JP2000166118A - 太陽電池発電用電力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽電池モジュールの電力変換回路を簡略な
ものにし、集電した電力波形は商用電源の波形に一致し
たものにして出力できるようにする。 【解決手段】 ＤＣ／ＡＣコンバータ４によって変換さ
れた太陽電池モジュール１の発電力に対して、アクティ
ブフィルタ１３が商用電源１００の電力波形に変換して
出力し、これを負荷１１Ａ，１１Ｂ，…に給電する。し
たがって、負荷に商用電源が太陽電池発電システムと並
列に接続されている場合に、商用電源の電力波形に太陽
電池発電システムの電力波形が重畳しても商用電源に悪
影響が及ぶことがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池発電シス
テムで発電した電力を変換して屋内結線系統に給電する
ための太陽電池発電用電力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、太陽エネルギを有効に活用するた
めの一環として太陽電池発電システムが盛んに研究さ
れ、実用化されている。

【０００３】このような太陽電池発電システムは、建物
の屋上に設置されている多数の太陽電池モジュールを並
列、あるいは直列に接続し、各太陽電池モジュールの発
電力を集電し、ＡＣ／ＡＣコンバータあるいはＤＣ／Ａ
Ｃコンバータ（インバータ）の電力変換装置によって商
用電源電圧に変換し、屋内配電系統に給電する構成であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような太陽電池発
電システムでは、電力変換装置によって商用電源電力に
似せた波形の電力に変換して配電系統に給電するのであ
るが、商用電源に悪影響を及ぼさないようにするために
商用電源系統に高調波成分が漏洩しないように配慮する
必要がある。

【０００５】本発明はこのような技術的課題に鑑みてな
されたもので、太陽電池発電システムの出力する電力波
形を商用電源波形に一致させ、商用電源系統への高調波
成分の漏洩を防止することができる太陽電池発電用電力
制御装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、複数
の太陽電池セルから成る１又は複数の太陽電池モジュー
ルから電力を取り出す太陽電池発電用電力制御装置であ
って、前記１又は複数の太陽電池モジュールの発電力を
商用電源電圧の電力に変換する電力変換手段と、前記電
力変換手段を並列に接続する結線系統と、前記電力変換
手段の出力する電力を商用電源の電力波形に変換して出
力する波形変換手段とを備えたものである。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１の太陽電池発
電用電力制御装置において、前記結線系統を商用電源に
接続したものである。

【０００８】請求項１及び２の発明の太陽電池発電用電
力制御装置では、電力変換手段によって変換された太陽
電池モジュールの発電力に対して、波形変換手段が商用
電源の電力波形に変換して出力し、これを負荷に給電す
る。

【０００９】したがって、負荷に商用電源が太陽電池発
電システムと並列に接続されている場合に、商用電源の
電力波形に太陽電池発電システムの電力波形が重畳して
も商用電源に悪影響が及ぶことがない。

【００１０】請求項３の発明は、請求項２の太陽電池発
電用電力制御装置において、前記結線系統を系統連係保
護手段を介して前記商用電源に接続したものであり、太
陽電池発電システムの異常時に系統連係保護手段によっ
て商用電源から太陽電池発電システム側を切り離すこと
ができ、商用電源を保護することができる。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１〜３の太陽電
池発電用電力制御装置において、前記波形変換手段が電
力エネルギを蓄える手段を有するものであり、従来であ
れば太陽電池発電が活発で余剰電力が発生した場合にそ
れを商用電源に戻すことによって電力会社に売電してお
り、この場合には、商用電源に戻された電力が他家で消
費されなければ無駄になっていたが、それを波形変換手
段の蓄電手段に蓄えることによって自家消費することが
できるようになり、エネルギの有効利用が図れる。

【００１２】請求項５の発明は、請求項１〜４の太陽電
池発電用電力制御装置において、前記波形変換手段にア
クティブフィルタを用いたものであり、これによって商
用電源の電力波形に対して太陽電池発電システムの発電
力の波形が歪んでいてもその不足分／余剰分をアクティ
ブフィルタが補填／吸収し、結線系統には商用電源に一
致した波形の電力を給電することができ、商用電源側へ
太陽電池発電システム側から高調波成分が漏洩して配電
系統に悪影響を与えることがない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１〜図３は、本発明の第１の実施
の形態が適用される太陽電池モジュール１の構成を示し
ている。この太陽電池モジュール１は、スレート瓦様の
パネル本体２内の、屋根葺き施工した状態で太陽光が当
たる下半分の働き代２Ｄに多数の太陽電池セル及びＤＣ
／ＡＣコンバータから成る発電部３を組み込んだ構造で
ある。そして、パネル本体２の他のパネル本体と重なり
合う４隅それぞれに、他のパネル本体２−１，２−２の
上半分の重なり代に上側から重ねられる下半分の働き代
２Ｄにおいては、その下面側の左右の２隅それぞれに、
発電部３の出力端子が１対ずつ設けられており、逆に他
のパネル２−３，２−４の下半分の働き代が上側から重
ねられる上半分の重なり代２Ｕにおいては、その上面側
の左右の２隅それぞれに、発電部３の出力端子が１対ず
つ設けられている。

