JP2009247184A - 太陽光発電システムおよびその起動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電システムにおいて、起動判定を精度よく行い、頻繁な起動／待機の繰り返しを抑制すること。
【解決手段】太陽電池モジュールが発電した直流電圧を昇圧または降圧するコンバータの出力をコンデンサに蓄積し、当該蓄積されたコンデンサの出力をインバータにて交流電圧に変換して出力するように構成された太陽光発電システムにおいて、コンバータに入力された入力電圧とコンデンサに蓄積された電圧とに基づき推定された太陽電池モジュールの最大電力推定値を起動判定値と比較し、当該比較結果に基づいてパワーコンディショナの起動の可否を判定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、太陽光発電システムおよび、太陽光発電システムの起動方法に関するものである。

太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュールによって発電された直流電力をパワーコンディショナによって交流電力に変換するとともに、電力会社から供給される一般の商用電源と連系することで、余剰電力は系統側へ回生し、不足電力は系統側から供給されるようにした発電システムである。

このような太陽光発電システムにおいては、その起動方法が問題となることがある。例えば、従来の太陽光発電システムの起動判定方法の一つとして、複数の太陽電池セルを接続して構成される太陽電池モジュールから出力される出力電圧の大きさを所定の電圧値と比較し、この出力電圧が所定の電圧値より大きいときは起動可と判断し、コンバータおよびインバータを動作させるとともに、出力リレーをオンして出力を開始するものがあった（例えば、特許文献１）。

また、上記手法とは異なる起動判定方法として、太陽電池モジュールの出力電圧を測定するとともに、太陽電池モジュールの出力端を短絡するためのリレーを設け、このリレーをオンさせて短絡したときの短絡電流を測定し、測定した出力電圧と短絡電流とから太陽電池モジュールの出力電力を推定して起動可否を判定するものがあった（例えば、特許文献２）。

特開平２−１５６３１３号公報 特公昭６４−１４８０号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される起動判定方法には、以下に示す問題点があった。
（１）まず、太陽電池モジュールでは、出力電圧の立ち上がりは日射量とはあまり関係せず早く立ち上がるので、出力電圧が立ち上がった以降は、出力電圧の大きさが日射量には殆ど依存せず、出力電圧の変化が小さいという性質を有している。このため、特許文献１の起動判定方法のように太陽電池モジュールの出力電圧を単純に用いるような手法では、太陽光発電システムを本当に起動してよいか否かの判定を精度よく行うことが困難であった。
（２）また、従来の太陽光発電システムでは、上記のように起動判定を精度よく行うことが困難であるため、出力を開始しても発電電力が不足して待機状態になる頻度が高く、起動と待機を頻繁に繰り返すことになる。このため、待機状態となる度に出力リレーをオフすることが必要となり、リレーの開閉回数が多くなって、リレーの接点寿命が短くなるという問題点があった。
（３）なお、起動／待機の頻繁な繰り返しを回避するため、出力電圧の高い状態がある程度の時間継続したときに起動可とするような判定手法を採ることも考えられる。しかしながら、このような手法では、起動／待機の頻度を下げることはできても、運転効率の低下に繋がるので、好ましい手法とは言えなかった。

また、上記特許文献２に示される起動判定方法では、太陽電池モジュールの出力端側に直流電力を開閉するリレーを設ける必要があるのとともに、太陽電池モジュールの入力側に入力電流を測定するための検出器を設ける必要があるので、部品点数が増加して製品のコストが増大し、製品自体のサイズも大きくなるという欠点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、起動判定を精度よく行い、頻繁な起動／待機の繰り返しを抑制することが可能な太陽光発電システムおよびその起動方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる太陽光発電システムは、太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電システムにおいて、前記パワーコンディショナは、前記太陽電池モジュールから出力される直流電圧を昇圧または降圧して出力するコンバータと、前記コンバータから出力された直流電圧を平滑化するコンデンサと、前記コンデンサに蓄積された直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータと、前記コンバータの入力端側の電圧をコンバータ入力電圧として検出する第１の電圧検出器と、前記コンデンサの両端電圧をコンデンサ電圧として検出する第２の電圧検出器と、前記コンバータ入力電圧および前記コンデンサ電圧を用いて推定された前記太陽電池モジュールの最大電力推定値に基づき、少なくとも前記インバータの起動を制御する起動判定部と、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる太陽光発電システムによれば、コンバータ入力電圧およびコンデンサ電圧を用いて推定された太陽電池モジュールの最大電力推定値に基づき、少なくともインバータの起動を制御するようにしているので、起動判定を精度よく行うことができ、頻繁な起動／待機の繰り返しを抑制することができるという効果を奏する。

