JP2003284355A

JP2003284355A - 太陽光発電システム

Info

Publication number: JP2003284355A
Application number: JP2002083926A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoshitake; 晃吉武; Hiroaki Koshin; 博昭小新; Kiyoshi Goto; 潔後藤; Shinichiro Okamoto; 信一郎岡本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2003-10-03
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP4039097B2

Abstract

(57)【要約】【課題】入力過電流を防止でき、且つコストを抑えたイ
ンバータを備えた、太陽光発電システムを提供する。【解決手段】この太陽光発電システムは、太陽電池１
と、インバータ３及び系統連系保護装置４を有する太陽
光パワーコンディショナ２と、商用電源５とからなり、
インバータ３は、太陽電池電圧値を検出する入力電圧検
出回路１０と、インバータ３の出力電圧値を検出する出
力電圧検出回路１１と、前記インバータの出力電流値を
検出する出力電流検出回路１２と、出力電圧検出回路１
１からの電圧値と出力電流検出回路１２からの電流値と
を乗じた後、入力電圧検出回路１０からの電圧値で除し
た値から、インバータの入力電流値を求め、該インバー
タの入力電流値が、前記インバータの定格入力電流値よ
り大きくなった場合には異常を検出しインバータを停止
させる異常検出手段とを備えたものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池を用いて
発電する分散電源と商用電源とで系統連系を行なうよう
にし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】従来の太陽光発電システムを、図９を用
いて説明する。図９は、太陽光発電システムの構成を示
すブロック図である。この太陽光発電システムは、太陽
電池１と、太陽電池１が出力する直流出力を交流出力へ
変換するインバータ３及び系統連系保護装置４を有する
太陽光パワーコンディショナ２と、太陽光パワーコンデ
ィショナ２と連系して負荷（図示せず）へ電力を供給す
る商用電源５とからなる。

【０００３】インバータ３は、さらに、太陽電池１から
の入力電流値を検出する入力電流検出回路９と、太陽電
池１からの入力電圧値を検出する入力電圧検出回路１０
と、前記交流出力の電圧値を検出する出力電圧検出回路
１１と、前記交流出力の電流値を検出する出力電流検出
回路１２と、ＣＰＵ８とからなる制御回路７と、電力変
換用のパワー回路６とから構成される。

【０００４】インバータ３は、日射量／温度等の変化に
対して変動する太陽電池１の出力を常に最大とする、最
大出力動作点追尾制御（以下ＭＰＰＴ制御と略す。ＭＰ
ＰＴ：Maximum Power Point Tracking）を行っている。
図１０を用いてＭＰＰＴ制御について詳説する。インバ
ータ３の入力源である太陽電池１は、図１０に示すよう
な太陽電池電圧−出力電力特性（ａ１〜ａ３）及び太陽
電池電圧−太陽電池電流特性（ｂ１〜ｂ３）を持ち、日
射量やパネル面温度等により刻々とその特性を変化させ
る。ＭＰＰＴ制御は、現在の太陽電池の状況に合わせ
て、その動作点が常に最大出力電力（ｃ１〜ｃ３）とな
るよう追従して制御するものである。

【０００５】太陽電池特性は、単結晶や多結晶やアモル
ファス等の太陽電池の種類や、設置場所の制約による太
陽電池モジュールの接続方法（直並列数）等により変化
するため、同一定格電力の太陽電池であっても、高電圧
−小電流タイプや低電圧−大電流タイプなど、定格出力
電流値は多様な値をとり得る。一方、インバータの種類
は限られているため、太陽電池の定格出力電流値がイン
バータ定格入力電流値より大きくても接続される場合が
ある。この場合、太陽電池が定格出力可能な日射量や温
度等の条件で、インバータ３がＭＰＰＴ制御を行うと、
太陽電池出力電流値がインバータ定格入力電流値より大
きくなってしまう。また、太陽電池の誤結線時や、日射
量や温度等の条件が良好で太陽電池出力電流値が定格出
力電流値以上となった場合にも、太陽電池出力電流値が
インバータ定格入力電流値より大きくなる可能性が生じ
る。太陽電池出力電流値がインバータ定格入力電流値よ
り大きくなった場合、インバータ３は、過電流により部
品破壊等が発生する。

