(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力貯蔵手段と、太陽電池と系統との間に接続された、系統との連系運転を行う第１の電力変換手段と前記電力貯蔵手段の電力を変換して前記第１の電力変換手段に入力する第２の電力変換手段とを具備した太陽光発電用パワーコンディショナと、前記パワーコンディショナと系統とが接続される受電点に接続された、受電点の受電電力を検出する受電電力検出手段とを備えた電力貯蔵型太陽光発電システムであって、太陽電池の発電電力と電力貯蔵手段からの電力の両方の出力時に、受電電力検出手段によって検出された受電電力が所定の電力を下回らないように、第２の電力変換手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする電力貯蔵型太陽光発電システム。
【請求項２】
上記太陽電池と上記第１の電力変換手段との間に昇圧チョッパを備えることを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵型太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力貯蔵機能を内蔵した太陽光発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光発電システムは、太陽電池の発電した直流電力をパワーコンディショナにて交流電力に変換し、一般的に系統と連系して電力を負荷に供給するシステムである。パワーコンディショナは系統と連系しているので、太陽電池の発電電力が負荷の消費電力より小さい場合は、発電電力はすべて負荷にて消費され、不足分が系統から供給されるが、発電電力が負荷の消費電力より大きい場合は余剰電力が発生し、通常は系統に逆潮流電力として供給される。
【０００３】
一方、電力貯蔵システムは、夜間の余剰電力をパワーコンディショナを介して蓄電池等の電力貯蔵手段に蓄え、昼間にこれを利用することにより昼間の発電電力のピークを抑制し、夜間電力の有効利用を行うシステムである。このようなシステムの一例としては、電力貯蔵手段として従来から揚水発電が知られているが、最近では鉛電池などの蓄電池を利用したシステムの実用化が検討されている。これは、余剰電力の蓄積手段として蓄電池を使用することにより、システムの省スペース化が可能だからである。そしてシステムを需要家内に設置する事ができるなど、設置面での自由度がきわめて向上するからである。またその他、万一の停電時に蓄電池からの電力供給により、無停電化が可能になるなど、需要家にとってもメリットが大きいためである。
【０００４】
上記の各システムでは、直流・交流間の電力変換を行うためにパワーコンディショナが必要である。そこで、太陽光発電システムに電力貯蔵システムを組み合わせることにより、パワーコンディショナを共用することができる。さらに、両者を組み合わせてパワーコンディショナを共用することで、長時間の停電が起こっても太陽電池から出力された電力で蓄電池を充電しながら同時にパワーコンディショナを自立運転させることが可能となるので、非常に安定した電力を利用することができるというメリットがある。このようなことから、上記各システムを組み合わせた電力貯蔵型太陽光発電システムの検討が進められている。
【０００５】
図２は、このような従来の電力貯蔵型太陽光発電システムの構成例を示すブロック図である。１は太陽電池、２は蓄電池、３は逆流防止ダイオード、５は負荷、６は受電電力検出器、７は系統、そして８がパワーコンディショナ、８１がインバータである。本構成例では、太陽電池１とパワーコンディショナ８とを逆流防止ダイオード３を介して接続し、前記パワーコンディショナ８に備えられているインバータ８１の直流側に蓄電池２を接続している。また、パワーコンディショナ８の交流側には負荷５が接続され、受電電力検出器６を介して系統７に接続されている。
【０００６】
上記構成例の動作は、基本的な運転として、夜間にパワーコンディショナ８を順変換運転して蓄電池２を充電し、昼間はパワーコンディショナ８を逆変換運転して、太陽電池１の発電電力と蓄電池２の放電電力をあわせて負荷５に供給するというものである。
【０００７】
