(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に放電回路を備えるとともに、運転停止中の太陽電池の消費電力を計測した後、前記放電回路による放電作動によって前記太陽電池の消費電力を変化させることで前記太陽電池の動作点電圧を変え、前記放電回路による放電前の前記太陽電池の動作点電圧と、前記放電回路による放電後の前記太陽電池の動作点電圧とから前記太陽電池の運転可能最小電力における直流電圧予想値を計算し、この直流電圧予想値と、最小運転が可能な直流電圧とを比較判定して、前記直流電圧予想値が前記最小運転が可能な直流電圧よりも大であることの判定の結果により運転開始するように構成されていることを特徴とする、太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナ。
【請求項２】
内部に昇圧回路を備えるとともに、運転停止中の太陽電池の消費電力を計測した後、前記昇圧回路による昇圧作動によって前記太陽電池の消費電力を変化させることで前記太陽電池の動作点電圧を変え、前記昇圧回路による昇圧前の前記太陽電池の動作点電圧と、前記昇圧回路による昇圧後の前記太陽電池の動作点電圧とから前記太陽電池の運転可能最小電力における直流電圧予想値を計算し、この直流電圧予想値と、最小運転が可能な直流電圧とを比較判定して、前記直流電圧予想値が前記最小運転が可能な直流電圧よりも大であることの判定の結果により運転開始するように構成されていることを特徴とする、太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナ。
【請求項３】
太陽電池の直流電圧を平滑化するコンデンサと、前記平滑コンデンサ出力を昇圧するためにスイッチ素子とこれに並列のコンデンサとを有する昇圧回路と、放電抵抗と前記コンデンサの充電電荷を該放電抵抗を介して放電するために制御されるスイッチ素子とを備えた放電回路と、前記昇圧回路出力を交流に変換するために複数のスイッチ素子を備えたインバータ回路と、前記各スイッチ素子のオンオフを制御するパワーコンディショナ制御部とを備えた太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナにおいて、
前記パワーコンディショナ制御部によって前記放電回路内のスイッチ素子をオンオフ制御して、当該パワーコンディショナの運転停止時における前記太陽電池の消費電力での動作点電圧と、前記放電回路動作時における前記太陽電池の消費電力での動作点電圧とを変化させるとともに、前記各動作点電圧から前記太陽電池の運転可能最小電力における直流電圧予想値を計算し、この直流電圧予想値と、最小運転が可能な直流電圧とを比較判定して、前記直流電圧予想値が前記最小運転が可能な直流電圧よりも大であることの判定の結果により運転開始するように構成されていることを特徴とする、太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽光発電システムの概略について図９を参照して説明すると、２は太陽電池、４は系統電源であって、これら太陽電池２と系統電源４との間にパワーコンディショナ６が設けられる。パワーコンディショナ６は、平滑コンデンサ８、昇圧回路１０、放電回路１４、インバータ回路１６およびパワーコンディショナ制御部１８などから構成されている。
【０００３】
パワーコンディショナ６は、太陽電池２の直流電圧を平滑コンデンサ８で平滑するとともに、パワーコンディショナ制御部１８の制御によって昇圧回路１０内のスイッチ素子１０ｂをオンオフさせることで昇圧したうえで放電回路１４を介してインバータ回路１６に入力し、パワーコンディショナ制御部１８の制御によってこのインバータ回路１６内のスイッチ素子１６ａ〜１６ｄをオンオフ制御して交流に変換して負荷である系統電源４側に供給する。放電回路１４は、パワーコンディショナ制御部１８の制御によって内部のスイッチ素子１４ｂがオンされることで放電抵抗１４ａを介して平滑コンデンサ８および昇圧回路１０内の平滑コンデンサ１０ｃそれぞれの電荷を放電させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
