(57)【要約】【課題】ソーラーパネルの発電電力を制限することなく、能力を有効に活用することができる太陽光発電システムを提供する。【解決手段】所定の時間ごとに、少なくとも現在地点における日射強度の経時変化の予測値に基づいて、現時点から所定の時間が経過するまでの対象期間における現在地点の総日射量を予測する第１予測部と、総日射量に基づいて、対象期間にソーラーバッテリーが実行する充放電回数を予測する第２予測部と、第２予測部で充放電回数が予測される度に、予測された回数の充放電に伴う温度上昇によって、対象期間に到達するソーラーバッテリーの最高温度を予測する第３予測部と、最高温度が安全温度未満の場合には、ソーラーバッテリーの充放電が高ＳＯＣ領域で実施されるように制御し、最高温度が安全温度以上の場合には、ソーラーバッテリーの充放電が低ＳＯＣ領域で実施されるように制御する制御部と、を備える。【選択図】図２
2018113773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーラーパネルが発電した電力を充電して負荷に供給するソーラーバッテリーを有する太陽光発電システムであって、
所定の時間ごとに、少なくとも現在地点における日射強度の経時変化の予測値に基づいて、現時点から所定の時間が経過するまでの対象期間における現在地点の総日射量を予測する第１予測部と、
前記総日射量に基づいて、前記対象期間に前記ソーラーバッテリーが実行する充放電の回数を予測する第２予測部と、
前記第２予測部で充放電の回数が予測される度に、第１蓄電量範囲における当該予測された回数の充放電に伴う温度上昇によって、前記対象期間に到達する前記ソーラーバッテリーの最高温度を予測する第３予測部と、
前記最高温度が所定の閾値未満の場合には、前記ソーラーバッテリーの充放電が前記第１蓄電量範囲内で実施されるように制御し、前記最高温度が前記所定の閾値以上の場合には、前記ソーラーバッテリーの充放電が前記第１蓄電量範囲よりも上限値が低い第２蓄電量範囲内で実施されるように制御する、制御部と、を備える、
太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソーラーパネルが発電した電力を充電して負荷に供給するソーラーバッテリーを有する太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に、気象情報を用いてソーラーバッテリーから放電する電力量を制御する太陽光発電システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３６２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽光発電システムに使用されるソーラーバッテリーは、ソーラーパネルが発電する電力の充放電を繰り返して所定の蓄電量（ＳＯＣ：State Of Charge）を維持できるように制御される。
【０００５】
ここで、蓄電量が高い（例えばＳＯＣ：５５％〜７５％）領域を使用して充放電が繰り返されると、ソーラーバッテリーは、自己発熱によって高温になり、性能劣化や安全性低下の虞がある。このため、ソーラーバッテリーの温度が安全温度を超えた場合、ソーラーパネルの発電電力を制限してバッテリー温度を下降させる制御を行っている。
【０００６】
このように、上述した制御を行う太陽光発電システムでは、ソーラーパネルの発電電力が制限される場面が生じるため、システムの能力を有効に活用できているとは言えない。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ソーラーパネルの発電電力を制限することなく、システムの能力を有効に活用することができる太陽光発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、ソーラーパネルが発電した電力を充放電して負荷に供給するソーラーバッテリーを有する太陽光発電システムであって、所定の時間ごとに、少なくとも現在地点における日射強度の経時変化の予測値に基づいて、現時点から所定の時間が経過するまでの対象期間における現在地点の総日射量を予測する第１予測部と、総日射量に基づいて、対象期間にソーラーバッテリーが実行する充放電の回数を予測する第２予測部と、第２予測部で充放電の回数が予測される度に、第１蓄電量範囲における予測された回数の充放電に伴う温度上昇によって、対象期間に到達するソーラーバッテリーの最高温度を予測する第３予測部と、最高温度が所定の閾値未満の場合には、ソーラーバッテリーの充放電が第１蓄電量範囲内で実施されるように制御し、最高温度が所定の閾値以上の場合には、ソーラーバッテリーの充放電が第１蓄電量範囲よりも上限値が低い第２蓄電量範囲内で実施されるように制御する、制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この本発明では、現在地点における日射強度の経時変化の予測値に基づいて、対象期間に上昇するソーラーバッテリーの最高温度を予測する。そして、予測したソーラーバッテリーの最高温度が所定の閾値（例えば安全温度）未満である場合には、第１蓄電量範囲（例えば効率のよい高ＳＯＣ領域）でソーラーバッテリーの充放電を実施する。また、予測したソーラーバッテリーの最高温度が所定の閾値以上である場合には、第２蓄電量範囲（例えば自己発熱し難い低ＳＯＣ領域）でソーラーバッテリーの充放電を実施する。