しかしながら、上記太陽電池１の発電電力と蓄電池２からの放電電力との和が負荷５の消費電力より大きい場合、余剰電力となって系統７に流出することになる。その際、前記余剰電力には蓄電池２からの放電電力も含まれており、わざわざ夜間に充電した蓄電池２の充電電力が無駄に放電してしまうことになる。
【０００８】
そこで、従来のシステムでは、このような問題を防止するために受電電力検出器６を設けて受電電力を監視し、受電電力が一定レベル以下となればパワーコンディショナ８の変換電力を制限するように制御している。これはすなわち、上述のように蓄電池２からの放電電力が再び系統７に戻ることがエネルギーの効率的な利用の点で好ましくないという理由によるものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の構成によれば、蓄電池から系統への電力流出を避けるためにパワーコンディショナの変換電力を制限するため、同時に太陽電池の発電電力まで制限されてしまうという問題があった。すなわち、太陽電池と蓄電池の電力をパワーコンディショナにて一括して変換しているため、蓄電池からの電力流出を避けるために変換電力を制限すると、同時に太陽電池からの発電電力まで制限されてしまう。従って、その時点で仮に太陽電池の発電電力が負荷の消費電力に対して大きくても、結局制限されてしまい、十分な余剰電力を系統へ逆潮流することができず、太陽電池の発電電力が無駄になるという問題があった。
【００１０】
さらに、上記従来の構成では、太陽電池がダイオードを介して直接蓄電池に接続されるため、太陽電池の出力電圧を常時その最大出力電圧に維持することができず、発電電力を有効に取り出せないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、蓄電池から系統への電力流出を防止しつつ、太陽電池の余剰電力の逆潮流が可能な電力貯蔵型太陽光発電システムを提供すること、さらに蓄電池から系統への電力流出防止に加え、太陽電池からの発電電力をより効率的に出力し得る電力貯蔵型太陽光発電システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の電力貯蔵型太陽光発電システムは、電力貯蔵手段と、太陽電池と系統との間に接続された、系統との連系運転を行う第１の電力変換手段と前記電力貯蔵手段の電力を変換して前記第１の電力変換手段に入力する第２の電力変換手段とを具備した太陽光発電用パワーコンディショナと、前記パワーコンディショナと系統とが接続される受電点に接続された、受電点の受電電力を検出する受電電力検出手段とを備えた電力貯蔵型太陽光発電システムであって、太陽電池の発電電力と電力貯蔵手段からの電力の両方の出力時に、受電電力検出手段によって検出された受電電力が所定の電力を下回らないように、第２の電力変換手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記の電力貯蔵型太陽光発電システムによれば、太陽電池からの発電電力を制限することなく、電力貯蔵手段に蓄えられた電力が系統へ流出してしまうことを防ぐことができる。
【００１４】
そして、さらに太陽電池からの発電電力をより効率的に出力し得るシステムとするために、上記電力貯蔵型太陽光発電システムにおいて、上記太陽電池と上記第１の電力変換手段との間に昇圧チョッパを備えることが好ましい。
【００１５】
上記の昇圧チョッパを備えた電力貯蔵型太陽光発電システムによれば、電力貯蔵手段から系統への電力流出防止に加えて、昇圧チョッパにより太陽電池の発電電力が常に最大となるように最大電力追従制御を行うことができるので、太陽電池からの発電電力をより効率的に出力することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の電力貯蔵型太陽光発電システムは、太陽電池と、太陽光発電用パワーコンディショナと、電力貯蔵手段と、受電電力検出手段とを備えてなり、系統と、消費電力の許容範囲内で任意の負荷とが接続されている。そして前記パワーコンディショナは、第１の電力変換手段と、第２の電力変換手段と、前記第２の電力変換手段を制御する制御手段とを備えている。
【００１７】
