陽光発電システムの構成図（１）。
【図２】制御系のハードウェア詳細構成図。
【図３】最適制御ユニットの機能構成図。
【図４】全体的な処理においてのメインフローチャート。
【図５】入力処理フローチャート。
【図６】計測処理フローチャート。
【図７】第一演算処理フローチャート。
【図８】第二演算処理フローチャート。
【図９】ルート切替処理フローチャート（１）。
【図１０】ルート切替処理フローチャート（２）。
【図１１】ＰＣＳの変換効率特性の説明図。
【図１２】太陽電池のＩ−Ｖ特性図。
【図１３】部分影を含む太陽電池や発電停止・減少する太陽電池のＩ−Ｖ特性図。
【図１４】グループ分別の具体例の説明図。
【図１５】発電イメージの説明図。
【図１６】データ記憶部の構成図。
【図１７】計測データテーブルの説明図。
【図１８】発電データテーブルの説明図。
【図１９】チョッパ指定テーブルの説明図。
【図２０】接続テーブルの説明図。
【図２１】ルート設定テーブルの説明図。
【図２２】第一及び第二演算処理、ルート切替処理についての説明図。
【図２３】太陽光発電システムの構成図（２）。
【図２４】太陽光発電システムの構成図（３）。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る太陽光発電システムの好適な実施の一形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
１．発電制御の原理
図１１に、ＰＣＳの変換効率特性の説明図を示す。
チョッパやインバータ等のＰＣＳ（電力変換装置）の変換効率特性は、図のように、太陽電池の出力（負荷率）が小さい帯域では変換効率が低くなる特性となる。
図１１において、変換効率は電力変換装置の変換効率であり、出力は太陽電池の出力電力をｐｕ値によって正規化したものである。太陽電池の出力電力がＰＣＳの定格容量である場合に１ｐｕとなる。本実施の形態では簡単のため、チョッパ及びインバータは同様の効率特性とするが、これに限られない。０．２ｐｕから発電効率が徐々に低下し、０．１ｐｕでは定格時の効率に比べ約１０％低下していることから、本実施の形態におけるチョッパの低効率状態を０．１ｐｕ以下と定義する。制御方法としては、太陽電池アレイの出力がそれぞれ２０ｋＷ以上の場合、それぞれ個別にチョッパを運転し、太陽電池アレイの出力が２０ｋＷ未満の場合、チョッパに対して０．１ｐｕ以下となり低効率状態となることから、１台のチョッパに集電するように切替装置にて接続ラインを切り替える。また、解列したチョッパは停止する。
本実施の形態では、複数の太陽電池の出力を集電し、同一チョッパや、同一チョッパ及びインバータに収容して制御するので、ＰＣＳの変換効率特性の変換効率の高い領域を使用することができる。
【００１１】
図１２に、太陽電池のＩ−Ｖ特性図を示す。
太陽電池の出力値としては、一般に、電圧（Ｖ）と電流（Ｉ）の二つの積であるワット（Ｗ＝仕事率）で表現される。太陽電池から最大電力を取り出すためには、電流と電圧の積が最大になるように電圧を制御する必要がある。太陽電池のＩ−Ｖ（電流−電圧）特性において、この出力を最大とする動作点を最大電力点（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ）という。太陽電池は、接続されている負荷が実際に必要としている電圧によって最大電力点がずれる。Ｉ−Ｖ特性は、日射強度やモジュール温度や状態等によって変化するため（特に照射量に従いＩが上下し、特に、温度に従いＶが上下する。）、最大電力を得るためには、最適な電圧又は電流を自動で追従しなければならない。そこで、太陽電池を、最大電力点で動作させるように太陽電池と負荷の間に入って双方のバランスを取り双方に都合の良いポイントで動作させる制御を、ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御という。
【００１２】
図１３に、部分影を含む太陽電池や発電停止・減少する太陽電池のＩ−Ｖ特性図を示す。
部分影を含む太陽電池や発電停止・減少する太陽電池を、同一チョッパや、同一チョッパ及びインバータで収容制御する場合、Ｉ−Ｖカーブが複数段の段付（階段状）となる。そのため、最大電力点を求めることが困難な場合や、ＭＰＰＴ制御のミスマッチ（太陽電池が本来持っている定格の出力特性を十分取り出せなくなる状態）が発生しないように制御することが困難な場合がある。
そこで、本実施の形態では、部分影を含む太陽電池や発電停止・減少する太陽電池を切り離し、別のチョッパや別のチョッパ及びインバータで制御することにより、図１２に示したようなＩ−Ｖ特性を複数別個に制御することになり、適切なＭＰＰＴ制御が容易となる。
以上のように、影の無い太陽電池や発電停止・減少する太陽電池も、それ以外の太陽電池も、期待される発電出力を維持できるとともに、部分影を含む太陽電池や発電停止・減少する太陽電池を複数も最大限に利用できる。