【００１０】
この制御によって、ソーラーバッテリーの最高温度が所定の閾値（安全温度）未満と予想された場合は、第１蓄電量範囲において最高温度が所定の閾値以上とならないため、ソーラーパネルの発電電力を制限することなくソーラーバッテリーを安全に使用することができる。一方、ソーラーバッテリーの最高温度が所定の閾値（安全温度）以上と予想された場合は、第１蓄電量範囲よりも自己発熱し難い第２蓄電量範囲において最高温度が所定の閾値以上とならないため、ソーラーパネルの発電電力を制限することなくソーラーバッテリーを安全に使用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
上述した本発明の太陽光発電システムによれば、ソーラーパネルの発電電力を制限することなく、システムの能力を有効に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムの構成例を示す図
【図２】本太陽光発電システムのソーラー制御装置が実行する処理を説明するフローチャート
【図３】ソーラーバッテリーの劣化リスクをイメージ化した図
【図４】ソーラーバッテリーの劣化リスクをイメージ化した他の図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［概要］
本発明は、ソーラーパネルが発電した電力を充電して負荷に供給するソーラーバッテリーを有する太陽光発電システムである。この太陽光発電システムでは、日射量に基づいて上昇するソーラーバッテリーの最高温度を予測する。そして、最高温度が所定の安全温度以上とならないように、ソーラーバッテリーが充放電を行う蓄電量範囲（ＳＯＣ領域を）決定する。これにより、ソーラーパネルの発電電力を制限することなく、ソーラーバッテリーを安全に使用できる。
【００１４】
［システムの構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る太陽光発電システム１０の構成例を示す図である。図１に例示した太陽光発電システム１０は、ソーラーパネル１１０と、ソーラーバッテリー１２０と、ソーラー制御装置１３０と、情報取得部１４０と、高圧バッテリー１５０と、補機（低圧）バッテリー１６０と、を含んで構成されている。本太陽光発電システム１０は、例えば車両などに搭載される。
【００１５】
ソーラーパネル１１０は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する部品、例えば太陽電池モジュールであり、太陽光の照射を受けて発電を行う。このソーラーパネル１１０は、例えば車両のルーフなどに設置することができる。ソーラーパネル１１０で発生した発電電力は、ソーラー制御装置１３０に出力される。
【００１６】
このソーラーパネル１１０の発電電力は、ソーラーパネル１１０が太陽から受ける日射量に依存する。例えば、ソーラーパネル１１０のパネル面と太陽の方向とのなす角が垂直に近づくほど、パネル面が太陽から受ける日射量が多くなり、ソーラーパネル１１０の発電電力も大きくなる。一方、ソーラーパネル１１０のパネル面と太陽の方向とのなす角が鋭角になればなるほど、パネル面が太陽から受ける日射量が少なくなり、ソーラーパネル１１０の発電電力も小さくなる。
【００１７】
ソーラーバッテリー１２０は、例えば鉛蓄電池やニッケル水素電池などの、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。このソーラーバッテリー１２０は、ソーラーパネル１１０が出力する発電電力によって充電可能に、ソーラー制御装置１３０と接続されている。また、ソーラーバッテリー１２０は、高圧バッテリー１５０や補機（低圧）バッテリー１６０における蓄電容量が不足してきた際など、自らの蓄電電力の一部を高圧バッテリー１５０や補機（低圧）バッテリー１６０に向けて放電可能にソーラー制御装置１３０と接続されている。
【００１８】
高圧バッテリー１５０および補機（低圧）バッテリー１６０は、例えば鉛蓄電池やニッケル水素電池などの、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。この高圧バッテリー１５０および補機（低圧）バッテリー１６０は、ソーラーバッテリー１２０が放電する電力によって充電可能に、ソーラー制御装置１３０と接続されている。
