(57)【要約】【課題】パワーコンディショナを設計変更することなく、太陽電池モジュールで発電された電力を効率よく利用できる系統連系装置を提供する。【解決手段】接続箱１１に、太陽電池モジュール２ごとの昇圧回路部１３を設け、日射量が多く、パワーコンディショナ１２への入力電力が十分あるときは、出力電圧が最も高い太陽電池モジュール２に対応する昇圧回路部１３の出力電圧をパワーコンディショナ１２のコンバータ回路部１６が動作を停止する電圧まで昇圧してコンバータ回路部１６の動作を停止させた状態で系統連系を行い、パワーコンディショナ１２への入力電力が十分でないときは、出力電圧が最も高い太陽電池モジュール２に対応する昇圧回路部１３を停止させ、他の昇圧回路部１３とコンバータ回路部１６の双方で昇圧動作を行いながら系統連系を行うように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池回路の出力を一つにまとめる接続箱と、前記接続箱の出力を系統電力に連系させるパワーコンディショナとで構成される系統連系装置において、
前記接続箱は、複数の太陽電池回路に対応した複数の昇圧回路部と、前記パワーコンディショナに入力する電力を検出する電力検出手段とを備えるとともに、前記各昇圧回路部にはそれぞれ他の昇圧回路部と連携して昇圧動作を制御する制御手段が備えられ、
前記パワーコンディショナは、前記接続箱から入力される直流電力を昇圧するコンバータ回路部と、前記コンバータ回路部の出力を前記系統電力に連系可能な交流電力に変換するインバータ回路部とを備えるとともに、前記コンバータ回路部はその入力電圧が所定の動作停止電圧以上になると昇圧動作を停止するように構成され、
前記各制御手段は、出力電圧が最も高い太陽電池回路に対応する一の昇圧回路部の昇圧動作を停止させて、その他の昇圧回路部は前記一の昇圧回路部の出力電圧に合わせてＭＰＰＴ制御を行う第１の動作モードと、出力電圧が最も高い太陽電池回路に対応する一の昇圧回路部の出力電圧が前記動作停止電圧以上になるように昇圧動作させて、その他の昇圧回路部は前記一の昇圧回路部の出力電圧に合わせてＭＰＰＴ制御を行う第２の動作モードとを有し、前記電力検出手段で検出される電力に応じて前記第１の動作モードと前記第２の動作モードを切り換える制御構成を備えている
ことを特徴とする系統連系装置。
【請求項２】
前記各制御手段は、前記電力検出手段で検出される電力が、前記第２の動作モードを実施しても前記パワーコンディショナで定格出力電力が得られる電力値以上であるときに前記第１の動作モードから前記第２の動作モードに切り換える制御構成を備えていることを特徴とする請求項１に記載の系統連系装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は系統連系装置に関し、より詳細には、複数の太陽電池モジュールを商用電源などの系統電力に連系させる系統連系装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
開放電圧の異なる太陽電池モジュール（太陽電池回路）を組み合わせた太陽光発電システムでは、発電された電力を系統電力に連系させるパワーコンディショナと各太陽電池モジュールとの間には、複数の太陽電池モジュールの出力を一つにまとめる接続箱が備えられており、この接続箱においてパワーコンディショナへの入力電圧を揃えるように構成されている。
【０００３】
すなわち、この種の接続箱には、太陽電池モジュールの接続に対応して複数の昇圧回路が備えられており、これらの昇圧回路を用いて、接続箱の出力電圧（つまり、パワーコンディショナへの入力電圧）を、出力電圧の最も高い太陽電池モジュールの電圧に揃えるように構成されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４６８３７２号公報の図１
【特許文献２】特開２００３−１３４６６７号公報の図１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の構成には以下のような問題があり、その改善が望まれていた。
【０００６】