以下に添付図面参照して、本発明にかかる太陽光発電システムおよびその起動方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
（太陽光発電システムの構成）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽光発電システムの構成図である。同図において、太陽光発電システム１は、直流電力の供給源である太陽電池モジュール２と、直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ３と、を備えて構成される。また、パワーコンディショナ３において、直流入力端である入力端１４（１４ａ，１４ｂ）には、太陽電池モジュール２が接続され、交流出力端である出力端１６（１６ａ，１６ｂ）には、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの電力を供給する商用系統１２が接続されている。なお、同図の構成では、商用系統１２は、単相２線式の配電系統を接続する実施態様を示しているが、単相３線式の配電系統であっても構わない。この場合、商用系統の中性線は商用系統側で対地ＧＮＤに接地され、残り２線の電源ラインが、パワーコンディショナ３の出力端１６に接続される。

（パワーコンディショナの構成）
つぎに、パワーコンディショナ３の構成について説明する。図１において、パワーコンディショナ３は、コンバータ４、コンデンサ５、インバータ６、出力リレー７、第１の電圧検出部８、第２の電圧検出部９、および起動判定部１０を備えている。

（パワーコンディショナの接続構成および機能）
つぎに、パワーコンディショナ３の接続構成および機能について説明する。コンバータ４は、入力端がパワーコンディショナ３の入力端１４に接続され、入力端１４を通じて供給される太陽電池モジュール２の直流電圧を昇圧または降圧して出力する。コンデンサ５は、コンバータ４の出力端に接続され、コンバータ４から出力された直流電圧を平滑化する。インバータ６は、コンバータ４の出力端とコンデンサ５の出力端との接続端に接続され、コンデンサ５に蓄積された直流電圧を交流電圧に変換して出力する。出力リレー７は、インバータ６の出力端とパワーコンディショナ３の出力端１６との間に挿入され、インバータ６の出力を商用系統１２に伝達するか否かの切り換え動作を実行する。第１の電圧検出部８は、コンバータ４の入力端側の電圧を検出する。第２の電圧検出部９は、コンバータ４の出力端側の電圧、すなわちコンデンサ５の両端電圧を検出する。起動判定部１０は、少なくとも第１の電圧検出部８および第２の電圧検出部９が検出した検出電圧に基づき、コンバータ４、インバータ６、および出力リレー７の少なくとも一つの構成部を制御する。

（パワーコンディショナの動作）
つぎに、実施の形態１にかかるパワーコンディショナ３の動作について、図１および図２の各図面を参照して説明する。なお、図２は、起動判定部１０の動作を示すフローチャートである。また、以下の動作は、起動判定部１０の制御下で実行される。

図２において、パワーコンディショナ３への入力電圧となる太陽電池モジュール２の出力電圧（以下「太陽電池出力電圧」という）が所定値（所定の電圧値）を超えているか否かの監視処理が実行される（ステップＳ１０１）。ここで、太陽電池出力電圧が所定値を超えていなければ（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、ステップＳ１０１による監視が継続されるが、太陽電池出力電圧が所定値を超えていれば（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、起動判定に必要な判定用データの値（初期値）が設定されるとともに（ステップＳ１０２）、コンバータ４が起動されて動作を開始する（ステップＳ１０３）。コンバータ４が起動された後は、コンデンサ５の充電完了に関する判定処理（ステップＳ１０４）と、起動用判定データの取得処理（ステップＳ１０５）とが、継続して実行される。なお、この段階では、インバータ６は起動されておらず、出力リレーもオンされていない。

ここで、コンデンサ５の充電が完了していない場合には（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、起動用判定データの取得処理（ステップＳ１０５）が継続して行われる他、コンバータ４の動作開始からの時間（太陽電池出力電圧が所定値を超えた時間でもよい：以下「監視時間」という）が計測され、この監視時間が所定時間を超えているか否かの判定処理が実行される（ステップＳ１０６）。監視時間が所定時間を超えていれば（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）、発電不足と判定され（ステップＳ１０７）、インバータ６は起動されず、出力リレー７もオフのままとなる。一方、監視時間が所定時間を超えていなければ（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、ステップＳ１０４〜Ｓ１０６の処理が継続して実行される。

