計測自動制御学会東北支部第17島国研究集会（1998．6．1郎
資料番号1つ唱・14

太陽光発電電力／商用電力混合装置の改良と実証試験
Improvement且ndE耳perimeELtalEvaluationofaPhotovoltaicACFu8ionConverter
土屋幸男
八戸工業高等専門学校

YukioTSUCHIYA
H8仁山mobeN■ation且1Colle酢用fT靴hnology

キーワード：太陽光発電岬lmtovolt8icSyBtetn），噸変換器（Converter），商用電力仏CPower），
太陽光発電電力／商用電力混合装置伊hotovoltaicACFuBiorlConverter），
省エネルギー価n肝肝Co相即Ⅶtion）
連絡先ヱ〒039−1192 八戸市田面米車上野平16−1八戸工業高等専門学校 電気工学科

土 屋 幸 男E・mail血u血如・頗hachil10he一亡t．鋸．jp
TEUFAX：0178−即・了280ている。従って余剰電力は原理的に畢生せず、

1．はじめに
大勝光＃電はクリーンで、無尽蔵であること
より、エネルギー源として魅力的である。住宅を対象とする逆潮流許容型の太陽光発屯システ

ムは、省エネルギーに貢献する典型的な応用例といえる。Lかし逆潮流許容システムに必要な太陽屯池モジュールの多さと、配屯系統屯力の質を高度に保つためのパワーコンディショナー技術がコスト高をまねき、導入を抑制する要因となっている。

逆潮流は起こらない。このように、PVACは構潮流を前捷とするパワーコンディショナーであるから太陽電池モジュールの使用量は逆潮流許容型のシステムに比較しておおむね1侶以下で済む。さらに制御回路もきわめてシンプルであり、システムの低価格化が容易である。
本職文では、これまでに報告したPVACの設計回路と変換効率の測定方法に若干の改良を加えその効果を確かめたので、これについて報告する。

この間榎を解決する1つの手段として、太陽光発電電力／商用電力混合装置（PVAC）を開発した＝。PVACは負荷に太陽光発電電力を優先的に供給することで商用屯力の供給を抑制し、省エネルギーを実現する。さらに太陽電池の最大出力は定格負荷よりも少ないことを特徴とし

2．PVA（コの特徴パワーコンディショナーとしてのPVACの特徴は以下の3点である川・l2】：①太陽光尭屯屯力と商用電力を入力とするコン′トタ・・・太陽電池の発電電力（芹「）を負荷
1

力（㌔）に康先的に供給し、ち「で不足する電ここでr はPVACの稼動時間である。式（1）の力すなわち（ち。−ちr）を商用t力ち。で賄う．

中の5つ町積分葦削ま刑g．1．に示すaケ所の入出力

また商用t力が停tのときは太陽光東電電力

端の亀力量の計土値である。

のみで自律的に運転虐待う。このほか太陽電池

3．2省エネルギー串の最大出力鹿追跡制御機龍を有する。

mCの入出力のエネルギー（電力土）のバランスを次式で与える。

⑳直流出力電圧・川出力電圧は商用交流電圧をJr個叶榊≡Jr掴・Jr貼叩）

盤流しこれを平滑した直流電圧と直流インパルス電圧の合成披であり、基本的に直弘
ここでち凸訂はmCの損失である。∴本式を③蓄電池不褒価システムー・・PVACの小型化と保変形すると、商用電力の抑制分に相当するエネル守管理の容易性を実現。

ギー、すなわち省エネルギー生見町が計算でき以上の3つの特軌ま電源の電圧変動が若干許る。

容できるt熱、送風おょび照明など町負荷で有効

肛叶研一Jr㌔坤虹機能する。さらに昼夜連続運転が前提であれ軋（3）

m亡！の損失計無視すれば太陽電池が発tする＝Jr耕一Jrち躍血電力に相当する商用電力を抑制するので、省エネ

負荷電力土に対する省エネルギー量の割合を省ルギーの串点から効果的である。f■i官．1．に印ACエネルギー率（％属g亡）と定義する。の基本回路を示す。
％且EC＝且且C【％トここで％屈配7は以下に記す4つの項目の影響を受ける。％且ECが低下する要因をまとめる。
①負荷の精栗電力
主回路の電流が増加すると導通損が増える︑↓出U男前のでち 肪が増え、％且古Cが低下する。

⑨PVAC町稼動時間
rはあらかじめ改定した稼働時間であり、日射の強さに関係しない。夜間運転時間が増えると商用電力側回路由導通損が増え、Fi卓．1．C王肌祉di昭一ⅢnOfFVAC．

％且だCが低下する。

3．豪農地書と省エネルギー事③太陽電池の出力

乱1劃蜘幡

日射の少ない時は相対的に商用電力側回路PVA￠の褒換効率叩を次式で与える。

町＝の損失が増え、％且丘Cが低下する。なお、変換効率〃の上限は商用電力側回路の損失で決Xl珊囲（1）定される。
2（4）④t源回路の損失．

電サイクルの電圧波形は方形波の連続ではなく屯源Ⅰ川の損失が増えると％五首Cが低下す1次遅れの過渡特性の連続になっている。またる。地先の低減は重要な要因である。

本例では太陽菌池の動作領域が屯流源領傾から電圧源蘭域に移行していることもわかる。すな

4．改良

わち太陽電池の最大出力点を境にして振れてい

4．1血塊止roft−■鵬Iton回路

る。この振れ暗が大きいと太陽宅地の変換効率が低下する。従って、変換効率を向上させるた

Fi冨．1．の中で CWC で示す回路部分は

Co止耶銑一W曲on型直流高塩圧発生回路（CWC，めにはCWCの前段で太陽屯他の出力電圧を安F短．2）であり、太陽電池の出力を充竜するため定化させるのが望ましい。に用いる。

