JP2009278774A

JP2009278774A - 太陽光発電システム

Info

Publication number: JP2009278774A
Application number: JP2008127446A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kobayashi; 猛小林
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2009-11-26
Also published as: WO2009139412A1; CN202026096U

Abstract

【課題】パワーコンディショナの出力電圧を上昇させると共にその変換効率を向上させる。
【解決手段】複数の太陽電池１１ａ，２１ａが直列に接続された太陽電池モジュール１１，２１と系統１３との間に設置され、太陽電池モジュール１１，２１を系統１３と連系させるパワーコンディショナ１２を備えた太陽光発電システムであって、パワーコンディショナ１２の直流入力側に二つの太陽電池モジュール１１，２１を直列接続し、二つの太陽電池モジュール１１，２１が接続された中間電位点１９を接地すると共に、パワーコンディショナ１２の停止時に一方の太陽電池モジュール１１をパワーコンディショナ１２から切り離すスイッチ２０を、その一方の太陽電池モジュール１１の出力側に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の太陽電池が直列に接続された太陽電池モジュールをパワーコンディショナにより系統と連系させ、太陽電池の発電電力あるいは系統からの電力を負荷に供給するようにした太陽光発電システムに関する。

近年、環境保護の観点からクリーンな自然エネルギーの一つとして太陽光を利用した太陽光発電システムが注目されている。この太陽光発電システムは、図４に示すように、複数の太陽電池１ａが直列に接続された太陽電池モジュール１をパワーコンディショナ２により商用電源などの系統３と連系させた構成を具備する（例えば、特許文献１参照）。

この太陽電池モジュール１と系統３とを連系させるパワーコンディショナ２は、太陽電池１ａで発電された直流電力を交流変換すると共に、系統３からの交流電力を直流変換する交直変換部４と、系統停電時などに太陽電池モジュール１を系統３から切り離すための交流スイッチ５と、太陽電池モジュール１と系統３とを連系させるための連系リアクトル６とを備えている。

この種の太陽光発電システムでは、昼間、太陽電池１ａで発電された直流電力をパワーコンディショナ２の交直変換部４により交流電力に変換し、系統３と連系して電力を負荷（図示せず）に供給するようにしている。一方、太陽電池１ａの発電電力が得られない夜間では、系統３からの電力をパワーコンディショナ２を介してバッテリ等の蓄電器（図示せず）に充電し、昼間にこれを利用することにより昼間の発電電力のピークを抑制し、夜間電力の有効利用を図るようにしている。
特開２００２−１０４９６号公報

ところで、前述の太陽光発電システムで使用される太陽電池モジュール１は、通常、使用回路電圧（対地電位）の上限、つまり、耐圧が、太陽電池１ａの材質として結晶系で６００Ｖ、薄膜系で５００Ｖ程度となっている。そのため、パワーコンディショナ２の直流入力電圧範囲は、結晶系の場合、０〜６００Ｖ程度（薄膜系で０〜５００Ｖ程度）で、太陽電池モジュール１による実際の発電時における運転状態での直流入力電圧範囲は、結晶系の場合、２００〜６００Ｖ程度（薄膜系で２００〜５００Ｖ程度）となっている。

一方、パワーコンディショナ２の出力電圧を上昇させようとすると、そのパワーコンディショナ２における交直変換部４を、チョッパ回路とインバータあるいはインバータと昇圧トランスで構成することにより、２００Ｖ系の系統と連系させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、前述のようなチョッパ回路や昇圧トランスを使用することにより、パワーコンディショナ２の出力電圧を上昇させようとすると、チョッパ回路や昇圧トランスによる損失や入力電圧が低いことから、パワーコンディショナ２の主回路部に流れる電流が増大して損失が大きくなり、パワーコンディショナ２における変換効率が低下するという問題があった。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、パワーコンディショナの出力電圧を上昇させると共にその変換効率も向上させ得る太陽光発電システムを提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、複数の太陽電池が直列に接続された太陽電池モジュールと系統との間に設置され、太陽電池モジュールを系統と連系させるパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムであって、パワーコンディショナの直流入力側に二つの太陽電池モジュールを直列接続し、二つの太陽電池モジュールが接続された中間電位点を接地したことを特徴とする。