これらの接続関係は次の通りである。すなわち、太陽電池と系統とが太陽光発電用パワーコンディショナを介して接続されている。前記パワーコンディショナと系統との間に負荷が接続され、受電点に、すなわち前記負荷の接続部と系統との間に受電電力検出手段が接続されている。パワーコンディショナの内部の第１の電力変換手段は太陽電池と系統との間に接続されており、前記第１の電力変換手段の太陽電池側と電力貯蔵手段とが第２の電力変換手段を介して接続されている。前記第２の電力変換手段には、前記受電電力検出手段の検出結果に基づいて電力の変換を制御することができるように制御手段が接続されている。なお、前記第２の電力変換手段は、制御機能を有していて、前記受電電力検出手段の検出結果に基づいて制御することができる構成であっても良い。
【００１８】
上記太陽電池とパワーコンディショナとの間には、太陽電池からパワーコンディショナ方向のみに電流が流れるように、逆流防止のダイオードを配するのがよい。
【００１９】
上記第１の電力変換手段は、直流側から入力された直流の電力を交流に変換して交流側に出力し、逆に交流側から入力された交流の電力を直流に変換して直流側に出力する電力変換手段である。これにより、太陽電池から発電されている場合には、太陽電池からの直流を負荷あるいは系統側への出力として交流に変換し、一方、夜間など電力貯蔵手段に電力を貯蔵する場合には、系統からの交流を直流に変換することができる。
【００２０】
上記第２の電力変換手段は、上記第１の電力変換手段の直流側電圧を電力貯蔵手段にかかる電圧に変換する電力変換手段である。これにより、電力貯蔵手段にかかる電圧を任意に設定することができ、電力の貯蔵および出力を制御することができる。第２の電力変換手段としては、双方向チョッパを使用する。双方向チョッパによれば、電力貯蔵手段にかかる電圧が、太陽電池電圧にかかわらず調整可能であるため、電力の貯蔵から出力まで貯蔵電力を自由に制御することができる。
【００２１】
上記電力貯蔵手段としては、フライホイールなどの物理電池や、鉛蓄電池、リチウムイオン電池などの蓄電池を用いることができる。
【００２２】
さらに、上記太陽電池と上記第１の電力変換手段との間に昇圧チョッパを備えることが好ましい。
【００２３】
次に上記電力貯蔵型太陽光発電システムの動作について説明する。
【００２４】
夜間には、系統からの交流電力を、第１の電力変換手段を介して直流に変換し、さらに該直流電力を第２の電力変換手段を介して電力貯蔵手段に対して高電圧となるように変換して該電力貯蔵手段に貯蔵する。この際、逆流防止ダイオードを設けておけば太陽電池に電流が流れることはない。
【００２５】
昼間には、太陽電池の発電電力と電力貯蔵手段からの出力電力との直流電力を第１の電力変換手段を介して交流電力に変換し、負荷に電力を供給することができる。この際、前記負荷の消費電力が、前記太陽電池の発電電力と電力貯蔵手段からの出力電力との合計電力より大きい場合は、さらに不足分の電力を系統からとりこむ。一方、負荷の消費電力が前記合計電力より小さい場合は、余剰電力を系統へ逆潮流する。このとき、受電点の電力を受電電力検出手段により監視しているので、受電電力が所定の電力を下回らないように、第２の電力変換手段の制御を行い、電力貯蔵手段からの電力の流出を制限することができる。電力貯蔵手段から電力が出力されている場合には、受電電力が所定の電力を下回らないように前記電力貯蔵手段を制御する。
【００２６】
受電電力を監視して前記制御を行っているので、上記電力貯蔵手段からの電力の流出を制限しすぎて、前記合計電力が負荷の消費電力よりも大きくなって、上記電力貯蔵手段に電力が貯蔵されているにもかかわらず、系統からの電力供給が行われることがないようにすることができる。また、電力貯蔵手段のみを独立して制御しているので、太陽電池からの発電電力が制限されてしまうこともない。
【００２７】
上記所定の電力とは、あらかじめ設定された最低受電電力であって、電力貯蔵手段から系統へ電力が流れなければよいので、原理的には０でよいが、検出手段などの誤差を考えて、契約電力の３〜５％程度の電力とするのがよい。この電力を下回ることがないように、上記第２の電力変換手段を制御し、電力貯蔵手段からの電力の流出を制限する。第２の電力変換手段として、双方向チョッパを用いる場合には、該双方向チョッパに前記の電力値を記憶させておくことができる。
【００２８】