こうした太陽光発電システムにおいては太陽電池がパワーコンディショナに対してその運転に必要とされる電力を供給できる出力特性を有するに至っていることが必要である。太陽電池は照度に応じて出力特性が変化するので、パワーコンディショナの運転を開始する際にはその運転が可能な最小電力を太陽電池が供給できる出力特性を有するかどうかを判定つまり起動条件の判定をすることがまず必要である。この起動条件の判定に際してはパワーコンディショナは運転停止中であるから、太陽電池の運転停止中消費電力に対応する直流電圧が設定電圧以上であれば、太陽電池がパワーコンディショナの運転可能な最小電力を供給できる出力特性を有していると判定してパワーコンディショナは運転の開始を決定する。このことについてさらに図１０を参照して説明する。この起動条件の判定のための図１０では太陽電池２の出力特性として縦軸に太陽電池の発電電力、横軸にその直流電圧としてとっている。Ｖ０は前記設定電圧である。この設定電圧Ｖ０を基準にすると、出力特性▲１▼の停止中消費電力に対応する直流電圧Ｖ１は設定電圧Ｖ０以上であるからパワーコンディショナは運転可能であると起動条件の判定をする。また、出力特性▲２▼の停止中消費電力に対応する直流電圧Ｖ２は設定電圧Ｖ０以下であるからパワーコンディショナは運転不可能であると起動条件の判定をする。出力特性▲１▼の場合はそのカーブが運転可能最小電力を越えているので起動条件の判定は正しい。また、出力特性▲２▼の場合はそのカーブが運転可能最小電力を越えていないので起動条件の判定は正しい。
【０００５】
しかしながら、太陽電池２は使用者の使用の仕方によってその使用枚数が変更されたり、あるいは温度特性が変化するとか、太陽電池２の直列枚数とか並列枚数とが変わるとか、あるいは太陽電池２の種類の変更といった様々な要因によってその出力特性が例えば▲３▼であるとか▲４▼のように変わる場合がある。そうすると、上記設定電圧Ｖ０を基準にして出力特性▲３▼について起動条件の判定を行うと、その停止中消費電力に対応する直流電圧Ｖ３は設定電圧Ｖ０以下であるから、パワーコンディショナは運転不可能であると起動条件の判定を行うが、出力特性▲３▼のカーブは運転可能最小電力を越えているので運転が可能なはずである。また、同じく設定電圧Ｖ０を基準にして出力特性▲４▼について起動条件の判定を行うと、その停止中消費電力に対応する直流電圧Ｖ４は設定電圧Ｖ０以上であるから、パワーコンディショナは運転可能であると起動条件の判定を行うが、出力特性▲３▼のカーブは運転可能最小電力を越えていないので運転が不可能なはずである。
【０００６】
したがって、従来のパワーコンディショナによれば、太陽電池からは運転が可能な電力を供給できるのに起動条件の判定では運転不可能とされて運転がいつまでたっても開始されなかったり、起動条件の判定では運転可能と判定されても、太陽電池からは運転が可能な電力が供給できないから一向に運転が開始されないなど極めて不安定な運転になってしまう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のパワーコンディショナにおいては、内部に放電回路を備えるとともに、運転停止中の太陽電池の消費電力を計測した後、前記放電回路による放電作動によって前記太陽電池の消費電力を変化させることで前記太陽電池の動作点電圧を変え、前記放電回路による放電前の前記太陽電池の動作点電圧と、前記放電回路による放電後の前記太陽電池の動作点電圧とから前記太陽電池の運転可能最小電力における直流電圧予想値を計算し、この直流電圧予想値と、最小運転が可能な直流電圧とを比較判定して、前記直流電圧予想値が前記最小運転が可能な直流電圧よりも大であることの判定の結果により運転開始するように構成されていることによって上述した課題を解決している。
また、本発明のパワーコンディショナにおいては、内部に昇圧回路を備えるとともに、運転停止中の太陽電池の消費電力を計測した後、前記昇圧回路による昇圧作動によって前記太陽電池の消費電力を変化させることで前記太陽電池の動作点電圧を変え、前記昇圧回路による昇圧前の前記太陽電池の動作点電圧と、前記昇圧回路による昇圧後の前記太陽電池の動作点電圧とから前記太陽電池の運転可能最小電力における直流電圧予想値を計算し、この直流電圧予想値と、最小運転が可能な直流電圧とを比較判定して、前記直流電圧予想値が前記最小運転が可能な直流電圧よりも大であることの判定の結果により運転開始するように構成されていることによって上述した課題を解決している。