【０００６】上記の問題を解決するために、従来の太陽
光発電システムでは、図９に示すように、インバータ入
力過電流を防止するために、入力電流検出回路９を設置
し、常時インバータ３への入力電流値を監視し、太陽電
池出力電流値がインバータ定格入力電流値より大きくな
った場合に、発電を停止する等の保護を行っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
太陽光発電システムでは、入力過電流を防止するため
に、入力電流値を監視する入力電流センサたる入力電流
検出回路９を設置しなければならず、インバータが高価
になってしまうという問題点があった。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みて為されたもの
であって、その目的とするところは、入力過電流を防止
でき、且つコストを抑えたインバータを備えた、太陽光
発電システムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、太陽電池と、太陽電池の出力を
常に最大にする最大出力動作点追尾制御を行いながら太
陽電池の直流出力を交流出力に変換する直交変換装置で
あるインバータと、系統連系保護機能を有する系統連系
保護装置とからなる太陽光発電システムにおいて、前記
インバータは、前記太陽電池の電圧値を検出する入力電
圧検出手段と、前記交流出力の電圧値を検出する出力電
圧検出手段と、前記交流出力の電流値を検出する出力電
流検出手段と、前記出力電圧検出手段から求めた電圧値
と前記出力電流検出手段から求めた電流値とを乗じた
後、前記入力電圧検出手段から求めた電圧値で除した値
から、前記インバータの入力電流値を求め、該インバー
タの入力電流値が、前記インバータの定格入力電流値よ
り大きくなった場合には異常を検出しインバータを停止
させる異常検出手段とを備えたものとした。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１記載の発明に
おいて、前記異常検出手段は、前記インバータの変換効
率を考慮して前記インバータの入力電流値を求めるもの
とした。

【００１１】請求項３の発明は、請求項２記載の発明に
おいて、前記インバータは、インバータの出力値に対す
る変換効率特性を記憶した不揮発性記憶装置を有し、前
記異常検出手段は、前記インバータの出力値に併せて前
記インバータの変換効率を可変とするものとした。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れ
か記載の発明において、前記インバータの入力電流値
が、前記インバータの定格入力電流値近傍に近づくと、
前記インバータの入力電流値が、前記インバータの定格
入力電流値より大きくならないように出力を抑制する出
力抑制手段を備えたものとした。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態１から実
施形態３によって説明する。

【００１４】（実施形態１）図１に、本実施形態の太陽
光発電システムの構成をブロック図で示す。この太陽光
発電システムは、太陽電池１と、太陽電池１が出力する
直流出力を交流出力へ変換するインバータ３及び系統連
系保護装置４を有する太陽光パワーコンディショナ２
と、太陽光パワーコンディショナ２と連系して負荷（図
示せず）へ電力を供給する商用電源５とからなる。

【００１５】インバータ３は、さらに、太陽電池電圧値
を検出する入力電圧検出回路１０と、前記交流出力の電
圧値を検出する出力電圧検出回路１１と、前記交流出力
の電流値を検出する出力電流検出回路１２と、ＣＰＵ８
とを備えた制御回路７と、電力変換用のパワー回路６と
から構成される。

【００１６】制御回路７は、出力電圧検出回路１１によ
り検出された電圧信号を基に、系統電圧の零点信号及び
周波数を逐次検出し、出力電流検出回路１２により検出
される電流信号が所望の電流波形となるように、制御信
号をパワー回路６の半導体スイッチング素子（図示せ
ず）へと送り、該半導体スイッチング素子のオンオフの
タイミングを制御する。また、入力電圧検出回路１０に
より検出された電圧信号を監視し、該電圧値が予め設定
された所定の電圧値の範囲を外れると、インバータ３の
停止を行う。