【００１３】
２．システム構成
図１に、太陽光発電システムの構成図を示す。また、図２に、制御系のハードウェア詳細構成図を示す。
図１について、本太陽光発電システムは、複数の太陽電池アレイ１（例えば、定格容量５０ｋＷの太陽電池アレイ１が５台）と、ＰＣＳ（電力変換装置）３（例えば、変換部として、定格容量２５０ｋＷのチョッパ（昇降圧コンバータ）、定格容量５０ｋＷのチョッパ、定格容量２５０ｋＷの商用連系インバータ）と、各太陽電池アレイ１と各チョッパの接続ラインを切替える切替装置２と、制御装置５を備え、商用系統６に電力を供給する。切替装置２内には接続ラインの切替が可能なスイッチ２１を設けている。また、各太陽電池アレイ１の発電端、各チョッパ及びインバータの入力に計測器（電圧・電流）４を設けている。制御装置５は各計測器４、各スイッチ２１、各チョッパ、インバータと制御線（アナログＩ／Ｏ信号：４−２０ｍＡ、デジタルＩ／Ｏ信号：０−５Ｖ接点）を介して接続されている。
【００１４】
以下、図１について、詳細に説明する。
図１に示されるように、この太陽光発電システムは、複数のチョッパを含む太陽光発電システムを構成している。すなわち、この太陽光発電システムは、例えば、５台の同一定格容量の太陽電池アレイ１と、２台の異なる定格容量のチョッパと１台の商用連係インバータとを内部に含むＰＣＳ３とを、所定の距離だけ離れた状態で、切替装置２を介して無瞬断で切り替えられるように各々の太陽電池アレイ１とチョッパとが物理的に接続されて構成されている。尚、切替装置２の制御に関しては、例えば制御装置５からの制御指令により実行される。又、太陽電池アレイ１と切替装置２とは、太陽電池アレイ１の物理特性を測定する計測器４を介して接続される。
太陽電池アレイ１のそれぞれは、例えば太陽電池アレイ１への太陽光の照射が適度に成されるように所定の間隔で設置される。図示例では、定格容量は全て同一容量であり、例えば５０ｋｗの太陽電池アレイ１で構成されている。又、計測器４は、図示を省略したが、一般的な電圧計、電流計、温度計等で構成される。これらの計測器４は、太陽電池アレイ１の物理的特性測定等のために使用される。
太陽電池アレイ１の出力を外部へ伝達させるための配線を接続する接続端子側には切替装置２に接続するための配線が引き出されている。これらの配線の途中には、上述したように太陽電池アレイ１の物理特性を測定するための計測器４が適宜設置されている。これらの計測器４は適宜所定のタイミングで制御装置５へ計測結果を転送する。従って、これらの計測器４を利用することにより、後述する太陽電池アレイ１群の総出力に対応したチョッパを選定することができ、その結果、太陽光発電システムを効率良く発電させることができる。
【００１５】
次に、切替装置２について説明する。切替装置２の外部に関しては、例えば切替装置２の一方の外部端子には、太陽電池アレイ１から引き出された配線が接続され、別の外部端子には、後述するＰＣＳ３へ接続される配線が引き出されている。切替装置２の内部に関しては、例えば切替装置２内部には配線の接続経路を切り替えるスイッチ２１が複数配設されている。これらの複数のスイッチ２１は、接続経路を切り替えることが出来れば良く、例えば、リレー等から構成される。これらのリレーは、切替装置２の外部に設置された制御装置５からの指令が到来したときに、適宜接続経路の切替を実行する。尚、これらの指令の到来については、制御装置５からの指令によるものであるが、通常の有線接続によるもののほかに、無線接続等による場合もあり、適宜太陽光発電システムが使用される環境に応じて適宜選択可能である。
次に、ＰＣＳ３について説明する。ＰＣＳ３の一方の外部端子には、切替装置２からの配線が接続され、別の外部端子には、商用系統６へ接続される配線が引き出されている。ＰＣＳ３の内部には、容量の異なる複数のチョッパと、商用系統６へ接続するためのインバータとが含まれている。
図示例では、このＰＣＳ３の内部には、定格容量２５０ｋｗのチョッパと、定格容量５０ｋｗのチョッパとが設けられている。それらのチョッパの入力端子の各々には上述した計測器４と同様の構成の計測器４が設けられており、その計測器４で測定された物理特性、例えば、電流値、電圧値等を利用することにより、制御装置５側で適宜所定の演算を行う。その結果、発電効率の良い配線経路の選択をすることができる。尚、ここでいうチョッパとは、昇降圧を行う機能を有するコンバータである。これらのチョッパは、容量の異なるチョッパとすることにより、太陽電池アレイ１群の総出力に応じたチョッパを適宜外部指令から選択することができるようになり、効率の良い発電を実現することができる。さらに、チョッパの容量が異なることにより、太陽電池アレイ１群の効率的な発電に寄与しない太陽電池アレイ１を適宜別のチョッパへの切替をすることができる。これにより、太陽電池アレイ１群の効率的な発電に寄与する太陽電池アレイ１を効果的に利用することができるようになり、結果として、太陽光発電システムが効率良く発電をすることができる。尚、各チョッパの出力は次に説明するインバータへ接続される。
