(57)【要約】【課題】過去の日照データの不日照期間を全て網羅するような蓄電池容量の過剰設計を回避し、仕様以上の不日照期間でのシステムダウンを回避し得るソーラーシステムの運転方法及びその運転装置を提供すること。【解決手段】前記蓄電池電圧が充電設定電圧に達し、かつ該蓄電池の容量が連続下降傾向に入った状態において、前記蓄電池の定格容量と、前記蓄電池の定格容量に基づき得られる蓄電池残容量基準と、前記負荷に流れる電流と時間から求められる負荷電流量により蓄電池推定稼動可能日数を求め、この求めた蓄電池推定稼動可能日数が所定の基準日数になったとき、前記外部発電装置により前記蓄電池の充電を行うソーラーシステムの運転方法。【選択図】      図１
2007020304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、この太陽電池に電気的に接続された電力変換器と、この電力変換器に電気的に接続された負荷と、前記電力変換器に電気的に接続された蓄電池と、この蓄電池に電気的に接続された外部発電装置とを備えたソーラーシステムの運転方法において、  
前記蓄電池電圧が充電設定電圧に達し、かつ該蓄電池の容量が連続下降傾向に入った状態において、前記蓄電池の定格容量と、前記蓄電池の定格容量に基づき得られる蓄電池残容量基準と、前記負荷に流れる電流と時間から求められる負荷電流量により蓄電池推定稼動可能日数を求め、この求めた蓄電池推定稼動可能日数が所定の基準日数になったとき、
前記外部発電装置により前記蓄電池の充電を行うことを特徴とするソーラーシステムの運転方法。
【請求項２】
前記蓄電池推定稼動可能日数Ｄは、（１）式により求めることを特徴とする請求項１記載のソーラーシステムの運転方法。    
Ｄ＝（Ｃ８０％−ΣｋＶＴ−ＣＸ％）／２４Ｉ                …（１）式
ただし、Ｃ８０％は前記蓄電池の定格容量値の８０％蓄電池容量、ｋは変換係数、              Ｖは前記蓄電池測定サンプリング時電圧、Ｔは前記蓄電池の電圧測定サンプリング時間、
ＣＸ％は残しておきたい最少蓄電池容量、Ｉは前記負荷に流れる平均負荷電流である。
【請求項３】
太陽電池と、この太陽電池に電気的に接続された電力変換器と、この電力変換器に電気的に接続された負荷と、前記電力変換器に電気的に接続された蓄電池と、この蓄電池に電気的に接続された外部発電装置とを備えたソーラーシステムにおいて、  
前記蓄電池の電圧を測定しこの測定電圧が充電設定電圧に達し、かつ該蓄電池の容量が連続下降傾向に入った状態を測定したとき演算指令を出力する測定手段と、
前記蓄電池の定格容量値の８０％蓄電池容量をＣ８０％、変換係数をｋ、前記蓄電池測定サンプリング時電圧をＶ、前記蓄電池の電圧測定サンプリング時間をＴ、残しておきたい最少電池容量をＣＸ％、前記負荷に流れる平均負荷電流をＩとしたとき、前記測定手段から演算指令が出力されたとき、（２）式により蓄電池推定稼動可能日数Ｄを求める演算手段と、
この演算手段により求めた蓄電池推定稼動可能日数Ｄに基づき、
前記外部発電装置により前記蓄電池の充電を行うかどうかの判断を行う判断手段と、
を備えたことを特徴とするソーラーシステムの運転装置。
Ｄ＝（Ｃ８０％−ΣｋＶＴ−ＣＸ％）／２４Ｉ                …（２）式
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソーラーシステム例えばソーラー独立電源基地局の運転方法及びその運転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の如く、太陽電池と、この太陽電池に電気的に接続された変換器と、この変換器に電気的に接続された負荷と、前記変換器に電気的に接続された蓄電池と、この蓄電池に電気的に接続された外部発電装置とを備えたソーラーシステムが知られている。
【０００３】
