JP2010245203A

JP2010245203A - 太陽光発電システムと太陽光発電システムの制御方法

Info

Publication number: JP2010245203A
Application number: JP2009090602A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Inoue; 貴義井上
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2010-10-28

Abstract

【課題】太陽電池の電圧変動があっても、太陽電池の出力電圧の値が起動閾値電圧を超えてから電力変換手段が動作を開始するまでの時間がリセットされない太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】太陽電池と、太陽電池が出力する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、太陽電池からの直流電圧の値を監視し、直流電圧の値が任意に設定される起動閾値電圧を最初に超えた時点で前記直流電圧と前記起動閾値電圧との偏差の積分を開始し、前記積分値が任意に設定される連系閾値を上回った時点でパワーコンディショナを動作させる制御回路と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システムの起動に関するものである。

太陽光発電システムの電力源である太陽電池の出力特性は、日射強度、パネル温度などの条件の下で最大電力を発生する電流と電圧との組み合わせが一組だけ存在し、太陽電池を効率よく運用するため、太陽光発電システムは常に最大電力点を追従するように制御されている。また、日射量に応じて負荷への電力供給が変化する太陽光発電システムにおいては、負荷への電力供給が見込めないときにシステムを起動停止させる必要がある。

システムの構成例を図２に示す。このシステムは、太陽電池１、パワーコンディショナ２、制御回路３、開閉器４および電源系統５を備えている。

太陽電池１は、シリコンあるいは化合物半導体等を用い、所定の電力が得られるように所定の大きさに製造されたものである。

パワーコンディショナ２は、備えられた図示しないインバータにて、太陽電池１が出力する直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により交流電力に変換するものである。

制御回路３は、図示しない電圧検出器が検出する太陽電池１の出力電圧を監視し、その出力電圧が所定電圧を超え、所定条件を満足した場合にパワーコンディショナ２を起動させるものである。

開閉器４は、制御回路３がパワーコンディショナ２を起動させるのに伴ってＯＮになり、パワーコンディショナ２から供給される交流電力が、図示しない負荷が接続された電源系統５に送電される。

太陽光発電システムにおける起動シーケンスでは、太陽電池１の開放電圧（太陽電池１の出力電流がゼロになるときの出力電圧、以下Ｖｏｃと称す。）がシステム起動判定基準の電圧を超えた場合に起動条件を成立させるように設定する場合がある。そして、出力電圧が起動判定基準以上になった状態が所定時間継続した時点で、制御回路３が系統連系を開始させる信号をパワーコンディショナ２および開閉器４にそれぞれ送信する。

このような太陽光発電システムの起動から終了までについて図３を用いて説明する。図３（ａ）は太陽電池１のＶｏｃの時間変化であり、図３（ｂ）は、パワーコンディショナ２の出力の時間変化であり、図３（ｃ）はシステムが待機状態か運転状態かを示している。

制御回路３は、図示しない電圧検出器が検出するＶｏｃを監視しており、図３（ａ）より、朝になって、Ｖｏｃが最適動作電圧＋αＶ（システムの起動判定基準電圧）を上回り、その状態が朝始動確認時間（所定時間）まで継続すると制御回路３がパワーコンディショナ２を起動させ、図３（ｃ）のようにシステムは待機状態から運転状態になる。そして、パワーコンディショナ２は、図３（ｂ）より、所定の電力を供給できる状態になってからその電力を電源系統５に供給し、システムが運転される。その後、夕方になり、日射量が減少すると、Ｖｏｃが夜停止直流電圧以下になり夜停止確認時間を経過した場合、または、パワーコンディショナ２の出力電力が夜停止出力電力以下になり夜停止確認時間を経過した場合に、制御回路３は、パワーコンディショナ２を停止させる。

この場合のパワーコンディショナ２の起動について図４（ａ）を用いて説明する。図４（ａ）は、上段からＶｏｃ、起動指令および連系指令のタイムチャートである。

ここで、起動指令とはパワーコンディショナ２が起動するための前提条件であり、Ｖｏｃが最適動作電圧＋αＶに相当する起動閾値電圧を上回った場合にＯＮになる。また、連系指令とは起動指令がＯＮになった後に所定条件が満たされた場合にＯＮになる。

Ｖｏｃが、起動閾値電圧を超えた場合に、制御回路３は起動指令の信号をＯＮにし、朝始動確認時間に相当するＡの時間を経過した後に、連系指令の信号をＯＮにし、パワーコンディショナ２および開閉器４がＯＮになる。このような太陽光発電システムが、例えば特許文献１に開示されている。

