JP2012227999A - 太陽光蓄発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】商用電源の停電時には、パワーコンディショナーからの給電を停止させるとともに、一部の電気機器に対する給電を維持させる。
【解決手段】複数の太陽電池モジュールからなる太陽電池モジュールのアレイ１１と、太陽電池モジュールのアレイ１１から入力される直流電圧を交流電圧に変換するパワーコンディショナー１３と、太陽電池モジュールのアレイ１１から入力される直流電流を蓄電する蓄電池１９と、商用電源の停電の有無を判定し、商用電源の通電時には、パワーコンディショナー１３にて前記変換した交流電圧、及び蓄電池１９にて前記蓄電した直流電圧の双方を出力させ、商用電源の停電時には、蓄電池１９にて前記蓄電した直流電圧のみを出力させる切り替えを行う給電系統切替部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光蓄発電システムに関するものである。

従来、重要負荷に電力供給を行う商用系統の給電ラインが停電しても、蓄電池及び太陽電池により重要負荷に継続して電力供給を行う自立運転を可能とする太陽光発電システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような従来の太陽光発電システムの構成を図６に示す。太陽電池モジュールのアレイ１は、接続箱２を介してパワーコンディショナー３に接続される。太陽電池モジュールのアレイ１は、複数の太陽電池モジュールを直列に連結したストリングを並列に繋いでひとつのアレイにしたものである。パワーコンディショナー３は、太陽電池モジュールのアレイ１からの最大電力を得るためのＭＰＰＴ（最大電力点追従）機能をもつコントローラと１５０Ｖ以上の直流を交流に変えるインバータを組み合わせたものであり、単独運転ができる自立運転機能がある。パワーコンディショナー３からの交流出力は、１００Ｖ交流分電盤４を経由して１００Ｖ電気機器５に供給される。商用電力は、屋外電力系統７から電力量計６を経由して１００Ｖ交流分電盤４に供給される。１００Ｖ交流分電盤４からの交流出力は、充電器８に供給され、直流出力で蓄電池９に充電される。太陽電池モジュールのアレイ１が機能するのは、通電時の昼間であるが、蓄電池９への充電は夜間でも可能である。

従来の停電時の晴天昼間における太陽光発電システムの構成を図７に示す。停電時に１００Ｖ交流を供給するパワーコンディショナー３の自立運転機能により、非常用の１００Ｖ交流を供給するため、系統連係する１００Ｖ交流が必ず遮断される。そして、自立運転スイッチによって再度太陽電池モジュールのアレイ１からの直流電流が、パワーコンディショナー３により１００Ｖ交流に変換されて、一部の１００Ｖ電気機器１５に供給される。

従来の停電時の曇天又は夜間における太陽光発電システムの構成を図８に示す。通電時にあらかじめ蓄電池９に充電器８により１００Ｖ交流を直流に変えて充電しておき、停電時の曇天又は夜間に、単独運転ができる自立運転機能があるインバータ２３により、直流を１００Ｖ交流に変えて、一部の１００Ｖ電気機器１５に供給する。

特開２０１１−１０４１２号公報

従来の太陽光発電システムは、停電時には、系統連係をして、１００Ｖ交流分電盤４を通して屋外の電線に電気が流れるため、商用系統の給電ラインの工事時に、作業員が感電するおそれがある。そのため、１００Ｖの交流を供給するパワーコンディショナー３が一旦停止する。そして、自立運転スイッチによって再度太陽電池モジュールのアレイ１からの直流電流が、パワーコンディショナー３により１００Ｖ交流に変換されて、一部の１００Ｖ電気機器１５に供給される。

また、従来の太陽光発電システムは、停電時には、図５又は図６の場合のどちらにしても一度電源が切れてから停電時に必要な器具に電源を再度つなぐことになる。このため無停電が必要な冷蔵庫、テレビ、パソコン、特に照明や医療機器や熱帯魚の水槽への酸素吸入では問題が生じる。