【００１６】
ＰＣＳ３内部のインバータは、例えば商用連係用のインバータが設けられている。図示例では、定格容量２５０ｋｗのインバータを用いることにより、複数のチョッパからの出力を変換することにより、商用系統６へ太陽電池アレイ１群の出力を伝達させることができる。同図のインバータでは、各チョッパからの出力を入力とし、さらにチョッパとインバータとの間に、上述した計測器４を設けている。ここでも計測器４は、物理特性を測定し、適宜任意のタイミングで制御装置５へ計測結果を転送する。また、上述したようにインバータの出力を商用系統６へ伝達させるが、インバータと商用系統６との間には、上述したようなスイッチ２１等が設けられる、このスイッチ２１により、適宜配線の遮断及び復帰等が可能となる。
次に、制御装置５について説明する。制御装置５の電気的なハードウェア構成については後に詳述するが、要するに、制御装置５は、上述した複数の計測器４、切替装置２、ＰＣＳ３等を統合的に管理し、場合によっては、外部端末等へ適宜取得した物理特性等や演算結果等を転送する。すなわち、計測器４から転送されてきた様々な物理特性、例えば、電流値、電圧値等に基づいて、後に詳述する所定の演算を行い、その演算結果に応じて接続経路を決定し、所定のタイミングで切替装置２に指令を出すことにより、各々の太陽電池アレイ１と各々のチョッパとの接続経路を適宜変更する。
従って、このような太陽光発電システムであれば、人手を介さなくても、突然発生した雲等の部分影等の環境に起因する影響等を最小限にしつつ、常時太陽電池アレイ１の出力を最大限利用することができる。この結果、ＰＣＳ３内部に含む各々のチョッパの使用効率を上げることもでき、さらには、商用系統６へ多くの電力供給することができるため、商用系統６側での総発電量を低減させることができる。従って、化石燃料等による発電量を容易に低減させることができるため、地球上に放出される有害物質を低減させることができ、地球環境汚染の低減に寄与することができる。
【００１７】
以下、図２について、詳細に説明する。
図２について、図１の発電システムに付加する装置として、例えば、各種演算・指令等を処理するＣＰＵ、各種入出力ポートとなるＩ／Ｏユニット、通信プロトコルを管理・通信処理する通信ユニット、初期設定データ、運用データのバックアップ処理するサーバ、及び本実施の形態の制御処理を統括する最適制御ユニット５０がある。
図２に示されるように、この太陽光発電システムは、例えば、ＣＰＵ、通信ユニット、Ｉ／Ｏユニット、及び最適制御ユニット５０を含む制御装置５と、サーバと、上述したような計測器４等の計測器４、ＰＣＳ３、切替装置２、太陽電池アレイ１群、及び商用系統６と、ＣＰＵ、通信ユニット、及びＩ／Ｏユニットを含む別の制御装置５とを備える。制御装置５と、計測器４と、ＰＣＳ３と、切替装置２とは、制御線を介して接続されており、制御線は、制御装置５内部のＩ／Ｏユニットから引き出されている。尚、Ｉ／Ｏユニットは、アナログＩ／Ｏユニット、若しくはデジタルＩ／Ｏユニット等への接続が可能であり、例えば、４乃至２０ｍＡのアナログＩ／Ｏ信号、０乃至５Ｖ接点のデジタルＩ／Ｏ信号にそれぞれ対応可能である。
制御装置５は、図示例では、ビルディング・ブロック型に構成されており、この例では、各種演算並びに指令等を処理するような制御を司るＣＰＵユニットと、通信プロトコルを管理並びに通信処理するような外部とデータ通信する通信ユニットと、各種入出力ポートとなるような入力機器又は出力効きを接続するＩ／Ｏユニットと、本実施の形態の制御処理を統括する最適制御ユニット５０とを含んでいて、それらのユニットが例えばバックプレインボードを介してバス接続されている。
ＣＰＵユニットは、当業者にはよく知られているように、全般の処理を実行するマイクロプロセッサと、ユーザプログラムを記憶するプログラムメモリと、いわゆるＩ／Ｏデータを記憶するＩ／Ｏメモリと、データメモリとを内蔵している。そして、ＣＰＵユニットの内蔵マイクロプロセッサは、所定のプログラムを実行することによって、Ｉ／Ｏリフレッシュ処理と、ユーザプログラム実行処理と、周辺サービス処理とを適宜実行する。
【００１８】
Ｉ／Ｏユニットは計測器４、ＰＣＳ３、切替装置２が接続されていて、各機器に対応するデータを記憶するメモリを備えている。そして予め設定された間隔で定期的に計測器４から入力データ（電流値、電圧値等のデータを含む）を取り込んで記憶する。また、ＣＰＵの制御により最適制御ユニット５０で演算された出力データ（ユーザプログラム実行結果であるデータを含む）を外部の切替装置２などに送出する。