【００１９】
情報取得部１４０は、少なくとも車両の現在位置、当日の日付および現在時刻、当日の日射強度、および当日の天候などの情報（以下「日射情報」という）を、例えば車両に搭載された記憶部および／または外部の情報提供装置などから取得する。取得された日射情報は、ソーラー制御装置１３０に出力される。
【００２０】
車両の現在位置は、例えば車両が搭載するナビゲーションシステム（図示せず）が備えるＧＰＳ（global positioning system）機能を用いて、取得することができる。当日の日付および現在時刻は、例えば車両に搭載される時計装置（図示せず）から、取得することができる。当日の日射強度は、例えば国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）において提供されている日射量データの情報と当日の日付とから、取得することができる。当日の天候は、例えば気象庁（ＪＭＡ）において提供されている天気予報の情報から、取得することができる。
【００２１】
なお、日射強度や天候などについては、年間のデータベースを車載のメモリーなどに予め格納しておいて、情報取得部１４０が必要なデータをメモリーから抽出するようにしてもよい。
【００２２】
ソーラー制御装置１３０は、ソーラーパネル１１０、ソーラーバッテリー１２０、情報取得部１４０、高圧バッテリー１５０、および補機（低圧）バッテリー１６０に接続されており、太陽光発電システム１０の制御全体を司る。具体的には、ソーラー制御装置１３０は、ソーラーパネル１１０が発電した電力および情報取得部１４０が取得した日射情報に基づいて、ソーラーバッテリー１２０、高圧バッテリー１５０、および補機（低圧）バッテリー１６０の蓄電制御（充放電制御）を実行する。
【００２３】
このソーラー制御装置１３０は、典型的には、中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、メモリー、および入出力インターフェースを含んだ電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）として構成され、メモリーに格納されたプログラムをＣＰＵが読み出して実行することによって、さらに以下の機能を実現できるように構成されている。
【００２４】
まず、ソーラー制御装置１３０は、第１の機能（請求項の「第１予測部」に該当）として、予め定めた対象期間における現在地点の総日射量を予測することを行う。この予測は、上述した日射情報を参照して、少なくとも現在地点における日射強度の経時変化の予測値に基づいて行われる。また、この予測は、例えば所定の時間（例えば１０分や１時間）ごとに、繰り返して実施することができる。すなわち、所定の時間ごとに予測の内容を更新することができる。この場合、対象期間は、予測を行う現時点（現在時刻）から所定の時間が経過するまでの期間とすることができる。なお、この予測手法の詳細については、後述する。
【００２５】
次に、ソーラー制御装置１３０は、第２の機能（請求項の「第２予測部」に該当）として、第１の機能で予測された総日射量に基づいて、対象期間にソーラーバッテリー１２０が実行する充放電の回数を予測することを行う。この予測は、第１の機能で総日射量が予測される度に、つまり所定の時間ごとに、繰り返して実施することができる。すなわち、所定の時間ごとに予測の内容を更新することができる。なお、この予測手法の詳細については、後述する。
【００２６】
さらに、ソーラー制御装置１３０は、第３の機能（請求項の「第３予測部」に該当）として、第２の機能で予測された回数の充放電に伴った第１蓄電量範囲における温度上昇によって、対象期間に到達するソーラーバッテリー１２０の最高温度を予測することを行う。この予測は、第２の機能で充放電の回数が予測される度に、つまり所定の時間ごとに、繰り返して実施することができる。なお、この予測手法の詳細については、後述する。
【００２７】
さらに、ソーラー制御装置１３０は、第４の機能（請求項の「制御部」に該当）として、第３の機能で予測された最高温度と所定の閾値とに基づいて、ソーラーバッテリー１２０の充放電制御を実施する蓄電量（ＳＯＣ）の範囲を制御することを行う。具体的には、最高温度が閾値未満の場合には第１蓄電量範囲でソーラーバッテリー１２０の充放電が制御され、最高温度が閾値以上の場合には第２蓄電量範囲でソーラーバッテリー１２０の充放電が制御される。この制御手法の詳細については、後述する。
【００２８】
［システムが実行する制御］
