JP2002354677A - 太陽光発電用パワーコンディショナ - Google Patents

太陽光発電用パワーコンディショナ

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Masahide Yamaguchi
雅英 山口
Shinya Yokoyama
晋也 横山
Takashi Takuma
隆史 詫間
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Japan Storage Battery Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 自立運転時でも太陽電池から最大電力を取り
出すことが可能な太陽光発電用パワーコンディショナを
提供する。 【解決手段】 蓄電池２１の出力電力を双方向チョッパ
１４を介してインバータ１３の入力側に与えるように構
成されている。従って、連系運転時と同様に太陽電池２
０から最大電力Ｐmaxを取り出すことが可能になる。ま
た、蓄電池２１からの直流電力は、双方向チョッパ１４
を介してインバータ１３側に与えられ、その双方向チョ
ッパ１４の出力電圧をインバータ１３の出力電圧の波高
値以上の一定値となるように制御すればよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光発電用パワ
ーコンディショナに関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽光発電用パワーコンディショナは、
太陽電池で発電された直流電力を最大限取り出して交流
電力に変換し、例えば商用電源等の電力系統と連系する
ことで、その電力系統に連なる負荷（例えば、テレビ、
エアコン、冷蔵庫等の負荷群）に対して安定した電力供
給を行うための機器である。より詳しくは、図２に示す
ように、太陽光発電用パワーコンディショナ１は、例え
ば太陽電池２からの出力を所定の直流電圧に変換するＤ
Ｃ／ＤＣコンバータ３と、そのＤＣ／ＤＣコンバータ３
からの出力を交流電力に変換するインバータ４とを備え
る。インバータ４の出力側には電力系統５に接続された
負荷６が接続され、電力系統５とインバータ４との双方
から電力が供給されるようになっている。
【０００３】ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は太陽電
池２からの出力電力が最大となる入力電圧で運転される
（最大電力追従制御）。一方、インバータ４の出力は電
力系統５に連なるから、その出力電圧は系統に等しくな
る。この結果、太陽電池２からの出力電力が負荷６にお
ける消費電力に満たない場合は、不足電力が電力系統５
によって補われ、消費電力よりも多い場合は余剰電力が
電力系統５側に供給される。これにて太陽電池２から最
大出力を取り出しつつ、負荷６に対して安定した電力供
給を行うことができる。
【０００４】また、停電時でも例えば防災負荷７等に安
定した電力供給を可能にするために、同図に示すように
電力系統５の停電を検出する停電検出回路８と、蓄電池
９と、停電時に蓄電池９の出力をパワーコンディショナ
１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力に与えるよう開閉動
作を行う蓄電池接続用開閉器１０とが設けられている。
これにより、災害発生等で電力系統５が停電したときに
も、太陽電池２と蓄電池９とで前記防災負荷７に電力を
供給する自立運転が可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記構成の
パワーコンディショナでは、自立運転時においては最大
電力追従制御が不可能になって、太陽電池２から最大電
力を取り出すことができないという問題があった。その
理由を図３に示した太陽電池２の特性と出力関係を示し
たグラフを参照しつつ説明する。連系運転時には、イン
バータ４の出力側は電力系統５に連なっていて出力電圧
は電力系統５の電圧に等しくなり、インバータ４の入力
電圧すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧はイン
バータ４によって決定される。このため、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータ３は、その入力電圧を太陽電池２から最大電力
が取り出せる電圧とする最大電力追従制御を行うことが
できる。
【０００６】ところが、自立運転時には、蓄電池接続用
開閉器１０が閉じられて、蓄電池９の出力側がＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ３の入力側に接続される。このため、ＤＣ