最適制御ユニット５０はプロセッサを内蔵しており、ＣＰＵからの指令により、計測器４等から収集されたデータを適宜演算し、その結果を最適制御ユニット５０内のメモリに蓄積保存する。また、最適制御ユニット５０は、演算結果に基づいた指令を切替装置２に送出し、切替装置２は受信した指令に基づき適宜接続経路の変更を行う。また、任意のタイミングで、最適制御ユニット５０は、外部のサーバへ計測器４等から取得したデータや演算結果のデータ等を送信し、サーバはそれらのデータを蓄積する。このように、サーバは適当なタイミングで最適制御ユニット５０と通信を行うことにより、最適制御ユニット５０から様々なデータを取得する。こうして取得されたデータは、サーバ側で適宜処理されて、サーバが、計測器４のデータ等を画面にグラフ表示させたり、現在の接続経路を表示させたりすることで、サーバ側で遠隔監視することができるようになる。また、サーバ側で様々な初期設定データを持たせたり、運用データのバックアップ処理等を行わせることもでき、サーバがこれらのデータを管理することで、障害が発生したときの対応を迅速に行うことができるようになる。
【００１９】
３．最適制御ユニット
図３に、最適制御ユニットの機能構成図を示す。
計測部５１は太陽電池アレイ１の発電端の計測についての計測間隔、計測レンジ、データ送受信に関する機能を有する。外部インタフェースは遠隔の設定変更等のための拡張ユニットである。ＭＰＰＴ制御部はチョッパの制御、電力変換部はインバータの制御に関連する。
以下、図３について、詳細に説明する。
図３に示されるように、最適制御ユニット５０は、例えば、計測部５１、外部インターフェース、ＭＰＰＴ制御部、電力変換部、統括制御部５２とを備えている。
外部インターフェースは、サーバや他のユニットとの接続を行うための機能を有するものであり、具体的には外部のサーバや、内部のＣＰＵユニット、通信ユニット、及びＩ／Ｏユニットとの間でデータ通信を行う機能を有している。
計測部５１は、配線等の物理特性測定結果を処理する機能を有するものであり、太陽電池アレイ１の発電端の計測間隔、いわゆるサンプリング周波数や計測レンジを記憶させるための記憶部５５、電圧値データを処理するための電圧計測部、電流値データを処理するための電流計測部、物理特性等のデータを処理するためのデータ送受信部、計測器４側と通信するための制御信号送受信部を含む。尚、言うまでもないことであるが、計測器４側で取得されたアナログデータはデジタルデータへ変換され、すなわち、エンコードされ、そのエンコードされたデータを計測部５１で処理するのである。
ＭＰＰＴ制御部は、ＰＣＳ３に内蔵されるチョッパを制御する機能を有するものであり、制御信号送受信部、チョッパ切替部、データ送受信部を含む。このＭＰＰＴ制御部により、後述する統括制御部５２内で演算された結果に基づいてチョッパの切替指令を送出し、外部の切替装置２で適宜適切なチョッパと太陽電池アレイ１とを接続させる。
【００２０】
電力変換部は、ＰＣＳ３に内蔵されるインバータを制御する機能を有するものであり、制御信号送受信部、電力変換処理部、データ送受信部を含む。この電力変換部により、後述する統括制御部５２内で演算された結果に基づいてインバータへ制御指令を送出し、商用系統６への電力供給を適切に行う。
次に、統括制御部５２について説明する。統括制御部５２は、計測部５１からのデータを基に所定の演算を行い、その演算結果に基づいて適宜ＰＣＳ３並びに切替装置２への制御を行う。その結果、外部環境に応じた太陽電池アレイ１の出力変動に迅速に対応することができ、太陽光発電システムの発電効率が上昇する。統括制御部５２は、データ送受信部、制御信号出力部、記憶部５３、データサンプリング間隔決定部、処理種別決定部、演算処理部、チョッパ選定処理部、ルート決定部とを含む。
データ送受信部は、いわゆるインターフェースであり、統括制御部５２で演算されたデータを他へ送信するとともに統括制御部５２へ送信されてきたデータを受信する機能を有するものである。
制御信号出力部は、統括制御部５２で演算された結果に基づいた指令を出力する機能を有するものであり、例えば、ＭＰＰＴ制御部へチョッパを切り替えるための接続経路データを送信する。
記憶部５３は、本実施の形態を実施するための所定のデータを記憶する機能を有するものであり、太陽電池アレイ１の定格容量等が記憶された初期設定記憶部５６、統括制御部５２での演算データ等を一次的に記憶するための一次記憶部５７、接続経路パターン等のデータからなる接続テーブル等を記憶するためのデータ記憶部５８とを備える。統括制御部５２は、記憶部５３から適宜データを取得することにより、接続経路を決定するための演算を行う。
【００２１】
データサンプリング間隔決定部は、いわゆる計測間隔であるサンプリング周波数等のデータを計測部５１へ送信する機能を有する。尚、サンプリング周波数は、外部の図示しないディップスイッチ等で確定させてもよく、またサーバ等の外部からデータを送信することで確定させてもよい。
