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技術 太陽光発電システム

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 生田功
出願日 2013年3月29日 (7年10ヶ月経過) 出願番号 2013-071424
公開日 2014年10月9日 (6年4ヶ月経過) 公開番号 2014-195386
状態 未査定
技術分野 光起電力装置 電池等の充放電回路
主要キーワード 特定サイクル 最高出力値 検出端子間 出力予測値 最高電圧値 実測情報 評価タイミング 各測定サイクル
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年10月9日)のものです。
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図面 (13)

課題

太陽光を用いて発電する複数の太陽光発電部を用いて、効率的な発電を行なうための太陽光発電システムを提供する。

解決手段

統合制御部20は、部分影パターンを生成して登録し、制御当日に適用する部分影パターンを特定する。統合制御部20は、各セル電力を測定し記録する。統合制御部20は、天候情報に基づいて決定した評価タイミングに応じて、評価時期かどうかの判定処理を実行する。評価時期と判定した場合、統合制御部20は、各セルの状態を特定し、パターンずれがあるかどうかを判定する。パターンずれがある場合、統合制御部20は、セルパターンを作成し、適用する部分影パターンに応じて、セルパターンを絞り込み、絞り込んだセルパターンの電力算出処理を実行する。統合制御部20は、最大電力のセルパターンを決定し、各セルに対して切替え信号を送信する。この場合、各太陽電池モジュール10は、スイッチ切替えを行なう。

概要

背景

環境の保護やエネルギーの安定的確保のために太陽光発電が注目されている。この太陽光発電設備発電部は、通常、複数の太陽電池素子で構成される。素子やその集合体には、規模や形態に応じて、セルモジュールアレイと呼ばれている。太陽電池単体の素子は「セル」と呼ばれる。このセルは、光起電力効果によって太陽光電気エネルギーに変換する。セルを直列接続し所望の電圧を得るように構成したものは「モジュール」または「パネル」と呼ばれている。モジュールを複数枚数並べて直列接続したものは「ストリング」と呼ばれている。ストリングを並列接続したものは「アレイ」と呼ばれている。

このような太陽電池を設置した場所が、建造物等の影に入ることがある。太陽電池の一部に影が射し込んだ場合には、発電特性劣化する。また、太陽電池が長年の使用により故障した場合にも、発電特性が劣化する。このように発電特性が劣化した太陽電池をそのまま使用していると、直列に接続されている他の太陽電池も、劣化した太陽電池の影響を受けて特性が低下する。

図12には、太陽電池における電力出力特性を示す。ここでは、出力電圧に対して、出力電流を示している。この出力特性は、日射量によって異なる。図12に示すように、日射量が1000W/m^2の場合には、最大電力点追従において、高電圧で動作するが、日射量が落ちて、例えば、750W/m^2になった場合には、最大電力点追従の電圧は下がる。更に、日射量が落ちて、500W/m^2になった場合には、他の太陽電池の出力電流は、この太陽電池の出力の動作点に引き摺られることにより、全体の出力特性が低下する。

このため、受光面にどのような影がかかっても、常に最大電力点を捉えるための技術が検討されている(例えば、特許文献1を参照。)。この文献に記載された太陽電池モジュールにおいては、複数個太陽電池セル碁盤目状に配置されて順次直列接続される。そして、隣接する太陽電池セル同士を直列接続または並列接続に切り替え切替手段と、太陽電池セルの電流値計測する電流計測手段と、電流計測手段により計測された電流値に基づいて切替手段の切り替え制御を行なう切替制御手段とを備える。この切替制御手段は、日陰にある太陽電池セルより検出される電流値の加算値が、日向にある太陽電池セルより検出される電流値になるまで、日陰にあって隣接する太陽電池セル同士を直列接続から並列接続に切り替えるように切替手段を制御する。

また、維持管理が容易で発電効率を安定的に維持するための太陽光発電システムも検討されている(例えば、特許文献2を参照。)。この文献に記載された技術においては、太陽光発電システムは、太陽電池ストリングの正極および負極の電源出力端子並列に接続し出力する出力線との間を、接続または遮断する第1の切替器と、電源出力端子間を短絡または開放する第2の切替器とを備える。更に、太陽電池ストリングの所定箇所検出端子間電圧値を所定の値と比較し比較した比較信号を出力する比較器と、比較信号を入力しこの入力信号に基づき第1の切替器と第2の切替器の開閉を制御する制御器とを有する。検出端子間の電圧値が所定の値以下となった太陽電池ストリングを異常と判定し、この太陽電池ストリングの電源出力端子を出力線から遮断し、電源出力端子間を短絡する。また、表示器で異常と判定した太陽電池ストリングの識別符号を表示する。

また、太陽電池アレイから最大電力を取り出すための太陽光発電装置も検討されている(例えば、特許文献3を参照。)。この文献に記載された技術においては、複数の単位太陽電池モジュールを用いた太陽光発電装置において、隣接する単位太陽電池モジュールの一部又はすべてがスイッチを介して接続される。更に、この太陽光発電装置においては、スイッチのオンオフ又は切り替えにより単位太陽電池モジュールの直列並列構造が変化する。

概要

太陽光を用いて発電する複数の太陽光発電部を用いて、効率的な発電を行なうための太陽光発電システムを提供する。統合制御部20は、部分影パターンを生成して登録し、制御当日に適用する部分影パターンを特定する。統合制御部20は、各セルの電力を測定し記録する。統合制御部20は、天候情報に基づいて決定した評価タイミングに応じて、評価時期かどうかの判定処理を実行する。評価時期と判定した場合、統合制御部20は、各セルの状態を特定し、パターンずれがあるかどうかを判定する。パターンずれがある場合、統合制御部20は、セルパターンを作成し、適用する部分影パターンに応じて、セルパターンを絞り込み、絞り込んだセルパターンの電力算出処理を実行する。統合制御部20は、最大電力のセルパターンを決定し、各セルに対して切替え信号を送信する。この場合、各太陽電池モジュール10は、スイッチ切替えを行なう。

