JP2011199927A

JP2011199927A - 太陽光発電システム

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Publication number: JP2011199927A
Application number: JP2010060709A
Authority: JP
Inventors: Hideki Ishimoto; 英樹石元; Kojiro Hirano; 耕二郎平野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-03-17
Also published as: JP5554098B2

Abstract

【課題】太陽電池が発電する直流電力をインバータにより交流電力に変換するパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムにおいて、放電抵抗による電力損失を低減化し、安全でかつ装置構成の小型軽量化を図る。
【解決手段】パワーコンディショナ３０に設けられ直流及び交流電力を平滑化する平滑コンデンサ３２に対し、放電回路用スイッチ３６，３７を介して放電抵抗３３を並列接続し、パワーコンディショナの運転時には、放電回路用スイッチをオフして平滑用コンデンサが放電されない状態とし、パワーコンディショナの停止時には、放電回路用スイッチをオンして平滑用コンデンサの電荷を放電抵抗を介して放電するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、太陽電池が発電する直流電力をインバータにより交流電力に変換するパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムに関する。

太陽光発電システムのパワーコンディショナには、太陽電池とインバータとの間に太陽電池の直流及び交流電力を平滑化する大容量の平滑用コンデンサが搭載されており、太陽光・系統側(交流)への接続を遮断しても、平滑用コンデンサにエネルギーが蓄えられている状態となるため、メンテナンス時に充電部を触ると感電の可能性がある。これを回避するため、UL1741規格では、５分以内に平滑用コンデンサの電荷を放電するよう規定されている。
従来のパワーコンディショナでは、メンテナンス時に、抵抗体を平滑用コンデンサの電極に接続させて放電したり、平滑用コンデンサに並列に接続された放電抵抗により自然に放電をするのを待つ必要があった。

特開平１０−２８９０２６

従来のパワーコンディショナでは、抵抗体を用いて放電させた場合、感電などの危険性がある。平滑用コンデンサに並列に接続された放電抵抗により自然に放電するのを待つ場合では、放電抵抗に常時電流が流れるため、電力損失が発生したり、また、放電時間を規定より短くするためには、十分抵抗値を小さくしなければならないため、定格電力が大きな抵抗を挿入しなければならないといった問題点があった。
また、特許文献１には、太陽光発電システムにおいて、平滑用コンデンサに並列に接続された放電回路をオン・オフするパワーコンディショナが示されているが、太陽電池の運転開始のための起動条件の判定を行うことを目的としたもので、UL1741規格に対応した安全性を考慮したものではなかった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、太陽電池が発電する直流電力をインバータにより交流電力に変換するパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムにおいて、放電抵抗による電力損失を低減化し、安全でかつ装置構成の小型軽量化を図ることを目的とする。

この発明は、太陽電池が発電する直流電力をインバータにより交流電力に変換するパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムにおいて、上記パワーコンディショナに設けられ上記直流及び交流電力を平滑化する平滑コンデンサに対し、スイッチ手段を介して放電抵抗を並列接続し、上記パワーコンディショナの運転時には、上記スイッチ手段をオフして上記平滑用コンデンサが放電されない状態とし、上記パワーコンディショナの停止時には、上記スイッチ手段をオンして上記平滑用コンデンサの電荷を上記放電抵抗を介して放電するようにしたものである。