処理種別決定部は、後述する動作例の第一演算処理を行うものであり、出力率算出部、出力比較部、分別演算部を備える。具体的には、処理種別決定部は、出力特性の類似した太陽電池アレイ１のグルーピングを行うものである。すなわち、計測結果に基づいて太陽電池アレイ１の実際の発電電力及び出力率を算出し、各々の太陽電池アレイ１の出力率についての比較を行い、比較結果を所定の閾値に基づいて分別することで、出力率の類似した太陽電池アレイ１を一つのグループとして指定する。要するに、処理種別決定部は、出力率に応じたチョッパを選定させるための前段階である太陽電池アレイ１の分別処理を行う。
演算処理部は、後述する動作例の第二演算処理を行うものであり、一括算出部、一括データ比較部とを含む一括処理部と、グループ算出部、グループデータ比較部とを含むグループ処理部を備える。具体的には、演算処理部は、第一演算処理で算出された分別結果に基づいて、予め設置されたチョッパを最大限利用させるようにＰＣＳ３に内蔵された複数のチョッパの中から一つのチョッパと、出力率の類似した太陽電池アレイ１のグループとを紐付けさせる。
チョッパ選定処理部は、上述した一括データ比較部並びにグループデータ比較部から適宜呼び出される処理部であり、条件判断部、一括用チョッパ選定処理部、グループ用チョッパ選定処理部を備える。具体的には、チョッパ選定処理部は、２つ以上のグループか存在するか否かにより、一括用の処理と、グループ用の処理とがあり、２つ以上のグループが存在しないときには、一括用の処理にて、太陽電池アレイ１群と該当するチョッパとを紐付けさせ、２つ以上のグループが存在するときには、グループ用の処理にて、太陽電池アレイ１のグループ毎に各々のチョッパを紐付けさせる。
【００２２】
ルート決定部は、上述した処理結果と、予め記憶された接続経路テーブル等とを比較することにより、チョッパを最大限利用できるように接続経路を決定する処理であり、テーブル比較部、ルート決定処理部を備える。具体的には、ルート決定部は、全ての経路パターンのデータが格納されている接続テーブル、第二演算処理にて指定されたデータが格納されているチョッパ指定テーブル、及び現在稼働している接続経路データが格納されているルート設定テーブル等の各種接続経路データをそれぞれ比較することにより、所定の間隔で接続切替の指令を送信する。
このように、統括制御部５２にて所定の演算を行うことにより、太陽電池アレイ１とチョッパとの適切な接続経路を決定する。この結果、人手を介さなくても、突然発生した雲等の部分影等の環境に起因する影響等を最小限にしつつ、常時太陽電池アレイ１の出力を最大限利用することができる。
【００２３】
図１６に、データ記憶部の構成図を示す。
データ記憶部５８は、例えば、計測データテーブル５８１と、発電データテーブル５８２と、チョッパ指定テーブル（変換部指定テーブル）５８３と、接続テーブル５８４と、ルート設定テーブル５８５とを含む。
図１７に、計測データテーブルの説明図を示す。
計測データテーブル５８１は、例えば、太陽電池アレイＩＤ毎に計測時刻に対応して、電流値及び電圧値、電流値の平均値及び電圧値の平均値を含む。
【００２４】
図１８に、発電データテーブルの説明図を示す。
発電データテーブル５８２は、例えば、各太陽電池アレイ１を識別するための太陽電池アレイＩＤ（識別情報）に対応して、発電電力及び出力率を含む。
図１９に、チョッパ指定テーブルの説明図を示す。
チョッパ指定テーブル５８３は、例えば、各太陽電池アレイＩＤに対応して、グループを識別するためのグループＩＤ及び各太陽電池アレイ１と接続されるチョッパ及び／又はインバータ等の変換部を識別するためのチョッパＩＤ（変換部ＩＤ）を含む。
【００２５】
図２０に、接続テーブルの説明図を示す。
接続テーブル５８４は、例えば、接続パターン番号に対応して、各太陽電池アレイ１（この例では、Ａ〜Ｅ）を収容するチョッパＩＤ（変換部ＩＤ）を含む。
図２１に、ルート設定テーブルの説明図を示す。
ルート設定テーブル５８５は、例えば、各太陽電池アレイ１と接続されるチョッパ及び／又はインバータ等の変換部の接続パターン番号に対応して、各太陽電池アレイ１をＯＮ／ＯＦＦするための切替装置２の各スイッチ２１のＯＮ／ＯＦＦ組み合わせ情報を含む。
【００２６】
４．制御フロー
次に、太陽光発電システムの動作について説明する。
制御フローとしては下記処理フローが順次実行される。
図４に、全体的な処理についてのメインフローチャートを示す。