目的

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、太陽光を用いて発電する複数の太陽光発電部を用いて、効率的な発電を行なうための太陽光発電システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

複数の太陽光発電部が接続され、前記各太陽光発電部における発電についての出力値を検出して出力するセンサ部と、前記各太陽光発電部における出力を制御するスイッチ部と、前記センサ部で検出した出力値を取得する制御部とを備えた太陽光発電システムであって、前記制御部が、太陽光障害物による部分影の発生状況予測し、前記センサ部で検出した出力値及び前記部分影の発生状況の予測に基づいて、前記各太陽光発電部のスイッチ部を制御することを特徴とする太陽光発電システム。

請求項2

前記制御部が、前記各太陽光発電部における出力値を、測定時期に関連付けて実測情報記録部に記録し、前記実測情報記録部に記録された出力値を用いて、この出力値が関連付けられている測定時期に対応する時期における前記部分影の発生状況を予測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

前記制御部は、外部センサに接続されており、前記外部センサから取得した情報に基づいて、前記部分影の発生状況を予測することを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽光発電システム。

請求項4

前記制御部が、天候情報を取得し、前記天候情報に基づいて、前記部分影の発生状況を予測することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の太陽光発電システム。

請求項5

前記制御部が、天候情報を取得し、前記天候情報に基づいて、評価サイクルを決定し、前記評価サイクルにおいて、前記各太陽光発電部のスイッチ部の制御を変更するかどうかの判定処理を実行し、前記各太陽光発電部のスイッチ部の制御を変更すると判定した場合に、前記各太陽光発電部のスイッチ部を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の太陽光発電システム。

請求項6

前記部分影の発生状況の予測に基づいて、前記太陽光発電部における発電可能な基準電力を予測し、前記基準電力と、各太陽光発電部の出力値とを比較した比較結果に基づいて各太陽光発電部の状態を特定し、この状態に関する情報を出力することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の太陽光発電システム。

技術分野

0001

本発明は、太陽光発電システムに関するものである。

背景技術

0002

環境の保護やエネルギーの安定的確保のために太陽光発電が注目されている。この太陽光発電設備発電部は、通常、複数の太陽電池素子で構成される。素子やその集合体には、規模や形態に応じて、セルモジュールアレイと呼ばれている。太陽電池単体の素子は「セル」と呼ばれる。このセルは、光起電力効果によって太陽光電気エネルギーに変換する。セルを直列接続し所望の電圧を得るように構成したものは「モジュール」または「パネル」と呼ばれている。モジュールを複数枚数並べて直列接続したものは「ストリング」と呼ばれている。ストリングを並列接続したものは「アレイ」と呼ばれている。

0003

このような太陽電池を設置した場所が、建造物等の影に入ることがある。太陽電池の一部に影が射し込んだ場合には、発電特性劣化する。また、太陽電池が長年の使用により故障した場合にも、発電特性が劣化する。このように発電特性が劣化した太陽電池をそのまま使用していると、直列に接続されている他の太陽電池も、劣化した太陽電池の影響を受けて特性が低下する。

0004

図12には、太陽電池における電力出力特性を示す。ここでは、出力電圧に対して、出力電流を示している。この出力特性は、日射量によって異なる。図12に示すように、日射量が1000W/m^2の場合には、最大電力点追従において、高電圧で動作するが、日射量が落ちて、例えば、750W/m^2になった場合には、最大電力点追従の電圧は下がる。更に、日射量が落ちて、500W/m^2になった場合には、他の太陽電池の出力電流は、この太陽電池の出力の動作点に引き摺られることにより、全体の出力特性が低下する。

0005

このため、受光面にどのような影がかかっても、常に最大電力点を捉えるための技術が検討されている(例えば、特許文献1を参照。)。この文献に記載された太陽電池モジュールにおいては、複数個太陽電池セル碁盤目状に配置されて順次直列接続される。そして、隣接する太陽電池セル同士を直列接続または並列接続に切り替え切替手段と、太陽電池セルの電流値計測する電流計測手段と、電流計測手段により計測された電流値に基づいて切替手段の切り替え制御を行なう切替制御手段とを備える。この切替制御手段は、日陰にある太陽電池セルより検出される電流値の加算値が、日向にある太陽電池セルより検出される電流値になるまで、日陰にあって隣接する太陽電池セル同士を直列接続から並列接続に切り替えるように切替手段を制御する。

0006

また、維持管理が容易で発電効率を安定的に維持するための太陽光発電システムも検討されている(例えば、特許文献2を参照。)。この文献に記載された技術においては、太陽光発電システムは、太陽電池ストリングの正極および負極の電源出力端子並列に接続し出力する出力線との間を、接続または遮断する第1の切替器と、電源出力端子間を短絡または開放する第2の切替器とを備える。更に、太陽電池ストリングの所定箇所検出端子間電圧値を所定の値と比較し比較した比較信号を出力する比較器と、比較信号を入力しこの入力信号に基づき第1の切替器と第2の切替器の開閉を制御する制御器とを有する。検出端子間の電圧値が所定の値以下となった太陽電池ストリングを異常と判定し、この太陽電池ストリングの電源出力端子を出力線から遮断し、電源出力端子間を短絡する。また、表示器で異常と判定した太陽電池ストリングの識別符号を表示する。

0007

また、太陽電池アレイから最大電力を取り出すための太陽光発電装置も検討されている(例えば、特許文献3を参照。)。この文献に記載された技術においては、複数の単位太陽電池モジュールを用いた太陽光発電装置において、隣接する単位太陽電池モジュールの一部又はすべてがスイッチを介して接続される。更に、この太陽光発電装置においては、スイッチのオンオフ又は切り替えにより単位太陽電池モジュールの直列並列構造が変化する。