さらに、太陽光発電システムで発電される電流は直流（ＤＣ）である。従来のシステムでは、太陽光発電システムで発電した電気を直流で動作するＬＥＤ照明、テレビ、パソコン、携帯電話用充電器、医療器具及び直流電気機器で使う場合、ＤＣ→ＡＣ（交流）→ＤＣと二度変換していることになり電気の変換ロスが積み上がっている。また、交流には無効電流があるためエネルギーの損失がある。

本発明の目的は、上記課題を解決するため、商用電源の停電時には、パワーコンディショナーからの給電を停止させるとともに、一部の電気機器に対する給電を維持させることが可能な太陽光蓄発電システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る太陽光蓄発電システムは、商用電源の通電時と停電時とで給電系統を切り替える太陽光蓄発電システムであって、複数の太陽電池モジュールからなる太陽電池モジュールのアレイと、前記太陽電池モジュールのアレイにより生成された直流電圧を交流電圧に変換するパワーコンディショナーと、前記太陽電池モジュールのアレイにより生成された直流電流を蓄電して直流電圧を生成する蓄電池と、商用電源の停電の有無を判定し、商用電源の通電時には、前記パワーコンディショナーにて前記変換した交流電圧、及び前記蓄電池にて前記生成した直流電圧の双方を出力させ、商用電源の停電時には、前記蓄電池にて前記蓄電した直流電圧のみを出力させる切り替えを行う給電系統切替部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る太陽光蓄発電システムにおいて、前記パワーコンディショナーは、前記太陽電池モジュールのアレイの一部の太陽電池モジュールにより生成された直流電圧を交流電圧に変換し、前記蓄電池は、前記太陽電池モジュールのアレイの残部の太陽電池モジュールにより生成された直流電流を蓄電して直流電圧を生成することを特徴とする。

また、本発明に係る太陽光蓄発電システムにおいて、前記給電系統切替部は、商用電源の通電時には、前記複数の太陽電池モジュールを直列接続し、前記パワーコンディショナーに、全ての太陽電池モジュールにより生成された直流電圧を入力し、かつ、前記蓄電池に、一部の太陽電池モジュールにより生成された直流電流を入力し、商用電源の停電時には、前記複数の太陽電池モジュールを並列接続し、前記蓄電池にのみ、全ての太陽電池モジュールにより生成された直流電流を入力することを特徴とする。

また、本発明に係る太陽光蓄発電システムにおいて、前記給電系統切替部は、商用電源の通電時には、前記複数の太陽電池モジュールを直列接続し、前記パワーコンディショナーに、全ての太陽電池モジュールにより生成された直流電圧を入力し、かつ、前記蓄電池に、一部の太陽電池モジュールにより生成された直流電流を入力し、商用電源の停電時には、前記蓄電池にのみ、一部の太陽電池モジュールにより生成された直流電流を入力することを特徴とする。

また、本発明に係る太陽光蓄発電システムにおいて、前記蓄電池の充電量を制御する充放電コントローラをさらに備えることを特徴とする。

本発明の太陽光蓄発電システムにより、本発明のシステムが使っている１００Ｖの交流を供給するパワーコンディショナーは、停電時には完全に停止する。そのため、系統連係をしないので、１００Ｖ交流分電盤を通して屋外の電線に電気が流れることはなく、商用系統の給電ラインの工事時に、作業員が感電するおそれがなく安全に作業することができる。

また、停電時には、太陽電池モジュールのアレイからの直流電流をそのまま蓄電池に充電しながら直流を供給し、交流は自立運転機能を持った系統連係しない独立式のインバータを経由して供給しているため、どちらも中断することがない。したがって、系統連係しないインバータから交流が供給されて、無停電を必要とする電気機器（無停電電気機器）である冷蔵庫、テレビ、携帯電話の充電池、パソコン、照明、医療機器や熱帯魚の水槽への酸素吸入では動作が継続し問題が発生しなくなる。