次に、図２をさらに参照して、本発明の一実施形態に係る太陽光発電システム１０が実行する蓄電制御（充放電制御）を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る太陽光発電システム１０のソーラー制御装置１３０が実行する処理の手順を説明するフローチャートである。
【００２９】
図２に示した処理は、例えば電源オンなどによって太陽光発電システム１０が稼働すると開始され、例えば電源オフなどによって太陽光発電システム１０が停止するまで、所定の時間ごとに繰り返し実行される。
【００３０】
ステップＳ２０１：この処理では、上述した所定の時間になったか否かが判断される。所定の時間になったと判断された場合（Ｓ２０１、Ｙｅｓ）、ステップＳ２０２に処理が進む。すなわち、所定の時間ごとに、以降のステップＳ２０２からステップＳ２０９までの処理が実施される。
【００３１】
ステップＳ２０２：この処理では、情報取得部１４０を介して日射情報が取得される。日射情報には、少なくとも現在地点における日射強度の経時変化の予測値が得られる情報、例えば日射強度、地点、時刻、日付、および天候などが含まれている。日射情報が取得されると、ステップＳ２０３に処理が進む。
【００３２】
ステップＳ２０３：この処理では、ステップＳ２０２で取得された日射情報に基づいて対象期間における総日射量が予測される。具体的には、現在地点における当日の日射強度［Ｗ／ｍ２］に基づいて、対象期間の日射強度を時間的に積分することで、対象期間における総日射量［（Ｗ／ｍ２）ｈ］が求められる。対象期間とは、例えば、現時点から所定の時間が経過するまでの期間である。
【００３３】
なお、総日射量の予測には、日射変動量を考慮してもよい。日射変動量は、天候や雲の動きなどによって、日射強度が低下する時刻、期間、程度などを示す情報である。例えば、雨が降ると予想される期間は、日射強度の値に関わらず日射強度をゼロとすることができる。総日射量が予測されると、ステップＳ２０４に処理が進む。
【００３４】
ステップＳ２０４：この処理では、対象期間における総日射量に基づいて、対象期間におけるソーラーバッテリー１２０の充放電回数が予測される。具体的には、まず、ソーラーパネル１１０のパネル面積と総日射量とに基づいて、ソーラーパネル１１０の発電電力量（＝パネル面積×総日射量）［Ｗｈ］が求められる。次に、この発電電力量や、ソーラーバッテリー１２０の充電容量、充電時間、および放電時間や、ソーラーバッテリー１２０から高圧バッテリー１５０および補機（低圧）バッテリー１６０への放電時間などに基づいて、ソーラーバッテリー１２０の充放電回数が求められる。充放電回数が予測されると、ステップＳ２０５に処理が進む。
【００３５】
ステップＳ２０５：この処理では、対象期間におけるソーラーバッテリー１２０の充放電回数に基づいて、ソーラーバッテリー１２０が到達する最高温度Ｔｓ［℃］が予測される。具体的には、予測された回数の充放電に伴う自己発熱によって上昇する温度分△Ｔが算出され、この上昇温度分△Ｔが現在のソーラーバッテリー１２０の温度Ｔに加算されることで、ソーラーバッテリー１２０が到達する最高温度Ｔｓ（＝Ｔ＋△Ｔ）が求められる。この上昇温度分△Ｔの算出は、自己発熱が顕著となる蓄電量（ＳＯＣ）が高い領域における充放電行為を想定して行うことができる。最高温度Ｔｓが予測されると、ステップＳ２０６に処理が進む。
【００３６】
ステップＳ２０６：この処理では、ソーラーバッテリー１２０が到達すると予測された最高温度Ｔｓが、所定の閾値である安全温度Ｔｔｈ以上であるか否かが判断される。この安全温度Ｔｔｈとは、ソーラーバッテリー１２０の温度がこれを越えてしまうと、安全確保のために電力制限が必要とされる温度であり、例えば６０℃とすることができる。最高温度Ｔｓが安全温度Ｔｔｈ未満であると判断された場合（Ｓ２０６、Ｎｏ）、ステップＳ２０７に処理が進む。一方、最高温度Ｔｓが安全温度Ｔｔｈ以上であると判断された場合（Ｓ２０６、Ｙｅｓ）、ステップＳ２０８に処理が進む。
【００３７】
ステップＳ２０７：この処理では、ソーラーパネル１１０の発電電力に従ったソーラーバッテリー１２０の充放電によって変化させる蓄電量（ＳＯＣ）の範囲が、第１蓄電量範囲（高ＳＯＣ領域）に設定される。すなわち、上記ステップＳ２０６においてソーラーバッテリー１２０の最高温度Ｔｓが安全温度Ｔｔｈに到達しないと予測されたため、メモリー効果が生じ難い蓄電量が高い第１蓄電量範囲を使用して充放電を実行させる。
【００３８】
第１蓄電量範囲は、例えばソーラーバッテリー１２０の蓄電量が５５％〜７５％の間で推移する範囲に設定することができる。このような第１蓄電量範囲の設定では、ソーラーバッテリー１２０の蓄電量が５５％を下回らないように、かつ、蓄電量が７５％を上回らないように、充放電が適宜実行される。第１蓄電量範囲が設定されると、ステップＳ２０９に処理が進む。
【００３９】
