(57)【要約】【課題】太陽電池が受ける日射強度や発電電圧の変化に影響されることなく、システムの運用効率を上げた停止制御ができる。【解決手段】制御装置６は、系統２との連系制御のほか、太陽電池１の発電量が一定レベルを下回った状態が停止確認時間だけ継続したときに、負荷３への電力供給を停止させる。制御装置６は日射強度から太陽電池に現時間帯で期待できる日射量を求め、この日射量に対して停止確認時間を変化させた設定部７の値で停止確認を行う。  太陽電池の現時点から一定時間遡った時間帯での累積発電量を求め、この累積発電量をを元に停止確認時間を変化させる。【選択図】図１
2009169800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の発電量が一定レベルを下回った状態が停止確認時間だけ継続したときに、該太陽電池を電源とする発電システムから負荷への電力供給を停止させる停止シーケンスを備えた太陽光発電システムの制御装置において、
太陽電池に現時間帯で期待できる発電量を求め、この発電量を元に前記停止確認時間を変化させる停止制御手段を備えたことを特徴とする太陽光発電システムの制御装置。
【請求項２】
太陽電池の発電量が一定レベルを下回った状態が停止確認時間だけ継続したときに、該太陽電池を電源とする発電システムから負荷への電力供給を停止させる停止シーケンスを備えた太陽光発電システムの制御装置において、
太陽電池の現時点から一定時間遡った時間帯での累積発電量を演算および記憶更新しておき、太陽電池の発電量が一定レベルを下回った時点での前記累積発電量を元に前記停止確認時間を変化させる停止制御手段を備えたことを特徴とする太陽光発電システムの制御装置。
【請求項３】
太陽電池から負荷への電力供給を、太陽電池の出力電流と電圧の組み合わせから決まる最大電力点で動作させる場合、
前記停止制御手段は、前記最大電力点での太陽電池の発電量または累積発電量を求め、この発電量または累積発電量を元に前記停止確認時間を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電システムの制御装置。
【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の制御装置に係り、特に太陽電池の発電量が低下したときに発電電池から負荷への電力供給を停止させる停止制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、図３に構成例を示すように、太陽電池１を電源として電力系統２に連系し、太陽電池の発電電力を負荷３に供給することで、自然エネルギーの有効利用を図る。太陽光発電システムを電力系統に連系させる連系装置は、太陽電池の発電電力を系統に同期（電圧／周波数／位相）した交流電力に変換するインバータ（電力変換器）４と、このインバータ出力と系統とを接続／切り離しできる連系開閉器（電磁接触器）５と、これらインバータ４の運転／停止制御および連系開閉器５の開閉制御を行うコンピュータ構成の制御装置６で構成される。
【０００３】
なお、自然エネルギーを有効利用した発電システムとして、風力発電機や地熱発電機を電源とする発電設備があり、これら発電設備が太陽電池を電源とする発電設備と選択的に組み合わされたシステムもある。また、これら発電システムは、電力系統に連系させることなく独立した自家発電設備とするシステムがあり、さらにインバータに代えて直流−直流電力変換器で制御した直流電力を負荷に供給するシステムもある。
【０００４】
太陽光発電システムの起動／停止制御は、設定された日射強度や日射量（日射強度×時間）をベースにして決定され、発電量の低下が予測される夜間や曇り・雨の日には、発電システムを系統連系点から切り離して待機状態にし、システムの発電効率低下を防ぐ。すなわち、発電電力が低下したまま太陽電池で発電や連系を続けることは、装置（インバータなど）の動作に必要な損失分を系統から供給する状態が続き、これではシステム効率の低下になる。
【０００５】
なお、太陽光発電システムを効率よく運用しようとする制御方式として、太陽電池の出力特性が日射強度やパネル温度などの条件のもとで最大電力を発生する電流と電圧の組み合わせが一組だけ存在することを利用し、太陽電池が常に最大電力点で動作するように発電システムの出力を制御するものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図４の（ａ）は太陽電池の電圧−電流特性を示し、（ｂ）は太陽電池の電圧−発電電力特性を示し、図中の×印部分が最大電力点になり、この最大電力点に制御する制御装置は例えばインバータの出力電流（連系電流）を制御する。