【００１４】これらパネル本体２の４隅それぞれに設け
られた出力端子の位置は、通常のスレート瓦の屋根葺き
施工法である千鳥格子状の配置において、上側又は下側
に１／４ずつ重なり合う他のパネル本体のその重なり部
分に設けられている発電部３の出力端子と対向する位置
である。

【００１５】これによって、通常のスレート瓦の屋根葺
き施工と同じ方法で屋根葺きしていくと、各太陽電池モ
ジュール１ごとにその前後左右に重なり合う他の太陽電
池モジュール１のパネル本体との間で、各々に組み込ま
れている発電部３の出力端子同士が自然に上下から接触
し合い、各パネル本体２に組み込まれている多数の発電
部３が屋根全体で、あるいはいくつかに分割された領域
それぞれの中ですべて並列に接続された状態の太陽電池
発電システムが構成できる。

【００１６】次に、発電部３の回路構成について説明す
る。図４は太陽電池モジュール１に組み込まれた発電部
３の回路を示している。発電部３は、多数の太陽電池セ
ル４を直列又は並列に接続し、そのマイナス側、プラス
側の出力端にＤＣ／ＡＣコンバータ５を接続して交流電
力を取り出す構成であり、このＤＣ／ＡＣコンバータ５
の出力２端子それぞれから分岐して引き出した出力端子
を上述した太陽電池モジュール１における４隅それぞれ
に１対ずつ配置している。

【００１７】そして、このような発電部３を組み込んだ
太陽電池モジュール１により屋根葺き施工した場合の接
続関係は図５に示すようなものとなる。なお、図５で
は、図１〜図３でも同じであるが、発電部３の全体を１
つの電池記号で示しているが、これは図４に示した回路
構成の全体を示したものである。これにより、この太陽
電池発電システムでは、図５においてハッチングを施し
た部分Ａにおいて端子間に接触不良が発生した場合、鎖
線Ｂ、破線Ｃを付したバイパス経路で各端子間が等電位
で接続された状態になり、接触不良が発生した部分の発
電部３の発電力を無駄にすることなく取り出すことがで
きる。

【００１８】上記の回路構成の太陽電池発電システム
は、図６に示すように、多数の太陽電池モジュール１の
合成交流電力が系統連係保護装置１０を経て屋内配電線
系統１１に接続され、負荷１１Ａ，１１Ｂ，…に対して
商用電源１００と並列に電力を給電する。つまり、太陽
電池発電システムの方の発電力で負荷１１Ａ，１１Ｂ，
…の電力を賄うことができれば商用電源１００を消費せ
ず、発電力が不足すればその不足分を商用電源１００か
ら賄うことになる。

【００１９】このような太陽電池発電システムにおい
て、各太陽電池モジュール１の出力する交流電力は、多
数のコンバータ５が独立して動作するために必ずしも位
相が一致してはおらず、また波形も商用電源１００の電
力波形のような整った形の正弦波形に揃えることも困難
である。

【００２０】他方、そのような波形の電力が商用電源１
００側に漏洩すると、高調波成分が商用電源１００に重
畳し、配電線系統に悪影響を及ぼす恐れがある。そこ
で、本発明では、図６に示したように波形変換手段とし
てアクティブフィルタ１３を太陽電池発電システム側に
設けている。

【００２１】アクティブフィルタ１３は一般に、負荷が
発生する高調波電流成分を検出し、この成分を電力変換
装置を用いて発生し、系統に注入することによって負荷
が発生する高調波を補償する働きをするものであり、こ
こでは、図７に示すように、商用電源１００の電力正弦
波形Ｗ１（同図（ａ））と、太陽電池発電システム側の
出力波形Ｗ２（同図（ｂ））を比較し、発電力の余剰分
δ＋を自装置内に吸収（コンデンサに蓄電）し、不足分
δ−に対しては自装置の蓄電電力から補充することによ
り、配電線系統への出力電力を正弦波波形に整形する働
きをする。

