特許 7467476 エネルギー生成プラントを用いて交流電圧システムに調整電力を提供するための方法

(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】

(24)【登録日】2024-04-05

(45)【発行日】2024-04-15

(54)【発明の名称】エネルギー生成プラントを用いて交流電圧システムに調整電力を提供するための方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/32 20060101AFI20240408BHJP

   H02J 3/12 20060101ALI20240408BHJP

   H02J 3/46 20060101ALI20240408BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20240408BHJP

【ＦＩ】

H02J3/32

H02J3/12

H02J3/46

H02J3/38 150

【請求項の数】 25

(21)【出願番号】P 2021537742

(86)(22)【出願日】2019-12-19

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-10

(86)【国際出願番号】 EP2019086378

(87)【国際公開番号】W WO2020136085

(87)【国際公開日】2020-07-02

【審査請求日】2022-09-16

(31)【優先権主張番号】102018133707.8

(32)【優先日】2018-12-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】515078095

【氏名又は名称】エスエムエイ ソーラー テクノロジー アクティエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＳＭＡ Ｓｏｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル

(74)【代理人】

【識別番号】100169904

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100198650

【弁理士】

【氏名又は名称】小出 宗一郎

(72)【発明者】

【氏名】アンドレアス クノープロッホ

【審査官】辻丸 詔

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１４－５３０５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２２９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００６９４０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０７０４６２９０（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開昭５８－２０４７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０３５９４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ３／００－５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エネルギー生成システム（２）を用いてＡＣ電圧グリッド（１）に調整電力を提供するための方法であって、前記エネルギー生成システム（２）は、太陽光発電機（４）及びエネルギー貯蔵部（５）を含み、
前記エネルギー生成システム（２）は、前記ＡＣ電圧グリッド（１）と総電力（Ｐ＿Ｎｅｔｚ）を交換し、
交換される前記総電力（Ｐ＿Ｎｅｔｚ）は、現在の最大ＰＶ電力（Ｐ＿ＭＰＰ）、ゼロ～前記最大ＰＶ電力（Ｐ＿ＭＰＰ）の事前定義可能な基本ＰＶ電力（Ｐ＿ＰＶ＿０）及び提供又は要求される調整電力の関数として設定され、
前記方法は、
－ 調整電力が要求されない場合、前記基本ＰＶ電力（Ｐ＿ＰＶ＿０）を含む総基本電力（Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０）を送るステップ、
－ 負の調整電力が要求される場合、前記基本ＰＶ電力（Ｐ＿ＰＶ＿０）と比較してＰＶ電力（Ｐ＿ＰＶ）を減少させるステップ、
－ 正の調整電力が要求される場合、前記要求される正の調整電力が前記最大ＰＶ電力（Ｐ＿ＭＰＰ）と前記基本ＰＶ電力（Ｐ＿ＰＶ＿０）との間の差よりも大きい場合、前記エネルギー貯蔵部（５）からバッテリ電力（Ｐ＿Ｂａｔｔ）を引き出すステップ
を含み、
前記総基本電力（Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０）は、前記最大ＰＶ電力（Ｐ＿ＭＰＰ）の任意の変動が前記総基本電力（Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０）の対応する変動につながるように前記最大ＰＶ電力（Ｐ＿ＭＰＰ）に対応するか又は比例する、方法。

【請求項2】

負の調整電力を提供するために前記ＰＶ電力（Ｐ＿ＰＶ）を減少させるステップは、前記太陽光発電機（４）にフィードバックするステップを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記総基本電力（Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０）は、前記エネルギー貯蔵部（５）が充電され得る場合、前記エネルギー貯蔵部（５）を充電するためのバッテリ電力（Ｐ＿Ｂａｔｔ）を含む、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記エネルギー貯蔵部（５）を充電するための前記バッテリ電力（Ｐ＿Ｂａｔｔ）は、負の調整電力が要求され、及び前記エネルギー貯蔵部（５）が充電され得る場合、最初に増加される、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記基本ＰＶ電力（Ｐ＿ＰＶ＿０）は、前記最大ＰＶ電力（Ｐ＿ＭＰＰ）に対応する、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記基本ＰＶ電力（Ｐ＿ＰＶ＿０）は、前記最大ＰＶ電力（Ｐ＿ＭＰＰ）よりも低く、前記ＰＶ電力（Ｐ＿ＰＶ）は、正の調整電力が要求される場合、前記基本ＰＶ電力（Ｐ＿ＰＶ＿０）と比較して増加され、及び前記要求される正の調整電力が前記基本ＰＶ電力（Ｐ＿ＰＶ＿０）と前記最大ＰＶ電力（Ｐ＿ＭＰＰ）との間の差よりも大きい場合、前記エネルギー貯蔵部（５）からのバッテリ電力（Ｐ＿Ｂａｔｔ）の追加の引き出しであり、それにより、前記総電力（Ｐ＿Ｎｅｔｚ）は、前記要求される正の調整電力を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記基本ＰＶ電力（Ｐ＿ＰＶ＿０）は、前記最大ＰＶ電力（Ｐ＿ＭＰＰ）の４０％～６０％である、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記要求される調整電力は、特性曲線を用いて、前記ＡＣ電圧グリッド（１）の公称周波数（ｆ＿Ｎｅｎｎ）からの瞬時周波数（ｆ＿ｎｅｔｚ）の偏差及び／又は前記瞬時周波数（ｆ＿ｎｅｔｚ）の変化率の関数として決定され、前記瞬時周波数（ｆ＿ｎｅｔｚ）が前記公称周波数（ｆ＿Ｎｅｎｎ）よりも低く、且つ／又は前記変化率が負である場合、正の調整電力が要求され、前記瞬時周波数（ｆ＿ｎｅｔｚ）が前記公称周波数（ｆ＿Ｎｅｎｎ）よりも大きく、且つ／又は前記変化率が正であるとき、負の調整電力が要求される、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記要求される調整電力は、上位コントローラによって前記エネルギー生成システム（２）に事前定義される、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

所定の将来の期間の前記調整電力は、調整電力範囲を設けられ、前記調整電力範囲は、前記エネルギー生成システム（２）により、前記所定の将来の期間における前記総基本電力（Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０）からの偏差として設定され得、且つ要求に応じて設定され得る正の最大調整電力及び負の最大調整電力を有する、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記所定の将来の期間の最適な調整電力範囲は、前記所定の将来の期間前に決定され、特に、前記現在の最大ＰＶ電力（Ｐ＿ＭＰＰ）、前記所定の将来の期間における前記最大ＰＶ電力（Ｐ＿ＭＰＰ）の予測値、前記エネルギー貯蔵部（５）の公称電力に対する公称ＰＶ電力（Ｐ＿Ｐｅａｋ）の比及び／又は前記エネルギー貯蔵部（５）の現在の充電状態（ＳＯＣ）が考慮される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記総基本電力（Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０）は、定数値を有し、調整電力が要求されず、且つ／又は前記最大ＰＶ電力（Ｐ＿ＭＰＰ）が前記総基本電力（Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０）よりも大きい場合、前記総基本電力（Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０）は、ＰＶ電力（Ｐ＿ＰＶ）のみを含み、前記現在のＰＶ電力（Ｐ＿ＰＶ）と前記総基本電力（Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０）との間の差は、その後、電力（Ｐ＿Ｂａｔｔ）を前記エネルギー貯蔵部（５）と交換することによって補償される、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記太陽光発電機（４）及び前記エネルギー貯蔵部（５）は、電力（Ｐ＿ＰＶ、Ｐ＿Ｂａｔｔ）を互いに交換し、および／または前記太陽光発電機（４）及び前記エネルギー貯蔵部（５）は、電力（Ｐ＿ＰＶ、Ｐ＿Ｂａｔｔ）を双方向に前記ＡＣ電圧グリッド（１）と交換する、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

