特開 2024-36723 太陽光発電システム、その制御方法、プログラムおよび蓄電制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024036723

(43)【公開日】2024-03-18

(54)【発明の名称】太陽光発電システム、その制御方法、プログラムおよび蓄電制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20240311BHJP

   H02J 7/35 20060101ALI20240311BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20240311BHJP

【ＦＩ】

H02J3/38 130

H02J7/35 K

H02J3/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022141133

(22)【出願日】2022-09-06

(71)【出願人】

【識別番号】000228578

【氏名又は名称】日本ケミコン株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504358517

【氏名又は名称】有限会社ケー・アンド・ダブル

(74)【代理人】

【識別番号】100083725

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 正一

(74)【代理人】

【識別番号】100140349

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 継立

(74)【代理人】

【識別番号】100153305

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 卓弥

(74)【代理人】

【識別番号】100206933

【弁理士】

【氏名又は名称】沖田 正樹

(72)【発明者】

【氏名】玉光 賢次

(72)【発明者】

【氏名】杉山 浩規

(72)【発明者】

【氏名】星野 晃司

(72)【発明者】

【氏名】直井 和子

【テーマコード（参考）】

5G066

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G066HB06

5G066HB09

5G066JA07

5G066JB03

5G503AA06

5G503BA01

5G503BB02

5G503BB03

5G503CA10

5G503GB03

5G503GB06

(57)【要約】

【課題】太陽光発電パネルなどの発電装置から得られる閾値以下の発電電力の回収率ないし利用率を高め、電力変換効率を高める。
【解決手段】発電装置（発電パネル４）と、蓄電装置（蓄電デバイス８）と、発電電力が閾値未満であれば、この発電電力で蓄電装置を充電する充電回路（回路部１４－２）と、蓄電装置の充電電圧が所定値に到達すれば、蓄電装置を放電させる放電回路（１４－３）とを含み、発電電力が閾値以上であれば、発電装置から第一電力変換部（パワーコンディショナ６－１）に発電電力を供給する第一出力モード、発電電力が閾値未満であれば、この発電電力で蓄電装置を充電する充電モード、充電電圧が所定値に到達したとき、放電電力と発電装置の閾値未満の発電電力を加算して第二電力変換部（パワーコンディショナ６－２）に供給させる第二出力モードを含んでいる。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

日射量に応じて発電する発電装置と、
蓄電装置と、
前記発電装置の発電電力が閾値未満であれば、この発電電力で前記蓄電装置を充電する充電回路と、
前記蓄電装置の充電電圧が所定値に到達すれば、前記蓄電装置を放電させる放電回路と、
を含み、
前記発電電力が閾値以上であれば、前記発電装置から第一電力変換部に前記発電電力を供給する第一出力モード、
前記発電電力が閾値未満であれば、この発電電力で前記蓄電装置を充電する充電モード、
前記充電電圧が所定値に到達したとき、前記放電電力と前記発電装置の閾値未満の発電電力を加算して第二電力変換部に供給させる第二出力モードを含む、太陽光発電システム。

【請求項2】

前記閾値は、前記第一出力モードで前記第一電力変換部の変換効率が顕著に低下する電力値または該電力値以上の電力値である、請求項１に記載の太陽光発電システム。

【請求項3】

前記第二出力モードにおいて、前記第二電力変換部へ供給する電力は、前記第二出力モードで用いられる前記第二電力変換部の変換効率が十分高い電力である、請求項１または請求項２に記載の太陽光発電システム。

【請求項4】

前記蓄電装置が、少なくともダイオードを介して前記発電装置に接続され、かつ、前記ダイオードを介して前記第一電力変換部と分離されている、請求項１に記載の太陽光発電システム。

【請求項5】

前記発電装置と前記第一電力変換部の間を開閉する第一のスイッチと、
前記充電回路を開閉する第二のスイッチと、
前記放電回路を開閉する第三のスイッチと、
前記発電電力が閾値以上であれば、前記第一のスイッチを閉じ、前記発電電力が閾値未満であれば、前記第一のスイッチを開き、かつ前記第二のスイッチを閉じて閾値未満の発電電力で前記蓄電装置を充電し、この充電電圧が所定値に到達したとき、前記第三のスイッチを開き、前記蓄電装置を放電させる制御部と、
を含む、請求項１に記載の太陽光発電システム。

【請求項6】

前記第三のスイッチの機能が前記第二電力変換部に含まれるＤＣ－ＤＣコンバータで実現される請求項５に記載の太陽光発電システム。

【請求項7】

発電装置が、日射量に応じて発電する工程と、
発電電力が閾値以上であれば、前記発電装置から第一電力変換部に前記発電電力を供給する第一出力モードを実行する工程と、
前記発電電力が閾値未満であれば、前記発電電力で蓄電装置を充電する充電モードを実行する工程と、
前記蓄電装置の充電電圧が所定値に到達したとき、前記蓄電装置の放電電力を前記発電装置の閾値未満の発電電力に加算して第二電力変換部に供給させる第二出力モードを実行する工程と、
を含む、太陽光発電システムの制御方法。

【請求項8】

第一のスイッチが、前記発電装置と前記第一電力変換部の間を開閉する工程と、
第二のスイッチが、充電回路を開閉する工程と、
第三のスイッチが、放電回路を開閉する工程と、
制御部が、前記発電電力が閾値以上であれば、前記第一のスイッチを閉じ、前記発電電力が閾値未満であれば、前記第一のスイッチを開き、かつ前記第二のスイッチを閉じて前記蓄電装置を閾値未満の発電電力で充電させ、前記蓄電装置の充電電圧が所定値に到達したとき、前記第三のスイッチを開き、前記蓄電装置を放電させる工程と、
を含む、請求項７に記載の太陽光発電システムの制御方法。

【請求項9】

コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
発電電力が閾値以上であれば、発電装置から第一電力変換部に前記発電電力を供給する第一出力モードを実行させる機能と、
前記発電電力が閾値未満であれば、前記発電電力で蓄電装置を充電する充電モードを実行させる機能と、
前記充電電圧が所定値に到達したとき、前記蓄電装置の放電電力と前記発電装置の閾値未満の発電電力を加算して第二電力変換部に供給させる第二出力モードを実行させる機能と、
を前記コンピュータに実行させるためのプログラム。

【請求項10】

第一のスイッチに、前記発電装置と前記第一電力変換部の間を開閉させる機能と、
第二のスイッチに、充電回路を開閉させる機能と、
第三のスイッチに、放電回路を開閉させる機能と、
前記発電電力が閾値以上であれば、前記第一のスイッチを閉じ、前記発電電力が閾値未満であれば、前記第一のスイッチを開き、かつ前記第二のスイッチを閉じて前記蓄電装置を閾値未満の発電電力で充電させ、前記蓄電装置の充電電圧が所定値に到達したとき、前記第三のスイッチを開き、前記蓄電装置を放電させる機能と、
を前記コンピュータに実行させるための請求項９に記載のプログラム。

【請求項11】

日射量に応じて発電する発電装置と、蓄電装置と、発電電力が閾値未満であれば、前記蓄電装置に前記発電装置の発電電力を充電させる充電回路と、前記蓄電装置を放電させる放電回路とを備えた太陽光発電システムの蓄電制御装置であって、
前記発電電力が閾値以上であるか閾値未満であるかを監視する発電電力監視部と、
前記蓄電装置の充電電圧が所定値に到達したかを監視する蓄電電力監視部と、
前記発電電力が閾値以上であれば、第一電力変換部に前記発電電力を供給する第一出力モードを実行し、前記発電電力が閾値未満であれば、閾値未満の前記発電電力で前記蓄電装置を充電する充電モードを実行し、前記蓄電装置の充電電圧が所定値に到達したとき、該蓄電装置の放電電力と前記発電装置の閾値未満の発電電力を加算して第二電力変換部に供給させる第二出力モードを実行する制御部と、
を含む、蓄電制御装置。

