JP2008295133A - 停電対応型太陽光発電システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 停電時であっても、太陽電池や蓄電池からなる一の非常用電源から、単相交流で動作する一般負荷と、三相交流で動作する誘導負荷を接続することができるシステムを提供する。
【解決手段】
太陽電池及び太陽電池の発電電力を蓄電した蓄電池からなる非常用電源に、単相交流電源により動作する一般負荷と、三相交流電源により動作する誘導負荷とを一系統として接続し、非常用電源に接続され、非常用電源の出力を単相交流電力に変換するインバータと、インバータの出力端に接続された可変電圧可変周波数インバータとを有し、一般負荷は、インバータに接続されて、給電された単相交流電力により動作し、誘導負荷は、インバータからの出力を、可変電圧可変周波数インバータを介して給電されることにより動作する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、停電時であっても、太陽電池や蓄電池を用いて、誘導負荷を駆動するために好適な技術に関する。
現在、太陽電池は様々な場所で利用されている。このような場合、通常時は、太陽電池で発電した電力は、そのまま売電されたり、また施設内のランプ、パソコンなどの端末、テレビなどの電源として利用されている。
また、太陽電池で発電された電力は、蓄電池に蓄えられることで、停電時にこの蓄電池からの電力により、照明用の電源として利用されたり、またPOS端末やテレビの電源としても利用されている。
このような一例として、停電等の非常時に、自動的かつ長時間にわたって安定した電力を、エアコンなどの消費電力の大きい負荷を除いて、照明などの特定の負荷にだけ給電するために、系統の非常時に、系統との連系を強制的に解除し、インバータの出力側に照明等の特定負荷を接続したシステムが提案されている(特許文献1参照)。
また、別の例として、商用電力系統が正常な場合には、系統連系太陽光発電システムとして運転するとともに、災害時には太陽電池及び蓄電池を電源としてインバータを自立運転モードで運転して特定負荷に電力を供給するシステムにおいて、インバータに双方向機能を持たせて、商用電力系統が正常な場合にインバータをコンバータモードで運転して商用電力系統側の電力を使用して蓄電池を充電するシステムが提案されている(特許文献2参照)。
特開2001−204144 特開平11−127546
しかし、従来の技術では、蓄電池にパワーコンディショナを介して、照明などの単相交流の負荷を接続することが記載されているだけであって、誘導負荷のように三相交流電源を必要とする負荷については、これら単相交流用の蓄電池とは別に、誘導負荷用の蓄電池を設ける構成が採用されていた。
つまり、一般にポンプのモータなどの誘導負荷の起動時にはトルクが必要となるが、従来のように、停電時に、太陽電池や蓄電池から、誘導負荷に対して給電しようとすると、定電圧定周波数の電源で電力を供給することとなり、瞬時に大きな電流が必要となるため、別途誘導負荷用の蓄電池を設ける必要があった。
そのため、コストが高くなるばかりか、蓄電池が大型化して設置スペースを多くとってしまい、設置できる場所などの条件が限られてしまうという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、停電時であっても、太陽電池や蓄電池からなる一の非常用電源から、単相交流で動作する一般負荷と、三相交流で動作する誘導負荷を接続することができるシステムを提供する。
上記目的を達成するため、本発明に係る停電対応型太陽光発電システムは、太陽電池及び太陽電池の発電電力を蓄電した蓄電池からなる非常用電源に、単相交流電源により動作する一般負荷と、三相交流電源により動作する誘導負荷とを一系統として接続するためのシステムであって、上記非常用電源に接続され、上記非常用電源の出力を単相交流電力に変換するパワーコンディショナと、上記パワーコンディショナの出力端に接続された可変電圧可変周波数インバータと、を有し、上記一般負荷は、上記パワーコンディショナに接続されて、給電された単相交流電力により動作し、上記誘導負荷は、上記パワーコンディショナからの出力を、可変電圧可変周波数インバータを介して、給電されることにより動作することを特徴とする。
また、上記太陽電池は、複数台の太陽電池を接続することで構成してもよい。
停電していない通常時は、上記一般負荷は商用単相交流電源に接続され、上記誘導負荷は商用三相交流電源に接続されており、停電時に、上記一般負荷を商用単相交流電源から切り離して、上記インバータの出力端に接続する第1のスイッチと、停電時に、上記誘導負荷を、商用三相交流電源から切り離して、可変電圧可変周波数インバータの出力端に接続する第2のスイッチとを有してもよい。
本発明によれば、停電時であっても、太陽電池及び蓄電池からの出力電力により、単相交流電源を必要とする一般負荷と、三相交流電源を必要とする誘導負荷を、同じ電源により動作させることができる。
また、三相交流電源用の蓄電池が不要となることから、蓄電池を小型して、省スペース、低コスト化することができる。
