JP2000217248A - 太陽電池の出力電圧抑制装置 - Google Patents

太陽電池の出力電圧抑制装置

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JP2000217248A
JP2000217248A JP11017510A JP1751099A JP2000217248A JP 2000217248 A JP2000217248 A JP 2000217248A JP 11017510 A JP11017510 A JP 11017510A JP 1751099 A JP1751099 A JP 1751099A JP 2000217248 A JP2000217248 A JP 2000217248A
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voltage
power
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inverter
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Kimihiko Furukawa
公彦 古川
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 太陽電池14の直流電力をインバータ16に
より交流電力に変換して負荷24に供給すると共に商用
電力系統20に連系する太陽光発電システム12におい
て、太陽電池14とインバータ16の間に太陽電池に対
して並列にトランジスタ32と、このトランジスタ32
のベースに接続され、例えば280〜300Vの範囲で
導通してトランジスタ32をオンするツェナーダイオー
ド34を設けると共に、トランジスタ32のコレクタと
エミッタに夫々抵抗36,38を接続して出力電圧抑制
装置10を構成する。 【効果】 この発明によれば、低負荷時に不必要な耐圧
を確保する必要がなくなり、太陽光発電システム12の
設計が容易になる。また、太陽電池14の動作範囲が小
さく出来、最大電力点追尾の制御も容易に行うことがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は太陽電池の出力電圧抑
制装置に関し、特にたとえば低負荷時における出力電圧
を簡単な構成により抑制できる太陽電池の出力電圧抑制
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】太陽電池は、照明システム、ソーラーエ
アコンシステム、または商用電力系統との連系システム
など、各種電気設備機器のクリーンエネルギー源として
利用され、地球環境の保護に貢献している。ところで、
太陽電池から出力される直流電力は、通常コンバータや
インバータ等の電力変換器によって、負荷に応じた電圧
の直流電力または交流電力に変換され、各種電化製品や
夜間給電のための蓄電池などの負荷に供給される。
【0003】例えば、太陽電池とインバータとを有し、
商用電力系統と連系して使用される太陽光発電システム
では、インバータによって太陽電池の出力が100Vr
msの交流電力に変換される。その際に太陽電池の動作
点がほぼ最適動作点(最大電力点ともいう)となるよう
に出力電流を調整する制御、すなわち最大電力点追尾制
御(MPPT制御)、または入力電圧一定制御が行われ
る。
【0004】図3は太陽電池の出力特性の一例を示すグ
ラフである。図3(a)は出力特性の温度依存性を示
し、図3(b)は出力特性の照度依存性を示している。
また、太陽電池の開放電圧、すなわち無負荷状態の出力
電圧は、図3(a)より明らかなように太陽電池の温度
が低いほど高くなる。例えば太陽電池の温度が25℃の
場合、その開放電圧は255Vである。また、発電時に
おける太陽電池の温度は、太陽エネルギーの大部分(約
80%)により太陽電池が熱せられることから、日射量
および風の状態に依存するものの外気温に比べて数度〜
数十度ほど高い値になる。
【0005】従来は、インバータなどの電気機器とその
電源となる太陽電池とが、常に電気的に接続されてい
た。つまり、電気機器と太陽電池との間の電気的接続状
態が固定化されていた。そして、電気機器においては、
通常の使用環境(温度および日射量条件)の下で予想さ
れる太陽電池の最大出力電圧を基準電圧として、入力耐
電圧が設定されていた。基準電圧として、温度が25℃
であり日射量が通常の使用環境での最大値1000W/
2 であるときの開放電圧が選定される。つまり、図3
の特性を有した太陽電池を電源とする場合には、基準電
圧は255Vとされ、基準電圧またはそれに若干の余裕
分だけ高い電圧の印加に耐える部品が電気機器に用いら
れる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来、異常気象や寒冷