前記エネルギー生成システム（２）は、グリッド接続点を介して前記ＡＣ電圧グリッド（１）と前記総電力（Ｐ＿Ｎｅｔｚ）を交換する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記太陽光発電機（４）及び前記エネルギー貯蔵部（５）は、異なる物理的に分離されたグリッド接続点（１ａ、１ｂ）を介して前記ＡＣ電圧グリッド（１）とそれらのそれぞれの電力（Ｐ＿ＰＶ、Ｐ＿Ｂａｔｔ）を交換する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項16】

制御ユニット（９）は、前記太陽光発電機（４）及び前記エネルギー貯蔵部（５）の現在の動作データ（Ｐ＿ＭＰＰ、ＳＯＣ）を受け取り、且つ交換される前記それぞれの電力（Ｐ＿ＰＶ、Ｐ＿Ｂａｔｔ）の設定値を予め定める、請求項１～１５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

前記太陽光発電機（４）及び前記エネルギー貯蔵部（５）の現在の動作データ（Ｐ＿ＭＰＰ、ＳＯＣ）は、前記太陽光発電機（４）と前記エネルギー貯蔵部（５）との間で交換される、請求項１～１６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項18】

前記エネルギー生成システム（２）は、少なくとも２つのエネルギー貯蔵部（５１、５２）を有し、前記太陽光発電機（４）及び前記少なくとも２つのエネルギー貯蔵部のうちの第１のエネルギー貯蔵部（５１）は、前記ＡＣ電圧グリッド（１）の一次制御のための調整電力を提供し、前記少なくとも２つのエネルギー貯蔵部のうちの第２のエネルギー貯蔵部（５２）は、前記ＡＣ電圧グリッド（１）の瞬時制御のための調整電力を提供する、請求項１～１７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項19】

前記第２のエネルギー貯蔵部（５２）は、電圧印加インバータ（５２ａ）を介して前記ＡＣ電圧グリッド（１）と瞬時調整電力（Ｐ＿Ｍｏｍｅｎｔ）を交換する、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

太陽光発電機（４）、エネルギー貯蔵部（５、５１、５２）及び制御ユニット（９）を備える、ＡＣ電圧グリッド（１）に調整電力を提供するためのエネルギー生成システム（２）であって、前記制御ユニット（９）は、請求項１～１９のいずれか一項に記載の方法を使用して前記エネルギー生成システム（２）を動作させるために設置される、エネルギー生成システム（２）。

【請求項21】

前記太陽光発電機（４）及び前記エネルギー貯蔵部（５、５１、５２）は、共通グリッド接続点を介して前記ＡＣ電圧グリッド（１）に接続される、請求項２０に記載のエネルギー生成システム（２）。

【請求項22】

前記共通グリッド接続点は、グリッド側巻線及び少なくとも２つのシステム側巻線を備える変圧器を含み、前記太陽光発電機（４）及び前記エネルギー貯蔵部（５、５１、５２）又は該当する場合には複数のエネルギー貯蔵部（５、５１、５２）は、共通のシステム側巻線に接続される、請求項２１に記載のエネルギー生成システム（２）。

【請求項23】

複数の太陽光発電機（４）及び／又は複数のエネルギー貯蔵部（５、５１、５２）は、共通の双方向インバータを介して前記共通グリッド接続点に接続され、前記インバータは、個別の直流コンバータを介して前記太陽光発電機（４）又は前記エネルギー貯蔵部（５、５１、５２）に接続される、請求項２１に記載のエネルギー生成システム（２）。

【請求項24】

前記制御ユニット（９）は、ネットワークを介した間接接続を介して前記太陽光発電機（４）及び前記エネルギー貯蔵部（５、５１、５２）に通信可能に接続され、前記太陽光発電機（４）及び前記エネルギー貯蔵部（５、５１、５２）は、異なる物理的に分離されたグリッド接続点を介して前記ＡＣ電圧グリッド（１）に接続される、請求項２０に記載のエネルギー生成システム（２）。

【請求項25】

前記エネルギー生成システム（２）は、異なる設計の複数のエネルギー貯蔵部（５、５１、５２）を含む、請求項２０～２４のいずれか一項に記載のエネルギー生成システム（２）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽光発電機及びエネルギー貯蔵部を備えるエネルギー生成システムを用いてＡＣ電圧グリッドに調整電力を提供するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

全国統合グリッドとして構築されたＡＣ電圧グリッドでは、送られる電力と、引き出される電力との間の不均衡に起因して、ＡＣ電圧グリッドの公称周波数からのグリッド周波数の偏差が生じることがある。不均衡、したがって周波数偏差は、ＡＣ電圧グリッドに電力を送ることができ、且つ／又はＡＣ電圧グリッドから電力を引き出すことができる装置が、それらによって送られるか又は引き出される電力を適切に適合させることによって打ち消すことができる。特に、公称周波数より低い周波数では、送られる電力を増加させるか、又は引き出される電力を減少させるのに対して、公称周波数より高い周波数では、送られる電力を減少させるか、又は引き出される電力を増加させることができる。

【0003】

電力グリッドの電力不均衡又はそこから生じる周波数偏差に直接的又は間接的に応答するエネルギー生成システムの電力のそれぞれの変化は、通常、調整電力と呼ばれる。調整電力は、調整予備の形態で専用のグリッド操作機器によって保持され、必要に応じて限られた期間のみ呼び出される。調整電力が呼び出されるとき、生成されるエネルギーは、調整エネルギー又は調整ワークと呼ばれる。例えば、ヨーロッパの統合グリッドなど、ＡＣ電圧グリッドでは、調整電力の提供は、通常、経時的に互いに依存し、互いに取って代わり、異なる動作モードを有する段階で編成される。

【0004】

第１の調整段階、いわゆる瞬時制御又は瞬時予備は、周波数変化率を制限するために使用される。瞬時予備は、能動的制御よりむしろグリッド特性として現行の電力グリッドで実現され、周波数の変化に直接且つ即座に応答して、それらの電力を変化させる装置によってもたらされる。特に、発電機又はモータの回転するフライホイール質量は、それらの慣性に起因して、電力不均衡を直接打ち消す瞬時予備電力を生成し、周波数変化率を制限する。

【0005】

第２の調整段階、周波数を維持するために使用され、持続的周波数偏差の場合に有用になるいわゆる一次制御では、公称周波数からのグリッド周波数の偏差に応じた特性曲線に基づいて、対象を絞った方式でそれらの電力を設定する装置を使用する。第３の段階、いわゆる二次制御では、上位制御装置が、装置に、それらの電力を適切に変化させるように指示することにより、ＡＣ電圧グリッドにおける起こり得る永続的又は予測可能な電力不均衡が計画的に打ち消される。二次制御は、グリッド周波数を公称値に復元するために電力及びエネルギーを提供し、第２の段階に取って代わる。

