JP6200728B2 - 電源システム、給電管理装置、給電管理方法、及びプログラム - Google Patents
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を備え、前記電圧制御部は、前記日射測定部が測定した前記日射強度と、前記最大日射強度と、前記蓄電電圧測定部が測定した前記蓄電装置の出力電圧とに基づいて、前記第1の出力電圧として出力する電圧を変更することを特徴とする。
前記発電装置が発電する1日の発電量のうちの前記負荷で消費する消費分に対する前記1日における余剰発電分である余剰発電量に応じて定められた電圧であって、前記発電装置が前記電力供給線に出力する第2の出力電圧より低い電圧に、前記第1の出力電圧を制御する電圧制御部を備えることを特徴とする給電管理装置である。
[第1の実施形態]
図1は、本実施形態による電源システム1の一例を示すブロック図である。
この図において、電源システム1は、直流電源装置3、太陽光発電装置5、蓄電装置6、給電管理装置7、及び測定器91〜94を備えている。
また、直流電源装置3は、後述する給電管理装置7から出力される制御信号に基づいて、電力供給線L1に出力する出力電圧(第1の出力電圧)を変更する。
本実施形態における電源システム1は、この直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)を所定の設定電圧に制御することにより、太陽光発電装置5が発電した電力を蓄電装置6に充放電して、有効に利用するものである。
太陽電池パネル51は、太陽電池の基本単位である太陽電池素子(太陽電池セル)を所定の枚数備え、太陽電池素子(太陽電池セル)を配列して、モジュール化(パッケージ化)したものである。太陽電池パネル51は、例えば、太陽光を受光して発電し、太陽光の日射強度に応じた直流電力を出力する。
また、電力変換部52は、後述する給電管理装置7から出力される制御信号に基づいて、電力供給線L1に出力する出力電圧(第2の出力電圧)を変更する。すなわち、電力変換部52が電力供給線L1に出力する出力電圧(第2の出力電圧)は、後述する給電管理装置7から出力される制御信号に基づいて設定される。
なお、太陽光発電装置5の設備容量は、太陽光発電装置5からの発電電力を出力する出力電圧(第2の出力電圧)で負荷4に供給された際に、負荷4が消費する消費電力を上回るように選定されている。
本実施形態では、蓄電装置6が複数のリチウムイオン電池を備える組電池として構成される場合の一例について説明する。なお、蓄電装置6の放電特性、及び出力電圧の詳細については後述する。
測定器91(直流電源測定部)は、直流電源装置3の出力電流、及び出力電圧を測定し、当該測定データを給電管理装置7に出力する。
測定器92(負荷電流測定部の一例)は、負荷4が消費する消費電流、及び負荷4に供給される電圧を測定し、当該測定データを給電管理装置7に出力する。
測定器93(発電装置測定部)は、太陽光発電装置5の出力電流、及び出力電圧を測定し、当該測定データを給電管理装置7に出力する。
測定器94(蓄電電圧測定部の一例)は、蓄電装置6の出力電流、出力電圧(組電池の出力電圧)、及び蓄電装置6の温度(組電池の温度)を測定し、当該測定データを給電管理装置7に出力する。
給電管理装置7は、測定データ取得部71、入力部72、表示部73、記憶部74、及び制御部80を備えている。
また、電圧制御部81は、太陽光発電装置5が電力供給線L1に出力する出力電圧(第2の出力電圧)を所定の電圧値(第2電圧値)に制御する。ここで、所定の電圧値(第2電圧値)は、蓄電装置6の最大出力電圧、すなわち、完全充電(フル充電)に要する電圧を含め、これ以上の値である。具体的に、電圧制御部81は、所定の電圧値(第2電圧値)に太陽光発電装置5の出力電圧(第2の出力電圧)を制御する制御信号を太陽光発電装置5に対して出力する。その結果、太陽光発電装置5の出力電圧(第2の出力電圧)は、例えば、蓄電装置6の最大出力電圧、すなわち、完全充電(フル充電)に要する電圧を含め、これ以上の値となる。
この直流電源装置3の出力電圧として出力する設定電圧値(第1電圧値)の算出の詳細については後述する。
ここでは、蓄電装置6が備える電池(例えば、リチウムイオン電池)の放電特性の一例について説明する。
この図において、波形W1は、リチウムイオン電池(未使用で完全充電状態(初期状態))の単セルにおける放電特性を示しており、放電量に応じて、出力電圧が低下していくことを示している。このグラフにおいて、縦軸は、単セル当りの電圧(V/セル)を示し、横軸は、放電量(%)を示している。ここで、放電量とは、完全充電状態を“100”とした場合の放電した電気量(又は電力量)を示しているとともに、充電可能な電気量を示している。この放電量は、放電深度(%)又は、未充電量(%)と同義である。
なお、図2において、4.1Vが、リチウムイオン電池を蓄電装置6に使用した場合の完全充電に要する電圧になる。
この図において、蓄電装置6は、リチウムイオン電池の単セルを12個直列に接続する組電池を有しており、例えば、放電深度が“20%”の場合、蓄電装置6の出力電圧は、単セル基準で“4.0V”であり、蓄電装置6全体において“48V”となることを示している。なお、この場合、直流電源装置3の出力電圧の設定値を“48V”にすることで、蓄電装置6の“20%”分が自動的に放電され、蓄電装置6は、“20%”分の充電可能な領域を確保することになる。
同様に、放電深度が“30%”の場合、蓄電装置6の出力電圧は、蓄電装置6全体において“46.8V”となることを示し、放電深度が“50%”の場合、蓄電装置6の出力電圧は、蓄電装置6全体において“45.6V”となることを示している。