さらに、直流で動作するＬＥＤ照明、テレビ、パソコン、携帯電話用充電器、医療器具などの直流電気機器に直流でそのまま電力を供給するため、一旦交流に変えてから再び交流に戻す従来のシステムに比べてエネルギーの損失がない。また、直流そのものも交流のように無効電流がないためエネルギーの損失がない。

なお、本発明の太陽光蓄発電システムでは、無停電電気機器を１００Ｖ交流分電盤に接続していない。したがって、深夜電力を利用して蓄電池に充電した蓄電電力の商用電力への逆潮流のおそれはない。

本発明に係る太陽光蓄発電システムの第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明に係る太陽光蓄発電システムの第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明に係る太陽光蓄発電システムの第２の実施の形態の太陽電池モジュールのストリングの接続状態を示すブロック図である。 本発明に係る太陽光蓄発電システムの第３の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明に係る太陽光蓄発電システムの第３の実施の形態の太陽電池モジュールのアレイのストリングの接続状態を示すブロック図である。 従来の太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。 従来の太陽光発電システムの停電の晴天時の昼間の構成を示すブロック図である。 従来の太陽光発電システムの停電の曇天時又は夜間の構成を示すブロック図である。

以下、本発明による太陽光蓄発電システムの実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において図４と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

（本発明の第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る太陽光蓄発電システムの第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。図１の本発明の太陽光蓄発電システムの構成図は、図４の従来の太陽光発電システムの構成図と比較して、接続箱１２、充放電コントローラ１０、蓄電池１９、インバータ２３、無停電交流機器２５及び無停電直流機器２６を設けることが、主たる相違点である。

太陽光蓄発電システムは、接続箱１２を介して、系統連係しない直流電源用の太陽電池モジュールのアレイ１１の１６枚のモジュールで入力電圧範囲が２０Ｖから３０ＶのＤＣ／ＤＣコンバータである充放電コントローラ１０を経由して、蓄電池１９に充電する。

太陽電池モジュールのアレイ１１は、例えば、４０枚の太陽電池モジュールを直列接続して構成され、出力最大電力２００Ｗ、電圧２４Ｖ、電流８．３Ａである。

蓄電池１９は、太陽電池モジュールのアレイにより生成された直流電流を蓄電して直流電圧を生成する。蓄電池１９は、蓄電と同時に、無停電直流機器２６及びインバータ２３に直流電圧を供給する。

インバータ２３は、単独運転ができる自立運転機能があり、蓄電池１９から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、無停電交流機器２５に供給する。

また、太陽光蓄発電システムは、別接続の接続箱２を介して、太陽電池モジュールのアレイ１１の２４枚のモジュールがパワーコンディショナー１３を経由して交流回路に通電し系統連係を行う。

パワーコンディショナー１３は、太陽電池モジュールのアレイ１から接続箱２を介して入力される直流電圧を交流電圧に変換する。パワーコンディショナー１３は、例えば入力電圧範囲が１５０Ｖから４００Ｖであり、ＭＰＰＴ（最大電力点追従）機能をもつコントローラと、１５０Ｖ以上の直流を交流に変えるインバータとを組み合わせたものである。また、単独運転ができる自立運転機能はない。パワーコンディショナー１３からの交流出力以後の流れは、図４のパワーコンディショナー３からの交流出力以後の流れと同様である。

このように構成される太陽光蓄発電システムは、商用電源の停電の有無を判定し、商用電源の通電時には、パワーコンディショナー１３にて変換した交流電圧、及び蓄電池１９にて生成した直流電圧の双方を出力させ、商用電源の停電時には、蓄電池１９にて生成した直流電圧のみを出力させる切り替えを行う。複数（例えば４０枚）の太陽電池モジュールは直列接続されており、パワーコンディショナー１３は、太陽電池モジュールのアレイ１１の一部（例えば２４枚）の太陽電池モジュールにより生成された直流電圧を交流電圧に変換し、太陽電池モジュールのアレイ１１の残部（例えば１６枚）の太陽電池モジュールにより生成された直流電流を蓄電して直流電圧を生成する。