また、本発明のパワーコンディショナにおいては、太陽電池の直流電圧を平滑化するコンデンサと、前記平滑コンデンサ出力を昇圧するためにスイッチ素子とこれに並列のコンデンサとを有する昇圧回路と、放電抵抗と前記コンデンサの充電電荷を該放電抵抗を介して放電するために制御されるスイッチ素子とを備えた放電回路と、前記昇圧回路出力を交流に変換するために複数のスイッチ素子を備えたインバータ回路と、前記各スイッチ素子のオンオフを制御するパワーコンディショナ制御部とを備えた太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナにおいて、前記パワーコンディショナ制御部によって前記放電回路内のスイッチ素子をオンオフ制御して、当該パワーコンディショナの運転停止時における前記太陽電池の消費電力での動作点電圧と、前記放電回路動作時における前記太陽電池の消費電力での動作点電圧とを変化させるとともに、前記各動作点電圧から前記太陽電池の運転可能最小電力における直流電圧予想値を計算し、この直流電圧予想値と、最小運転が可能な直流電圧とを比較判定して、前記直流電圧予想値が前記最小運転が可能な直流電圧よりも大であることの判定の結果により運転開始するように構成されていることによって上述した課題を解決している。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施の形態にかかる太陽光発電システムにおけるトランスレス型のパワーコンディショナの回路図であり、図９で示される従来のそれと対応する部分には同一の符号を付し、同一の符号に係る部分については名称を列記するにとどめその詳しい説明は省略する。図１において２は太陽電池、４は系統電源、６はパワーコンディショナ、８は平滑コンデンサ、１０は昇圧回路、１４は放電回路、１６はインバータ回路、１８はパワーコンディショナ制御部、２０は直流電流計測用抵抗である。昇圧回路１０はインダクタ１０ａ、スイッチ素子１０ｂ、平滑コンデンサ１０ｃおよび逆流防止ダイオード１０ｄを備え、放電回路１４は放電抵抗１４ａおよびスイッチ素子１４ｂを備え、インバータ回路１６はＨブリッジ接続された４つのスイッチ素子１６ａ〜１６ｄを備えている。
【００１０】
パワーコンディショナ制御部１８は、昇圧回路１０内のスイッチ素子１０ｂ、放電回路１４内のスイッチ素子１４ｂ、インバータ回路１６内のスイッチ素子１６ａ〜１６ｂのオンオフを制御して太陽電池２の直流を系統電源４に交流として供給するようになっている。この動作は周知であるので詳しい説明は省略する。
【００１１】
そしてパワーコンディショナ制御部１８は、太陽電池２の直流電圧を計測し、直流電流計測用抵抗２０の両端間電圧とそれの抵抗値とから直流電流を計測するとともに、これら両計測データに基づいて消費電力の計測データを得る。
【００１２】
以下、パワーコンディショナ制御部１８における動作制御について図２ないし図４を参照して説明する。
【００１３】
まず、太陽電池２が図２の出力特性▲１▼を有している場合について説明すると、パワーコンディショナ制御部１８は起動条件の判定を行うためにまずステップｎ１で運転停止中において放電回路１４内のスイッチ素子１４ｂをオフにするとともに、ステップｎ２で太陽電池２の停止中消費電力Ｐａとそれに対応する直流電圧Ｖａ（＝Ｖ１）とを計測した後、ステップｎ３でスイッチ素子１４ｂをオンに制御して放電回路１４を動作させる。そして、ステップｎ４で放電回路１４の動作時の太陽電池２の消費電力Ｐｂとそれに対応する直流電圧Ｖｂ（＝Ｖ１’）とを得る。こうして運転停止時と放電回路動作時それぞれにおける直流電圧Ｖａ（＝Ｖ１）、Ｖｂ（＝Ｖ１’）を得ると、パワーコンディショナ制御部１８は起動条件の判定を行うための計算をステップｎ５で行う。ステップｎ５で示される起動条件の判定計算式による計算値は運転可能最小電力Ｐｃにおける太陽電池２の直流電圧予想値Ｖｃ（判定電圧）である。ここで運転可能最小電力Ｐｃは既知の値である。したがって、パワーコンディショナ制御部１８はこの計算式にＶａ（＝Ｖ１）、Ｖｂ＝（Ｖ１’）、Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの各値をそれぞれ代入することで、直流電圧予想値Ｖｃつまり判定電圧Ｖｃを得ることができる。
【００１４】
こうしてステップｎ５で判定電圧Ｖｃを計算したのち、ステップｎ６では判定電圧Ｖｃがパワーコンディショナ６の最小運転が可能な直流電圧より大であるかどうかを判定する。この判定の結果、判定電圧Ｖｃが最小運転が可能な直流電圧より大であればパワーコンディショナ制御部１８は太陽電池２が出力特性１（図２における丸囲みの１）の場合は運転可能としてステップｎ７で運転を開始する。
