ソーラー･パネル･システムのメーカがマイクロPLCを使用

背景

地域の電力会社は、企業が自家発電を行なう際にインセンティブを与えることが多く、1キロワット時当たり20～30セントを支払うこともあります。また、限りある資源を大切にするため、できるだけ多くの再生可能エネルギーを効率よく取り込み、発電することを重要視する企業が増えています。

パトリオット･ソーラー･グループ(PSG)は、こうしたエンドユーザが再生可能エネルギーの目標を達成できるよう、ソーラートラッキングやソーラートラッキング装置を提供し、この増加傾向に拍車をかけています。同社は、太陽光発電パネルを自動的に傾斜させ、太陽の動きに合わせて追尾するソーラートラッカを主力製品としています。

PSGのソーラートラッカは、学校、大学、大企業にある平屋根のカーポートという、無駄になりがちな場所で活用されています。ソーラーパネル制御システムを搭載したカーポートには、二重の役割があります。ソーラーパネル制御システムを搭載したカーポートは、車を風雨から守るとともに、下に停めた電気自動車に燃料を供給したり、建物のエネルギーグリッドに電力を戻したりするためのエネルギーを回収します。
 

課題

太陽を追いかけることは、動く目標であるため、大きな挑戦です。しかし、その見返りは相当なものです。自動制御システムによって稼働するソーラーパネルは、静止したパネルに比べて最大30%以上の電力を生み出すことができます。

この課題に対応するため、PSGはもともと、現在も多くの製造メーカが採用している独自のブラックボックスソリューションをベースにしたシステムを考案しました。

PSGの社長であるジェフ･マティエ氏は次のように述べています。「過去には、太陽ベースのセンサを簡略化したボックスに入れてトラッカの上に置き、空の最も明るい部分を追って動作させていました。良い点は安価なことですが、悪い点は信頼性に欠けることです。」

雲や反射光がトラッカを混乱させ、太陽を探すのに必死でコースを外れることがあります。その結果、太陽エネルギーを回収できないだけでなく、モータを動かすために無駄に電力を消費し、装置を消耗してしまいます。
 

ソリューション

より優れた技術の必要性を認識したPSGのチームは、地元のロックウェル･オートメーションの担当者と会い、以前のブラックボックスソリューションの欠点をほぼ解消する代替制御システムを紹介されました。

マティエ氏は次のように述べています。「ロックウェル･オートメーションは、米国を代表するプログラマブル･ロジック･コントローラ(PLC)を製造しており、信頼できると判断したためです。同社の製品は、お客様がその名前とその背後にある信頼性の高いコンポーネントをすでに知っているため、当社のシステムに信頼性を与えてくれるのです。」

PSGの新しいトラッカには、当社のサンスカウト制御システムが搭載されています。このシステムの頭脳となるのが、Allen-Bradley®のMicroLogix™ 1400コントローラです。このコントローラは、予測不可能な天候に頼るのではなく、国立再生可能エネルギー研究所(NREL)のデータを使ってあらかじめプログラムされたソフトウェアを使用しています。このデータは、いつでもどこでも、太陽の正確な位置を自動的に提供します。

マティエ氏は次のように述べています。「プログラマブルコントローラを太陽光発電業界で使用することは、やや新しいコンセプトですが、ドライブを知っている人なら誰でも、その背後にある論理を理解することができます。さらに、MicroLogixコントローラは、小さなフォームファクタに収まる費用対効果の高い強力なコントローラなので、あらかじめプログラムされたソフトウェアと組み合わせることで、システムを「スマート」なアプリケーションに変身させることができます。」

さらに効率を高め、システムのハードウェアを保護するために、太陽が沈むとソフトウェアが制御システムに警告を発します。30分後、PLCはシステムを「収納」または「バードバス」モードに移行させ、パネルを空に向かってまっすぐな姿勢にし、保護します。これにより、夜間に強風が吹いてもパネルが破損することはありません。同様に、日中に風速35m以上の突風を感知すると、保護モードに移行します。風速35m以下の風が1分間続くと、サン･スカウト･システムはトラッカを再配置し、太陽追尾のための最適なポジションを再開します。

制御システムは、カーポート上部のソーラーパネル横の完全密閉型プラスチックボックス内に設置されています。コントローラはEtherNet/IP™ネットワークで通信し、信頼性の高い高速通信を実現しています。

本製品は、設置場所の緯度･経度情報を含むプリセット制御を行ない、現地に搬入されます。エンドユーザは日付と時刻を入力するだけで、外的条件に左右されることなくレーザ光線に近い精度で太陽を自動追尾します。
 

結果

PSGの新システムは、以前のソーラー･トラッキング･ソリューションと比較して、システム開発と運用を劇的に効率化しました。

パトリオット･ソーラー･グループのセールスディレクタであるエド･スチュアート氏は次のように述べています。「製品の全体的な品質を向上させるという点で、飛躍的な進歩を遂げました。PLCを導入し、手作業によるはんだ付けから工場でのセッティングに移行しました。他の制御システムでは、アインシュタインの研究室から出てきたような既製品のコントローラが使われています。意図したとおりの動作をする、洗練された製品を提供できるのはうれしいことです。」

1台のPLCで500フィートのパネルを駆動し、完璧な日照条件のもとで1時間当たり110キロワットの電力を生み出すことができます。以前のシステムでは、パネル1枚につき1つの太陽センサが必要でした。

マティエ氏は次のように述べています。「従来の太陽センサは安価に見えますが、MicroLogixコントローラは強力な小型デバイスです。PLCをネットワーク化することで、複数のドライブシステムに配置することができ、これまでの方法よりもはるかに低コストで済みます。」

この次世代システムは、PSGがすでに18のプロジェクトのレトロフィットに使用するほど成功を収めています。お客様は、長期的なコストメリットを知ると、このソリューションを特に熱望するようになります。さらに、機器の消耗を最小限に抑えることができるため、製品の寿命も延びます。

マティエ氏は次のように述べています。「ロックウェル･オートメーションとのパートナシップにより、最高品質のシステムの1つを比較 的低価格で提供できるようになり、市場での優位性が高まりました。これは太陽光発電業界における重要な進歩であり、小口･大口を問わず多くのお客様が活用できるものです。」