【請求項12】

前記発電装置と前記第一電力変換部の間を開閉する第一のスイッチと、
前記充電回路を開閉する第二のスイッチと、
前記放電回路を開閉する第三のスイッチと、
を含み、
前記制御部が、前記発電電力が閾値以上であれば、前記第一のスイッチを閉じ、前記発電電力が閾値未満であれば、前記第一のスイッチを開き、かつ前記第二のスイッチを閉じて前記蓄電装置を閾値未満の発電電力で充電させ、前記蓄電装置の充電電圧が所定値に到達したとき、前記第三のスイッチを開き、前記蓄電装置を放電させるスイッチ制御部を含む、請求項１１に記載の蓄電制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、太陽光発電システムの発電電力の蓄電および出力制御に関する。

【背景技術】

【0002】

太陽光発電システムは、太陽光を受けて発電する太陽光発電パネルを発電装置に用いている。斯かる発電装置には日射量に応じて発電し、日射量に応じた発電電力が得られる。つまり、発電電力が日射量の影響を受け、曇天や雨天など、太陽光発電パネルが受ける日射量の低下や変動が発電電力に影響する。微弱電力域で得られる発電電力をパワーコンディショナに供給しても、パワーコンディショナの内部回路での消費電力により実用に耐える給電出力を得ることができない。

【0003】

このような太陽光発電システムに関し、太陽光発電パネルの発電電力定値以下の場合には、発電電力をキャパシタに回収し、この回収電力を変換して負荷や系統に出力するシステムが知られている（たとえば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１２９９８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、太陽光発電パネルが受ける日射量が低下して発電電力が低下すると、パワーコンディショナの電力変換動作が不安定になり、このような動作状態を継続させることはシステムの動作上、好ましくない。このため、発電電力が閾値以下の場合、その発電電力をキャパシタに蓄電し、この蓄電電力を適時に使用することが合理的である。しかしながら、この充電回路はスイッチを備えており、このスイッチをキャパシタの充電時に閉じ、放電時には開く構成である。このため、キャパシタの放電時には太陽光発電パネルに発電電力が得られていても、この発電電力をキャパシタに充電することができないし、キャパシタに充電できなければその発電電力を利用することができず、このため発電電力の変換効率を低下させてしまうという課題がある。

【0006】

しかも、キャパシタの放電時、システムを通常回路に切り換えて発電電力の電力変換を行う場合、切り換えに伴うタイムラグを生じ、発電電力＝０の時間が頻発するという課題がある。

【0007】

太陽光発電パネルの発電電力をパワーコンディショナに供給する出力モードと、発電電力をキャパシタに蓄電する蓄電モードとを切り換える場合には、両者を切り換えるための閾値の設定が不可欠である。この閾値を高レベル化すれば、蓄電電力量が増大するものの、パワーコンディショナに向ける発電電力量は減少するし、蓄電装置に用いられるキャパシタの充放電サイクル回数が多くなり、キャパシタの負担が増大する。

【0008】

閾値を低レベル化すれば、曇天や雨天など、太陽光発電パネルが受ける日射量が不安定になる微弱電力域でモード切換えが頻発し、このモード切換えによる消費電力が増大するという課題もある。

【0009】

本件発明者らは、太陽光発電パネルに併設した閾値以下の発電出力を回収する蓄電装置の制御によって閾値以下の発電電力の回収効率を高め、その蓄電電力の利用効率を高めることが太陽光発電システム効率を高める上で有益であるとの知見を得た。

【0010】

そこで、本開示の目的は、太陽光発電パネルなどの発電装置から得られる閾値以下の発電電力の回収率ないし利用率を高め、電力変換効率を高めることにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するため、本開示の太陽光発電システムの一側面によれば、日射量に応じて発電する発電装置と、蓄電装置と、前記発電装置の発電電力が閾値未満であれば、この発電電力で前記蓄電装置を充電する充電回路と、前記蓄電装置の充電電圧が所定値に到達すれば、前記蓄電装置を放電させる放電回路とを含み、前記発電電力が閾値以上であれば、前記発電装置から第一電力変換部に前記発電電力を供給する第一出力モード、前記発電電力が閾値未満であれば、この発電電力で前記蓄電装置を充電する充電モード、前記充電電圧が所定値に到達したとき、前記放電電力と前記発電装置の閾値未満の発電電力を加算して第二電力変換部に供給させる第二出力モードを含む。

【0012】

この太陽光発電システムにおいて、前記閾値は、前記第一出力モードで前記第一電力変換部の変換効率が顕著に低下する電力値または該電力値以上の電力値であってもよい。

【0013】

この太陽光発電システムの前記第二出力モードにおいて、前記第二電力変換部へ供給する電力は、前記第二出力モードで用いられる前記第二電力変換部の変換効率が十分高い電力であってもよい。

【0014】

この太陽光発電システムにおいて、前記蓄電装置が、少なくともダイオードを介して前記発電装置に接続され、かつ、前記ダイオードを介して前記第一電力変換部と分離されていてもよい。

【0015】

この太陽光発電システムにおいて、前記発電装置と前記第一電力変換部の間を開閉する第一のスイッチと、前記充電回路を開閉する第二のスイッチと、前記放電回路を開閉する第三のスイッチと、前記発電電力が閾値以上であれば、前記第一のスイッチを閉じ、前記発電電力が閾値未満であれば、前記第一のスイッチを開き、かつ前記第二のスイッチを閉じて閾値未満の発電電力で前記蓄電装置を充電し、この充電電圧が所定値に到達したとき、前記第三のスイッチを開き、前記蓄電装置を放電させる制御部とを含んでもよい。

【0016】

この太陽光発電システムにおいて、前記第三のスイッチの機能が前記第二電力変換部に含まれるＤＣ－ＤＣコンバータで実現してもよい。

【0017】

上記目的を達成するため、本開示の太陽光発電システムの制御方法の一側面によれば、発電装置が、日射量に応じて発電する工程と、発電電力が閾値以上であれば、前記発電装置から第一電力変換部に前記発電電力を供給する第一出力モードを実行する工程と、前記発電電力が閾値未満であれば、前記発電電力で蓄電装置を充電する充電モードを実行する工程と、前記蓄電装置の充電電圧が所定値に到達したとき、前記蓄電装置の放電電力を前記発電装置の閾値未満の発電電力に加算して第二電力変換部に供給させる第二出力モードを実行する工程とを含む。

【0018】

この太陽光発電システムの制御方法において、第一のスイッチが、前記発電装置と前記第一電力変換部の間を開閉する工程と、第二のスイッチが、充電回路を開閉する工程と、第三のスイッチが、放電回路を開閉する工程と、制御部が、前記発電電力が閾値以上であれば、前記第一のスイッチを閉じ、前記発電電力が閾値未満であれば、前記第一のスイッチを開き、かつ前記第二のスイッチを閉じて前記蓄電装置を閾値未満の発電電力で充電させ、前記蓄電装置の充電電圧が所定値に到達したとき、前記第三のスイッチを開き、前記蓄電装置を放電させる工程とを含む。

【0019】

上記目的を達成するため、本開示のプログラムの一側面によれば、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、発電電力が閾値以上であれば、発電装置から第一電力変換部に前記発電電力を供給する第一出力モードを実行させる機能と、前記発電電力が閾値未満であれば、前記発電電力で蓄電装置を充電する充電モードを実行させる機能と、前記充電電圧が所定値に到達したとき、前記蓄電装置の放電電力と前記発電装置の閾値未満の発電電力を加算して第二電力変換部に供給させる第二出力モードを実行させる機能とを前記コンピュータに実行させる。

【0020】

このプログラムにおいて、第一のスイッチに、前記発電装置と前記第一電力変換部の間を開閉させる機能と、第二のスイッチに、充電回路を開閉させる機能と、第三のスイッチに、放電回路を開閉させる機能と、前記発電電力が閾値以上であれば、前記第一のスイッチを閉じ、前記発電電力が閾値未満であれば、前記第一のスイッチを開き、かつ前記第二のスイッチを閉じて前記蓄電装置を閾値未満の発電電力で充電させ、前記蓄電装置の充電電圧が所定値に到達したとき、前記第三のスイッチを閉じ、前記蓄電装置を放電させる機能とを前記コンピュータに実行させてもよい。

