(57)【要約】【課題】太陽電池の出力側に開閉スイッチを使用することなく太陽電池の出力を抑制する太陽光発電装置を提供する。【解決手段】太陽電池１と、太陽電池１の出力電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣ変換器２と、ＤＣ／ＤＣ変換器２の出力を交流に変換し系統電源４へ出力するＤＣ／ＡＣ変換器３と、太陽電池１の出力電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣ変換器２の出力目標電圧Ｖａ１よりも高くなった場合に、ＤＣ／ＡＣ変換器３の入力目標電圧Ｖａ２を太陽電池１の出力電圧Ｖｂより高く設定する制御器６とを備える太陽光発電装置。【選択図】図１
2014225212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、
前記太陽電池の出力電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器の出力を交流に変換し系統電源へ出力するＤＣ／ＡＣ変換器と、
前記太陽電池の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣ変換器の出力目標電圧よりも高くなった場合に、前記ＤＣ／ＡＣ変換器の入力目標電圧を前記太陽電池の出力電圧より高く設定する制御器と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項２】
太陽電池と、
前記太陽電池の出力電圧を昇圧する第１のＤＣ／ＤＣ変換器と、
電力貯蔵手段と、
前記電力貯蔵手段を充放電する第２のＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器と第２のＤＣ／ＤＣ変換器と並列に接続され、前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器と第２のＤＣ／ＤＣ変換器の少なくとも一方の直流出力を交流に変換し、または前記系統電源からの交流出力を直流に変換して出力するＤＣ／ＡＣ変換器と、
前記太陽電池の出力電圧が前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器の出力目標電圧よりも高くなった場合に、前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器の前記系統電源側の目標電圧を前記太陽電池の出力電圧より高く設定する制御器と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、太陽電池を用いた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  太陽電池で発電した電力を系統電源へ供給する装置として、例えば、太陽電池で発電した直流電力をＤＣ／ＤＣ変換器で昇圧した後、ＤＣ／ＡＣ変換器で交流に変換してから系統電源へ供給する装置が知られている。【０００３】  太陽電池の発電能力は太陽電池に照射する太陽光の量と、太陽電池が動作する温度に影響を受けるため、日々天候が変わる環境下で、太陽電池の発電能力を常に最適化する方法として、最大電力点追尾（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御がある。また、太陽電池の発電電力を有効に利用する方式として、例えば、太陽電池と蓄電池とを組み合わせて、太陽電池の発電電力を蓄電池へ充電することで、太陽電池の発電電力を余すことなく利用する方式が知られている。【０００４】  太陽電池の発電能力は前述の通り、太陽光の量と周囲温度に影響を受けるため、天候が悪い日であってもなるべく多くの発電量を得るために、ＤＣ／ＤＣ変換器の定格以上となる太陽電池を設置することがある。【０００５】  その場合、逆に、太陽電池の発電に好適な条件が整うと、ＤＣ／ＤＣ変換器に定格以上の電圧がかかり、ＤＣ／ＤＣ変換器で制御できる電圧範囲を超えた電圧がそのまま出力されるため、系統電源や蓄電池への影響が懸念されることとなる。これを回避するために、太陽電池の出力を抑制するため、太陽電池の出力側に開閉スイッチを設け、これを所定の条件に応じてオン／オフする装置が考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１０１４５５号公報
