JP2013165533A

JP2013165533A - 太陽光発電システム及びそのユーザーインターフェイス装置

Info

Publication number: JP2013165533A
Application number: JP2010126222A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hatama; 健司泰間; Soichi Sakai; 総一酒井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2013-08-22
Also published as: WO2011152448A1

Abstract

【課題】太陽電池の発電低下を的確に把握することが困難であった。
【解決手段】本発明に係る太陽光発電システムは、太陽光の入射量に応じて電力を発電する太陽電池１１と、前記太陽電池１１の上空に位置する雲の分布を解析して、前記太陽電池１１に入射される太陽光の予測入射量を出力する太陽光予測部１２と、前記予測入射量に基づいた情報を知らせる伝達部（表示部４２）と、を含んで構成されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は太陽光発電システム及びそのユーザーインターフェイス装置に関する。

近年、太陽電池及び蓄電池を備えた太陽光発電システムが開発されている。このシステムでは太陽電池によって発電された電力を蓄電池に充電することができる。このシステムを活用すると、商用の電力系統から供給される電力のピーク値を低減することができる。

例えば特許文献１には、日の出後であって電力需要がオフピークとなる時間帯に太陽電池からの発電によって蓄電池を充電するとともに、電力需要の高い特定の時間帯の電力需要の変動曲線に応じて蓄電池に蓄電された電力を放電する太陽光発電システムが開示されている。これによると、電力需要の高い特定の時間帯にのみ、太陽電池による発電と、蓄電池からの放電とによって負荷に電力を供給することが可能となるため、電池容量の小さな蓄電池を用いても、負荷の消費電力のピーク値を低減することができる。

また、特許文献１には、天気予報情報に基づいて翌日の天候状態を把握し、翌日の天候不順によって太陽電池の発電が少ないと予測した場合には、あらかじめ夜間に電力系統から電力を蓄電池に充電して、電力需要の高い時間帯に蓄電池の充電電力が不足することを回避する太陽光発電システムが開示されている。

特開２００３−７９０５４号公報

この太陽光発電システムによると、電力需要の高い特定の時間帯における太陽電池の発電が予測値とのズレが生じる可能性が高かった。

つまり、太陽電池の発電は、太陽電池に照射される太陽光の入射量に大きく依存する。しかしながら、一般的な天気予報情報は一定の広範囲地域における平均的な天候情報である。このため、実際に太陽電池に照射される太陽光の入射量は、短時間単位では天候情報から概算された予測値とずれてしまう可能性が高かった。したがって、この太陽電池システムであっても、このズレを見積もって蓄電池の電池容量に余分を持たせる必要があった。

また、電力需要の高い時間帯において、例えば太陽電池の設置場所の近傍地域に雲が多い場合、長時間にわたって蓄電池を放電して負荷に電力を供給し続ける必要がある。このため、蓄電池の電池容量を小さくすると蓄電池が電力を放電し尽くしてしまいやすいため、結局は負荷の消費電力のピーク値が設定値を超えてしまう。そうすると、例えば、電力系統から供給される消費電力のピーク値に基づいて電力会社と電力使用料金を契約している場合であっても、予期せずに消費電力のピーク値を超えてしまう可能性があった。

本発明に係る太陽光発電システムは、太陽光の入射量に応じて電力を発電する太陽電池と、前記太陽電池の上空に位置する雲の分布を解析して、前記太陽電池に入射される太陽光の予測入射量を出力する太陽光予測部と、前記予測入射量に基づいた情報を知らせる伝達部と、を含んで構成されることを特徴とする。

また、本発明に係る太陽光発電システムのユーザーインターフェイス装置は、太陽光の入射量に応じて電力を発電する太陽電池の上空に位置する雲の分布を解析して、前記太陽電池に入射される太陽光の予測入射量に基づいた情報を知らせる伝達部を含んで構成されることを特徴とする。