【0021】

上記目的を達成するため、本開示の蓄電制御装置の一側面によれば、日射量に応じて発電する発電装置と、蓄電装置と、発電電力が閾値未満であれば、前記蓄電装置に前記発電装置の発電電力を充電させる充電回路と、前記蓄電装置を放電させる放電回路とを備えた太陽光発電システムの蓄電制御装置であって、前記発電電力が閾値以上であるか閾値未満であるかを監視する発電電力監視部と、前記蓄電装置の充電電圧が所定値に到達したかを監視する蓄電電力監視部と、前記発電電力が閾値以上であれば、第一電力変換部に前記発電電力を供給する第一出力モードを実行し、前記発電電力が閾値未満であれば、閾値未満の前記発電電力で前記蓄電装置を充電する充電モードを実行し、前記蓄電装置の充電電圧が所定値に到達したとき、該蓄電装置の放電電力と前記発電装置の閾値未満の発電電力を加算して第二電力変換部に供給させる第二出力モードを実行する制御部とを含む。

【0022】

この蓄電制御装置において、前記発電装置と前記第一電力変換部の間を開閉する第一のスイッチと、前記充電回路を開閉する第二のスイッチと、前記放電回路を開閉する第三のスイッチとを含み、前記制御部が、前記発電電力が閾値以上であれば、前記第一のスイッチを閉じ、前記発電電力が閾値未満であれば、前記第一のスイッチを開き、かつ前記第二のスイッチを閉じて前記蓄電装置を閾値未満の発電電力で充電させ、前記蓄電装置の充電電圧が所定値に到達したとき、前記第三のスイッチを開き、前記蓄電装置を放電させるスイッチ制御部を含んでもよい。

【発明の効果】

【0023】

本開示によれば、次の何れかの効果が得られる。
(1) 発電装置から閾値以上の発電電力が得られる場合には高効率で第一電力変換部から交流出力を取り出すことができるとともに、発電電力が閾値未満の場合であっても、閾値未満の発電電力で蓄電装置の充放電機能を利用することにより、閾値未満の発電電力を第二電力変換部で効率よく交流出力に変換して取り出すことができ、太陽光発電システムの高効率化を実現できる。

【0024】

(2) 発電電力が閾値未満の場合、この発電電力で蓄電装置を充電し、この充電電圧が所定値に到達したとき蓄電装置を放電させ、この放電電力と閾値未満の発電電力を合算し、この合算電力を第二電力変換部に供給することができるので、閾値未満の発電電力をロスすることなく、効率よく交流出力に変換して取り出すことができる。

【0025】

(3) 発電電力が閾値未満の場合にも第二電力変換部の停止を防止でき、または仮に第二電力変換部の停止が生じても、その停止期間を短くできるので、交流出力を増加させることができる。

【0026】

(4) 発電電力が閾値未満の場合、蓄電装置の放電電力と閾値未満の発電電力を合算した合算電力を一定電力に調整して第二電力変換部に供給できるので、合算電力を用いない場合に比較し、蓄電装置の放電速度を遅延させることができ、この遅延により蓄電装置の充放電サイクル数を低減でき、結果として蓄電装置の耐久性を高めることができる。

【0027】

(5) 曇天や雨天など、日射量レベルが変動しても、この変動に対応した閾値を設定できるので、気象条件に応じた太陽光発電システムを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、第一の実施の形態に係る太陽光発電システムを示す図である。

【図2】図２は、蓄電デバイスの端子間電圧Ｖｃの推移とＳＷ１６－３のＯＮ、ＯＦＦの関係を示す図である。

【図3】図３は、太陽光発電システムの制御シーケンスを示すフローチャートである。

【図4】図４は、太陽光発電システムの制御シーケンスの一例を示す図である。

【図5】図５は、太陽光発電システムの動作テーブルを示す図である。

【図6】図６のＡは、蓄電デバイス８の放電時（ＳＷ１６－２＝ＯＦＦの場合）の蓄電デバイス８の充放電プロファイルを示す図であり、図６のＢは、ＳＷ１６－２＝ＯＮの場合の蓄電デバイス８の充放電プロファイルを示す図である。

【図7】図７のＡは、閾値未満の発電電力の推移を示す図であり、図７のＢは、閾値未満の発電電力の回収を表す図である。

【図8】図８は、第二の実施の形態に係る太陽光発電システムを示す図である。

【図9】図９のＡは、日刊工業新聞社発行の機械設計２０１５年１１月号より引用した「蓄電素子一本当たりの電力損失」を示すテーブル（日刊工業新聞社発行の機械設計２０１５年１１月号、第３章リチウムイオン電池を安全に使う―その１ 充放電評価と内部抵抗評価 ティ・アンド・シー・テクニカル 下田 洋道）であり、図９のＢは日刊工業新聞社発行の機械設計２０１５年１１月号より引用した「内部抵抗の測定結果」を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

〔第一の実施の形態〕
図１は、第一の実施の形態に係る太陽光発電システム２（以下単に「発電システム２」と称する）を示している。図１に示す構成は一例であり、本開示が斯かる構成に限定されるものではない。

【0030】

＜発電システム２＞
この発電システム２は、太陽光発電パネル４（以下単に「発電パネル４」と称する）、パワーコンディショナ６－１、６－２、蓄電デバイス８、コントローラ１０などを備えている。

【0031】

発電パネル４は本開示の発電装置の一例である。この発電パネル４は、少なくとも日射量に応じて発電し、日射量に応じた発電電力Ｓが発電パネル４から得られる。この発電電力Ｓは発電装置から得られる発電量の一例である。この発電パネル４には、発電電力の監視手段として電力計１２が接続されている。電力計１２は、常時、発電パネル４の発電電力Ｓを計測し、計測した発電電力情報をコントローラ１０に提供する。コントローラ１０は、電力計１２からの発電電力情報を取得し、発電パネル４の発電電力Ｓが閾値Ｓｔｈ以上か閾値Ｓｔｈ未満かを判断し、制御出力を生成する。

【0032】

パワーコンディショナ６－１は本開示の第一電力変換部の一例であり、閾値Ｓｔｈ以上の発電電力が得られる場合（後述の第一出力モード）に対応する電力変換手段である。このパワーコンディショナ６－１と発電パネル４は第一の回路部１４－１で接続されている。この回路部１４－１には第一のスイッチ１６－１（以下、「ＳＷ１６－１」と称する）が含まれている。このＳＷ１６－１の開閉はコントローラ１０によって制御される。このＳＷ１６－１は半導体スイッチ、リレーなどの開閉手段で構成される。このＳＷ１６－１の開閉条件として、発電電力Ｓに対して閾値Ｓｔｈが設定される。この閾値Ｓｔｈはたとえば、パワーコンディショナ６－１が発電パネル４からの発電電力Ｓを以て安定した十分高い効率で電力変換が可能な発電電力Ｓに相当する下限電力値である。

【0033】

発電電力Ｓが閾値Ｓｔｈ以上であれば（たとえば、日射量が高い、晴天時などの場合）、ＳＷ１６－１が閉じられ、第一出力モードとなる。この第一出力モードは、発電パネル４から発電電力Ｓをパワーコンディショナ６－１に供給する動作モードである。このとき、パワーコンディショナ６－１は、回路部１４－１から受けた発電電力Ｓを変換し、たとえば、交流出力（電圧２００Ｖ）を生成して負荷１８－１、１８－２、・・・に供給し、または図示しない系統に出力する。

【0034】

パワーコンディショナ６－２は本開示の電力変換部の一例であり、閾値Ｓｔｈ未満の発電電力が得られる場合（後述の第二出力モード）に対応する電力変換手段である。このパワーコンディショナ６－２と発電パネル４は第二の回路部１４－２および第三の回路部１４－３を介して接続されている。回路部１４－２には第二のスイッチ１６－２（以下、「ＳＷ１６－２」と称する）が含まれている。回路部１４－３には第三のスイッチ１６－３（以下、「ＳＷ１６－３」と称する）が含まれている。ＳＷ１６－２、１６－３の開閉はコントローラ１０によって制御される。このＳＷ１６－２、１６－２は半導体スイッチ、リレーなどの開閉手段で構成される。