【００１７】CPU８は、ＭＰＰＴ制御機能（図示せず）
を有しており、日射量／温度等の変化に対して変動する
太陽電池１の出力を常に最大とすることができる。

【００１８】また、CPU８は、後述するように、異常を
検出しインバータを停止させる異常検出手段（図示せ
ず）も機能として備えている。

【００１９】電力変換用のパワー回路６は、制御回路７
からの駆動信号を用いて太陽電池１からの直流出力を交
流出力へ逐次変換するもので、半導体スイッチング素子
（図示せず）をブリッジ接続して構成される。

【００２０】系統連系保護装置４は、出力電圧検出回路
１１により検出された電圧信号を基に、商用電源５の周
波数変動や電圧変動、或いは停電等を検出して、インバ
ータ３と商用電源５とを解列する系統連系保護機能１３
を有している。

【００２１】次に、上記のように構成される太陽光発電
システムにおいて、入力過電流防止の動作を説明する。

【００２２】インバータ３が直交変換装置であり、入出
力間で電力平衡が保たれているとすると、インバータ入
力電圧値（太陽電池出力電圧値）Ｖin、インバータ入力
電流値（太陽電池出力電流値）Ｉin、出力電圧実効値
（系統電圧実効値）Ｖorms、出力電流実効値Ｉormsの間
で以下の式（１）が成り立つ。

【００２３】Ｖin×Ｉin＝Ｖorms×Ｉorms ・・・（１）式（１）を変形して以下の式（２）を得る。

【００２４】Ｉin＝（Ｖorms×Ｉorms）／Ｖin ・・・（２）式（２）から分かるように、インバータ入力電流値Ｉin
は、入力電圧検出回路１０から求まるインバータ入力電
圧値Ｖinと、出力電圧検出回路１１の出力電圧値から求
まる出力電圧実効値Ｖormsと、出力電流検出回路１２の
出力電流値から求まる出力電流実効値Ｉormsとを用いて
求めることができる。

【００２５】ここで、前述したように入力電圧検出回路
１０及び出力電圧検出回路１１及び出力電流検出回路１
２は、インバータ入力電流値Iinを求める目的以外に既
に設置されているものであり、インバータ入力電流値Ii
nを求めるために新たな回路を設置することなく、イン
バータ入力電流値Iinを求めることができる。

【００２６】前記異常検出手段は、インバータ入力電圧
値Ｖinと、出力電圧実効値Ｖormsと、出力電流実効値Ｉ
ormsとを用いて、式（２）より、常にインバータ入力電
流値Ｉinを算出し、インバータ入力電流値Ｉinとインバ
ータ定格入力電流値とを比較し、インバータ入力電流値
Ｉinがインバータ定格入力電流値より大きくなった場合
には、入力過電流異常を検出し発電を停止させ、入力過
電流を防止する。

【００２７】上述した入力過電流異常検出のフローチャ
ートを、図２のステップＳ１〜ステップＳ６に示す。則
ち、まず、入力電圧検出回路１０によってインバータ入
力電圧値Ｖinを検出する（ステップＳ１）。出力電圧検
出回路１１によって検出した出力電圧値から出力電圧実
効値Ｖormsを算出する（ステップＳ２）。出力電流検出
回路１２によって検出した出力電流値から出力電流実効
値Ｉormsを算出する（ステップＳ３）。インバータ入力
電圧値Ｖinと、出力電圧実効値Ｖormsと、出力電流実効
値Ｉormsとを用いて、式（２）よりインバータ入力電流
値Ｉinを算出する（ステップＳ４）。インバータ入力電
流値Ｉinがインバータ定格入力電流値より大きくなった
場合には（ステップＳ５）、入力過電流異常を検出し、
インバータを停止させる（ステップＳ６）。インバータ
入力電流値Ｉinがインバータ定格入力電流値より小さい
場合には（ステップＳ５）、再び、ステップ１へと戻
り、インバータ入力電流値Ｉinの算出を行う。

