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技術 太陽光発電装置、および太陽光発電装置の制御方法

出願人 国立大学法人佐賀大学国立研究開発法人産業技術総合研究所
発明者 原重臣嘉数誠千葉恭男増田淳
出願日 2017年7月18日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2017-139367
公開日 2019年2月7日 (9ヶ月経過) 公開番号 2019-022347
状態 未査定
技術分野 光起電力装置 交流の給配電
主要キーワード 時間間隔調整 大規模設備 太陽光電池モジュール 遊休地 気象変化 データ誤差 設置方位 直達日射
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重要な関連分野

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課題

急激な気象変化により太陽光発電装置から出力される電力量に過渡的な変化が生じた場合においても、安価なシステムにより常に正確な発電量計測することができる太陽光発電装置、および太陽光発電装置の制御方法を提供することを目的とする。

解決手段

太陽光発電装置1は、計測された発電状況データの時系列データが第1の記憶部5に記憶される。第1の記憶部5の任意の時間における現在の発電状況データP2と、1つ前の発電状況データP1の差分を演算し、絶対値Sとして比較部6cに出力する。比較部6cに入力された演算結果は、閾値Tと比較し、絶対値Sが閾値T以下の場合には、発電状況データの第1の記憶部5から第2の記憶部7へ記憶する時間間隔を長くする。一方、絶対値Sが閾値Tを超える場合には、発電状況データの第1の記憶部5から第2の記憶部7へ記憶する時間間隔を短くする。

概要

背景

近年、化石燃料枯渇に加えて地球温暖化等の地球環境問題が深刻化していることから、自然エネルギーを利用した太陽光発電装置風力発電装置が注目されている。特に、CO2の排出権問題やRPS(Renewable Portfolio Standard)制度の導入により、今後さらにその重要性が増すことが予想される。

その中でも太陽光発電装置は設置が容易であり、住宅や農業ハウス屋根発電からメガソーラー発電所のような大規模設備まで簡易に設置することが可能なことから、その普及が急速に進んでいる。

太陽光発電装置は、複数の日射面に設置された太陽電池モジュールを並べてパネル上に構成した太陽電池アレイ接続箱、およびパワーコンディショナを備えて構成されている。即ち、太陽電池アレイで発電される直流電力は、接続箱を介してパワーコンディショナに出力される。パワーコンディショナでは、接続箱から出力される直流電力を交流電力に変換して、商用電力として各家庭工場等に配電される。

このような太陽光発電装置は、長期にわたる運用予定されているため、充分な耐用年数を有するように設計されているが、絶えず雨風や降雪高温低温といった厳しい環境下に曝されることにより、複数配置された太陽電池モジュールの幾つかは故障劣化により発電能力が低下してしまうため、早期に交換対象となる太陽電池モジュールを特定し交換する必要がある。

また、太陽光発電装置は、日射等の気象条件、太陽電池モジュールの温度特性によって発電性能が大きく変化することが知られている。そのため、太陽光発電装置による発電量が低下した場合、太陽電池モジュールなどの故障による発電量の低下なのか、または日射量の低下による発電量の低下なのかが容易に判断できない。

このような点を踏えて、太陽光発電装置の故障を正確に診断する故障診断装置について盛んに研究開発が行われている。例えば特許文献1には、太陽光発電装置の各太陽電池モジュール設置角度設置場所緯度経度設置方位、設置された地域における季節的要因による平均の日射量や温度などをパラメータとして予め設定することによって予測発電量を求め、この予測発電量と単位時間あたりの発電量を比較することで太陽光発電装置の故障を警告する故障診断装置が提案されている。

また、特許文献2には、所定の時間間隔で実測された日射量および実測された温度に基づいて太陽電池モジュールでの理論発電電力を算出し、実測した発電量と算出した理論発電量とを比較して太陽電池モジュールでの異常発生の有無を検出する故障診断装置が提案されている。

概要

急激な気象変化により太陽光発電装置から出力される電力量に過渡的な変化が生じた場合においても、安価なシステムにより常に正確な発電量を計測することができる太陽光発電装置、および太陽光発電装置の制御方法を提供することを目的とする。太陽光発電装置1は、計測された発電状況データの時系列データが第1の記憶部5に記憶される。第1の記憶部5の任意の時間における現在の発電状況データP2と、1つ前の発電状況データP1の差分を演算し、絶対値Sとして比較部6cに出力する。比較部6cに入力された演算結果は、閾値Tと比較し、絶対値Sが閾値T以下の場合には、発電状況データの第1の記憶部5から第2の記憶部7へ記憶する時間間隔を長くする。一方、絶対値Sが閾値Tを超える場合には、発電状況データの第1の記憶部5から第2の記憶部7へ記憶する時間間隔を短くする。

目的

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、急激な気象変化により太陽光発電装置で出力される電力量に過渡的な変化が生じた場合においても、安価なシステムにより常に正確な発電量を計測することができる太陽光発電装置、および太陽光発電装置の制御方法を提供する