先行技術

0008

特開2012−204651号公報
特開平7−177652号公報
特開2000−89841号公報

発明が解決しようとする課題

0009

影の影響を受ける発電特性を改善するために、各パネルにDC/DCコンバータを設置して、太陽電池パネルを個別に制御する場合もある。この手法により特性は改善するが、このDC/DCコンバータについてのコスト負担が生じる課題がある。

0010

また、上述の特許文献に記載されているように、複数の太陽電池の接続関係を変更する場合、全体の発電効率を考慮した接続関係の決定は難しい。
更に、建造物の影や雲の影は、時間によって変化する。この変化に応じて、頻繁に接続を変更していたのでは、接続変更のための消費電力が大きくなるとともに、切替スイッチ等の構成部品の消耗が早くなる可能性もある。

0011

特に、太陽電池パネルの傍に建造物がある場合、太陽の位置によって建造物の影が、太陽電池パネルに定期的に投影されることがある。このように予測できる影の影響を考慮して太陽電池パネルを制御できれば、接続変更のための消費電力を少なくすることが期待できる。

0012

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、太陽光を用いて発電する複数の太陽光発電部を用いて、効率的な発電を行なうための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

0013

上記課題を解決する太陽光発電システムにおいては、複数の太陽光発電部が接続され、前記各太陽光発電部における発電についての出力値を検出して出力するセンサ部と、前記各太陽光発電部における出力を制御するスイッチ部と、前記センサ部で検出した出力値を取得する制御部とを備えた太陽光発電システムであって、前記制御部が、太陽光の障害物による部分影の発生状況を予測し、前記センサ部で検出した出力値及び前記部分影の発生状況の予測に基づいて、前記各太陽光発電部のスイッチ部を制御する。

0014

上記太陽光発電システムによれば、前記制御部が、前記各太陽光発電部における出力値を、測定時期に関連付けて実測情報記録部に記録し、前記実測情報記録部に記録された出力値を用いて、この出力値が関連付けられている測定時期に対応する時期における前記部分影の発生状況を予測することが好ましい。

0015

上記太陽光発電システムによれば、前記制御部は、外部センサに接続されており、前記外部センサから取得した情報に基づいて、前記部分影の発生状況を予測することが好ましい。
上記太陽光発電システムによれば、前記制御部が、天候情報を取得し、前記天候情報に基づいて、前記部分影の発生状況を予測することが好ましい。

0016

上記太陽光発電システムによれば、前記制御部が、天候情報を取得し、前記天候情報に基づいて、評価サイクルを決定し、前記評価サイクルにおいて、前記各太陽光発電部のスイッチ部の制御を変更するかどうかの判定処理を実行し、前記各太陽光発電部のスイッチ部の制御を変更すると判定した場合に、前記各太陽光発電部のスイッチ部を制御することが好ましい。

0017

上記太陽光発電システムによれば、前記部分影の発生状況の予測に基づいて、前記太陽光発電部における発電可能な基準電力を予測し、前記基準電力と、各太陽光発電部の出力値とを比較した比較結果に基づいて各太陽光発電部の状態を特定し、この状態に関する情報を出力することが好ましい。

発明の効果

0018

本発明によれば、太陽光を用いて発電する複数の太陽光発電部から構成された太陽光発電システムにおいて、効率的な発電を実現することができる。

図面の簡単な説明

0019

第1実施形態の太陽光発電システムの構成図。
第1実施形態の太陽電池モジュールの説明図。
第1実施形態の処理フローの説明図。
第1実施形態の処理フローの説明図。
第1実施形態の処理フローの説明図。
第2実施形態の太陽光発電システムの構成図。
第2実施形態の太陽電池モジュールの説明図。
第2実施形態のマスタとなる太陽電池モジュールの遷移の説明図。
第2実施形態のマスタとなる太陽電池モジュールの遷移の説明図。
第2実施形態の処理フローの説明図。
変更例における処理フローの説明図。
太陽電池の発電特性の説明図。

実施例

0020

(第1の実施形態)
以下、太陽光発電システムの一実施形態を、図1図5に従って説明する。本実施形態では、複数の太陽電池セルが接続された太陽光発電システムにおいて、各太陽電池セル接続状態を制御する太陽光発電システムとして説明する。

0021

本実施形態では、図1に示すように、太陽光発電装置A1は、複数の太陽電池モジュール10(太陽光発電部)を備えている。ここでは、8個の太陽電池モジュール10を用い、上段の太陽電池モジュール10、下段の太陽電池モジュール10が、それぞれ4個が直列に接続されている場合を想定する。なお、太陽電池モジュール10の数や接続形態はこれに限定されるものではない。

0022

図2に示すように、各太陽電池モジュール10は、太陽電池セルSC、制御部11、電力センサ12を備えている。各太陽電池モジュール10の制御部11は、信号線により、統合制御部20に接続されている。

0023

太陽電池セルSCは、入射した太陽光エネルギーを電力に変換する半導体素子である。更に、太陽電池セルSCにより発電された電力は、スイッチ131,132を介する出力ラインを通じて外部に出力される。また、外部出力ラインには、このラインをバイパスするためのスイッチ133が設けられている。各スイッチ131,132,133は、制御部11からの信号に基づいて制御され、太陽電池セルSCにおける電力の出力を制御するスイッチ部として機能する。太陽電池セルSCを使用する場合には、スイッチ131,132をオンし、スイッチ133をオフする。一方、太陽電池セルSCを使用しない場合には、スイッチ131,132をオフし、スイッチ133をオンする。

0024

電力センサ12は、太陽電池セルSCが発電する電力の出力値(電圧及び電流)を計測するセンサ部である。そして、電力センサ12は、計測した測定値(太陽電池セルSCの出力値)を制御部11に供給する。
制御部11は、送信部111を備えており、電力センサ12から測定値を取得し、統合制御部20に送信する。

0025

図1に示すように、統合制御部20は、太陽電池モジュール10を制御するコンピュータである。この統合制御部20は、評価支援部210、測定部211、判定部212、指示部213、測定値記憶部22を備えている。また、統合制御部20は、現在の測定サイクル数を記憶する。

