特許 6334312 太陽光発電システム監視制御装置、監視制御プログラム及び太陽光発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6334312

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】太陽光発電システム監視制御装置、監視制御プログラム及び太陽光発電システム

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/67 20060101AFI20180521BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20180521BHJP

   H02S 50/00 20140101ALI20180521BHJP

【ＦＩ】

   G05F1/67 A

   H02J3/38 150

   H02S50/00

【請求項の数】11

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-163171(P2014-163171)

(22)【出願日】2014年8月8日

(65)【公開番号】特開2016-38816(P2016-38816A)

(43)【公開日】2016年3月22日

【審査請求日】2017年3月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100081961

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 光春

(72)【発明者】

【氏名】柳本 真吾

【審査官】 栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１０５３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０６３３０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１０−５２１７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２３０９５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｆ １／６７

Ｈ０２Ｊ ３／３８

Ｈ０２Ｓ ５０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽電池モジュールに対する影の態様を予測するための予測条件を記憶する予測条件記憶部と、
前記予測条件に基づいて、太陽電池モジュールに対する影の態様及び電力−電圧特性を予測する予測部と、
前記予測部による予測に基づいて、制御パターンを作成する作成部と、
複数枚の太陽電池セルが接続された複数の太陽電池モジュールに対して、個別にＭＰＰＴ制御を行う制御装置について、少なくとも一つの太陽電池モジュールに影がかかった場合の電力−電圧特性に応じて、当該太陽電池モジュールの制御装置の制御範囲を限定する制御パターンを設定する設定部と、
当該太陽電池モジュールに影がかかった場合に、前記設定部に設定された制御パターンによる制御を、当該太陽電池モジュールの制御装置に指示する指示部と、
を有することを特徴とする太陽光発電システム監視制御装置。

【請求項2】

前記制御パターンは、電力−電圧特性における複数のピーク点のうちの一部のピーク点を含む制御範囲に限定するものであることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システム監視制御装置。

【請求項3】

前記制御パターンは、電力−電圧特性における複数のピーク点のうち、いずれか１つのピーク点のみを含む制御範囲に限定するものであることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システム監視制御装置。

【請求項4】

前記制御パターンは、電力−電圧特性における複数のピーク点のうち、いずれか１つのピーク点に固定するものであることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システム監視制御装置。

【請求項5】

前記いずれか１つのピーク点は、電力が最大のピーク点であることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の太陽光発電システム監視制御装置。

【請求項6】

前記いずれか１つのピーク点は、電圧が最大のピーク点であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の太陽光発電システム監視制御装置。

【請求項7】

複数の制御パターンのいずれを選択するかの選択条件を記憶する選択条件記憶部と、
前記選択条件を満たす制御パターンを選択する選択部と、
を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽光発電システム監視制御装置。

【請求項8】

前記制御パターン又は前記制御パターンを作成するための情報を入力する入力部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽光発電システム監視制御装置。

【請求項9】

影がかかっている太陽電池モジュール又はその電力−電圧特性を表示する出力部を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽光発電システム監視制御装置。

【請求項10】

太陽電池モジュールに対する影の態様を予測するための予測条件を記憶する予測条件記憶部と、
前記予測条件に基づいて、太陽電池モジュールに対する影の態様及び電力−電圧特性を予測する予測部と、
前記予測部による予測に基づいて、制御パターンを作成する作成部と、
を有する太陽光発電システム監視制御装置に、
複数枚の太陽電池セルが接続された複数の太陽電池モジュールに対して、個別にＭＰＰＴ制御を行う制御装置について、少なくとも一つの太陽電池モジュールに影がかかった場合の電力−電圧特性に応じて、当該太陽電池モジュールの制御装置の制御範囲を限定する制御パターンを設定する設定処理と、
当該太陽電池モジュールに影がかかった場合に、設定された制御パターンによる制御を、当該太陽電池モジュールの制御装置に指示する指示処理と、
を実行させることを特徴とする太陽光発電システム監視制御プログラム。

【請求項11】

複数枚の太陽電池セルが接続された複数の太陽電池モジュールと、
前記複数の太陽電池モジュールに対して個別にＭＰＰＴ制御を行う制御装置と、
前記制御装置との間で情報の送受信を行う通信部と、
太陽電池モジュールに対する影の態様を予測するための予測条件を記憶する予測条件記憶部と、
前記予測条件に基づいて、太陽電池モジュールに対する影の態様及び電力−電圧特性を予測する予測部と、
前記予測部による予測に基づいて、制御パターンを作成する作成部と、
前記複数の太陽電池モジュールのうち、少なくとも一つの太陽電池モジュールに影がかかった場合の電力−電圧特性に応じて、当該太陽電池モジュールの制御装置の制御範囲を限定する制御パターンを設定する設定部と、
当該太陽電池モジュールに影がかかった場合に、前記設定部に設定された制御パターンによる制御を、当該太陽電池モジュールの制御装置に指示する指示部と、
を有する太陽光発電システム監視制御装置と、
を有することを特徴とする太陽光発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、太陽光発電システムの監視及び制御を行う技術に関する。