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

太陽光を受けて発電する太陽電池モジュール発電状況に関する所定の発電状況データ計測する発電状況データ計測部と、該発電状況データ計測部で計測されたアナログ信号デジタル信号に変換するA/D変換器と、該A/D変換器から出力される前記発電状況データが記憶される記憶部と、前記A/D変換器から出力される前記発電状況データについて、前回の発電状況データと今回の発電状況データの差分値演算する差分演算部と、所定の閾値が記憶された閾値記憶部と、前記差分演算部からの出力値と前記閾値記憶部に記憶された閾値を比較する比較部と、前記発電状況データの前記記憶部へ記憶する時間間隔を前記比較部における比較結果に応じて調整する時間間隔調整部と、を備える太陽光発電装置

請求項2

前記時間間隔調整部は、前記差分値と前記閾値を比較して、差分値が前記閾値以下の場合には、前記発電状況データの前記記憶部へ記憶する時間間隔を所定に長くするか、または変更せず、差分値が前記閾値を超える場合には前記発電状況データの前記記憶部へ記憶する時間間隔を所定に短くする請求項1に記載の太陽光発電装置。

請求項3

前記時間間隔調整部は、差分値が前記閾値を超える場合には、前記発電状況データの前記記憶部へ記憶する時間間隔を好ましくは10ms以上かつ60s以下の間、より好ましくは20ms以上かつ60s以下の間で任意に設定する請求項2に記載の太陽光発電装置。

請求項4

前記発電状況データは、日射量である請求項1から請求項3の何れか一項に記載の太陽光発電装置。

請求項5

太陽光を受けて発電する太陽電池モジュールの発電状況に関する所定の発電状況データを計測するステップと、該発電状況データ計測部で計測された前記発電状況データのアナログ信号をA/D変換器によりデジタル信号に変換するステップと、該A/D変換器から出力される前記発電状況データを記憶部に記憶するステップと、前記A/D変換器から出力された前回の発電状況データと今回の発電状況データの差分値を演算するステップと、前記差分値と予め定められた閾値を比較するステップと、前記差分値と前記閾値の比較結果に応じて前記発電状況データの前記記憶部へ記憶する時間間隔を調整するステップと、を備える太陽光発電装置の制御方法

請求項6

前記発電状況データの前記記憶部へ記憶する時間間隔を調整するステップは、前記差分値が前記閾値以下の場合には、前記発電状況データの前記記憶部へ記憶する時間間隔を所定に長くするか、または変更せず、前記差分値が前記閾値を超える場合には、前記発電状況データの前記記憶部へ記憶する時間間隔を所定に短くする、請求項5に記載の太陽光発電装置の制御方法。

請求項7

前記発電状況データの前記記憶部へ記憶する時間間隔を調整するステップは、差分値が前記閾値を超える場合には、前記発電状況データの前記記憶部に記憶する時間間隔を10ms以上かつ60s以下の間、より好ましくは20ms以上かつ60s以下の間で任意に設定する請求項6に記載の太陽光発電装置の制御方法。

技術分野

0001

本発明は、太陽光発電装置、および太陽光発電装置の制御方法に関する。詳しくは、急激な気象変化により太陽光発電装置から出力される電力量に過渡的な変化が生じた場合においても、安価なシステムにより常に正確な発電量計測することができる太陽光発電装置、および太陽光発電装置の制御方法に係るものである。

背景技術

0002

近年、化石燃料枯渇に加えて地球温暖化等の地球環境問題が深刻化していることから、自然エネルギーを利用した太陽光発電装置や風力発電装置が注目されている。特に、CO2の排出権問題やRPS(Renewable Portfolio Standard)制度の導入により、今後さらにその重要性が増すことが予想される。

0003

その中でも太陽光発電装置は設置が容易であり、住宅や農業ハウス屋根発電からメガソーラー発電所のような大規模設備まで簡易に設置することが可能なことから、その普及が急速に進んでいる。

0004

太陽光発電装置は、複数の日射面に設置された太陽電池モジュールを並べてパネル上に構成した太陽電池アレイ接続箱、およびパワーコンディショナを備えて構成されている。即ち、太陽電池アレイで発電される直流電力は、接続箱を介してパワーコンディショナに出力される。パワーコンディショナでは、接続箱から出力される直流電力を交流電力に変換して、商用電力として各家庭工場等に配電される。

0005

このような太陽光発電装置は、長期にわたる運用予定されているため、充分な耐用年数を有するように設計されているが、絶えず雨風や降雪高温低温といった厳しい環境下に曝されることにより、複数配置された太陽電池モジュールの幾つかは故障劣化により発電能力が低下してしまうため、早期に交換対象となる太陽電池モジュールを特定し交換する必要がある。