【００２８】尚、前記異常検出手段は、式（２）を、イ
ンバータ３の変換効率ηを考慮した、以下に記す式
（３）に変形して、式（３）を用いてインバータ入力電
流値Ｉinを求めても良い。

【００２９】Ｉin＝（Ｖorms×Ｉorms／η）／Ｖin ・・・（３）この場合の、入力過電流異常検出のフローチャートを、
図３のフローチャートに示す。則ち、上述した図２のフ
ローチャートにおいて、インバータ入力電流値Ｉinを求
めるステップＳ４の替わりに、式（３）に示したインバ
ータ３の変換効率ηを考慮したステップＳ４’を用い
る。

【００３０】（実施形態２）本実施形態の太陽光発電シ
ステムにおける基本構成は実施形態１と共通するために
共通する部分については同一の符号を付して説明を省略
し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ詳細に説
明する。

【００３１】則ち、インバータ３の変換効率ηは、実際
には図４に示すように、出力電力に対して可変となる。
そこで、本実施形態では、図５に示すように、制御回路
７に外付けとなるように不揮発性記憶装置１４を設置
し、インバータ３の出力電力−変換効率特性を予め記憶
させておき、インバータ３の出力電力に応じて、インバ
ータ３の変換効率ηを可変とした点に特徴がある。

【００３２】具体的には、前記異常検出手段は、出力電
圧実効値Ｖormsと、出力電流実効値Ｉormsとを算出後乗
算を行い出力電力Ｐormsを算出し、該出力電力Ｐormsに
応じて変換効率η’を不揮発性記憶装置１４から読み出
し、式（３）の変換効率ηに代入してインバータ入力電
流値Ｉinを求める。

【００３３】上述した入力過電流異常検出のフローチャ
ートを、図６のステップＳ１０〜ステップＳ１７に示
す。則ち、まず、入力電圧検出回路１０によってインバ
ータ入力電圧値Ｖinを検出する（ステップＳ１０）。出
力電圧検出回路１１によって検出した出力電圧値から出
力電圧実効値Ｖormsを算出する（ステップＳ１１）。出
力電流検出回路１２によって検出した出力電流値から出
力電流実効値Ｉormsを算出する（ステップＳ１２）。出
力電圧実効値Ｖormsと出力電流実効値Ｉormsとを乗じて
出力電力Ｐormsを算出する（ステップＳ１３）。出力電
力Ｐormsに応じた変換効率η’を不揮発性記憶装置１４
から読み出す（ステップＳ１４）。式（３）の変換効率
ηに、読み出した変換効率η’を代入し、さらに出力電
力Ｐormsと、インバータ入力電圧値Ｖinとを用いて、イ
ンバータ入力電流値Ｉinを算出する（ステップＳ１
５）。インバータ入力電流値Ｉinがインバータ定格入力
電流値より大きくなった場合には（ステップＳ１６）、
入力過電流異常を検出し、インバータを停止させる（ス
テップＳ１７）。インバータ入力電流値Ｉinがインバー
タ定格入力電流値より小さい場合には（ステップＳ１
６）、再び、ステップ１０へと戻り、インバータ入力電
流値Ｉinの算出を行う。

【００３４】尚、不揮発性記憶装置１４は、制御回路７
に外付けではなく、ＣＰＵ８に内臓されていても良い。

【００３５】（実施形態３）本実施形態の太陽光発電シ
ステムにおける基本構成は実施形態１と共通するために
共通する部分については同一の符号を付して説明を省略
し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ詳細に説
明する。

【００３６】則ち、本実施形態は、インバータの入力電
流値Ｉinが、インバータの定格入力電流値A近傍に近づ
くと、インバータの入力電流値Ｉinが、インバータの定
格入力電流値Aより大きくならないように出力を抑制す
る出力抑制手段（図示せず）を、CPU８が機能として備
えた点に特徴がある。