【００２２】系統連係保護装置１０は太陽電池発電シス
テム側の出力に異常がある場合や、系統側で停電等が発
生した場合に単独で運転を行わないように、これを自動
的にカットするための保護装置である。

【００２３】次に、上記の構成の太陽電池発電用電力制
御装置の動作について説明する。屋根に施工された多数
の太陽電池モジュール１は並列に接続され、その集電系
統が系統連係保護装置１０を経て屋内配線に出力され、
負荷１１Ａ，１１Ｂ，…に給電される。この給電動作に
おいて、アクティブフィルタ１３は太陽電池発電システ
ムの出力電力の波形を監視し、商用電源１００の電力波
形と比較し、発電力の出力波形が商用電源の電力波形に
一致する正弦波形になるように波形変換を行う。

【００２４】図７（ａ）の波形Ｗ１は商用電源１００の
正弦波形、同図（ｂ）の波形Ｗ２は太陽電池発電システ
ムの出力電流波形を示している。アクティブフィルタ１
３は、このような波形Ｗ１，Ｗ２を比較し、同図（ｃ）
に示しているように太陽電池発電システム側の出力波形
Ｗ２側に余剰分δ＋がある場合には自装置内にその余剰
電力を吸収してコンデンサに蓄電し、不足分δ−に対し
ては自装置の蓄電電力から補充することにより、配電線
系統への出力電力が常に正弦波波形になるようにする。

【００２５】このようにして、上記の実施の形態の太陽
電池発電用電力制御装置では、アクティブフィルタ１３
によって太陽電池発電システム側の出力電流波形が商用
電源の電圧波形に対して余剰分δ＋があればそれを吸収
し、また不足している場合には不足分δ−を補充するこ
とにより、太陽電池発電システムから負荷１１Ａ，１１
Ｂ，…に給電する電流波形が商用電源１００と一致した
正弦波形に変換するので、各太陽電池モジュール１に採
用されているＤＣ／ＡＣコンバータ５の出力を厳密な正
弦波形の出力としなくてもアクティブフィルタ１３がそ
れを補うことができる。そのために、ＤＣ／ＡＣコンバ
ータ５の出力段に回路の大形化をもたらすリアクトル、
コンデンサを設けなくても済み、太陽電池モジュール１
の回路構成を簡素化することができる。またアクティブ
フィルタ１３側で波形変換ができるので、ＤＣ／ＡＣコ
ンバータ５が単純な形状の矩形波電力を出力する比較的
低速動作のスイッチング素子を備えたものであってもよ
く、太陽電池モジュール１のコストの低減化が図れる。
次に、本発明の第２の実施の形態を図８に基づいて説
明する。図８は、本発明の第２の実施の形態におけるア
クティブフィルタ１３の部分の構成を示している。この
第２の実施の形態はアクティブフィルタ１３に二次電池
１４を備えさせたことを特徴とする。

【００２６】この第２の実施の形態では、アクティブフ
ィルタ１３が、太陽電池発電システム側の発電力が余剰
状態にある期間に二次電池１４を充電し、商用電源１０
０が停電若しくは不足状態で、太陽電池発電システムも
発電できない場合にその二次電池１４から放電させて、
容量が続く限り補助電源として利用することができる。

【００２７】次に、本発明の第３の実施の形態を図９に
基づいて説明する。第３の実施の形態の太陽電池発電用
電力制御装置は、アクティブフィルタ１３に系統連係保
護装置１０を組み込んだことを特徴とする。

【００２８】すなわち、系統連係保護装置１０は太陽電
池発電システム側の異常出力に対して配電線系統を保護
するためのものであり、太陽電池発電システムの出力を
監視し、同時に商用電源１００をも監視する機能を有し
ている。アクティブフィルタ１３は同様に太陽電池発電
システムの出力を監視し、同時に商用電源１００をも監
視し、その電力波形の差により波形変換する働きをす
る。そこで、太陽電池発電システムの出力電力の監視機
能、商用電源１００の監視機能を共用させることにより
部品点数を削減し、コストの低減を図ることができる。