次に、本発明の第一の実施形態について図を参照して説明する。
図1に本発明の第1の太陽光発電システムをガソリンスタンドのシステムに適用した場合の実施形態を示す。
図1において、本実施形態にかかる太陽電池システムは、太陽電池11と、この太陽電池11の出力端に接続された開閉器12、パワーコンディショナ13と、このパワーコンディショナ13の出力端に接続された開閉器14と、パワーコンディショナ13の出力を商用交流電力系統へ送電するための分電盤15が接続されている。
太陽電池11は、本実施形態ではCIS系薄膜太陽電池デバイスを用いた太陽電池である。なお、本発明の太陽電池のデバイスの種類は結晶系の太陽電池デバイスなど特に限定されない。
開閉器12は、リレーなどにより系統を切り替えるための電磁スイッチである。
パワーコンディショナ13は、インバータを内蔵しており、太陽電池11の直流出力を商用電源に同期した単相交流電力に変換して出力する。
また、太陽電池11と太陽電池21の出力端には、太陽電池11と太陽電池21を接続するための電磁的スイッチとしての開閉器16が設けられている。
この開閉器16を閉とすることにより、停電時に太陽電池11の出力電力をパワーコンディショナ22を介して一般負荷30、誘導負荷29側に給電することができる。
太陽電池21の出力端には、パワーコンディショナ22が接続されている。
太陽電池21は、本実施形態ではCIS系薄膜太陽電池デバイスを用いた太陽電池である。なお、本発明の太陽電池のデバイスの種類は結晶系の太陽電池デバイスなど特に限定されない。
パワーコンディショナ22は、インバータ機能を内蔵しており、太陽電池21の直流出力を商用電源に同期した単相交流電力に変換して出力する。
なお、太陽電池11と太陽電池21の出力は、本例では、太陽電池11が5.5kW、太陽電池21が4.5kWとなっているが、これら出力は任意に選択することができる。
パワーコンディショナ22には蓄電池23が接続され、通常時には商用電源にて蓄電池23が充電され、停電時には太陽電池21からの出力により蓄電池23が充電される。
この蓄電池23としては、シール型鉛蓄電池を使用することができ、設置スペースをとらず、保守も簡素化することができる。この例では、蓄電池23は、128Vで、定格容量70Ahでこれを64セル使用している。
また、停電時には、蓄電池23からの放電電力がパワーコンディショナ22により交流に変換されて、パワーコンディショナ22に接続されている負荷(誘電負荷29、一般負荷30)に給電するようになっている。
パワーコンディショナ22の出力端は、開閉器24を介して商用交流電力系統へ接続されており、これにより太陽電池21の出力を商用交流電力系統へ送電できるように構成されている。
また、商用単相交流電源40及びパワーコンディショナ22の出力端には、電磁的なスイッチとしての開閉器25、開閉器26を介してガソリンスタンド内の一般負荷30が接続可能となっている。
一般負荷30としては、蛍光灯、水銀灯、POS端末、テレビなどの誘導負荷以外の負荷である。これらの一般負荷は、単相交流電源により使用される。
また、商用三相交流電源41には、分電盤42及び開閉器28を介して給油ポンプなどの誘導負荷29が接続されている。また、誘導負荷29のパワーコンディショナ22側には、可変電圧可変周波数が制御できるVVVF(Variable Voltage Variable Frequency)インバータ27と、電磁的な開閉器28が接続されている。
VVVFインバータ27は、電圧及び周波数を変化させることができるインバータであって、パワーコンディショナ22からの単相交流電力を、誘導負荷の起動時から定格運転までの間に、電圧及び周波数を変化させて、誘導負荷29に給電することで、大きな電流が流れることを回避できる。
そして、このような構成により、通常時は開閉器28の商用三相交流電源41側のスイッチ28aが閉となり、商用三相交流電源41により誘導負荷29が駆動される。また停電時には、パワーコンディショナ22側のスイッチ28bが閉となり、太陽電池21や蓄電池23からの単相交流電力を、VVVFインバータ27により三相交流電源に変換することで、誘導負荷29が駆動される。
次に、本実施形態の太陽電池システムの動作について説明する。
開閉器16が開放され、太陽電池11と太陽電池21は、それぞれ別系統を構成した状態とする。
この状態で、太陽電池11で発電された電力は、閉となった開閉器12を介してパワーコンディショナ13に給電され、パワーコンディショナ13により単相交流電力に変換され、商用交流電源と同期をとったうえで、閉となった開閉器14及び、分電盤15を介して商用交流系統へ送電される。
また、パワーコンディショナ13からの出力を、開閉器25,26を介して、一般負荷30側に供給することもできる。
なお、パワーコンディショナ13の入出力電力、日射強度、気温などのデータは、所定のフォーマットに変換するTD基板32を介して、通信基板31に送信される。通信基板31は、TD基板32、および、パワーコンディショナ22から受信したデータを計測機器33へ送信する。計測機器33は、通信基板31から受信したデータを表示する。なお、計測機器33は、パソコンを活用することもでき、この場合、データを表示、保管することができる。