特開平８−１２６２０８号公報。

しかし、このような起動では、Ａの時間内において急な日射量変動により瞬間的に直流電圧が低下した場合に、それまで継続してきた時間をリセットしてしまうため、発電可能な状態にもかかわらず起動までの時間が遅くなってしまう。

これについて、図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ｂ）についてもＶｏｃ、起動指令および連系指令のタイムチャートである。Ｖｏｃは、起動閾値電圧を上回ったものの天候等の変化により日射量が変化し、一定時間起動閾値電圧を下回った後、起動閾値電圧を上回っている。

この場合、起動指令の信号は、Ｖｏｃが最初に起動閾値電圧を上回った際にＯＮになるが、Ｖｏｃが起動閾値電圧を下回った際にＯＦＦとなる。そして、Ｖｏｃが再び起動閾値電圧を上回った際に起動指令は再びＯＮになり、それからＡの期間を経過した後連系指令がＯＮになる。図４（ｂ）において、起動指令がＯＮになってから連系指令がＯＮになるまでの時間は、図４（ａ）のそれと比べると、起動指令が最初にＯＮになってから再びＯＮになるまでの時間だけ遅れている。

また、日射量に対する開放電圧の特性はパネル温度や太陽光の入射角度等により変化する。したがって、夏と冬とでは同じ日射量でも開放電圧が異なり、起動閾値電圧およびＡを一意的に決定すると発電量が見込めないような場合に起動したり、その逆に発電量が見込めるにもかかわらずシステムを起動できないことがある。

本発明は、前記課題に基づいてなされたものであり、太陽電池の出力電圧の瞬間的な変動があっても、太陽電池の出力電圧の値が起動閾値電圧を超えてから電力変換手段が動作を開始するまでの時間がリセットされない太陽光発電システムとその制御方法を提供することにある。

本発明は、前記課題の解決を図るために、太陽電池と、前記太陽電池が出力する直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、前記太陽電池からの直流電圧の値を監視し、前記直流電圧の値が任意に設定される起動閾値電圧を最初に超えた時点で前記直流電圧と前記起動閾値電圧との偏差の積分を開始し、前記積分値が任意に設定される起動積分閾値を上回った時点で前記電力変換手段を動作させる制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の太陽光発電システムの制御方法は、太陽電池と、前記太陽電池が出力する直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、を備えた太陽光発電システムにおいて、制御手段が、前記太陽電池からの直流電圧の値を監視し、前記直流電圧の値が任意に設定される起動閾値電圧を最初に超えた時点で前記直流電圧と前記起動閾値電圧との偏差の積分を開始し、前記積分値が任意に設定される起動積分閾値を上回った時点で前記電力変換手段を動作させることを特徴とする。

上記構成によれば、制御手段により、太陽電池の出力電圧の値が起動閾値電圧を超えてから電力変換手段が動作を開始するまでの時間が、太陽電池の出力電圧と起動閾値電圧との偏差の時間積分により決定される。これにより、瞬間的な日射変動による太陽電池の電圧変動があっても、前記時間がリセットされないのでチャタリング等の影響を受けることがない。

また、前記時間が、太陽電池の出力電圧と起動閾値電圧との偏差の時間積分により決定される。すなわち、起動閾値電圧と起動積分閾値とが固定されていても、気象条件等により前記時間は変動する。例えば、真夏の快晴日であれば、前記積分値は短時間で起動積分閾値を上回り、真冬の晴れ時々曇りのような日であれば、前記積分値は長時間を要して起動積分閾値を上回ることになる。

したがって、夏、冬のように太陽電池に対する太陽光の入射角の違い、あるいはパネル温度の変化等が生じても、太陽電池の環境に応じて、発電量が見込めるときにシステムを起動させることができる。

請求項１および２の発明によれば、制御手段により、太陽電池の出力電圧の値が起動閾値電圧を超えてから電力変換手段が動作を開始するまでの時間が、太陽電池の出力電圧と起動閾値電圧との偏差の時間積分により決定される。これにより、瞬間的な日射変動による太陽電池の電圧変動があっても、前記時間がリセットされないのでチャタリング等の影響を受けることがない。

また、前記時間が、太陽電池の出力電圧と起動閾値電圧との偏差の時間積分により決定される。すなわち、起動閾値電圧と起動積分閾値とが固定されていても、気象条件等により前記時間は変動する。

本発明における太陽光発電システムの起動に関する説明図。太陽光発電システムの構成図。従来における太陽光発電システムの起動に関する説明図従来における太陽光発電システムの起動に関する説明図