ステップＳ２０８：この処理では、ソーラーパネル１１０の発電電力に従ったソーラーバッテリー１２０の充放電によって変化させる蓄電量（ＳＯＣ）の範囲が、第２蓄電量範囲（低ＳＯＣ領域）に設定される。すなわち、上記ステップＳ２０６においてソーラーバッテリー１２０の最高温度Ｔｓが安全温度Ｔｔｈに到達すると予測されたため、自己発熱し難い蓄電量が低い第２蓄電量範囲を使用して充放電を実行させる。
【００４０】
この第２蓄電量範囲は、上述の第１蓄電量範囲よりも上限値が低く設定される。例えば、第２蓄電量範囲は、ソーラーバッテリー１２０の蓄電量が４０％〜６０％の間で推移する範囲に設定することができる。このような第２蓄電量範囲の設定では、ソーラーバッテリー１２０の蓄電量が４０％を下回らないように、かつ、蓄電量が６０％を上回らないように、充放電が適宜実行される。第２蓄電量範囲が設定されると、ステップＳ２０９に処理が進む。
【００４１】
ステップＳ２０９：この処理では、太陽光発電システム１０が終了されたか否かが判断される。ここで、太陽光発電システム１０の終了とは、電源オフなどによって太陽光発電システム１０が停止されることや、日没によってソーラーパネル１１０の発電電力量がゼロになること、などを含む概念である。
【００４２】
太陽光発電システム１０が終了されないと判断された場合（Ｓ２０９、Ｎｏ）、ステップＳ２０１に処理が戻り、所定の時間になったか否かが再び判断される。一方、太陽光発電システム１０が終了されたと判断された場合（Ｓ２０９、Ｙｅｓ）、本充放電制御が終了する。
【００４３】
［本実施形態における作用・効果］
上述した本発明の一実施形態に係る太陽光発電システム１０によれば、現在地点における日射強度の経時変化の予測値に基づいて、対象期間に上昇するソーラーバッテリー１２０の最高温度Ｔｓを予測する。そして、予測したソーラーバッテリーの最高温度Ｔｓが安全温度Ｔｔｈ未満である場合には、第１蓄電量範囲（高ＳＯＣ領域）でソーラーバッテリー１２０の充放電を実施する。また、予測したソーラーバッテリー１２０の最高温度Ｔｓが所定の閾値以上である場合には、第２蓄電量範囲（低ＳＯＣ領域）でソーラーバッテリー１２０の充放電を実施する。
【００４４】
この制御によって、ソーラーバッテリー１２０の最高温度Ｔｓが安全温度Ｔｔｈ未満と予想された場合は、第１蓄電量範囲（高ＳＯＣ領域）において最高温度Ｔｓが安全温度Ｔｔｈ以上とならない。よって、ソーラーパネル１１０の発電電力を制限することなくソーラーバッテリー１２０を安全に使用することができる。一方、ソーラーバッテリー１２０の最高温度Ｔｓが安全温度Ｔｔｈ以上と予想された場合は、第１蓄電量範囲（高ＳＯＣ領域）よりも自己発熱し難い第２蓄電量範囲（低ＳＯＣ領域）において最高温度Ｔｓが安全温度Ｔｔｈ以上とならないため、ソーラーパネル１１０の発電電力を制限することなくソーラーバッテリー１２０を安全に使用することができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る太陽光発電システム１０では、第２蓄電量範囲（低ＳＯＣ領域）を用いたソーラーバッテリー１２０の充放電を、ソーラーバッテリー１２０の最高温度Ｔｓが安全温度Ｔｔｈ以上と予想された場合に限っている。これにより、メモリー効果を生じ易い低ＳＯＣ領域の使用を極力低減させることができ、メモリー効果によるバッテリー劣化のリスクを抑制することができる（図３を参照）。特に、日射量が少ない時期などにおいて効果が期待できる。
【００４６】
［応用例］
上述の実施形態では、情報取得部１４０が取得する日射情報として、現在位置、日付および時刻、日射強度、および天候の情報を説明したが、天候の情報は必須ではない。天候の情報を省いた場合には、現況に基づく総日射量の予測はできないが、ＮＥＤＯにおいて提供されている日射量データから当月の平均的な総日射量を予測することができる。この方法によっても、メモリー効果によるバッテリー劣化のリスクを抑制することができる（図４を参照）。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、ソーラーバッテリーを有する太陽光発電システムに利用可能であり、特にソーラーパネルの発電電力を制限することなく、システムの能力を有効に活用したい場合などに有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１０    太陽光発電システム
１１０  ソーラーパネル
１２０  ソーラーバッテリー
１３０  ソーラー制御装置（ＥＣＵ）
１４０  情報取得部
１５０  高圧バッテリー
１６０  補機（低圧）バッテリー
【図１】
2018113773.tif 000003
【図２】
2018113773.tif 000004
【図３】
2018113773.tif 000005
【図４】
2018113773.tif 000006