【背景技術】

【0002】

太陽電池セルを用いた太陽光発電は、ＣＯ_２の発生が少ない発電方式として注目されている。しかしながら、一般的な太陽電池セル１枚当たりの出力は小さい。このため、実用的な太陽光発電システムは、複数の太陽電池セルを直列に接続したサブストリングを、複数直列又は並列に接続した太陽電池モジュールを構成し、大きな電力が得られるようにしている。

【0003】

このような太陽光発電システムは、多数の太陽電池モジュールを、１台のＰＣＳ（Power Conditioning System）と呼ばれる装置に接続することにより、所望の電力が得られるように構成している。このＰＣＳは、基本的には、直交変換のためのインバータ機能を有している。また、ＰＣＳは、日射量が時々刻々と変化する中で、出力電力が最大となる動作点（ＭＰＰ：Maximum power point）を追従する機能（ＭＰＰТ：Maximum power point Tracker)も有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−２５５９４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＭＰＰＴでは、常に変動する気象条件等の下で、出力が最大化となる電流×電圧の値、つまり最大電力点又は最適動作点を自動で求めることができる。ここで、図１３に、横軸を電圧、縦軸を電力とした場合の電力−電圧特性を示すカーブを示す。図１３（Ａ）は、晴天時において、太陽電池モジュールに影がかかることなく、正常に発電ができている場合の最大電力点を示す。

【0006】

このように発電している太陽電池モジュールの一部に影がかかると、電力−電圧特性を示すカーブにおける山の頂点であるピーク点が、２つ以上できる場合がある。例えば、図１３（Ｂ）は、ピーク点が２つある場合、図１３（Ｃ）は、ピーク点が３つある場合の例である。カーブの形状は、影のかかり方によって異なる。このような場合には、ＭＰＰＴによって、本来のピーク点である最大電力点を見つけ出すことが困難となり、正常な動作ができず、発電量が低下することが多い。

【0007】

これに対処するため、電力−電圧特性カーブを定期的にスキャニングしたり、電力制御幅を広げることが考えられる。しかし、そのためには、部品点数が増えたり、高価な制御回路、素子が必要となり、コスト増となる。

【0008】

本発明の実施形態は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、太陽電池モジュールに影がかかる場合であっても、発電量の低下と制御の負荷を最小限に抑えて、低コストで安定した制御が可能となる太陽光発電システム監視制御技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記のような目的を達成するため、実施形態の太陽光発電システム監視制御装置は、太陽電池モジュールに対する影の態様を予測するための予測条件を記憶する予測条件記憶部と、前記予測条件に基づいて、太陽電池モジュールに対する影の態様及び電力−電圧特性を予測する予測部と、前記予測部による予測に基づいて、制御パターンを作成する作成部と、複数枚の太陽電池セルが接続された複数の太陽電池モジュールに対して、個別にＭＰＰＴ制御を行う制御装置について、少なくとも一つの太陽電池モジュールに影がかかった場合の電力−電圧特性に応じて、当該太陽電池モジュールの制御装置の制御範囲を限定する制御パターンを設定する設定部と、当該太陽電池モジュールに影がかかった場合に、前記設定部に設定された制御パターンによる制御を、当該太陽電池モジュールの制御装置に指示する指示部と、を有することを特徴とする。

【0010】

なお、他の態様として、上記の各部の機能をコンピュータに実行させるプログラムとして捉えることもできる。さらに、他の態様として、上記の監視制御装置により監視及び制御される太陽光発電システムを構成することもできる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態の太陽光発電システムを示す概略構成図である。

【図2】実施形態の太陽光発電システムを示すブロック図である。

【図3】家屋の屋根に設置された太陽電池モジュールを示す説明図である。

【図4】太陽電池モジュールに設置されたマイクロインバータを示す説明図である。

【図5】実施形態で用いられる制御パターンと選択条件の例を示す説明図である。

【図6】太陽電池モジュールに対する影の態様と電力−電圧特性の関係を示す説明図である。

【図7】家屋の屋根に影が生じた例を示す説明図である。

【図8】図７の影の態様の変化と電力−電圧特性の関係を示す説明図である。

【図9】出力部に表示された複数の太陽電池モジュールと、各マイクロインバータに対する制御指令を示す説明図である。

【図10】入力部からの設定の入力とマイクロインバータに対する制御指令を示す説明図である。

【図11】一つの太陽電池モジュールに影がかかった場合と電力−電圧特性の関係を示す説明図である。

【図12】２つの太陽電池モジュールに影がかかった場合と電力−電圧特性の関係を示す説明図である。

【図13】太陽電池モジュールの電力−電圧特性であって、影がなく正常な場合（Ａ）、影がかかりピーク点が２つできている場合（Ｂ）、影がかかりピーク点が３つのできている場合（Ｃ）を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本実施形態の太陽光発電システムＰを、図１〜図１２を参照して説明する。この太陽光発電システムＰは、図１、図２及び図３に示すように、太陽電池モジュールＭ、マイクロインバータＭＩＣ、ゲートウェイ１００、タブレット端末２００を有する。
［構成］
［太陽電池モジュール］
太陽電池モジュールＭは、図３に示すように、複数の太陽電池セルＣを直列に接続したサブストリングＳＴを、複数並列に接続することにより構成されている。各サブストリングＳＴには、サブストリングＳＴの発電量が極端に落ちた場合に、電路をバイパスさせてスルーするためのバイパスコンデンサＤが挿入されている。