0006

また、太陽光発電装置は、日射等の気象条件、太陽電池モジュールの温度特性によって発電性能が大きく変化することが知られている。そのため、太陽光発電装置による発電量が低下した場合、太陽電池モジュールなどの故障による発電量の低下なのか、または日射量の低下による発電量の低下なのかが容易に判断できない。

0007

このような点を踏えて、太陽光発電装置の故障を正確に診断する故障診断装置について盛んに研究開発が行われている。例えば特許文献1には、太陽光発電装置の各太陽電池モジュール設置角度設置場所緯度経度設置方位、設置された地域における季節的要因による平均の日射量や温度などをパラメータとして予め設定することによって予測発電量を求め、この予測発電量と単位時間あたりの発電量を比較することで太陽光発電装置の故障を警告する故障診断装置が提案されている。

0008

また、特許文献2には、所定の時間間隔で実測された日射量および実測された温度に基づいて太陽電池モジュールでの理論発電電力を算出し、実測した発電量と算出した理論発電量とを比較して太陽電池モジュールでの異常発生の有無を検出する故障診断装置が提案されている。

先行技術

0009

特開2006−67738号公報
特開2014−53337号公報

発明が解決しようとする課題

0010

前記の特許文献1、および特許文献2によれば、実測された日射量や温度などに基づいて、制御装置が太陽光発電装置の理論発電量を精度よく算出することができるため、この理論発電量に基づいて太陽電池モジュールの異常発生の有無を確実に検出することができるものとなっている。

0011

一方、前記したように、太陽光発電装置は、日射等の気象条件、太陽電池モジュールの温度特性によって発電性能が大きく変化する。特に太陽からの日射量は、風の影響や動きにより、急激に変化することが一般的である。この点、特許文献1、および特許文献2においては、この急激な日射量の変化に追随した発電量の計測については何ら考慮されたものとはなっていない。

0012

そのため、例えば一定のサンプリング間隔で発電量を計測している場合に、急に雲がかかり太陽電池モジュールの発電量が急激に減少した場合、または雲が晴れて太陽電池モジュールの発電量が急激に増加した場合に、太陽電池モジュールから出力される急激な発電量の変化を計測器が捉えることができず、正確な時系列データを取得することができない虞がある。

0013

この点、このような急激な発電量の変化を計測器が捉えるために、予め短いサンプリング間隔で発電量を計測して記憶媒体に記憶させることも考えられる。しかしながら、日射量が安定している条件下等のように、そもそも短いサンプリング間隔でのデータを必要としない場合もある。また、データの記憶媒体へ記憶するサンプリング間隔を短くするに応じて計測器に対する計算負荷消費電力が大きくなるとともに、広域なデータ容量も必要となるため、計測器として高価なシステムが必要となり現実的ではない。

0014

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、急激な気象変化により太陽光発電装置で出力される電力量に過渡的な変化が生じた場合においても、安価なシステムにより常に正確な発電量を計測することができる太陽光発電装置、および太陽光発電装置の制御方法を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0015

前記の目的を達成するために、本発明の太陽光発電装置は、太陽光を受けて発電する太陽電池モジュールの発電状況に関する所定の発電状況データを計測する発電状況データ計測部と、該発電状況データ計測部で計測されたアナログ信号デジタル信号に変換するA/D変換器と、該A/D変換器から出力される前記発電状況データが記憶される記憶部と、前記A/D変換器から出力される前記発電状況データについて、前回の発電状況データと今回の発電状況データの差分値演算する差分演算部と、所定の閾値が記憶された閾値記憶部と、前記差分演算部からの出力値と前記閾値記憶部に記憶された閾値を比較する比較部と、前記発電状況データの前記記憶部へ記憶する時間間隔を前記比較部における比較結果に応じて調整する時間間隔調整部とを備える。

0016

ここで、太陽光を受けて発電する太陽電池モジュールの発電状況に関する所定の発電状況データを計測する発電状況データ計測部を備えることにより、例えば電流電圧、温度、および日射量等の発電状況データを計測することができるため、太陽光電池モジュールを含む太陽光発電装置の発電状況を把握することができる。

0017

また、発電状況データ計測部で計測されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器を備えることにより、アナログデータとしての発電状況データをデジタルデータに変換することができるため、発電状況データを記憶媒体に記憶したり、演算処理したりすることができる。

0018

また、A/D変換器から出力される発電状況データが記憶される記憶部を備えることにより、発電状況データ、即ち電流、電圧、温度、および日射量等のデジタルデータについて所定の時間間隔で記憶部に記憶させることができる。

0019

また、A/D変換器から出力される発電状況データについて、前回の発電状況データと今回の発電状況データの差分値を演算する差分演算部を備えることにより、A/D変換器から出力される発電状況データについて、前回の発電状況データと今回の発電状況データの差分を演算することができる。