0026

評価支援部210は、部分影パターンを生成するとともに、天候情報に基づいて、評価サイクルを決定する処理を実行する。この評価支援部210は、天候情報に対応して、評価を行なうタイミングを決定する評価基準回数が関連付けられているサイクル決定テーブルを保持させておく。この評価基準回数は、測定回数に対して評価時期を判定するためのサイクル数である。サイクル決定テーブルにおいては、天候の変化が少ない予報の場合には、天候の変化がある予報の場合よりも長い測定サイクルとなるように評価基準回数が設定されている。

0027

更に、評価支援部210は、部分影パターン記憶部を備えている。この部分影パターン記憶部には、適用時期範囲及び影発生時刻に関連付けて部分影パターンが記録される。ここで、適用時期範囲とは、この部分影パターンを適用可能な期間(例えば、月日)である。また、影発生時刻とは、影パターンが出現する時間帯である。本実施形態では、この時間帯は、例えば、1日における0.5時間毎時刻で特定される。また、部分影パターンとして、影領域モジュール(建物等の影等によって予め電圧値が低下すると予想される太陽電池モジュール10)を特定するモジュール識別子が記録される。
更に、評価支援部210は、制御当日において適用する部分影パターンを記憶する。

0028

測定部211は、各太陽電池モジュール10の制御部11から、測定値を取得し、測定値記憶部22に記録する処理を実行する。

0029

判定部212は、各太陽電池モジュール10から取得した測定値に基づいて、制御部11に対する制御の要否を判定する。この判定部212は、現在の各太陽電池モジュール10の使用状態を特定するためのスイッチ制御パターンセルパターン)を保持している。
指示部213は、判定部212における判定結果に基づいて、各太陽電池モジュール10に対して、制御部11に対する制御信号を送信する。

0030

測定値記憶部22は、実測情報記録部として機能し、太陽電池モジュール10における出力に関する測定値レコードを記憶する。この測定値レコードは、各太陽電池モジュール10から測定値を取得した場合に記録される。この測定値レコードには、測定時刻、モジュール識別子、測定値に関するデータが記録される。

0031

測定時刻データ領域には、各太陽電池モジュール10から測定値を取得した時刻に関するデータが記録される。
モジュール識別子データ領域には、測定値を取得した太陽電池モジュール10を特定するための識別子に関するデータが記録される。
測定値データ領域には、この太陽電池モジュール10から取得した測定値(電圧値及び電流値)に関するデータが記録される。

0032

次に、図3を用いて、部分影の登録処理を説明する。
この部分影の登録処理においては、測定値記憶部22に記録された測定値レコード(実測情報)に応じて、影発生時期毎に建造物による部分影発生(電力発生むら)をパターン化する。この処理は、所定の登録期間(例えば、1年)毎に行なわれる。

0033

ここでは、統合制御部20は、発電量に基づいて部分影パターンの生成処理を実行する(ステップS101)。具体的には、統合制御部20の評価支援部210は、測定値記憶部22から、登録期間の測定値レコードを取得する。そして、評価支援部210は、日毎に、天候等の影響を排除した出力情報規格化された出力値)を算出する。ここでは、評価支援部210は、同じ時刻の太陽電池モジュール10の最高出力値最高電圧値)を特定する。次に、評価支援部210は、この時刻の各太陽電池モジュール10の出力値を、この最高出力値で除算することにより、出力値を規格化する。そして、評価支援部210は、各太陽電池モジュール10について、所定の適用時期範囲(例えば、各月)において、周期的に規格化出力値が低下する時間帯があるかどうかを検索する。統合制御部20は、このような時間帯がある場合には、部分影が生じていると判定する。次に、評価支援部210は、部分影が生じていると判定した時間帯において、周期的に規格化出力値が低下している(影領域モジュールとなる)太陽電池モジュール10のモジュール識別子をまとめた部分影パターンを生成する。なお、周期的に、同じ太陽電池モジュール10に出力値が低下する時間帯がない場合には、部分影はないと判定して処理を終了する。

0034

次に、統合制御部20は、影発生時期に関連付けて部分影パターンの登録処理を実行する(ステップS102)。具体的には、統合制御部20の評価支援部210は、部分影パターンが生じている時間帯を、影発生時期として特定する。更に、評価支援部210は、適用時期範囲及び影発生時期に関連付けて、部分影パターン(影領域モジュールのモジュール識別子)を部分影パターン記憶部に記録する。

0035

次に、図4を用いて、日時処理を説明する。
この日時処理においては、現在日に基づいて、建造物による部分影の発生を予測する。この処理は、毎日発電開始前に実行される。

0036

まず、統合制御部20は、現在日に基づいて部分影パターンの取得処理を実行する(ステップS201)。具体的には、統合制御部20の評価支援部210は、システムタイマにおいて、現在月日を取得する。そして、評価支援部210は、部分影パターン記憶部から、現在月日が適用時期範囲に含まれる部分影パターンを検索する。この場合、現在月日が適用時期範囲に含まれる部分影パターンが部分影パターン記憶部に記録されていない場合には、統合制御部20は、制御当日において適用する部分影パターンは記憶せずに、日時処理を終了する。

0037

次に、統合制御部20は、適用する部分影パターンの記録処理を実行する(ステップS202)。具体的には、統合制御部20の評価支援部210は、部分影パターン記憶部から取得した部分影パターンの影発生時期と、部分影パターンとしてのモジュール識別子とを、制御当日において適用する部分影パターンとして記憶する。

0038

次に、図5を用いて、太陽光発電装置A1の制御処理について説明する。
ここでは、まず、統合制御部20は、天候情報の取得処理を実行する(ステップS301)。具体的には、統合制御部20の評価支援部210は、インターネット等を介して、現在日の天候情報を取得する。