すなわち、太陽電池モジュールで発電された電力を系統電力に連系させるパワーコンディショナには、接続箱から入力される直流電圧を昇圧するコンバータ回路部と、このコンバータ回路部で昇圧された直流電圧を交流電力に変換するインバータ回路部とが備えられており、コンバータ回路部では、接続箱から入力される直流電圧をインバータ回路部において系統電力に連系可能な交流電力（たとえば、単相交流１００Ｖ／２００Ｖ）を生成できる電圧まで昇圧するように構成されている。
【０００７】
つまり、この種の太陽光発電システムでは、接続箱とパワーコンディショナのそれぞれにおいて昇圧動作が行われるようになっており、システム全体でみると、接続箱とパワーコンディショナとで昇圧機能が重複しており、条件によってはシステム全体の効率が悪くなるという問題を有していた。
【０００８】
なお、この点について、たとえば特許文献２に示すように、パワーコンディショナのコンバータ回路部を省略することも考えられるが、そのような構成は、一般的なパワーコンディショナの構成（コンバータ回路部とインバータ回路部を備えた構成）とは異なるため、既設の太陽電池モジュールに適用するには、パワーコンディショナの交換が必要となり、導入コストが高くなるという問題がある。
【０００９】
しかも、このような構成では、日射量が少なく太陽電池モジュールでの発電電力が十分でない（十分な電圧が得られない）ときには、パワーコンディショナのインバータ回路部が必要とする電圧を接続箱の昇圧回路部で生成できないため、太陽電池モジュールを系統電力に連系できなくなるという問題もあった。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、パワーコンディショナの設計変更を伴うことなく、太陽電池モジュールで発電された電力を効率よく利用できる系統連系装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の系統連系装置は、複数の太陽電池回路の出力を一つにまとめる接続箱と、上記接続箱の出力を系統電力に連系させるパワーコンディショナとで構成される系統連系装置において、上記接続箱は、複数の太陽電池回路に対応した複数の昇圧回路部と、上記パワーコンディショナに入力する電力を検出する電力検出手段とを備えるとともに、上記各昇圧回路部にはそれぞれ他の昇圧回路部と連携して昇圧動作を制御する制御手段が備えられ、上記パワーコンディショナは、上記接続箱から入力される直流電力を昇圧するコンバータ回路部と、上記コンバータ回路部の出力を上記系統電力に連系可能な交流電力に変換するインバータ回路部とを備えるとともに、上記コンバータ回路部はその入力電圧が所定の動作停止電圧以上になると昇圧動作を停止するように構成され、上記各制御手段は、出力電圧が最も高い太陽電池回路に対応する一の昇圧回路部の昇圧動作を停止させて、その他の昇圧回路部は上記一の昇圧回路部の出力電圧に合わせてＭＰＰＴ制御を行う第１の動作モードと、出力電圧が最も高い太陽電池回路に対応する一の昇圧回路部の出力電圧が上記動作停止電圧以上になるように昇圧動作させて、その他の昇圧回路部は上記一の昇圧回路部の出力電圧に合わせてＭＰＰＴ制御を行う第２の動作モードとを有し、上記電力検出手段で検出される電力に応じて上記第１の動作モードと上記第２の動作モードを切り換える制御構成を備えていることを特徴とする。
【００１２】
すなわち、本発明の請求項１に係る系統連系装置では、接続箱に備えられた昇圧回路部は、パワーコンディショナへの入力電力（接続箱の出力電力）に応じて、（１）出力電圧が最も高い太陽電池回路に対応する一の昇圧回路部の昇圧動作を停止させて、その他の昇圧回路部は上記一の昇圧回路部の出力電圧に合わせてＭＰＰＴ制御を行う第１の動作モードと、（２）出力電圧が最も高い太陽電池回路に対応する一の昇圧回路部の出力電圧が上記動作停止電圧以上になるように昇圧動作させて、その他の昇圧回路部は上記一の昇圧回路部の出力電圧に合わせてＭＰＰＴ制御を行う第２の動作モードの二つの動作モードで動作できるようになっているので、たとえば、太陽電池回路に対する日射量が多い（太陽電池回路で十分な発電電力が得られる）ときには、上記第２の動作モードを用いて、パワーコンディショナのコンバータ回路部の動作を停止させて系統電力との連系を行う一方、太陽電池回路に対する日射量が多くない（太陽電池回路で十分な発電電力が得られない）ときには、上記第１の動作モードを用いて、接続箱の昇圧回路部とパワーコンディショナのコンバータ回路部の双方で昇圧動作を行って系統電力との連系を行うことができる。