JP2002319687A - 融雪機能を備えた太陽光発電システム - Google Patents

融雪機能を備えた太陽光発電システム

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JP2002319687A
JP2002319687A JP2001122627A JP2001122627A JP2002319687A JP 2002319687 A JP2002319687 A JP 2002319687A JP 2001122627 A JP2001122627 A JP 2001122627A JP 2001122627 A JP2001122627 A JP 2001122627A JP 2002319687 A JP2002319687 A JP 2002319687A
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power
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JP2001122627A
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Yoshiharu Segawa
嘉晴 瀬川
Katsuro Oishi
勝朗 大石
Shunji Shimizu
俊二 清水
Hidetaka Muneyoshi
秀孝 宗吉
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Furukawa Electric Co Ltd
Sharp Corp
Sharp Energy Solutions Corp
Furukawa Engineering and Construction Inc
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Sharp Corp
Sharp Amenity Systems Corp
Furukawa Engineering and Construction Inc
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電できる状態にある太陽電池モジュールの
出力を利用して効率的に融雪を行うことができる太陽電
池発電システムを提供すること。 【解決手段】 雪が積もっていないとき、各太陽電池モ
ジュール群A1〜A3が出力する直流電力は、インバー
タ/コンバータ3a〜3cにより交流に変換され負荷6
に供給され、余った電力は商用電源7に売電される。雪
が積もっている場合には、まず、商用電源7から供給さ
れる電力を太陽電池モジュール群A1に供給して発熱さ
せ、融雪を行う。太陽電池モジュール群A1上の雪が融
雪されると、太陽電池モジュール群A1の出力を太陽電
池モジュール群A2に供給し、同様に融雪を行う。太陽
電池モジュール群A2の雪が融雪されると、太陽電池モ
ジュール群A1の出力を交流電力に変換して出力すると
ともに、太陽電池モジュール群A2の出力を太陽電池モ
ジュール群A3に供給し、融雪を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池を用いた発
電システムに関し、さらに詳細には、太陽電池に直流電
力を供給して、降雪時、太陽電池の表面温度を上昇さ
せ、融雪を行う融雪機能を備えた太陽光発電システムに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、環境汚染公害の問題がないクリー
ンなエネルギー源として、太陽光発電システムが開発さ
れ実用化されている。しかし、太陽電池アレイ上に雪が
積もると発電ができないため、積雪地帯においては冬季
に十分な活用をすることができない。このため、太陽電
池アレイに融雪用のヒータを設けたり、太陽電池モジュ
ールに電気を供給して太陽電池モジュールを発熱させる
等して融雪を行う太陽電池発電システムも提案されてい
る(例えば特開平8−340649号公報、特開平10
−140772号公報等参照)。また、積雪地帯におい
て雪下ろしは危険を伴う多大な労力を必要とする作業で
あり、太陽電池発電システムが融雪機能を備えていれ
