JP2012182868A

JP2012182868A - 太陽光発電装置

Info

Publication number: JP2012182868A
Application number: JP2011042285A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nakamura; 浩明中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】発電電力の大きいストリングの入力電力を選択して出力制御することで、商用電力系統へ逆潮流する出力電力を安定させ易くすること。
【解決手段】複数の太陽電池と、該複数の太陽電池のそれぞれに接続している電力変換手段と、該電力変換手段の電圧が定格値以上になった際に、前記複数の太陽電池のそれぞれの発電電力を検出し、該発電電力の小さい順に、前記太陽電池と前記電力変換手段との接続を切断するように信号を発信する制御部と、該制御部の前記信号に対応して、前記太陽電池と前記電力変換手段との接続を切断する電圧上昇抑制手段とを備えていること。
【選択図】図１

Description

本発明は太陽光発電装置に関するものである。

一般に、太陽電池で発電された直流電力は、パワーコンディショナと呼ばれる電力変換装置によって交流電力に変換され、商用電力系統に逆潮流される。商用電力系統の配電用変圧器（柱上変圧器）には、複数の家屋の低圧配電線路が接続されており、住宅用太陽光発電によって複数の家屋から逆潮流された電力は電力会社に売電される。

一方、住宅の屋根は必ずしも太陽光発電に適した南向きの斜面を有しているとは限らず、多方位に分けて太陽電池群を設置しなければならない場合も多い。そのため、太陽電池群毎の最大電力点における最大電力動作電圧が異なる。太陽電池群毎の最大電力動作電圧が異なると、最大電力動作電圧の大きな太陽電池群からの電力が、パワーコンディショナに優先的に入力される結果、最大電力動作電圧の低い太陽電池群の電力が、パワーコンディショナに入力されなくなるという現象が起こる。

このような問題に鑑みて、各方位の太陽電池毎にパワーコンディショナを複数設置することによって、個別に運転を行い、太陽電池群毎の電力を効率的に取得することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、商用電力系統は、配電用変圧器の２次側電圧が変動幅内に納まるようにしており、この範囲を超えるようであれば、逆潮流を停止する（以下、電圧上昇抑制という場合がある）ように制御されている。

特開２００１−３０９５６０号公報

しかしながら、例えば特許文献１のような各方位の太陽電池毎にパワーコンディショナを複数設置したシステムの場合、電圧上昇抑制を行う際に、各パワーコンディショナが単独で対応する太陽電池群の電力を停止させる結果、相対的に発電電力が高い太陽電池群が停止される場合があり、商用電力系統に逆潮流する出力電力が、不安定になる場合があった。

本発明は、複数の太陽電池と、該複数の太陽電池のそれぞれに接続している電力変換手段と、該電力変換手段の電圧が定格値以上になった際に、前記複数の太陽電池のそれぞれの発電電力を検出し、該発電電力の小さい順に、前記太陽電池と前記電力変換手段との接続を切断するように信号を発信する制御部と、該制御部の前記信号に対応して、前記太陽電池と前記電力変換手段との接続を切断する電圧上昇抑制手段とを備えている。

また本発明は、複数の太陽電池と、該複数の太陽電池のそれぞれに接続している電力変換手段と、該電力変換手段の電圧が定格値よりも小さくなった際に、前記複数の太陽電池のそれぞれの発電電力を検出し、該発電電力の大きい順に、前記太陽電池と前記電力変換手段とを接続するように信号を発信する制御部と、該制御部の前記信号に対応して、前記
太陽電池と前記電力変換手段とを接続する電圧上昇抑制手段とを備えている。

本発明によれば、各太陽電池の発電電力を基準として、各太陽電池からの商用電力系統への逆潮流を停止または起動させることができるため、商用電力系統へ逆潮流する出力電力を安定させ易くすることができる。

本実施形態に係る太陽光発電装置と商用電力系統との回路の模式図である。本実施形態に係る太陽光発電装置の電圧上昇抑制時における電力変換回路の停止のフローチャートである。本実施形態に係る太陽光発電装置の電圧上昇抑制後における電力変換回路の再起動のフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について図を用いて説明する。

本実施形態は、複数の太陽電池と、複数の太陽電池のそれぞれに接続している電力変換手段と、電力変換手段の電圧が定格値以上になった際に、複数の太陽電池のそれぞれの発電電力を検出し、発電電力の小さい順に、太陽電池と電力変換手段との接続を切断するように信号を発信する制御部と、制御部の前記信号に対応して、太陽電池と電力変換手段との接続を切断する電圧上昇抑制手段とを備えている。