他方、ステップＳ１０４〜Ｓ１０６の処理が継続して実行されているとき、コンデンサ５の充電が完了していると判定された場合には（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、継続的に取得している起動判定用データに基づいてコンデンサ５の充電に要した電力を算出するとともに、算出した電力から太陽電池モジュール２の最大電力点の推定値（以下「最大電力推定値」という）を算出し（ステップＳ１０８）、最大電力推定値と所定値（所定の電力値）を超えているか否かの判定処理が実行される（ステップＳ１０９）。最大電力推定値が所定値を超えていなければ（ステップＳ１０９、Ｎｏ）、発電不足と判断し（ステップＳ１１０）、インバータ６を起動せず、出力リレー７もオンとしない。逆に、最大電力推定値が所定値を超えていれば（ステップＳ１０９、Ｙｅｓ）、起動ＯＫと判断し（ステップＳ１１１）、インバータ６を起動し、出力リレー７をオンに制御して、商用系統１２側にパワーコンディショナ３の電力を供給する。

なお、上記のフローにおいて、発電不足と判定された場合には（ステップＳ１０７，Ｓ１１０）、所定時間待機した後に、上記フローが再度実行される。

（実施の形態１の起動判定処理に関する補足説明）
図３は、太陽電池モジュールのＶ−Ｐ特性を示す図である。より詳細には、太陽電池出力電圧（Ｖｓ）と、太陽電池モジュールから取り出せる電力（Ｐｓ）との関係を示す図である。図３に示すように、太陽電池モジュールには、出力電力が最大となる点（同図の“白丸”で示す点：以下「最大電力点」という）が存在する。

図３において、Ｋ１〜Ｋ４で示す波形は、例えば日射量によって変化する太陽電池モジュールのＶ−Ｐ特性を示しており、波形Ｋ１は日射量が最も大きいときのＶ−Ｐ特性を示し、波形Ｋ４は日射量が最も小さいときのＶ−Ｐ特性を示している。ここで、これらの波形の最大電圧点（Ｖｓ１〜Ｖｓ４）に着目すると、日射量の大小にあまり影響されず、その変動幅が小さいことが分かる。なお、これらの最大電圧点は、太陽電池モジュールに負荷が接続されていないときの電圧値に他ならない。つまり、太陽電池モジュールの出力電圧を用いた起動判定方法では、これらの最大電圧点を精度よく測定することが求められる。しかしながら、太陽電池モジュールのＶ−Ｐ特性は、日射量だけでなく気温や湿度などの環境条件によっても変化するため、判定閾値を設定する際のマージンが少なく、判定閾値の設定にはかなりのフィールドデータが必要となる。したがって、太陽電池モジュールの出力電圧値のみを用いる判定方法では、太陽光発電システムを起動してよいか否かの判定を精度よく行うことは困難となる。なお、このことは、背景技術の項でも説明したとおりである。

一方、本実施の形態にかかる起動判定方法では、図２のフローに示したように、最大電力推定値を算出する処理を行っている（ステップＳ１０８）。この処理は、図３の“白丸”で示す最大電力点を推定していることと同義であり、起動判定の判定精度を高めることが可能となる。例えば、同図の破線で示すラインに起動判定の閾値である起動判定値を設けるようにすれば、波形Ｋ１〜Ｋ３で示されるＶ−Ｐ特性では起動可と判定することができ、波形Ｋ４で示されるＶ−Ｐ特性では起動不可と判定することができるので、真に必要なときのみ起動可と判定することができ、頻繁な起動／待機の繰り返しを抑制することが可能となる。

以上説明したように、実施の形態１にかかる太陽光発電システムおよびその起動方法では、第１の電圧検出器によって検出されたコンバータ入力電圧および第２の電圧検出器によって検出されたコンデンサ電圧を用いて太陽電池モジュールの最大電力推定値を推定し、当該推定された最大電力推定値に基づいて、コンバータおよびインバータの起動を制御するようにしているので、コンバータ、インバータ、および出力リレーを含むパワーコンディショナの起動判定を精度よく行うことができ、頻繁な起動／待機の繰り返しを抑制することが可能となる。

なお、本実施の形態で示した太陽光発電システムのように、インバータを停止して待機する毎に出力リレーを開放する構成のパワーコンディショナの場合には、頻繁な起動／待機の繰り返しが抑制されるので、リレー接点の寿命を長くすることが可能となる。

また、本実施の形態では、太陽電池モジュールの最大電力推定値を直接的に推定するようにしているので、起動判定の閾値を好適な値に設定することが可能となる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる起動判定部１０の動作を示すフローチャートである。なお、起動判定部１０を含む太陽光発電システムの構成については、図１に示した実施の形態１の構成と同一または同等であり、構成、機能および動作に関する重複した説明は省略する。