【0013】

さらに、数枚の太陽電池モジュールＭが直列に接続されたものをストリング、ストリングがいくつも合わされて構成されたものをアレイと呼ぶ。家屋Ｈの屋根には、太陽電池セルＣの受光面が上向きになるように、複数のアレイが、各アレイ毎に架台等により支持されて搭載されている。ここで、図４（Ａ）に示すように、太陽電池モジュールＭにおける太陽電池セルＣの受光面が配置された面を表面とし、これと反対側の図４（Ｂ）に示す面を裏面とする。

【0014】

［マイクロインバータ］
各太陽電池モジュールＭの裏面には、図４（Ｂ）に示すように、マイクロインバータＭＩＣが設置されている。このマイクロインバータＭＩＣは、各太陽電池モジュールＭに対するインバータ機能とＭＰＰＴ機能を有する制御装置である。インバータ機能は、太陽電池モジュールＭからの直流（ＤＣ）を、交流（ＡＣ）に変換して出力する機能である。ＭＰＰＴ機能は、日射量の変化に応じて、出力電力が最大となる動作点を追従する機能である。

【0015】

このようなマイクロインバータＭＩＣの入力側は、ケーブルを介して、太陽電池モジュールＭの出力側に接続されている。また、マイクロインバータＭＩＣの出力側は、ケーブルを介して、図示しない系統連系装置等に接続され、この系統連系装置を介して、各マイクロインバータＭＩＣが系統に連系される。

【0016】

［ゲートウェイ］
ゲートウェイ１００は、図１に示すように、太陽光発電システムＰの監視制御装置である。このゲートウェイ１００は、コンピュータを所定のプログラムで制御することによって、若しくは専用の電子回路によって実現できる。この場合のプログラムは、コンピュータのハードウェアを物理的に活用することで、以下に述べるような各部の処理を実現するものである。なお、各部の処理を実行する方法、プログラム及びプログラムを記録した記録媒体も、実施形態の一態様である。また、ハードウェアで処理する範囲、プログラムを含むソフトウェアで処理する範囲をどのように設定するかは、特定の態様には限定されない。

【0017】

より具体的には、ゲートウェイ１００は、図２に示すように、通信部１０、記憶部２０、制御部３０を有する。
（通信部）
通信部１０は、外部との間で太陽光発電システムＰの監視制御に必要な情報の送受信を行う処理部である。通信に使用されるネットワーク、プロトコル等は、特定のものには限定されない。

【0018】

本実施形態では、通信部１０は、各マイクロインバータＭＩＣとの間で、無線によって個別に通信することができる。また、通信部１０は、ＬＡＮ及びインターネットへの接続機能を有する。このため、いわゆるクラウドからの情報収集が可能となる。さらに、無線ＬＡＮにより、後述するタブレット端末２００との通信も可能である。

【0019】

（記憶部）
記憶部２０は、ゲートウェイ１００の処理に必要な各種の情報を記憶する処理部である。この情報は、通信部１０やタブレット端末２００を介して外部から入力されるか、後述する制御部３０において生成される情報である。このような情報としては、識別情報、制御パターン、予測条件、選択条件を含む。

【0020】

識別情報は、各太陽光発電システムＰに対応するマイクロインバータＭＩＣに付与され、各マイクロインバータＭＩＣを識別する情報である。制御パターンは、後述するように、少なくとも一つの太陽電池モジュールＭに影がかかった場合の電力−電圧特性に応じて、当該太陽電池モジュールＭのマイクロインバータＭＩＣの制御範囲を限定する情報である。

【0021】

制御パターンとしては、例えば、図５の（Ｂ１）のＢに示すように、電力−電圧特性における複数のピーク点のうち、いずれか１つのピーク点のみを含む制御範囲に限定する情報とする。図５において、ピーク点は、小円で囲まれている。例えば、この１つのピーク点を挟んだ何ボルトから何ボルトといった電圧の範囲を制御範囲とする。また、制御パターンとしては、例えば、図５の（Ｃ１）のＣに示すように、電力−電圧特性における複数のピーク点のうちの、一部のピーク点を含む制御範囲に限定する情報とすることもできる。この例では、２つのピーク点を含む何ボルトから何ボルトといった電圧の範囲を制御範囲としている。