【００３７】さらに、図７を用いて詳説する。前記出力
抑制手段は、インバータ３の定格入力電流値A近傍で、
定格入力電流値Ａより小さいしきい値電流Ｌを予め設定
しておく。前記異常検出手段により、しきい値電流Ｌよ
り大きいインバータ入力電流値Ｉinが求まると、前記出
力抑制手段は、ＣＰＵ８のＭＰＰＴ制御機能に対して、
出力抑制要求を送信する。前記ＭＰＰＴ制御機能は、出
力抑制要求受信とともに出力電流値を減少させるように
制御を行う。インバータ３の入出力間で平衡が保たれて
いるとすると、出力電流値の減少に伴い入力電流値が減
少する。

【００３８】前記ＭＰＰＴ制御機能の出力抑制によりイ
ンバータ入力電流値Ｉinがしきい値電流Ｌより小さくな
ると、前記出力抑制手段は、出力抑制要求を解除する。

【００３９】以上の動作を繰り返すことで、図７に示す
ように、インバータ入力電流値Ｉinが、定格入力電流値
Ａ以下で動作することになる。

【００４０】また、前記出力抑制手段が出力抑制要求を
行っているにも関わらず、インバータ入力電流値Ｉinが
定格入力電流値Ａより大きくとなった場合には、異常と
みなし、インバータ３を停止する。

【００４１】上述した出力抑制要求のフローチャート
を、図８のステップＳ２０〜ステップＳ２８に示す。則
ち、まず、入力電圧検出回路１０によってインバータ入
力電圧値Ｖinを検出する（ステップＳ２０）。出力電圧
検出回路１１によって検出した出力電圧値から出力電圧
実効値Ｖormsを算出する（ステップＳ２１）。出力電流
検出回路１２によって検出した出力電流値から出力電流
実効値Ｉormsを算出する（ステップＳ２２）。インバー
タ入力電圧値Ｖinと、出力電圧実効値Ｖormsと、出力電
流実効値Ｉormsとを用いて、式（２）よりインバータ入
力電流値Ｉinを算出する（ステップＳ２３）。インバー
タ入力電流値Ｉinがしきい値電流Ｌより小さい時は（ス
テップＳ２４）、何もせず（ステップＳ２８）、再び、
ステップ２０へと戻り、インバータ入力電流値Ｉinの算
出を行う。ステップ２４において、インバータ入力電流
値Ｉinがしきい値電流Ｌより大きくて、且つ定格入力電
流値Ａより小さい場合は（ステップ２５）、ＭＰＰＴ制
御機能に対して、出力抑制要求を送信する（ステップＳ
２７）。ステップ２４、ステップ２５において、インバ
ータ入力電流値Ｉinがしきい値電流Ｌより大きくて、且
つ定格入力電流値Ａよりも大きい場合は、異常とみなし
てインバータ３を停止する（ステップＳ２６）。

【００４２】

【発明の効果】請求項１の発明は、太陽電池と、太陽電
池の出力を常に最大にする最大出力動作点追尾制御を行
いながら太陽電池の直流出力を交流出力に変換する直交
変換装置であるインバータと、系統連系保護機能を有す
る系統連系保護装置とからなる太陽光発電システムにお
いて、前記インバータは、前記太陽電池の電圧値を検出
する入力電圧検出手段と、前記交流出力の電圧値を検出
する出力電圧検出手段と、前記交流出力の電流値を検出
する出力電流検出手段と、前記出力電圧検出手段から求
めた電圧値と前記出力電流検出手段から求めた電流値と
を乗じた後、前記入力電圧検出手段から求めた電圧値で
除した値から、前記インバータの入力電流値を求め、該
インバータの入力電流値が、前記インバータの定格入力
電流値より大きくなった場合には異常を検出しインバー
タを停止させる異常検出手段とを備えたので、前記イン
バータに入力電流センサを設置することなく入力過電流
を防止でき、安価なインバータを備えた太陽光発電シス
テムを構築できるという効果がある。

【００４３】請求項２の発明は、請求項１記載の発明に
おいて、前記異常検出手段は、前記インバータの変換効
率を考慮して前記インバータの入力電流値を求めるの
で、請求項１記載の発明より前記インバータの入力電流
値の誤差が減少し、より精度の高い入力過電流検出を行
うことができるという効果がある。