0020

また、所定の閾値が記憶された閾値記憶部を備えることにより、気象状況の変化の指標となる閾値を予め閾値記憶部に記憶しておくことができる。

0021

また、差分演算部からの出力値と閾値記憶部に記憶された閾値を比較する比較部を備えることにより、発電状況データの差分値と閾値記憶部に記憶されている閾値を比較することで、気象状況の急激な変化の有無を検知することができる。

0022

また、発電状況データの記憶部へ記憶する時間間隔を比較部における比較結果に応じて調整する時間間隔調整部を備えることにより、比較部における発電状況データの差分値と閾値の比較結果に基づき、発電状況データの記憶部へ記憶する時間間隔を調整することができる。従って、発電状況データに応じて、発電状況データの記憶部へ記憶する時間間隔を長くしたり、または短くしたりすることができるため、記憶部の記憶容量を必要最小限としつつ、発電状況データの気象変化に対する追従性を維持することができる。

0023

また、時間間隔調整部は、差分値と閾値を比較しながら、発電状況データの気象変化に対する追従性を維持することができる。具体的には、差分値が閾値以下の場合は、記憶部へ記憶する時間間隔を所定に長くするか、または変更しない。また、差分値が閾値を超える場合には、記憶部へ記憶する時間間隔を所定に短くする。例えば、発電状況データの変化が大きい場合には急激な気象変化が生じているものと推定して、記憶部へ記憶する時間間隔を短くする。このようにすることで、発電状況データの気象変化に対する追従性を維持することができる。一方、発電状況データの変化が小さい場合には、気象変化は少ないものと推定して、記憶部へ記憶する時間間隔を長くするか、または変更しないことにより記憶部の記憶容量を確保するとともに、計算負荷も低減することができる。

0024

また、時間間隔調整部は、差分値が閾値を超え、かつ記憶部へ記憶する時間間隔を10ms以上かつ60s以下の間で任意に設定する場合には、急激な気象変化が生じた場合でも、記憶部に記憶する発電状況データの気象変化に対する追従性を維持することができる。また、20ms以上かつ60s以下の間で任意に設定することがより好ましい。なお、記憶部へ記憶する時間間隔として20msを下回る場合にはデータ量が多くなるため、広域な保存容量が必要となるとともに、計算負荷も高くなり消費電力も多くなる。一方、記憶部へ記憶する時間間隔として60sを超える場合には、発電状況データの気象変化に対する追従性を維持することができず、太陽光発電装置の正確な発電量を把握することができない。

0025

また、発電状況データ計測部は、日射量を計測する場合には、発電状況に関するパラメータとして電流、電圧、温度、および日射量のうち、もっとも気象変化に対する追従性の高いパラメータとしての日射量を計測することで、気象変化に対する追従性を維持することができる。

0026

前記の目的を達成するために、本発明の太陽光発電装置の制御方法は、太陽光を受けて発電する太陽電池モジュールの発電状況に関する所定の発電状況データを計測するステップと、該発電状況データ計測部で計測された前記発電状況データのアナログ信号をA/D変換器によりデジタル信号に変換するステップと、該A/D変換器から出力される前記発電状況データを記憶部に記憶するステップと、前記A/D変換器から出力された前回の発電状況データと今回の発電状況データの差分値を演算するステップと、前記差分値と予め定められた閾値を比較するステップと、前記差分値と前記閾値の比較結果に応じて前記発電状況データの前記記憶部へ記憶する時間間隔を調整するステップとを備える。

0027

ここで、太陽光を受けて発電する太陽電池モジュールの発電状況に関する所定のパラメータを計測するステップを備えることにより、例えば電流、電圧、温度、および日射量等の発電状況データを計測することができるため、太陽光電池モジュールを含む太陽光発電装置の発電状況を把握することができる。

0028

また、発電状況データ計測部で計測されたアナログ信号をA/D変換器によりデジタル信号に変換するステップを備えることにより、アナログデータとしての発電状況データをデジタルデータに変換することができるため、発電状況データを記憶媒体に記憶したり、演算処理したりすることができる。

0029

また、A/D変換器から出力される発電状況データを記憶部に記憶するステップを備えることにより、発電状況データ、即ち電流、電圧、温度、および日射量等のデジタルデータについて所定の時間間隔で記憶部に記憶することができる。

0030

また、A/D変換器から出力された前回の発電状況データと今回の発電状況データの差分値を演算するステップを備えることにより、A/D変換器から出力される発電状況データについて、前回の発電状況データと今回の発電状況データの差分を演算することができる。

0031

また、差分値と予め定められた閾値を比較するステップを備えることにより、発電状況データの差分値と気象状況の変化の指標となる閾値を比較することで、急激な気象状況の変化の有無を検知することができる。

0032

また、差分値と閾値の比較結果に応じて発電状況データの記憶部へ記憶する時間間隔を調整するステップを備えることにより、発電状況データの差分値と閾値の比較結果に基づき、発電状況データの記憶部へ記憶する時間間隔を調整することができる。従って、発電状況データに応じて、発電状況データの記憶部へ記憶する時間間隔を長くしたり、または短くしたりすることができるため、記憶部の記憶容量を必要最小限としつつ、発電状況データの気象変化に対する追従性を維持することができる。

