(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽電池を搭載したシステムにおいて、定格電力以上の電力がパワーコンディショナに供給された場合の、最大電力点追従（Maximum Power Point Tracking)による、出力電力変動を抑制する。【解決手段】太陽電池１００ａ、１００ｂの直流電力を交流電力に変換して商用電源系統１１１と連系するパワーコンディショナ装置１０２において、太陽電池の出力電力が最大となる最大電力点を探索する最大電力点検出モードと、任意の出力電力で動作させる定常モードを有し、最大電力点検出モードで検出された電力がパワーコンディショナの定格出力または任意の出力を超えた場合に定常モードに切り替える。定常モードでは、インバータ装置１０６は定格出力または任意の出力で制御され、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１０５で昇圧後のコンデンサ電圧が任意の値を下回った場合に、最大電力点検出モードに切替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池から入力される電流を検出して入力電流を得る電流検出手段と、
前記太陽電池から入力される電圧を検出して入力電圧を得る電圧検出手段と、
太陽電池からの直流入力を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ装置と、
商用電源系統の周波数に対応した交流電力に変換する系統連係インバータ装置と、
前記太陽電池から入力される電流を検出して入力電流を得る電流検出手段と、
前記太陽電池から入力される電圧及び前記ＤＣ−ＤＣコンバータ装置で昇圧された電圧を検出する電圧検出手段と、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ装置と系統連系インバータ装置および前記ＤＣ−ＤＣコンバータ装置に具備されたスイッチング素子をスイッチング制御することによって前記入力電圧を電圧目標値と等しい値に制御する電圧電流制御手段と、
を具備するとともに、前記電圧電流制御手段は、目標値可変手段が出力する電圧目標値を開放電圧Vocから所定の電圧変化量ΔVずつ変化させながら前記スイッチング素子を動作させ、その都度前記入力電流と前記入力電圧からその時点の電力を演算し、前記電力が最大となる最大電力点を探索する最大電力点検出モードと、前記最大電力点を記憶する記憶装置と、任意の電力で前記電圧電流制御手段を動作させる定常モードを有するとともに、前記最大電力点検出モードで検出された電力がパワーコンディショナの任意の電力を超えた場合に定常モードに切り替え、定常モードではインバータ装置は定格出力で制御され、該インバータ装置はＤＣ−ＤＣコンバータ装置で昇圧後のコンデンサ電圧が、任意の値を下回った場合に最大電力点検出モードに切替える制御部を備える
ことを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項２】
請求項１に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記定常モードではインバータ装置は制御部で設定した任意の出力で制御される
ことを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項３】
太陽電池アレイと、
該太陽電池アレイを前記直流発電装置とする請求項１または２に記載のパワーコンディショナと、
前記太陽電池アレイと前記パワーコンディショナとを接続する接続箱と、
前記パワーコンディショナと商用電源系統とを接続する分電盤と、
を具備することを特徴とする太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーコンディショナ、及びそれを用いた太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光をエネルギー源として発電した電力を自家使用するのみならず、自家で使用しなかった余剰電力を商用電源系統へ供給する系統連系型発電装置としての太陽光発電装置が普及している。
【０００３】
この太陽光発電システムでは、太陽電池が発電した直流電力を電源装置で商用電源系統の周波数に対応した交流電力に変換し、発電電力の自家使用及び余剰電力の商用電源系統への供給をおこなっている。この電源装置は一般に、パワーコンディショナと呼ばれる。
図３において、破線は太陽電池の出力電流Ipvと出力電圧Vpvの特性（以下「電流−電圧特性」）を示すグラフであり、実線は太陽電池の出力電流Ipvと出力電力Ppvの特性（以下「電流−電力特性」）を示すグラフである。   
ここに示すように、電流−電圧特性は、出力電圧Vpvが０のときに出力電流Ipvが短絡電流Iscとなり、出力電圧Vpvが開放電圧Vocのときに出力電流Ipvが０となる非線形の特性である。また、電圧−電力特性は、出力電圧VpvがVmppのときに出力電力Ppvが最大電力点Pmaxとなる特性を有し、最大電力点Pmaxのときの出力電流IpvをImppとする。
ここで説明した電流−電圧特性や電流−電力特性は、日照条件や温度条件によって変化するため、太陽電池から効率よく電力を取り出すためには常にこの最大電力点Pmaxを探索し、太陽電池の動作点が最大電力点となるようにパワーコンディショナを追従制御する必要がある。この機能を最大電力点追従（Maximum Power Point Tracking以下「MPPT」)と呼ぶ。
【０００４】