【0006】

ＡＣ電圧グリッドとエネルギー貯蔵部との間で電力を交換する装置が従来技術から知られている。そのような装置は、第２の調整段階の調整電力を提供するため、すなわち一次制御の枠組み内で電力不均衡に反応し、電力不均衡を打ち消すため、それに応じてＡＣ電圧グリッドとエネルギー貯蔵部との間の電力交換を調節するために設置することができる。調整予備電力プラントは、したがって、必要に応じて固定的合意時間中に固定的合意量の調整電力を提供するタスクを負っている。

【0007】

通常、最大可能電力が太陽光発電システムの太陽光発電機から引き出されて、ＡＣ電圧グリッドに送られるような方法で動作する太陽光発電システムも知られている。例えば、日射量が変化した場合、大きく上下することがあり、特に夜間では利用可能ですらないＰＶ電力の変動性及び乏しい予測性に起因して、太陽光発電システムは、これまで調整電力を提供することによってＡＣ電圧グリッドの安定化に限定的に寄与することのみが可能であった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、太陽光発電機及び貯蔵部を備えるエネルギー生成システムを用いてＡＣ電圧グリッドに調整電力を提供するための方法を提供するという目的に基づいており、この方法を使用して、ＡＣ電圧グリッドを安定化するための調整電力を安価且つ効率的に利用可能にすることができる。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本目的は、独立特許請求項１の特徴を有する方法により、且つ請求項１９に記載のエネルギー生成システムを用いて達成される。好ましい実施形態は、従属特許請求項に定められる。

【0010】

エネルギー生成システムを用いてＡＣ電圧グリッドに調整電力を提供するための方法において、エネルギー生成システムは、太陽光発電機及びエネルギー貯蔵部を含む。エネルギー生成システムは、ＡＣ電圧グリッドと総電力を交換する。交換される総電力は、現在の最大ＰＶ電力、ゼロ～最大ＰＶ電力の事前定義可能な基本ＰＶ電力及び提供又は要求される調整電力の関数として設定される。方法は、
－ 調整電力が要求されない場合、基本ＰＶ電力を含む総基本電力を送るステップと、
－ 負の調整電力が要求される場合、基本ＰＶ電力と比較してＰＶ電力を減少させるステップと、
－ 正の調整電力が要求される場合、要求される正の調整電力が最大ＰＶ電力と基本ＰＶ電力との間の差よりも大きい場合、バッテリからバッテリ電力を引き出すステップと
を含む。

【0011】

本発明による方法を通して、調整電力を提供するためにエネルギー生成システムを最適に使用することができる。この場合、負の調整電力は、ＰＶ電力を減少させることによって実現され、この減少は、太陽光発電機にフィードバックすることを含み得る。結果として、負の調整電力が利用可能であり、それは、任意の時点において、（ＡＣ電圧グリッドへの適切に効率的な接続を条件として）少なくとも太陽光発電機の公称電力であり得る。同時に、正の調整電力は、エネルギー貯蔵部によって最適に実現することができる。エネルギー貯蔵部が負の調整電力に寄与しなくてもよいという事実の結果として、その貯蔵容量の大部分を正の調整電力を提供するために取っておくことができる。

【0012】

総基本電力は、エネルギー貯蔵部が充電され得る場合、エネルギー貯蔵部を充電するためのバッテリ電力を含み得る。結果として、エネルギー貯蔵ユニットが満充電されない限り、ＰＶ電力の一部がエネルギー貯蔵ユニットを充電するために使用されることにより、総基本電力は、基本ＰＶ電力と比較して減少される。エネルギー貯蔵部を充電するためのバッテリ電力は、負の調整電力が要求され、及びエネルギー貯蔵部が充電され得る場合、ＰＶ電力が基本ＰＶ電力と比較して減少される前に最初に増加され得る。結果として、太陽光発電機によって生成された環境に優しいエネルギーは、エネルギー貯蔵部を充電するために最適に使用される。

【0013】

本方法の１つの実施形態では、基本ＰＶ電力は、最大ＰＶ電力に対応し得る。太陽光発電機は、したがって、負の調整電力を提供するためにエネルギー生成システムの総電力を減少させるためにＰＶ電力を減少させない限り、最適に動作して、環境にやさしい方式で最大可能エネルギーを生成することができる。

【0014】

本方法の代替の一実施形態では、基本ＰＶ電力は、最大ＰＶ電力よりも低いことができ、ＰＶ電力は、正の調整電力が要求される場合、基本ＰＶ電力と比較して増加される。要求される正の調整電力が基本ＰＶ電力と最大ＰＶ電力との間の差よりも大きい場合、エネルギー貯蔵部からのバッテリ電力の追加の引き出しが行われ、それにより、総電力は、要求される正の調整電力を含む。

【0015】

有利な一実施形態では、基本ＰＶ電力は、最大ＰＶ電力の４０％～６０％である。これは、最大ＰＶ電力の４０％～６０％が追加の正の調整電力として利用可能であることを意味する。

【0016】

本発明による方法では、要求される調整電力は、特性曲線を用いて、ＡＣ電圧グリッドの公称周波数からの瞬時周波数の偏差及び／又は瞬時周波数の変化率の関数として決定され得る。特性曲線は、瞬時周波数が公称周波数よりも低く、且つ／又は変化率が負であるとき、正の調整電力が要求され、瞬時周波数が公称周波数よりも大きく、且つ／又は変化率が正であるとき、負の調整電力が要求されるように設計され得る。結果として、エネルギー生成システムは、特に公称周波数からのグリッド周波数の偏差として現れる可能性があるＡＣ電圧グリッドの電力不均衡に独立して反応することができる。

【0017】

代替の一実施形態では、要求される調整電力は、上位コントローラによってエネルギー生成システムに事前定義され得る。結果として、特定の必要性がある場合、エネルギー生成システムは、例えば、グリッドオペレータにより、電力不均衡が上位コントローラによって対象を絞った方式で補償されるように制御することができる。

【0018】

本発明による方法は、所定の将来の期間の調整電力に調整電力範囲を設けることをさらに含み得、調整電力範囲は、エネルギー生成システムにより、所定の将来の期間における総基本電力からの偏差として設定され得る正の最大調整電力及び負の最大調整電力を有する。この場合、対称調整電力が所定の将来の期間に提供されるように、正の最大調整電力及び負の最大調整電力は、好ましくは、同じ大きさを有する。

【0019】

これに関連して、用語「提供」は、提示された調整電力が、将来の期間において実際に要求される場合、将来の期間において設定され得ること及び設定されるようになることが保証されることを意味すると理解すべきである。

【0020】

本方法の１つの実施形態では、将来の期間の最適な調整電力範囲は、調整電力が提供される将来の期間前に決定され得る。この目的のために、特に、現在の最大ＰＶ電力、所定の将来の期間における最大ＰＶ電力の予測値、エネルギー貯蔵部の公称電力に対する公称ＰＶ電力の比及び／又はエネルギー貯蔵部の現在の充電状態が考慮され得る。例えば、提示され得る調整電力が多いほど、現在の及び予測される最大ＰＶ電力は、高くなり、他方では、例えばエネルギー貯蔵部が満充電されている夜間など、負の調整電力を提供するためにこれのみが利用可能である場合、提示される調整電力は、公称ＰＶ電力によって制限され得る。