【特許文献２】特開平１０−２４３５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  開閉スイッチにより太陽電池を切り離しているため、環境や条件によっては頻繁に開閉する可能性があり、電流が流れている状態での切り離しとなるため接点寿命も短くなり、開閉スイッチの定期的な交換が発生する等のメンテナンス性の悪化が問題となる。また、開閉のたびにノイズを発生する。さらに、一旦スイッチを開放してから太陽電池が十分発電できる状態でスイッチを閉じたとき装置内のコンデンサに対し過大な充電電流が流れるため予備充電用の抵抗を開閉スイッチと並列に設ける必要があるといった問題がある。【０００８】  本発明は、太陽電池の出力側に開閉スイッチを使用することなく、太陽電池の出力を抑制する太陽光発電装置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】  上記目的を達成するために、実施形態の太陽光発電装置は、太陽電池と、前記太陽電池の出力電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣ変換器と、前記ＤＣ／ＤＣ変換器の出力を交流に変換し系統電源へ出力するＤＣ／ＡＣ変換器と、前記太陽電池の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣ変換器の出力目標電圧よりも高くなった場合に、前記ＤＣ／ＡＣ変換器の入力目標電圧を前記太陽電池の出力電圧より高く設定する制御器とを備えることを特徴としている。【００１０】  この構成により、太陽電池の出力電圧がＤＣ／ＤＣ変換器の定格電圧よりも高くなった場合に、太陽電池の出力を抑制することができる。【００１１】  また、上記目的を達成するために、別の実施形態の太陽光発電装置は、太陽電池と、前記太陽電池の出力電圧を昇圧する第１のＤＣ／ＤＣ変換器と、電力貯蔵手段と、前記電力貯蔵手段を充放電する第２のＤＣ／ＤＣ変換器と、前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器と第２のＤＣ／ＤＣ変換器と並列に接続され、前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器と第２のＤＣ／ＤＣ変換器の少なくとも一方の直流出力を交流に変換し、または前記系統電源からの交流出力を直流に変換して出力するＤＣ／ＡＣ変換器と、前記太陽電池の出力電圧が前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器の出力目標電圧よりも高くなった場合に、前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器の前記系統電源側の目標電圧を前記太陽電池の出力電圧より高く設定する制御器とを備えることを特徴としている。【００１２】  この構成により、太陽電池の出力電圧が第１のＤＣ／ＤＣ変換器の定格電圧よりも高くなった場合に、太陽電池の出力を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】  本発明の実施形態によれば、太陽電池の出力側に開閉スイッチを使用することなく、太陽電池の出力を抑制する太陽光発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成図。
【図２】太陽電池のＶ−Ｉ特性及びＶ−Ｐ特性の一例のグラフ。
【図３】本発明の第２の実施形態の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  （第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態の構成を示す図である。太陽電池１で発電された直流電力はＤＣ／ＤＣ変換器２で所定の電圧へ昇圧され、ＤＣ／ＡＣ変換器３で交流に変換された後に系統電源４へ供給される。
【００１６】  ＤＣ／ＤＣ変換器２は、チョッパ回路を有しており、太陽電池１の出力電圧Ｖｂを昇圧目標電圧Ｖａ１になるように昇圧する。また、太陽電池１の太陽電池の発電能力を最適化するためのＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を行う。