つまり、日射量が多く太陽電池回路での発電電力が多いときには、接続箱だけで昇圧動作を行うように構成することができ、発電された電力を効率よく系統電力に連系させることができる。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の系統連系装置は、請求項１に記載の系統連系装置において、上記各制御手段は、上記電力検出手段で検出される電力が、上記第２の動作モードを実施しても上記パワーコンディショナで定格出力電力が得られる電力値以上であるときに上記第１の動作モードから上記第２の動作モードに切り換える制御構成を備えていることを特徴とする。
【００１４】
すなわち、この請求項２に係る系統連系装置では、第１の動作モードから第２の動作モードへの切り換えは、パワーコンディショナへの入力電力がコンバータ部の動作を停止させてもパワーコンディショナの定格出力電力が得られるときに行われるので、第２の動作モードへの切り換えによって定格出力電力が得られなくなることが防止される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、系統連系装置は、複数の太陽電池回路の出力を一つにまとめる接続箱からパワーコンディショナへの入力電力に応じて、接続箱に備えられた昇圧回路部とパワーコンディショナのコンバータ回路部の双方で昇圧動作を行う第１の動作モードと、接続箱の昇圧回路部だけで昇圧動作を行う第２の動作モードとを切り換えることができるので、太陽電池回路で十分な発電電力が得られるときに第２の動作モードを用いることで、パワーコンディショナのコンバータ回路部の動作を停止させた状態で系統電力との連系が行える。そのため、日射量が多く発電電力が多いときに発電された電力を効率よく系統電力に連系させることができる。
【００１６】
また、本発明によれば、接続箱に備えられた昇圧回路部の制御手段によって、上記第１の動作モードと第２の動作モードの切り換えが行われ、この切り換えによってパワーコンディショナのコンバータ回路部の動作／停止が制御されるので、入力電圧が一定値以上になると動作を停止するコンバータ回路部を備えたパワーコンディショナであれば、当該パワーコンディショナの改変を行うことなく、本発明を適用することができる。よって、安価に本発明を導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る系統連系装置を用いた太陽光発電システムの概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る系統連系装置を用いた太陽光発電システムの概略構成を示している。本発明に係る系統連系装置１は、図１に示すように、複数の太陽電池モジュール２から出力される直流電力を商用電源などの系統電力３に連系させるための装置であって、接続箱１１とパワーコンディショナ１２を主要部として構成されている。
【００１９】
ここで、系統連系装置１に接続する太陽電池モジュール２は、周知のとおり、複数の太陽電池（セル）を直並列接続して必要な直流電圧と直流電流が得られるように構成した太陽電池回路をパネル状に形成したモジュールであって、この太陽電池モジュール２は、設置場所（たとえば、屋根）の構造等に応じて、パネルの面積や施工枚数などが適宜設定されるようになっている。たとえば、一般的な寄棟造りの屋根においては、通常、３回路から４回路程度（図示例では、２ａ〜２ｄの４回路）の太陽電池モジュール２が配設される。
【００２０】