図１に示す実施形態の太陽光発電装置１１は、複数の太陽電池１にそれぞれ対応して電力変換回路８が設けられている。具体的には、太陽電池１ａ、１ｂ、１ｃはそれぞれ、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂ、２ｃを介して、ＤＣ／ＡＣ変換を行なうための電力変換回路８ａ、８ｂ、８ｃとそれぞれ接続されている。なお、各電力変換回路８ａ、８ｂ、８ｃは商用電力系統３に並列接続されている。

以下、太陽電池１で発電された直流電力を発電電力、電力変換回路８で変換された交流電力を出力電力という。

太陽電池１は、シリコン系多結晶太陽電池、シリコン系単結晶太陽電池、あるいはＣＩＧＳ等薄膜系太陽電池等、光電変換可能なものであれば良く、太陽電池の種類によって制限されない。

また電力変換手段８は、ＤＣ／ＡＣ変換回路を少なくとも有しているものであり、その他各種制御回路で構成されていてもよい。

制御部４は、電力変換回路８の電圧が定格値以上になった際に、複数の太陽電池１のそれぞれの発電電力を太陽電池１とＤＣ／ＤＣ変換部２との間に配置されたセンサーなど（不図示）によって検出し、発電電力の小さい順に、太陽電池１と電力変換回路８との接続を切断するように信号を発信する。

この制御部４は、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂ、２ｃと接続されており、これらＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂ、２ｃは、制御部４からの信号に対応して、太陽電池１と電力変換回路８との接続を切断または接続する電圧上昇抑制手段を有している。この電圧上昇抑制部２は、接続を切断する部分に配置されていればよく、ＤＣ／ＤＣ変換部に含まれていなくてもよい。

これにより、発電電力の大きい太陽電池１を選択的に残して出力制御できるので、商用電力系統３へ逆潮流する出力電力を安定させ易くできる。

また本実施形態は、複数の太陽電池と、複数の太陽電池のそれぞれに接続している電力変換手段と、電力変換手段の電圧が定格値よりも小さくなった際に、複数の太陽電池のそれぞれの発電電力を検出し、発電電力の大きい順に、太陽電池と電力変換手段とを接続するように信号を発信する制御部と、制御部の信号に対応して、太陽電池と電力変換手段とを接続する電圧上昇抑制手段とを備えている。

これにより、停止していた各電力変換回路８を順次再起動させる場合においても、発電電力の大きい太陽電池１を選択して出力制御できるので、商用電力系統３へ逆潮流する出力電力を安定させ易くすることができる。

さらに本実施形態は、複数の太陽電池のそれぞれに対応して電力変換手段が複数設けられている。

例えば図１においては、各太陽電池１ａ、１ｂ、１ｃに対して電力変換回路８ａ、８ｂ、」８ｃが１対１対応で接続している。

これにより、各太陽電池１の出力電圧が異なっていても、電力変換回路８への入力電圧を合わせることができる。なお、設備のコストを抑えるためには、各太陽電池１ａ、１ｂ、１ｃを一つの電力変換回路８に接続して運転させても構わない。

さらに本実施形態は、電力変換手段が商用電力系統と接続されることによって、商用電力系統との連係運転を行なう。

これによって、安定した逆潮流による電力を電力会社への売電することが可能となる。

以下、本発明の太陽光発電装置の停止および再起動の制御を、フローチャートを用いて説明する。

＜停止制御フローチャート説明＞
図２の制御フローチャート１では、主に制御部４を中心にして制御を行う。

まず、ＳＴＥＰ１では、電力変換回路８が商用電力系統３の電圧を測定している。

ＳＴＥＰ２では、商用電力系統３の電圧情報を制御部４が受け(不図示)、所定電圧値以上になっているかを判定する。ここでこの所定電圧値とは、電圧上昇抑制を作動させる電圧値よりも低い段階で交流出力の抑制を開始するために設定された電圧値である。

そして所定電圧値以上であればＳＴＥＰ３に進み、所定電圧値（例えば１００Ｖの商用電圧系統であれば１０６Ｖ）に至らなければＳＴＥＰ１に戻る。

ＳＴＥＰ３では、所定電圧値以上となった商用電力系統３の電圧を、仮に電圧上昇抑制を作動させる電圧までに上昇させる場合、どれだけの交流電力を逆潮流する必要があるかを算出し、電力変換回路８の交流出力の最大電力値（以下、単に最大電力値ともいう）を規定する。この最大電力値の算出方法としては、例えば通常発電時に逆潮流する電力と商用電力系統３の電圧の変動の関係を記録しておき、電力と電圧の相関関係を導き出す等の方法があるが、これに限定されるものではない。