0033

また、記憶部へ記憶する時間間隔を調整するステップは、差分値が閾値以下の場合には、発電状況データの記憶部へ記憶する時間間隔を所定に長くするか、または変更しない。また、差分値が閾値を超える場合には、発電状況データの記憶部へ記憶する時間間隔を所定に短くする。例えば発電状況データの変化が大きい場合には、急激な気象変化が生じているものと推定して記憶部へ記憶する時間間隔を短くする。このようにすることで、発電状況データの気象変化に対する追従性を維持することができる。一方、発電状況データの変化が小さい場合には、気象変化はすくないものと推定して記憶部へ記憶する時間間隔を長くするか、または変更しないことにより記憶部の記憶容量を確保するとともに、計算負荷も低減することができる。

0034

また、記憶部へ記憶する時間間隔を調整するステップは、差分値が前記閾値を超える場合には記憶部に記憶する時間間隔を10ms以上かつ60s以下の間で任意に設定する場合には、急激な気象変化が生じた場合でも、記憶部へ記憶する発電状況データの気象変化に対する追従性を維持することができる。また、20ms以上かつ60s以下の間で任意に設定することがより好ましい。なお、記憶部へ記憶する時間間隔として20msを下回る場合にはデータ量が多くなるため、広域な保存容量が必要となるとともに、計算負荷も高くなり消費電力も多くなる。一方、記憶部へ記憶する時間間隔として60sを超える場合には、発電状況データの気象変化に対する追従性を維持することができず、太陽光発電装置の正確な発電量を把握することができない。

発明の効果

0035

本発明に係る太陽光発電装置、および太陽光発電装置の制御方法は、急激な気象変化により太陽光発電装置から出力される電力量に過渡的な変化が生じた場合においても、安価なシステムにより常に正確な発電量を計測することができるものとなっている。

図面の簡単な説明

0036

本発明の第1の実施形態に係る太陽光発電装置の概略図である。
本発明の第1の実施形態に係るフローチャートである。
計測周期を変更した場合における出力電力の時系列データである。
本発明の第2の実施形態に係る太陽光発電装置の概略図である。
本発明の第2の実施形態に係るフローチャートである。

実施例

0037

以下、太陽光発電装置、および太陽光発電装置の制御方法に関する本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。

0038

まず、本発明の第1の実施形態に係る太陽光発電装置1のシステム構成ついて図1を用いて説明する。太陽光発電装置1は、図1に示すように、複数の太陽電池アレイ2、接続箱3、パワーコンディショナ4、第1の記憶部5、処理部6、および第2の記憶部7から構成されている。

0039

太陽電池アレイ2は、家屋の屋根や遊休地等に設置され、複数枚の太陽電池モジュール21が直並列に接続されてパネル状に構成されている。このような太陽電池モジュール21は太陽光のエネルギーを吸収して電気的なエネルギーに変換するものであり、年間を通じて高効率な充電能力が要求されるため、主として半導体であるアモルファスシリコン結晶シリコン、またはこれらのハイブリッド型としてのシリコン系の材料から構成されている。

0040

ここで、必ずしも、太陽電池モジュール21として、アモルファスシリコンや結晶シリコン、またはこれらのハイブリッド型としてのシリコン系の太陽電池モジュール21を使用する必要はない。例えば、GaAsCIGS系といった化合物系、さらには有機系の材料から構成される太陽電池モジュール21を使用することもできる。

0041

接続箱3は各太陽電池アレイ2から出力される直流電力を1つに集めて、複数の太陽電池アレイ2全体での直流電力として、ケーブルを通じてパワーコンディショナ4に出力するものである。

0042

パワーコンディショナ4は、接続箱3から流れてくる直流電力を交流電力に変換するインバータ装置であり、入力電力を昇圧する図示しないDC/DCコンバータと、このDC/DCコンバータの出力をDC/AC変換して商用系統電力に系統連系する交流電力を出力する図示しないDC/ACインバータとを備えている。

0043

電流センサSc、および電圧センサSpは、太陽電池アレイ2から出力される直流電流、および直流電圧を瞬時に計測するものである。これら電流センサSc、および電圧センサSpで計測されたアナログデータは、A/D変換器8において所定のサンプリング周期サンプリングされ、デジタルデータとして第1の記憶部5に入力されるようになっている。

0044

ここで、必ずしも、電流センサSc、および電圧センサSpは太陽電池アレイ2から出力される直流電流、および直流電圧を計測するものである必要はない。例えば、パワーコンディショナ4から出力される交流電流、および交流電圧を計測するように構成されていてもよい。