【００１５】
同様に、太陽電池２が出力特性▲２▼を有している場合では、パワーコンディショナ制御部１８は図４のフローチャートを実行して、ＶａがＶ２、ＶｂがＶ２’であるから、出力特性▲２▼の場合ではステップｎ６では判定電圧Ｖｃが最小運転可能電圧範囲内でないと判定して運転を開始しない。
【００１６】
同様に、太陽電池２が出力特性▲３▼を有している場合では、パワーコンディショナ制御部１８は、図４のフローチャートを実行してＶａがＶ３、ＶｂがＶ３’であるから、出力特性▲３▼の場合ではステップｎ６では判定電圧Ｖｃが最小運転可能電圧範囲内であると判定し運転を開始する。
【００１７】
同様に、太陽電池２が出力特性▲４▼を有している場合では、パワーコンディショナ制御部１８は、図４のフローチャートを実行してＶａがＶ４、ＶｂがＶ４’であるから、出力特性▲４▼の場合ではステップｎ６では判定電圧Ｖｃが最小運転可能電圧範囲内でないと判定して運転を開始しない。
【００１８】
なお、上述の実施の形態における放電回路１４を動作させる代わりに昇圧回路１０内のスイッチ素子１０ｂをオンオフさせることでも同様にパワーコンディショナ制御部１８は運転の開始あるいは開始しないという起動条件の判定が可能である。
【００１９】
なお、上述の実施の形態においては放電回路１４内のスイッチ素子１４ｂをオンオフさせることで放電抵抗１４ａによる消費電力を制御して停止中消費電力Ｐａでの直流電圧Ｖａと放電回路動作時消費電力Ｐｂでの直流電圧Ｖｂとをそれぞれ計測動作点として得ていたが、放電回路１４内に図５で示すように充電式電池１４ｃを放電抵抗１４ａとスイッチ素子１４ｂと共に直列に接続しても構わない。放電抵抗１４ａで電力を消費するのは不経済であるので、放電抵抗１４ａでの放電電流を充電式電池１４ｃに充電させる一方、この充電式電池１４ｃによって前記計測動作点を変更させるようにしても構わない。このように充電式電池１４ｃを用いた場合では、運転開始のための起動条件を判定している間に、充電式電池１４ｃに充電した電力を用いて他の用途に使用できるから、パワーコンディショナ６の運転上の効率が向上する。
【００２０】
なお、上述の実施の形態においては、放電回路１４内の放電抵抗１４ａによる消費電力を制御することで前記計測動作点の変更を行っているが、参考例として放電回路動作時消費電力Ｐｂを図６で示すように運転可能最小電力Ｐｃと同程度にすることで、そのときの直流電圧Ｖｂがパワーコンディショナ６が動作可能な電圧範囲Ｖｚｏｎｅ（この範囲外では運転停止する。）になったことで運転を開始させるようにしても構わない。この場合では上述のような複雑な計算式を用いる必要がなくなり、パワーコンディショナ制御部１８におけるその計算式の計算誤差による起動条件の誤判定が少なくなる。図６では太陽電池２が出力特性５（図６における丸囲みの５）を有している場合は放電回路１４の動作時直流電圧Ｖｂが動作可能電圧範囲Ｖｚｏｎｅ内であるから太陽電池２の電力はパワーコンディショナ６が運転可能な最小電力を維持していることになり、起動条件の判定はパワーコンディショナ６は運転可能とされ、太陽電池２が他の出力特性６（図６における丸囲みの６）および７（図６における丸囲みの７）を有している場合はそれぞれの放電回路１４の動作時直流電圧Ｖｂが動作可能電圧範囲Ｖｚｏｎｅ内でないから起動条件の判定はパワーコンディショナ６は運転開始不可能とされる。
【００２１】
なお、上述の実施の形態においては、放電回路１４内の放電抵抗１４ａによる消費電力を制御することで前記計測動作点の変更を行っているが、太陽電池２は一度設置された場合はその種類が変更されるとか枚数が変更されることがないから、その出力特性は照度に応じて変化するものの停止中の消費電力における直流電圧はそのままとなるはずである。したがって、太陽電池２がこのような出力特性を有する場合においては、その出力特性の傾きは照度があがると大きく、照度がさがると小さくなるが、それは一定の相関関係に従う。そこで、一度、パワーコンディショナ６の運転を開始して上述の実施の形態のように太陽電池２の計測動作点の変化を計測することで参考例として図７で示すように太陽電池２の出力特性８（図７における丸囲みの８）とか９（図７における丸囲みの９）の形状を予想し、この予想データを記憶しておく。この場合では、停止時から運転を開始したときの出力特性８（図７における丸囲みの８）と９（図７における丸囲みの９）それぞれの動作点電圧の変化の傾きα８、α９とそれぞれの停止時の動作点電圧β８、β９とを記憶し、停止時の動作点電圧β８、β９が一定でも傾きα８、α９それぞれが違えば、図７で示すように太陽電池２の出力特性に違いが生じていることになる。したがって、この傾きα８、α９と停止時の各動作点電圧β８、β９とから起動条件の判定を行えるようにしても構わない。