【特許文献１】特開平６−２６６４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の停止シーケンスは、太陽電池の発電電力（または短時間の発電量）が予め設定した値を下回ったとき、または発電電圧が予め設定した値を下回った状態が一定時間だけ継続したことで発電停止が好ましいと判断し、発電設備を待機状態にしている。
【０００８】
図５に起動／停止シーケンスの例を示す。起動シーケンスは、システムの停止待機状態で、日の出とともに太陽電池の発電電圧が上昇していき、最適動作電圧を上回ったときに始動確認を開始し、この状態が一定時間（始動確認時間）だけ継続したとき、システムの連系運転を開始し、出力電流を上昇させて発電出力を高めていき、最適動作電圧に達したときに出力を一定に保持した連系運転を開始する。最適動作電圧は、日射強度の変化などによって太陽電池の発電電力が変化する場合にも、常に最大電力点（図４参照）での運転になるよう、逐次切り替え制御することもできる。
【０００９】
停止シーケンスは、太陽電池の発電電圧が予め定めた停止直流電圧に達したとき、または発電電力が停止出力電力に達したときに停止確認を開始し、この状態が一定時間（停止確認時間）だけ継続したとき、系統との連系を切り離し、インバータの運転を停止させ、待機状態に入る。停止条件としては、発電電力の条件は定格出力の５％以下になって３０分経過後、直流電圧の条件は２２５Ｖ以下になって１０分経過後などに設定される。
【００１０】
この停止条件の停止確認時間は、短く設定すると、日射強度の急な変動に反応してしまい、システムが起動と停止を繰り返す結果になり、連系開閉器の頻繁な開閉や電力系統から見た外乱発生など、システム運用上で好ましくない。逆に、停止確認時間を長く設定すると、無駄な運転が続き、システム効率を低下させる。
【００１１】
同様に、停止確認開始条件としての発電電力や直流電圧を低く設定すると停止確認が遅れて発電効率を下げることがあり、逆に発電電力や直流電圧を高く設定すると発電余力があるにも拘わらず発電停止に入ってしまい、発電電力の有効利用ができない。
【００１２】
特に、曇りや雨天の日など、日射強度が大きく変動または短時間で変動する場合に適確な停止制御ができなくなる。
【００１３】
本発明の目的は、太陽電池が受ける日射強度や発電電圧の変化に影響されることなく、システムの運用効率を上げた停止制御ができる太陽光発電システムの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、前記の課題を解決するため、システムの停止制御には、太陽電池が受ける現在の日射強度や日射量、太陽電池の現在の発電電力や直流電圧などを元にして、太陽電池に現時間帯で期待できる発電量を求め、この発電量を元に停止確認時間を変化させるようにしたもので、以下の装置を特徴とする。
【００１５】
（１）太陽電池の発電量が一定レベルを下回った状態が停止確認時間だけ継続したときに、該太陽電池を電源とする発電システムから負荷への電力供給を停止させる停止シーケンスを備えた太陽光発電システムの制御装置において、
太陽電池に現時間帯で期待できる発電量を求め、この発電量を元に前記停止確認時間を変化させる停止制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
（２）太陽電池の発電量が一定レベルを下回った状態が停止確認時間だけ継続したときに、該太陽電池を電源とする発電システムから負荷への電力供給を停止させる停止シーケンスを備えた太陽光発電システムの制御装置において、
太陽電池の現時点から一定時間遡った時間帯での累積発電量を演算および記憶更新しておき、太陽電池の発電量が一定レベルを下回った時点での前記累積発電量を元に前記停止確認時間を変化させる停止制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
（３）太陽電池から負荷への電力供給を、太陽電池の出力電流と電圧の組み合わせから決まる最大電力点で動作させる場合、
前記停止制御手段は、前記最大電力点での太陽電池の発電量または累積発電量を求め、この発電量または累積発電量を元に前記停止確認時間を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上のとおり、本発明によれば、システムの停止制御には、太陽電池に現時間帯で期待できる発電量を求め、この発電量を元に停止確認時間を変化させるようにしたため、太陽電池が受ける日射強度や発電電圧の変化に影響されることなく、常に適確な停止制御ができる。
【００１９】
これにより、発電電力が少ないときの無駄な運転を抑制でき、装置の運転効率が上がる。また、気象変動等によって誤って待機状態に陥ることを防止できる。さらに、停止するまでの経過時間を過去のある経過時間の累積発電量を元に決定することで、晴天時によらずに曇りや雨の日のような発電電力が見込みずらい陽気でも上記と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施形態１）