0045

日射センサSiは、日射量を計測するセンサであり、太陽光の入射状態が太陽電池モジュール21と同条件となるように、例えば太陽電池モジュール21に近接する位置に設置されている。日射センサSiとしては、全天日射センサが用いられ、日射センサSiにより計測されたアナログデータはA/D変換器8において所定のサンプリング周期でサンプリングされ、デジタルデータとして第1の記憶部5に入力される。

0046

ここで、必ずしも、日射センサSiとして全天日射センサを用いる必要はない。例えば、直達日射センサを用いて日射量を計測してもよい。

0047

温度センサStは、太陽の直射日光による影響を避けるために、例えば太陽電池モジュール21の裏面側(太陽光の受光面と反対側の面)に配置され、太陽電池モジュール21の裏面側の温度を直接計測するためのものである。温度センサStとしては、例えば熱電対が使用され、温度センサStで計測されたアナログデータは、A/D変換器8により所定のサンプリング周期でサンプリングされ、デジタルデータとして第1の記憶部5に入力される。

0048

ここで、必ずしも、温度センサStは太陽電池モジュール21の裏面側に配置されている必要はない。例えば、直射日光による直接の影響が少ないときには、太陽電池モジュール21の表面側(太陽光の受光面側)に温度センサStを配置して、温度センサStで計測された温度を太陽電池モジュール21の温度として出力するようにしてもよい。

0049

第1の記憶部5は、前記の通り各種センサで計測されたアナログデータについてA/D変換された時系列のサンプリングデータを所定のサンプリング間隔(本発明の実施形態においては10ms)で一時的に記憶させるための装置であり、本発明の実施形態においてはRAM(Random Access Memory)が用いられる。

0050

ここで、必ずしも、サンプリングデータの第1の記憶部5へ記憶するサンプリング間隔として10msである必要はない。10msよりもサンプリン間隔を短く(または長く)してもよい。但し、第1の記憶部5に記憶されたサンプリングデータは、その後の処理部6での演算処理に使用するものであるため、可能な限りサンプリング間隔を短めに設定することが好ましい。

0051

処理部6は、第1の記憶部5に一時的に記憶されたサンプリングデータが入力され解析処理するものであり、差分演算部6a、閾値記憶部6b、比較部6c、および時間間隔調整部6dから構成されている。

0052

差分演算部6aは、第1の記憶部5に一時的に保存されている各センサで計測された時系列のサンプリングデータについて、現在のサンプリングデータP2と前回のサンプリングデータP1の差分(絶対値S)を演算して比較部6cに出力される。

0053

比較部6cは、差分演算部6aから入力された絶対値Sと、閾値記憶部6bに記憶されている閾値を比較演算して時間間隔調整部6dに出力される。

0054

閾値記憶部6bは、例えばROM(Read Only Memory)等に予め定められた任意の閾値Tが記憶されており、比較部6cに出力される。

0055

時間間隔調整部6dは、比較部6cの演算結果に基づいて、サンプリングデータの第2の記憶部7への出力間隔を調整する。

0056

第2の記憶部7は、第1の記憶部5に一次的に記憶されたサンプリングデータについて、処理部6により演算処理されたサンプリングデータを記憶させるための装置であり、本発明の実施形態においては、HDD(Hard Disk Drive)が用いられる。

0057

ここで、必ずしも、第1の記憶部5、第2の記憶部7、および閾値記憶部6bとして、RAM、HDD、ROMから構成されている必要はない。例えば、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、フラッシュメモリなどの公知の記憶媒体から適宜選択することができる。なお、第2の記憶部7に記憶されたサンプリングデータを、太陽光発電装置1の発電能力を評価するための最終的なデータとして使用するため、第2の記憶部7としては、データ保存が長期において可能な記憶媒体を使用することが好ましい。

0058

次に、本発明の第1の実施形態に係る処理部6の動作を含む太陽光発電装置1の具体的な制御内容について図2に基づき説明する。

0059

<発電状況データを計測するステップ:S11>
まず、電流センサSc、電圧センサSp、温度センサSt、および日射センサSiにより、発電状況データとしての直流電流、直流電圧、太陽電池モジュール21の温度、および日射量をそれぞれ計測する。

0060

<発電状況データの第1の記憶部5へ記憶するステップ:S12>
各センサで計測された発電状況データについて、A/D変換器8により所定の時間間隔(例えば10ms間隔)でサンプリングされた時系列データについては、計測時刻に関連付けて第1の記憶部5に記憶される。

0061

<発電状況データの差分値を演算するステップ:S13>
第1の記憶部5に記憶された時系列の発電状況データに関するサンプリングデータについて、任意の時刻におけるサンプリングデータを処理部6の差分演算部6aに出力する。差分演算部6aに入力された発電状況データのうち、日射量のサンプリングデータについて、現在入力されたサンプリングデータP2と1つ前のサンプリングデータP1との差分(変化量)を演算し、絶対値Sとして比較部6cに出力する。