こうしたソーラーシステムにおいて、ソーラー独立電源基地の蓄電池仕様を決定する場合、従来、過去のデータからの不日照発生日数を平均負荷電流から、不日照発生によってシステムダウンが起こらない程度の、安全率を比較的大きく見積もった蓄電池容量を決定していた。
【０００４】
しかしながら、この場合、過去の日照データの不日照期間をすべて網羅するような設計を行うため、最大スペックになってしまい、過度の容量を有する電池を設置していた。また、それでも設計時の予想を超えた不日照日が続いた場合には、システムダウンを起こしてしまう。
【０００５】
そのため、蓄電池の状態に関係なく定期的に管理者が現地へ赴き、定期的に設置された発電装置を手動で稼動させ、蓄電池への補充電・充電を行っていた。
【０００６】
ソーラー独立電源基地の蓄電池仕様を決定する場合、過去のデータからの不日照発生日数と平均負荷電流から、不日照発生によってシステムダウンが起こらない程度の、安全率を比較的大きく見積もった蓄電池容量を決定する。この場合過去データの不日照期間をすべて網羅するような設計を行うため最大スペックになってしまう恐れがある。
【０００７】
また、設計時の予想を超えた不日照日が続いた場合にはシステムダウンを起こす為、過度の容量を有する電池を設置していた。そのため、蓄電池の状態に関係なく定期的に、管理者が現地へ赴き、定期的に設置された発電装置を手動で稼動させ、蓄電池への補充電・充電を行っていた。
【０００８】
特許文献１には、本発明のソーラーシステムと類似した点、すなわち蓄電池の充電状態を常時監視する点について記載されているが、これは蓄電池の状況に応じて負荷の運転方式を変化させるものであり、本発明のように蓄電池を外部発電装置により自動的に充電するものとは明らかに異なる。
【０００９】
特許文献２には、満充電時の蓄電池の開電圧が容量と密接な相関関係にあることを有効に利用して、蓄電池の性能劣化の状況を的確把握する点について記載されているものの、本発明のように蓄電池を外部発電装置により自動的に充電する点については何等記載がない。
【特許文献１】特開平９−３５７５７号公報
【特許文献２】特開平８−２２８４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
過去データの不日照期間をすべて網羅するような蓄電池容量の過剰設計。
【００１１】
管理者が現地へ赴いての充電作業。仕様以上の不日照期間でのシステムダウン防止。  
この発明は、こうした事情を考慮してなされたもので、過去の日照データの不日照期間を全て網羅するような蓄電池容量の過剰設計を回避するとともに、管理者が現地に赴いて充電作業することを回避し、さらには仕様以上の不日照期間でのシステムダウンを回避し得るソーラーシステムの運転方法及びその運転装置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】
【００１２】
前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、太陽電池と、この太陽電池に電気的に接続された電力変換器と、この電力変換器に電気的に接続された負荷と、前記電力変換器に電気的に接続された蓄電池と、この蓄電池に電気的に接続された外部発電装置とを備えたソーラーシステムの運転方法において、前記蓄電池電圧が充電設定電圧に達し、かつ該蓄電池の容量が連続下降傾向に入った状態において、前記蓄電池の定格容量と、前記蓄電池の定格容量に基づき得られる蓄電池残容量基準と、前記負荷に流れる電流と時間から求められる負荷電流量により蓄電池推定稼動可能日数を求め、この求めた蓄電池推定稼動可能日数が所定の基準日数になったとき、前記外部発電装置により前記蓄電池の充電を行うことを特徴とするソーラーシステムの運転方法である。
【００１３】
前記目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、請求項１記載の前記蓄電池推定稼動可能日数Ｄを、（３）式により求めることを特徴とする請求項１記載のソーラーシステムの運転方法である。    