図4(a)は、48V系電源の出力保障範囲と蓄電装置6の出力電圧の関係を示し、図4(b)は、これに対応するリチウムイオン電池の単セル電圧を示している。なお、48V系電源の出力保障範囲(負荷の動作保障範囲は、48V±5V(=43V〜53V)であり、直流電源装置3の出力電圧は、この範囲内で設定可能である。また、太陽光発電装置5の出力電圧も、同様に、48V±5V(=43V〜53V)で設定可能である。ただし、電池の完全充電の確保と、過充電の防止の観点から電圧選定が行われ、ここでは、太陽光発電装置5の出力電圧は、蓄電装置6の完全充電に相当する電圧値(ポイントP4の4.1V/ セル)とされる。また、直流電源装置3をフロート充電によって運用する際にも、この電圧が選定される。
このように本実施形態において、蓄電装置6の出力電圧は、リチウムイオン電池の単セル電圧を12倍した電圧となる。
<太陽光発電装置5の発電特性>
図5は、本実施形態における太陽光発電装置5の時刻に対する発電特性の一例を説明する説明図である。
なお、ここでは、負荷4の消費電力(消費量)が500W(ワット)(消費電流が、電圧50Vの場合に10A)であり、太陽光発電装置5の設備容量が、1000Wである場合の一例について説明する。
また、負荷4の消費電流Iloadは、10Aである場合を示しており、負荷4の消費電流Iloadを超えた分が余剰発電量となる。
図5に示す例では、領域A1は、最大日射強度における余剰発電量(余剰電気量)を示している。この場合、領域A1の余剰発電量は、その月における最大充電量(最大充電電気量)になる。
図6は、本実施形態による電源システム1における太陽光発電装置5の余剰発電量の一例を説明する説明図である。
この図に示すグラフにおいて、縦軸は、太陽光発電装置5が発電する電流(A)及び電気量(Ah)を示し、横軸は、1日における時刻を示している。
このグラフにおいて、波形W5は、太陽光発電装置5の最大日射強度における発電特性を示し、波形W6は、太陽光発電装置5において、負荷4の消費電流Iloadを超える余剰な発電電流を累積した電気量を示している。なお、ここでは、負荷4の消費電流Iloadは、10Aであり、時刻T1から時刻T2までの期間において、太陽光発電装置5の余剰な発電電流が発生する。また、領域A1は、太陽光発電装置5の余剰発電分を示している。
なお、本実施形態における電源システム1では、算出した太陽光発電装置5の余剰発電量(電気量“50Ah”)を蓄電装置6が充電により受け入れ可能となるように、蓄電装置6を“50Ah”分放電させた状態で維持する。すなわち、本実施形態における電源システム1では、蓄電装置6が“50Ah”分放電された状態になるように、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)を太陽光発電装置5の出力電圧(第2の出力電圧)よりも低い値に設定する。
なお、本実施形態では、後ほど図を用いて説明するように、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)は、常時、この値に保たれる。
図7は、本実施形態による電源システムにおける直流電源装置3の出力電圧の設定例を説明する説明図である。
なお、この図において、蓄電装置6の完全充電電圧が4.1V/セルであり、且つ、放電容量が200Ahであるリチウムイオン電池を単セルとして備える場合の一例について説明する。
また、この図に示す波形W7は、負荷4の消費電流Iloadと等しい10Aにおける蓄電装置6の単セルでの放電特性を示している。直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)の選定に当たっては、この図に示すように負荷と等しい電流における放電特性が用いられる。
なお、上述した日射強度及び太陽光発電装置5の発電特性の情報と、上述した蓄電装置6の放電特性の情報は、予め記憶部74に記憶されており、電圧算出部82は、記憶部74に記憶されているこれらの情報に基づいて、設定電圧値(第1電圧値)を算出する。
図8は、本実施形態による電源システム1における直流電源装置3の出力電圧の設定手順を示すフローチャートである。
ここでは、所定の期間ごと(例えば、1ヶ月ごと)に、直流電源装置3の出力電圧を設定し直す場合の一例について説明する。
また、電圧制御部81は、所定の期間が経過していない場合(ステップS105:NO)に、処理をステップS104に戻す。
図9は、本実施形態による電源システム1の動作の一例を示す第1のタイムチャートである。
ここでは、日射強度が、平均日射強度であり、太陽光発電装置5の余剰発電量が発生しない場合の一例について説明する。
また、波形W8は、蓄電装置6の出力電圧の変化を示し、波形W9は、平均日射強度における発電電流の波形を示している。なお、波形W10は、比較のために、最大日射強度における発電電流の波形を示している。ここで、負荷4が消費する電流は、消費電流Iloadである。また、“Vf=47.4V”は、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)に相当し、“Vsolar=49.2V”は、太陽光発電装置5の出力電圧(第2の出力電圧)に相当する。
ここで、領域A2は、太陽光発電装置5の供給分の供給電流を示し、領域R1及び領域R2は、直流電源装置3の供給分の供給電流を示している。
なお、この図において、時刻T12から時刻T14までの期間は、最大日射強度における発電電流の場合(波形W10)において余剰発電量が発生する期間を比較のために示している。
一方、図9から明らかなように、蓄電装置6の充電は行われないため、波形W8に示すように日中において蓄電装置6の電圧上昇は起こらない。
ここでは、日射強度が、最大日射強度であり、太陽光発電装置5の余剰発電量が最大となる場合の一例について説明する。
また、波形W11は、蓄電装置6の出力電圧の変化を示し、波形W9及び波形W10は、図9と同様である。また、負荷4が消費する電流は、図9と同様に、消費電流Iloadである。