本発明では、パワーコンディショナの直流入力側に二つの太陽電池モジュールを直列接続したことにより、一つの太陽電池モジュールが接続された従来のパワーコンディショナの出力電圧を二倍にすることができる。しかも、パワーコンディショナの直流入力側で、二つの太陽電池モジュールが接続された中間電位点を接地したことにより、その中間電位点が固定されるので太陽電池モジュールにおける使用回路電圧（対地電位）が従来の場合と同等に維持できる。その結果、パワーコンディショナの出力電圧を上昇させると共にその変換効率も向上させることができる。

前述のパワーコンディショナの停止時など、パワーコンディショナが制御不可能な状態時には、太陽電池モジュールを構成する太陽電池の開放電圧がパワーコンディショナの直流入力側に印加されている状態となる。パワーコンディショナの直流入力側に二つの太陽電池モジュールを直列接続した場合、このパワーコンディショナの入力電圧が電気設備基準の低電圧区分である規定電圧を超える可能性がある。

そこで、本発明では、パワーコンディショナの直流入力側に二つの太陽電池モジュールを直列接続し、二つの太陽電池モジュールが接続された中間電位点を接地すると共に、パワーコンディショナが制御不可能な状態時に太陽電池モジュールのいずれか一方をパワーコンディショナから切り離すスイッチを、その一方の太陽電池モジュールの出力側に設けることが望ましい。このようにすれば、パワーコンディショナの停止時など、パワーコンディショナが制御不可能な状態時に一方の太陽電池モジュールを切り離すことで、パワーコンディショナの入力電圧が電気設備基準の低電圧区分である規定電圧を超えることを未然に防止できる。

前述したパワーコンディショナの停止時など、パワーコンディショナが制御不可能な状態時に一方の太陽電池モジュールをパワーコンディショナから切り離すスイッチは、機械式スイッチであることが望ましい。このスイッチとしては、半導体スイッチも可能であるが、機械式スイッチを使用すれば、半導体スイッチにおける通電損失がない点で好適である。

本発明では、パワーコンディショナの直流入力側に直列接続された二つの太陽電池モジュールのそれぞれに、一つ以上の太陽電池モジュールを並列に接続することが望ましい。このようにすれば、並列接続した太陽電池モジュールの個数分だけ、太陽光発電システムの容量を増加させることができる点で有効である。

本発明によれば、パワーコンディショナの直流入力側に二つの太陽電池モジュールを直列接続し、二つの太陽電池モジュールが接続された中間電位点を接地したことにより、一つの太陽電池モジュールが接続された従来のパワーコンディショナの出力電圧を二倍にすることができると共に、太陽電池モジュールにおける使用回路電圧（対地電位）が従来の場合と同等に維持できる。その結果、パワーコンディショナの出力電圧を上昇させることができると共にその変換効率を向上させることができ、簡単な回路構成の変更でもってニーズに対応した高出力および高効率の太陽光発電システムを提供できる。

また、パワーコンディショナの直流入力側に二つの太陽電池モジュールを直列接続し、二つの太陽電池モジュールが接続された中間電位点を接地すると共に、パワーコンディショナが制御不可能な状態時に太陽電池モジュールのいずれか一方をパワーコンディショナから切り離すスイッチを、その一方の太陽電池モジュールの出力側に設けた構成とすれば、パワーコンディショナが制御不可能な状態時に一方の太陽電池モジュールを切り離すことで、パワーコンディショナの入力電圧が電気設備基準の低電圧区分である規定電圧を超えることを未然に防止できる。その結果、パワーコンディショナの高電圧化を回避することができ、そのパワーコンディショナを低圧機器として取り扱うことができるので、太陽光発電システムの小型化および低コスト化を実現できる。

本発明に係る太陽光発電システムの実施形態を以下に詳述する。なお、図１および図２は本発明における第一の実施形態を例示し、図１はパワーコンディショナ１４の運転状態、図２はパワーコンディショナ１４の停止状態をそれぞれ示す。また、図３は本発明における第二の実施形態を例示する。