【００１７】  ここで、ＭＰＰＴ制御について概略を説明すると、太陽電池は日射強度及び温度により最大電力を発生させる動作点が異なるため、太陽電池の発電電力を有効に活用するには、刻々変化していく最適動作点に追従させて発電することが重要となる。このような最大電力を取り出す最適動作点を求めるには、太陽電池の出力が最大となる最適動作点に追従制御させる最大電力追従制御｛ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御｝が用いられる。例えば、現状の動作点で得られる出力電力と、現状の動作点から少しだけ移動させた動作点で得られる出力電力とを比較して最適動作点への方向判断を行い、最適動作点へと追従させる山登り法などが用いられる。
【００１８】  図２は、太陽電池の出力電圧Ｖと出力電流Ｉとの関係を示したＶ−Ｉ特性及び太陽電池の出力電圧Ｖと出力電力Ｐとの関係を示したＶ−Ｐ特性の一例のグラフである。図２に示すように、太陽電池は、日射強度及び温度が一定の場合には一定のＶ−Ｉ特性曲線Ｃ１及び一定のＶ−Ｐ特性曲線Ｐ１を有し、Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ１上の出力電力が最大出力Ｐ１ｍａｘとなるのが最適動作点Ｃ１１｛座標Ｃ１１（Ｖ１，Ｉ１）｝である。通常時は、この最適動作点Ｃ１１となるように太陽電池１の出力電圧ＶｂがＤＣ／ＤＣ変換器２によりＭＰＰＴ制御される。
【００１９】  ＤＣ／ＡＣ変換器３は、ＤＣ／ＤＣ変換器２の直流出力を交流へ変換して系統電源４へ電力を供給する。さらに、ＤＣ／ＡＣ変換器３内では主回路電圧Ｖａが入力目標電圧Ｖａ２となるように出力電力を調整するよう動作する。
【００２０】  ＤＣ／ＡＣ変換器３はＤＣ／ＤＣ変換器２よりも制御処理周期が早くなるように設定し、かつＤＣ／ＡＣ変換器３の電圧制御の入力目標電圧Ｖａ２をＶａ１より低い値に設定する。ＤＣ／ＤＣ変換器でＶａ１まで電圧を昇圧し、ＤＣ／ＡＣ変換器３の電圧制御によりＶａ２へ降圧されることで電位差が生じることにより、太陽電池１の発電電力が系統電源４へ流れることになる。実際には、Ｖａ１を３６５Ｖ、Ｖａ２を３５５Ｖとすると、Ｖａは３５７Ｖくらいの値を推移する。
【００２１】  ここで、多少の悪天候になった場合であっても太陽電池１の発電量を確保するために太陽電池１の太陽光パネルを多く設置することがあり、ＤＣ／ＤＣ変換器２の定格以上になる太陽電池１が設置される場合がある。このような場合、太陽電池１の発電に好適な条件が整うとＤＣ／ＤＣ変換器２の定格以上の電圧が発電されることになり、もはやＤＣ／ＤＣ変換器２の昇圧機能は失われ、ＤＣ／ＤＣ変換器２の内部にある、本来は系統電源４側からの逆流防止のためのダイオードを通じて太陽電池１の発電電力がそのままＤＣ／ＡＣ変換器３へ入力されることになる。ＤＣ／ＤＣ変換器２の昇圧機能が失われるとともに太陽電池１の発電電力を抑制する機能も失われるため、ＤＣ／ＡＣ変換器３を介して発電を継続し、系統電源４へ電圧上昇等の悪影響を及ぼす恐れがある。
【００２２】  この系統電源４への悪影響を回避するために、太陽電池１の出力側に開閉スイッチを設けて、それをオフすることで系統電源４を保護することが考えられるが、機械的な開閉動作を伴うため開閉スイッチの消耗や故障等が問題となる。
【００２３】  そこで、本実施の形態では開閉スイッチではなく制御器６を設けている。制御器６は、太陽電池１の出力電圧ＶｂとＤＣ／ＤＣ変換器２の昇圧目標電圧Ｖａ１を監視し、Ｖｂ＞Ｖａ１となった場合は、ＤＣ／ＡＣ変換器３の入力目標電圧Ｖａ２をＶａ２＞Ｖｂとなるように設定変更する。その結果、ＤＣ／ＡＣ変換器３内の電圧制御はＶｂがより高くなるように動作し、図２を見て明らかなように、太陽電池の特性として発電電圧が上昇すると電流、電力は０になる、または０に近づくため、系統電源４への出力を抑制することができる。
【００２４】  Ｖｂ＜Ｖａ１となれば、制御器６はＤＣ／ＡＣ変換器３の入力目標電圧Ｖａ２を元に戻すことにより通常の制御状態に戻る。このときハンチング防止のため判定にはヒステリシスやオンディレイタイマを持たせても良い。
【００２５】  （第１の実施形態の効果）