【0022】

さらに、制御パターンとしては、例えば、図５の（Ｂ２）の固定値ｂ、（Ｃ２）の固定値ｃに示すように、電力−電圧特性における複数のピーク点のうち、いずれか１つのピーク点に固定する情報とすることもできる。例えば、何ボルトといった電圧値を固定値とすることができる。

【0023】

いずれか１つのピーク点としては、いずれを選択して設定してもよい。但し、電力が最大のピーク点とすれば、出力の低減を抑えることができる。また、いずれか１つのピーク点として、電圧が最大のピーク点とすれば、電流の増大による損失を防止できる。これらのピーク点の決定基準は、複数のピーク点の出力値が同等の場合に役立つ。なお、記憶部２０における識別情報、制御パターンの記憶領域は、設定部２１として捉えることができる。

【0024】

予測条件は、太陽電池モジュールＭに対する影の態様を予測するための条件である。この予測条件としては、例えば、太陽電池モジュールＭの設置地点の高さ、緯度、経度、年月日、遮蔽物の緯度、経度、高さ、大きさ等を含む。なお、記憶部２０における予測条件の記憶領域は、予測条件記憶部として捉えることができる。

【0025】

選択条件は、設定部２１に設定された複数の制御パターンのいずれを選択するかの条件である。選択条件としては、例えば、図５に示すように、年月日、時刻、場所、天気情報等を含む。場所の情報としては、例えば、緯度、経度、設置高度等を含む。なお、記憶部２０における選択条件の記憶領域は、選択条件記憶部として捉えることができる。

【0026】

このような記憶部２０は、典型的には、内蔵された若しくは外部接続された各種メモリにより構成できる。但し、ハードディスク、光ディスク等、現在又は将来において利用可能なあらゆる記憶媒体を利用可能である。演算に用いるレジスタ等も、記憶部２０として捉えることができる。ＵＳＢメモリ、メモリカード等のように、既に情報が記憶された記憶媒体を、読み取り装置に装着することにより、制御部３０において利用可能となる態様でもよい。さらに、ネットワークを介して接続された外部のサーバ等の記憶装置であっても、記憶部２０として機能する。

【0027】

（制御部）
制御部３０は、通信部１０から受信した情報及び記憶部２０に記憶された情報に基づいて、ゲートウェイ１００による太陽光発電システムＰの監視制御に必要な処理を行う処理部である。この制御部３０は、予測部３１、作成部３２、選択部３３、指示部３４を有する。

【0028】

予測部３１は、予測条件に基づいて、太陽電池モジュールＭにかかる影の態様及びこれに対応する電力−電圧特性を予測する処理部である。つまり、予測部３１は、予測条件に基づいて、電力−電圧特性のカーブのピーク点の位置をシミュレートすることができる。一般的な傾向として、影の位置と広さが、ピーク点の数や位置に影響を与え、影の濃さが、ピーク点の高さに影響を与える。このため、影の態様に応じた電力−電圧特性の予想は可能である。あらかじめ行う試験や、設置後のデータ採取によって、影の態様と電力−電圧特性の関係を経験的に求めて、予測に用いることもできる。

【0029】

作成部３２は、予測部３１による予測結果に基づいて、各太陽電池モジュールＭのマイクロインバータＭＩＣによる制御パターンを作成する処理部である。作成された制御パターンは、設定部２１に設定される。

【0030】

選択部３３は、選択条件に基づいて、いずれの制御パターンにより制御すべきかを選択する処理部である。指示部３４は、太陽電池モジュールＭに影がかかった場合に、設定部２１に設定された制御パターンによる制御指示を、当該太陽電池モジュールＭのマイクロインバータＭＩＣに対して出力する処理部である。

【0031】

［タブレット端末］
タブレット端末２００は、図２に示すように、ゲートウェイ１００に対して情報の入出力を行う装置である。このタブレット端末２００は、出力部４０、入力部５０を有する。

【0032】

出力部４０は、太陽電池モジュールＭ、マイクロインバータＭＩＣ、電力−電圧特性、制御範囲等の各種の情報を、管理者、操作者等を含むユーザが認識可能となるように表示するディスプレイである。入力部５０は、ゲートウェイ１００に必要な情報の入力、処理の選択や指示を入力するタッチパネルである。上記の識別情報、制御パターン、選択条件、予測条件等は、ユーザが入力部５０から入力することもできる。

【0033】

なお、タブレット端末２００の代わりに、スマートフォンやパーソナルコンピュータ等の端末装置を用いることもできる。これに対応して、出力部４０や入力部５０も、キーボード、マウス、ディスプレイ、プリンタ等、現在又は将来において利用可能なあらゆる装置を含む。

【0034】

［作用］
［概要］
通常の太陽光発電システムＰにおいては、影の影響によってシステム全体の発電量低下が懸念される場合、影が太陽電池モジュールＭの一部分でもかかることがあらかじめ分かっている場所には、太陽電池モジュールＭの設置は行わないことが多い。これは、時間帯によって、太陽電池モジュールＭに影がかかる部分がある場合も含まれる。