図１および図２に示す第一の実施形態における太陽光発電システムは、複数の太陽電池１１ａが直列に接続された太陽電池モジュール１１，２１をパワーコンディショナ１２により商用電源などの系統１３と連系させた構成を具備する。このパワーコンディショナ１２の直流入力側には、二つの太陽電池モジュール１１，２１が直列に接続されている。

これら太陽電池モジュール１１，２１と系統１３とを連系させるパワーコンディショナ１２は、太陽電池１１ａ，２１ａで発電された直流電力を交流変換すると共に、系統１３からの交流電力を直流変換する交直変換部１４と、系統停電時などに太陽電池モジュール１１，２１を系統１３から切り離すための交流スイッチ１５と、太陽電池モジュール１１，２１と系統１３とを連系させるための連系リアクトル１６とを備えている。

このパワーコンディショナ１２は、直流電圧検出部１７により計測された電圧、つまり、パワーコンディショナ１２の入力電圧が電気設備基準の低電圧区分である規定電圧、例えば７５０Ｖ以下となるように制御部１８で電圧制御している。

また、このパワーコンディショナ１２では、二つの太陽電池モジュール１１，２１が接続された中間電位点１９を接地すると共に、二つの太陽電池モジュール１１，２１のうち、一方の太陽電池モジュール１１の出力側に直流スイッチ２０を設けている。この直流スイッチ２０としては、半導体スイッチも可能であるが、機械式スイッチを使用すれば、半導体スイッチにおける通電損失がない点で好適である。

前述した制御部１８は、パワーコンディショナ１２の停止時など、パワーコンディショナ１２が制御不可能な状態で、パワーコンディショナ１２の入力電圧が７５０Ｖを超える場合に直流スイッチ２０をＯＦＦ（図２参照）して一方の太陽電池モジュール１１をパワーコンディショナ１２から切り離す。このパワーコンディショナ１２の運転を開始する時には、制御部１８の出力に基づいて直流スイッチ２０をＯＮ（図１参照）してパワーコンディショナ１２の入力電圧の制御を実行する。

この種の太陽光発電システムでは、昼間、太陽電池１１ａ，２１ａで発電された直流電力をパワーコンディショナ１２の交直変換部１４により交流電力に変換し、系統１３と連系して電力を負荷（図示せず）に供給するようにしている。一方、太陽電池１１ａ，２１ａの発電電力が得られない夜間では、系統１３からの交流電力をパワーコンディショナ１２の交直変換部１４により直流電力に変換してバッテリ等の蓄電器（図示せず）に充電し、昼間にこれを利用することにより昼間の発電電力のピークを抑制し、夜間電力の有効利用を図るようにしている。

この太陽光発電システムでは、パワーコンディショナ１２の直流入力側に二つの太陽電池モジュール１１，２１を直列接続したことにより、一つの太陽電池モジュールが接続された従来のパワーコンディショナの出力電圧を二倍にすることができる。しかも、パワーコンディショナ１２の直流入力側で、二つの太陽電池モジュール１１，２１が接続された中間電位点１９を接地したことにより、その中間電位点１９が固定されるので太陽電池モジュール１１，２１における使用回路電圧（対地電位）が従来の場合と同等に維持できる。その結果、パワーコンディショナ１２の出力電圧を上昇させると共にその変換効率を約１％程度向上させることができる。

このように、パワーコンディショナ１２の直流入力側に二つの太陽電池モジュール１１，２１を直列接続した場合であっても、パワーコンディショナ１２の直流入力側で、二つの太陽電池モジュール１１，２１が接続された中間電位点１９を接地したことにより、パワーコンディショナ１２の運転時には、太陽電池モジュール１１，２１を最大出力追従制御することから、パワーコンディショナ１２の入力電圧が電気設備基準の低電圧区分である規定電圧、例えば７５０Ｖを超えることはない。

しかしながら、前述のパワーコンディショナ１２の停止時など、パワーコンディショナ１２が制御不可能な状態では、パワーコンディショナ１２の運転時における入力電圧よりも大きな電圧、つまり、太陽電池モジュール１１，２１を構成する太陽電池１１ａ，２１ａの開放電圧がパワーコンディショナ１２の直流入力側に印加されている状態となる。その結果、このパワーコンディショナ１２の入力電圧が電気設備基準の低電圧区分である規定電圧、例えば７５０Ｖを超える可能性がある。