ば、冬季における太陽電池発電システムの利用効率が増
加するとともに、上記危険で多大な労力を必要とする雪
下ろし作業も不要となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の融雪機能を備え
た太陽電池システムにおいては、融雪を行っている際に
は発電することができず、太陽電池アレイ上の一部の雪
がなくなり、発電できる状態にある太陽電池モジュール
があっても、この太陽電池モジュールは有効利用されな
かった。本発明は上記従来技術の問題点を解決するため
になされたものであって、融雪を行っている際にも、発
電できる状態にある太陽電池モジュールを有効活用する
ことができ、この太陽電池モジュールの出力を利用して
効率的に融雪を行うことができる太陽電池発電システム
を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
課題を次のようにして解決する。 (1)複数の太陽電池モジュールからなる太陽電池と、
発電運転時、太陽電池が発生する直流電力を交流電力に
変換するとともに、融雪運転時、上記太陽電池に直流電
力を供給する電力変換器とを備えた太陽光発電システム
において、複数の太陽電池モジュールからなる太陽電池
を複数の領域に分割し、各領域に属する太陽電池モジュ
ール群毎に順番に直流電力を供給して融雪を行う。上記
構成とすることにより、融雪を行っている際にも、融雪
が終わり発電できる状態にある太陽電池モジュールによ
り発電を行うことが可能となる。また、融雪時、全太陽
電池モジュールに電力を供給する必要がないので、他の
同一施設内の電気設備の電気使用量の状況を判断しなが
ら融雪機能への電気供給を調整することもできる。さら
に、上記(1)において、発電時と、融雪時で直列に接
続する太陽電池モジュール数を変え、融雪運転時、各太
陽電池モジュールに印加される電圧を、発電運転時に各
太陽電池モジュールが発生する電圧より上昇させ、太陽
電池モジュールの表面温度を上昇させることにより、効
果的に融雪を行うことができる。 (2)上記(1)において、融雪が完了した領域の太陽
電池モジュール群が発生する電力を、融雪が完了してい
ない領域の太陽電池モジュール群に供給し融雪を行う。
上記構成とすることにより、融雪が完了した太陽電池モ
ジュールの発電力を利用して他の太陽電池モジュール群
の融雪を行うことができ、融雪のために、商用電源から
供給する電力量を減少させることができる。また、融雪
が完了した領域の太陽電池モジュール群が発生する電力
を、交流に変換することなく直流部分で、他の太陽電池
モジュール群に供給すれば、電力変換器を動作させるこ
となく、融雪を行うことができる。 (3)上記(1)(2)において、電力変換器を、上記
各領域の太陽電池モジュール群に対応させて設け、融雪
が完了した領域の太陽電池モジュール群が発生する直流
電力を交流電力に変換する。上記構成とすることによ
り、融雪中であっても、融雪が完了した太陽電池モジュ
ールの発電力を外部に供給して利用することができる。
【0005】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施例の太陽電池
発電システムの全体構成を示す図である。図1におい
て、1は太陽電池アレイであり、太陽電池アレイ1は複
数の太陽電池モジュールから構成され、太陽電池モジュ
ールは複数の群に分割されている。なお、以下の例で
は、太陽電池モジュールをA1,A2,A3の3群に分
割する場合について説明するが、太陽電池モジュール
は、2以上の任意の数に分割することができる。また、
各太陽電池モジュール群が出力する電圧が略等しけれ
ば、分割された各群に属する太陽電池モジュール数が必
ずしも等しい数である必要はない。
【0006】各太陽電池モジュール群A1,A2,A3
には、例えば温度センサからなる融雪センサS1,S
2,S3が取り付けられている。太陽電池モジュール群
A1は第1の接続部2aを介して、インバータ/コンバ
ータ3aに接続され、太陽電池モジュール群A2は第2
の接続部2bを介して、インバータ/コンバータ3bに
接続され、太陽電池モジュール群A3は第3の接続部2
cを介して、インバータ/コンバータ3cに接続されて