0039

次に、統合制御部20は、天候情報に基づいて評価タイミング決定処理を実行する(ステップS302)。具体的には、統合制御部20の評価支援部210は、サイクル決定テーブルを用いて天候情報に対応した評価基準回数を決定する。

0040

次に、統合制御部20は、各セルの電力測定処理を実行する(ステップS303)。具体的には、統合制御部20の測定部211は、システムタイマを用いて現在時刻を特定し、この現在時刻が測定サイクルにおける測定時刻になっているかどうかを判定する。そして、測定部211は、測定時刻の到来を検知した場合、各太陽電池モジュール10に対して、電力の測定指示を送信する。この場合、各太陽電池モジュール10の制御部11は、電力センサ12により、太陽電池セルSCの出力値(電流値、電圧値)を検出する。そして、制御部11の送信部111は、検出した電力に関するデータを、統合制御部20に対して送信する。そして、統合制御部20の測定部211は、太陽電池モジュール10における電力の出力値を取得する。

0041

次に、統合制御部20は、各セル電力記録処理を実行する(ステップS304)。具体的には、統合制御部20の測定部211は、取得した電力の出力値(電流値、電圧値)を測定値として、現在時刻、太陽電池モジュール10のモジュール識別子に関連付けて、測定値記憶部22に記録する。

0042

次に、統合制御部20は、評価時期かどうかについての判定処理を実行する(ステップS305)。具体的には、統合制御部20の判定部212は、前回の評価時期からの測定サイクル数をカウントする。そして、測定サイクル数と評価基準回数とを比較する。ここで、測定サイクル数が評価基準回数未満であれば評価時期でないと判定し、測定サイクル数が評価基準回数以上であれば、評価時期と判定する。

0043

評価時期でないと判定した場合(ステップS305において「NO」の場合)、統合制御部20は、現在の測定サイクル数に「1」を加算して、ステップS303以降の処理を繰り返す。

0044

一方、評価時期と判定した場合(ステップS305において「YES」の場合)、統合制御部20は、各セルの状態の特定処理を実行する(ステップS306)。具体的には、統合制御部20の判定部212は、測定値記憶部22から、各太陽電池モジュール10について、前回の評価時期以降の測定値(測定サイクル数に応じた数の測定値)を取得する。ここでは、各測定時刻における太陽電池セルSCの電圧値を取得する。

0045

次に、統合制御部20は、パターンずれがあるかどうかについての判定処理を実行する(ステップS307)。具体的には、統合制御部20の判定部212は、太陽電池モジュール10の電圧値と閾値電圧とを比較する。そして、各太陽電池モジュール10について、電圧値と閾値との比較結果を特定したマップ(現状の状態を組み合わせたパターン)を作成する。次に、判定部212は、閾値以下の太陽電池モジュール10と閾値を超えた太陽電池モジュール10とのマップと、その時点で適用しているセルパターンとを比較する。そして、判定部212は、このマップとセルパターンとが異なる場合には、パターンずれがあると判定する。例えば、セルパターンにおいてオン状態の太陽電池モジュール10の電圧値が閾値以下になっている場合や、オフ状態の太陽電池モジュール10の電圧値が閾値を越えている場合には、パターンずれがあることになる。

0046

パターンずれがないと判定した場合(ステップS307において「NO」の場合)、統合制御部20は、測定サイクル数を「0」にリセットして、ステップS303以降の処理を繰り返す。

0047

一方、パターンずれがあると判定した場合(ステップS307において「YES」の場合)、統合制御部20は、セルパターンの作成処理を実行する(ステップS308)。具体的には、統合制御部20の判定部212は、測定電圧が閾値よりも低い太陽電池セル(劣化セル)のオン・オフ切り替えを行なったセルパターン候補を生成する。例えば、複数の劣化セルを検知した場合には、各劣化セルを順次、オフ切り替えを行なった場合のセルパターン候補を生成する。ここで、n個の劣化セルがある場合には、〔2^(n−1)〕個のセルパターン候補が生成される。

0048

ここで、統合制御部20は、制御当日において適用する部分影パターンを記憶している場合には、システムタイマと部分影パターンの影発生時期とを比較し、現在時刻における影領域モジュールを特定する。そして、統合制御部20は、生成したセルパターン候補から、影領域モジュールの太陽電池モジュール10がオンとなるセルパターン候補を検索し、このセルパターン候補を以下の処理対象から除外する。これにより、処理対象のセルパターン候補を絞り込む。

0049

次に、統合制御部20は、各セルパターンの電力算出処理を実行する(ステップS309)。具体的には、統合制御部20の判定部212は、測定値記憶部22に記録された測定値(電流値、電圧値)を用いて、絞り込まれた各セルパターン候補について、各太陽電池モジュール10のオン・オフ切替制御を行なった場合の電力予測値を算出する。この場合、判定部212は、測定値記憶部22に記録されている、複数の各測定サイクルの測定値を用いて電力予測値を算出する。そして、判定部212は、算出した電力予測値をセルパターン候補に関連付けて仮記憶する。

0050

次に、統合制御部20は、すべてのセルパターンの評価を終了したかどうかについての判定処理を実行する(ステップS310)。ここで、統合制御部20は、すべてのセルパターンの電力予測値を算出した場合には、すべてのセルパターン候補の評価を終了したと判定する。

0051

すべてのセルパターンの評価を終了していないと判定した場合(ステップS310において「NO」の場合)、統合制御部20は、電力予測値をまだ算出していない他のセルパターン候補を特定する。そして、統合制御部20は、特定したセルパターン候補について、各セルパターンの電力算出処理(ステップS309)以降の処理を繰り返す。

0052

一方、すべてのセルパターンの評価を終了したと判定した場合(ステップS310において「YES」の場合)、統合制御部20は、最大電力のセルパターン決定処理を実行する(ステップS311)。具体的には、統合制御部20の判定部212は、仮記憶した電力予測値の中で最も大きいセルパターン候補を特定する。判定部212は、この特定したセルパターン候補を太陽電池モジュール10の使用状態を特定するためのスイッチ制御パターンとして保持する。そして、判定部212は、保持したスイッチ制御パターンを指示部213に供給する。