本実施の形態の太陽光蓄発電システムにより、商用電源の停電時には、本発明のシステムが使っている１００Ｖの交流を供給するパワーコンディショナー１３は、完全に停止する。系統連係をしないので１００Ｖ交流分電盤４を通して屋外の電線に電気が流れないため、商用系統の給電ラインの工事時に、作業員が感電するおそれがなく安全である。

また、本実施の形態の太陽光蓄発電システムにより、停電時に、太陽電池モジュールのアレイ１１からの直流電流をそのまま蓄電池１９に充電しながら直流を供給し、また、交流は自立運転機能を持った系統連係しない独立式のインバータ２３を経由して供給しているため、どちらも中断することがない。したがって、系統連係しないインバータ２３から交流が供給されて、無停電を必要とする無停電交流機器２５である冷蔵庫、テレビ、携帯電話の充電池、パソコン、照明、医療機器や熱帯魚の水槽への酸素吸入では動作が継続し問題が発生しない。

また、本実施の形態の太陽光蓄発電システムにより、直流で動作するＬＥＤ照明、テレビ、パソコン、携帯電話用充電器、医療器具などの直流電気機器に直流でそのまま電力を供給するため、一旦交流に変えてから再び交流に戻す従来のシステムに比べてエネルギーの損失がない。また直流そのものも交流のように無効電流がないためエネルギーの損失がない。

なお、本実施の形態の太陽光蓄発電システムは、無停電交流機器２５を１００Ｖ交流分電盤４に接続していない。したがって、深夜電力を利用して蓄電池１９に充電した蓄電電力の商用電力への逆潮流のおそれはない。

（本発明の第２の実施の形態）
図２は本発明に係る太陽光蓄発電システムの第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。図１の本発明の第１の実施の形態の太陽光蓄発電システムの構成図では、２つの接続箱２と１２を設けるのに対して、図２の本発明の第２の実施の形態の太陽光蓄発電システムの構成図は、１つの接続箱２２を設けることが、主たる相違点である。

図３は、本発明に係る太陽光蓄発電システムの第２の実施の形態の太陽電池モジュールのストリング２１の８枚の太陽電池モジュールの接続状態を示すブロック図である。商用電源の通電時には、８枚の太陽電池モジュールを直列接続し、パワーコンディショナー１３に、全ての太陽電池モジュールにより生成された直流電圧を入力し、かつ、蓄電池１９に、２枚の太陽電池モジュールにより生成された直流電流を入力する。商用電源の停電時には、太陽電池モジュールを２枚ずつ４列に並列接続し、蓄電池１９にのみ、全ての太陽電池モジュールにより生成された直流電流を入力する。

すなわち、太陽電池モジュールのストリング２１の太陽電池モジュール１，２は、常に充放電コントローラ１０を経由して蓄電池１９に充電する。

通電時にはリレー２を切断し、太陽電池モジュールのストリング２１の太陽電池モジュール１〜８をリレー１により全て直列接続し、入力電圧範囲が１５０Ｖから４００Ｖのパワーコンディショナー１３を経由して交流回路に通電し系統連係を行う。

一方、停電時にはリレー１を切断し、太陽電池モジュールのストリング２１の太陽電池モジュール１〜８を、リレー２により２枚ずつ並列に接続し、入力電圧範囲が２０Ｖから３０ＶのＤＣ／ＤＣコンバータである充放電コントローラ１０を経由して蓄電池１９に充電する。蓄電池１９は充電と同時に無停電直流機器２６及びインバータ２３に直流電圧を供給する。

本実施の形態の太陽光蓄発電システムにより、太陽電池モジュールのストリング２１は、充放電コントローラ１０を経由して蓄電池１９に充電する分と、パワーコンディショナー１３を経由して交流回路に通電し系統連係を行う分とに、併用して使用することができる。第１の実施の形態で、太陽電池モジュールのアレイ１１を１６枚の太陽電池モジュールからなるアレイと２４枚の太陽電池モジュールからなるアレイに分割して、それぞれ、充放電コントローラ１０を経由して蓄電池１９に充電する分と、パワーコンディショナー１３を経由して交流回路に通電し系統連係を行う分とに、分けて使っていた場合に比べて、第２の実施の形態の方が、効率が良くなる。