【００４４】請求項３の発明は、請求項２記載の発明に
おいて、前記インバータは、インバータの出力値に対す
る変換効率特性を記憶した不揮発性記憶装置を有し、前
記異常検出手段は、前記インバータの出力値に併せて前
記インバータの変換効率を可変とするので、請求項１又
は２記載の発明より、前記インバータの入力電流値の誤
差が減少し、より精度の高い入力過電流検出を行うこと
ができるという効果がある。

【００４５】請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れ
か記載の発明において、前記インバータの入力電流値
が、前記インバータの定格入力電流値近傍に近づくと、
前記インバータの入力電流値が、前記インバータの定格
入力電流値より大きくならないように出力を抑制する出
力抑制手段を備えたので、前記インバータの定格入力電
流値近傍での発電継続が可能となり、効率的にシステム
を運用できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の太陽光発電システムの構成を示す
ブロック図である。

【図２】同上の入力過電流異常検出の手順を示したフロ
ーチャートである。

【図３】同上でインバータの変換効率を考慮した入力過
電流異常検出の手順を示したフローチャートである。

【図４】同上のインバータの変換効率を説明する説明図
である。

【図５】実施形態２の太陽光発電システムのＣＰＵと不
揮発性記憶装置間の信号を示すブロック図である。

【図６】同上の入力過電流異常検出の手順を示したフロ
ーチャートである。

【図７】実施形態３の太陽光発電システムのインバータ
入力電流値を示す説明図である。

【図８】同上の出力抑制要求の手順を示したフローチャ
ートである。

【図９】従来例の構成を示すブロック図である。

【図１０】同上でＭＰＰＴ制御を説明する説明図であ
る。

【符号の説明】

１太陽電池２太陽光パワーコンディショナ３インバータ４系統連系保護装置５商用電源６パワー回路７制御回路８ＣＰＵ１０入力電圧検出回路１１出力電圧検出回路１２出力電流検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤潔大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者岡本信一郎大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 5G066 HA13 HB06 5H007 AA05 BB07 CC03 DA03 DA05 DA06 DB12 DC02 DC05 FA03 FA12 FA19 GA08 5H420 BB02 BB03 BB12 BB13 CC03 DD03 EB26 EB39 FF03 FF04 FF22 FF25 LL05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽電池と、太陽電池の出力を常に最大
にする最大出力動作点追尾制御を行いながら太陽電池の
直流出力を交流出力に変換する直交変換装置であるイン
バータと、系統連系保護機能を有する系統連系保護装置
とからなる太陽光発電システムにおいて、前記インバー
タは、前記太陽電池の電圧値を検出する入力電圧検出手
段と、前記交流出力の電圧値を検出する出力電圧検出手
段と、前記交流出力の電流値を検出する出力電流検出手
段と、前記出力電圧検出手段から求めた電圧値と前記出
力電流検出手段から求めた電流値とを乗じた後、前記入
力電圧検出手段から求めた電圧値で除した値から、前記
インバータの入力電流値を求め、該インバータの入力電
流値が、前記インバータの定格入力電流値より大きくな
った場合には異常を検出しインバータを停止させる異常
検出手段とを備えたことを特徴とする太陽光発電システ
ム。
【請求項２】前記異常検出手段は、前記インバータの
変換効率を考慮して前記インバータの入力電流値を求め
ることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システ
ム。
【請求項３】前記インバータは、インバータの出力値
に対する変換効率特性を記憶した不揮発性記憶装置を有
し、前記異常検出手段は、前記インバータの出力値に併
せて前記インバータの変換効率を可変とすることを特徴
とする請求項２記載の太陽光発電システム。
【請求項４】前記インバータの入力電流値が、前記イ
ンバータの定格入力電流値近傍に近づくと、前記インバ
ータの入力電流値が、前記インバータの定格入力電流値
より大きくならないように出力を抑制する出力抑制手段
を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載
の太陽光発電システム。