地での使用などに起因して、太陽電池の温度が設定下限
値より低くなった時に、電気機器に耐電圧を超える電圧
が加わり、電気機器が破損する可能性があった。例え
ば、インバータにより最大電力点追尾制御(MPPT制
御)などの出力制御が行われている限りは、たとえ太陽
電池の温度が低い場合でも、太陽電池の出力電圧はその
時点の最適動作電圧の近辺に保たれるので、インバータ
の入力電圧は耐電圧以下となる。しかし、系統異常や過
熱など、何らかの原因でインバータの動作が停止し太陽
電池が無負荷状態になった場合において、太陽電池の温
度が設定下限値より低いときには、インバータの耐電圧
を超える開放電圧がインバータの入力端子に加わる。
【0007】そこで、耐電圧を十二分に高く設定し、そ
れに見合った部品を用いて電気機器を構成することが考
えられる。しかし、そのようにすると電気機器が大型化
して高価になる。特に、太陽電池の定格電圧が高い場合
には、温度低下により開放電圧が大幅に上昇するので、
市販品にはない特殊な高耐圧部品を用いる必要があり、
機器の大幅な価格上昇は避けられない。また、インバー
タやコンバータでは、スイッチング素子を高耐圧化すれ
ばスイッチ損失が増大してしまうという問題がある。
【0008】それゆえに、この発明の主たる目的は、低
負荷時における出力電圧を簡単な回路構成により抑制で
きる太陽電池の出力電圧抑制装置を提供することであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、太陽電池の
直流電力を電力変換器により変換して負荷に供給すると
共に商用電力系統に連系する太陽光発電システムにおい
て、太陽電池と電力変換器の間に太陽電池に対して並列
に電圧抑制手段を備えることを特徴とする、太陽電池の
出力電圧抑制装置である。
【0010】
【作用】太陽電池から取り出す電力が必要電力若しくは
最大電力以下で、出力電圧が基準電圧より高くなった場
合、例えば太陽電池の出力に対して並列に接続される定
電圧ダイオードで制御される電力消費回路により電流を
バイパスさせて太陽電池の出力電圧を低下させる。
【0011】
【発明の効果】この発明によれば、簡単な回路構成によ
り電気機器を構成する素子の不必要な耐圧を確保する必
要はなくなり、太陽光発電システムの設計が容易にな
る。また、太陽電池の動作範囲が小さく出来、最大電力
点追尾の制御も容易に行うことができる。
【0012】この発明の上述の目的,その他の目的,特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明により一層明らかとなろう。
【0013】
【実施例】この発明の一実施例である出力電圧抑制装置
10を備えた太陽光発電システム12を図1〜図3に基
づき、以下に説明する。この太陽光発電システム12
は、図3に示す特性を有した太陽電池14、電圧型電流
制御方式のインバータ16およびこのインバータ16を
保護するために太陽電池14に並列に接続される電力消
費回路18を含み、商用電力系統20と連系して使用さ
れる。また、配電線22には各種の家電製品等の負荷2
4が接続されている。
【0014】太陽電池14は、図2に示すように複数の
太陽電池セル14a、14b、…および14nを直列接
続して単位ユニット14A、14B、…および14Nを
構成し、これらの単位ユニット14A,14B,…14
Nを複数個直列に接続して太陽電池パネルPを構成して
いる。この実施例では、太陽電池14は3枚の太陽電池
パネルPを直列接続している。また、各太陽電池セル1
4a…、各単位ユニット14A…および各太陽電池パネ
ルPには定電圧ダイオード26…、28…、および30
…、を並列に接続し、例えば太陽電池セル14aが破損
しても単位ユニット14Aが機能するように保護してい
る。
【0015】なお、この太陽電池14としては実施例の
ように複数枚の太陽電池パネルPを直列接続して構成す
るもの以外に、直列に接続される複数個の太陽電池セル
で構成しても、あるいは複数個の単位ユニットで構成し
てもよい。インバータ16は、太陽電池14の出力する
直流電力を100Vrmsの交流電力に変換して負荷2
4に供給する。その際、インバータ16では、太陽電池
14の発電電力を略最大限に利用するために、最大電力
点追尾制御(MPPT制御)または入力電圧一定制御が
行われる。このインバータ16の入力耐電圧は、温度2
5℃であり日射量が1000W/m2 のとき、太陽電池
14の開放電圧、255Vを基準電圧として、その基準
電圧より若干の余裕分だけ高い電圧に設定されている。
インバータ16以外に、太陽電池14に接続される電力
変換機器としては、例えば12VにするためのDC−D
Cコンバータとか、単純に直流モータを接続することも