【0035】

蓄電デバイス８は本開示の蓄電装置の一例である。蓄電デバイス８は閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓを蓄電させる。この蓄電デバイス８には発電パネル４の発電電圧に対応させて直列接続された複数の蓄電デバイスセルが設置されている。この蓄電デバイスセルにはたとえば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどの各種電気化学キャパシタやリチウムイオン電池などの二次電池が利用可能であるが、好適には蓄電量が電圧に正確に比例する電気化学キャパシタ、さらには、充放電サイクル寿命が優れる電気二重層キャパシタが好適である。

【0036】

蓄電デバイス８と発電パネル４は回路部１４－２により接続され、蓄電デバイス８とパワーコンディショナ６－２は回路部１４－３により接続されている。回路部１４－１、１４－２は発電パネル４の出力端で共通化され、回路部１４－２、１４－３は蓄電デバイス８の入力端（陽極端）で共通化されている。

【0037】

回路部１４－２は本開示の充電回路の一例である。この回路部１４－２にはＳＷ１６－２が含まれている。このＳＷ１６－２の開閉はコントローラ１０によって制御される。この実施の形態では、ＳＷ１６－２の開閉はＳＷ１６－１の開閉と連動し、ＳＷ１６－１＝ＯＮのとき、ＳＷ１６－２＝ＯＦＦ、ＳＷ１６－１＝ＯＦＦのとき、ＳＷ１６－２＝ＯＮの関係にある。

【0038】

発電電力Ｓが閾値Ｓｔｈ未満であれば（たとえば、日射量が低い、曇天などの場合）、ＳＷ１６－２が閉じられ（ＳＷ１６－２＝ＯＮ）、発電パネル４の発電電力が回路部１４－２を通して蓄電デバイス８に供給される充電モードとなる。この充電モードは、発電パネル４からの発電電力Ｓが回路部１４－２を通して蓄電デバイス８に供給され、閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓを蓄電デバイス８に充電させる動作モードである。この充電モードにおいて、閾値Ｓｔｈ未満の発電電力が蓄電デバイス８に充電される。

【0039】

回路部１４－３は本開示の放電回路の一例である。この回路部１４－３にはＳＷ１６－３が含まれている。このＳＷ１６－３の開閉はコントローラ１０によって制御される。ＳＷ１６－３はＳＷ１６－１と同様に半導体スイッチ、リレーなどの開閉手段で構成される。

【0040】

ＳＷ１６－３の開閉条件として、蓄電デバイス８のデバイス端子間電圧Ｖｃ（以下単に「端子間電圧Ｖｃ」と称する）、この端子間電圧Ｖｃに対し、上限電圧ＶｃＨと下限電圧ＶｃＬ（＜ＶｃＨ）が設定されている。端子間電圧Ｖｃは本開示の充電電圧の一例である。また、上限電圧ＶｃＨは、蓄電デバイス８の蓄電電力に応じて開閉するＳＷ１６－３の開閉条件として本開示の所定値の一例であり、端子間電圧Ｖｃに対する所定電圧値を表す。また、下限電圧ＶｃＬは、蓄電デバイス８の蓄電電力に応じて開閉するＳＷ１６－３の開閉条件として本開示の所定値の一例であり、端子間電圧Ｖｃに対する所定電圧値を表す。

【0041】

発電電力Ｓが閾値Ｓｔｈ未満で、ＳＷ１６－２＝ＯＮ、ＳＷ１６－３＝ＯＮの場合、第二出力モードとなる。この第二出力モードは、回路部１４－２、１４－３の双方を導通させ、蓄電デバイス８の充電モードと放電モードの双方を維持し、蓄電デバイス８の放電電力、発電パネル４からの閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓをパワーコンディショナ６－２に供給する動作モードである。

【0042】

第二出力モードでは、ＳＷ１６－２＝ＯＮで、回路部１４－２を通して発電パネル４と蓄電デバイス８が接続され、ＳＷ１６－３＝ＯＮで、蓄電デバイス８とパワーコンディショナ６－２が回路部１４－３を通して接続され、このとき、回路部１４－２、１４－３を通して発電パネル４とパワーコンディショナ６－２が直結される。すなわち、蓄電デバイス８が放電状態に維持されながら、発電パネル４からの発電電力Ｓも合流してパワーコンディショナ６－２に供給される。このとき、パワーコンディショナ６－２の制御により一定の電力値Ｓｃでパワーコンディショナ６－２に供給される。電力値Ｓｃはパワーコンディショナ６－２の変換効率が十分高い電力値であり、かつ、少なくとも閾値Ｓｔｈよりも十分高い電力値に設定する。このように、電力値Ｓｃを設定すれば、パワーコンディショナ６－２の変換効率が低い電力値に設定した場合の不都合、つまり蓄電デバイス８による高効率回収の意義を損なうことがないし、電力値Ｓｃを閾値Ｓｔｈより低い値に設定した場合の蓄電デバイス８の放電機能を損なうこともないし、または、蓄電デバイス８を満充電状態からさらに過充電状態にするなどの不都合も回避できる。

【0043】

したがって、第二出力モードにおいて、パワーコンディショナ６－２には回路部１４－２、１４－３から受けた発電電力および蓄電デバイス８の放電電力を受け、これらの電力を変換し、閾値Ｓｔｈ未満の発電電力にある発電パネル４の発電電力Ｓであってもたとえば、高効率で交流電圧２００Ｖを生成して負荷１８－１、１８－２、・・・に供給し、または図示しない系統に出力することができる。

【0044】

＜パワーコンディショナ６－１、６－２＞
第一出力モードに対応するパワーコンディショナ６－１には、最大電力点追従制御部（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking ）２０（以下、「ＭＰＰＴ２０」と称する）、第一のＤＣ－ＤＣコンバータ２２－１、第一のインバータ２４－１などが含まれる。

【0045】

ＭＰＰＴ２０は、発電パネル４の発電出力が最大になる最適な電圧Ｖと電流Ｉの積（最大電力点または最適動作点）を自動的に求める制御を行い、この最大電力点追従制御により自動的に最大の発電出力を得る。

【0046】

ＤＣ－ＤＣコンバータ２２－１は、第一出力モードにおいて、ＭＰＰＴ２０で得られた直流電力、回路部１４－１側で得られる直流電力を既定直流電圧の直流電力に変換する。

【0047】

インバータ２４－１は、本開示の直交変換手段の一例である。このインバータ２４－１は、ＤＣ－ＤＣコンバータ２２－１から直流電力を受け、これらを系統に適合する既定の交流電力、既述のたとえば、定格２００Ｖの交流電力に変換する。

【0048】

第二出力モードに対応するパワーコンディショナ６－２には第二のＤＣ－ＤＣコンバータ２２－２、第二のインバータ２４－２などが含まれる。

【0049】

ＤＣ－ＤＣコンバータ２２－２は、第二出力モードにおいて、定電力制御により得られる回路部１４－３側から直流電力を受け、この直流電力を既定直流電圧の直流電力に変換する。

【0050】

インバータ２４－２は、同様に直交変換手段の一例である。このインバータ２４－２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ２２－２から直流電力を受け、これらを系統に適合する既定の交流電力、既述のたとえば、定格２００Ｖの交流電力に変換し、この交流電力を系統に合流させる。

【0051】

＜コントローラ１０＞
このコントローラ１０は本開示の蓄電制御装置の一例である。このコントローラ１０はコンピュータを備え、発電パネル４の発電電力情報、蓄電デバイス８の蓄電量情報などを用いて少なくともＳＷ１６－１、１６－２、１６－３の開閉制御を行う。

【0052】

このコントローラ１０は、制御部２６、ＳＷ駆動部２８－１、２８－２、２８－３、情報提示部３０、操作入力部３２などを備えている。制御部２６は本開示の制御部の一例であるとともに、本開示のスイッチ制御部の一例である。また、この制御部２６は本開示の発電電力監視部、蓄電電力監視部、スイッチなどの制御手段の一例である。この制御部２６は図示しないプロセッサ、記憶部、入出力部などを備え、発電電力情報や蓄電デバイス８の端子間電圧情報を取得して情報処理を実行し、ＳＷ駆動部２８－１、２８－２、２８－３などを制御する。プロセッサは、記憶部にあるＯＳ（Operating System）、蓄電制御プログラム、データベースなどを用いて、情報の格納、読出しまたは演算などの情報処理や制御を実行する。記憶部はＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＲＡＭ（Random-Access Memory）などの記憶素子を備え、蓄電制御プログラムやデータベースを格納してプロセッサによる演算処理などに用いられる。ＲＡＭは情報処理のワークエリアを構成する。