0053

次に、統合制御部20は、各セルに対して切替え信号送信処理を実行する(ステップS312)。具体的には、統合制御部20の指示部213は、判定部212から取得したスイッチ制御パターンに基づいて、各太陽電池モジュール10のオン・オフ状態を特定する。そして、指示部213は、この状態を指定した切替信号(セルパターン)を各太陽電池モジュール10に送信する。

0054

次に、各太陽電池モジュール10は、スイッチ切替え処理を実行する(ステップS313)。具体的には、各太陽電池モジュール10の制御部11は、統合制御部20から取得した切替信号に基づいて、スイッチ131〜133を切り替える。ここで、オフ信号を受信した場合には、制御部11は、スイッチ131,132をオフするとともに、スイッチ133をオンする。一方、オン信号を受信した場合には、制御部11は、スイッチ131,132をオンするとともに、スイッチ133をオフする。
その後、統合制御部20は、測定サイクル数を「0」にリセットして、ステップS101以降の処理を繰り返す。

0055

上記実施形態の太陽光発電システムによれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)上記実施形態では、統合制御部20は、部分影の登録処理及び日時処理を実行する。統合制御部20は、太陽光発電装置A1の制御処理において、生成したセルパターン候補から、現在日において適用する部分影パターンに応じてセルパターン候補の絞り込みを行なう。これにより、建造物の影等により、電圧低下が予想される太陽電池モジュール10を考慮して、効率的にスイッチ切替を行なうことができる。

0056

(2)上記実施形態では、統合制御部20は、天候情報の取得処理(ステップS301)、天候情報に基づいて評価タイミングの決定処理(ステップS302)を実行する。これにより、天候に応じて効率的にセルパターンを評価することができる。例えば、天候の変化が激しく、雲や日光の状態が変化しやすい場合、これに応じて影が変化することがある。この場合には、評価基準回数を減らして評価する間隔を短くすることにより、状況に応じたセルパターンを適用して、効率的に発電を行なうことができる。一方、天候の変化が少なく、雲等による影の変化が少ない場合には、評価基準回数を増やして評価する間隔を長くすることにより、消費電力を抑制することができる。

0057

(3)上記実施形態では、統合制御部20は、各セルの電力測定処理(ステップS303)、各セル電力記録処理(ステップS304)、評価時期かどうかについての判定処理(ステップS305)を実行する。これにより、所定の時間毎に測定値を記録するとともに、複数回の測定結果に基づいて評価の要否を判断することができる。従って、制御部11や統合制御部20の消費電力を抑制しながら、効率のよい太陽光発電を行なうことができる。

0058

(4)上記実施形態では、測定サイクル数が評価基準回数を超えており、評価時期と判定した場合(ステップS305において「YES」の場合)、統合制御部20は、各セルの状態の特定処理を実行する(ステップS306)。パターンずれがあると判定した場合(ステップS307において「NO」の場合)、統合制御部20は、セルパターンの作成処理(ステップ308)、各セルに対して切替え信号送信処理(ステップS312)を実行する。これにより、例えば問題がある太陽電池セルを検知した場合、セルパターンを生成することにより、一部の太陽光発電部の発電量が減少している場合においても、全体的な発電状態を考慮した制御を行なうことができる。

0059

(5)上記実施形態では、統合制御部20は、各セルパターンの電力算出処理を実行する(ステップS309)。すべてのセルパターンの評価を終了したと判定した場合(ステップS310において「YES」の場合)、統合制御部20は、最大電力のセルパターン決定処理を実行する(ステップS311)。これにより、一部の太陽電池モジュール10の発電量が低下した場合においても、多様なセルパターンを想定することができる。従って、全体的な状況を加味して、太陽電池モジュール10の切り離しの要否を判定することができる。

0060

また、複数回の測定結果に基づいて、最大電力を出力できるセルパターンを特定することができる。従って、影が急激に変化している場合にも、前回の評価時期からの各測定サイクルにおける測定値に基づいて、適切なセルパターンを特定することができる。

0061

(6)上記実施形態では、統合制御部20は、各セルに対して切替え信号送信処理を実行し(ステップS312)、各太陽電池モジュール10は、スイッチ切替え処理を実行する(ステップS313)。これにより、統合制御部20を用いて、太陽光発電装置A1全体を通じて、効率的な発電を実現することができる。

0062

(第2の実施形態)
次に、太陽光発電システムの第2の実施形態を図6図10にしたがって説明する。なお、第2の実施形態は、第1の実施形態の統合制御部20を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。この実施形態においては、統合制御部20の機能を、各太陽電池モジュールの制御部11において実現する。

0063

図6に示すように、太陽光発電装置A2は、太陽電池モジュール10a〜10hを備える。そして、太陽電池モジュール10a〜10hの中で、一つの太陽電池モジュールの制御部11がマスタとして機能し、他の太陽電池モジュールの制御部11がスレーブとして機能する。そして、マスタとしての制御部11が、上記第1実施形態の統合制御部20として機能し、スレーブとして機能する他の制御部11に対して、制御信号を送信する。

0064

図7に示すように、各制御部11は、第1の実施形態と同様に、送信部111を備えるとともに、統合制御部として機能するための評価支援部210、測定部211、判定部212、指示部213、測定値記憶部22を備える。

0065

更に、制御部11は、マスタ管理部214を備える。このマスタ管理部214は、他の太陽電池モジュールと通信を行ない、マスタとなる制御部11を決定する。このマスタ管理部214は、太陽電池モジュール10a〜10hの中で、マスタになる順位に関するデータを保持している。例えば、「10a→10b→…→10h」のような順番を特定するためのデータを保持している。この場合、最後の順番の太陽電池モジュール10hがマスタとなった後は、次のマスタは、最初の太陽電池モジュール10aとなる。