Ｄ＝（Ｃ８０％−ΣｋＶＴ−ＣＸ％）／２４Ｉ                …（３）式
ただし、Ｃ８０％は前記蓄電池の定格容量値の８０％蓄電池容量、ｋは変換係数、              Ｖは前記蓄電池測定サンプリング時電圧、Ｔは前記蓄電池の電圧測定サンプリング時間、
ＣＸ％は残しておきたい最少蓄電池容量、Ｉは前記負荷に流れる平均負荷電流である。
【００１４】
前記目的を達成するため、請求項３に対応する発明は、太陽電池と、この太陽電池に電気的に接続された電力変換器と、この電力変換器に電気的に接続された負荷と、前記電力変換器に電気的に接続された蓄電池と、この蓄電池に電気的に接続された外部発電装置とを備えたソーラーシステムにおいて、前記蓄電池の電圧を測定しこの測定電圧が充電設定電圧に達し、かつ該蓄電池の容量が連続下降傾向に入った状態を測定したとき演算指令を出力する測定手段と、前記蓄電池の定格容量値の８０％蓄電池容量をＣ８０％、変換係数をｋ、前記蓄電池測定サンプリング時電圧をＶ、残しておきたい最少蓄電池容量をＣＸ％、前記蓄電池の電圧測定サンプリング時間をＴ、前記負荷に流れる平均負荷電流をＩとしたとき、前記測定手段から演算指令が出力されたとき、（４）式により蓄電池推定稼動可能日数Ｄを求める演算手段と、この演算手段により求めた蓄電池推定稼動可能日数Ｄに基づき、前記外部発電装置により前記蓄電池の充電を行うかどうかの判断を行う判断手段と、を備えたことを特徴とするソーラーシステムの運転装置である。
【００１５】
Ｄ＝（Ｃ８０％−ΣｋＶＴ−ＣＸ％）／２４Ｉ                …（４）式
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、電池容量が減少しても自動的に発電装置で充電するため容量が回復できるため、過去データの不日照期間をすべて網羅するような蓄電池容量の過剰設計の必要がなく、蓄電池電圧低下によるシステムダウンが回避できる。また、管理者が現地へ赴いての充電作業が無くなる。さらに、長期的な無人化が可能である。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
まず、本発明に係るソーラーシステムＳＳ及び運転装置ＤＲについて図１を参照して説明する。  
図中の符番１は、例えば建屋の屋上に設置される太陽電池（ＰＶ：Photovoltaic）を示す。この太陽電池１には、この出力電圧を例えば一定電圧に昇圧するための電力変換器例えばＤＣ／ＤＣコンバータ２を介して送受信装置や電灯等の負荷３が電気的に接続されている。また、コンバータ２には、太陽電池１からの電力を充電したり、負荷３への電力の供給を行う蓄電池４が接続されている。さらに、蓄電池４には、外部発電装置８が電気的に接続され、外部発電装置８により蓄電池４の容量が低下したとき充電可能に構成されている。以上述べた構成は、ソーラーシステムＳＳである。
【００１９】
運転装置ＤＲは、測定手段を構成する測定部５と、演算手段を構成する処理部６と、判断手段を構成する判断部７とを備えている。
【００２０】
測定部５は、蓄電池４の電圧を測定しこの測定電圧が充電設定電圧に達し、かつ該蓄電池の容量が連続下降傾向に入った状態を測定したとき演算指令を出力する。処理部６は、蓄電池４の定格容量値の８０％蓄電池容量をＣ８０％、変換係数をｋ、蓄電池測定サンプリング時電圧をＶ、蓄電池４の電圧測定サンプリング時間をＴ、残しておきたい最少蓄電池容量をＣＸ％、負荷３に流れる平均負荷電流をＩとしたとき、測定部５から演算指令が出力されたとき、（５）式により蓄電池推定稼動可能日数Ｄを求める。
【００２１】
Ｄ＝（Ｃ８０％−ΣｋＶＴ−ＣＸ％）／２４Ｉ                …（５）式
判断部７は、処理部６により求めた蓄電池推定稼動可能日数Ｄに基づき、外部発電装置８により蓄電池４の充電を行うかどうかの判断を行う。