【0021】

本方法の１つの実施形態では、総基本電力は、最大ＰＶ電力の任意の変動が総基本電力の対応する変動につながるように最大ＰＶ電力に対応するか又は比例する。この場合、要求される調整電力は、調整電力への要求なしで送られる最大ＰＶ電力からの偏差として提供することができる。

【0022】

本方法の代替の一実施形態では、総基本電力は、定数値を有する。調整電力が要求されず、且つ最大ＰＶ電力が総基本電力よりも大きい場合、総基本電力は、ＰＶ電力のみを含む。現在のＰＶ電力と一定の総基本電力との間の任意の差は、その後、電力をエネルギー貯蔵部と交換することによって補償され得る。結果として、エネルギー生成システムの挙動は、ＡＣ電圧グリッドとの定められた電力の交換が常に行われ、それが特に例えば天候関連の最大ＰＶ電力の任意の短期的な変化と無関係である点でよりよく計画され得る。

【0023】

本方法の１つの実施形態では、太陽光発電機及びエネルギー貯蔵部は、電力を互いに且つ／又はそれぞれの場合に双方向にＡＣ電圧グリッドと交換することができる。具体的には、エネルギー生成システムは、この目的のために、正確に１つの共通グリッド接続点を介してＡＣ電圧グリッドと総電力を交換することができる。代わりに、太陽光発電機及びエネルギー貯蔵部は、異なる物理的に分離されたグリッド接続点を介してＡＣ電圧グリッドとそれらのそれぞれの電力を交換することができる。

【0024】

太陽光発電機が、対応する複数のインバータを介してＡＣ電圧グリッドに接続され得る複数の副発電機を含み得ることは言うまでもない。同様に、エネルギー貯蔵部は、複数のコンバータを介してＡＣ電圧グリッドに接続された複数のバッテリを含み得る。この場合、太陽光発電機及びエネルギー貯蔵部は、同じ若しくは異なるローカルグリッドにおいて又は同じ若しくは異なるグリッドレベルでＡＣ電圧グリッドに接続することができる。

【0025】

本方法の有利な実施形態では、制御ユニットは、太陽光発電機及びエネルギー貯蔵部の現在の動作データを受け取り、且つ太陽光発電機及びエネルギー貯蔵部の動作のために交換されるそれぞれの電力の設定値を予め定める。この場合、制御ユニットは、特にそれが単一の共通グリッド接続点を介してＡＣ電圧グリッドに接続される場合、エネルギー生成システムの一部であり得るか、又は上位レベルに配置して、通信線を介して太陽光発電機及びエネルギー貯蔵部と接続することができる。このようにして配置された制御ユニットが例えばＡＣ電圧グリッド全体の動作に対して責任を負い、その限りにおいてグリッドオペレータを代表する、さらなる上位コントローラへの同一のインタフェースを有することができる。

【0026】

エネルギー生成システムは、少なくとも２つのエネルギー貯蔵部を有することができ、太陽光発電機及び第１のエネルギー貯蔵部は、ＡＣ電圧グリッドの一次制御のための調整電力を提供する一方、第２のエネルギー貯蔵部は、ＡＣ電圧グリッドの瞬時制御のための調整電力を提供する。特に、第２のエネルギー貯蔵部は、電圧印加インバータを介してＡＣ電圧グリッドと瞬時調整電力を交換することができる。そのような方法を用いて、エネルギー生成システムは、ＡＣ電圧グリッドの瞬時制御と一次制御との両方に最適に寄与することができる。

【0027】

ＡＣ電圧グリッドに調整電力を提供するためのエネルギー生成システムは、太陽光発電機、エネルギー貯蔵部及び制御ユニットを含む。本発明によるエネルギー生成システムにおいて、制御ユニットは、上の説明による方法を使用してエネルギー生成システムを動作させるために設置される。

【0028】

エネルギー生成システムの１つの実施形態では、太陽光発電機及びエネルギー貯蔵部は、共通グリッド接続点を介してＡＣ電圧グリッドに接続される。この場合、グリッド接続点は、グリッド側巻線と、太陽光発電機及びエネルギー貯蔵部を接続するための少なくとも２つの巻線とを備える変圧器を含み得る。加えて、エネルギー生成システムは、複数の太陽光発電機及び／又は複数のエネルギー貯蔵部を有することができ、それらは、共通の双方向インバータを介してグリッド接続点に接続される。インバータは、好ましくは、個別の直流コンバータを介して太陽光発電機又はエネルギー貯蔵部に接続される。共通インバータの使用により、ケーブル配線の労力から必要とされる装置の数の両方が減少し、インバータは、太陽光発電機及びエネルギー貯蔵部に個別に割り当てられたインバータを備えるエネルギー生成システムにおける個別のインバータの公称電力の合計よりも低い総電力のために設計されなければならない。

【0029】

そのようなエネルギー生成システムは、有利には、エネルギー生成システム内に配置され、太陽光発電機及びエネルギー貯蔵部又はそれらの対応するコントローラと直接通信することができる制御ユニットを含む。

【0030】

エネルギー生成システムの代替の一実施形態では、制御ユニットは、ネットワークを介した間接接続を介して太陽光発電機及びエネルギー貯蔵部又はそれらの対応するコントローラに通信可能に接続され、太陽光発電機及びエネルギー貯蔵部は、異なる物理的に分離されたグリッド接続点を介してＡＣ電圧グリッドに接続される。

【0031】

エネルギー生成システムは、異なる設計の複数のエネルギー貯蔵部を含み得る。エネルギー貯蔵部の少なくとも１つは、好ましくは、高いエネルギー密度によって特徴付けられるリチウムイオン蓄電池を含み得る。とりわけ好ましくは、少なくとも１つのさらなるエネルギー貯蔵部は、リチウムイオン蓄電池と比較して、エネルギー密度がより低いが、電力密度がより高い超コンデンサを含み得る。このようにして構築されたエネルギー生成システムは、太陽光発電機に関連してリチウムイオンを用いて一次調整電力を提供することと、超コンデンサを用いて瞬時制御にも寄与することとの両方が可能である。

【0032】

本発明のさらなる一実施形態では、所定の将来の期間について調整電力範囲を定めることができ、調整電力は、太陽光発電機及びエネルギー貯蔵部を備えるエネルギー生成システムによって提供され、調整電力範囲は、総基本電力、正の最大調整電力及び負の最大調整電力を有する。この実施形態は、
－ エネルギー貯蔵部の充電状態の、太陽光発電機の現在の最大ＰＶ電力の関数として総基本電力を決定するステップ、
－ エネルギー貯蔵部の充電状態の関数として正の最大調整電力を決定するステップ、
－ 最大ＰＶ電力及び太陽光発電機にフィードバックすることができる最大公称ＰＶ電力の関数として負の最大調整電力を決定するステップ
を含み得る。この場合、総基本電力及び正の最大調整電力は、所定の将来の期間の正の最大調整電力への要求がエネルギー貯蔵部の完全な放電につながることが除外されるように決定することができ、総基本電力は、現在の最大ＰＶ電力よりも低い差によって決定され、差が大きいほど、貯蔵部の充電状態は、満充電された状態から逸脱する。