0066

そして、各制御部11が、マスタ又はスレーブのいずれかを識別するためのデータを保持する。
図8及び図9に示すように、マスタとして機能する太陽電池モジュール10の制御部11は、順番に切り替わるものとする。

0067

また、図9に示すように、問題がある太陽電池モジュール(例えば、太陽電池モジュール10f)を検知した場合には、この太陽電池モジュール10fを避けて、他の太陽電池モジュール10a〜10e、10g、10hのいずれかがマスタとして機能する。
更に、各制御部11は、マスタの引継ぎを行なうタイミングか否かの継続基準回数を記憶している。また、各制御部11は、現在の継続サイクル回数を記憶する。

0068

次に、図10を用いて、マスタスレーブの引継処理を説明する。ここでは、マスタを、先行の太陽電池モジュール10dから太陽電池モジュール10eに引継ぎ、この太陽電池モジュール10eが後続の太陽電池モジュール10gに引き継ぐ場合を想定する。

0069

まず、太陽電池モジュール10eの制御部11は、マスタ承継処理を実行する(ステップS401)。具体的には、制御部11のマスタ管理部214は、太陽電池モジュール10dの制御部11から、マスタとなるための指示を受ける。この場合、マスタ管理部214は、継続サイクル回数を「0」にリセットする。

0070

次に、太陽電池モジュール10eの制御部11は、マスタとしての制御処理を実行する(ステップS402)。具体的には、制御部11の測定部211〜指示部213は、図5に示す制御処理を実行する。

0071

次に、太陽電池モジュール10eの制御部11は、引継時期かどうかについての判定処理を実行する(ステップS403)。具体的には、制御部11は、制御処理における継続サイクル回数をカウントする。そして、制御部11のマスタ管理部214は、継続サイクル回数と継続基準回数とを比較する。そして、継続サイクル回数が継続基準回数未満であれば引継時期でないと判定し、継続サイクル回数が継続基準回数以上であれば、引継時期の到来と判定する。

0072

引継時期ではないと判定した場合(ステップS403において「NO」の場合)、太陽電池モジュール10eの制御部11は、現在のサイクル数に「1」を加算し、マスタとしての制御処理(ステップS402)をそのまま続行する。

0073

一方、引継時期の到来と判定した場合(ステップS403において「YES」の場合)、太陽電池モジュール10eの制御部11は、通信可能な他のモジュールの特定処理を実行する(ステップS404)。具体的には、制御部11のマスタ管理部214は、電力の測定指示に応じて、太陽電池セルSCの出力値を送信してきた他の太陽電池モジュール10を特定する。例えば、太陽電池モジュール10fからの送信がない場合には、太陽電池モジュール10a〜10d、10g、10hを特定する。

0074

太陽電池モジュール10eの制御部11は、次のモジュールへのマスタ引継処理を実行する(ステップS405)。具体的には、制御部11のマスタ管理部214は、通信可能な他の太陽電池モジュール10a〜10d、10g、10hであって、次順位の太陽電池モジュールを、次にマスタとなるモジュールとして特定する。ここでは、太陽電池モジュール10eの制御部11は、測定値を送信していない太陽電池モジュール10fをスキップして、太陽電池モジュール10gを特定する。そして、制御部11のマスタ管理部214は、後続の太陽電池モジュール10gに対してマスタ引継指示を送信する。

0075

次に、太陽電池モジュール10gの制御部11は、先行の太陽電池モジュール10と同様に、マスタ承継処理(ステップS401)〜マスタ引継処理(ステップS405)を実行する。

0076

従って、第2の実施形態によれば、第1の実施形態の(1)〜(6)に記載の効果と同様な効果に加えて以下の効果を得ることができる。
(7)第2の実施形態では、複数の太陽電池モジュール10a〜10hの中で一つの太陽電池モジュールの制御部11がマスタとして機能し、他の太陽電池モジュールの制御部11がスレーブとして機能する。これにより、他の太陽電池モジュール10も統合して管理を行なうマスタの太陽電池モジュール10を定期的に交替させることができる。従って、一部の太陽電池モジュール10において障害が生じた場合にも、各太陽電池モジュール10を制御することができる。

0077

また、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態においては、太陽光発電部として太陽電池モジュールを想定し、この太陽電池モジュールを取りまとめた太陽光発電装置A1、A2において制御処理を行なった。複数の太陽光発電部を、全体の状態を考慮して制御するものであれば、上記構成に限定されるものではない。例えば、複数の太陽電池セルから構成された太陽電池モジュールにおいて、各太陽電池セルの切り替えを行なうようにしてもよい。また、モジュールを複数枚数並べて直列接続したストリングや、ストリングを並列接続したアレイを、全体システムの状態を考慮して制御するようにしてもよい。

0078

・上記第1の実施形態においては、統合制御部20は、天候情報の取得処理を実行する(ステップS301)。ここでは、インターネットを介して天候情報を取得する。天候情報の取得方法は、これに限定されるものではない。インターネットから取得できる天気情報の他、外部センサ情報(例えば、フォトセンサで検知する光量)を用いることができる。

0079

・上記第1の実施形態においては、統合制御部20は、天候情報の取得処理(ステップS301)、天候情報に基づいて評価タイミングの決定処理(ステップS302)を実行する。ここで、天候情報は、ネット経由で取得した情報(天気風向き、風速気温)やセンサで取得した情報(光量、風速)を利用することができる。例えば、穏やかな天候の日には、変化が生じ難いとして測定サイクルが長くなるように多い評価基準回数を設定する。これにより、天候に応じて効率的にセルパターンを評価することができる。