この処理メインフローとしては、最適制御ユニット５０のシステム起動後、入力処理（Ｓ１００）、計測処理（Ｓ２００）、第一演算処理（Ｓ３００）、第二演算処理（Ｓ４００）、ルート切替処理（Ｓ６００）を順次実行する。ただし、第二演算処理（Ｓ４００）後にルート案と接続中のルートの差異からルート切替処理（Ｓ６００）の必要性の判定が実行される（Ｓ５００）。このステップＳ５００では、一定期間（サンプリング間隔×差分検出間隔）経過後、出力率が所定の閾値以上変動したか否かを判定する。閾値以上変動していない場合、最適制御ユニット５０は、ステップＳ２００に戻り、以降の処理を繰り返す。一方、閾値以上変動した場合、最適制御ユニット５０は、ルート切替処理（Ｓ６００）を実行する。また、最適制御ユニット５０は、ルート切替処理（Ｓ６００）にヒステリシスを持たせるための判定処理を実行してもよい。最適制御ユニット５０は、ルート切替処理（Ｓ６００）後にシステムの初期設定の変更に伴う判定処理（Ｓ７００）を実行する。このステップＳ７００では、最適制御ユニット５０は、太陽光発電システムが変更されたか否かを判定する。太陽光発電システムが変更された場合、最適制御ユニット５０は、ステップＳ１００に戻り以降の処理を繰り返す。一方、太陽光発電システムが変更されていない場合、最適制御ユニット５０は、ステップＳ２００に戻り、以降の処理を繰り返す。
【００２７】
図５に、入力処理フローチャートを示す。
入力処理フローは、初期設定の入力と更新の処理フローである。
待機状態（Ｓ１０１）を基本とし、制御装置５内のボタン等のハードスイッチを押下処理すること等の入力（Ｓ１０３）に従い、統括制御部５２により太陽電池アレイ１やＰＣＳ３の台数など太陽光発電システムの基本構成や、接続ルートに対応した各スイッチ２１の短絡開放、各チョッパ起動停止などの接続テーブル５８４が入力され、キャッシュメモリに格納され（Ｓ１０５）、初期設定記憶部５６にデータ転送される（Ｓ１０７）。なお、入力されるデータとして、例えば、サンプリング間隔、差分検出間隔、ＰＣＳ３台数、ＰＣＳ３容量、チョッパ台数、チョッパ容量、太陽電池アレイ１の数、太陽電池アレイ１の容量、接続テーブル５８４（太陽電池アレイ１、スイッチ２１、チョッパ、インバータ）、その他のパラメータが転送される。また、ステップＳ１０３において、パラメータが入力されなかった場合、統括制御部５２は、ステップＳ１０１に戻り、以降の処理を繰り返す。
【００２８】
図６に、計測処理フローチャートを示す。
計測処理フローは、計測器４のデータ収集と統括制御部５２（例えば、演算処理部）へのデータ転送の処理フローである。
まず、計測部５１は、記憶部５５（予め定められたサンプリング周期）に基づき、サンプリングのタイミングであれば（Ｓ２０１）、電流値及び電圧値を計測し（Ｓ２０３）、計測データをキャッシュメモリに格納する（Ｓ２０５）。その後、計測部５１は、所定期間内の計測データの計測値（電流・電圧値）の平均値を算出し、算出した平均値をキャッシュメモリに格納するとともに、統括制御部５２に転送する（Ｓ２０７〜Ｓ２１３）。本実施の形態の場合、例えばサンプリング周期６秒で１分平均を格納などが現実的である。統括制御部５２は、転送された計測データの平均値をデータ記憶部５８の計測データテーブル５８１に記憶する。
【００２９】
図２２に、第一及び第二演算処理、ルート切替処理についての説明図を示す。図２２中、接続テーブル及びルート設定テーブルは、それぞれ図２０の接続テーブル５８４、及び、図２１のルート設定テーブル５８５に対応する。
以下、第一及び第二演算処理、ルート切替処理について説明する。
図７に、第一演算処理フローチャートを示す。
第一演算処理フローは、各太陽電池アレイ１の発電量及び出力率を算出するとともに、出力率を基に出力の多いグループと少ないグループを分別する処理フローである。
統括制御部５２は、初期設定記憶部５６から各太陽電池アレイ１の定格容量を読み込み（Ｓ３０１）、それに対応した平均値データをデータ記憶部５８の計測データテーブル５８１から読み込む（Ｓ３０３）。その後、統括制御部５２は、各太陽電池アレイ１の発電電力、出力率を算出し、発電データテーブル５８２に記憶する（Ｓ３０５）。発電電力は、例えば、電圧値と電流値を乗算、出力率は発電電力を定格容量で除算するとともに百分率で算出することができる。次に、統括制御部５２は、平均値データの総数を算出する（Ｓ３０７）。統括制御部５２は、算出したデータ数をＭとし（Ｓ３０９）、Ｍ個のデータを発電電力、出力率を降順に並べ替え（Ｓ３１１）、最も出力率の高い太陽電池アレイ１と、その他の太陽電池アレイ１の出力率を順次比較し（Ｓ３１３〜Ｓ３２３）、最も高い出力率とＮ番目の出力率との間に３０％以上の差がある場合（Ｓ３２３：Ｙｅｓ）、Ｎ番目以降の太陽電池アレイ１をグループＢ「小」に指定する（Ｓ３２５）。一方、３０％以上の差がない場合（Ｓ３２３：Ｎｏ）、統括制御部５２は、Ｎ＝Ｎ−１として（Ｓ３２７）、ステップＳ３１７に戻り以降の処理を繰り返す。
また、統括制御部５２は、ステップＳ３１７でＮ＝１とすると、それ以外の太陽電池アレイ１をグループＡ「大」に指定する（Ｓ３２９）。なお、太陽電池アレイ１数及びチョッパ数が多い場合は、２つ以上のグループに分別しても良い。
【００３０】
図１４に、グループ分別の具体例の説明図を示す。
この例では、（ａ）は、グループ分別ありの例を示す。この例では、各太陽電池アレイ１間の出力率差が３０％以上の例（部分影等あり）を示す。また、（ｂ）は、グループ分別なしの例を示す。この例では、各太陽電池アレイ１間の出力率差が３０％以下の例（部分影等なし）を示す。