／ＤＣコンバータ３の入力側が蓄電池９の出力電圧Vbに
支配されることになる。これは同時に、ＤＣ／ＤＣコン
バータ３の入力側に連なる太陽電池２の出力電圧Voutも
蓄電池の電圧Vbに支配されることを意味する。従って、
例えば太陽電池２への日射量が変化して最大電力を出力
できる電圧が変化しても、これに追従してＤＣ／ＤＣコ
ンバータ３の入力電圧を調整することができず、結局、
最大電力追従制御が不能になって太陽電池２の能力を十
分に生かすことができなくなるのである。
【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、自立運転時でも太陽電池から最大電力
を取り出すことが可能な太陽光発電用パワーコンディシ
ョナを提供するところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明に係る太陽光発電用パワーコンディ
ショナは、太陽電池からの出力電力が最大となる入力電
圧で運転して電圧を変換する第１のＤＣ／ＤＣコンバー
タと、この第１のＤＣ／ＤＣコンバータからの直流電力
を交流電力に変換して負荷側に供給するインバータと、
充電装置により充電される蓄電池からの直流電力を前記
インバータの入力側であって前記第１のＤＣ／ＤＣコン
バータの出力側に所定の直流電圧に変換して出力する第
２のＤＣ／ＤＣコンバータとを備えたところに特徴を有
する。
【０００９】請求項２の発明に係る太陽光発電用パワー
コンディショナは、太陽電池からの出力電力が最大とな
る入力電圧で運転して電圧を変換する第１のＤＣ／ＤＣ
コンバータと、この第１のＤＣ／ＤＣコンバータからの
直流電力を交流電力に変換して負荷側に供給するインバ
ータと、充電装置により充電される蓄電池からの直流電
力をインバータの入力側であって第１のＤＣ／ＤＣコン
バータの出力側に所定の直流電圧に変換して出力する第
２のＤＣ／ＤＣコンバータと、電力系統の停電を検出す
る停電検出回路と、第１及び第２のＤＣ／ＤＣコンバー
タ及びインバータを制御する制御手段とを備え、制御手
段は、常には電力系統と連系しつつその電力系統に連な
る負荷に電力を供給するように第１のＤＣ／ＤＣコンバ
ータ及びインバータを制御すると共に第２のＤＣ／ＤＣ
コンバータを停止させる連系運転を行い、停電検出回路
から電力系統の停電を検出した停電検出信号を受けたと
きには両ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータを運転し
て第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧がインバータ
に必要な入力電圧となるように制御するところに特徴を
有する。
【００１０】
【発明の作用及び効果】＜請求項１の発明＞請求項１の
発明によれば、蓄電池からの出力を太陽電池に連なる第
１のＤＣ／ＤＣコンバータの入力側ではなく、第２のＤ
Ｃ／ＤＣコンバータを介してインバータの入力側に与え
るようにしたから、従来のパワーコンディショナのよう
に第１のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧が蓄電池の出
力電圧に支配されることがなくなる。従って、第１のＤ
Ｃ／ＤＣコンバータを、常に太陽電池から最大電力を取
り出すことができる入力電圧とする最大電力追従制御に
よって運転することが可能になり、太陽電池の発電能力
を効率的に利用することができる。また、蓄電池からの
直流電力は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して所定
の直流電圧に変換してインバータの入力側に与えられる
ことになる。
【００１１】＜請求項２の発明＞請求項２の発明によれ
ば、電力系統と連係して太陽電池を運転する場合、第２
のＤＣ／ＤＣコンバータは停止させておいて、従来の太
陽光発電用パワーコンディショナと同様に運転される。
すなわち、第１のＤＣ／ＤＣコンバータは太陽電池から
の出力電力が最大となるように最大電力追従制御され
る。インバータの出力は電力系統に連なるから、その出
力電圧は系統に等しくなる。この結果、太陽電池からの
出力電力が負荷における消費電力に満たない場合は、不
足電力が電力系統によって補われ、消費電力よりも多い
場合は余剰電力が電力系統側に供給される。これにて太
陽電池から最大出力を取り出しつつ、負荷に対して安定
した電力供給を行うことができる。
【００１２】一方、電力系統が停電して自立運転が行わ
れるときには、第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、連係運
転時と同様に、太陽電池出力を最大にするように入力を