【0033】

本発明は、以下の特徴によってさらに特徴付けることができる。
常に確実に利用可能な定められた正の最大調整電力を提供するために、エネルギー生成システムのエネルギー貯蔵部を恒久的に満充電状態で動作させることが有利である。エネルギー生成システムは、満充電された貯蔵部及び夜間でも負の最大調整電力を達成するために、太陽光発電機にフィードバックすることが可能であり、可能な帰還電力は、バッテリ電力に少なくとも対応するべきである。利用可能なＰＶ電力は、可能な場合には常に貯蔵部を充電し、充電状態を可能な限り高く保つために使用される。本発明は、ほぼ常に満充電された貯蔵部を用いたエネルギー貯蔵容量の十分な利用と、正負の最大調整電力の十分な可用性とを可能にする。本発明による方法において太陽光発電機を統合することにより、対応するエネルギー貯蔵部を用いて個別に達成され得る対称調整電力の少なくとも２倍の高さの対称調整電力を提供することができる。

【0034】

以下の文章では、図面に例示された例示的な実施形態を参照して本発明をさらに解説及び説明する。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】ＰＶ発電機、エネルギー貯蔵部及び制御ユニットを備えた、本発明によるエネルギー生成システムを示す。

【図2】ＰＶ発電機、エネルギー貯蔵部、エネルギー生成システムの電力及びエネルギー貯蔵部の充電状態の第１の時間プロファイルを示す。

【図3】ＰＶ発電機、エネルギー貯蔵部、エネルギー生成システムの電力及びエネルギー貯蔵部の充電状態の第２の時間プロファイルを示す。

【図4】ＰＶ発電機、エネルギー貯蔵部、エネルギー生成システムの電力及びエネルギー貯蔵部の充電状態の第２の時間プロファイルを示す。

【発明を実施するための形態】

【0036】

図１は、太陽光発電機４及びエネルギー貯蔵部５を備えたエネルギー生成システム２を示す。

【0037】

太陽光発電機４は、現在の太陽放射に応じて最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰを生成することができる。インバータ４ａは、太陽光発電機４から現在のＰＶ電力Ｐ＿ＰＶを引き出し、それは、特に太陽光発電機４における電圧を設定することにより、ゼロ～最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰで変更され得る。ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶは、電力が太陽光発電機４にフィードバックされる点で負値も想定することができる。従来のＰＶモジュールは、それらの公称ＰＶ電力Ｐ＿Ｐｅａｋの規模の電力を容易に受け取ることが可能である。インバータ４ａは、太陽光発電機４と直流としてこのように交換されたＰＶ電力Ｐ＿ＰＶを交流に変換し、グリッド接続点１ａを介してＡＣ電圧グリッド１とＰＶ電力Ｐ＿ＰＶを交換する。

【0038】

エネルギー貯蔵部５は、コンバータ５ａに接続され、コンバータ５ａは、エネルギー貯蔵部５とバッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔを交換し、それを交流に変換し、それを、バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔとしてグリッド接続点１ｂを介してＡＣ電圧グリッド１と交換する。エネルギー貯蔵部５は、通常、特定の貯蔵容量及び現在の充電状態ＳＯＣを有し、充電状態ＳＯＣは、貯蔵容量に対してどの程度のエネルギーが現在エネルギー貯蔵部に貯蔵されているかをパーセントで定期的に示す。したがって、ゼロのＳＯＣは、エネルギー貯蔵部５が放電していることを意味し、１００％のＳＯＣは、エネルギー貯蔵部５が満充電されていることを示す。

【0039】

エネルギー生成システム２は、ＡＣ電圧グリッド１と総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚを交換する。総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚは、ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶ及びバッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔで構成され、正又は負の値を想定することができる。

【0040】

グリッド接続点１ａ及び１ｂは、共通グリッド接続点によって置き換えることができ、すなわち、エネルギー生成システム２は、単一の共通グリッド接続点を介してＡＣ電圧グリッド１と総電力を交換することもできる。複数の双方向インバータ４ａ及び／又はコンバータ５ａのための共通グリッド接続は、変圧器を含むことができ、変圧器は、グリッド側巻線と、エネルギー生成システム２の装置を接続するための複数の巻線とを含む。結果として、グリッドとの電力の交換に関与する複数の作動装置は、変圧器に直接接続することができる。変圧器は、太陽光発電機４の公称電力と、エネルギー貯蔵部５から正の調整電力を（短期的に）取り出すための過負荷容量とのみを含む公称電力のために設計されなければならない。

【0041】

制御ユニット９は、太陽光発電機４及びエネルギー貯蔵部５又はインバータ４ａ及びコンバータ５ａに通信可能に接続される。一方では、制御ユニット９は、この接続を介して太陽光発電機４及びエネルギー貯蔵部５から動作データを受け取る。他方では、制御ユニット９は、太陽光発電機４及びエネルギー貯蔵部５又はインバータ４ａ及びコンバータ５ａ（さもなければそれらの対応する制御装置）にＰＶ電力Ｐ＿ＰＶ及びバッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔの設定値を送る。

【0042】

太陽光発電機４及びインバータ４ａから形成される太陽光発電システムは、ここでは詳細に図示されていない多数のサブユニットを含み得る。特に、これは、共通のシステムコントローラによって制御される多数のインバータ４ａ及び対応する数の太陽光発電機４を備えた太陽光発電システムであり得る。エネルギー貯蔵部５及びコンバータ５ａから形成される貯蔵システムは、ここでは詳細に図示されていない多数のサブユニットを同様に含み得る。特に、これは、共通のシステムコントローラによって制御される多数のコンバータ５ａ及び対応する数のエネルギー貯蔵部５を備えた貯蔵システムであり得る。エネルギー生成システム２は、特に、共通グリッド接続点１ｂにおいて複数のコンバータ５ａを介してＡＣ電圧グリッド１に接続された異なるタイプの複数のエネルギー貯蔵部５を含み得る。可能な貯蔵タイプは、特に、電気化学貯蔵、すなわち鉛酸、リチウムイオン又はフローバッテリ及びいわゆる超コンデンサ並びに揚水貯蔵などの調整電力を提供するのに適した他のエネルギー貯蔵部を含む。

【0043】

代替として又は加えて、エネルギー生成システム２は、異なるタイプの複数のＰＶ発電機４及び／又はエネルギー貯蔵部５を含み得る。この場合、複数のＰＶ発電機４及び／又はエネルギー貯蔵部５は、いずれの場合にも個別の直流コンバータを介して共通のインバータに接続することができ、このインバータを介してＡＣ電圧グリッド１と双方向に電力を交換することができる。