さらに按段のS恥のスイッチングを行い太陽屯池の最大出力点を追跡する。

帥Fi駐，王．C血仁和R・W山l血Ci持血

しかし、前段では太惧電池の出力を方形波インバータを介してCWCに充屯する方式をとっているため、出力電圧げigユのP−N間の電圧）が脈動する。さらにこの脈動は、入力屯庄が太陽屯他の動作点が電流帯、または屯圧源のどちらの領域にあるかということと入射光強度の違いでも変動し、尭勧こ要する時定数が異なる。
一例を奉げると入射光強度が低く、かつ太隣席
他の動作点が亀流派の場合は、方形波インバー

F旭．コ．Ⅲl叫卸町Ⅶlt電卓d椚Ct鵬8dc拍fCWC．

タの半サイクルでCWCに十分な馬流が供給されないことで時定数が増加し、これにより太陽屯他の変換効率が低下する。

4．2入力t圧の卓走と彙換地ヰの向上

Fi苫■3の帥はCWCの出力電圧の典型的な発太陽電池の出力電圧を安酎ヒさせるため、新規毛特性の例であり、インバータの動作サイクルに亀解コンデンサCと低日射強度時に電解コンの増加に従い出力電圧が飽和している。同園（b）

デンサから太陽電池に屯流が逆流することを防は（叫の途中の過程を拡大したものであり、春光

ぐ逆流防止ダイオードDをイン′耳一夕の前段に

3

一息m 脚．

Fig．4．Addidonal山柁e亡ir仁山p鵬靂．

thⅦ■ト岬設置した（Fi且．4，97年9月ヱ9日）。さらにリ

Fi卓．5．M亡aSl耶mentSyStCmblockdiagTam．

レー町を般直し、太陽電池が発毛状態にあると占，計測括果

きはDをバイパスすることで導通根を減少させた亡97年lコ月丁日）。リレーの投入と遮断のタ

5．1集鶉例

イミングはリレーのコイルのヒステリシス特性

3台の電力土計の計測値と、（1）式で与えられを利用し、太陽電池の出力電圧で自律動作するる計算効率の値を打点記録計（打点速度は5秒ように動作畿庄を選定した。

毎）で記録する。ここでは日射変動に対する

4．‖相加剛鳩創摘

PVAC性能を比較するため、快晴の日（嫡年4PVACの変換励串（（1）式）を連続的に計測す

月丁日：F姐6帥）と日射が断続的に変化する日るため、電子式交流電力土計1台を商用屯力入（同8日：同仲））の、連続した目を例として示す。

電力についてはfbをほぼ一定として、ちrと力側に、また、電子式直流屯力士計を入力側と出力側の2ケ所にそれぞれ1台、合計3台を取ち亡がこれを分担するという関係にあることがり付けた。これらの電力生計は′くルス発情付でわかる。また早臥夕方および夜間は芹「が青まあり、パルス入力を割込みとしてパルス時間間

たはほぼ寺になり、このときはち亡がf㍍よりも隔をシーケンサで軒数し、電力を逆算しすると高い。これは商用電力側の動作に移るためであ同時に変換効率の計算を行なう。それぞれの計り、亜流回路と平滑回路の損失屯力がPVACの器の発情タイミングが異なるため、ある計辞の変換効率を決める。また稼動時間Tは5暗から割込みが入ったときは他の2台の竜力士計の屯柑暗までの13時間である。

力の値は前回のホールド値を採用する。この方また8時ヨ0分頃のち．′の急な立ち上がりと式によると3つの竜力の計測値が同時計測でなち。の立ち下がりは、太陽屯池表面にかかる建物いため、効率の計算結果が若干ばらつく。これの影が消えたときの様子である。

は木方式の欠点であるが、単位発情パルスあた
変換効率は入射光強度が強くなると逆に低下りの電力土を減らすことで効率の精度を上げるする。これは低電圧大電流型太陽竜池を使うことができる。FiE．6．は計珊回躇のブロック囲

PVACの特徴であり、イン／i一夕とかCWCの導である。

通楕の増加が主な原因である。
4

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本論文では太陽光発毛電力／商用電力混合装置の改良ならびに変換効率と省エネルギー

90！ほ特性の評価手法を報告した。

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E冊七i8n￠y【昭回路の改良では大勝電池側の入力端子電圧

Fig．TCorrehtioTlb七tWeenmOnthly％EEC
8nde伍d帥町．の安定回路と、逆流防止ダイオードをバイパスリレーでバイパスする回路の追加を行った。
籍果として変換効率と省エネルギー率にはは負の相関がみられることと、省エネルギー率l5lより判明した。一方、省エネルギー豊の累積値︷Uでは、75Wp親Si単結晶太陽電池で17．2kWh／5︻上‡占OuuHは八戸では】月に負値をとりうることが実測年を得て、省エネルギーマシンとして機能するnVことを確認した。
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5．2 劫♯と牛土ネルギー＊担l土息榊原！「大隈光発電屯力／商用電力浪合装置町方式と性能」，太陽／風力エネルギー講箭諭曳儀（1叩7）．N0．18．1997，押．后9J2．

Fi島．丁．に97年6月から98年5月までの月間の変換潮率と省エネルギー串の関係を示す。
本国によると競作PVACの¶は90から94％、さらに％EECは1ヱ〜−0．2％であることがわかる。また両者には負の相関関係が認められる。
ここで％EECが負他になるのは、1月であり、太陽屯弛が冠雪する日が続く場合とか日射土が極端に少ない時期に限られている。
Fiがは耗作pvACを使用して実現した省エネルギーtEECの乗積値である。鞘中三月ごろから上昇傾向が薔Lい。これは回轄を改良した結果である。
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