図１は、本実施形態を示す太陽光発電システムの要部構成図であり、図３と同等の部分は同一符号で示す。
【００２１】
制御装置６は、太陽光発電設備の電力供給運転および起動／停止シーケンスが組み込まれており、そのうち停止シーケンスの停止確認時間は太陽電池が受ける現在の日射量に応じた設定値として与える。この設定値は、停止確認時間設定部７にテーブルデータなどで設定される。
【００２２】
設定部７中に示す停止確認時間データは、晴天時で、日射量が停止レベルを下回ってから停止制御を実行するまでの時間を一日の時間単位でスケジューリングした場合を示す。すなわち、晴天時であれば昼間時間帯のみ日射量が高くなり、早朝や夜間での日射量が低くなり、通常、日射量は装置の発電電力に比例することから、停止確認時間の長さを日射量に応じて変化させる。
【００２３】
図中の設定部７に示すスケジュールでは、大きな日射量が見込める昼間時間帯は停止確認時間を長くしたＴ１とし、日射量が見込めない時間帯は停止確認時間を短くしたＴ２とする。
【００２４】
この停止確認時間の制御には、現時間帯での日射量を求めるため、日射強度計８での計測値を制御装置６に取り込み、制御装置６では日射強度の単位時間での平均値等を現時間帯での日射量として一定時間（１０分など）ごとに求め、この日射量に応じて設定部７に予め設定する停止確認時間を読み出し、この停止確認時間を元に発電システムの停止制御の可否を決定する。
【００２５】
なお、図１では日射量に応じて停止確認時間を決定する場合を示すが、太陽電池１が受ける現在の日射強度や、太陽電池１の発電電圧や発電電力を元に太陽電池に現時間帯で期待できる発電量を求め、この発電量を元に停止確認時間を決定することでもよい。さらに、現在のパネル温度などを元にして期待できる発電量を補正するのが好ましい。
【００２６】
（実施形態２）
図２は、本実施形態を示す太陽光発電システムの要部構成図であり、図１と異なる部分は停止条件として、予め定めた停止レベルを下回った時点から過去のある一定時間遡った時間帯での累積発電量を元にした停止確認時間とする点にある。なお、制御装置６は、太陽電池１からインバータ４に出力する直流電圧（発電電圧）と直流電流（発電電流）から一定時間単位の累積発電量を演算および記憶更新しておき、日射量や太陽電池の発電量が予め定めた停止レベルを下回った時点から現時点での累積発電量を元に停止確認時間を決定する。この決定は、累積発電量に比例した停止確認時間とすること、現時点からの発電量が増加傾向にあるか減少傾向にあるかの履歴情報によって停止確認時間を変更することでもよい。
【００２７】
したがって、本実施形態では、発電量が日射強度に比例して動くため、設定部７で設定する停止確認時間を単位時間当たりの累積発電量を元に決定する。すなわち、現時点での累積発電量が多いと停止確認時間は延びるが、累積発電量が少ないと今後も発電量が見込めないと判断して停止確認時間を短くして、無駄な運転を防止する。
【００２８】
本実施形態では、累積発電量を元に停止確認時間を決定するため、曇りや雨天の日など、昼間時間帯で日射量が大きく変化する場合にも常に適確な停止確認ができる。
【００２９】
なお、上記までの実施形態は、電力系統と連系する太陽光発電システムに適用する場合を示すが、電力系統と連系させることなく独立した自家発電設備とするシステム、風力発電機や地熱発電機を電源とする発電設備と選択的に組み合わされたシステムに適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００３０】
また、太陽電池から負荷への電力供給を、太陽電池の出力電流と電圧の組み合わせから決まる最大電力点で動作させる場合、この最大電力点での太陽電池の発電量または累積発電量を求め、この発電量または累積発電量を元に停止確認時間を変化させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態１を示す太陽光発電システムの要部構成図。
【図２】本発明の実施形態２を示す太陽光発電システムの要部構成図。
【図３】太陽光発電システムの構成例。
【図４】太陽電池の電圧−電流／発電電力特性。
【図５】従来の起動／停止シーケンスの例。
【符号の説明】
【００３２】
１  太陽電池
２  電力系統
３  負荷
４  インバータ（電力変換器）
５  連系開閉器（電磁接触器）
６  制御装置
７  停止確認時間設定部
８  日射強度計
【図１】
2009169800.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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