【0053】

ＳＷ駆動部２８－１は制御部２６の制御によりＳＷ１６－１を開閉し、ＳＷ駆動部２８－２は制御部２６の制御によりＳＷ１６－２を開閉し、ＳＷ駆動部２８－３は制御部２６の制御によりＳＷ１６－３を開閉する。

【0054】

情報提示部３０は制御部２６の制御によりたとえば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示素子に制御情報などの情報提示を行う。

【0055】

操作入力部３２は制御部２６の制御によりタッチパネルなどの入力機器を用いて制御情報などの操作によって入力が可能である。

【0056】

＜蓄電デバイス８の充放電とＳＷ１６－３のＯＮ、ＯＦＦ＞
図２は、蓄電デバイス８の充電および放電による端子間電圧Ｖｃの推移とＳＷ１６－３のＯＮ、ＯＦＦの関係を示している。図２において、端子間電圧Ｖｃは蓄電デバイス８の充電および放電の推移、ＶｃＨは端子間電圧Ｖｃの上限電圧、ＶｃＬは端子間電圧Ｖｃの下限電圧を示している。

【0057】

端子間電圧Ｖｃが充電によって上昇している場合、Ｖｃ≧ＶｃＨで、ＳＷ１６－３＝ＯＮとなり、端子間電圧Ｖｃが放電によって下降している場合には、Ｖｃ≦ＶｃＬで、ＳＷ１６－３＝ＯＦＦになる。この場合、充電時定数と放電時定数が異なる。端子間電圧Ｖｃの推移は充電と放電の推移が異なるとともに、ＳＷ１６－３のＯＮとＯＦＦには電圧差が設定される。つまり、端子間電圧Ｖｃが放電によって下降する場合には、Ｖｃ≦ＶｃＨからＶｃ＝ＶｃＬの範囲でＳＷ１６－３＝ＯＮを維持する。このようなＳＷ１６－３の開閉にヒステリシスが設定されており、蓄電デバイス８の充放電による端子間電圧Ｖｃの変動でＳＷ１６－３のチャタリングを防止できる。

【0058】

＜制御部２６による制御機能＞
制御部２６は、蓄電制御プログラムの実行により、ａ）発電電力情報取得部、ｂ）発電電力監視部、ｃ）発電電力の閾値判定部、ｄ）蓄電デバイス８の端子間電圧情報取得部、ｅ）端子間電圧監視部、ｆ）端子間電圧Ｖｃの閾値判定部、ｇ）ＳＷ制御部などの制御機能を実現する。

【0059】

ａ）発電電力情報取得部
発電電力情報取得部は、制御部２６の制御により常時（少なくとも発電システム２の動作中）、電力計１２から発電パネル４の発電電力情報を取得する。この発電電力情報は、制御部２６の記憶部にあるデータベースに格納する。

【0060】

ｂ）発電電力監視部
発電電力監視部は、制御部２６の制御により常時、電力計１２から取得した発電電力情報を監視する。

【0061】

ｃ）発電電力の閾値判定部
制御部２６には発電パネル４の発電電力Ｓに対する閾値Ｓｔｈが設定されている。発電電力の閾値判定部は、制御部２６の制御により、既述の電力計１２から取得した発電電力情報が表す発電電力Ｓと閾値Ｓｔｈとを対比し、発電電力Ｓが閾値Ｓｔｈ以上か未満かを判定し、その判定結果としてＳＷ１６－１、１６－２を開閉するための制御情報を出力する。

【0062】

ｄ）端子間電圧情報取得部
蓄電デバイス８の端子間電圧情報取得部は、制御部２６の制御により、常時（少なくとも発電システム２の動作中）、蓄電デバイス８から端子間電圧情報を取得する。この端子間電圧情報は、蓄電デバイス８の端子間の電圧であり、充電電圧または放電後の残留電荷による電圧を表す。この端子間電圧情報は、制御部２６の記憶部にあるデータベースに格納する。

【0063】

ｅ）端子間電圧監視部
端子間電圧監視部は、端子間電圧情報から端子間電圧Ｖｃの推移、つまり、蓄電デバイス８の充電状態を監視する。

【0064】

ｆ）端子間電圧Ｖｃの閾値判定部
制御部２６には端子間電圧Ｖｃに対する閾値として上限電圧ＶｃＨ（Ｖ）および下限電圧ＶｃＬ（Ｖ）が設定されている。上限電圧ＶｃＨはたとえば、蓄電デバイス８の満充電電圧であり、下限電圧ＶｃＬはたとえば、放電管理電圧である。

【0065】

端子間電圧Ｖｃの閾値判定部は制御部２６の制御により、端子間電圧Ｖｃと上限電圧ＶｃＨまたは下限電圧ＶｃＬとを対比し、端子間電圧Ｖｃが上限電圧ＶｃＨ以上か下限電圧ＶｃＬ（Ｖ）以下かを判定し、その判定結果としてＳＷ１６－３を開閉するための制御情報を出力する。

【0066】

ｇ）ＳＷ制御部
発電パネル４の発電電力Ｓが閾値Ｓｔｈ以上であれば、ＳＷ制御部は、制御部２６の制御によりＳＷ１６－１を導通させるための制御出力を出力する。このとき、ＳＷ駆動部２８－１の駆動出力によりＳＷ１６－１が、ＳＷ１６－１＝ＯＮに制御される。

【0067】

発電パネル４の発電電力Ｓが閾値Ｓｔｈ未満であれば、ＳＷ制御部は、制御部２６の制御によりＳＷ１６－１を遮断し、ＳＷ１６－２を導通させるための制御出力を出力する。このとき、ＳＷ駆動部２８－１の駆動出力が解除されてＳＷ１６－１が、ＳＷ１６－１＝ＯＦＦに制御されるとともに、ＳＷ駆動部２８－２の駆動出力によりＳＷ１６－２が、ＳＷ１６－２＝ＯＮに制御される。

【0068】

発電パネル４の発電電力Ｓが閾値Ｓｔｈ（ｋＷ）未満で、蓄電デバイス８の端子間電圧Ｖｃが下限電圧ＶｃＬ以下であれば、ＳＷ制御部は、制御部２６の制御によりＳＷ１６－３を遮断する。つまり、蓄電デバイス８が充電状態となる。

【0069】

発電パネル４の発電電力Ｓが閾値Ｓｔｈ未満で、蓄電デバイス８の端子間電圧Ｖｃが上限電圧ＶｃＨ以上になれば、ＳＷ制御部は、制御部２６の制御によりＳＷ１６－３を導通する。このとき、蓄電デバイス８は放電状態となる。同時に、ＳＷ１６－２＝ＯＮが維持されているので、発電パネル４の発電電力Ｓが回路部１４－２、１４－３を通してパワーコンディショナ６－２のＤＣ－ＤＣコンバータ２２－２に供給される。

【0070】

＜ＳＷ１６－１、１６－２、１６－３の開閉と発電システム２の出力関係＞
１）ＳＷ１６－１＝ＯＮ、ＳＷ１６－２＝ＯＦＦ（第一出力モード）
発電パネル４の発電電力Ｓが閾値Ｓｔｈ以上の場合であり、第一出力モードである。発電パネル４の発電電力Ｓが回路部１４－１を通してパワーコンディショナ６－１に供給される。

【0071】

２）ＳＷ１６－１＝ＯＦＦ、ＳＷ１６－２＝ＯＮ、ＳＷ１６－３＝ＯＦＦ（充電モード）
発電パネル４の発電電力Ｓが閾値Ｓｔｈ未満の場合であり、発電パネル４とパワーコンディショナ６－１から回路部１４－１で遮断される。