次に、時刻T11(6時)において、太陽光発電装置5が発電を開始して、時刻T11(6時)から時刻T12(9時)までの期間TR21において、太陽光発電装置5の発電量が徐々に増加する。そして、時刻T12(9時)において、太陽光発電装置5の発電量(発電電流)が、負荷4の消費電流Iloadと等しくなる。なお、この期間TR21において、直流電源装置3及び太陽光発電装置5が負荷4に電力を供給する。
そして、時刻T15(18時)において、太陽光発電装置5が発電を終了し、時刻T15(18時)から時刻T16までの期間TR4において、蓄電装置6及び直流電源装置3が負荷4に電力を供給し、蓄電装置6からの放電の終了に伴い、出力電圧が上述した設定電圧値(第1電圧値)を示す“Vf=47.4V”に戻る。このように、この条件の場合、蓄電装置6に充電された余剰発電量の全てが放電される期間は、時刻T14(15時)から時刻T16までの期間TR5である。
そして、時刻T16以降の期間TR6において、直流電源装置3が負荷4に電力を供給する。
このように、電源システム1は、太陽光発電装置5が発電した電力を有効に利用することができる。
この図に示すグラフにおいて、縦軸は、蓄電装置6の単セル電圧(V/セル)を示し、横軸は、蓄電装置6の放電量(%)を示している。なお、この図により容量設定を行う場合には、負荷電流と同じ電流における放電特性が用いられる。
この図において、波形W12は、電池容量を増加していない場合の蓄電装置6における単セルでの放電特性を示しており、波形W13は、電池容量を増加した場合の蓄電装置6における単セルでの放電特性を示している。
そこで、同一の電流を放電した場合の放電特性を示す波形W13において、ポイントP8の3.9Vからの放電時間(期間TR13)が期間TR10と等しくなるように、バックアップ電源とした蓄電装置6の容量を選定してもよい。具体的には、バックアップ電源とした蓄電装置6の容量を以下の式(1)に算出されるように増加させる。
これにより、本実施形態における電源システム1では、余剰発電量分を無駄なく蓄電装置6に充電することができるので、太陽光発電装置5が発電した電力を有効に利用することができる。
これにより、本実施形態における電源システム1では、太陽光発電装置5が設置された場所における余剰発電量に応じた電圧に直流電源装置3の出力電圧を制御するので、直流電源装置3の出力電圧を適切に制御することができる。
これにより、本実施形態における電源システム1は、太陽光発電装置5が設置された場所において最大となる余剰発電量に応じて直流電源装置3の出力電圧を適切に制御することができるので、余剰発電量分を無駄なく確実に、蓄電装置6に充電することができる。
これにより、本実施形態における電源システム1は、例えば、太陽光発電装置5の発電量(例えば、発電電力又は発電電流)や負荷4の消費分(例えば、消費電力又は消費電流)が変動した場合であっても、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)を適切に設定することができる。
これにより、本実施形態における電源システム1は、蓄電装置6を完全充電(フル充電)状態まで充電して利用することができる。よって、本実施形態における電源システム1は、太陽光発電装置5が発電した電力を有効に利用することができる。
これにより、本実施形態における給電管理装置7は、電源システム1と同様に、太陽光発電装置5が発電した電力を有効に利用することができる。
これにより、本実施形態における給電管理方法は、上述した電源システム1と同様に、太陽光発電装置5が発電した電力を有効に利用することができる。
[第2の実施形態]
上述した第1の実施形態では、入力部72から入力されて予め記憶部74に記憶されている気象情報(例えば、過去の天候、日射強度など)に基づいて、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)を設定する一例について説明したが、太陽光発電装置5が設置されている気象情報が、入力部72から入力された気象情報とずれている場合が考えられる。そこで、本実施形態では、日射強度を測定し、測定データに基づいて直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)として設定された電圧値(第1電圧値)を補正する場合の一例について説明する。
この図において、電源システム1aは、直流電源装置3、太陽光発電装置5、蓄電装置6、給電管理装置7a、測定器91〜94、及び日射計95を備えている。
なお、この図において、図1に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、電源システム1aは、日射計95を備え、給電管理装置7aが、日射計95で測定した測定データに基づいて、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)として設定された電圧値(第1電圧値)を補正する点が第1の実施形態と異なる。
給電管理装置7aは、測定データ取得部71a、入力部72、表示部73、記憶部74、及び制御部80aを備えている。
電圧制御部81aは、図1に示す第1の実施形態における電圧制御部81と同様の機能を備えるとともに、日射計95が測定した日射強度と、予め取得している最大日射強度と、測定器94が測定した蓄電装置6の出力電圧とに基づいて、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)として出力する電圧を変更する。ここで、予め取得している最大日射強度は、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)の設定電圧値(第1電圧値)を定める際に用いた日射強度であり、設定電圧値(第1電圧値)を定める際に推定した(想定した)日射強度である。