そこで、この太陽光発電システムでは、パワーコンディショナ１２の直流入力側に二つの太陽電池モジュール１１，２１を直列接続し、二つの太陽電池モジュール１１，２１が接続された中間電位点１９を接地すると共に、パワーコンディショナ１２の停止時など、パワーコンディショナ１２が制御不可能な状態において、一方の太陽電池モジュール１１をパワーコンディショナ１２から切り離す直流スイッチ２０をその一方の太陽電池モジュール１１の出力側に設けている。

これにより、図２に示すようにパワーコンディショナ１２の停止時など、パワーコンディショナ１２が制御不可能な状態で制御部１８からの出力に基づいて直流スイッチ２０をＯＦＦすることにより、一方の太陽電池モジュール１１をパワーコンディショナ１２から切り離すことで、パワーコンディショナ１２の入力電圧が電気設備基準の低電圧区分である規定電圧、例えば７５０Ｖを超えることを未然に防止している。

また、パワーコンディショナ１２の直流入力側に二つの太陽電池モジュール１１，２１を直列接続したことにより、パワーコンディショナ１２の入力電圧範囲が従来の場合よりも広くなることから、様々な特性を有する太陽電池を使用することが可能となり、太陽光発電システムの設計自由度が向上する。

さらに、この太陽光発電システムでは、二つの太陽電池モジュール１１，２１が接続された中間電位点１９を接地し、一方の太陽電池モジュール１１の出力側に直流スイッチ２０を設けた簡単な回路構成を付加しただけである。そのため、中間電位点１９の接地を外し、直流スイッチ２０を取り外すだけで従来の太陽光発電システムへ変更することができるので、必要に応じてシステム変更することが容易である。

なお、前述した第一の実施形態では、パワーコンディショナ１２の直流入力側に二つの太陽電池モジュール１１，２１を直列接続した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、太陽光発電システムの容量を大きくする場合には、図３に示す第二の実施形態が有効である。

この第二の実施形態における太陽光発電システムは、パワーコンディショナ１２の直流入力側に直列接続された二つの太陽電池モジュール１１，２１のそれぞれに、一つの太陽電池モジュール３１，４１を並列に接続した構成を具備する。この実施形態では一つの太陽電池モジュール３１，４１を並列接続しているが、複数の太陽電池モジュールを並列することも可能である。これにより、並列接続した太陽電池モジュールの個数分だけ、太陽光発電システムの容量を増加させることができる。なお、第一の実施形態と同一または相当部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る太陽光発電システムの第一の実施形態で、直流スイッチをＯＮした状態を示す回路図である。図１に示す第一の実施形態において、直流スイッチをＯＦＦした状態を示す回路図である。本発明に係る太陽光発電システムの第二の実施形態を示す回路図である。従来の太陽光発電システムの概略構成を示す回路図である。

符号の説明

１１太陽電池モジュール
１１ａ太陽電池
１２パワーコンディショナ
１３系統
１９中間電位点
２０スイッチ
２１太陽電池モジュール
２１ａ太陽電池

Claims

複数の太陽電池が直列に接続された太陽電池モジュールと系統との間に設置され、前記太陽電池モジュールを系統と連系させるパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムであって、前記パワーコンディショナの直流入力側に二つの太陽電池モジュールを直列接続し、前記二つの太陽電池モジュールが接続された中間電位点を接地したことを特徴とする太陽光発電システム。
前記パワーコンディショナが制御不可能な状態時に前記太陽電池モジュールのいずれか一方をパワーコンディショナから切り離すスイッチを、前記一方の太陽電池モジュールの出力側に設けた請求項１に記載の太陽光発電システム。
前記スイッチは、機械式スイッチである請求項２に記載の太陽光発電システム。
前記二つの太陽電池モジュールのそれぞれに一つ以上の太陽電池モジュールを並列に接続した請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽光発電システム。