いる。上記各接続部2a〜2cは接続箱2内に収納さ
れ、また、上記インバータ/コンバータ3a〜3cはパ
ワーコンディショナ3内に収納されている。4は降雪セ
ンサ、5はシステムコントローラであり、システムコン
トローラ5には、降雪センサ4および前記融雪センサS
1〜S3からの信号が入力され、これらの信号に基づき
システムコントローラ5は、後述するように接続部2a
〜2cにおける接続状態、インバータ/コンバータ3a
〜3cの動作を制御する。
【0007】次に本実施例の太陽光発電システムの動作
の概要を説明する。図1において、太陽電池アレイ1上
に雪が積もっておらず、各太陽電池モジュール群A1〜
A3が発電モードで動作しているときには、各太陽電池
モジュール群A1〜A3が出力する直流電力は、接続箱
2の接続部2a,2b,2cを介してパワーコントロー
ラ3の各インバータ/コンバータ3a〜3cに供給され
る。この場合、システムコントローラ5はインバータ/
コンバータ3a〜3cをインバータとして動作させ、各
インバータ/コンバータ3a〜3cは、太陽電池モジュ
ール群A1〜A3が出力する直流電力を交流に変換し、
交流電力を負荷6に供給する。また余った電力は商用電
源7に売電される。
【0008】また、太陽電池アレイ1上に雪が積もって
いる場合には、以下のように動作する。まず、システム
コントローラ5は接続部3aの接続状態を切り替えると
ともに、インバータ/コンバータ3aをコンバータとし
て動作させ、インバータ/コンバータ3b〜3cの動作
を停止させる。商用電源7から供給される交流電力は、
コンバータとして動作しているインバータ/コンバータ
3aで直流電力に変換され、接続部2aを介して、太陽
電池モジュール群A1に供給される。これにより太陽電
池モジュール群A1が発熱し、太陽電池モジュール群A
1上の雪が融雪される。太陽電池モジュール群A1上の
雪が融雪されると、システムコントローラ5は、接続部
2a,接続部2bの接続状態を切り替え、太陽電池モジ
ュール群A1による発電電力が太陽電池モジュール群A
2に供給されるようにするとともに、インバータ/コン
バータ3a〜3cの動作を停止させる。これにより、太
陽電池モジュール群A1が出力する電力により太陽電池
モジュール群A2が発熱し、太陽電池モジュール群A2
上の雪が融雪される。
【0009】太陽電池モジュール群A2上の雪が融雪さ
れると、システムコントローラ5は、接続部2a〜2c
の接続状態を切り替え、太陽電池モジュール群A2によ
る発電電力が太陽電池モジュール群A3に供給されるよ
うにする。また、インバータ/コンバータ3aをインバ
ータ動作に切り替える。その際、インバータ/コンバー
タ3b,3bは停止したままである。これにより、太陽
電池モジュール群A1が出力する直流電力は、インバー
タ動作をしているインバータ/コンバータ3aで交流電
力に変換され出力される。また、太陽電池モジュール群
A2が出力する電力により太陽電池モジュール群A3が
発熱し、太陽電池モジュール群A3上の雪が融雪され
る。太陽電池モジュール群A1〜A3上の雪が融雪され
ると、各太陽電池モジュール群A1〜A3が発電モード
で動作し、前記したように各太陽電池モジュール群A1
〜A3が出力する直流電力は、インバータ/コンバータ
3a〜3cにより交流電力に変換され、負荷6に供給さ
れる。また余った電力は商用電源7に売電される。
【0010】図2に上記接続部2a〜2cを備えた接続
箱の構成例を示す。接続部2a〜2cは同じ構成を有
し、同図に示すように、各太陽電池モジュールM1〜M
nに接続される逆流防止用ダイオードD1とスイッチS
W11の並列回路と、アレスタや過電流保護回路等の保
護装置P11と直列個数切替え回路21から構成され
る。直列個数切替え回路21は太陽電池モジュールM1
〜Mnの直列接続個数を切り替える回路である。例えば
太陽電池モジュール群A1〜A3に属する太陽モジュー
ル数がそれぞれ24個の場合、直列個数切替え回路21
は図3に示すように、発電時には12個の太陽電池モジ
ュールを直列に接続し、また、融雪時には8個の太陽電
池モジュールを直列接続する。
【0011】一般に、発電時に太陽電池モジュールが発
生する電圧をそのまま太陽電池モジュールに印加して