つぎに、図４のフローチャートと、図２のフローチャートフローとの間の対応関係について説明する。図４のステップＳ２０１、ステップＳ２０４、ステップＳ２１１、およびステップＳ２１６による各判定処理は、それぞれ図２のステップＳ１０１、ステップＳ１０４、ステップＳ１０６、およびステップＳ１０９の各判定処理に対応する。また、図４のステップＳ２０６〜Ｓ２１０までの処理は、図２のステップＳ１０５の起動判定用データ取得処理に対応し、図４のステップＳ２１３〜Ｓ２１５までの処理は、図２のステップＳ１０８の最大電力推定値算出処理に対応する。すなわち、図４のフローチャートは、図２のフローチャートによる処理の概念を、より具現化して示したものである。

（パワーコンディショナの動作）
つぎに、実施の形態２にかかるパワーコンディショナ３の動作について、図４を参照して説明する。なお、図４のフローチャートにおける記号の意味は、以下のとおりである。

Ｖｓ：今回計測時の太陽電池出力電圧
Ｖｉｉ：今回計測時のコンバータ出力電圧
Ｔｖｉｉ：今回計測時の充電時間（タイマ値）
Ｖｓ１：コンバータ動作開始直前の太陽電池出力電圧
Ｖｓｂ：前回計測時の太陽電池出力電圧（タイマカウント以前：コンバータ動作開始直前の太陽電池出力電圧）
Ｖｉｉ１：コンバータ動作開始直前のコンバータ出力電圧
Ｖｉｉ（ｎ）：ｎ回目の計測時のコンバータ出力電圧
Ｐｃ（ｎ）：ｎ回目の計算時の充電電力（コンバータ４に対する入力電力換算値）
ｄＰｃ（ｎ）：ｎ回目の計算時の充電電力差分
Ｐ：太陽電池電力
ｆ（ｄＰ）：太陽電池電力算出用近似曲線関数
Ｐｍａｘ：最大電力推定値

図４において、Ｖｓが所定値を超えているか否かの監視処理が実行され（ステップＳ２０１）、所定値を超えていなければ（ステップＳ２０１、Ｎｏ）、監視処理が継続され、所定値を超えていれば（ステップＳ２０１、Ｙｅｓ）、ＶｓおよびＶｉｉの値をそれぞれＶｓｂ、Ｖｉｉ１として保存するとともに、Ｔｖｉｉをクリアする（ステップ２０２）。すなわち、ステップＳ２０２の処理では、計測した太陽電池出力電圧がコンバータ動作開始直前の太陽電池出力電圧としてＶｓｂに保存され、計測したコンバータ出力電圧がコンバータ動作開始直前のコンバータ出力電圧としてＶｉｉ１に保存されるとともに、タイマ値Ｔｖｉｉが初期値に設定される。次いで、コンバータ４が起動されてコンバータ動作が開始され（ステップＳ２０３）、コンデンサ５の充電完了に関する判定処理（ステップＳ２０４）が実行される（ステップＳ２０４）。コンデンサ５の充電が完了していない場合（ステップＳ２０４，Ｎｏ）、タイマ値がカウントされ（ステップＳ２０５）、さらに（Ｖｓｂ−Ｖｓ）の値が所定値を超えたか否かが判定される（ステップＳ２０６）。

ここで、（Ｖｓｂ−Ｖｓ）の値が所定値を超えていれば（ステップＳ２０６，Ｙｅｓ）、ステップＳ２０７〜Ｓ２０９の処理フロー基づき、ｎ（ｎは自然数）回目の充電電力Ｐｃ（ｎ）として、（ｎ−１）回目の計測時（前回の計測時）からｎ回目の計測時（今回の計測時）までの間に、コンデンサ５に充電された電圧の変化をコンバータ４に対する入力電力に換算した値として算出する。詳細には、計測したコンバータ出力電圧Ｖｉｉをｎ回目の計測時のコンバータ出力電圧Ｖｉｉ（ｎ）として保存するとともに（ステップＳ２０７）、タイマ値Ｔｖｉｉをｎ回目の計測時のタイマ値Ｔｖｉｉ（ｎ）として保存し（ステップＳ２０８）、ｎ回目の計算時の充電電力Ｐｃ（ｎ）を、次式に基づいて算出する（ステップＳ２０９）。

Pc(n)=(1/2)*C*(Vii(n)^2-Vii(n-1)^2)/(Tvii(n)-Tvii(n-1)) …（１）

ステップＳ２０９の処理に続いて、計測した（今回の）太陽電池出力電圧Ｖｓが前回の太陽電池出力電圧Ｖｓｂとして保存され（ステップＳ２１０）、所定時間経過していなければ（ステップＳ２１１，Ｎｏ）、ステップＳ２０４の処理に戻り、所定時間経過していれば（ステップＳ２１１，Ｙｅｓ）、発電不足として、コンバータの動作を停止する（ステップＳ２１２）。また、上記ステップＳ２０６の処理で、（Ｖｓｂ−Ｖｓ）の値が所定値を超えていなければ（ステップＳ２０６，Ｎｏ）、上述したステップＳ２１１の処理に移行する。なお、ステップＳ２０６の判定処理の意味については後述する。