決める。このとき、第２のＤＣ／ＤＣコンバータも運転
され、インバータの入力電圧を定め、蓄電池からの電力
をインバータに供給する。従って、自立運転時にも太陽
電池は最大出力となるように運転され、発電能力を十分
に生かすことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１によっ
て説明する。図１は、本実施形態に係るパワーコンディ
ショナ１１を含めた太陽光発電システムの構成図であ
る。パワーコンディショナ１１は、第１のＤＣ／ＤＣの
コンバータに相当する昇圧チョッパ１２と、インバータ
１３と、第２のＤＣ／ＤＣのコンバータに相当する双方
向チョッパ１４と、停電検出回路１５とを備える。
【００１４】これらのうち昇圧チョッパ１２は、太陽電
池２０からの入力ラインに電流・電圧センサ１２Ａを設
けると共に、この電流・電圧センサ１２Ａからの信号を
受けて昇圧チョッパ１２が有するスイッチング素子を制
御する制御回路１２Ｂを備えており、太陽電池２０から
の電流・電圧の積が最大になるようにスイッチング素子
の動作を制御することができる。
【００１５】一方、インバータ１３は昇圧チョッパ１２
からの直流電力を交流電力に変換する。インバータ１３
の出力側は図示しない開閉器を介して電力系統２２（例
えば、ＡＣ２００Ｖの商用電源）に連なる電力ラインＬ
１と、自立負荷２４に連なる電力ラインＬ２とに選択的
に接続される。また、停電検出回路１５は、例えば前記
電力ラインＬ１の電圧を検出し、これに基づいて電力系
統２２の停電状態を検出する構成となっている。
【００１６】双方向チョッパ１４は蓄電池２１からの出
力をインバータの入力側の電力を昇圧又は降圧して蓄電
池２１に出力するもので、停電検出回路１５からの検出
信号を受けたときに動作を開始し、蓄電池２１からの直
流電力を、一定になるように制御する。
【００１７】次に本実施形態に係るパワーコンディショ
ナ１１の動作について説明する。 ＜連系運転時＞太陽電池２０からの直流出力は、昇圧チ
ョッパ１２にて例えばＤＣ３００Ｖの直流電圧に昇圧さ
れ、インバータ１３にてＡＣ２００Ｖ（実効値）の交流
電力に変換されて電力ラインＬ１を介して出力され、電
力系統２２と連係しつつ負荷２３に交流電力が供給され
る。このとき、太陽電池２０の出力電力が負荷２３の消
費電力よりも少ない場合にはその不足分が電力系統２２
によって補われる。一方、太陽電池２０からの出力電力
が負荷２３の消費電力よりも多い場合には電力系統２２
に余剰電力が逆潮流する。
【００１８】ここで、昇圧チョッパ１２は太陽電池２０
からの出力電力が最大となるように最大電力追従制御に
よって運転される。インバータ１３の出力は電力系統２
２に連なるから、その出力電圧は系統２２に等しくな
る。なお、このとき双方向チョッパ１４は運転が停止さ
れ、無用なロスの発生が抑制される。
【００１９】＜自立運転時＞一方、停電検出回路１５に
より電力系統２２の停電状態が検出されたときには、停
電検出回路１５から検出信号が出力されて、制御回路に
より双方向チョッパ１４の運転が開始されると共に、イ
ンバータ１３の出力側が電力ラインＬ２を介して例えば
負荷電圧１００Ｖの自立負荷２４に接続される。これよ
り太陽電池２０からの出力電力が自立負荷２４の消費電
力よりも少ない場合にその不足分が蓄電池２１から補わ
れ、多い場合には蓄電池２１側に余剰電力が充電される
いわゆる自立運転が行われることになる。
【００２０】ここで、本実施形態では、蓄電池２１の出
力電力を双方向チョッパ１４を介してインバータ１３の
入力側に与えるように構成されている。従って、従来の
構成のように、太陽電池２０からの出力電圧Voutが蓄電
池２１の出力電圧Vbに支配されるといったことはなく、
上述した連系運転時と同様に太陽電池２０から最大電力
Ｐmaxを取り出すことが可能になる。また、蓄電池２１
からの直流電力は、双方向チョッパ１４を介してインバ
ータ１３側に与えられ、その双方向チョッパ１４の出力
電圧をインバータ１３の出力電圧の波高値以上の一定値
となるように制御する。従って、インバータ１３の入力
電圧は常に一定に保持されるので、昇圧チョッパ１２の
入力電圧すなわち太陽電池２０の出力電圧は制御回路１
２Ｂが自由に制御することができ、結局、連係運転時と
同様に、太陽電池２０からの出力電力が最大となるよう
に昇圧チョッパ１２を最大電力追従制御することができ
る。
【００２１】＜他の実施形態＞本発明は、前記実施形態
に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するよ
うな実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、