も、太陽電池モジュールは殆ど発熱しない。そこで、図
3に示すように融雪時に直列接続する太陽電池モジュー
ルの数を発電時より少なくする。直列接続された太陽電
池モジュール数を、図3に示すように、例えば12個か
ら8個に減少させ、融雪時に、発電時に出力する電圧と
同じ電圧を印加すれば、各太陽電池モジュールに加わる
電圧を、発電時の電圧の略1.5倍とすることができ、
各太陽電池モジュールを融雪できる程度に発熱させるこ
とができる。接続部2a〜2cの各直列個数切替え回路
21の出力は、スイッチSW1,SW2を介して接続さ
れており、融雪が終わった太陽電池モジュールの出力に
より、他の太陽電池モジュールの融雪を行う場合、上記
SW1、SW2をオンにする。
【0012】図4、図5は本実施例の動作を説明する図
であり、図2、図4、図5を参照しながら本実施例の動
作を具体的に説明する。 (1)発電モード時 太陽電池アレイ上に雪がない場合、システムコントロー
ラ5は、接続部2a〜2cのスイッチSW11をオフと
し、接続部2a〜2c間に設けられたスイッチSW1,
SW2をオフとする。また、直列個数切替え回路21に
より、太陽電池モジュールの直列接続数を前記図3
(a)に示した発電時の直列個数とする。さらに、イン
バータ/コンバータ3a〜3cをインバータ動作させ
る。これにより、各太陽電池モジュール群A1,A2,
A3の各太陽電池モジュールM1〜Mnが出力する直流
電力はダイオードD1、直列個数切替え回路21を介し
てインバータ/コンバータ3a〜3cに供給される。イ
ンバータ/コンバータ3a〜3cは各太陽電池モジュー
ル群A1,A2,A3が出力する直流電力を交流電力に
変換し、前記図1に示したように負荷6に供給する。ま
た余った電力は商用電源7に売電される。
【0013】(2)融雪モード時 降雪センサ4により降雪が検出されるとシステムコント
ローラ5は、太陽光発電システムを融雪モードに切り替
え、前記したように以下の手順で融雪を行う。 (i) システムコントローラ5は接続部2aのスイッチS
W11をオンとし、直列個数切替え回路21により、太
陽電池モジュール群A1の太陽電池モジュールの直列接
続数を前記図3(b)に示した融雪時の直列個数とす
る。また、インバータ/コンバータ3aをコンバータと
して動作させ、インバータ/コンバータ3b〜3cの動
作を停止させる。これにより、図4(a)に示すように
商用電源7から供給される交流電力は、コンバータとし
て動作しているインバータ/コンバータ3aで直流電力
に変換され、直列接続個数切替え回路21、スイッチS
W11を介して太陽電池モジュール群A1の各太陽電池
モジュールM1〜Mnに供給される。これにより太陽電
池モジュール群A1が発熱し、太陽電池モジュール群A
1上の雪が融雪される。
【0014】(ii)太陽電池モジュール群A1上の雪が融
雪されると、太陽電池モジュール群A1に取り付けられ
た融雪センサS1が出力を発生する。なお、太陽電池モ
ジュールは雪が融けたとき温度が上昇するので、上記融
雪センサS1として温度センサを用いれば、容易に融雪
を検出することができる。融雪センサS1が出力を発生
すると、システムコントローラ5は、接続部2aのスイ
ッチSW11をオフとし、直列個数切替え回路21によ
り、太陽電池モジュール群A1に属する太陽電池モジュ
ールM1〜Mnの直列接続数を前記図3(a)に示した
発電時の直列個数とする。また、インバータ/コンバー
タ3aの動作を停止させる(インバータ/コンバータ3
b〜3cは停止したままである)。さらに、接続部2b
の直列個数切替え回路により、太陽電池モジュール群A
2に属する太陽電池モジュールの直列接続数を前記図3
(b)に示した融雪時の直列個数とするとともに、接続
部2bのスイッチSW11をオンとする。また、スイッ
チSW1をオンとし、接続部2aの直列個数切替え回路
21の出力が接続部2bに供給されるようにする。これ
より、図4(b)に示すように、融雪が終わった太陽電
池モジュール群A1が出力する直流電力が、太陽電池モ
ジュール群A2に供給され、太陽電池モジュール群A2
が発熱し、太陽電池モジュール群A2上の雪が融雪され
る。
【0015】(iii) 太陽電池モジュール群A2上の雪が
融雪されると、太陽電池モジュール群A2に取り付けら