【0044】

エネルギー生成システム２では、制御ユニット９は、太陽光発電システム及び貯蔵システムのそれぞれのシステムコントローラと通信し、対応する動作データＰ＿ＭＰＰ、ＳＯＣ及び設定値Ｐ＿ＰＶ、Ｐ＿Ｂａｔｔをそれらと交換する。エネルギー生成システム１内の異なるタイプのエネルギー貯蔵部５は、例えば、エネルギー密度が比較的低いが、電力密度が著しくより高い超コンデンサを備えた第２のエネルギー貯蔵部５と異なる方法において、エネルギー密度が高いリチウムイオンバッテリを備えた第１のエネルギー貯蔵部５を動作させることにより、この場合に異なる仕様で動作する。

【0045】

原則として、制御ユニット９は、それぞれの動作データが太陽光発電システムと貯蔵システムとの間で直接交換される点で太陽光発電システム又は貯蔵システムの一部としても実現することができる。特に、制御ユニット９は、インバータ４ａのコントローラと一致して、貯蔵システムから直接動作データを受け取ることができる。設計に起因して、インバータ４ａは、周波数、電流及び電力の高速測定をすでに含み、したがって他の場所に配置された制御ユニット９を介した「迂回路」を介するよりも速い反応を可能にするため、これは、有利である。

【0046】

本方法の特定の実施形態では、太陽光発電機の現在の動作データ、特に最大ＰＶ電力並びに現在のＰＶ電力及び場合により計画されたＰＶ電力並びにエネルギー貯蔵部の現在の動作データ、特に充電状態並びに現在のバッテリ電力及び場合により計画されたバッテリ電力は、太陽光発電機とエネルギー貯蔵部との間で直接交換することができる。太陽光発電機の対応するコントローラ及びエネルギー貯蔵部の対応するコントローラは、したがって、一方では自律的に作用し、他方では調整電力の提供に関与するそれぞれの相手方の挙動を考慮するために設置される。

【0047】

加えて、制御ユニット９は、ＡＣ電圧グリッド１の現在の動作状態についての情報を受け取ることができる。特に、制御ユニットは、場合によりインバータ４ａからもＡＣ電圧グリッド１のグリッド周波数ｆ＿ｎｅｔｚを検出するか又は受け取ることができる。グリッド周波数ｆ＿ｎｅｔｚは、とりわけ、ＡＣ電圧グリッド１の電力均衡の指標であり、特に、エネルギー生成システム２とＡＣ電圧グリッド１との間で交換される総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚが、ＡＣ電圧グリッド１の公称周波数からのグリッド周波数ｆ＿ｎｅｔｚの偏差に応答して変更されることにより、エネルギー生成システム２によって提供される調整電力の需要を決定するために制御ユニット９によって使用され得る。

【0048】

代替として又は加えて、制御ユニット９は、上位コントローラに接続することができ、このコントローラによって指示されて、交換される総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚを所定の範囲で変更し、指示された調整電力をこのようにして利用可能にすることができる。加えて、所定の将来の期間にエネルギー生成システム２がどの程度の調整電力を利用可能にし得るかを制御ユニット９が上位コントローラに通知することが提供され得る。

【0049】

グリッド接続点１ａ及び１ｂは、特に、同じ若しくは異なるローカルグリッドにおいて又は同じ若しくは異なるグリッドレベルで互いに物理的に離れて配置することができる。エネルギー生成システム２の制御ユニット９と装置との間及び制御ユニット９と上位コントローラとの間の通信は、それぞれ直接ケーブル接続を介して又は間接的にネットワークを介して行うことができる。

【0050】

図２の上部は、太陽光発電機４（最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰ及びＰＶ電力Ｐ＿ＰＶ）、エネルギー貯蔵部５（バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔ）及びエネルギー生成システム２（総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚ）の電力Ｐの例示的な時間プロファイルを示し、下部は、エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣの対応する時間プロファイルを示す。軸上の単位は、例として理解されるべきであり、エネルギー生成システム２の特定の実施形態に従ってスケールが調整されるべきである。例えば、時刻ｔは、分で、電力Ｐは、キロワット又はメガワットで指定することができる。

【0051】

時刻ｔ０において、太陽光発電機４は、ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶが最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰに本質的に対応するような方法で動作し、すなわち、太陽光発電機４は、最大可能電力Ｐ＿ＭＰＰを生成し、任意の損失を差し引いた最大可能電力Ｐ＿ＭＰＰがインバータ４ａを介してＰＶ電力Ｐ＿ＰＶとして送られる。バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔは、時刻ｔ０においてゼロに等しいため、エネルギー生成システム２の総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚは、（任意の損失を差し引いた）ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶに対応する。

【0052】

例えば、太陽光発電機４に対する日射量の変化に起因した最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰの変動は、総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚの変動としてＡＣ電圧グリッド１に渡すことができる。代わりに、ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶが最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰの変動に従い、ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶと、一定の総基本電力Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０との間の差を、バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔの適切な交換を通してエネルギー貯蔵部５で均衡させる点において、エネルギー生成システム２の総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚは、総基本電力Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０において一定に保つことができる。

【0053】

図１による実施例では、期間ｔ０～ｔ１における最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰ、したがってＰＶ電力Ｐ＿ＰＶの変動も、総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚが総基本電力Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０において一定に保たれるような方法で反対のバッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔによって補償される。結果として、エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣは、わずかにのみ変化する。所定の期間にわたる一定の保証された総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚは、グリッドオペレータがＡＣ電圧グリッド１の動作の制御を計画する能力にとりわけ有利である。

【0054】

期間ｔ１～ｔ２において、正の調整電力がエネルギー生成システム２から要求され、総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚを増加させることによって提供される。要求は、例えば、ＡＣ電圧グリッド１の電力不足を示すグリッド周波数の減少に起因して又は上位コントローラによる明示的要求に起因して生じる。ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶは、最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰにすでに対応しており、したがって増加させることができないため、正の調整電力による総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚの増加は、バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔを増加させることによって達成される。エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣは、それに応じて低下する。期間ｔ１～ｔ２において、最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰの変動は、一定の総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚを送るために、バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔの反対の変化によっても補償され得る。図１による実施例では、期間ｔ１～ｔ２における総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚは、総基本電力Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０と、要求される正の調整電力との合計に対応する。

【0055】

時刻ｔ２において、エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣは、ゼロに近く、すなわち時刻ｔ２を越えて提供され得る正の調整電力はない。加えて、期間ｔ１～ｔ２において要求される正の調整電力は、より高い値とするべきではなく、そうでなければ、エネルギー貯蔵部５は、時刻ｔ２前にも空になり、調整電力が早々に停止したことになる。換言すれば、期間ｔ１～ｔ２において、この期間の正の最大可能調整電力は、エネルギー生成システム２から要求された。

【0056】

期間ｔ２～ｔ３において、負の調整電力がエネルギー生成システム２から要求され、総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚを減少させることによって提供される。要求は、例えば、ＡＣ電圧グリッド１の電力過剰を示すグリッド周波数の増加に起因して又は上位コントローラによる明示的要求に起因して生じる。ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶは、最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰに対応し続けており、負の調整電力による総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚの減少は、バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔを減少させることによって達成される。総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚは、バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔをエネルギー貯蔵部５に送ることにより、ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶと比較して減少する。エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣは、それに応じて上昇する。期間ｔ２～ｔ３において、最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰの変動は、一定の総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚを送るために、バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔの反対の変化によっても補償され得る。図１による実施例では、期間ｔ２～ｔ３における総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚは、総基本電力Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０と、要求される負の調整電力との合計に対応する。