【0035】

ところが、マイクロインバータＭＩＣのように、太陽電池モジュールＭ毎に、個別にＭＰＰＴを行う機器は、太陽電池モジュールＭを個別で制御することができる。このため、個別の太陽電池モジュールＭの発電量が低下しても、他の太陽電池モジュールＭへの影響が比較的少ない。従って、太陽光発電システムＰ全体の発電量の大幅な低下を抑えることができるので、太陽電池モジュールＭを設置するメリットはある。

【0036】

但し、一部の太陽電池モジュールＭに影がかかって電力−電圧特性のピーク点が複数となるような場合には、正常時と同様に、マイクロインバータＭＩＣが、広い制御範囲でのＭＰＰＴを継続すると、マイクロインバータＭＩＣに大きな負荷がかかる。

【0037】

一方、影の態様が既知であれば、電力−電圧特性の最大電力点であるピーク点の位置が特定できる。このため、例えば、影がかかる時間帯や規則性等が分かっている場合、影のかかる位置と、それに伴う最大電力点の位置、範囲を特定し、これに応じて制御範囲を制限することで、負荷を抑えつつ最適な最大電力を得ることができる。

【0038】

［影の態様と電力−電圧特性］
ここで、影の態様と電力−電圧特性の関係について説明する。上記のように、太陽電池モジュールＭは、いくつかのサブストリングＳＴによって構成されている。仮に、太陽電池モジュールＭのサブストリングＳＴの一部に影がかかると、日射が遮られることによって電流値が低下する。すると、その部分の発電量、つまり電力が減少するので、太陽電池モジュールＭ全体の電力−電圧特性を示すカーブは、ピーク点が２つ以上の段差を持った特性となる。

【0039】

また、太陽電池モジュールＭが数枚直列接続されたストリングにおいて、１枚の太陽電池モジュールＭに影がかかった場合にも、サブストリングＳＴの場合と同じく、電力−電圧特性カーブにピーク点が２つ以上できる。

【0040】

例えば、図６（Ａ）に示すように、１セル分を覆う影１がかかった場合には、図６（Ｂ）に示すように、影が全くない場合のピーク点を基準とすると、電力が４分の１程度に低下する。そして、基準のピーク点を挟んで低電圧側に１つ、高電圧側に１つのピーク点が生じる。

【0041】

図６（Ａ）に示すように、１サブストリングＳＴである１６セル分を覆う影２がかかった場合には、図６（Ｂ）に示すように、基準のピーク点から電力が２分の１程度に低下する。そして、基準のピーク点を挟んで低電圧側に１つ、高電圧側に１つのピーク点が生じる。

【0042】

図６（Ａ）に示すように、２サブストリングＳＴにまたがる８セル分を覆う影３がかかった場合には、図６（Ｂ）に示すように、基準のピーク点から電力が４分の１程度に低下する。そして、基準のピーク点を挟んで低電圧側に２つ、高電圧側に１つのピーク点が生じる。

【0043】

また、太陽電池モジュールＭが、遮蔽物の近辺に設置された場合に、影が生じる場合の例を、図７に示す。つまり、図７に示すように、煙突等の遮蔽物Ｆの近辺に設置された太陽電池モジュールＭには、時間によって異なる位置に影ＳＡがかかる。

【0044】

これに対応する太陽電池モジュールＭの電力−電圧特性カーブの例を、図８に示す。例えば、図８（Ａ）に示すように、正午など太陽が遮蔽物Ｆの真上にある状態では、太陽電池モジュールＭに影ＳＡはかからず、通常のピーク点が一つの電力−電圧特性のカーブとなる。そして、図８（Ｂ）に示すように、正午を過ぎて太陽光が遮蔽物Ｆに斜めから差すようになると、影ＳＡの先端が太陽電池モジュールＭにかかる。すると、ピーク点が二つの電力−電圧特性のカーブとなる。

【0045】

さらに、図８（Ｃ）に示すように、時間が経過して、太陽光が遮蔽物Ｆの横方向から差すようになると、太陽電池モジュールＭのより広い面積に影がかかるようになる。すると、ピーク点が三つの電力−電圧特性のカーブとなる。なお、上記のような影ＳＡの態様及び電力−電圧特性は、あくまでも例示であり、必ず上記のようになるという法則が確定しているわけではない。

【0046】

［ゲートウェイの処理］
本実施形態におけるゲートウェイ１００の処理を説明する。まず、予測部３１は、通信部１０が外部から受信し又は入力部５０から入力され、記憶部２０が記憶した予測条件に基づいて、影の態様を予測する。

【0047】

上記のように、太陽電池モジュールＭにかかる影の態様は、種々の状況によって異なる。このような影の態様の変化により、電力−電圧特性のカーブのピーク点の数が変化する。つまり、遮蔽物Ｆによる影のかかり方及びこれによる電力−電圧特性は、太陽電池モジュールＭの設置地点の高さ、緯度、経度、年月日と、遮蔽物Ｆの大きさ等の予測条件に基づいて予測することができる。設置高度、緯度、経度、年月日などの情報は、ＧＰＳ等から得ることができる。遮蔽物Ｆの大きさは、あらかじめ入力しておくことができる。これらの情報は、一般的には、太陽電池モジュールＭの設置施工時、メンテナンス時等に把握できる。