ステップＳ２０４の処理に戻り、コンデンサ５の充電が完了している場合には（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、ステップＳ２１３〜Ｓ２１５の処理フロー基づき、最大電力推定値Ｐｍａｘを推定する。詳細には、近似曲線式である太陽電池電力算出用近似曲線関数ｆ（ｄＰ）を取得し（ステップＳ２１４）、最大電力推定値Ｐｍａｘを推定する（ステップＳ２１５）。ステップＳ２１５の処理に続いて、最大電力推定値Ｐｍａｘと所定値とが比較され（ステップＳ２１６）、所定値を超えていれば（ステップＳ２１６、Ｙｅｓ）、起動ＯＫと判定され（ステップＳ２１８）、商用系統１２側にパワーコンディショナ３の電力が供給される。一方、最大電力推定値Ｐｍａｘが所定値を超えていなければ（ステップＳ２１６、Ｎｏ）、発電不足と判定され（ステップＳ２１７）、インバータ６は起動されず、また、万が一起動されていれば起動が停止される。

なお、上記のフローにおいて、発電不足と判定された場合には（ステップＳ２１２，Ｓ２１６）、所定時間待機した後に、上記フローが再度実行される。

（実施の形態２の起動判定処理に関する補足説明）
図５は、コンバータ動作時のＶ−Ｐ特性曲線上の動作点推移を示す図であり、図６は、コンバータ動作時のコンバータ出力電圧（Ｖｉｉ（ｎ））、コンデンサ充電に使用された電力（充電電力Ｐｃ（ｎ）に対応）、およびコンデンサ充電に使用された電力変化量（充電電力差分ｄＰｃ（ｎ）に対応）を示す図である。

まず、コンバータ４が起動されると、コンデンサ５の充電が開始される。コンバータ４およびコンデンサ５は、太陽電池モジュール２の負荷となり、また、コンバータ４は、太陽電池モジュール２の出力電力が最大となるように入力電力の目標値を変化させて動作するので、太陽電池モジュール２の動作点は、図５に示すようにＶ−Ｐ特性曲線上で番号が増加する方向（Ｖｓが減少する方向）に向かって移動する。したがって、（Ｖｂｓ−Ｖｓ）の値は必ず正の値をとる。なお、この（Ｖｂｓ−Ｖｓ）の値を所定値と比較する判定処理（ステップＳ２０６）を設けることにより、（Ｖｂｓ−Ｖｓ）の値が所定値を超える毎に起動判定用データを取得し、コンデンサ５の充電に使用された電力を算出するようにしている。

また、図５に示す例では、Ｔ（ｓ）＝６の段階で、Ｖ−Ｐ特性曲線上の最大電力点にほぼ到達したものと判定しているが、その到達点では、コンデンサ５に対する充電がほぼ完了した時点でもある。そのときのＶｉｉ（ｎ）は、例えば図６（ａ）に一例として示しているように、充電開始から充電完了までの間、ほぼ直線的に上昇するように変化している。充電電力Ｐｃ（ｎ）は、例えば図６（ｂ）に一例として示しているように、変化量が徐々に小さくなるような形で上昇するカーブを描くことになる。一方、充電電力Ｐｃ（ｎ）の変化量の推移、すなわち充電電力差分ｄＰｃ（ｎ）は、図６（ｃ）に示されるような変化となる。そして充電電力差分ｄＰｃ（ｎ）に対する充電電力Ｐｃ（ｎ）は図６（ｄ）に示されるようにおおよそ二次関数で近似できるような変化となるので、図６(ｄ)の破線に示されるように太陽電池電力算出用近似曲線関数ｆ（ｄＰ）が得られる。このようにして求められたｆ（ｄＰ）において、ｄＰ＝０のときの充電電力が最大電力推定値Ｐｍａｘとして得られる。また、この最大電力推定値Ｐｍａｘを所定値と比較することにより、起動の可否を精度よく判定することが可能となる。

なお、図５および図６に示す例では、Ｔ（ｓ）＝６の時点で太陽電池モジュール２の出力は最大電力点に到達しているが、最大電力点に到達するより前にコンデンサ５の充電が完了しても、充電完了となる過程での値からｆ（ｄｐ）を求め、ｄｐ＝０となるときの電力から最大電力点を推定できることは言うまでも無い。