0080

・上記第1の実施形態においては、統合制御部20は、天候情報の取得処理(ステップS301)、天候情報に基づいて評価タイミングの決定処理(ステップS302)を実行する。これに代えて、天候情報に基づいて、太陽電池セルの性能評価に用いてもよい。この場合には、例えば、天候情報として、フォトセンサで光量を検知し、この光量を基準として、太陽電池セルの経年劣化等の性能を評価するようにしてもよい。具体的には、統合制御部20に、太陽電池モジュール10の周囲に設けたフォトセンサを接続する。このフォトセンサは、建造物等の影が生成されない場所に設置する。統合制御部20には、接続されている太陽電池モジュール10を特定するための情報を保持している。更に、統合制御部20に、ネットワークを介して管理者端末を接続する。この管理者端末は、太陽電池モジュール10を管理する管理者が使用するコンピュータ端末である。

0081

次に、図11を用いて、太陽電池セルの評価処理を説明する。この評価処理は、1日の異なる時間帯において定期的に実行される。
具体的には、統合制御部20は、フォトセンサ情報の取得処理を実行する(ステップS501)。具体的には、統合制御部20の評価支援部210は、フォトセンサにおける起電力(電圧値)に関する情報を取得する。

0082

次に、統合制御部20は、フォトセンサ情報に基づいて基準起電力の算出処理を実行する(ステップS502)。具体的には、統合制御部20の評価支援部210は、各太陽電池モジュール10の出力値を取得する。そして、評価支援部210は、フォトセンサの起電力と各太陽電池モジュール10の電圧値とを比較して、それぞれの電圧比較値を算出する。本実施形態では、電圧比較値として、太陽電池モジュール10の電圧値をフォトセンサの起電力で除算した値を用いる。

0083

次に、統合制御部20は、劣化診断結果の出力処理を実行する(ステップS503)。具体的には、統合制御部20の評価支援部210は、部分影パターンを用いて、影の影響を受けない(出力値の低下しない)と予測される太陽電池モジュール10を特定する。そして、評価支援部210は、特定した太陽電池モジュール10の電圧比較値が、基準値以下になっているものがあるかどうかを確認する。基準値以下の場合には、太陽電池モジュール10に何らかの問題があると判定する。

0084

ここで、問題がある太陽電池モジュール10を検知した場合には、統合制御部20の評価支援部210は、管理者端末に対して、注意メッセージを送信する。この注意メッセージには、太陽電池モジュール10を特定する情報、太陽電池セルの劣化情報等を含める。これにより、太陽電池モジュール10の劣化診断を容易に行なうことができる。

0085

・上記第1の実施形態においては、統合制御部20は、部分影の登録処理において、部分影パターンの生成処理を実行する(ステップS101)。この場合、統合制御部20の評価支援部210は、実測情報を用いて部分影パターンを生成した。これに加えて、天候情報に基づいて、部分影の発生状況を予測するようにしてもよい。例えば、晴天日のように、日光が強く、部分影の影響が出やすい場合には、部分影パターンを適用する。一方、曇天日のように、日光が弱く、部分影の影響が少ない場合には、部分影パターンを適用しない。これにより、天候に応じて、部分影の影響を考慮して効率的な発電を行なうことができる。

0086

・上記第1の実施形態においては、統合制御部20は、各セルの電力測定処理を実行する(ステップS303)。ここでは、タイマを用いて測定サイクルにおける測定時刻を特定する。そして、測定時刻の到来を検知した場合、各太陽電池モジュール10における電力の出力値の測定を行なう。この測定サイクルの長さを、状況に応じて変更するようにしてもよい。例えば、時間帯によって変更してもよい。

0087

・上記第1の実施形態においては、統合制御部20は、最大電力のセルパターン決定処理を実行する(ステップS311)。具体的には、統合制御部20の判定部212は、仮記憶した電力予測値の中で最も大きいセルパターンを特定する。ここで、統計値により、セルパターンを決定することも可能である。例えば、セルパターンについて、測定サイクル間の出力値の平均値(統計値)を算出する。そして、統計値が最も大きいセルパターンを決定する。

0088

また、複数の最大電力のセルパターンを特定できた場合には、現在のセルパターンに対して、オン・オフ切替が少ないセルパターンを決定するようにしてもよい。これにより、少ないスイッチ切替で、効率がよいセルパターンに変更することができる。

0089

更に、特定サイクル毎に各セルパターン候補の出力予測値を比較し、出力予測値が最も大きくなる回数が多いセルパターン候補を、セルパターンとして決定してもよい。これにより、直近の出力値を用いて最も出力予測値が大きくなるセルパターンを特定することができる。

0090

・上記第2の実施形態においては、太陽電池モジュールの制御部11は、引継時期の到来と判定した場合(ステップS403において「YES」の場合)、次のモジュールへのマスタ引継処理を実行する(ステップS405)。この処理において、制御部11は、通信可能な他のモジュールであって、次順位の太陽電池モジュール10を、次にマスタとなるモジュールとして特定する。次にマスタとなるモジュールの特定は、予め定めた順位の順番に限定されるものではない。また、マスタの交替は定期的でなくてもよい。例えば、出力値が最も高い太陽電池モジュール10がマスタとなるようにしてもよい。具体的には、制御部11は、測定値を用いて、通信可能な他のモジュールであって、現在のマスタであるモジュールよりも出力(電圧値)が高い太陽電池モジュール10の有無を判定する。ここで、現在のマスタである太陽電池モジュール10が最も高い電圧値の場合には、この太陽電池モジュール10の制御部11は、そのままマスタとしての制御処理(ステップS402)を続行する。一方、通信可能な他のモジュールであって、現在のマスタである太陽電池モジュール10の電圧値より高い太陽電池モジュール10を検知した場合には、この太陽電池モジュール10に対してマスタ引継指示を送信する。これにより、発電量が多い太陽電池モジュール10の制御部11にマスタを引き継ぎ、この電力を活用して、各太陽電池モジュール10を管理することができる。

0091

A1,A2…太陽光発電装置、SC…太陽電池セル、10…太陽電池モジュール、11…制御部、12…電力センサ、20…統合制御部、22…測定値記憶部、111…送信部、131,132,133…スイッチ、210…評価支援部、211…測定部、212…判定部、213…指示部、214…マスタ管理部。

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