れた融雪センサS2が出力を発生する。融雪センサS2
が出力を発生すると、システムコントローラ5は、イン
バータ/コンバータ3aをインバータ動作させるとと
も、スイッチSW1をオフとする。なお、接続部2aの
スイッチSW11をオフのままであり、太陽電池モジュ
ール群A1に属する太陽電池モジュールM1〜Mnの直
列接続数は発電時の直列個数となっている。これによ
り、図5(a)に示すように太陽電池モジュール群A1
が出力する直流電力は、インバータ動作をしているイン
バータ/コンバータ3aで交流電力に変換され出力され
る。また、システムコントローラ5は、接続部2bのス
イッチSW11をオフとし、直列個数切替え回路によ
り、太陽電池モジュール群A2に属する太陽電池モジュ
ールの直列接続数を前記図3(a)に示した発電時の直
列個数とする(インバータ/コンバータ3b〜3cは停
止したままである)。さらに、接続部2cの直列個数切
替え回路により、太陽電池モジュール群A3に属する太
陽電池モジュールの直列接続数を前記図3(b)に示し
た融雪時の直列個数とするとともに、接続部2cのスイ
ッチSW11をオンとする。また、スイッチSW2をオ
ンとし、接続部2bの直列個数切替え回路の出力が接続
部2cに供給されるようにする。これにより、図5
(a)に示すように、太陽電池モジュール群A2が出力
する直流電力が太陽電池モジュール群A3に供給され、
太陽電池モジュール群A3が発熱し、太陽電池モジュー
ル群A3上の雪が融雪される。
【0016】(iv)太陽電池モジュール群A3上の雪が融
雪されると、太陽電池モジュール群A3に取り付けられ
た融雪センサS3が出力を発生する。融雪センサS3が
出力を発生すると、システムコントローラ5は、前記ス
イッチSW2をオフとする。また、接続部2cのスイッ
チSW11をオフとし、直列接続個数切替え回路21に
より、各太陽電池モジュール群A3に属する太陽電池モ
ジュールを図3(a)に示した発電時の直列個数に切り
替える。さらに、インバータ/コンバータ3b〜3cを
インバータとして動作させる。これにより、図5(b)
に示すように、各太陽電池モジュール群A1〜A3が発
電モードで動作し、前記したように各太陽電池モジュー
ル群A1〜A3が出力する直流電力は、インバータ/コ
ンバータ3a〜3cにより交流電力に変換され、負荷6
に供給される。また余った電力は商用電源7に売電され
る。
【0017】上記説明は、太陽電池アレイ1の太陽電池
モジュールが3群に分割されている場合であるが、太陽
電池モジュール群が2群に分割されている場合には、上
記(i)(ii) (iv)の順序で融雪が行われる。また、太陽電
池モジュールが3群以上に分割されている場合には、上
記(i)(ii)(iii)の動作を分割数に応じた回数だけ繰り返
し、全太陽電池モジュール群上の融雪が終わると(iv)の
動作に移る。また、上記では、太陽電池モジュール群A
1→A2→A3の順序で融雪を行う場合について説明し
たが、融雪の順序は上記順序に限定されるものではな
く、例えば太陽電池モジュール群A3→A2→A1の順
序で融雪を行ってもよい。なお、上側の太陽電池モジュ
ール群から順番に融雪を行えば、融けた水が下側に流
れ、下側の雪の滑落を早め、太陽電池モジュール群上の
雪を早期に除去できるものと期待される。これにより融
雪に要する電気使用量を削減できることも期待される。
また、上記では1群づつ融雪する場合について説明した
が、太陽電池モジュールが多数の群に分割されている場
合には、同一施設内の電気設備の電気使用量の状況を判
断しながら、融雪時、太陽電池モジュール群への電気供
給を調整するようにしてもよい。すなわち、システムコ
ントローラ5に同一施設内の電気使用量を入力し、シス
テムコントローラ5が、同一施設内の電気設備の電気使
用量が多い場合には、一度に融雪する太陽電池モジュー
ル群の群数を少なくして商用電源からの電力供給量を少
なくし、また、電気使用量が少ない場合には、一度に融
雪する太陽電池モジュール群の数を増加させるようにす
る。これにより、電力事情に応じた融雪を行うことがで
きる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、以下の効果を得ることができる。 (1)複数の太陽電池モジュールからなる太陽電池を複