【0072】

発電パネル４の発電電力Ｓが閾値Ｓｔｈ未満であって、Ｖｃ≦ＶｃＬの場合、蓄電デバイス８の充電モードである。閾値Ｓｔｈ未満の発電電力が回路部１４－２を通して蓄電デバイス８に供給され、蓄電デバイス８が充電される。

【0073】

３）ＳＷ１６－１＝ＯＦＦ，ＳＷ１６－２＝ＯＮ、ＳＷ１６－３＝ＯＮ（第二出力モード）、Ｖｃ≧ＶｃＨとなり、蓄電デバイス８の放電モードに切り換わり、第二出力モードとなる。蓄電デバイス８の放電電力はパワーコンディショナ６－２に供給される。同時に、閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓが回路部１４－２、１４－３を通してパワーコンディショナ６－２に供給される。

【0074】

＜発電システム２の制御シーケンス＞
発電システム２の制御シーケンスには発電電力Ｓの閾値判定に基づく回路部１４－１、１４－２の開閉制御（主回路切換え制御）と、蓄電デバイス８の端子間電圧閾値判定に基づく回路部１４－３の開閉制御（蓄電デバイス８の充放電制御）が含まれ、これらは並行処理である。

【0075】

図３は、発電システム２の制御シーケンスを示している。この制御シーケンスは本開示の制御方法、プログラムまたは蓄電制御の動作手順の一例である。この制御シーケンスにおいて、Ｆは工程、Ｆに付した番号は工程順の一例である。

【0076】

この制御シーケンスには、発電電力情報の取得（Ｆ１０１）、発電電力Ｓの監視（Ｆ１０２）、蓄電デバイス８の端子間電圧情報の取得（Ｆ１０３）、端子間電圧Ｖｃの監視（Ｆ１０４）が含まれる。主回路切換え制御（Ｆ１０５）には、発電電力Ｓの閾値判定（Ｆ１０７）、ＳＷ１６－１、ＳＷ１６－２の切換え（Ｆ１０８）、第一出力モード（Ｆ１０９）、負荷または系統への出力（Ｆ１１０）、ＳＷ１６－１、ＳＷ１６－２の切換え（Ｆ１１１）、充電モード（Ｆ１１２）が含まれる。蓄電デバイス８の充放電制御（Ｆ１０６）には、ＳＷ１６－３の状態判定（Ｆ１１３）、端子間電圧Ｖｃの判定（Ｆ１１４）、ＳＷ１６－３の切換え（Ｆ１１５）、充電待機モード（Ｆ１１６）、端子間電圧Ｖｃの判定（Ｆ１１７）、ＳＷ１６－３の切換え（Ｆ１１８）、第二出力モード（Ｆ１１９）、負荷または系統への出力（Ｆ１２０）、充電モード（Ｆ１２１）が含まれる。

【0077】

発電システム２を動作させると、制御部２６は、動作中、電力計１２から発電パネル４の発電電力情報を取得し（Ｆ１０１）、発電電力Ｓを監視する（Ｆ１０２）とともに、蓄電デバイス８の端子間電圧Ｖｃを取得し（Ｆ１０３）、充電状態を監視する（Ｆ１０４）。この端子間電圧Ｖｃの監視（Ｆ１０４）に続いて主回路切換え制御（Ｆ１０５）、蓄電デバイス８の充放電制御（Ｆ１０６）に遷移する。

【0078】

主回路切換え制御（Ｆ１０５）では、制御部２６が発電電力Ｓの閾値判定を行う（Ｆ１０７）。Ｓ≧Ｓｔｈであれば（Ｆ１０７のＹＥＳ）、制御部２６はＳＷ１６－１＝ＯＮ、ＳＷ１６－２＝ＯＦＦに制御し（Ｆ１０８）、第一出力モードを実行する（Ｆ１０９）。この第一出力モードでは、閾値Ｓｔｈ以上の発電電力Ｓを発電パネル４から回路部１４－１を通してパワーコンディショナ６－１に供給する。パワーコンディショナ６－１は、発電パネル４からの発電電力Ｓを交流電力に変換し、この交流電力を負荷１８－１、１８－２、・・・や系統に供給する（Ｆ１１０）。

【0079】

Ｆ１０７の判定において、Ｓ≧Ｓｔｈでない場合（Ｆ１０７のＮＯ）、制御部２６はＳＷ１６－１＝ＯＦＦ、ＳＷ１６－２＝ＯＮに制御し（Ｆ１１１）、充電モードを実行する（Ｆ１１２）。この充電モードでは、閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓを発電パネル４から回路部１４－２を通して蓄電デバイス８に供給し、充電する。

【0080】

蓄電デバイス８の充放電制御（Ｆ１０６）では、蓄電デバイス８が充電中か放電中かの判定として、制御部２６は、ＳＷ１６－３＝ＯＮであるかを判定する（Ｆ１１３）。

【0081】

ＳＷ１６－３＝ＯＮであれば（Ｆ１１３のＹＥＳ）、蓄電デバイス８が放電中であるので、制御部２６は蓄電デバイス８の放電完了の判定として、端子間電圧Ｖｃの閾値判定を行う（Ｆ１１４）。Ｖｃ≦ＶｃＬであれば（Ｆ１１４のＹＥＳ）、蓄電デバイス８は放電を完了しているので、制御部２６はＳＷ１６－３＝ＯＦＦに制御し（Ｆ１１５）、充電待機モードにする（Ｆ１１６）。この充電待機モードはＶｃ≦ＶｃＬで、充電モード再開まで待機状態を維持する。

【0082】

Ｆ１１３において、ＳＷ１６－３＝ＯＮでなければ（Ｆ１１３のＮＯ）、蓄電デバイス８が充電または放電待機中であるので、充電完了の判定として制御部２６は端子間電圧Ｖｃの閾値判定を行う（Ｆ１１７）。Ｖｃ≧ＶｃＨであれば（Ｆ１１７のＹＥＳ）、蓄電デバイス８が充電を完了しているので、制御部２６はＳＷ１６－３＝ＯＮに制御し（Ｆ１１８）、蓄電デバイス８の放電を開始するとともに第二出力モードを実行する（Ｆ１１９）。この第二出力モードでは、蓄電デバイス８の放電電力と共に、同時刻の閾値Ｓｔｈ以下の発電電力Ｓを発電パネル４から回路部１４－２、１４－３を通して、パワーコンディショナ６－２に供給する。パワーコンディショナ６－２は、回路部１４－３からのこれらの入力電力を交流電力に変換し、この交流電力を負荷１８－１、１８－２、・・・や系統に供給する（Ｆ１２０）。

【0083】

Ｆ１１４において、Ｖｃ≦ＶｃＬでなければ（Ｆ１１４のＮＯ）、蓄電デバイス８の放電を継続し、制御部２６は第二出力モードを実行する（Ｆ１１９）。

【0084】

Ｆ１１７において、Ｖｃ≧ＶｃＨでなければ（Ｆ１１７のＮＯ）、蓄電デバイス８の充電を継続するため、制御部２６は充電モードを実行する（Ｆ１２１）。この充電モードでは、閾値Ｓｔｈ以下の発電電力Ｓが回路部１４－２を通して蓄電デバイス８に充電される。

【0085】

＜制御シーケンス実行時の発電システム２の状態＞
図４は、発電電力Ｓの推移（Ａ）で発電システム２の制御シーケンスを実行した場合の蓄電デバイス８の端子間電圧Ｖｃ（Ｂ）、ＳＷ１６の開閉状態（Ｃ）、パワーコンディショナ６－２の出力（Ｄ）、動作モード（Ｅ）の推移の一例を示している。この制御シーケンスは本開示の制御方法、プログラムまたは蓄電制御の一例である。

【0086】

図４のＡは、発電電力Ｓの推移を示している。この例では閾値Ｓｔｈ以上を維持していた発電電力Ｓが時点ｔ１で閾値Ｓｔｈ未満に低下し、閾値Ｓｔｈ未満を継続した後、時点ｔ１２で閾値Ｓｔｈ以上に推移している。