図13は、本実施形態による電源システム1aにおける直流電源装置3の出力電圧の設定手順を示すフローチャートである。
ここでは、図8に示す第1の実施形態と同様に、所定の期間ごと(例えば、1ヶ月ごと)に、直流電源装置3の出力電圧を設定し直す場合の一例について説明する。
続く、ステップS205において、電圧制御部81aは、日射計95及び測定器94が測定した測定データを取得する。すなわち、電圧制御部81aは、例えば、日射計95によって測定された日射強度情報(例えば、直近1日分の日射強度情報)、及び測定器94によって測定された蓄電装置6の出力電圧(例えば、1日のうちの最大電圧)を記憶部74から取得する。
このように、給電管理装置7aは、所定の期間ごと(例えば、1ヶ月ごと)に、日射強度情報に基づいて直流電源装置3の出力電圧である設定電圧値を定めるとともに、日射計95によって計測した日射強度情報に基づいて設定電圧値を適切に変更する。
これにより、本実施形態における電源システム1aは、例えば、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)の設定の際に推定した最大日射強度と、実際の太陽光発電装置5が設置された場所の日射強度とに乖離がある場合でも、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)を適切に制御することができる。また、負荷4の消費量(例えば、消費電流)が変動して、余剰発電量に変動が生じた場合であっても、本実施形態における電源システム1aは、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)を適切に制御することができる。
これにより、本実施形態における電源システム1aは、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)を適切に変更して、蓄電装置6をバックアップ電源とした際の電力の供給期間を長くさせることができる。
これにより、本実施形態における電源システム1aは、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)を適切に変更して、太陽光発電装置5の発電電力の利用率を向上させることができる。
[第3の実施形態]
本実施形態では、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)を1日の中で所定の期間、太陽光発電装置5の出力電圧(第2の出力電圧)より低下させる制御を行う場合の一例について説明する。
この図において、電源システム1bは、直流電源装置3、太陽光発電装置5、蓄電装置6、給電管理装置7b、及び測定器91〜94を備えている。太陽光発電装置5は、1日のうちの所定の期間(第1の期間)に発電する。
なお、この図において、図1に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、電源システム1bは、給電管理装置7bが、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)を変更する期間、及び設定電圧値(第1電圧値)を算出する電圧・期間算出部83と、電圧・期間算出部83が算出した期間、太陽光発電装置5の出力電圧(第2の出力電圧)より低下させる制御を行う電圧制御部81bとを備える点が第1の実施形態と異なる。
給電管理装置7bは、測定データ取得部71、入力部72、表示部73、記憶部74、及び制御部80bを備えている。
電圧制御部81bは、少なくとも第1の期間の一部期間を含む第2の期間に対して、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)を、太陽光発電装置5の出力電圧(第2の出力電圧)より低い電圧に制御する。ここで、第1の期間は、1日のうちの太陽光発電装置5が発電する期間である。電圧制御部81bは、例えば、第2の期間における蓄電装置6の放電量と、第2の期間における太陽光発電装置5の余剰発電量とが等しくなるように、第2の期間及び直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)を制御する。さらに、電圧制御部81bは、太陽光発電装置5が発電する第1の期間の前に、推定される余剰発電量と等しい放電量を蓄電装置6に放電させるように、蓄電装置6の放電を開始させる第2の期間の開始時刻を制御するとともに、第1の期間において余剰発電量が蓄電装置6に充電され、放電量が蓄電装置6に充電されるように、第2の期間の終了時刻を制御する。具体的に、電圧制御部81bは、後述する電圧・期間算出部83が算出した設定電圧値(第1電圧値)及び第2の期間により、直流電源装置3の出力電圧を制御する制御信号を直流電源装置3に対して出力する。
また、電圧・期間算出部83は、上述した第2の期間における蓄電装置6の放電量と、第2の期間における太陽光発電装置5の余剰発電量とが等しくなるように、第2の期間を算出(設定)する。この直流電源装置3の出力電圧の低下期間(第2の期間)の設定処理の詳細については後述する。
図15は、本実施形態による電源システム1bの直流電源装置3の出力電圧の低下期間の概要を説明する説明図である。
この図に示すグラフにおいて、縦軸は、太陽光発電装置5が発電する電流(A)を示し、横軸は、1日における時刻を示している。
このグラフにおいて、波形W14は、太陽光発電装置5の最大日射強度における発電特性を示している。また、領域A1は、負荷4の消費電流Iloadを超える余剰な発電電流である太陽光発電装置5の余剰発電分を示している。また、領域A4は、太陽光発電装置5から負荷4に供給する電気量を示している。また、領域D2は、蓄電装置6から負荷4に供給する電気量(放電量)を示している。