本発明に係る太陽光発電システム及びそのユーザーインターフェイス装置によると、ユーザーは太陽電池の将来における発電を高い精度で認識することができる。

本発明に係る実施の形態において、太陽光発電システム及びその周辺機器を示すブロック図である。本発明に係る実施の形態において、太陽光発電システムを活用して負荷の消費電力を制御するフローチャートである。本発明に係る実施の形態において、蓄電システムの活用例を示すブロック図である。本発明に係る実施の形態において、蓄電システムの活用例を示すブロック図である。本発明に係る実施の形態において、蓄電システムの活用例を示すブロック図である。本発明に係る実施の形態において、蓄電システムと電力系統との関係を示すブロック図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。そして、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、本発明に係る実施の形態において、太陽光発電システム及びその周辺機器を示すブロック図である。

太陽光発電システム１は、太陽電池ブロック１０、蓄電池ブロック２０、消費電力予測部３２、ネットワーク手段５、制御ブロック４０及び選択手段４を含んで構成される。そして、太陽光発電システム１は、商用の電力系統２、蓄電システム３、太陽電池１１及び蓄電池２１から供給される電力を活用して負荷３１に電力を出力する。

太陽電池ブロック１０は、太陽電池１１、太陽光予測部１２及びパワーコンディショナー１３を含んで構成される。太陽電池１１は、太陽光の入射量に応じて発電する。太陽電池１１は、太陽光の入射が遮られ難い場所、例えば住宅の屋根上に設置される。パワーコンディショナー１３は太陽電池１１の発電電力をＤＣ／ＤＣ変換又はＤＣ／ＡＣ変換する。太陽光予測部１２は将来における太陽電池１１への太陽光の入射量を予測して、予測入射量の情報を制御ブロック４０に出力する。具体的には、太陽光予測部１２は太陽電池１１の設置場所近傍の上空の雲の状態を観測して近未来の雲の分布を解析し、近未来の太陽電池１１への太陽光の入射量を予測する。このような機能は、例えば魚眼カメラを用いて上空の雲の分布及び動きを検出し、当該検出結果に基づいて近未来の雲の分布を予測することによって実現される。また、このような機能は、レーザー光を用いた雲の観察結果に基づいても実現される。

このように太陽光予測部１２は太陽電池１１の上空の雲の分布を予測するものであるから太陽電池１１の近傍に設置される。なお、例えば衛星を用いて太陽電池１１の上空の雲の分布を予測できれば、必ずしも太陽光予測部１２は太陽電池１１の近傍に設置されなくてもよい。

蓄電池ブロック２０は、蓄電池２１、検出部２２及びパワーコンディショナー２３を含んで構成される。蓄電池２１は、電力系統２及び太陽電池ブロック１０から供給される電力を充電して貯蔵する。蓄電池２１は二次電池からなり、例えば体積エネルギー密度の大きいリチウムイオン電池が用いられる。パワーコンディショナー２３は、蓄電池２１から放電された電力をＤＣ／ＤＣ変換又はＤＣ／ＡＣ変換するとともに、電力系統２及び太陽電池ブロック１０から蓄電池２１に供給される電力をＤＣ／ＤＣ変換又はＡＣ／ＤＣ変換する。検出部２２は、蓄電池２１の残容量を検出して、残容量の情報を制御ブロック４０に出力する。検出部２２は、例えば充放電電流の積算値に基づいて残容量を検出する。

ネットワーク手段５は、太陽光発電システム１と独立した蓄電システム３の充放電計画情報を入手して制御ブロック４０に出力する。蓄電システム３の詳細は後述する。

選択手段４は、電力系統２又は蓄電システム３のいずれから電力が優先的に供給されるのかを選択する手段である。選択手段４は、例えば、蓄電システム３から電力の供給を受けないようにして電力系統２から多くの電力の供給を受ける状態と、蓄電池システム３から電力の供給を受けて電力系統２からの電力の供給を低減させる状態と、を選択する。