また通常時には商用電源にて蓄電池23が充電され、停電時には太陽電池21からの出力により蓄電池23が充電される。
太陽電池21で発電された電力を商用単相交流電源40に送電する場合には、開閉器24を閉じて、パワーコンディショナ22で商用電源と同期をとったうえで送電する。
通常時、一般負荷30への給電は、開閉器25、26のスイッチ25a,26aを閉じ、スイッチ25b、スイッチ26bを開放することで、商用単相交流電源40からの分電盤15を介して一般負荷30に給電され、一般負荷30が動作する。
また、誘導負荷29への給電は、開閉器28のスイッチ28aを閉じ、スイッチ28bを開放することで、商用三相交流電源41からの給電により動作する。
停電時には、停電状態を開閉器25、26、27がそれぞれ感知し、25a、26a、27aが開放され、25b、26b、27bが閉ざされる。これにより、一般負荷30及び誘導負荷29が商用単相交流電源40、商用三相交流電源41と切り離され、太陽電池21及び蓄電池23から一般負荷30及び誘導負荷29へ給電する回路が構成される。VVVFインバータ27は、パワーコンディショナ22からの単相交流電流を三相交流に変換して誘導負荷29に給電する。また、電圧及び周波数を可変とすることができ、誘導負荷29の起動から定格運転までの運転開始時において、過大な電流を必要とすることなく、誘導負荷29を起動することができる。
また、上述の実施形態によれば、蓄電池23は1台だけでよく、三相用の蓄電池を別途接続する必要がないことから、コストを低減させることができるし、また配置スペースも省スペースとすることができる。
また、停電時に太陽電池11側の電力も利用する場合には、開閉器16を閉じることで、太陽電池11で発電した電力を一般負荷30、誘導負荷29へ給電することもできる。
これにより、太陽電池21及び蓄電池23だけでは出力が足りないとき等に、電力を供給することができる。
また、上述の実施形態では、太陽電池11と21を設けた例について説明したが、太陽電池11については、これを省略することができる。
太陽電池11を省略した場合の例を図2に示す。
この場合には、太陽電池11とパワーコンディショナ13が接続されていない点、及び計測機器33が接続されていない点で、前述の実施形態と異なっており、その他の点は、前述の実施形態と同様な構成となっている。
このように、図2の構成とした場合でも、前述の実施形態と同様な効果を奏することができる。
なお、計測機器33については、これを接続するか否かは任意であり、いずれであってもよい。
また、上述の実施形態は、ガソリンスタンドに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されず、誘導負荷を使用する住宅、店舗などで使用することができる。
本発明の実施形態にかかる回路図。 本発明の別の実施形態にかかる回路図。
符号の説明
11 太陽電池
13 パワーコンディショナ
21 太陽電池
22 パワーコンディショナ
23 蓄電池
27 VVVFインバータ
29 誘導負荷
30 一般負荷
31 通信基板
32 TD基板
33 計測機器
34 モニタ
12、14、16、24、25、26、28 開閉器
40 商用単相交流電源
41 商用三相交流電源
15、42 分電盤

Claims (3)

  1. 太陽電池及び太陽電池の発電電力を蓄電した蓄電池からなる非常用電源に、単相交流電源により動作する一般負荷と、三相交流電源により動作する誘導負荷とを一系統として接続するためのシステムであって、
    上記非常用電源に接続され、上記非常用電源の出力を単相交流電力に変換するパワーコンディショナと、
    上記パワーコンディショナの出力端に接続された可変電圧可変周波数インバータと、を有し、
    上記一般負荷は、上記パワーコンディショナに接続されて、給電された単相交流電力により動作し、
    上記誘導負荷は、上記パワーコンディショナからの出力を、可変電圧可変周波数インバータを介して、給電されることにより動作する、
    ことを特徴とする停電対応型太陽光発電システム。
  2. 上記太陽電池は、複数台の太陽電池を接続することで構成されている、
    請求項1記載の停電対応型太陽光発電システム。
  3. 停電していない通常時は、上記一般負荷は商用単相交流電源に接続され、上記誘導負荷は商用三相交流電源に接続されており、
    停電時に、上記一般負荷を商用単相交流電源から切り離して、上記パワーコンディショナの出力端に接続する第1のスイッチと、
    停電時に、上記誘導負荷を、商用三相交流電源から切り離して、可変電圧可変周波数インバータの出力端に接続する第2のスイッチと、を有する、
    請求項1又は2記載の停電対応型太陽光発電システム。
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