ところで、複数の太陽電池モジュール２を使用する場合、各太陽電池モジュール２の開放電圧は揃えておくのが望ましいが、実際にはパネルの設置スペース等との関係などから、面積の異なる（開放電圧が異なる）太陽電池モジュール２を組み合わせて使用することがあり、本実施形態に示す太陽光発電システムも、このように開放電圧が異なる太陽電池モジュール２を組み合わせた場合を示している。
【００２１】
接続箱１１は、複数の太陽電池モジュール２の出力を一つにまとめるための装置であって、開放電圧が異なる太陽電池モジュール２が接続された場合には、太陽電池モジュール２ａ〜２ｄから入力される直流電圧を揃えてパワーコンディショナ１２に入力するように構成されている。
【００２２】
具体的には、この接続箱１１には、接続する太陽電池モジュール２に対応して、少なくとも接続する太陽電池モジュール２と同数の昇圧回路部１３（図示例では、太陽電池モジュール２と同数の４個の昇圧回路部１３ａ〜１３ｄ）が備えられている。
【００２３】
各昇圧回路部１３は、それぞれ対応する太陽電池モジュール２から入力される直流電圧を所定の電圧に昇圧させるＤＣ−ＤＣコンバータを備えて構成されており、これら各昇圧回路部１３には、それぞれ太陽電池モジュール２からの入力電圧や昇圧回路部１３からの出力電流および出力電圧などを検出する各種センサ手段１４と、昇圧回路部１３の動作制御を行う制御手段１５とが備えられている。
【００２４】
制御手段１５はマイコン（図示せず）で構成されており、他の昇圧回路部１３のマイコンとの通信またはセンサ手段１４によって、他の昇圧回路部１３の出力電圧を監視できるようになっており、他の昇圧回路部１３の出力電圧に基づいて、他の昇圧回路部１３と連携して昇圧回路部１３の昇圧動作を制御するように構成されている（詳細は後述する）。また、接続箱１１には、図示しないが、接続箱１１からの出力電力を検出するためのセンサ類（電力検出手段）も備えられており、制御手段１５は、この電力検出手段により、パワーコンディショナ１２への入力電力も監視するようになっている。
【００２５】
パワーコンディショナ１２は、接続箱１１から出力される直流電圧を系統電力３に連系させるための系統連系インバータ装置であって、接続箱１１から出力される直流電圧を所定電圧に昇圧させるコンバータ回路部１６と、このコンバータ回路部１６で昇圧された直流電圧を所定の交流電力に変換するためのインバータ回路部１７を備えて構成されている。
【００２６】
たとえば、系統電力３が単相交流２００Ｖの商用電源の場合、インバータ回路部１７は、商用電源と同じ単相交流２００Ｖの交流電力を定格出力電力とするインバータ回路で構成され、コンバータ回路部１６は、インバータ回路部１７において単相交流２００Ｖの交流電力への変換に必要な直流電圧（インバータ部１７の必要入力電圧）を生成するＤＣ−ＤＣコンバータで構成される。なお、インバータ回路部１７において単相交流２００Ｖの交流電力を出力するのに必要とされる直流電圧（必要入力電圧）は概ね直流３５０Ｖ程度である。
【００２７】
また、このコンバータ回路部１６は、接続箱１１からの入力電圧が上記必要入力電圧を超えて所定の動作停止電圧Ｖinmaxになると、その動作を停止するように構成されている。つまり、コンバータ回路部１６は、接続箱１１からの入力電圧が動作停止電圧Ｖinmax以上になると、昇圧動作を停止して、接続箱１１から入力される直流電圧をそのままインバータ回路部１７に供給するようになっている。
【００２８】
なお、図１において、１８はパワーコンディショナ１２と系統電力３とを連系させる系統連系用のリレー接点を、また、１９は系統電力３の停電時などにおいて、太陽電池モジュール２で発電された電力を自立運転用コンセント２０などに供給するためのリレー接点を示している。
【００２９】
次に、このように構成された系統連系装置１の動作について説明する。
この系統連系装置１は、太陽電池モジュール２で発電された電力を系統電力３に連系させるにあたり、接続箱１１に備えられた昇圧回路部１３の制御手段１５が以下のような制御を行うように構成されている。
【００３０】