ＳＴＥＰ４ではＤＣ／ＤＣ変換部２ａ〜２ｃが、各太陽電池１ａ〜１ｃの発電電力を測定しており、その電圧および電流の情報を受けて、交流電力に変換された場合の各電力変換回路８ａ、８ｂ。８ｃでの出力電力値を個別に算出する。

ＳＴＥＰ５では、各太陽電池１ａ〜１ｃの発電電力が、ＳＴＥＰ３で算出された最大電力値以上かどうかを判定する。最大電力値以上であればＳＴＥＰ８に進み、最大電力値に満たなければＳＴＥＰ６に進む。

ＳＴＥＰ８では、まず最も太陽電池１の発電電力が大きいものを選択する。

次に、ＳＴＥＰ９でその他のＤＣ／ＤＣ変換部２や電力変換回路８の動作を太陽電池１の発電電力（ＤＣ／ＤＣ変換部２への入力電力）が低いものから順番に停止させる。ここで制御部４が停止の信号を発信し、ＤＣ／ＤＣ変換部２により接続が切断される。

ＳＴＥＰ６では、複数台の電力変換回路８の出力電力（あるいは複数の太陽電池１の発電電力）を合算して、最大電力値に達するかを比較演算する。ＳＴＥＰ６で複数台の太陽電池１の発電電力を合算してもなお最大電力値に達さない場合は、ＳＴＥＰ７に進む。ＳＴＥＰ７では、電圧上昇抑制の必要がないので、そのまま全ての電力変換回路８での逆潮流を継続しつつ、ＳＴＥＰ１に戻る。ここで図２のフローチャートはＳＴＥＰ６で全ての電力変換回路８が動作していることを前提としているが、ＳＴＥＰ８、１０で停止させたものについては、後述するように再起動させたものである。

次に、ＳＴＥＰ１０では最大電力値以上となる電力変換回路８の組合せを選定する。電力変換回路８の組合せが複数ある場合は、例えば出力電力が最も高くなる組合せを選択する。

次に、ＳＴＥＰ１１でその他のＤＣ／ＤＣ変換部２や電力変換回路８の作動を停止させてもよい。なお、ＤＣ／ＤＣ変換部２や電力変換回路８の動作を停止させても、太陽電池１の発電電力は測定され続けられるので、停止以降の比較については、算出した予測値を用いて再起動させる順番を決定しておいてもよいし、ＳＴＥＰ４で定期的に全ての電力変換回路８を再起動させて実際の発電力を測定できるようにしてもよい（フロー不図示）。

ところで、例えば全ての太陽電池１の発電電力がパワーコンディショナ１０に入力され、それらの総電力をＤＣ／ＤＣ変換部２でスイッチング制御して電力変換回路８からの出力電力を抑制する場合、スイッチング周波数が低いために大きなノイズが発生する要因となっていたが、以上のようなフロー制御を通すことにより、後述するＳＴＥＰ１２で出力抑制をするにあたり、このようなスイッチングによるノイズが発生しづらい総電力まで抑えることができる。

ＳＴＥＰ１２では、ＳＴＥＰ９またはＳＴＥＰ１１で他の電力変換回路８を停止させた後、発電電力を交流変換した出力電力が、最大電力値以下になるように出力抑制を行なう。

ここで出力抑制の制御の方法としては、例えば太陽電池１からの入力電力が減少するように、電力変換回路８内のＭＰＰＴ（最大電力点追従制御）の動作電圧を、最大電力点に対応する電圧値以外の電圧にすることにより発電電力の損失を大きくする方法、あるいはＤＣ／ＤＣ変換部２のスイッチング周波数を減らすことで、出力電力を減らす方法が考えられる。あるいは、ＤＣ／ＤＣ変換部２と電力変換回路８との間に蓄電装置を設けて、電力の一部を供給したり、電力変換回路８の出力側に接続された交流負荷を動作させて電力を消費させたりするなど、様々な方法が適用可能である。

最後にＳＴＥＰ１３で商用電力系統３の電圧がＳＴＥＰ１と同じか、もしくは電圧が上昇した場合には、ＳＴＥＰ４に戻り、太陽電池１の発電状況（日射強度の変化や影の発生状況）の変化に合わせて、常に最適な状況になるように制御を継続する。

もし、商用電力系統３の電圧が低下した場合には、以下の停止させたＤＣ／ＤＣ変換部２や電力変換回路８を再起動する制御フロー（ＳＴＥＰ２０以降）へ進む。

＜（再）起動制御フローチャートの説明＞
図３に示す制御フローチャート２は、パワーコンディショナの初期起動時、もしくはＳＴＥＰ１３で系統電圧が低下した場合に適用され、制御フローチャート２は主に制御部４にて行なわれる。