以上説明したように、実施の形態２にかかる太陽光発電システムおよびその起動方法では、パワーコンディショナの起動判定に必要な最大電力推定値を、太陽電池モジュールを起動してからコンデンサの充電が完了するまでの充電期間にコンデンサの充電に要した電力をコンバータの入力電力に換算した電力値に基づいて直接的に推定するようにしているので、起動判定の閾値を余分なマージンをもたせることのない好適な値に設定することが可能となり、実施の形態１の効果に加え、より少ない日射量から安定して起動することができるという効果も得られる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３にかかる起動判定部１０の動作を示すフローチャートである。なお、起動判定部１０を含む太陽光発電システムの構成については、図１に示した実施の形態１の構成と同一または同等であり、構成、機能および動作に関する重複した説明は省略する。

つぎに、図７のフローチャートと、図２のフローチャートフローとの間の対応関係について説明する。図７のステップＳ３０１、ステップＳ３０４、ステップＳ３０６、およびステップＳ３１４による各判定処理は、それぞれ図２のステップＳ１０１、ステップＳ１０４、ステップＳ１０６、およびステップＳ１０９の各判定処理に対応する。また、図７のステップＳ３０５の処理は、図２のステップＳ１０５の起動判定用データ取得処理に対応し、図７のステップＳ３０８〜Ｓ３１３までの処理は、図２のステップＳ１０８の最大電力推定値算出処理に対応する。すなわち、図７のフローチャートは、図２のフローチャートによる処理の概念を、より具現化して示したものである。

（パワーコンディショナの動作）
つぎに、実施の形態３にかかるパワーコンディショナ３の動作について、図７を参照して説明する。なお、図７のフローチャートにおける記号の意味は、以下のとおりである。

Ｖｓ：太陽電池出力電圧
Ｖｉｉ：コンバータ出力電圧
Ｔｖｉｉ：充電時間（タイマ値）
Ｖｓｓｕｍ：Ｖｓの積算値
Ｐｃ：充電に要した電力
Ｖｓａｖｇ：Ｖｓの充電期間平均値
Ｒａｔｅ：ＶｓａｖｇのＶｓ１に対する比率（電圧比）
Ｇａｉｎ：最大電力点比率
Ｐｍａｘ：最大電力推定値

図７において、Ｖｓが所定値を超えているか否かの監視処理が実行され（ステップＳ３０１）、所定値を超えていなければ（ステップＳ３０１、Ｎｏ）、監視処理が継続され、所定値を超えていれば（ステップＳ３０１、Ｙｅｓ）、ＶｓおよびＶｉｉの値をそれぞれＶｓ１、Ｖｉｉ１として保存するとともに、ＴｖｉｉおよびＶｓｓｕｍの値がそれぞれクリアされる（ステップ３０２）。次いで、コンバータ４が起動されてコンバータ動作が開始され（ステップＳ３０３）、コンデンサ５の充電完了に関する判定処理（ステップＳ２０４）が実行される（ステップＳ３０４）。コンデンサ５の充電が完了していない場合（ステップＳ３０４，Ｎｏ）、タイマ値がカウントされ、Ｖｓの値も積算される（ステップＳ２０５）。さらに、コンバータ４の動作開始からの時間（監視時間）が所定時間を超えているか否かの判定処理が実行され（ステップＳ３０６）、監視時間が所定時間を超えていれば（ステップＳ３０６，Ｙｅｓ）、発電不足と判定され（ステップＳ３０７）、監視時間が所定時間を超えていなければ（ステップＳ３０６，Ｎｏ）、ステップＳ３０４〜Ｓ３０６の処理が継続して実行される。

一方、ステップＳ３０４〜Ｓ３０６の処理が継続して実行されているとき、コンデンサ５の充電が完了していると判定された場合には（ステップＳ３０４，Ｙｅｓ）、コンバータ出力電圧ＶｉｉをＶｉｉ２として保存するとともに、そのときのタイマ値をＴｖｉｉとして保存する（ステップＳ３０８）。

つぎに、ステップＳ３０９〜Ｓ３１３の処理によって、充電に要した電力（Ｐｃ）、Ｖｓの充電期間平均値（Ｖｓａｖｇ）、ＶｓａｖｇのＶｓ１に対する比率（Ｒａｔｅ）、最大電力点比率（Ｇａｉｎ）、および最大電力推定値（Ｐｍａｘ）が算出される。より詳細には、図７のフローにも示すように、次式に基づいてＰｃ（ステップＳ３０９）、Ｖｓａｖｇ（ステップＳ３１０）、Ｒａｔｅ（ステップＳ３１１）、Ｇａｉｎ（ステップＳ３１２）、およびＰｍａｘ（ステップＳ３１１）が算出される。