MPPT制御法として一般によく知られた方法として、山登り法がある。この山登り法は、パワーコンディショナの動作点電圧を微小変更し、これに応じて太陽電池の発電電力が増加するか減少するかを判定する。そして、この判定結果に依って次の電圧指令値の変更方向を決定して動作点電圧の微小変更を繰返す方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２９４３４６号公報
【特許文献２】特開平８-７６８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、経済性の理由から、パワーコンディショナの定格出力以上の太陽電池を接続し、パワーコンディショナが定格出力で運転する時間を長くする、太陽電池過積載というシステム構成がある。これにより、パワーコンディショナは定格出力以上の電力を供給されることとなるが、パワーコンディショナのMPPT及び出力制御機能により、パワーコンディショナの動作点電圧は、図４のように最大電力点の電圧から開放電圧側動作点Ａまたは短絡電流側動作点Ｂにシフトして定格出力での運転を行う。このときMPPTにより動作点電圧の微小変更が行われるが、Pmax付近と比較して開放電圧側または短絡電流側にシフトした動作点ＡまたはＢでは、電力カーブの傾きが大きくなっているため、Pmax付近に比較して動作点電圧の微小変更ΔVでの電力の変化ΔPが大きくなり、MPPTによる出力電力の変動が大きくなる。
【０００７】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、出力電力の安定性に優れたパワーコンディショナ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】
【０００８】
前記課題は、太陽電池と、該太陽電池に接続されるパワーコンディショナを有する太陽光発電システムにおいて、前記パワーコンディショナは、前記太陽電池から入力される電流を検出して入力電流を得る電流検出手段と、前記太陽電池から入力される電圧を検出して入力電圧を得る電圧検出手段と、太陽電池からの直流入力を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ装置と、系統連系インバータ装置と、前記太陽電池から入力される電流を検出して入力電流を得る電流検出手段と、前記太陽電池から入力される電圧及び前記ＤＣ−ＤＣコンバータ装置で昇圧された電圧を検出する電圧検出手段と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ装置と系統連系インバータ装置および前記ＤＣ−ＤＣコンバータ装置に具備されたスイッチング素子をスイッチング制御することによって前記入力電圧を電圧目標値と等しい値に制御する電圧電流制御手段と、を具備するとともに、前記電圧電流制御手段は、目標値可変手段が出力する前記電圧目標値を開放電圧から所定の電圧変化量ΔVずつ変化させながら前記スイッチング素子を動作させ、その都度前記入力電流と前記入力電圧からその時点の電力を演算し、前記電力が最大となる最大電力点を探索する最大電力点検出モードと、前記最大電力点を記憶する記憶装置と、前記記憶装置に記憶された最大電力点を用いて前記電圧電流制御手段を動作させる定常モードを有するとともに、前記最大電力点検出モードで検出された電力がパワーコンディショナの定格電力を超えた場合に定常モードに切り替え、定常モードではインバータ装置は定格出力で制御され、該インバータ装置はＤＣ−ＤＣコンバータ装置で昇圧後のコンデンサ電圧が、任意の値を下回った場合に最大電力点検出モードに切替える制御部を備えることを特徴とするパワーコンディショナにより改善される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、太陽電池過積載となる太陽光発電システムで優れた出力電力の安定性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態における太陽光発電システムの概要を示す図
【図２】パワーコンディショナの回路構成の一例を示す図
【図３】太陽電池の電流−電圧特性、および電圧−電力特性を示すグラフ
【図４】太陽電池過積載システムの電圧−電力特性を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の一実施例について適宜図面を参照しながら説明する。
【００１２】
このパワーコンディショナは、太陽光発電システム等に使用され、太陽光パネルから供給された直流電力を交流電力に変換し、外部の負荷または商用電源系統に供給するものである。
【００１３】
図１に示すように、本実施例の太陽光発電システムは、直流発電装置である複数の太陽電池アレイ１００ａ、１００ｂ（以下、これらをまとめて「太陽電池アレイ１００」と称する。）と、これらからの配線をまとめる接続箱１０１と、接続箱１０１を介して供給される太陽電池アレイ１００からの直流電力を交流電力に変換する系統連係型のパワーコンディショナ１０２と、パワーコンディショナ１０２の出力側に設けられる分電盤１０９と、分電盤１０９を流れる電力を検出する電力センサユニット１１０とで構成されており、太陽電池アレイ１００で発電した電力を商用電源系統１１１に逆潮流させるものである。
【００１４】
また、パワーコンディショナ１０２には、太陽電池アレイ１００からの配線と分電板１０９への配線を接続する端子台１０３と、端子台１０３から供給される直流出力電力の電気的雑音を抑えるフィルタ回路１０４と、フィルタ回路１０４が出力する直流出力電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ１０５と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５からの直流出力電圧を商用電源系統１１１の周波数に対応した交流電力に変換する系統連係インバータ１０６と、系統連係インバータ１０６から出力される交流電力の電気的雑音を抑えるフィルタ回路１０７と、商用電源系統１１１との接続をＯＮ／ＯＦＦする系統連係リレー１０８を備えている。