消費電力予測部３２は、負荷３１の消費電力の履歴が入力されて過去の負荷の使用電力の時間変化情報を解析し、近未来の負荷３１の予測消費電力を生成して制御ブロック４０に出力する。消費電力予測部３２は、必ずしも負荷３１からの情報を入手する必要はなく、例えば、図示しないサーバーから季節に応じた電力需要の変動情報を入手して、近未来の負荷３１の予測消費電力を生成してもよい。また、消費電力予測部３２は、あらかじめ所定の負荷３１の電力消費パターンをデータとしてストックしており、ユーザーがこのパターンから選択して、近未来の負荷３１の予測電力を生成してもよい。

制御ブロック４０は、ＣＰＵ４１、表示部４２及び入力部４３を含んで構成される。ＣＰＵ４０は、太陽光予測部１２、消費電力予測部３２、検出部２２及びネットワーク手段５から情報を入手するとともに所定の情報処理を行い、その結果を表示部４１に出力する。表示部４２は、ＣＰＵ４１から得られた情報をディスプレイに表示してユーザーに提供する。入力部４３は、ユーザーが所定の指示を入力することによって、選択手段４や蓄電池２１を制御する信号を出力する。

ここで、図２を参照して、制御ブロック４０の動作について説明する。

はじめに、ステップＳ１に示すように、制御ブロック４０には、予測消費電力、予測入射量及び残容量が入力される。予測消費電力は、消費電力予測部３２から入力され、負荷の電力消費パターンに基づく将来の消費電力を示す。予測入射量は、太陽光予測部１２から入力され、将来の太陽電池１１への太陽光入射量を示す。言い換えれば、予測入射量は、将来の太陽電池１１の発電の予測値に相当する。残容量は、検出部２２から入力され、蓄電池２０の残容量を示す。

ここで、必要に応じて、制御ブロック４０は、蓄電池２１に対して、電力系統２又は太陽電池１１から電力を充電するように指示するように構成してもよい。具体的に説明すると、例えば、夜間においては、電力系統からの電力使用量が低廉であり、負荷の消費電力が低いことが予想される。このような場合には、夜間には、制御ブロック４０は、残容量に基づいて、蓄電池２１に対して、電力系統２から電力を充電するように指示するとよい。また、例えば、太陽光発電がピークになる時間帯と、負荷の消費電力がピーク値になる時間帯とが異なる場合には、太陽光発電がピークになる時間帯には、残容量に基づいて、蓄電池２１に対して、太陽電池１１から電力を充電するように指示するとよい。そうすることで、負荷３１の消費電力がピーク値になる時間帯において、蓄電池２０が十分に充電されている状態をつくることができる。

表示部４２は、予測入射量に基づいて、将来における太陽電池１１の予測発電電力を表示する。一般的に、太陽電池１１の発電は、太陽電池１１の設置場所の上空の雲の分布状況に大きく左右されるため、気象情報に基づいて正確に予測することは困難である。しかし、本実施形態では、表示部４２は、太陽電池１１の上空の雲の分布状況に基づいた予測発電電力を表示するため、ユーザーは事前に予測発電電力を的確に把握することが可能となる。

つぎに、ステップＳ２に示すように、ＣＰＵ４１は、予測消費電力、予測入射量、残容量に基づいて、将来、電力系統２から供給されるべき電力の予測値を算出する。具体的に説明すると、予測入射量と残容量とから、ＣＰＵ４１は、電力系統２を介さずに太陽電池１１及び蓄電池２１から負荷３１に供給できる電力を算出する。そして、この値と予測消費電力との差分から、ＣＰＵ４１は、予測消費電力を満たすために電力系統２から供給されるべき電力の予測値を算出する。

つぎに、ステップＳ３に示すように、電力系統２からの供給電力の予測値がピーク値を超えると予測された場合、ＣＰＵ４１は、表示部４２に対してアラームを表示するように指示する。