【００２９】なお、上記の各実施の形態では太陽電池モ
ジュール１にはスレート瓦様のパネル本体２に発電部３
を組み込んだ構造のものについて説明したが、太陽電池
モジュール１の構成はこれに限定されるものではなく、
従来から採用されている太陽電池発電パネルを利用する
ことができ、また和瓦や洋瓦様のパネル本体に発電部を
組み込んだ構造のものを採用することもできる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように請求項１及び２の発明によ
れば、電力変換手段によって変換された太陽電池モジュ
ールの発電力に対して、波形変換手段が商用電源の電力
波形に変換して出力し、これを負荷に給電するようにし
たので、商用電源の電力波形に太陽電池発電システムの
電力波形が重畳しても商用電源に悪影響が及ぶことがな
く、また太陽電池モジュール側の電力変換手段に正弦波
形の交流電力を出力させる特性を持たせなくても済むた
めにその回路構成が簡略化でき、コストの低減が図れ
る。

【００３１】請求項３の発明によれば、請求項２の太陽
電池発電用電力制御装置において、結線系統を系統連係
保護手段を介して商用電源に接続したので、太陽電池発
電システムの異常時に系統連係保護手段によって商用電
源から太陽電池発電システム側を切り離すことができ、
商用電源を保護することができる。

【００３２】請求項４の発明によれば、請求項１〜３の
太陽電池発電用電力制御装置において、波形変換手段が
電力エネルギを蓄える手段を有するので、従来であれば
太陽電池発電が活発で余剰電力が発生した場合にそれを
商用電源に戻すことによって電力会社に売電しており、
その場合には、商用電源に戻された電力が他家で消費さ
れなければ無駄になっていたが、それを波形変換手段の
蓄電手段に蓄えることによって自家消費することができ
るようになり、エネルギの有効利用が図れる。

【００３３】請求項５の発明によれば、請求項１〜４の
太陽電池発電用電力制御装置において、波形変換手段に
アクティブフィルタを用いたので、これによって商用電
源の電力波形に対して太陽電池発電システムの発電力の
波形が歪んでいてもその不足分／余剰分をアクティブフ
ィルタが補填／吸収し、結線系統には商用電源に一致し
た波形の電力を給電することができ、商用電源側へ太陽
電池発電システム側から高調波成分が漏洩して配電系統
に悪影響を与えることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に使用する太陽電池
モジュールの平面図。

【図２】上記の太陽電池モジュールの施工方法を示す平
面図。

【図３】上記の太陽電池モジュールの施工方法を示す分
解斜視図。

【図４】上記の太陽電池モジュールの回路図。

【図５】上記の太陽電池モジュールを用いた太陽電池発
電システムの回路図。

【図６】上記の実施の形態の回路ブロック図。

【図７】上記の実施の形態におけるアクティブフィルタ
の動作を説明する波形図。

【図８】本発明の第２の実施の形態の回路ブロック図。

【図９】本発明の第３の実施の形態の回路ブロック図。

【符号の説明】

１ 太陽電池モジュール ２ パネル本体 ３ 発電部 ４ 太陽電池セル ５ ＤＣ／ＡＣコンバータ １０ 系統連係保護装置 １１Ａ，１１Ｂ，… 負荷 １３ アクティブフィルタ １４ 二次電池 １００ 商用電源

フロントページの続き (72)発明者 松井 伸郎 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 高橋 幸伸 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 土屋 恒和 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 藤井 栄一郎 静岡県富士市蓼原336 株式会社東芝富士 工場内 (72)発明者 佐田 豊 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 安保 達明 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 Ｆターム(参考） 5F051 BA03 JA02 JA17 KA03 KA10 5G003 AA06 BA01 DA07 DA15 DA18 FA08 GB06 5G066 EA03 HB06 HB09 JB03 5H420 CC03 DD03 DD10 EA47 EB39

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の太陽電池セルから成る１又は複数
   の太陽電池モジュールから電力を取り出す太陽電池発電
   用電力制御装置であって、 前記１又は複数の太陽電池モジュールの発電力を商用電
   源電圧の電力に変換する電力変換手段と、 前記電力変換手段を並列に接続する結線系統と、 前記電力変換手段の出力する電力を商用電源の電力波形
   に変換して出力する波形変換手段とを備えて成る太陽電
   池発電用電力制御装置。
2. 【請求項２】 前記結線系統が商用電源に接続されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池発電用電
   力制御装置。
3. 【請求項３】 前記結線系統が系統連係保護手段を介し
   て前記商用電源に接続されていることを特徴とする請求
   項２に記載の太陽電池発電用電力制御装置。
4. 【請求項４】 前記波形変換手段は、電力エネルギを蓄
   える手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいず
   れかに記載の太陽電池発電用電力制御装置。
5. 【請求項５】 前記波形変換手段は、アクティブフィル
   タであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載の太陽電池発電用電力制御装置。