ステップＳ３３１では、さらに、グループＢの総出力が０の場合、統括制御部５２は、グループＡをグループ「大」とし、グループ数を「１」とし、グループ分別のデータをデータ記憶部５８のチョッパ指定テーブル５８３に記憶する（Ｓ３４１）。一方、グループＢの総出力が０でない場合（Ｓ３３１）、統括制御部５２は、グループ数を「２」に指定し（Ｓ３３３）、グループＡの出力と、グループＢの出力とを比較する（Ｓ３３５）。グループＡの出力がグループＢの出力以上の場合、統括制御部５２は、グループＡをグループ「大」とし、グループＢをグループ「小」としてグループ分別のデータをデータ記憶部５８のチョッパ指定テーブル５８３に記憶する（Ｓ３３７）。一方、グループＢの出力がグループＡの出力より大きい場合、統括制御部５２は、グループＡをグループ「小」とし、グループＢをグループ「大」とし、グループ分別のデータをデータ記憶部５８のチョッパ指定テーブル５８３に記憶する（Ｓ３３９）。なお、図１９及び図２２のチョッパ指定テーブル５８３の例では、グループ「大」がグループＩＤ「２」、グループ「小」がグループＩＤ「１」に指定されている。
【００３１】
図８に、第二演算処理フローチャートを示す。
第二演算処理フローは、振り分けたグループ毎に、チョッパが収容可能かを判定し、可能であれば複数のチョッパでグループ毎に処理し、不可能であれば、１台のチョッパで一括処理することと判定し、判定結果に対応した接続ルートを決定する処理フローである。
まず、統括制御部５２は、チョッパ指定テーブル５８３を参照し、前記第一演算フローにて２つ以上にグループ化されているかを判定し（Ｓ４０１）、２以上にグループ化されていない場合、ステップＳ４０７〜Ｓ４１１の一括処理に移行する。一括処理とは太陽電池アレイ１全てを１台のチョッパに接続する処理である。統括制御部５２は、発電データテーブル５８２を参照し、全ての発電電力の値を一次記憶部５７に読み込み、総発電電力Ｃを算出する。統括制御部５２は、総発電電力Ｃが５０ｋＷ＜Ｃ（≦２６０ｋＷ）の範囲であれば（Ｓ４０７：Ｙｅｓ）、全ての（グループ「大」に該当する）太陽電池アレイ１をチョッパ「大」に接続指定し（Ｓ４０９）、一方、Ｃ≦５０ｋＷであれば（Ｓ４０７：Ｎｏ）、全ての（グループ「大」に該当する）太陽電池アレイ１をチョッパ「小」に接続指定する（Ｓ４１１）。統括制御部５２は、この指定結果をチョッパ指定テーブル５８３に格納する（Ｓ４１７）。なお、図１９及び図２２のチョッパ指定テーブル５８３の例では、チョッパ「大」がチョッパ「２」、チョッパ「小」がチョッパ「１」に指定されている。
一方、ステップＳ４０１で、統括制御部５２は、チョッパ指定テーブル５８３を参照し、グループ化されている場合、発電データテーブル５８２に基づき各グループの総発電電力を算出し、一次記憶部５７に読み込む。その後、グループ「小」の総発電電力が５０ｋＷ以下であり（Ｓ４０３）、且つ、グループ「大」とグループ「小」の合計発電電力が５０ｋＷ以上であれば（Ｓ４１３）、統括制御部５２は、グループ「小」に該当する太陽電池アレイ１をチョッパ「小」に接続指定し、グループ「大」に該当する太陽電池アレイ１をチョッパ「大」に接続指定する（Ｓ４１５）。
一方、ステップＳ４０３で、グループ「小」の総発電電力が５０ｋＷより大きければ、統括制御部５２は、グループ化を破棄し、上述の一括処理に変更する（Ｓ４０５）。また、グループ「小」の総発電電力が５０ｋＷ以下であっても（Ｓ４０３）、グループ「大」とグループ「小」の合計発電電力が５０ｋＷより小さければ（Ｓ４１３）、統括制御部５２は、グループ化を破棄し、上述の一括処理に変更する（Ｓ４０５）。そして、統括制御部５２は、チョッパの指定結果をチョッパ指定テーブル５８３に格納する（Ｓ４１７）（図２２のチョッパ指定テーブル５８３の「出力先チョッパ」）の欄参照。）。
【００３２】
図９及び図１０に、ルート切替処理フローチャートを示す。
ルート切替処理フローは、前述した第二演算処理（Ｓ４００）より決定された、太陽電池アレイ１とチョッパの接続ルートを切替えるために、スイッチ２１を動作させる処理フローである。
統括制御部５２は、接続テーブル５８４と、チョッパ指定テーブル５８３と、ルート設定テーブル５８５とを一次記憶部５７に読み込む（Ｓ６０１〜Ｓ６０５）。統括制御部５２は、接続テーブル５８４とチョッパ指定テーブル５８３を参照し、チョッパ指定テーブル５８３で指定された各チョッパＩＤに一致する接続パターン番号を求め、以前に設定された接続パターン番号と同一であるかを判定する（Ｓ６０７〜Ｓ６１３）。同一であれば（Ｓ６１３：Ｙｅｓ）、統括制御部５２は、所定の時間待機し、処理を終了する。一方、異なっていれば（Ｓ６１３：Ｎｏ）、統括制御部５２は、チョッパ指定テーブル５８３に従い、接続テーブル５８４の中から接続パターンが同一のパターン番号を検索し、所定の時間を越えたら各スイッチ２１を動作させるための接続切替指令を切替装置２に送信する（Ｓ６１５〜Ｓ６２３）。なお、ステップＳ６１９において、所定の時間を経過していない場合、統括制御部５２は、処理を終了し、繰り返す。