上述のように、本発明によれば、受電点の電力を監視し、前記第２の電力変換手段の電力を制御すれば、太陽電池の発電電力と独立して電力貯蔵手段の放電電力を制限することができるので、太陽電池の余剰電力を逆潮流しつつ前記電力貯蔵手段から系統への電力の流出を防止することが可能である。
【００２９】
さらに、太陽電池と第１の電力変換手段との間に昇圧チョッパを備えることにより、太陽電池の電圧を昇圧し、同じくパワーコンディショナに内蔵した第１の電力変換手段に供給することができる。昇圧チョッパの入力電圧は該昇圧チョッパによって任意に設定できるので、太陽電池の電圧をその最大出力電圧に調整することが可能である。
【００３０】
【実施例】
本発明を、実施例に基づき図面を参照しながら説明する。
【００３１】
図１は本発明による電力貯蔵型太陽光発電システムの実施例である。４は本発明に係るパワーコンディショナである。パワーコンディショナ４における４１は昇圧チョッパ、４２は双方向チョッパ、４３はインバータで、他は従来例と同様である。本発明ではパワーコンディショナ４に内蔵した昇圧チョッパ４１と双方向チョッパ４２により太陽電池１の発電電力と蓄電池２の充放電電力をそれぞれ個別に制御する。すなわち、インバータ４３は双方向電力変換を行い直流電圧を系統７との連系運転に必要な一定電圧に維持する。太陽電池１の出力電圧は昇圧チョッパ４１にてこの一定電圧に昇圧されるので、昇圧チョッパ４１の変圧比を調整することにより、その入力電圧すなわち太陽電池１の出力電圧を太陽電池１の最大出力電圧にあわせることができる。通常、その動作としては、太陽電池１の出力電力を定期的に監視して、太陽電池１の出力電力が常に最大となるように昇圧チョッパ４１の入力電圧を調整する最大電力追従制御を行うことが多い。
【００３２】
一方、双方向チョッパ４２では蓄電池２の充放電制御を行う。夜間には蓄電池２を充電するために、双方向チョッパ４２の入力電圧すなわち蓄電池電圧を上昇させるように双方向チョッパ４２の変圧比を調整する。蓄電池電圧を上昇させれば蓄電池２が充電されるので、蓄電池２の電流を監視し、適当な充電電流となるように双方向チョッパ４２の変圧比を調整すればよい。また、昼間には、双方向チョッパ４２の入力電圧すなわち蓄電池電圧を低下させて蓄電池２を放電させる。この場合も同様に蓄電池２の放電電力が適当な値となるように双方向チョッパ４２の変圧比を調整すればよい。
【００３３】
以上の動作によると、昼間にはインバータ４３にて太陽電池１の最大電力と蓄電池２の適当な放電電力とを一括して交流電力に変換し、負荷５に供給することが可能である。しかしながら、負荷５の消費電力がこれらの合計電力より小さい場合は、余剰電力が発生し、系統７へ電力が流出する。この場合、本発明では、受電点の電力を受電電力検出器６により監視し、あらかじめ設定された最低受電電力を下回らないように双方向チョッパ４２の変換電力のみを制限する。したがって、太陽電池１の発電電力は制限されないため、太陽電池１の発電電力は常に最大電力を維持したまま、負荷５の変化にあわせて蓄電池の放電電力のみが制御される。たとえば、太陽電池１のみの発電電力よりも負荷５の消費電力が小さい場合は、双方向チョッパ４２の変換電力すなわち蓄電池２の放電電力は完全にゼロとなり、太陽電池１の発電電力から負荷５の消費電力を差し引いた余剰電力のみが系統７に供給される。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、太陽電池の発電電力と電力貯蔵手段の出力する電力とを独立して制御することができるので、太陽電池の余剰電力を逆潮流しつつ、電力貯蔵手段からの系統への電力の流出を防止することができ、さらに、太陽電池からは最大出力電力を取り出すことも可能であり、電力貯蔵型太陽光発電システムの効率化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電力貯蔵型太陽光発電システムの一実施形態を示すブロック図。
【図２】従来の電力貯蔵型太陽光発電システムを示すブロック図。
【符号の説明】
１    太陽電池
２    蓄電池
３    逆流防止ダイオード
４    パワーコンディショナ
５    負荷
６    受電電力検出器
７    系統
４１  昇圧チョッパ
４２  双方向チョッパ
４３  インバータ
【図１】
0004765162.tif 000002
【図２】
0004765162.tif 000003