電圧・期間算出部83は、例えば、第2の期間TR20の終了時刻(時刻TEN)を、太陽光発電装置5の最大日射強度の発電特性において、発電量が低下して発電電流と負荷4の消費電流Iloadとが一致する時刻に設定する。さらに、電圧・期間算出部83は、上述した太陽光発電装置5の余剰発電分(領域A1)と、蓄電装置6から負荷4に供給する放電量(領域D2)とが等しくなるように、第2の期間TR20の開始時刻(時刻TST)を算出(設定)する。
この図において、縦軸は、(a)負荷4への供給電流(電流(A))、及び、太陽光発電装置5の発電及び蓄電装置6の充放電の電気量(Ah)と、(b)直流電源装置3の出力電圧(V)とを示している。また、横軸は、1日における時刻を示している。
ここで、波形W15は、太陽光発電装置5の最大日射強度における発電特性を示し、波形W16は、太陽光発電装置5の余剰発電量の累積値(電気量)を示している。また、領域A1及び領域D2は、図15と同様である。
なお、ここでは、波形W17は、余剰発電量と放電量とが等しい場合の充放電特性を示し、波形W18は、放電量が余剰発電量(充電量)より少ない場合の充放電特性を示し、波形W19は、放電量が余剰発電量(充電量)より大きい場合の充放電特性を示している。
なお、図16(b)において、電圧Vrfは、太陽光発電装置5の出力電圧に等しい電圧値であるフロート電圧を示し、例えば、図4におけるポイントP4の値である。そして、電圧(Vrf−d1)は、最大日射強度における太陽光発電装置5の余剰発電量が、蓄電装置6の充電によって全て回収可能となるような放電深度に対応する電圧値(第1電圧値)である。この例では、電圧制御部81bは、第2の期間TR20、蓄電装置6が余剰発電量と等しい放電量を放電した場合の放電深度(第1の放電深度)に対応する電圧(Vrf−d1)(第1電圧値)に、直流電源装置3の出力電圧を制御する。すなわち、電圧制御部81bは、第2の期間TR20、蓄電装置6の放電深度(第1の放電深度)が余剰発電量と等しい放電量となるような電圧(Vrf−d1)(第1電圧値)に、直流電源装置3の出力電圧を制御する。
図17は、本実施形態による電源システム1bにおける直流電源装置3の出力電圧の制御の一例を示すフローチャートである。
ここでは、所定の期間ごと(例えば、1ヶ月ごと)に、直流電源装置3の出力電圧を設定し直す場合の一例について説明する。
また、電圧制御部81bは、所定の期間が経過していない場合(ステップS309:NO)に、処理をステップS305に戻す。
図18において、縦軸は、(a)負荷4への供給電流(電流(A))、及び、蓄電装置6の充放電の電気量(Ah)と、(b)直流電源装置3の出力電圧(V)とを示している。また、横軸は、1日における時刻を示している。
ここで、波形W22は、太陽光発電装置5の日射強度が平均日射強度よりも低い日射強度における発電特性を示し、波形W23は、蓄電装置6の充放電量の変化を示している。また、領域R21及び領域R22は、負荷4への供給電流のうちの直流電源装置3の供給分を示し、領域D21は、蓄電装置6の供給分を示している。また、領域A21は、太陽光発電装置5の供給分を示している。なお、ポイントP10、第2の期間TR20(開始時刻TST及び終了時刻TEN)、負荷4の消費電流Iload、設定電圧値(Vrf−d1)(第1電圧値)及び波形W20は、図16と同様である。
この図18に示す例では、太陽光発電装置5の余剰発電量が生じないため、太陽光発電装置5の発電が開始されても蓄電装置6は放電される。しかしながら、本実施形態では、給電管理装置7bが直流電源装置3の出力電圧を設定電圧値(Vrf−d1)(第1電圧値)に制御しているために、時刻T26において、ポイントP10に対応する放電深度で蓄電装置6の放電が停止する。なお、波形W24は、参考として、本実施形態のように直流電源装置3の出力電圧を設定電圧値(Vrf−d1)(第1電圧値)に制御せずに、直流電源装置3の出力を停止した場合の放電特性を示している。
このように、本実施形態における電源システム1bでは、太陽光発電装置5の余剰発電量が生じない場合であっても、蓄電装置6の最大放電深度は、余剰発電量と等しい値に抑えられ、過放電状態になることがない。
図19は、本実施形態による電源システムの動作の一例を示す第2のタイムチャートである。ここでは、蓄電装置6が特性変化している場合の動作を、日射強度が平均日射強度よりも低く、余剰発電量を生じない場合を例にして説明する。
ここで、波形W25は、蓄電装置6の特性変化前の放電特性を示し、波形W26は、蓄電装置6の特性変化後の放電特性を示している。波形W25及び波形W26のいずれも、負荷4と同じ電流における放電特性である。また、波形W27は、補正後の直流電源装置3の出力電圧の波形を示している。なお、波形W22〜波形W24、領域R21、領域R22、領域D21、領域A21、ポイントP10、第2の期間TR20(開始時刻TST及び終了時刻TEN)、負荷4の消費電流Iload、及び波形W20は、図18と同様である。
そこで、本実施形態では、電圧制御部81bは、放電量がポイントP14の放電深度に対応する波形W26におけるポイントP15の設定電圧値(Vrf−d1−r)(第1電圧値)に直流電源装置3の出力電圧を補正する。すなわち、電圧制御部81bは、直流電源装置3の出力電圧を波形W27のように制御する。
ここで、予め蓄電装置6の特性変化(劣化状況)が判明している場合、上述したように、劣化した場合の特性に応じた電圧が選定される。一方、電圧制御部81bは、蓄電装置6の放電中に放電量を測定器94により計測し、所定の放電量に至った時点で、直流電源装置3の出力電圧値をその時点での電圧値に設定することも可能である。
ここで、波形W28は、蓄電装置6の充放電量の変化を示している。また、波形W29は、設定電圧値(Vrf−d2)(第3電圧値)にした場合の直流電源装置3の出力電圧を示している。その他は、図18と同様である。