【００１５】
次に、図２を用いて、回路構成要素を詳細に説明する。
【００１６】
図２に示すように、端子台１０３には、端子１０３ａ〜１０３ｈが設けられている。これらのうち、端子１０３ａ、１０３ｂは接続箱１０１に接続され、端子１０３ｃ、１０３ｄは分電盤１０９に接続される。また、端子１０３ａと１０３ｅ、端子１０３ｂと１０３ｆ、端子１０３ｃと１０３ｇ、端子１０３ｄと１０３ｈは、それぞれ電気的に接続されている。
【００１７】
メイン基板３００には、フィルタ回路１０４、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５、系統連係インバータ１０６、フィルタ回路１０７、系統連係リレー１０８、ゲートドライバ４０４が実装されており、メイン基板３００は、ヒートシンク上に固定されている。ヒートシンクは、金属等の導電性材料で形成されており、接地導体に接続されている。ヒートシンクは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５、系統連係インバータ１０６のスイッチング素子１０５ａ、１０６ａ〜１０６ｄに絶縁シートを介して接触して固定され、スイッチング素子１０５ａ、１０６ａ〜１０６ｄを効率的に放熱する。
【００１８】
サブ基板３０１には、電子部品等動作用の電源４００、制御部４０１、表示装置４０５、電圧検出手段４０２、電流検出手段４０３が実装されている。制御部４０１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５のスイッチング素子１０５ａ、系統連係インバータ１０６のスイッチング素子１０６ａ〜１０６ｄのＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するスイッチング信号をゲートドライバ４０４に送信するとともに、系統連係リレー１０８のＯＮ／ＯＦＦや表示装置４０５の表示、図示しないスピーカを制御する。
【００１９】
そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５内には、スイッチング素子１０５ａ、コンデンサ１０５ｂ、ＤＣリアクトル１０５ｃが設けられており、制御部４０１からゲートドライバ４０４に信号が伝わりスイッチング素子１０５ａのＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することで端子台１０３を介して入力される直流電力を昇圧し、コンデンサ１０５ｂから所望の電圧の直流電力を出力することができる。系統連系インバータ１０６内には、スイッチング素子１０６ａ〜１０６ｄ、ＡＣリアクトル１０６ｅが設けられており、制御部４０１からゲートドライバ４０４に信号が伝わりスイッチング素子１０６ａ〜１０６ｄのＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することで系統連係インバータ１０６から商用電源系統１１１の周波数に対応した周波数の交流電力を出力することができる。以上のＯＮ／ＯＦＦ動作はＰＷＭ(Pulse Width Modulation、パルス幅変調)で制御される。ＰＷＭとはパルスのオンとオフの一定周期を作り、オンの時間幅を変化させる電力制御方式である。
【００２０】
そして、前記制御部４０１は、目標値可変手段が出力する電圧目標値を開放電圧Vocから所定の電圧変化量ΔVずつ変化させながら前記スイッチング素子１０５ａを動作させ、その都度前記入力電流と前記入力電圧からその時点の電力を演算し、前記電力が最大となる最大電力点を探索する最大電力点検出モードで動作し、前記最大電力点検出モードで検出された電力がパワーコンディショナ１０２の定格電力を超えた場合に制御部４０１によって定常モードに切り替え、定常モードではインバータ装置は定格出力で制御され、該インバータ装置及びＤＣ−ＤＣコンバータ装置はＤＣ−ＤＣコンバータ装置で昇圧後のコンデンサ電圧が、設定された一定値を下回った場合に制御部４０１によって最大電力点検出モードに切替える。
【００２１】
以上のように、本実施形態によれば、太陽電池過積載などの出力制限時の出力電力の不要な変動を抑えたパワーコンディショナを提供できる。
【００２２】
なお、本実施例においては太陽電池過積載のシステムについて記載したが、それ以外にも例えば、系統電圧上昇抑制運転や温度上昇抑制運転、電力会社からの指令による出力抑制運転の制御に用いても良い。
【符号の説明】
【００２３】
１００  太陽電池アレイ
１０１  接続箱
１０２  パワーコンディショナ装置
１０３  端子台
１０４、１０７  フィルタ回路
１０５  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０６  系統連係インバータ
１０８  系統連係リレー
１０９  分電盤
１１０  電力センサユニット
１１１  商用電源系統
３００  メイン基板
３０１  サブ基板
４００  電源
４０１  制御部
４０２  電圧検出手段
４０３  電流検出手段
４０４  ゲートドライバ
４０５  表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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