【0087】

図４のＢは、蓄電デバイス８の端子間電圧Ｖｃ（充放電状態）の推移を示している。この蓄電デバイス８の充放電は発電電力Ｓに依存し、この例では閾値Ｓｔｈ以上を維持していた発電電力Ｓが閾値Ｓｔｈ未満になった時点ｔ１で充電を開始し、時点ｔ２で上限電圧ＶｃＨに到達し、放電を開始する。時点ｔ３で下限電圧ＶｃＬに達し、再び充電を開始し、時点ｔ４で上限電圧ＶｃＨに到達している。

【0088】

図４のＣは、区間Ｃ１～区間Ｃ１３のＳＷ１６－１、１６－２、１６－３の開閉状態を示している。区間Ｃ１～区間Ｃ１３の開閉条件とＳＷ１６－１、１６－２、１６－３の開閉状態は以下の通りである。

【0089】

区間Ｃ１（～ｔ１： Ｓ≧Ｓｔｈ）： ＳＷ１６－１＝ＯＮ、ＳＷ１６－２＝ＯＦＦ
区間Ｃ２（ｔ１～ｔ２： Ｓ＜Ｓｔｈ、Ｖｃ＜ＶｃＨ）： ＳＷ１６－１＝ＯＦＦ、ＳＷ１６－２＝ＯＮ、ＳＷ１６－３＝ＯＦＦ
区間Ｃ３（ｔ２～ｔ３： Ｖｃ≧ＶｃＬ）： ＳＷ１６－３＝ＯＮ
区間Ｃ４（ｔ３～ｔ４： Ｖｃ＜ＶｃＨ）： ＳＷ１６－３＝ＯＦＦ
区間Ｃ５（ｔ４～ｔ５： Ｖｃ≧ＶｃＬ）： ＳＷ１６－３＝ＯＮ
区間Ｃ６（ｔ６～ｔ７： Ｖｃ＜ＶｃＨ）： ＳＷ１６－３＝ＯＦＦ
区間Ｃ７（ｔ７～ｔ８： Ｖｃ≧ＶｃＬ）： ＳＷ１６－３＝ＯＮ
区間Ｃ８（ｔ８～ｔ９： Ｖｃ＜ＶｃＨ）： ＳＷ１６－３＝ＯＦＦ
区間Ｃ９（ｔ９～ｔ１０： Ｖｃ≧ＶｃＬ）： ＳＷ１６－３＝ＯＮ
区間Ｃ１０（ｔ１０～ｔ１１： Ｖｃ＜ＶｃＨ）： ＳＷ１６－３＝ＯＦＦ
区間Ｃ１１（ｔ１１～ｔ１２： Ｖｃ≧ＶｃＬ）： ＳＷ１６－３＝ＯＮ
区間Ｃ１２（ｔ１２～ｔ１３： Ｓ≧Ｓｔｈ，Ｖｃ≧ＶｃＬ）： ＳＷ１６－１＝ＯＮ、ＳＷ１６－２＝ＯＦＦ
区間Ｃ１３（ｔ１３～： Ｖｃ＜ＶｃＬ、Ｓ≧Ｓｔｈ）： ＳＷ１６－３＝ＯＦＦ、ＳＷ１６－１＝ＯＮ

【0090】

図４のＤは、区間Ｃ１～Ｃ１２の交流出力を示している。
区間Ｃ１は閾値Ｓｔｈ以上の発電電力Ｓが得られる電力領域である。この領域では、発電パネル４の発電電力Ｓが回路部１４－１からパワーコンディショナ６－１に供給され、このパワーコンディショナ６－１から交流出力が得られる。

【0091】

区間Ｃ２からＣ１１は閾値Ｓｔｈ未満の電力領域である。この領域では、ＳＷ１６－３＝ＯＮのとき、蓄電デバイス８の放電電力で底上げされた閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓが蓄電デバイス８の放電電力で底上げされた回路部１４－２、１４－３を通してパワーコンディショナ６－２に供給され、このパワーコンディショナ６－２から交流出力が得られる。

【0092】

区間Ｃ１３は区間Ｃ１２から移行した閾値Ｓｔｈ以上の電力領域であり、この領域では、発電パネル４の発電電力Ｓが回路部１４－１からパワーコンディショナ６－１に供給され、このパワーコンディショナ６－１から交流出力が得られる。

【0093】

図４のＥは、動作モードのステータスを示している。
区間Ｃ１：第一出力モードＥ１
区間Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０：充電モードＥｃ
区間Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７、Ｃ９、Ｃ１１：第二出力モードＥ２（放電領域）
区間Ｃ１２：第一出力モードＥ１および第二出力モードＥ２
区間Ｃ１３：第一出力モードＥ１

【0094】

なお、発電システム２の制御において、充電モードから第一出力モードに切り換えられても、蓄電デバイス８の放電は下限電圧ＶｃＬに到達するまで継続させる。

【0095】

この発電システム２におけるパワーコンディショナ６－２には、パワーコンディショナ６－２の制御により、発電パネル４からの閾値Ｓｔｈよりも充分大きい一定電力が流れ込む制御をするものとする。これは蓄電デバイス８が過充電状態になることを防止するためである。また、この一定電力値はパワーコンディショナ６－２の効率が充分高くなる電力値に設定する。

【0096】

図５は、図４に示す動作状態を整理した発電システム２の動作テーブルを示している。この動作テーブルでは、項目欄に発電電力Ｓ、端子間電圧Ｖｃ、ＳＷ１６－１、１６－２、１６－３を取り、区間Ｃ１～Ｃ１３のステータスを示している。

【0097】

＜蓄電デバイス８の充放電プロファイル＞
この充放電プロファイルは、ＳＷ１６－２＝ＯＮまたはＳＷ１６－２＝ＯＦＦの場合において、蓄電デバイス８の放電電力の大小、放電時間の長短、充放電サイクル数（単位時間あたりの放電回数）を比較している。

【0098】

図６のＡは、蓄電デバイス８の放電時にＳＷ１６－２＝ＯＦＦの場合の放電プロファイルを示している。蓄電デバイス８は、２ｋＷで充電し、５ｋＷで放電の後、１ｋＷで充電し、５ｋＷで放電の後、０．５ｋＷで充電し、５ｋＷで放電する状態を示している。時間軸ｔに示す、ｔｌｏｓｓは、発電パネル４の発電電力Ｓが蓄電デバイス８への充電やパワーコンディショナ６－２への供給に寄与しないロスタイムである。つまり、発電電力Ｓが活用されない期間を表している。

【0099】

これに対し、図６のＢは、本開示に係る、蓄電デバイス８の放電時にＳＷ１６－２＝ＯＮ時の充放電プロファイルを示している。蓄電デバイス８は、２ｋＷで充電の後、放電し、１ｋＷで充電した後、放電し、０．５ｋＷで充電し、５ｋＷで放電する状態を示している。

【0100】

この場合、蓄電デバイス８の放電電力と発電パネル４の発電電力Ｓの和がたとえば、５ｋＷになるように制御するので、蓄電デバイス８の放電電力は小さくなり、放電時間が長くなる。したがって、既述のロスタイムはなく、既述の充放電サイクル数が減少する。

【0101】

＜第一の実施の形態の効果＞
この第一の実施の形態によれば、次の何れかの効果が得られる。

【0102】

(1) 第一出力モードでは、パワーコンディショナ６－１の変換効率が十分高い閾値Ｓｔｈ以上の発電電力Ｓを通常の電力変換により高効率で交流出力を取り出すことができる。

【0103】

(2) 閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓは、この発電電力Ｓを蓄電デバイス８に蓄電し、端子間電圧Ｖｃが上限電圧ＶｃＨに到達したとき、蓄電デバイス８を放電させ、この放電電力と閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓを加算して、パワーコンディショナ６－２に供給して電力変換を行うことができ、変換効率が低い閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓを効率よく交流出力に変換して取り出すことができる。