この場合、波形W28に示すように、蓄電装置6は、設定電圧値(Vrf−d2)(第3電圧値)まで蓄電装置6の出力電圧が低下する時刻T28まで放電し、設定電圧値(Vrf−d2)(第3電圧値)で放電が停止する。これにより、電源システム1bは、蓄電装置6が過放電状態になることを防止することができる。
なお、本実施形態では、蓄電装置6からの放電深度が、最大余剰発電量を超えるが、時刻TENを深夜時間帯に設定することで、蓄電装置6の充電を深夜電力料金の時間帯で行うことができる。
これにより、本実施形態における電源システム1bは、第2の期間TR20のうちの太陽光発電装置5が発電していない期間において、蓄電装置6を放電させて負荷4に電力を供給する。そして、本実施形態における電源システム1bは、第2の期間TR20のうちの太陽光発電装置5が発電している期間において、太陽光発電装置5の余剰発電量を蓄電装置6に充電する。そのため、本実施形態における電源システム1bは、太陽光発電装置5が発電した電力を有効に利用することができる。
これにより、本実施形態における電源システム1bは、第2の期間TR20において、蓄電装置6に放電させた放電量分の電力を、余剰発電量により回収することができる。
これにより、本実施形態における電源システム1bは、第2の期間TR20において、蓄電装置6に放電させた放電量分の充電によって太陽光発電装置5の余剰発電量を適切に回収することができる。
これにより、蓄電装置6が余剰発電量と等しい放電量を放電した場合に、蓄電装置6の放電が停止するので、本実施形態における電源システム1bは、複雑な制御を必要とせずに、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)の調整という簡易な制御により、蓄電装置6の充放電を適切に制御することができる。また、本実施形態における電源システム1bは、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)を制御するという簡易な制御により、蓄電装置6の過放電を防止することができる。
これにより、本実施形態における電源システム1bは、蓄電装置6に特性変化が生じた場合であっても、蓄電装置6に必要とされる放電量を放電させることができる。
これにより、本実施形態における電源システム1bは、蓄電装置6の過放電を防止することができる。そして、本実施形態における電源システム1bは、深夜電力を利用した蓄電装置6の充電と放電による利用ができる。
[第4の実施形態]
本実施形態では、第3の実施形態で説明した第2の期間において、蓄電装置6の放電量に応じて、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)を変更する制御を行う場合の一例について説明する。
本実施形態における電源システム1bでは、電圧制御部81bによる制御が一部異なり、ここでは、その異なる制御について説明する。
本実施形態における電圧制御部81bは、第2の期間の開始時刻において、蓄電装置6が余剰発電量と等しい放電量を放電した場合の放電深度である第1の放電深度に対応する第1電圧値よりも低い第2電圧値(例えば、直流電源装置3のスタンバイ電圧)に、直流電源装置3の出力電圧を制御する。電圧制御部81bは、蓄電装置6からの放電量が第2の期間TR20の終了時刻より前に第1の放電深度に達した場合に、直流電源装置3の出力電圧を上述した第1電圧値(例えば、設定電圧値(Vrf−d1))に変更する。ここで、直流電源装置3のスタンバイ電圧とは、例えば、直流電源装置3の動作を停止させた場合の出力電圧である。
なお、蓄電装置6の特性変化により、第1の放電深度と第1電圧値との対応関係がずれるような場合には、電圧制御部81bは、放電量の積算を行い、第1電圧値を第1の放電深度に到達した際の電圧値としてもよい。
図21は、本実施形態による電源システム1bにおける直流電源装置3の出力電圧の制御の一例を示すフローチャートである。
ここでは、所定の期間ごと(例えば、1ヶ月ごと)に、直流電源装置3の出力電圧を設定し直す場合の一例について説明する。
続く、ステップS406において、電圧制御部81bは、直流電源装置3の出力電圧をスタンバイ電圧に変更する。具体的には、電圧制御部81bは、直流電源装置3の出力電圧を変更する制御信号を直流電源装置3に出力し、直流電源装置3の出力電圧をスタンバイ電圧に変更する。
続く、ステップS410及びステップS411の処理は、図17に示すステップS308及びステップS309の処理と同様であるので、ここではその説明を省略する。
ここで、波形W30は、直流電源装置3の出力電圧の変化を示している。その他は、図19と同様である。
これにより、本実施形態における電源システム1bは、第3の実施形態と同様に、第2の期間TR20において、蓄電装置6に放電させた放電量分の電力を、太陽光発電装置5の余剰発電量により適切に回収することができる。また、本実施形態における電源システム1bは、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)を制御するという簡易な制御により、蓄電装置6の過放電を防止することができる。
なお、本実施形態では、第1の放電深度に対応する第1電圧値で判定しているが、電源システム1bは、開始時刻TST以降の蓄電装置6からの放電量の積算を行い、積算値が想定されている余剰発電量と等しくなった時点(ポイントP14)で、直流電源装置3の出力電圧(第1の出力電圧)をポイントP11の電圧値(Vrf−d1)に変更してもよい(ポイントP16)。
また、設定電圧を見直す場合に、例えば、図23に示すように、気象情報を無線通信により取得し、取得した気象情報に基づいて設定電圧を見直してもよい。