【0048】

作成部３２は、予測部３１の予測結果に基づいて、電力‐電圧特性に応じた制御パターンを作成する。上記の図５に示したように、ピーク点の数は同じであっても、ピーク点の位置は、影で覆われたサブストリングＳＴの数、太陽電池セルＣの数によって異なる。

【0049】

例えば、太陽電池モジュールＭに影がかかっていない場合、図５の（Ａ）に示すように、マイクロコンバータＭＩＣに設定されたＭＰＰＴの電圧の制御範囲Ａの中で、日射量などに応じて動作している。

【0050】

しかし、年月日、時刻、場所、天気に応じて、太陽電池モジュールＭに影がかかることにより、図５の（Ｂ１）（Ｂ２）（Ｃ１）（Ｃ２）に示すように、電力−電圧特性のピーク点が２つ以上できる場合がある。この場合、それぞれの電力−電圧特性に応じて、次のような制御パターンとすることが考えられる。

【0051】

（Ｂ１）に示すように、電力のレベルが異なる２つのピーク点が生じる場合には、電力が最大となるピーク点を含む電圧の制御範囲Ｂを、制御パターンとする。
（Ｂ２）に示すように、電力のレベルが大きく異なる２つのピーク点が生じる場合には、電力が最大となるピーク点を含む電圧の制御範囲Ｂ’又はこのピーク点に対応する電圧の固定値ｂを、制御パターンとする。
（Ｃ１）に示すように、電力のレベルが同等の３つのピーク点が生じる場合には、電圧が最大となるピーク点を含む電圧の制御範囲Ｃを、制御パターンとする。制御範囲Ｃに示すように、複数のピーク点を含んでいてもよい。
（Ｃ２）に示すように、電力のレベルが一つだけ高い３つのピーク点が生じる場合には、高い電力のピーク点を含む電圧の制御範囲Ｃ’又はこのピーク点に対応する電圧の固定値ｃを、制御パターンとする。

【0052】

このように、ピーク点が２つ以上できた場合のＭＰＰＴの制御範囲を、Ｂ、Ｂ’、Ｃ、Ｃ’のように狭め制御パターンとしたり、（Ｂ２）（Ｃ２）のように一つのピーク点が突出して高い場合には、固定値ｂ、ｃを制御パターンとすることで、制御の簡易化が可能となる。

【0053】

作成部３２は、各太陽電池モジュールＭについて、通常の晴天時における影の態様とこれによる電力−電圧特性のピーク点に対応して狭めた制御範囲又は固定値を制御パターンとして作成して、太陽電池モジュールＭの識別情報とともに設定部２１に登録する。なお、これらの制御パターンは、年月日、時刻、場所、天気等の選択されるべき選択条件と関連付けられている。

【0054】

そして、選択部３３は、選択条件に基づいて制御パターンを選択する。例えば、選択部３３は、コンピュータの内部時計又は外部から受信した時間情報から、あらかじめ設定された制御パターンに対応する年月日及び時刻が到来したと判定した場合に、当該制御パターンを選択してもよい。

【0055】

また、天気情報から、曇りや雨天である場合には、全ての太陽電池モジュールＭの発電量が大きく低下するので、制御パターンに対応する年月日及び時刻が到来しても、当該制御パターンを選択しないこともできる。なお、天気情報は、クラウド上からより正確な情報を取得すれば、より正確なＭＰＰＴ制御が可能となる。

【0056】

指示部３４は、選択部３３が選択した制御パターンによる制御の指示を、その識別情報に対応する太陽電池モジュールＭを制御するマイクロコンバータＭＩＣに出力する。この制御指示は、通信部１０から、対応するマイクロコンバータＭＩＣに個別に送信される。

【0057】

例えば、図９に示すように、識別情報ｂと識別情報ｈの太陽電池モジュールＭに対して影ＳＡがかかってピーク点が複数生じている場合に、これらを制御しているマイクロコンバータＭＩＣに対して、設定された制御パターンによる制御指令が送信される。なお、図９は、タブレット端末２００の出力部４０に、監視対象である太陽電池モジュールＭのうち、影ＳＡがかかっているものを、模擬的に画面表示することにより、ユーザに分かりやすく示した例である。

【0058】

これにより、一部の太陽電池モジュールＭに影がかかっている状態でも、マイクロコンバータＭＩＣは、最適な制御を行うことができる。つまり、制御指令を受けたマイクロコンバータＭＩＣは、ＭＰＰＴのピーク点の探索範囲を、そのピーク点が存在する蓋然性の高い範囲に限定するか、ピーク点を特定の固定値とした制御を行う。このため、マイクロコンバータＭＩＣの制御負担は大幅に低減される。