【００２２】
こうしたシステムにおいて、日照時は太陽電池１からの電力が電力変換器２を介して負荷３に供給されたり、蓄電池４の充電が行われる。一方、不日照時が続いたり或いは夜中には蓄電池４から負荷３へ電力が供給され、従って蓄電池の出力電圧が下がる。従って、測定部５で常時蓄電池４の電圧の測定を行い、処理部６にて蓄電池推定稼動可能日数Ｄを求める。そして、判断部７により、予め設定した設定値とを比較して外部発電装置８を運転するか否かを判断する。運転すると判断した場合は、外部発電装置８を作動させて蓄電池４に電力を供給して蓄電池４の不足分を補う。
【００２３】
なお、前述したソーラーシステムＳＳは一例を示すもので、その構成は図１のものに限定されることはない。前述した外部発電装置８の起動時の電力は、例えば蓄電池４により供給される。
【００２４】
通常、ソーラー独立電源基地局内の室温（室内温度）は、その外気温度（室外温度）に比べて比較的安定している。これは、ソーラー独立電源基地局の建屋の断熱性が高く、かつ室内の温度調整装置（空気調節器）によって調整しているため、外気温度変化を受けにくくなっている。
【００２５】
図２は、これを説明するための、例えば２００３年１１月から２００４年６月における室温と、外気温の温度変化を示している。図２の上の波形は室温を示し、図２の下の波形は外気温を示している。この２つの波形から、室温は比較的安定しているので、以下のようなデータ解析を行う際に温度の影響は無視できる範囲と考えられる。
【００２６】
蓄電池４の充電は、太陽電池１の発電電力により行われている。また太陽電池１の容量は不日照後の蓄電池４への充電量を考慮して、蓄電池４からの夜間放電量に対し、発電量に十分に余裕のある太陽電池１の容量が選択されている。このため、晴れの多い時期では日の出に伴い蓄電池４への充電が始まりその後数時間経過し、設定の充電電圧値に達し充電電流の垂下が始まる。この時点で蓄電池４の容量が例えば約８０％以上であることが蓄電池４の充電特性からわかる。なお、ここで蓄電池４の容量が例えば約８０％以上としているのは、通常用いられている産業用の蓄電池では蓄電池４の容量が約８０％以上となると垂下が起こるからであり、場合によっては蓄電池４の容量が８０％に対してある幅があることも考えられる。
【００２７】
以上述べたことから、蓄電池４の電圧・電流値の計測を行い、蓄電池４の電圧が充電電圧に達しかつ蓄電池４の電流が垂下したら、その時の蓄電池４の容量は定格容量比８０％と仮定し、その後の蓄電池４の容量の推定を行い、不日照での蓄電池容量低下発生を予想する。
【００２８】
以上述べたことを、図５のフローチャートを参照して説明する。
【００２９】
１）始めに蓄電池４の電流の計測方法及び積算電流値の算出方法を述べる。
【００３０】
蓄電池４の入出力電流を測定部５例えば変流器ＣＴや分流器（シャント抵抗）等を使用し、蓄電池電流ＩＢのデータの計測を行うと同時に電流方向を識別できるように計測を行う（Ｓ１）。また蓄電池電圧ＶＢの計測も行う（Ｓ１）。
【００３１】
例えば、符号により電流方向の識別をし、蓄電池４への充電量は＋を表示、放電量は一を
表示とする。このときの測定電圧値をＶ１、Ｖ２、Ｖ３…、測定サンプリング時間をＴ［ｈ］と置くと、測定電圧値から電流値への変換係数をｋとすると、
電流積算値は、
（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋…・）×ｋ×Ｔ        ［Ａｈ］    …（６）式となる。
【００３２】
測定電圧値Ｖの符号別に計算を実行することで、蓄電池４からの放電量・蓄電池への充電量を算出することができる。なお、（６）式では、電圧値を電流値に変換しているのは、直接電流値を測定することが困難であるため、変流器ＣＴや分流器を用いている。
【００３３】
ソーラー独立電源基地局の日々の電流積算値（容量）推移の一例を図３に示している。
【００３４】