0062

ここで、必ずしも、差分演算部6aにより演算されるサンプリングデータとして日射量に関するサンプリングデータである必要はない。例えば、直流電流、直流電圧、温度に関するサンプリングデータを処理部6に出力して演算処理してもよい。但し、日射量は気象変化に対する追従性が最も高いパラメータであるため、気象変化に対する追従性を高めるという観点では、処理部6に出力するパラメータとしては日射量であることが好ましい。

0063

<差分値と予め定められた閾値を比較するステップ:S14>
絶対値Sが比較部6cに入力されると、閾値記憶部6bに記憶されている任意の閾値Tを読み出し、閾値Tと絶対値Sを比較する。

0064

<第2の記憶部7へ記憶する時間間隔を調整するステップ:S15、S16>
比較部6cによる演算の結果、絶対値Sが閾値T以下の場合には、発電状況データの第2の記憶部7へ記憶する時間間隔を長くする。即ち、絶対値Sが閾値T以下の場合には、急激な気象変化はなく、太陽電池モジュール21による発電量の変化も少ないものと推定できる。そのため、第1の記憶部5に記憶されている発電状況データの全てを第2の記憶部7に記憶する必要はなく、間引いたデータを第2の記憶部7に記憶させることができる。従って、発電状況データの第2の記憶部7へ記憶する時間間隔を長くしたとしても、正確な発電量を記憶することができるとともに、第2の記憶部7の記憶容量を確保することができる。

0065

ここで、必ずしも、絶対値Sが閾値T以下の場合には、発電状況データの第2の記憶部7へ記憶する時間間隔を長くする必要はない。例えば、初期の設定として、第1の記憶部5から第2の記憶部7への発電状況データの出力間隔を長めの時間間隔(例えば300s程度の間隔)としている場合には、それ以上に時間間隔を長くする必要はなく、初期の設定のまま(時間間隔を変更しない)とするようにしてもよい。

0066

一方、比較部6cによる演算の結果、絶対値Sが閾値Tを超える場合には、発電状況データの第2の記憶部7へ記憶する時間間隔を短くする。即ち、絶対値Sが閾値Tを超える場合には、急激な気象変化により、太陽電池モジュール21による発電量の時間変化が激しいものと推定できる。そのため、第1の記憶部5に記憶されている発電状況データを、可能な範囲で間引くことなく第2の記憶部7に記憶することで、気象変化に追従した発電量を記憶することができる。

0067

ここで、発明者らが検討した結果、絶対値Sが閾値Tを超える場合においては、第1の記憶部5から第2の記憶部7への発電状況データの出力間隔が10ms以上、かつ60s以下の間の任意の間隔であれば、急激な気象変化が生じたとしても、追従して発電量を記憶することができる。

0068

図3は、急激な気象変化が生じた場合における出力電力の変化を所定の周期で計測した結果を示すグラフであり、図3(a)乃至図3(f)は計測周期をそれぞれ10ms、20ms、100ms、60s、120s、300sに設定したものである。これらのグラフより、急激な気象変化において、発電状況データの出力間隔を適切に選択することで発電量を記憶することが可能なものとなっている。また、発電状況データの出力間隔が10msと20msを比較すると、ほとんど変わらないことがわかる。また、急激な気象変化が無い場合、即ち日射が安定しているときには、60sの出力間隔でも発電量の変化が見られず安定していることを確認した。

0069

従って、これらのグラフと、日射量が安定したときの発電量の変化より、計測周期として10ms以上かつ60s以下に設定すると、急激な気象変化が生じた場合においても、ピーク時の発電量を含め、定性的には気象変化に追従した発電量の計測が可能なものとなっている。

0070

一方で、日射量が安定していないとき、例えば、急激な気象変化がある時は、図3に示した例のように、追従できる範囲が限られることがわかる。従って、計測周期として60sを超えると、ピーク時の発電量に誤差が生じはじめ、気象変化に対して発電量の計測が追従できないことがわかる。

0071

以上の結果より、急激な気象変化が生じた場合におけるサンプリングデータの第1の記憶部5から第2の記憶部7へ記憶する時間間隔としては、10ms以上かつ60s以下の間の任意の周期に設定することにより、気象変化に追従した発電量の計測が可能なものとなっている。

0072

なお、発明者らが更に検討した結果では、10msと20msの計測周期での計測結果では、データ誤差に大きな相違がないことが判明した。そのため、急激な気象変化が生じた場合における第2の記憶部7へ記憶する時間間隔の下限として20msとしても、太陽光発電装置1としての発電量の評価に対する誤差は生じないものと考えられる。

0073

また、絶対値Sが閾値Tを超える場合の時間間隔調整部6dにおける、発電状況データの第2の記憶部7へ記憶する時間間隔については、例えば以下の表1に示すようなテーブルデータを事前に準備しておき、このテーブルデータに基づいて時間間隔を調整するようにしてもよい。

0074

0075

次に、本発明の第2の実施形態に係る太陽光発電装置1について図5を用いて説明する。なお、第1の実施形態と共通する部分については同一符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