ＳＴＥＰ２０では、商用電力系統３の電圧（以下、系統電圧ともいう）を電力変換回路８での測定情報から得る。

ＳＴＥＰ２１では、所定電圧値以上となった商用電力系統３の電圧を、仮に電圧上昇抑制を動作させる電圧に上昇させるには、どれだけの交流電力を逆潮流する必要があるかを算出して、電力変換回路８の交流出力の最大電力値を規定する。

ＳＴＥＰ２２では、ＤＣ／ＤＣ変換部２が各太陽電池１ａ〜１ｃの発電電力を測定しているので、その電圧情報および電流情報を受けて、交流電力に変換した場合の各々の電力変換回路８の出力電力値を算出する。

ＳＴＥＰ２３では、複数のＤＣ／ＤＣ変換部２や電力変換回路８を動作させても最大電力値に満たないと算出された場合は、ＳＴＥＰ２５に進む。

ＳＴＥＰ２５では、ＳＴＥＰ２２で測定もしくは算出された予測値を基に、複数の電力変換回路８の出力電力を合算すれば最大電力値に達するか否かを比較演算し、最大電力値以上の組合せを選定し、組合せが複数ある場合は、出力電力の最も高い組合せを選択する。

次にＳＴＥＰ２６で選択されたＤＣ／ＤＣ変換部２や電力変換回路８の動作を開始させる。選択されなかったＤＣ／ＤＣ変換部２や電力変換回路８の動作は停止させ、電力変換回路８の交流出力電力を最大電力値以下に抑制する。

以上により、ＳＴＥＰ２７で出力抑制をするにあたり、前述のようなスイッチングによるノイズが発生しづらい総電力まで抑えることができる。

ＳＴＥＰ２７では、発電電力を交流変換した出力電力が、最大電力値以下になるように出力抑制を行なう。

ＳＴＥＰ２８では、商用系統電圧が同じか、または上昇した場合には、停止フローチャートのＳＴＥＰ１に戻る。電圧が低下している場合は、さらに出力電力を増やす必要があるので、ＳＴＥＰ２０に戻って起動させるＤＣ／ＤＣ変換部２や電力変換回路８の選定を行なう。

ＳＴＥＰ２３で複数の出力を合算してもなお最大電力値に満たない場合は、電圧上昇抑制をする必要がないので、ＳＴＥＰ２４でＤＣ／ＤＣ変換部２や電力変換回路８を全て起動させ逆潮流を継続する。

なお、図２のＳＴＥＰ６，図３のＳＴＥＰ２３において、例えば仮に最大電力値４５Ｗで５Ｗ、１０Ｗ、４０Ｗの太陽電池１から選択する場合、５Ｗ＋１０Ｗ＋４０Ｗ＝５５Ｗのように３つ組み合わせる場合があってもよい。

また、夕方など日射が低下していく状況下のように、太陽電池素子１の発電電力が単調減少していく場合には、ＳＴＥＰ２０〜２４を循環するが、ＳＴＥＰ２４の後に定期的に（数回に１回や１時間毎など）ＳＴＥＰ１に強制的に復帰することで、ＳＴＥＰ２０〜２８を停止フローのサブルーチン（停止フローの一環）としてもよい。

１：太陽電池
２：電圧上昇抑制手段（ＤＣ／ＤＣ変換部）
３：商用電力系統
４：制御部
５：電力変換手段（電力変換回路）
６：太陽光発電装置

Claims

複数の太陽電池と、
該複数の太陽電池のそれぞれに接続している電力変換手段と、
該電力変換手段の電圧が定格値以上になった際に、前記複数の太陽電池のそれぞれの発電電力を検出し、該出力電力の小さい順に、前記太陽電池と前記電力変換手段との接続を切断するように信号を発信する制御部と、
該制御部の前記信号に対応して、前記太陽電池と前記電力変換手段との接続を切断する電圧上昇抑制手段とを備えている太陽光発電装置。
複数の太陽電池と、
該複数の太陽電池のそれぞれに接続している電力変換手段と、
該電力変換手段の電圧が定格値よりも小さくなった際に、前記複数の太陽電池のそれぞれの発電電力を検出し、該出力電力の大きい順に、前記太陽電池と前記電力変換手段とを接続するように信号を発信する制御部と、
該制御部の前記信号に対応して、前記太陽電池と前記電力変換手段とを接続する電圧上昇抑制手段とを備えている太陽光発電装置。
前記複数の太陽電池のそれぞれに対応して前記電力変換手段が複数設けられている請求項１または２に記載の太陽光発電装置。
前記電力変換手段が商用電力系統と接続されることによって、商用電力系統との連係運転を行なう請求項１〜３のいずれかに記載の太陽光発電装置。