【0057】

時刻ｔ３において、エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣは、時刻ｔ０又はｔ１における開始値に戻った。原則として、負の調整電力は、時刻ｔ３を越えて、特にエネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣが値１００％に到達して、エネルギー貯蔵部５がもはや電力を引き出せなくなるまで提供することができる。

【0058】

図１による挙動は、将来の期間における対称調整電力を提示し、対応する要求があるとき、それに応じて対称調整電力を提供するように最適化することができる。これは、例えば、時刻ｔ１前に、期間ｔ１～ｔ２にわたって一定のレベルで調整電力を提示するという決定がなされることを意味する。この調整電力が、期間ｔ１～ｔ２において正又は負の調整電力として要求されることになるかどうかは、予測できないため、すなわち期間ｔ１～ｔ２全体にわたって同じ量で正又は負の最大対称調整電力を届けるために、時刻ｔ１におけるエネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣは、およそ５０％でなければならない。充電状態ＳＯＣが５０％よりも大きい場合、正の調整電力よりも負の調整電力に利用可能なエネルギーが少なくなり、逆も同様であり、それにより、時刻ｔ１において充電状態ＳＯＣが５０％から逸脱する場合、提示され得る最大調整電力が減少する。

【0059】

図３の上部は、電力Ｐ＿ＭＰＰ、Ｐ＿ＰＶ、Ｐ＿Ｂａｔｔ及びＰ＿Ｎｅｔｚのさらなる例示的な時間プロファイルを示し、下部は、充電状態ＳＯＣの対応する時間プロファイルを示す。

【0060】

時刻ｔ０において、ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶは、最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰに本質的に対応し、インバータ４ａを介して送られる。バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔは、時刻ｔ０においてゼロに等しいため、エネルギー生成システム２の総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚは、ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶに対応する。最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰの変動は、期間ｔ０～ｔ１における総電力Ｐ＿ＰＶを一定の総基本電力Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０に保つために、バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔの反対の変化によって補償され得る。エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣは、それに応じてわずかに変動する。代わりに（ここでは図示されない）、最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰの変動は、総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚの変動としてＡＣ電圧グリッド１に渡すことができる。

【0061】

期間ｔ１～ｔ２において、負の調整電力がエネルギー生成システム２から要求され、総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚを減少させることによって提供される。この目的のために、エネルギー貯蔵部５が満充電されて充電状態ＳＯＣが１００％になるまで、期間ｔ１～ｔ１ａにおいて電力Ｐ＿Ｂａｔｔがエネルギー貯蔵部５に最初に送られる。期間ｔ１ａ～ｔ２において、エネルギー貯蔵部５は、したがって、もはや少しもバッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔを取り入れることができない。総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚは、ここで、ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶを最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰと比較して減少させることにより、要求される負の調整電力によって減少する。総基本電力Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０と負の調整電力との合計は、期間ｔ１ａ～ｔ２において負であるため、ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶは、電力が太陽光発電機４にフィードバックされる点で負にもなる。最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰのいかなる変動も期間ｔ１ａ～ｔ２において影響がない。エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣは、１００％のままである。

【0062】

期間ｔ２～ｔ３において、正の調整電力がエネルギー生成システム２から要求され、総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚを増加させることによって提供される。ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶは、最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰに設定される。時刻ｔ１における総基本電力Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０と比較した正の調整電力による総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚの増加は、バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔを増加させることによって実現され、すなわち電力がエネルギー貯蔵部５から引き出される。エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣは、それに応じて低下する。最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰ、したがってＰＶ電力Ｐ＿ＰＶの変動は、総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚを一定に保つために、バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔの対応する反対の変化によって補償され得る。

【0063】

時刻ｔ３において、エネルギー貯蔵部５の充電状態は、約５０％であり、すなわちさらなる正の調整電力が時刻ｔ３を越えて提供され得る。代わりに、期間ｔ２～ｔ３において、実際に利用可能にされた正の調整電力の２倍の高さの正の調整電力を利用可能にすることができた。

【0064】

図３による一実施形態では、疑わしい場合にはＰＶ電力Ｐ＿ＰＶを変化させることによって負の調整電力が完全に提供されるため、エネルギー貯蔵部５のほぼ全貯蔵容量が、正の調整電力を提供するためにこのように利用可能である。したがって、エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣは、有利には、期間ｔ１～ｔ２にわたって対称調整電力の最大正部分を保証するために時刻ｔ１においてほぼ１００％であり得、エネルギー貯蔵部５の予備容量は、場合により最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰの揺らぎを補償するために利用可能に保つことができる。対称調整電力の最大負部分は、太陽光発電機４の公称ＰＶ電力Ｐ＿Ｐｅａｋによって制限されるのみである。公称ＰＶ電力Ｐ＿Ｐｅａｋの量で太陽光発電機４にフィードバックすることは、任意の時点、特に夜間において可能である。

【0065】

エネルギー貯蔵部５が、必要とされる調整電力を単独で正負の両方で実現できなければならない図１による実施形態と比較して、同じエネルギー貯蔵部５を備えた図３による実施形態では、公称ＰＶ電力Ｐ＿Ｐｅａｋが、エネルギー貯蔵部５の貯蔵容量と将来の期間の持続時間との比率から次に生じる、将来の期間に提示され得る正の最大調整電力に少なくとも対応する場合、最大２倍であり得るより大きい対称調整電力が提示され得る。

【0066】

図４の上部は、電力Ｐ＿ＭＰＰ、Ｐ＿ＰＶ、Ｐ＿Ｂａｔｔ及びＰ＿Ｎｅｔｚのさらなる例示的な時間プロファイルを示し、下部は、充電状態ＳＯＣの対応する時間プロファイルを示す。

【0067】

時刻ｔ０において、ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶは、最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰに本質的に対応し、インバータ４ａを介して送られる。エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣは、１００％未満であり、それにより、エネルギー貯蔵部５は、バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔで充電される。エネルギー生成システム２の総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚは、バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔを差し引いたＰＶ電力Ｐ＿ＰＶに対応する。最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰの変動は、期間ｔ０～ｔ０ａにおける総電力Ｐ＿ＰＶを一定の総基本電力Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０に保つために、バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔの反対の変化によって補償され得る。

【0068】

時刻ｔ０ａにおいて、エネルギー貯蔵部５は、満充電されており、もはやバッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔを取り入れることができない。しかしながら、総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚは、最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰと比較して、ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶを、エネルギー生成システム２の総基本電力Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０に対応する基本ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶ＿０まで減少させることによって一定に保たれる。最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰのいかなる変動も期間ｔ０ａ～ｔ１において影響がない。エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣは、１００％のままである。

【0069】

期間ｔ１～ｔ２において、正の調整電力がエネルギー生成システム２から要求され、総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚを増加させることによって提供される。ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶは、最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰに設定される。総基本電力Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０と比較してそのような方法で増加したＰＶ電力Ｐ＿ＰＶが、要求される正の調整電力を提供するのに足りない場合、バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔは、設定される総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚ（正の調整電力を含む）と最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰとの間の差がエネルギー貯蔵部５から引き出されるような方法で増加する。エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣは、それに応じて低下する。最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰ、したがってＰＶ電力Ｐ＿ＰＶの変動は、総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚを一定に保つために、バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔの対応する反対の変化によって補償され得る。