つぎに、ステップＳ４に示すように、表示部４２にアラームが表示されると、ユーザーは、電力系統２から供給される供給電力がピーク値を超える可能性があることを把握する。このため、ユーザーは、この表示を基にして、供給電力がピーク値を超えないように対策を検討することができる。具体的には、例えば、ユーザーは、負荷３１の消費電力を事前に抑制するために、負荷３１の使用を抑制することができる。なお、ユーザーが長時間にわたって表示部４２を確認できない状況にも対応できるように、例えば、表示部４２に所定の信号が表示されてから長時間にわたってユーザーから応答がない場合には、ＣＰＵ４０は管理会社などに太陽光発電システム１を制御するように信号を出力するようにしてもよい。

つぎに、ステップＳ５に示すように、ユーザーが負荷３１の消費電力を抑制できないと判断した場合などにおいて、ユーザーは入力部４３に所定の入力を行い、選択手段４を制御する。これにより、負荷３１には、蓄電システム３から電力が供給されるようになる。そうすると、電力系統２から供給される電力が抑制され、電力系統２からの供給電力のピーク値が抑制される。

ここで、表示部４２には、ネットワーク手段５を介して蓄電システム３の残容量などに関する情報が表示される。このため、例えば、複数の蓄電システム３と選択手段４とが接続されている場合には、ユーザーは、余剰に充電されている蓄電システム３から負荷３１に電力を供給するように選択することが可能となる。また、好ましくは、表示部４２には、残容量などに基づいて複数の蓄電システム３の表示内容を変更するとよい。例えば、表示部４２が最も残容量の大きい蓄電システム３を優先的に表示することによって、ユーザーは容易に需給バランスのよい蓄電システム３を選択することができる。

このように、太陽光発電システム１では、太陽電池１１の表示部４２に太陽光の予測発電電力が表示される。そして、太陽光予測部１２は、太陽電池１１の近傍における雲の分布を基にして太陽電池１１への太陽光の入射量を予測しているため、表示部４２には太陽電池１１の予測発電電力が精度よく示される。このため、ユーザーは、表示部４２を確認することによって、太陽電池１１からの発電が不足することを精度よく知ることができる。

また、太陽光発電システム１では、アラーム信号に基づいて表示部４２にアラームが表示される。このため、ユーザーは、自ら負荷の消費電力を予測しなくても電力系統２の供給電力がピーク値を超える可能性を把握できる。

そして、太陽光発電システム１では、蓄電システム３から電力の供給を受けることができるため、蓄電池２１の残容量が足りなくなっても、電力系統２からの供給電力がピーク値を超えることなく負荷３１に電力を供給することができる。

つづいて、蓄電システム３の各種形態について説明する。前述したとおり、蓄電システム３は、太陽光発電システム１と独立して充放電するように構成されている。

このような形態として、図３に示すように、一の太陽光発電システム１Ａの選択手段４には、他の太陽光発電システム１Ｂを構成する蓄電池２１と接続される。気象情報上では同一地域内に設置された太陽光発電システム１Ａ、１Ｂであっても、実際には雲の分布状況に応じて、太陽電池１に入射される太陽光の入射量には差が生じている。このため、太陽電池システム１Ａ，１Ｂでは、太陽電池１１の発電に差が生じる。この点、太陽光予測部１２は、太陽電池１１の上空における雲の分布状況を精度よく予測できる。このため、太陽光発電システム１Ａは、ネットワーク手段５を介して、太陽電池１１の発電が余剰になる他の太陽光発電システム１Ｂの情報を入手することができる。そして、太陽電池システム１Ａは、他の太陽電池システム１Ｂを構成する蓄電池２１から電力の供給を受けて、電力系統２からの電力を抑制することができる。なお、太陽光発電システム１Ａは、太陽光発電システム１Ｂにおける太陽光予測部１２の情報を活用することによって、太陽光発電システム１Ｂの設置場所近傍における雲の分布状況を解析することができる。そうすると、太陽光発電システム１Ａは、広範囲における雲の分布状況に基づいて雲の流れを解析することができるため、より正確に雲の予測分布を解析できる。