以下、本発明の実施の形態における太陽光発電システムを図面等に基づいて詳細に説明する。

本実施例は、図２の装置に適用したものである。本発明における装置構成は図２と同様であるためその説明は省略する。

ここで、パワーコンディショナ２が電力変換手段に相当し、制御回路３が制御手段に相当する。また、本実施例では、連系閾値が本発明の起動積分閾値である。

図１は、本実施例におけるＶｏｃ、起動指令および連系指令のタイムチャートである。図１におけるＶｏｃは、図４（ｂ）のＶｏｃと同様に最初に起動閾値電圧を上回ってから、一旦起動閾値電圧を下回った後再び起動閾値電圧を上回るように変化している。

この場合、Ｖｏｃが最初に起動閾値電圧を上回って起動指令がＯＮになってから連系指令がＯＮになるまでは、次のようにして決定される。

すなわち、制御回路３は、Ｖｏｃが最初に起動閾値電圧を上回った場合に起動指令をＯＮにする。

次に、制御回路３は、Ｖｏｃと起動閾値電圧との偏差（Ｖｏｃ―起動閾値電圧）を、所定間隔で順次時間積分を行う。この場合、途中まではＶｏｃが起動閾値電圧を上回っていたため、積分値は徐々に増加している。しかし、Ｖｏｃが起動閾値電圧を下回った部分では、積分値はその分だけ減少している。その後は、Ｖｏｃは起動閾値電圧を上回っているため積分値は増加している。

そして、制御回路３は、積分値が連系閾値を上回った（前記積分値＞連系閾値）直後に連系指令をＯＮにし、パワーコンディショナ２および開閉器４にその信号を送信する。

このようなパワーコンディショナ２の起動を行うことで、瞬間的な日射変動による太陽電池１の電圧変動があっても、起動指令がＯＮになってから連系指令がＯＮになるまでの時間がリセットされないのでチャタリング等の影響を受けることがない。

また、起動指令がＯＮになってから連系指令がＯＮになるまでの時間は、前記積分値により決定される。すなわち、起動閾値電圧と連系閾値とが固定されていても、気象条件等によるＶｏｃの変化により前記積分値が変動することで前記時間も変動する。例えば、真夏の快晴日であれば、Ｖｏｃの値は高いので前記時間は短時間となり、真冬の晴れ時々曇りのような日であれば、Ｖｏｃの値は低いので前記時間は長時間となる。

したがって、夏、冬のように太陽電池１に対する太陽光の入射角の違い、あるいはパネル温度の変化等が生じても、太陽電池１の環境に応じて、発電量が見込めるときにシステムを起動させることができる。

本実施例は、本発明における太陽光発電システムの制御方法である。この制御方法について前述した図１，２を用いて説明する。

第１のステップは、制御回路３が、Ｖｏｃが最初に起動閾値電圧を上回った場合に起動指令をＯＮにする。

第２のステップは、制御回路３が、Ｖｏｃと起動閾値電圧との偏差（Ｖｏｃ―起動閾値電圧）を、所定間隔で順次時間積分する。

第３のステップは、制御回路３が、前記積分値が連系閾値を上回った（前記積分値＞連系閾値）直後に連系指令をＯＮにし、パワーコンディショナ２および開閉器４にその信号を送信する。

このようなステップの手順によりパワーコンディショナ２の起動を行うことで、瞬間的な日射変動による太陽電池１の電圧変動があっても、起動指令がＯＮになってから連系指令がＯＮになるまでの時間がリセットされないのでチャタリング等の影響を受けることがない。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

１…太陽電池
２…パワーコンディショナ
３…制御回路
４…開閉器
５…電源系統

Claims

太陽電池と、
前記太陽電池が出力する直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、
前記太陽電池からの直流電圧の値を監視し、前記直流電圧の値が任意に設定される起動閾値電圧を最初に超えた時点で前記直流電圧と前記起動閾値電圧との偏差の積分を開始し、前記積分値が任意に設定される起動積分閾値を上回った時点で前記電力変換手段を動作させる制御手段と、を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。
太陽電池と、
前記太陽電池が出力する直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、を備えた太陽光発電システムにおいて、
制御手段が、前記太陽電池からの直流電圧の値を監視し、前記直流電圧の値が任意に設定される起動閾値電圧を最初に超えた時点で前記直流電圧と前記起動閾値電圧との偏差の積分を開始し、前記積分値が任意に設定される起動積分閾値を上回った時点で前記電力変換手段を動作させることを特徴とする太陽光発電システムの制御方法。