この図において、電源システム1cは、直流電源装置3、太陽光発電装置5、蓄電装置6、給電管理装置7c、測定器91〜94、及び日射計95を備えている。
なお、この図において、図1に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
給電管理装置7cは、測定データ取得部71a、入力部72、表示部73、記憶部74、気象情報受信部75、及び制御部80aを備えている。
気象情報受信部75は、例えば、無線通信により、気象情報送信部76から気象情報を受信して、受信した気象情報を制御部80aに出力する。
なお、図23に示す例では、第2の実施形態に適用する場合を説明したが、他の実施形態においても同様に、気象情報を無線通信により取得し、取得した気象情報に基づいて設定電圧を見直してもよい。
また、上記の各実施形態において、最大日射強度に基づいて直流電源装置3の出力電圧の設定電圧が定められる場合について説明したが、余剰発電量が発生する日射強度であれば、他の日射強度に基づいて直流電源装置3の出力電圧の設定電圧が定められてもよい。例えば、平均日射強度に基づいて、直流電源装置3の出力電圧の設定電圧が定められてもよい。
また、給電管理装置7bは、第2の期間TR20の終了時刻を深夜電力料金が適用される時刻に設定してもよい。これにより、電源システム1b(給電管理装置7b)は、蓄電装置6の充電を、他の料金体系よりも低価格な深夜電力料金で行うことができる。
また、上記の各実施形態において、余剰発電量は、余剰発電電気量(余剰発電電流量)である場合について説明したが、余剰発電電力量、又は余剰発電電流であってもよい。また、負荷4の消費量は、負荷の消費電流(Iload)である場合について説明したが、負荷4の消費電力であってもよい。
なお、電源システム1(1a、1b、1c)は、携帯電話などの基地局に使用される直流電源として利用できる。
また、「コンピュータシステム」は、インターネットやWAN、LAN、専用回線等の通信回線を含むネットワークを介して接続された複数のコンピュータ装置を含んでもよい。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。このように、プログラムを記憶した記録媒体は、CD−ROM等の非一過性の記録媒体であってもよい。
2 商用電力系統
3 直流電源装置
4 負荷
5 太陽光発電装置
6 蓄電装置
7、7a、7b、7c 給電管理装置
51 太陽電池パネル
52 電力変換部
71、71a 測定データ取得部
72 入力部
73 表示部
74 記憶部
75 気象情報受信部
76 気象情報送信部
80、80a、80b 制御部
81、81a、81b 電圧制御部
82 電圧算出部
83 電圧・期間算出部
91、92、93、94 測定器
95 日射計
Claims (20)
- 電力を発電する発電装置と、
前記発電装置から負荷に電力を供給する電力供給線に接続され、電力を充放電する蓄電装置と、
商用電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換した第1の出力電圧を前記電力供給線に出力する直流電源装置と、
少なくとも前記第1の出力電圧を制御する給電管理装置と
を備え、
前記給電管理装置は、
前記発電装置が発電する1日の発電量のうちの前記負荷で消費する消費分に対する前記1日における余剰発電分である余剰発電量に応じて定められた電圧であって、前記発電装置が前記電力供給線に出力する第2の出力電圧より低い電圧に、前記第1の出力電圧を制御する電圧制御部を備える
ことを特徴とする電源システム。 - 前記電圧制御部は、
前記蓄電装置の放電深度が充電で受け入れる前記余剰発電量と等しくなるように設定された電圧に、前記第1の出力電圧を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の電源システム。 - 前記発電装置は、1日のうちの第1の期間に発電し、
前記電圧制御部は、
少なくとも前記第1の期間の一部期間を含む第2の期間に対して、前記第1の出力電圧を、前記第2の出力電圧より低い電圧に制御する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電源システム。 - 前記電圧制御部は、
前記第2の期間における前記蓄電装置の放電量と、前記第2の期間における前記余剰発電量とが等しくなるように、前記第2の期間及び前記第1の出力電圧を制御する
ことを特徴とする請求項3に記載の電源システム。 - 前記電圧制御部は、
前記第1の期間の前に、推定される前記余剰発電量と等しい放電量を前記蓄電装置に放電させるように、前記蓄電装置の放電を開始させる前記第2の期間の開始時刻を制御するとともに、前記第1の期間において前記余剰発電量が前記蓄電装置に充電され、前記放電量が前記蓄電装置に充電されるように、前記第2の期間の終了時刻を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載の電源システム。 - 前記電圧制御部は、
前記第2の期間の開始時刻において、前記蓄電装置が前記余剰発電量と等しい放電量を放電した場合の放電深度である第1の放電深度に対応する第1電圧値よりも低い第2電圧値に、前記第1の出力電圧を制御し、前記蓄電装置が前記第2の期間の終了時刻より前に前記第1の放電深度に達した場合に、前記第1の出力電圧を前記第1電圧値に変更する
ことを特徴とする請求項5に記載の電源システム。 - 前記電圧制御部は、
前記第2の期間、前記蓄電装置が前記余剰発電量と等しい放電量を放電した場合の放電深度である第1の放電深度に対応する第1電圧値に、前記第1の出力電圧を制御する
ことを特徴とする請求項5に記載の電源システム。 - 前記電圧制御部は、
前記蓄電装置の放電特性に応じて前記第1電圧値を補正し、補正した前記第1電圧値に前記第1の出力電圧を制御する
ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の電源システム。 - 前記電圧制御部は、
前記蓄電装置が前記余剰発電量と等しい放電量を放電した場合の放電深度である第1の放電深度に対応する第1電圧値以下の電圧値であって、前記蓄電装置が過放電となる放電深度に対応する電圧よりも高い第3電圧値に前記第1の出力電圧を制御する
ことを特徴とする請求項5に記載の電源システム。 - 前記発電装置は、自然エネルギーを利用して発電し、
前記電圧制御部は、
前記発電装置が設置された環境条件における前記余剰発電量に応じて定められた電圧に、前記第1の出力電圧を制御する
ことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の電源システム。 - 前記電圧制御部は、
前記環境条件において、最大となる前記余剰発電量に応じて定められた電圧に、前記第1の出力電圧を制御する
ことを特徴とする請求項10に記載の電源システム。 - 前記給電管理装置は、
前記発電量と、前記消費分とに基づいて、前記余剰発電量を算出し、算出した前記余剰発電量に応じて、前記電圧制御部によって制御される前記第1の出力電圧として出力する電圧を定める電圧設定部
を備えることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の電源システム。 - 前記発電装置は、太陽光を利用して発電する太陽光発電装置であり、
前記電圧設定部は、
前記太陽光発電装置が設置された場所において推定される最大日射強度に基づいて、前記発電量を算出し、算出した当該発電量と、前記消費分とに基づいて前記余剰発電量を算出する
ことを特徴とする請求項12に記載の電源システム。 - 前記太陽光発電装置が設置された場所の日射強度を測定する日射測定部と、
前記蓄電装置の出力電圧を測定する蓄電電圧測定部と
を備え、
前記電圧制御部は、
前記日射測定部が測定した前記日射強度と、前記最大日射強度と、前記蓄電電圧測定部が測定した前記蓄電装置の出力電圧とに基づいて、前記第1の出力電圧として出力する電圧を変更する
ことを特徴とする請求項13に記載の電源システム。 - 前記電圧制御部は、
前記日射測定部が測定した前記日射強度が前記最大日射強度以上であり、且つ、前記蓄電装置の出力電圧が前記第2の出力電圧よりも低い場合に、前記第1の出力電圧として出力する電圧を高くする制御を行う
ことを特徴とする請求項14に記載の電源システム。 - 前記電圧制御部は、
前記日射測定部が測定した前記日射強度が前記最大日射強度以上であり、且つ、前記第2の出力電圧による定電圧充電によって前記蓄電装置の完全充電を所定の時間維持されるような状態となる日数が、所定の回数に達した際に、前記第1の出力電圧として出力する電圧を低くする制御を行う
ことを特徴とする請求項14又は請求項15に記載の電源システム。 - 前記第2の出力電圧は、前記蓄電装置の完全充電に要する電圧以上である
ことを特徴とする請求項1から請求項16のいずれか一項に記載の電源システム。 - 電力を発電する発電装置と、前記発電装置から負荷に電力を供給する電力供給線に接続され、電力を充放電する蓄電装置と、商用電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換した第1の出力電圧を前記電力供給線に出力する直流電源装置と、少なくとも前記第1の出力電圧を制御する給電管理装置とを備える電源システムの給電管理装置であって、
前記発電装置が発電する1日の発電量のうちの前記負荷で消費する消費分に対する前記1日における余剰発電分である余剰発電量に応じて定められた電圧であって、前記発電装置が前記電力供給線に出力する第2の出力電圧より低い電圧に、前記第1の出力電圧を制御する電圧制御部を備える
ことを特徴とする給電管理装置。 - 電力を発電する発電装置と、前記発電装置から負荷に電力を供給する電力供給線に接続され、電力を充放電する蓄電装置と、商用電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換した第1の出力電圧を前記電力供給線に出力する直流電源装置と、少なくとも前記第1の出力電圧を制御する給電管理装置とを備える電源システムの給電管理方法であって、
前記給電管理装置が、前記発電装置が発電する1日の発電量のうちの前記負荷で消費する消費分に対する前記1日における余剰発電分である余剰発電量に応じて、前記第1の出力電圧として出力する電圧を定める電圧設定ステップと、
前記給電管理装置が、前記電圧設定ステップによって定められた電圧であって、前記発電装置が前記電力供給線に出力する第2の出力電圧より低い電圧に、前記第1の出力電圧を制御する電圧制御ステップと
を含むことを特徴とする給電管理方法。 - 電力を発電する発電装置と、前記発電装置から負荷に電力を供給する電力供給線に接続され、電力を充放電する蓄電装置と、商用電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換した第1の出力電圧を前記電力供給線に出力する直流電源装置と、少なくとも前記第1の出力電圧を制御する給電管理装置とを備える電源システムの給電管理装置としてのコンピュータに、
前記給電管理装置が、前記発電装置が発電する1日の発電量のうちの前記負荷で消費する消費分に対する前記1日における余剰発電分である余剰発電量に応じて、前記第1の出力電圧として出力する電圧を定める電圧設定ステップと、
前記給電管理装置が、前記電圧設定ステップによって定められた電圧であって、前記発電装置が前記電力供給線に出力する第2の出力電圧より低い電圧に、前記第1の出力電圧を制御する電圧制御ステップと
を実行させるためのプログラム。
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