すなわち、この系統連系装置１では、接続箱１１の各制御手段１５は、パワーコンディショナ１２への入力電力に応じて、（１）出力電圧が最も高い太陽電池モジュール２（以下の説明では、太陽電池モジュール２ａの出力電圧が最も高いものと仮定する。）に対応する一の昇圧回路部１３ａの昇圧動作を停止させて、その他の昇圧回路部１３ｂ〜１３ｄは上記一の昇圧回路部１３ａの出力電圧に合わせてＭＰＰＴ制御（最大電力点追従制御）を行う第１の動作モードと、（２）出力電圧が最も高い太陽電池モジュール２ａに対応する一の昇圧回路部１３ａの出力電圧が上記コンバータ回路部１６の動作停止電圧Ｖinmaxとなるように昇圧動作させて、その他の昇圧回路部１３ｂ〜１３ｄは上記一の昇圧回路部１３ａの出力電圧に合わせてＭＰＰＴ制御を行う第２の動作モードを切り換えるように構成されている。
【００３１】
具体的には、各昇圧回路部１３の制御手段１５は、それぞれ他の昇圧回路部１３のマイコンとの通信またはセンサ手段１４で検出される出力電圧値などから、太陽電池モジュール２からの入力電圧が最も高い昇圧回路部１３であるか否かを判断する。
【００３２】
そして、この判断の結果、太陽電池モジュール２からの入力電圧が最も高い昇圧回路部１３でないと判断した場合には、当該制御手段１５（本実施形態では、制御手段１５ｂ〜１５ｄ）は、太陽電池モジュール２からの入力電圧が最も高い昇圧回路部１３（本実施形態では、昇圧回路部１３ａ）の出力電圧に合わせてＭＰＰＴ制御を行う。
【００３３】
一方、太陽電池モジュール２からの入力電圧が最も高いと判断した場合、当該制御手段１５（本実施形態では制御手段１５ａ）は、センサ手段１４ａで検出されるパワーコンディショナ１２への入力電力に応じて、当該入力電力が所定の電力値Ｐａ以上であれば、昇圧回路部１３ａによる昇圧動作を行って、太陽電池モジュール２ａから入力される電圧をコンバータ回路部１６の動作停止電圧Ｖinmaxとなるように昇圧させる。つまり、このとき昇圧回路部１３ａは、動作停止電圧Ｖinmaxに合わせた一定電圧制御を行う。
【００３４】
そのため、この場合、パワーコンディショナ１２のコンバータ回路部１６には、動作停止電圧Ｖinmaxが入力されることとなり、コンバータ回路部１６の昇圧動作が停止し、接続箱１１の昇圧回路部１３で昇圧された電圧がそのまま（コンバータ回路部１６で昇圧されることなく）インバータ回路部１７に供給される。そして、インバータ回路部１７では、このように接続箱１１で昇圧された直流電力から交流電力を生成して系統電力３に連系させる。なお、このとき昇圧回路部１３ａ以外の他の昇圧回路部１３ｂ〜１３ｄは、上述したように、昇圧回路部１３ａの出力電圧に合わせてＭＰＰＴ制御を行っている。
【００３５】
ここで、この制御にあたり、本実施形態では、コンバータ回路部１６の動作停止電圧Ｖinmaxは、あらかじめ各制御手段１５のマイコンに記憶させておく構成を用いるが、たとえば、接続箱１１とパワーコンディショナ１２とを通信可能に構成し、各制御手段１５はパワーコンディショナ１２との通信によってコンバータ回路部１６の動作停止電圧Ｖinmaxを取得するように構成することも可能である。
【００３６】
これに対し、パワーコンディショナ１２への入力電力が上記所定の電力値Ｐａ未満である場合、当該制御手段１５（本実施形態では制御手段１５ａ）は、昇圧回路部１３ａの昇圧動作を停止させる。つまり、この場合、昇圧回路部１３ａに入力された電圧がそのままパワーコンディショナ１２のコンバータ回路部１６に入力される。このとき、昇圧回路部１３ａ以外の昇圧回路部１３ｂ〜１３ｄは、上述したように、昇圧回路部１３ａの出力電圧に合わせたＭＰＰＴ制御を行っている。
【００３７】
そのため、この場合には、太陽電池モジュール２から接続箱１１に入力される電圧は、昇圧回路部１３ｂ〜１３ｄとパワーコンディショナ１２のコンバータ回路部１６の双方で昇圧されて、インバータ回路部１７に供給され、インバータ回路部１７において変換された交流電力が系統電力３と連系されるようになる。
【００３８】