0076

第2の実施形態に係る太陽光発電装置1´は、主に第1の記憶部5´、および処理部6´の構成が第1の実施形態とは異なる。即ち、第1の実施形態においては、A/D変換器8から出力されたサンプリングデータは、先ず第1の記憶部5に時系列データとして一時的に保存され、このサンプリングデータを処理部6で処理したデータを最終的に第2の記憶部7に記憶するようにしていた。

0077

これに対して、第2の実施形態においては、第1の記憶部5´は処理部6´に組み込まれており、各センサSc、Sp、Si、Stで計測されA/D変換器8を介してサンプリングされたデジタルデータは、まず処理部6´に入力されて演算処理を実行し、その結果を第2の記憶部7に記憶するように構成されている。この第1の記憶部5´は第1の実施形態における第1の記憶部5とは異なり、サンプリングデータの時系列データを記憶するものではなく、差分演算に用いるための現在のサンプリングデータの1つ前のサンプリングデータを一時的に記憶するためのものである。従って、1つのサンプリングデータを一時的に記憶できればよく、最低限の記憶容量を有する記憶媒体としてのROMを準備すれば足りる。

0078

なお、第2の実施形態においても、第2の記憶部7に記憶されたサンプリングデータが太陽光発電装置1´の発電能力を評価するための最終的なデータとして使用するため、第1の実施形態と同じく第2の記憶部7としては、データ保存が長期において可能な記憶媒体(例えばHDD)を使用することが好ましい。

0079

次に、本発明の第2の実施形態に係る処理部6´の動作を含む太陽光発電装置1´の具体的な制御内容について図6に基づき説明する。

0080

<発電状況データを計測するステップ:S21>
まず、電流センサSc、電圧センサSp、日射センサSi、および温度センサStにより、発電状況データとしての直流電流、直流電圧、日射量、および太陽電池モジュール21の温度をそれぞれ計測する。

0081

<発電状況データの第1の記憶部5´へ一時的に記憶するステップ:S22>
各センサで計測された発電状況データについて、A/D変換器8により所定の時間間隔(例えば10ms間隔)でサンプリングされたサンプリングデータは、一旦、第1の記憶部5´に一時的に記憶される。

0082

<発電状況データの差分値を演算するステップ:S23>
そして、A/D変換器8から出力される現在のサンプリングデータと、第1の記憶部5´に一時的に記憶されている前回のサンプリングデータの差分を演算し、絶対値Sとして比較部6´cに出力する。この時、第1の実施形態と同じく、差分演算に用いるサンプリングデータとしては気象変化に対する追従性の高い日射量に関するサンプリングデータを用いる。

0083

<差分値と予め定められた閾値を比較するステップ:S24>
絶対値Sが比較部6´cに入力されると、閾値記憶部6´bに記憶されている任意の閾値Tを読み出し、閾値Tと絶対値Sを比較する。

0084

<第2の記憶部7へ記憶する時間間隔を調整するステップ:S25、S26>
比較部6´cによる演算の結果、絶対値Sが閾値T以下の場合には、発電状況データの第2の記憶部7へ記憶する時間間隔を長くする。即ち、絶対値Sが閾値T以下の場合には、急激な気象変化はなく、太陽電池モジュール21による発電量の変化も少ないものと推定できる。そのため、所定の周期でサンプリングされたサンプリングデータの全てを第2の記憶部7に記憶する必要はなく、間引いたデータを第2の記憶部7に記憶させることができる。即ち、発電状況データの第2の記憶部7へ記憶する時間間隔を長くしたとしても、正確な発電量を記憶することができるとともに、第2の記憶部7の記憶容量を確保することができる。

0085

一方、比較部6´cによる演算の結果、絶対値Sが閾値Tを超える場合には、発電状況データの第2の記憶部7へ記憶する時間間隔を短くする。即ち、絶対値Sが閾値Tを超える場合には、急激な気象変化により、太陽電池モジュール21による発電量の時間変化が激しいものと推定できる。そのため、第2の記憶部7に記憶されている発電状況データを、極力間引くことなく第2の記憶部7に記憶することで、気象変化に追従した発電量を記憶することができる。

0086

以上、本発明に係る太陽光発電装置、および太陽光発電装置の制御方法は急激な気象変化により太陽光発電装置から出力される電力量に過渡的な変化が生じた場合においても、安価なシステムにより常に正確な発電量を計測することができるものとなっている。

0087

1、1´太陽光発電装置
2太陽電池アレイ
21太陽電池モジュール
3接続箱
4パワーコンディショナ
5、5´ 第1の記憶部
6、6´ 処理部
6a、6´a差分演算部
6b、6´b閾値記憶部
6c、6´c比較部
6d、6´d時間間隔調整部
7 第2の記憶部
8 A/D変換器
Sc電流センサ
Sp電圧センサ
Si日射センサ
St 温度センサ

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