Pc=(1/2)*C*(Vii2^2-Vii1^2)/Tvii …（２）
Vsavg=Vssum／積算回数 …（３）
Rate=Vsavg／Vs1 …（４）
Gain=ｆ(Rate) …（５）
Pmax=Gain*Pc …（６）

ステップＳ３１３の処理によって、最大電力推定値Ｐｍａｘが算出されると、算出された最大電力推定値Ｐｍａｘと所定値とが比較され（ステップＳ３１４）、所定値を超えていれば（ステップＳ３１４、Ｙｅｓ）、起動ＯＫと判定され（ステップＳ３１６）、商用系統１２側にパワーコンディショナ３の電力が供給される。一方、最大電力推定値Ｐｍａｘが所定値を超えていなければ（ステップＳ３１６、Ｎｏ）、発電不足と判定され（ステップＳ３１５）、インバータ６は起動されず、また、万が一起動されていれば起動が停止される。

なお、上記のフローにおいて、発電不足と判定された場合には（ステップＳ３０７，Ｓ３１５）、所定時間待機した後に、上記フローが再度実行される。

（実施の形態３の起動判定処理に関する補足説明）
図８は、コンバータ動作時の太陽電池出力電圧Ｖｓ（コンバータ４に対する入力電圧に等しい）およびコンバータ出力電圧Ｖｉｉの時間的変化の一例を示す図である。Ｖｉｉは、図８（ｂ）に示されるように、充電開始から充電完了までの間、ほぼ直線的に上昇するように変化しているのに対し、太陽電池出力電圧Ｖｓは、図８（ａ）に示されるように、充電の開始点（Ｖｓ１）から充電の完了点（Ｖｓ２）に向かって減少率が徐々に小さくなるようにして減少している。このため、Ｔｖｉｉの間を幾つかの区間に分けて精算し、積算した値と積算回数に基づく上述した（３）式を用いてＶｓの平均値を算出するようにしている。なお、平均値を求める手法としては、この手法に限定されるものではなく、他の手法を用いてもよい。例えば、図８（ａ）に示される波形を指数関数として仮定すれば、Ｖｓ１とＶｓ２の値のみを用いて、平均値Ｖｓａｖｇを算出することが可能である。

図９は、実施の形態３にかかる起動判定手法の要部を説明するための図である。詳細には、図９（ａ）は、図３にも示したように、太陽電池モジュールの典型的なＶ−Ｐ特性を示す図であり、図９（ｂ）は、太陽電池モジュールの開放電圧に対する各動作電圧の比率と、各動作点における電力から最大電力点電圧を算出するための係数を示す図である。図９（ｂ）において、ｒ０は最大電力点におけるＲａｔｅであり、ｒ１は最大電力点から離れた電力点でのＲａｔｅである（ｒ１＞ｒ０の関係が成り立つ）。

図７のステップＳ３１１，Ｓ３１２の処理では、ＶｓａｖｇおよびＶｓ１に基づいてＲａｔｅを算出し、算出したＲａｔｅに基づいてＧａｉｎを算出するようにしているが、この処理で算出されたＲａｔｅが、例えばｒ１であった場合には、図９（ｂ）に示すように、このｒ１対応する係数Ｇ１がＧａｉｎとして選択され、このＧ１の値を用いて最大電力推定値Ｐｍａｘが推定される。

したがって、コンデンサ５の充電が完了するまでの充電期間に、太陽電池モジュールの出力が最大電力点に到達しなくても、最大電力を推定することができる。

なお、図９（ｂ）に示されるようなＲｔａｅに対応するＧａｉｎのカーブは、太陽電池モジュールの特性に合わせて任意に設定することができる。なお、このとき設定されるＧａｉｎは、テーブル値として準備してもよいし、線形近似式、あるいは二次曲線近似式などを用いても構わない。

以上説明したように、実施の形態３にかかる太陽光発電システムおよびその起動方法では、パワーコンディショナの起動判定に必要な最大電力推定値を、太陽電池モジュールを起動してからコンデンサの充電が完了するまでの充電期間におけるコンデンサの充電に要した充電電力、および充電期間におけるコンバータ入力電圧の平均値をコンバータが動作を開始する直前の前記コンバータ入力電圧で除した電圧比に基づいて直接的に推定するようにしているので、起動判定の閾値を余分なマージンをもたせることのない好適な値に設定することが可能となり、実施の形態１の効果に加え、より少ない日射量から安定して起動することができるという効果も得られる。