このように、本発明に係る系統連系装置１では、接続箱１１に備えられた各昇圧回路部１３の制御手段１５が、パワーコンディショナ１２への入力電力に応じて、（１）出力電圧が最も高い太陽電池モジュール２に対応する一の昇圧回路部１３の昇圧動作を停止させて、その他の昇圧回路部１３は上記一の昇圧回路部１３の出力電圧に合わせたＭＰＰＴ制御を行う動作モード（第１の動作モード）と、（２）出力電圧が最も高い太陽電池回路に対応する一の昇圧回路部１３の出力電圧が上記コンバータ回路部１６の動作停止電圧Ｖinmaxとなるように昇圧動作させて、その他の昇圧回路部は上記一の昇圧回路部１３の出力電圧に合わせてＭＰＰＴ制御を行う動作モード（第２の動作モード）とを切り換えるようになっているので、太陽電池モジュール２に対する日射量が多く、太陽電池モジュール２で十分な発電電力が得られるとき（換言すれば、パワーコンディショナ１２のコンバータ回路部１６による昇圧動作を停止させて、接続箱１１のみで昇圧動作を行ってもインバータ回路部１７から定格出力電力を出力可能なとき）は上記第２の動作モードで動作するように上記所定電力Ｐａを設定しておくことで、十分な日射量があるときは、パワーコンディショナ１２のコンバータ回路部１６を停止させて接続箱１１だけで昇圧動作を行うようになる。
【００３９】
ここで、上記第１の動作モードと第２の動作モードの切り換えの基準となる上記所定の電力値Ｐａは、接続箱１１に備えられる昇圧回路部１３やパワーコンディショナ１２のコンバータ回路部１６およびインバータ回路部１７の緒元に基づいて適宜設定されるが、その設定にあたっては、少なくとも、上記第２の動作モードで動作させてもインバータ回路部１７からパワーコンディショナ１２の定格出力電力が得られる電力値以上となるように設定される。
【００４０】
このように、本発明に係る系統連系装置１では、接続箱１１からパワーコンディショナ１２への入力電力に応じて、接続箱１１に備えられた昇圧回路部１３とパワーコンディショナ１２に備えられたコンバータ回路部１６の双方で昇圧動作を行う第１の動作モードと、接続箱１１の昇圧回路部１３だけで昇圧動作を行う第２の動作モードとが切り換えられるので、太陽電池回路で十分な発電電力が得られるときに第２の動作モードを用いることにより、日射量が多く発電電力が多いときに発電された電力を効率よく系統電力３に連系させることができる。
【００４１】
また、本発明に係る系統連系装置１では、接続箱１１に備えられた昇圧回路部１３の制御手段によって、上記第１の動作モードと第２の動作モードの切り換えが行われ、この切り換えによってパワーコンディショナ１２のコンバータ回路部１６の動作／停止が制御されるので、既設のパワーコンディショナの取り換えを伴うことなく、本発明を適用することができ、本発明に係る装置を安価に導入することができる。
【００４２】
なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。
【００４３】
たとえば、上述した実施形態では、太陽電池モジュール２から最も高い電圧が入力された昇圧回路部１３の制御手段１５がパワーコンディショナ１２への入力電力が所定の電力値Ｐａ以上であると判断した場合に、昇圧回路部１３の出力電圧をコンバータ回路部１６の動作停止電圧Ｖinmaxとなるように昇圧するように構成した場合を示したが、動作停止電圧Ｖinmax以上の電圧に昇圧する構成であれば、動作停止電圧Ｖinmax以外の電圧値を用いることも可能である。
【００４４】
また、上述した実施形態では、接続箱１１には昇圧回路部１３が４回路備えられる構成を示したが、昇圧回路部１３は接続箱１１に接続する太陽電池モジュール２の数に応じて複数備えられる構成であれば、たとえば、２回路はもちろんのこと３回路や４回路以上備えられる構成を採用してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１            系統連系装置
２            太陽電池モジュール（太陽電池回路）
３            系統電力
１１          接続箱
１２          パワーコンディショナ
１３          昇圧回路部
１４          センサ手段
１５          制御手段
１６          コンバータ回路部
１７          インバータ回路部
【図１】
2014130416.tif 000003