【００２２】
なお、上述の実施の形態においては、放電回路１４内の放電抵抗１４ａによる消費電力を制御することで動作点の変更を行っているが、運転中に夕方などで太陽電池２の周囲が暗くなって太陽電池２の直流電圧が運転可能最小電圧を下回ってパワーコンディショナ６の運転が停止したときの運転停止時の太陽電池２の直流電圧を記憶する。そして、朝方などで太陽電池２の周囲が明るくなったときは太陽電池２の直流電圧が前記記憶した停止時の直流電圧を上回ってくるとパワーコンディショナ６が運転を開始させることを起動条件の判定条件としても構わない。
【００２３】
なお、上述の実施の形態においては、放電回路１４内の放電抵抗１４ａによる消費電力を制御することで動作点の変更を行っているが、図８で示すようにこの動作点を複数測定し、その動作点から運転可能な最小電力での動作点電圧を曲線近似で計算し、この動作点電圧が最小動作電圧範囲を越えたときに運転を開始するようにしても構わない。
【００２４】
なお、上述の実施の形態においては、放電回路１４内の放電抵抗１４ａによる消費電力を制御することで動作点の変更を行っているが、パワーコンディショナ６の運転開始の際の太陽電池２の直流電圧の判定値をその運転が成功したか失敗したかによって変化させ、運転が可能な条件になったときにパワーコンディショナ６が運転を開始できるようにしても構わない。
【００２５】
なお、上述の実施の形態においては、放電回路１４内の放電抵抗１４ａによる消費電力を制御することで動作点の変更を行っているが、運転中の最大発電電力と停止時の直流電圧とから起動判定用の電圧を求める変換表をあらかじめ作成しておき、実際に運転が可能となったときに最大発電電力を計測する。そのとき、一旦運転を停止し、このときの直流電圧を計測する。この計測最大発電電力と計測直流電圧との２つの計測値から上記変換表を用いて起動に必要な電圧を判定して記憶しておく。停止時にはこの判定値が直流電圧が越えたときに運転を開始するようにしても構わない。この場合、起動判定用の変換表に代えて数式を用いて演算するようにしても勿論構わない。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、太陽電池の消費電力を変化させることで前記太陽電池の動作点電圧を変え、各動作点電圧から前記太陽電池の出力特性のカーブが運転可能最小電力を越えるかどうかの予想値に基づいてその運転開始のための起動条件の判定を行うように構成されていることから、太陽電池からは運転が可能な電力を供給できるのに起動条件の判定では運転不可能とされて運転がいつまでたっても開始されなかったり、起動条件の判定では運転可能と判定されても、太陽電池からは運転が可能な電力が供給できないから一向に運転が開始されないなど極めて不安定な運転になってしまうことがなくなり、安定した運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るパワーコンディショナの回路図。
【図２】太陽電池の消費電力と直流電圧との関係を示す特性図
【図３】太陽電池の消費電力と直流電圧との関係を示す特性図。
【図４】本発明の実施の形態の動作説明に供するフローチャート。
【図５】本発明の他の実施の形態に係るパワコンディショナの回路図。
【図６】参考例の実施の形態における太陽電池の消費電力と直流電圧との関係を示す特性図。
【図７】別の参考例の実施の形態における太陽電池の消費電力と直流電圧との関係を示す特性図。
【図８】本発明のさらに他の実施の形態における太陽電池の消費電力と直流電圧との関係を示す特性図。
【図９】従来のパワーコンディショナの回路図。
【図１０】従来のパワーコンディショナ１における太陽電池の消費電力と直流電圧との関係を示す特性図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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