また、蓄電システム３の他の形態として、図４に示すように、複数の太陽光発電システム１に対してコミュニティ１０１Ａ、１０１Ｂを設け、それぞれのコミュニティ１０１Ａ、１０１Ｂにおいて、複数の太陽光発電システム１に共通する蓄電システム３を設けてもよい。この蓄電システム３は、それぞれの太陽光発電システム１とは独立して充放電制御される。そして、コミュニティ１０１Ａにおいて、ある太陽光発電システム１の太陽光発電が小さく、かつ、負荷の消費電力が多いような場合、この太陽光発電システム１は蓄電システム３から電力の供給を受けることにより、電力系統２からの供給電力を抑制する。これも、太陽光発電システム１が太陽光予測部１２を有して太陽電池１１の発電を精度よく予測できることによって実現できるものである。この形態において、一のコミュニティ１０１Ａに属する複数の太陽光発電システム１の地域全体の天候が不順となると、それぞれの太陽光発電システム１が同時に蓄電システム３から電力の供給を受ける場合がある。そうすると、蓄電システム３の残容量が不足することが想定される。このような場合を想定して、一のコミュニティ１０１Ａは、他地域に設けられた他のコミュニティ１０１Ｂの蓄電システム３に蓄電された電力の供給を受けることができるように構成されてもよい。このようにすることで、コミュニティに属する太陽光発電システム１の全体の太陽光発電が低下する場合であっても、それぞれの太陽光発電システム１は電力系統２からの供給電力を抑制することができる。

当該構成においては、蓄電システム３は、電力系統２の周波数が変動したときに、電力系統２の安定化のために充放電を行うバッファーとして併用されてもよい。

なお、上記実施例は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

例えば、上記実施例では、太陽光発電システム１は表示部４２を備えていた。そして、太陽光予測部１２によって予測された太陽電池１１の発電は、表示部４２によって表示されて視覚的にユーザーに伝達されていた。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、音、光など他の手段によって太陽電池１１の発電をユーザーに伝達できるように構成されてもよい。このような構成は、例えば、予測された太陽電池１１の発電が所定値を下回った場合にのみ音、光などによってユーザーに警告するように伝達することによって実現される。

また、例えば、上記実施例では、太陽光発電システム１は選択手段４を備えていた。そして、太陽光発電システム１は、電力系統２とは独立して、蓄電システム３から電力の供給を直接受けていた。しかしながら、本発明はこれに限定されない。つまり、太陽光発電システム１は選択手段４を備えず、電力系統２を介して、蓄電システム３から電力の供給を受けても良い。

このように、電力系統２を介して、太陽光発電システム１が蓄電システム３から電力の供給を受ける場合、太陽電池システム１が電力会社から電力を供給された量と蓄電システム３から電力を供給された量との判別が困難になることが想定される。

そこで、図６に示すように、太陽光発電システム１Ａ、１Ｂと電力系統２との間には、電力メータ１１０Ａ、１１０Ｂとして、買電メータ１１１のみならず売電メータ１１２を設ける。そして、それぞれの買電メータ１１１及び売電メータ１１２には、電力の供給・需給履歴を逐次記録する。このような構成において、電力メータ１１０Ａ，１１０Ｂは互いに電力の供給・需給履歴の情報を共有できるようにする。そうすると、例えば、ある時間において、太陽光発電システム１Ａが蓄電システム３として機能する太陽光発電システム１Ｂから電力系統２を介して電力の供給を受けたとする。この場合、当該時間における太陽光発電システム１Ｂの売電メータ１１２のデータをもとにして、太陽光発電システム１Ａにおける買電メータ１１１のデータを調整する。これによって、太陽光発電システム１Ａが電力系統２を介して蓄電システム３から受けた供給電力を計測することができる。このような構成によって、実質的に、太陽光発電システム１Ａは、電力系統２を介して蓄電システム３から電力の供給を受けることができる。