【0104】

(3) 閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓが得られているとき、この発電電力Ｓを回路部１４－２により蓄電デバイス８に充電し、端子間電圧Ｖｃが上限電圧ＶｃＨに到達することを監視し、端子間電圧Ｖｃが上限電圧ＶｃＨに到達したとき、回路部１４－３を通して放電させる。このとき、ＳＷ１６－２＝ＯＮであれば、充電電力が放電するとき、この放電電力と閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓを加算し、回路部１４－３を通してパワーコンディショナ６－２に供給する。この結果、パワーコンディショナ６－２の電力変換機能の一時停止を防止でき、その結果、第二出力モードにおいても発電パネル４からの微弱発電電力のロスを低減でき、交流出力総量を増加させることができる。

【0105】

(4) 蓄電デバイス８の放電電力と閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓを合算した合算電力がパワーコンディショナ６－２に供給されるので、このような合算電力を用いない場合と比較して、蓄電デバイス８の放電速度を遅くでき、このため蓄電デバイス８の充放電サイクル数を減少させ、その結果、蓄電デバイス８の劣化を抑制でき、耐久性を高めることができる。

【0106】

(5) ＳＷ１６－１、ＳＷ１６－２の頻繁な切り換えを低減でき、ＳＷ１６－１、ＳＷ１６－２に切換え手段としてリレーを用いた場合、その損耗を抑制でき、部品寿命を延ばすことができる。

【0107】

(6) 発電パネル４の発電電力Ｓに閾値Ｓｔｈを設定し、閾値Ｓｔｈ以上の発電電力ＳではＳＷ１６－１＝ＯＮに制御し、閾値Ｓｔｈ以上の発電電力Ｓをパワーコンディショナ６－１に供給し、第一出力モードの実行により、通常の電力変換によって交流出力を取り出すことができる。

【0108】

(7) 閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓについては、ＳＷ１６－１＝ＯＦＦ、ＳＷ１６－２＝ＯＮに制御し、充電モードの実行により、微弱電力である閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓを蓄電デバイス８に効率よく回収して蓄電することができる。

【0109】

(8) 発電電力Ｓが閾値Ｓｔｈ未満で、端子間電圧Ｖｃが上限電圧ＶｃＨ以上であれば蓄電デバイス８の蓄電電力を放電させ、この放電電力をパワーコンディショナ６－２に供給し、第二出力モードの実行により、電力変換によって交流出力を取り出すことができる。

【0110】

(9) 第二出力モードでは、蓄電デバイス８からの放電電力に加え、閾値Ｓｔｈ未満の微弱な発電電力Ｓも回路部１４－２、１４－３を通してパワーコンディショナ６－２に供給され、第一出力モードと同様にパワーコンディショナ６－２の電力変換によって交流出力を取り出すことができ、発電パネル４の閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓの回収率ないし利用率を高め、発電システム２の総合的な電力変換効率を高めることができる。

【0111】

(10) 曇天や雨天など、日射量レベルが変動しても、この変動に対応した閾値Ｓｔｈを設定できるので、気象条件に適合して高効率の変換出力が得られる発電システム２を実現できる。

【0112】

(11) 図７のＡは、発電パネル４から得られる閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓの推移を示している（従前モード）。このような閾値Ｓｔｈ未満の微弱な発電電力Ｓをパワーコンディショナ６－１に供給すると、頻繁に出力電力が電力＝０に低下するため、正常な電力変換を得ることができない。

【0113】

図７のＢは、閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓが発電システム２の第二出力モードで処理された場合を示している（本開示モード）。この発電システム２の第二出力モードでは、閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓが回路部１４－２を通して蓄電デバイス８に充電され、この端子間電圧Ｖｃが上限電圧ＶｃＨ以上に到達したとき、この蓄電デバイス８を放電させ、この放電電力を閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓに加算して電力変換を行う。この結果、パワーコンディショナ６－２の出力が電力＝０に低下することを回避でき、閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓを連続して交流出力に変換し、取り出すことができる。

【0114】

〔第二の実施の形態〕
第二の実施の形態では、回路部１４－２に方向性素子を設置し、閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓに方向性を付与するとともに、回路部１４－２、１４－３と回路部１４－１とを分離した構成である。

【0115】

図８は、第二の実施の形態に係る発電システム２を示している。図８示す構成は一例であり、斯かる構成に本開示が限定されるものではない。図８において、図１と共通部分には同一符号を付してある。

【0116】

この実施の形態では、回路部１４－２にＳＷ１６－２と直列にダイオード３４が設置されている。このダイオード３４は発電パネル４から蓄電デバイス８またはパワーコンディショナ６－２に対して順方向である。これに対し、回路部１４－２は回路部１４－１に対し、ダイオード３４は逆方向であり、回路部１４－２と回路部１４－１を分離している。

【0117】

＜第二の実施の形態の効果＞
この第二の実施の形態によれば、次の何れかの効果が得られる。
(1) ダイオード３４が設置されているので、ＳＷ１６－２が導通したとき、ダイオード３４の順方向降下電圧Ｖｆだけ低下した電圧を蓄電デバイス８に加えることができる。

【0118】

(2) 回路部１４－２を回路部１４－１からダイオード３４によって分離でき、回路部１４－１との干渉を回避することができる。

【実施例0119】

実施例１は蓄電デバイス８に電気二重層キャパシタを用いた発電システム２である。電気二重層キャパシタはリチウムイオン電池に比較し、内部抵抗が小さく、この抵抗による１（Ａ）での電力損失が小さく、リチウムイオン電池の電力損失を基準にした電力損失の割合が異常に小さいことが確認された。

【0120】

この実施例１について、図９のＡに機械設計２０１５年１１月号より引用した「蓄電素子一本当たりの電力損失」を示すテーブル（日刊工業新聞社発行の機械設計２０１５年１１月号、第３章リチウムイオン電池を安全に使う―その１ 充放電評価と内部抵抗評価 ティ・アンド・シー・テクニカル 下田 洋道）、図９のＢに日刊工業新聞社発行の機械設計２０１５年１１月号より引用した「内部抵抗の測定結果」を示すグラフを引用する。

【0121】

図９のＡによれば、リチウムイオン電池では抵抗が２４６［ｍΩ］と高いのに対し、電気二重層キャパシタでは１１～０．３［ｍΩ］と極めて低く、電力損失が大幅に低いことがわかる。また、図９のＢによれば、リチウムイオン電池では放電により電池容量が低下すると内部抵抗が増加する傾向があり、この影響を受けることになるが、電気二重層キャパシタには斯かる現象は報告されていない。

【0122】

したがって、蓄電デバイス８に電気二重層キャパシタを用いた発電システム２によれば、電力損失が大幅に改善されたシステムを提供でき、微弱電力の回収率を高めることができる。

【0123】

＜実施例１の効果＞
この実施例１によれば、次の何れかの効果が得られる。
(1) この電気二重層キャパシタを用いた蓄電デバイス８によれば、発電パネル４から得られる閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓの充放電を迅速化できるとともに、電力損失を抑制することができ、電力の変換効率を高めることができる。

【0124】

(2) この電気二重層キャパシタを用いた蓄電デバイス８によれば、発電パネル４から得られる閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓの回収効率を高めることができる。

【0125】

(3) この電気二重層キャパシタを用いた蓄電デバイス８によれば、従前の発電システム２に比較し、閾値Ｓｔｈ未満の発電電力Ｓの回収効率を１０％以上高めることができた。

【実施例0126】

この実施例２は、ＳＷ１６－１の開閉条件として発電電力Ｓに対する閾値Ｓｔｈ１と、ＳＷ１６－２の開閉条件として発電電力Ｓに対する閾値Ｓｔｈ２を設定し、Ｓｔｈ２＞Ｓｔｈ１とすれば、ＳＷ１６－１の開閉前にＳＷ１６－２をＯＮ状態に制御する。

【0127】

＜実施例２の効果＞
この実施例２によれば、次のいずれかの効果が得られる。
(1) 蓄電デバイス８を発電電力Ｓが閾値Ｓｔｈ１に到達前に充電することができ、第一出力モードで蓄電デバイス８を充電でき、発電パネル４から得られる閾値Ｓｔｈ１未満の発電電力Ｓの交流出力への変換を迅速化できる。

【0128】

(2) 図４のＣの区間Ｃ２で充電モードＥｃを第一出力モードに吸収でき、発電パネル４の発電電力の高効率化を図ることができる。