本実施の形態によれば、太陽電池１の出力側に開閉スイッチを設けることなく、系統電源４への供給電力を抑制するために太陽電池１自体の発電電力を直接抑制することができるので、開閉スイッチの寿命に左右されることなくメンテナンス性に優れた太陽光発電装置を提供でき、また、機械的に切り離さないため発電電力の無駄を軽減することができる。開閉スイッチに対して半導体による電圧調整は高速であることから、発電機会を無駄にする時間が短くなり、また、開閉スイッチを動作させるための電力も不要となるからである。
【００２６】  （第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態の構成を示す図である。第１の実施形態と比較して構成上、異なる点は、蓄電池７（電力貯蔵手段）と蓄電池７へ充放電するＤＣ／ＤＣ変換器８を備えていることである。
【００２７】  ＤＣ／ＤＣ変換器２は、第１の実施形態と同様、ＭＰＰＴ制御を行い、太陽電池１の発電電力が最大になるように動作する。
【００２８】  ＤＣ／ＡＣ変換器５は、ＤＣからＡＣ（放電方向）へ、あるいはＡＣからＤＣ（充電方向）へ双方向の変換が可能で、一定の電力を系統電源４または蓄電池７へ供給するよう電力制御を行う。いずれの方向へ出力するかは制御器９からＤＣ／ＡＣ変換器５に対して切替指令を与えることで切り替えることができ、例えば、系統連系して太陽電池１または／および蓄電池７から系統電源４へ電力を供給する場合、または系統電源４から蓄電池７へ充電する場合など、図示しないＰＣ等の設定手段から制御器９へ指令を与えることにより時間スケジュールに基づいてＤＣ／ＡＣ変換器５の出力方向を任意に決定することができる。また、ＤＣ／ＡＣ変換器５に対して停止指令により放電方向、充電方向のいずれについても電力供給を停止することができる。
【００２９】  蓄電池７は、鉛蓄電池やリチウムイオン二次電池など、充放電が可能な電源である。ＤＣ／ＤＣ変換器８は、蓄電池７の充電および放電を制御し、ＤＣ／ＤＣ変換器２とＤＣ／ＡＣ変換器５との間の電圧Ｖａを一定に保つように動作する。また、制御器６は、蓄電池７の充電状態を監視し、電池の性能劣化を防ぐため、過充電、過放電になる前にＤＣ／ＤＣ変換器８の目標電圧Ｖａ２を変更したりＤＣ／ＡＣ変換器５へ停止指令を与える。
【００３０】  太陽電池１の発電電力を系統電源４へ供給しているときに、系統側の事情により系統への出力を停止した場合、太陽電池１の発電電力を有効活用するため、太陽電池１の発電電力を蓄電池７へ充電する。蓄電池７が満充電に近づけば、蓄電池７への充電を停止する必要がある。蓄電池７への充電を停止するために、太陽電池１の出力側に開閉スイッチを設けて、それをオフすることで蓄電池７の過充電を保護することが考えられるが、機械的な開閉動作を伴うため開閉スイッチの消耗や故障等が問題となる。
【００３１】  そこで、本実施の形態では開閉スイッチではなく制御器９を設けている。制御器９によりＤＣ／ＤＣ変換器８の目標電圧（この場合は入力目標電圧）Ｖａ２をＶａ１より高く設定変更することにより蓄電池７への電力流入を防ぐことができ、蓄電池７の過充電を防止できる。さらには、ＤＣ／ＤＣ変換器２の定格以上の太陽電池１が設置されている場合には、Ｖａ２をＶｂより高く設定することにより同様となる。その結果、図２を見て明らかなように、太陽電池の特性として発電電圧が上昇すると電流、電力は０になる、または０に近づくため、蓄電池７の充電を抑制することができる。
【００３２】  （第２の実施形態の効果）
従って、本実施の形態によれば、第１の実施形態と同様、蓄電池７を用いた構成のときであっても、太陽電池１の出力側に開閉スイッチを設けることなく、蓄電池７の過充電を防止するために太陽電池１自体の発電電力を直接抑制することができるので、開閉スイッチの寿命に左右されることなくメンテナンス性に優れた太陽光発電装置を提供でき、また、機械的に切り離さないため発電電力の無駄を軽減することができる。
【符号の説明】
【００３３】１・・・太陽電池、
２，８・・・ＤＣ／ＤＣ変換器、
３，５・・・ＤＣ／ＡＣ変換器、
４・・・系統電源、
６，９・・・制御器
７・・・蓄電池
【図１】
2014225212.tif 000003
【図２】
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【図３】
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