また図３を蓄電池４の容量定格比換算した場合を図４に示している。
【００３５】
２）蓄電池４の容量の推定について述べる。図４で充電後の蓄電池定格容量比が８０％以上の時、蓄電池４が充電電圧に達し充電電流の垂下特性を確認できる（Ｓ２）。ソーラー独立電源基地局に負荷３は主に通信機器装置であり、消費電力はほぼ一定で、設置されている蓄電池４の容量と比較し小さいため、蓄電池４に対して定電流放電と考えることとする。負荷電流をＩ１とおき、１日の負荷電流量を算出すると、
ΣＩ１×２４＝２４Ｉ１［Ａｈ］      …（７）式となる。
【００３６】
ここで、蓄電池容量の定格容量値８０％のりセットタイミングを例えば１２時〜１６時に判断を行う。蓄電池４の電圧（蓄電池電圧）ＶＢが充電設定電圧（基準電圧）Ｖ０に達している蓄電池４の充電電流が連続下降傾向である。連続下降傾向とは、例えば５分毎にデータを取得し、３点以上連続して充電電流が下降する場合である。この条件が満たされたときに『蓄電池容量８０％』とする。このときの蓄電池容量８０％をＣ８０％と置く。なお、天候が悪く充電電流が低下している場合には充電設定電圧(基準電圧) Ｖ０まで電圧は上昇しない。
【００３７】
そして残容量については、Ｃ８０％リセットタイミングで（６）式もリセットとすると（Ｓ３）、
Ｃ残容量＝Ｃ８０％−（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋…・）×ｋ×Ｔ  ［Ａｈ］    …（８）式となる。
【００３８】
蓄電池容量Ｃx％までの推定稼動可能日数Ｄは（７）、（８）式から
Ｄ＝［Ｃ残容量−Ｃx％］÷２４Ｉ１
＝[Ｃ８０％−（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋…・）×ｋ×Ｔ−Ｃ(Ｃx％)]÷２４Ｉ１…（９）式となる（Ｓ４）。
【００３９】
なお、（８）式において、Ｃ８０％の意味は例えば５０Ａｈの蓄電池を使用している場合、５０Ａｈ×８０％＝４０Ａｈということを意味している。また、（９）式において、Ｃx％は、蓄電池容量の下限値が何％であるかを示しており、蓄電池４が完全放電（Ｃx％が０％）してしまうと蓄電池４の寿命が極端に短くなってしまうため、通常、Ｃx％は３０％程度としている。
【００４０】
この計算結果が、例えば、推定稼動可能日数（設定警報日数）が２日未満となった場合（Ｓ５）は、外部発電装置８に対して始動指令を与え（Ｓ６）、推定稼動可能日数（設定警報日数）が２日以上となると、前述のＳ２に戻る。これにより蓄電池４への外部充電が自動的に行われ、この結果システムダウンは自動的に未然に防ぐことが可能である。外部発電装置は、蓄電池が満充電となったとき自動的に停止される。なお、外部発電装置８の燃料の補給は、例えば２ヶ月に１度又は外部発電装置８の起動回数を無線通信により通知することにより行う。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明によるソーラーシステムの運転方法及びその運転装置を説明するためのブロック図。
【図２】図１のソーラ独立電源基地局における室温及び外気温のデータの一例を示す図。
【図３】図１のソーラ独立電源基地局の日々の電流積算値（容量）推移の一例を示す図。
【図４】図１の蓄電池の容量の定格を比較換算した例を示す図。
【図５】図１の運転装置の機能を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
【００４２】
ＳＳ…ソーラーシステム、ＤＲ…運転装置、１…太陽電池、２…電力変換器例えばＤＣ／ＤＣコンバータ、３…負荷、４…蓄電池、５…測定部、６…処理部、７…判断部、８…外部発電装置。
【図１】
2007020304.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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