下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実
施することができる。
【００２２】（１）上記実施形態では、太陽光発電シス
テムを構成するパワーコンディショナについて説明した
が、これに限らず、例えば昇圧チョッパ１２と、インバ
ータ１３と、双方向チョッパ１４と、それらを制御する
制御回路（図示せず）と、停電検出回路１５とからな
り、電力系統と連系することなく常時蓄電池とともに協
働で負荷に給電するものであってもよい（請求項１の発
明に相当する）。
【００２３】（２）上記実施形態では、第１のＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータとして昇圧チョッパ１２を例に挙げて説明
したが、太陽電池２０から最大電力Ｐmaxに対応する任
意の出力電圧Vmを所定の直流電圧に変換して出力するも
のであれば、例えば降圧チョッパ等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るパワーコンディショ
ナを含んだ太陽光発電システムの構成図
【図２】従来のパワーコンディショナを含んだ太陽光発
電システムの構成図
【図３】太陽電池の特性と出力関係を示したグラフ
【符号の説明】
１１…パワーコンディショナ １２…昇圧チョッパ（第１のＤＣ／ＤＣコンバータ） １３…インバータ １４…双方向チョッパ（第２のＤＣ／ＤＣコンバータ） １５…停電検出回路 ２０…太陽電池 ２１…蓄電池 ２２…電力系統 ２３…負荷 ２４…自立負荷
フロントページの続き (72)発明者 詫間 隆史 京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町１番地 日本電池株式会社内 Ｆターム(参考） 5G066 HA30 HB06 HB09 JA02 JA07 JB03 5H007 AA12 BB05 BB07 CB00 CC03 CC12 DA05 DA06 DC02 DC04 DC05 5H420 BB12 BB13 CC03 CC06 DD03 EB16 EB37 EB39 FF03 FF04 LL03

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 太陽電池からの出力電力が最大となる入
    力電圧で運転して電圧を変換する第１のＤＣ／ＤＣコン
    バータと、この第１のＤＣ／ＤＣコンバータからの直流
    電力を交流電力に変換して負荷側に供給するインバータ
    と、充電装置により充電される蓄電池からの直流電力を
    前記インバータの入力側であって前記第１のＤＣ／ＤＣ
    コンバータの出力側に所定の直流電圧に変換して出力す
    る第２のＤＣ／ＤＣコンバータとを備えてなる太陽光発
    電用パワーコンディショナ。
  2. 【請求項２】 太陽電池からの出力電力が最大となる入
    力電圧で運転して電圧を変換する第１のＤＣ／ＤＣコン
    バータと、この第１のＤＣ／ＤＣコンバータからの直流
    電力を交流電力に変換して負荷側に供給するインバータ
    と、充電装置により充電される蓄電池からの直流電力を
    前記インバータの入力側であって前記第１のＤＣ／ＤＣ
    コンバータの出力側に所定の直流電圧に変換して出力す
    る第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、電力系統の停電を検
    出する停電検出回路と、前記第１及び第２のＤＣ／ＤＣ
    コンバータ及び前記インバータを制御する制御手段とを
    備え、前記制御手段は、常には前記電力系統と連系しつ
    つその電力系統に連なる負荷に電力を供給するように前
    記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記インバータを制
    御すると共に前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを停止さ
    せる連系運転を行い、前記停電検出回路から前記電力系
    統の停電を検出した停電検出信号を受けたときには前記
    両ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータを運転して前記
    第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が前記インバー
    タに必要な入力電圧となるように制御することを特徴と
    する太陽光発電用パワーコンディショナ。
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