【0059】

また、制御パターンの作成は、上記の態様には限定されない。実際の電力‐電圧特性パターンに基づいて、ユーザが入力した情報に応じた制御パターンを用いることもできる。例えば、ユーザが、入力部５０から、任意の制御範囲、固定値等のパラメータを入力することにより、これを制御パターンとして設定部２１に設定してもよい。

【0060】

さらに、図１０に示すように、タブレット端末２００の出力部４０に、ピーク点が複数生じている太陽電池モジュールＭの電力−電圧特性カーブが表示されている場合に、入力部５０により、ユーザが所望のピーク点を選択してもよい。このように選択すると、作成部３２が、そのピーク点を含む所定の制御範囲又はそのピーク点を固定値とする制御パターンを作成して、設定部２１に設定する。そして、指示部３４が、当該太陽電池モジュールＭのマイクロコンバータＭＩＣに、当該制御パターンによる制御指令を出力する。

【0061】

このような制御パターンによる制御は、日時の変化に応じて、適宜行われる。その具体例を、図１１及び図１２を参照して説明する。例えば、図１１に示すように、太陽の位置から、遮蔽物Ｆのために“ｊ”の太陽電池ジュールＭに規則的な影ＳＡ１がかかる。この場合、“ｊ”に対応する電力−電圧特性［１］は、ピーク点が２つとなるが、これに対応した制御パターンにより、制御範囲を限定した制御を行う。

【0062】

続いて、図１２に示すように、時間の変化により、太陽の位置、影のかかり方が変化すると“ａ”の太陽電池モジュールＭにも建物Ｂの影ＳＡ２がかかり、さらには“ｊ”の太陽電池モジュールＭにかかる影ＳＡ３は大きくなる。新たに影ＳＡ２がかかった“ａ”の太陽電池モジュールＭは、［１］とは違うピーク点が２つの電力−電圧特性［２］を示すので、これに対応した制御パターンにより、制御範囲を限定した制御を行う。一方、“ｊ”の太陽電池モジュールＭは、先ほどのピーク点が２つの特性から、３つの特性［３］に切り替わるので、これに対応した制御パターンに変更する。

【0063】

［３．効果］
ＭＰＰＴ制御は、山登り制御をはじめとして、種々のアルゴリズムが存在する。但し、一般的には、制御装置の最大限の範囲を制御幅としてピーク点を見つけ出すことになる。しかし、太陽電池モジュールＭに影がかかり、ピーク点が複数発生する場合には、最大範囲を制御幅とすると、装置にかかる負荷が増大するとともに、ピーク点を見つけ出すことに時間がかかる。

【0064】

（１）本実施形態は、複数の太陽電池モジュールＭに対して、個別にＭＰＰＴ制御を行うマイクロインバータＭＩＣについて、少なくとも一つの太陽電池モジュールＭに影がかかった場合の電力−電圧特性に応じて、当該太陽電池モジュールＭのマイクロインバータＭＩＣの制御範囲を限定する制御パターンを設定する設定部２１と、当該太陽電池モジュールＭに影がかかった場合に、設定部２１に設定された制御パターンによる制御を、当該太陽電池モジュールＭのマイクロインバータＭＩＣに指示する指示部３４とを有する。

【0065】

このように、本実施形態では、制御範囲を限定するので、ピーク点を効率良く短時間で見つけ出すことができ、マイクロインバータＭＩＣにかかる負荷を低減しつつ、発電量の低下を最小限に抑えることができる。これにより、マイクロインバータＭＩＣのコストを抑えつつ、安定した制御を実現できる。しかも、影に応じた最適な制御パターンを設定しておけば、最適な制御が可能となる。

【0066】

（２）制御パターンは、電力−電圧特性における複数のピーク点のうちの一部のピーク点を含む制御範囲に限定するので、いずれかのピーク点を必ず見つけ出すことができる。

【0067】

（３）特に、制御パターンを、電力−電圧特性における複数のピーク点のうち、いずれか１つのピーク点のみを含む制御範囲に限定すれば、より高速に且つ確実にピーク点を見つけ出すことができる。

【0068】

（４）さらに、制御パターンを、電力−電圧特性における複数のピーク点のうち、いずれか１つのピーク点に固定すれば、制御の負荷は大幅に軽減される。つまり、何ボルトといった固定値で制御する定電圧制御に移行させることにより、処理を簡素化することができる。

【0069】

（５）制御パターンにおける１つのピーク点を、電力が最大のピーク点とすることにより、当該太陽電池モジュールＭの発電電力の低下を最小限に抑えることができる。つまり、影がかかった太陽電池モジュールＭの発電電力は定格以下となるが、この定格以下の運転の中での複数のピーク点のうち、電力が最大のピーク点とすることにより、比較的高い電力を維持できる。