また、実施の形態３にかかる最大電力推定値の推定手法は、実施の形態２と比較して計算処理がより簡素化されるので、起動判定部の処理負担を軽減することができるという効果も得られる。

以上のように、本発明にかかる太陽光発電システムおよびその起動方法は、高精度な起動判定を行うことができる発明として有用である。

本発明の実施の形態１にかかる太陽光発電システムの構成図である。 起動判定部の動作を示すフローチャートである。 太陽電池モジュールのＶ−Ｐ特性を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる起動判定部の動作を示すフローチャートである。 コンバータ動作時のＶ−Ｐ特性曲線上の動作点推移を示す図である。 コンバータ動作時のＶｉｉ（ｎ）、充電電力Ｐｃ（ｎ）および充電電力差分ｄＰｃを示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる起動判定部の動作を示すフローチャートである。 コンバータ動作時のＶｓおよびＶｉｉの時間的変化の一例を示す図である。 実施の形態３にかかる起動判定手法の要部を説明するための図である。

符号の説明

１ 太陽光発電システム
２ 太陽電池モジュール
３ パワーコンディショナ
４ コンバータ
５ コンデンサ
６ インバータ
７ 出力リレー
８ 第１の電圧検出部
９ 第２の電圧検出部
１０ 起動判定部
１２ 商用系統
１４ 入力端
１６ 出力端

Claims (7)

1. 太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電システムにおいて、
   前記パワーコンディショナは、
   前記太陽電池モジュールから出力される直流電圧を昇圧または降圧して出力するコンバータと、
   前記コンバータから出力された直流電圧を平滑化するコンデンサと、
   前記コンデンサに蓄積された直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータと、
   前記コンバータの入力端側の電圧をコンバータ入力電圧として検出する第１の電圧検出器と、
   前記コンデンサの両端電圧をコンデンサ電圧として検出する第２の電圧検出器と、
   前記コンバータ入力電圧および前記コンデンサ電圧を用いて推定された前記太陽電池モジュールの最大電力推定値に基づき、少なくとも前記インバータの起動を制御する起動判定部と、
   を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。
2. 前記最大電力推定値は、前記コンバータを起動してから前記コンデンサの充電が完了するまでの充電期間に前記コンデンサの充電に要した電力を前記コンバータの入力電力に換算した電力値に基づいて推定されることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 前記最大電力推定値は、
   前記コンバータを起動してから前記コンデンサの充電が完了するまでの充電期間に前記コンデンサの充電に要した充電電力を前記コンバータの入力電力に換算した電力値と、
   前記充電期間における前記コンバータ入力電圧の平均値と前記コンバータが動作を開始する直前の前記コンバータ入力電圧との比率で表される電圧比と、
   に基づいて推定されることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
4. 前記パワーコンディショナには、前記インバータの出力を外部に出力するか否かを切り替えるスイッチが設けられ、
   前記起動判定部は、前記インバータの起動に合わせて前記スイッチを制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の太陽光発電システム。
5. 太陽電池モジュールが発電した直流電圧を昇圧または降圧するコンバータの出力をコンデンサに蓄積し、当該蓄積されたコンデンサの出力をインバータにて交流電圧に変換して出力するように構成された太陽光発電システムの起動方法において、
   前記コンバータに入力された入力電圧と、前記コンデンサに蓄積された電圧とに基づき、前記太陽電池モジュールの最大電力推定値を推定する第１ステップと、
   前記最大電力推定値の大きさに基づき、システムの起動の可否を判定する第２ステップと、
   を含むことを特徴とする太陽光発電システムの起動方法。
6. 前記第１ステップには、
   前記コンバータの起動から前記コンデンサの充電完了までの期間における前記コンバータの出力電圧の変化に基づき、前記コンデンサの充電に要した充電電力を算出するステップと、
   前記充電電力の変化率から前記最大電力推定値を表す近似曲線を算出するステップと、
   前記近似曲線を用いて前記最大電力推定値を推定するステップと、
   が含まれることを特徴とする請求項５に記載の太陽光発電システムの起動方法。
7. 前記第１ステップには、
   前記コンバータの起動から前記コンデンサの充電完了までの期間における前記コンバータの出力電圧の変化に基づき、前記コンデンサの充電に要した充電電力を算出するステップと、
   前記充電期間に前記コンバータに入力された入力電圧の平均値を算出するステップと、
   前記平均値と前記コンバータが動作を開始する直前の入力電圧との比率で表される電圧比を算出するステップと、
   前記電力率、前記平均値および前記電圧比に基づいて前記最大電力推定値を推定するステップと、
   が含まれることを特徴とする請求項５に記載の太陽光発電システムの起動方法。

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