数の領域に分割し、各領域に属する太陽電池モジュール
群毎に順番に直流電力を供給して融雪を行うので、融雪
を行っている際にも、融雪が終わり発電できる状態にあ
る太陽電池モジュールにより発電を行うことが可能とな
る。また、融雪時、全太陽電池モジュールに電力を供給
する必要がないので、他の同一施設内の電気設備の電気
使用量の状況を判断しながら融雪機能への電気供給を調
整することができる。 (2)融雪が完了した領域の太陽電池モジュール群が発
生する電力を、融雪が完了していない領域の太陽電池モ
ジュール群に供給し融雪を行うことにより、融雪が完了
した太陽電池モジュールの発電力を利用して他の太陽電
池モジュール群の融雪を行うことができ、融雪のため
に、商用電源から供給する電力量を減少させることがで
きる。 (3)電力変換器を、上記各領域の太陽電池モジュール
群に対応させて設け、融雪が完了した領域の太陽電池モ
ジュール群が発生する直流電力を交流電力に変換するこ
とにより、融雪中であっても、融雪が完了した太陽電池
モジュールの発電力を外部に供給して利用することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の太陽光発電システムの全体構
成を示す図である。
【図2】接続箱の構成例を示す図である。
【図3】直列個数切替え回路による太陽電池モジュール
の接続切替えを説明する図である。
【図4】融雪時における動作を説明する図(1)であ
る。
【図5】融雪時における動作を説明する図(2)であ
る。
【符号の説明】
1 太陽電池アレイ 2 接続箱 2a〜2c 接続部 3 パワーコンディショナ 3a〜3c インバータ/コンバータ 4 降雪センサ 5 システムコントローラ 6 負荷 7 商用電源 A1〜A3 太陽電池モジュール群 S1〜S3 融雪センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599118388 シャープアメニティシステム株式会社 大阪府大阪市平野区加美南4丁目3番41号 (72)発明者 瀬川 嘉晴 東京都千代田区丸の内二丁目6番1号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 大石 勝朗 東京都大田区羽田四丁目3番1号 古河総 合設備株式会社内 (72)発明者 清水 俊二 東京都大田区羽田四丁目3番1号 古河総 合設備株式会社内 (72)発明者 宗吉 秀孝 大阪府大阪市平野区加美南四丁目3番41号 シャープアメニティシステム株式会社内 Fターム(参考) 5F051 BA05 JA01 JA11 KA02 KA05 KA08 KA10

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の太陽電池モジュールからなる太陽
    電池と、 発電運転時、太陽電池が発生する直流電力を交流電力に
    変換するとともに、融雪運転時、上記太陽電池に直流電
    力を供給する電力変換器とを備えた太陽光発電システム
    であって、 複数の太陽電池モジュールからなる太陽電池を複数の領
    域に分割し、各領域に属する太陽電池モジュール群毎に
    順番に直流電力を供給して融雪を行うことを特徴とする
    融雪機能を備えた太陽光発電システム。
  2. 【請求項2】 融雪が完了した領域の太陽電池モジュー
    ル群が発生する電力を、融雪が完了していない領域の太
    陽電池モジュール群に供給し融雪を行うことを特徴とす
    る請求項1の融雪機能を備えた太陽光発電システム。
  3. 【請求項3】 電力変換器を、上記各領域の太陽電池モ
    ジュール群に対応させて設け、融雪が完了した領域の太
    陽電池モジュール群が発生する直流電力を交流電力に変
    換することを特徴とする請求項1または請求項2の融雪
    機能を備えた太陽光発電システム。
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Cited By (10)

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