なお、ルート切替処理においては、各チョッパの起動停止及びスイッチによる配線の切り替えを制御装置によって行うこともできる。また、切替えるか否かの判定には、切り替え後数分間は切り替え制御を行わないなど、ある程度のヒステリシスを設定しても良い。
【００３３】
５．変形例
以上、本実施の形態につき説明したが、本発明は、必ずしも上記した手段及び手法に限定されるものではなく、本発明による目的を達成し、本発明による効果を有する範囲において適宣変更実施することが可能なものである。
図２３に、太陽光発電システムの構成図（２）を示す。
これは、例えば、チョッパ及びインバータの容量の１／１０の小容量チョッパ及び小容量インバータを併設したＰＣＳで構成される太陽光発電システムであって、異なる容量のチョッパが混在するシステムである。
このようなシステムのように、容量の異なるチョッパ及びインバータから構成される変換部を備えたＰＣＳを適用したシステムについても、集電先が小容量のチョッパ及びインバータであり、それ以外は上記と基本的には同様の制御を行う。なお、このシステムでは、図１に示すシステムに比べ、インバータも常に高い負荷率を維持できる。
その他の実施の形態として、例えば、チョッパとインバータを一体構成としても動作可能である。
さらに、図２４に、太陽光発電システムの構成図（３）を示す。
本実施の形態は、図示のように、インバータを省略し、直流電力を供給するシステムにも適用可能である。
【００３４】
６．発電特性
図１５に、発電イメージの説明図を示す。
図１５の実線は従来システム、点線は本実施の形態の太陽光発電システムによる発電特性を示す。
この例では、特に、朝晩の日陰の影響がある場合に、発電電力が増加していることが示される。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、交流及び直流の太陽光発電システムに適用可能である。
また、ＰＣＳの変換部の構成としては、大容量及び小容量のチョッパを備えた構成、又は、大容量及び小容量のインバータを備えた構成、又は、大容量及び小容量のチョッパ及びインバータの両方の機能を備えた構成、等を適宜用いることができる。さらに、２つにグループ分割する以外にも３つ以上の複数の定格容量のチョッパ及び／又はインバータ等の変換部を備えて、太陽電池アレイを適宜の容量のそれにグループ分割して切替接続するよう制御することもできる。
また、上述の説明では、主に、発電電力を基に、太陽電池アレイの発電電力の最高値を基準に、複数の太陽電池アレイの発電電力が最高値の所定割合より小さいグループと大きいグループに分別したが、これに限らず、出力率を基に、太陽電池アレイの出力率の最高値を基準に、複数の太陽電池アレイの出力率が最高値の所定割合より小さいグループと大きいグループに分別するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  太陽電池アレイ
２  切替装置
３  ＰＣＳ（電力変換装置）
４  計測器
５  制御装置
６  商用系統
２１  スイッチ
５０  最適制御ユニット
５１  計測部
５２  統括制御部
５３  記憶部
５５  記憶部（サンプリング周波数）
５６  初期設定記憶部
５７  一次記憶部
５８  データ記憶部
【図１】
2010267106.tif 000003
【図２】
2010267106.tif 000004
【図３】
2010267106.tif 000005
【図４】
2010267106.tif 000006
【図５】
2010267106.tif 000007
【図６】
2010267106.tif 000008
【図７】
2010267106.tif 000009
【図８】
2010267106.tif 000010
【図９】
2010267106.tif 000011
【図１０】
2010267106.tif 000012
【図１１】
2010267106.tif 000013
【図１２】
2010267106.tif 000014
【図１３】
2010267106.tif 000015
【図１４】
2010267106.tif 000016
【図１５】
2010267106.tif 000017
【図１６】
2010267106.tif 000018
【図１７】
2010267106.tif 000019
【図１８】
2010267106.tif 000020
【図１９】
2010267106.tif 000021
【図２０】
2010267106.tif 000022
【図２１】
2010267106.tif 000023
【図２２】
2010267106.tif 000024
【図２３】
2010267106.tif 000025
【図２４】
2010267106.tif 000026