この発明の太陽光発電システムによれば、パワーコンディショナの停止時には、平滑用コンデンサの電荷を放電抵抗を介して自動的に放電するため、安全性を確保できると共に、パワーコンディショナの運転状態では放電抵抗に電流が流れないため、太陽電池で発電した電力を放電抵抗で消費することなく交流電力に変換し有効に活用できる上、放電抵抗の定格電力は放電時のみの電力を計算すればよく、放電抵抗の定格電力が小さくなり、装置構成の小型軽量化を促進することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る太陽光発電システムを示す回路構成図である。この発明の実施の形態１に係るパワーコンディショナの運転時の説明図である。この発明の実施の形態１に係るパワーコンディショナの運転停止時の説明図である。この発明の実施の形態１に係る動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２に係る要部の回路構成図である。この発明の実施の形態３に係る要部のブロック図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である太陽光発電システムの回路構成図である。
図１において、太陽光発電システムは、太陽電池１０が発電する直流電力を交流電力に変換して系統側（交流）２０に出力するパワーコンディショナ３０を備えている。
パワーコンディショナ３０には、太陽電池短絡用スイッチ３１を介して、太陽電池１０の直流電力を交流に変換するインバータ３４が接続されている。そして、太陽電池１０の出力の＋側と−側の間に、太陽電池の直流電力を平滑化する平滑用コンデンサ３２が接続され、この平滑用コンデンサ３２に対して放電回路用スイッチであるリレー３６の接点３７を介して放電抵抗３３が並列に接続される。リレー３６は、太陽電池１０から駆動電源を取るように接続されている。また、インバータ３４の交流側出力は、系統側（交流）短絡用スイッチ３５を介して、系統側（交流）２０と接続されている。

このように構成される太陽光発電システムのパワーコンディショナ３０の動作について、図を参照して以下に説明する。
パワーコンディショナ３０の運転開始前の状態においては、図１に示すように太陽電池短絡用スイッチ３１が開放状態であるため、リレー３６はオフ状態であり、その接点３７は閉成状態となっている（図４ステップＳ４１）。そして、パワーコンディショナ３０が運転状態に移行すると図２の状態となり、太陽電池短絡用スイッチ３１が短絡となり、リレー３６がオンの状態となるため、その接点３７は開放されると共に、平滑用コンデンサ３２は充電状態となる（図４ステップＳ４２，Ｓ４３）。
図２の状態から、例えば、メンテナンス等のためパワーコンディショナ３０が運転停止される場合には、図３のように太陽電池短絡用スイッチ３１が開放となり、リレー３６がオン状態となり、その接点３７は閉成され、平滑用コンデンサ３２の電荷は放電抵抗３３を介して放電される（図４ステップＳ４４〜Ｓ４６）。
平滑用コンデンサ３２の放電が完了すると、図１の状態に移行する。

なお、リレー３６は、機械式リレーや半導体リレー、あるいはIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）やMOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体スイッチ素子などでも良い。

以上のようにこの実施の形態1によれば、太陽電池が発電する直流電力をインバータにより交流電力に変換するパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムにおいて、上記パワーコンディショナに設けられ上記直流及び交流電力を平滑化する平滑コンデンサに対し、放電回路用スイッチを介して放電抵抗を並列接続し、上記パワーコンディショナの運転時には、上記放電回路用スイッチをオフして上記平滑用コンデンサが放電されない状態とし、上記パワーコンディショナの停止時には、上記放電回路用スイッチをオンして上記平滑用コンデンサの電荷を上記放電抵抗を介して放電するようにしたもので、パワーコンディショナの停止時には、平滑用コンデンサの電荷が放電抵抗を介して自動的に放電されるため、確実に安全性を確保できると共に、パワーコンディショナの運転状態では放電抵抗に電流が流れないため、太陽電池で発電した電力を放電抵抗で消費することなく交流電力に変換し有効に活用できる上、放電抵抗の定格電力は放電時のみの電力を考慮すればよいため、放電抵抗の定格電力が小さくなり、装置構成の小型軽量化を図ることが可能となる。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る要部の回路構成図である。
パワーコンディショナ３０の制御電源３８は、太陽電池１０から取られており、この制御電源３８が起動しているときは、図５のフォトカプラ３９の１次側に電流が流れてフォトカプラ３９がオンする。フォトカプラ３９の２次側がオンするので平滑用コンデンサ３２を放電するための半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）４０のゲート・ソース間は半導体スイッチ４０がオンできるだけの電圧が発生しないためオフ状態を維持し平滑用コンデンサ３２の電荷は放電されない状態となる。
次に、パワーコンディショナ３０の制御電源３８が停止した場合は、フォトカプラ３９の１次側の電流が途絶え、フォトカプラ３９はオフする。フォトカプラ３９の２次側はオフするため、半導体スイッチ４０のゲート・ソース間に接続された定電圧ダイオード４１に平滑用コンデンサ３２から抵抗４２を介して電流が流れ、半導体スイッチ４０のゲート・ソース間には電圧が発生し半導体スイッチ４０がオンする。従って平滑用コンデサ３２の電荷が放電抵抗３３を介して放電される。