【0070】

（６）制御パターンにおける１つのピーク点を、電圧が最大のピーク点とすることにより、損失を低減することができる。複数のピーク点のうち、低い電圧のピーク点を制御範囲とすると、電流が増大して損失も増える。定格以下の運転の中での複数のピーク点のうち、電圧が最大のピーク点とすることにより、損失を抑えることができる。これは、ピーク点が同等の高さである場合の選択の基準となる。

【0071】

（７）太陽電池モジュールＭに対する影の態様を予測するための予測条件を記憶する記憶部２０と、予測条件に基づいて、太陽電池モジュールＭに対する影の態様及び電力−電圧特性を予測する予測部３１と、予測部３１による予測に基づいて、制御パターンを作成する作成部３２を有する。これにより、個別の状況によって異なる影の態様及び電力−電圧特性を計測する手間がかからず、最適な制御パターンを作成できる。

【0072】

（８）複数の制御パターンのいずれを選択するかの選択条件を記憶する記憶部２０と、選択条件を満たす制御パターンを選択する選択部３３を有する。これにより、時々刻々と変化する影の態様に応じて、常に最適な制御パターンを適用することができる。

【0073】

（９）制御パターン又は制御パターンを作成するための情報を入力する入力部５０を有している。これにより、ユーザが制御範囲、固定値、ピーク点等を任意に入力することで、所望の制御パターンによる制御が可能となる。

【0074】

（１０）影がかかっている太陽電池モジュールＭ又はその電力−電圧特性を表示する出力部４０を有する。これにより、ユーザは、影がかかっている太陽電池モジュールＭを容易に把握することができる。

【0075】

（１１）制御パターンは、比較的情報量が少なくて済むため、太陽光発電システムＰにおけるゲートウェイ１００とマイクロインバータＭＩＣの通信性能を拡張する必要がなく、本実施形態を適用することができる。さらに、本実施形態を実現するためのコンピュータプログラムを、既存のゲートウェイ１００にインストールすることによって、本実施形態を構成してもよい。

【0076】

［Ｅ．他の実施形態］
（１）本実施形態は、上記のような態様には限定されない。例えば、太陽電池モジュールＭを個別に制御する制御装置は、マイクロインバータＭＩＣには限定されない。ＭＰＰＴ制御が可能な制御装置であればよい。例えば、ＤＣ−ＤＣオプティマイザー、ＡＣモジュールと呼ばれる装置も、制御装置とすることができる。制御装置の設置位置についても、太陽電池モジュールＭの裏面には限定されない。例えば、太陽電池モジュールＭを設置する架台に、制御装置を取り付けてもよい。

【0077】

（２）指示部３４による制御指令は、より簡素なものであってもよい。例えば、ある家の特定の太陽電池モジュールＭは、何時から何時までの間、この制御パターンで制御するという設定がされていれば、その時間に設定された制御パターンによる制御指令を、指示部３４が出力すればよい。また、指示部３４は、通常運転をしていて、所定のしきい値以下となる場合のように、急激に出力が落ちたことを検出した場合に、影がかかったと判断して、設定された制御パターンによる制御指令を出力してもよい。

【0078】

（３）制御パターンを限定された制御範囲とする場合には、制御装置における通常運転時の制御範囲又は最大、定格若しくデフォルトの制御範囲よりも狭い範囲に制限すればよい。どの程度の範囲とするかは自由である。あらかじめ適用する制御範囲を固定的に設定しておいてもよいし、ピーク点の位置、その他の条件に応じて、適宜、適用する制御範囲を変動させてもよい。また、制御パターンを固定値とする場合に、ピーク点に固定するとしても、実際の電力−電圧特性が示すピーク点は時々刻々と変化する。このため、ピーク点に固定するとは、ピーク点を基準にして固定値を決めることをいい、実際にはピーク点に近似する値となっていればよい。

【0079】

（４）各制御装置の制御対象となる太陽電池モジュールＭは、複数の太陽電池セルの集合体を広く含む。このため、その集合体が、一般的にはストリングやアレイ等と呼ばれていても、本実施形態の太陽電池モジュールＭとして捉えることができる。一般的に太陽電池モジュールと呼ばれるものを複数接続したものも、本実施形態の太陽電池モジュールＭとして捉えることもできる。

【0080】

（５）実施形態に用いられる情報の具体的な内容、値は自由であり、特定の内容、数値には限定されない。実施形態において、しきい値に対する大小判断、一致不一致の判断等において、以上、以下として値を含めるように判断するか、より大きい、上回る、より小さい、下回るとして値を含めないように判断するかも自由である。

【0081】

（６）本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0082】

１０…通信部
２０…記憶部
２１…設定部
３０…制御部
３１…予測部
３２…作成部
３３…選択部
３４…指示部
４０…出力部
５０…入力部
１００…ゲートウェイ
２００…タブレット端末
Ｂ…建物
Ｃ…太陽電池セル
Ｆ…遮蔽物
Ｈ…家屋
Ｍ…太陽電池モジュール
Ｐ…太陽光発電システム
ＭＩＣ…マイクロインバータ
ＳＴ…ストリング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】