できる。すなわち、モータの場合には、入力電圧をある
程度に抑えることで、軽負荷時にモーターの入力電圧が
上昇して破損するのを防止できる。
【0016】電力消費回路18は、トランジスタ32と
このトランジスタ32のベースに接続されて所定電圧以
上、例えば280〜300Vの範囲で導通してトランジ
スタ32をオンせしめる定電圧ダイオードとしてのツェ
ナーダイオード34を含み、更にトランジスタ32のコ
レクタとエミッタには夫々抵抗36および38を接続し
ている。
【0017】次に上述した実施例の太陽光発電システム
の動作について説明すると、トランジスタ32は、常時
はオフ状態であり、太陽電池14とインバータ16とを
電気的に接続して負荷24に給電を行う。そして、太陽
電池14の出力電圧が、通常の使用環境の下で予想され
る最大電圧である基準電圧を超えたときに、ツェナーダ
イオード34が導通してトランジスタ32がオン状態と
なり、太陽電池14からトランジスタ32に電流が流れ
て抵抗36および38で太陽電池14の発電電力の一部
が消費され、その結果太陽電池14の出力電圧が低下す
る。
【0018】このように電力消費回路18の動作によ
り、太陽光発電システム12において、太陽電池14の
出力電圧が所定電圧以下に抑制され、インバータ16の
破損が防止される。また、太陽電池14が無負荷に近い
状態において、異常気象に起因して太陽電池14の温度
が予想外の低温になって出力電圧が基準電圧を超えたと
しても、インバータ16の破損は起こらない。さらに、
常時はインバータ16により太陽電池14の出力電圧を
その時点の最適動作電圧の近辺に保つ出力制御が行われ
るので、たとえ太陽電池14の温度が低い場合でも、太
陽電池14とインバータ16との接続状態が保たれ、太
陽電池14の発電電力が有効に利用される。
【0019】なお、図3(a)から明らかなように、太
陽電池14の出力電圧の上限を260Vとする場合に
は、日射量が1000W/m2 のとき、抵抗36と38
の合成抵抗RLによって235W(=260V×0.9
A)の電力を消費すればよいから、その抵抗値は約29
0Ω(=260/0.9)とすればよい。以上のよう
に、この発明の実施例によれば、インバータ16等の電
気機器の入力耐電圧を超えない範囲で、太陽電池14の
発電電力が電気機器に供給されるので、電気機器の破損
が防止されると共に、太陽電池14の出力電圧に係わら
ず太陽光発電システム12による給電を行うことがで
き、太陽電池14の発電電力を有効に利用することがで
きる。また、気温の異常低下などに起因して太陽電池1
4の温度が予想外の低温になった場合でも、インバータ
16などの電気機器にはその耐電圧を超える電圧が加わ
ることがないので、スイッチング素子などの部品の耐電
圧を通常の使用環境における最低限の値に設定すればよ
く、高耐圧化による部品価格のアップ、機器の大型化、
スイッチング効率などの性能の低下を抑えることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す太陽光発電システム
の回路ブロック図である。
【図2】図1における太陽電池の構成を示す図解図であ
る。
【図3】(a)および(b)は太陽電池の出力特性の一
例を示すグラフである。
【符号の説明】
10…出力電圧抑制装置 12…太陽光発電システム 14…太陽電池 16…インバータ 18…電力消費回路 20…商用電力系統 22…配電線 24…負荷 32…トランジスタ 34…ツェナーダイオード(定電圧ダイオード) 36、38…抵抗

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】太陽電池の直流電力を電力変換器により変
    換して負荷に供給すると共に商用電力系統に連系する太
    陽光発電システムにおいて、 前記太陽電池と前記電力変換器の間に前記太陽電池に対
    して並列に電圧抑制手段を備えることを特徴とする、太
    陽電池の出力電圧抑制装置。
  2. 【請求項2】前記電圧抑制手段は、定電圧ダイオードで
    制御される電力消費回路を含む、請求項1記載の太陽電
    池の出力電圧抑制装置。
  3. 【請求項3】前記電力消費回路は半導体素子もしくは前
    記半導体素子および電力消費用の抵抗を含む、請求項2
    記載の太陽電池の出力電圧抑制装置。
  4. 【請求項4】前記定電圧ダイオードの規定電圧は、前記
    太陽電池の最大電力が得られる電圧よりも高いところに
    設定される、請求項2または3記載の太陽電池の出力電
    圧抑制装置。
  5. 【請求項5】前記所定電圧は280〜300Vの範囲を
    含む、請求項4記載の太陽電池の出力電圧抑制装置。
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