【0070】

時刻ｔ２において、エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣは、約２５％低下しており、これは、エネルギー生成システム２によって同じ正の調整電力が提供されたが、図２のｔ１～ｔ２及び図３のｔ２～ｔ３の等しく長い期間におけるよりも著しく少ない。太陽光発電機４を通して必要とされる正の調整電力の一部を提供することにより、エネルギー貯蔵部５は、いわば負荷から解放され、エネルギー生成システム２は、より長い期間にわたって正の調整電力を届けることができるか、又は全体的により高い正の調整電力が、エネルギー貯蔵部５において何も変化させずにエネルギー生成システム２によって所定の将来の期間にわたって達成され得る。

【0071】

期間ｔ２～ｔ３において、負の調整電力がエネルギー生成システム２から要求され、総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚを減少させることによって提供される。この目的のために、期間ｔ２～ｔ２ａにおいてバッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔがエネルギー貯蔵部５に最初に送られる。例えば、エネルギー貯蔵部５に送ることができる最大電力が制限されているという理由のため、このようにして達成可能な総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚの減少が、要求される負の調整電力を提供するのに足りない場合、ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶは、最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰと比較して減少している。バッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔをエネルギー貯蔵部５に送ることにより、エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣが増加する。

【0072】

時刻ｔ２ａにおいて、充電状態ＳＯＣは、１００％であり、すなわち、エネルギー貯蔵部５は、満充電されており、もはやバッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔを取り入れることができない。総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚは、電力が太陽光発電機４にフィードバックされる点でＰＶ電力Ｐ＿ＰＶがさらに減少し、場合により負になることによって一定に保たれる。期間ｔ２ａ～ｔ３における総電力Ｐ＿Ｎｅｔｚは、時刻ｔ０又はｔ１における総基本電力と、要求される負の調整電力との合計に対応する値でこのように一定のままである。エネルギー貯蔵部５の充電状態ＳＯＣは、１００％のままである。

【0073】

図４による基本ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶ＿０の定義は、基本ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶ＿０がそこで最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰに直接対応し、それが、次に、エネルギー生成システム２の総基本電力Ｐ＿Ｎｅｔｚ＿０を決定するための基礎として少なくとも間接的に使用される点において、図２及び図３による実施形態にも移行することができる。図４による実施形態では、基本ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶ＿０は、最大ＰＶ電力と比較して減少している。結果として、ＰＶ電力は、必要に応じて増加することができ、したがってエネルギー生成システム２を通して正の調整電力の提供に寄与することができる。

【0074】

図４による一実施形態では、基本ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶ＿０は、ゼロ～最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰで選択することができ、それにより正の調整電力に寄与するためにＰＶ電力Ｐ＿ＰＶを増加させることができる。最大ＰＶ電力のおよそ半分が正の調整電力として利用可能であり、もう半分が負の調整電力として利用可能であるように、最大ＰＶ電力のおよそ４０％～６０％において基本ＰＶ電力を選択することがとりわけ有利であることが分かっている。これらの割合は、太陽光発電機４にフィードバックすることにより、図２による実施形態ですでに少なくとも利用可能である負の調整電力を増し、エネルギー貯蔵部５からバッテリ電力Ｐ＿Ｂａｔｔを引き出すことにより、利用可能な正の調整電力を増す。

【0075】

図４による一実施形態では、正の調整電力は、所定の将来の期間にわたってこのように保証することができ、それは、期間の開始時のエネルギー貯蔵部５の貯蔵容量を将来の期間の持続時間で割ったものに、基本ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶ＿０と最大ＰＶ電力Ｐ＿ＭＰＰとの間の差を加えたものから計算される。将来の期間の保証された負の調整電力は、公称ＰＶ電力Ｐ＿Ｐｅａｋに基本ＰＶ電力Ｐ＿ＰＶ＿０を加えたものに対応する。図３による実施形態と比較して、さらにより大きい対称調整電力がこのように提示され得る。

【0076】

図５は、太陽光発電機４及び異なるタイプの複数のエネルギー貯蔵部５１、５２を備えたエネルギー生成システム２の一実施形態を示す。エネルギー貯蔵部５１は、エネルギー生成システム２がＡＣ電圧グリッド１の一次及び／又は二次制御のための調整電力を提供するように、図２～図４を参照して説明した方法の１つによる太陽光発電機４と連携して作用するために設置することができる。

【0077】

追加のエネルギー貯蔵部５２は、電力密度がとりわけ高い貯蔵部、特にいわゆる超コンデンサ（略してＳＣ）として設計され得る。このエネルギー貯蔵部５２は、したがって、エネルギー貯蔵部５１とは概ね無関係に動作することができ、グリッド接続点１ｃを介してＡＣ電圧グリッド１と電力Ｐ＿Ｍｏｍｅｎｔを交換することができる。グリッド接続点１ｃは、グリッド接続点１ａ、１ｂとは別に設計することができるか、又はそれらとともに共通の装置内において、例えば共通のグリッド側巻線を備えた変圧器の個別のシステム側巻線として実現することができる。変圧器は、この場合、太陽光発電機４の公称電力と、エネルギー貯蔵部５２から瞬時調整電力Ｐ＿Ｍｏｍｅｎｔを短期的に取り出すための過負荷容量とのみを含む公称電力のために設計されなければならない。エネルギー貯蔵部５２と太陽光発電機４又はエネルギー貯蔵部との間の対象を絞った直接的又は間接的な電力の交換が設定され得ることは言うまでもない。特に、エネルギー貯蔵部５２の充電状態を必要に応じて設定値に設定又は復元するためである。

【0078】

電力Ｐ＿Ｍｏｍｅｎｔは、この場合、ＡＣ電圧グリッド１の瞬時制御がサポートされるような方法において、グリッド周波数の関数として適切なコンバータ５２ａを用いて調節することができる。特に、電力Ｐ＿Ｍｏｍｅｎｔは、グリッド周波数の急速な変化を打ち消し、したがってＡＣ電圧グリッド１を安定化するために、グリッド周波数の変化率の一次関数として設定することができる。この目的に向けて、例えば同期機械（いわゆる仮想同期機械、略してＶＳＭ）の挙動をエミュレートする電圧印加制御でコンバータ５２ａを動作させることがとりわけ有利であることが分かっている。

【符号の説明】

【0079】

１ ＡＣ電圧グリッド
１ａ、１ｂ グリッド接続点
２ エネルギー生成システム
４ 太陽光発電機
４ａ インバータ
５ エネルギー貯蔵部
５ａ コンバータ
９ 制御ユニット
Ｐ＿ＭＰＰ 最大ＰＶ電力
Ｐ＿ＰＶ ＰＶ電力
Ｐ＿Ｂａｔｔ バッテリ電力
Ｐ＿Ｍｏｍｅｎｔ 瞬時予備電力
Ｐ＿Ｎｅｔｚ 総電力
ｆ＿ｎｅｔｚ グリッド周波数
ＳＯＣ 充電状態
ｔ０、ｔ１、．．． 時刻

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】