この実施の形態２によれば、パワーコンディショナの制御電源の起動停止に連動して、放電抵抗の挿入、短絡が自動的に行えるので、メンテナンス時など、制御電源を遮断した場合に、安全に点検作業を実施することができる。

実施の形態３．
図６に実施の形態３に係る要部のブロック図で、パワーコンディショナの起動停止用スイッチまたは制御盤扉の開閉状態と連動してパワーコンディショナの制御電源のオン・オフ制御を行うようにしたものである。
図６において、パワーコンディショナ３０を収納した制御盤４３に取り付けられた起動停止用スイッチ４４と、制御盤扉４５に取り付けられた扉開閉用取手４６とが、ＯＲ回路４７を介してパワーコンディショナ３０の制御電源４８と連動している。
すなわち、パワーコンディショナ３０の運転時は、起動停止用スイッチ４４が起動の状態にあり、制御盤扉４５は閉められた状態で扉開閉用取手４６が閉扉状態を固定する位置となる。この場合は、制御電源４８がオフして、例えば図５と同様の回路により平滑用コンデンサの放電回路用スイッチがオフし平滑用コンデンサは放電されない状態を維持する。
パワーコンディショナ３０を停止する時は、起動停止用スイッチ４４が停止の状態にあり、また、扉開閉用取手４６が開扉できる状態に位置され、この場合は制御電源４８がオンして平滑用コンデンサの放電用回路用スイッチがオンし平滑用コンデンサが放電される状態となる。

この実施の形態３によれば、パワーコンディショナの起動停止用スイッチまたは制御盤の扉開放状態と連動して平滑用コンデンサの電荷が放電されるので、従来に比べて保守点検時における平滑用コンデンサの放電待ち時間が大幅に短縮できるとともに、確実に平滑用コンデンサの電荷が放電されることで安全に点検作業を実施することができる。

１０太陽電池、
２０系統側（交流）
３０パワーコンディショナ
３１太陽電池短絡用スイッチ、
３２平滑用コンデンサ、
３３放電抵抗
３４インバータ、
３５系統側（交流）短絡用スイッチ、
３６リレー
３７接点
３８制御電源
３９フォトカプラ
４０半導体スイッチ
４１定電圧ダイオード
４２抵抗
４３制御盤
４４起動停止用スイッチ
４５制御盤扉
４６扉開閉用取手
４７ＯＲ回路
４８制御電源

Claims

太陽電池が発電する直流電力をインバータにより交流電力に変換するパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムにおいて、
上記パワーコンディショナに設けられ上記直流及び交流電力を平滑化する平滑用コンデンサに対し、放電回路用スイッチを介して放電抵抗を並列接続し、
上記パワーコンディショナの運転時には、上記放電回路用スイッチをオフして上記平滑用コンデンサが放電されない状態とし、
上記パワーコンディショナの停止時には、上記放電回路用スイッチをオンして上記平滑用コンデンサの電荷を上記放電抵抗を介して放電するようにしたことを特徴とする太陽光発電システム。
上記放電回路用スイッチは、上記太陽電池を駆動電源として駆動されるリレーであ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。
上記放電回路用スイッチは、上記パワーコンディショナの制御電源の起動停止と連動してオン・オフ制御され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。
上記放電回路用スイッチは、上記パワーコンディショナの起動停止用スイッチまたは制御盤扉の開閉状態と連動してオン・オフ制御され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。