１太陽光発電システム、２電力系統、３蓄電システム、４選択手段、５ネットワーク手段、１０太陽電池ブロック、１１太陽電池、１２太陽光予測部、２０蓄電池ブロック、２１蓄電池、２２検出部、３１負荷、３２消費電力予測部、４０制御ブロック、４１ＣＰＵ、４２表示部、４３入力部、１０１コミュニティ、１１０電力メータ、１１１買電メータ、１１２売電メータ。

Claims

太陽光の入射量に応じて電力を発電する太陽電池と、
前記太陽電池の上空に位置する雲の分布を解析して、前記太陽電池に入射される太陽光の予測入射量を出力する太陽光予測部と、
前記予測入射量に基づいた情報を知らせる伝達部と、を含んで構成されること、を特徴とする太陽光発電システム。
請求項１に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記伝達部は、前記予測入射量に基づいた情報を表示する表示部を含んで構成されること、を特徴とする太陽光発電システム。
請求項１または２のいずれかに記載の太陽光発電システムにおいて、
前記太陽光予測部は前記太陽電池に近接して設けられたカメラによって前記太陽電池の上空に位置する雲の分布を予測する機能を有すること、を特徴とする太陽光発電システム。
請求項１〜３のいずれかに記載の太陽光発電システムにおいて、
電力系統又は前記太陽電池の少なくとも一方から供給される電力を蓄電する蓄電池を含んで構成され、
少なくとも前記電力系統及び前記蓄電池から負荷に電力を供給することを特徴とする太陽光発電システム。
請求項４に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記太陽電池、前記蓄電池、前記負荷及び前記太陽電池予測部と独立して設けられた蓄電システムから前記負荷に電力を供給させる指示信号を生成する制御部を有すること、を特徴とする太陽光発電システム。
請求項５に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記蓄電システムは、少なくとも前記太陽電池、前記蓄電池及び前記太陽光予測部を含んで構成されること、を特徴とする太陽光発電システム。
請求項６に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記負荷は、複数の前記蓄電システムから電力の供給を受けることができるように構成され、
前記伝達部は、前記蓄電システムのいずれから優先的に前記負荷に電力を供給させるのかを選択するための情報を知らせる機能を備えること、を特徴とする太陽光発電システム。
請求項５〜７のいずれかに記載の太陽光発電システムにおいて、
前記蓄電システムは、前記電力系統とは別途設けられた電力線を介して前記負荷に電力を供給するように構成されていること、を特徴とする太陽光発電システム。
請求項５〜７のいずれかに記載の太陽光発電システムにおいて、
前記蓄電システムは、前記電力系統を介して前記負荷に電力を供給するように構成されていること、を特徴とする太陽光発電システム。
太陽光の入射量に応じて電力を発電する太陽電池の上空に位置する雲の分布を解析して、前記太陽電池に入射される太陽光の予測入射量に基づいた情報を知らせる伝達部を含んで構成されること、を特徴とする太陽光発電システムのユーザーインターフェイス装置。
請求項１０に記載の太陽光発電システムのユーザーインターフェイス装置において、
前記伝達部は、前記予測入射量に基づいた情報を表示する表示部を含んで構成されること、を特徴とする太陽光発電システムのユーザーインターフェイス装置。
請求項１１または１２のいずれかに記載の太陽光発電システムのユーザーインターフェイス装置において、
前記予測入射量は、前記太陽電池に近接して設けられたカメラによって前記太陽電池の上空に位置する雲の分布を予測して得られた情報であること、を特徴とする太陽光発電システムのユーザーインターフェイス装置。