（本発明の第３の実施の形態）
図４は本発明に係る太陽光蓄発電システムの第３の実施の形態の構成を示すブロック図である。図４の本発明の第３の実施の形態の太陽光蓄発電システムの構成図は、図２の本発明の第２の実施の形態の太陽光蓄発電システムの構成図と比較して、充電器８、充放電コントローラ１０及び無停電直流機器２６を設けないことが、主たる相違点である。

図５は、本発明に係る太陽光蓄発電システムの第３の実施の形態の太陽電池モジュールのアレイ３１の太陽電池モジュールの接続状態を示すブロック図である。ここでは、太陽電池モジュールが１６枚の場合を例に説明する。通常の太陽光発電システムの使い方として、太陽電池モジュールのアレイ３１の太陽電池モジュール１〜８は全て直列接続のストリングであり、太陽電池モジュール９〜１６も直列接続のストリングであり、それぞれを接続箱３２で並列に接続し、入力電圧範囲が１５０Ｖから４００Ｖのパワーコンディショナー１３を経由して交流回路に通電し系統連係を行う。

本実施の形態の太陽光蓄発電システムでは、上記太陽電池モジュール１〜１６の接続に以下のつなぎ方を加える。太陽電池モジュール１，２は直列に接続され、太陽電池モジュール９，１０は直列に接続されているが、それを並列に接続し、蓄電池２９に接続する。蓄電池２９が充電されるまでは、この４枚の太陽電池モジュールが発電する電力は蓄電池２９に流れる。この電力は停電時に非常灯（例えば６ＷのＬＥＤ照明）と常時低消費電力型の冷蔵庫の無停電電気機器３５に使われる。冷蔵庫内は常に電気が流れているので貯蔵物は停電の影響を受けない。

上述の実施の形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施例によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１、１１、３１ 太陽電池モジュールのアレイ
２、１２、２２、３２ 接続箱
３、１３ パワーコンディショナー
４ １００Ｖ交流分電盤
５ １００Ｖ電気機器
６ 電力量計
７ 屋外電力系統
８ 充電器
９、１９、２９ 蓄電池
１０ 充放電コントローラ
１５ 一部の１００Ｖ電気機器
２１ 太陽電池モジュールのストリング
２３ インバータ
２５ 無停電交流機器
２６ 無停電直流機器
３５ 非常灯と低消費電力型の冷蔵庫の無停電電気機器

Claims (5)

1. 商用電源の通電時と停電時とで給電系統を切り替える太陽光蓄発電システムであって、
   複数の太陽電池モジュールからなる太陽電池モジュールのアレイと、
   前記太陽電池モジュールのアレイにより生成された直流電圧を交流電圧に変換するパワーコンディショナーと、
   前記太陽電池モジュールのアレイにより生成された直流電流を蓄電して直流電圧を生成する蓄電池と、
   商用電源の停電の有無を判定し、商用電源の通電時には、前記パワーコンディショナーにて前記変換した交流電圧、及び前記蓄電池にて前記生成した直流電圧の双方を出力させ、商用電源の停電時には、前記蓄電池にて前記蓄電した直流電圧のみを出力させる切り替えを行う給電系統切替部と、
   を備えることを特徴とする太陽光蓄発電システム。
2. 前記パワーコンディショナーは、前記太陽電池モジュールのアレイの一部の太陽電池モジュールにより生成された直流電圧を交流電圧に変換し、
   前記蓄電池は、前記太陽電池モジュールのアレイの残部の太陽電池モジュールにより生成された直流電流を蓄電して直流電圧を生成することを特徴とする、請求項１に記載の太陽光蓄発電システム。
3. 前記給電系統切替部は、
   商用電源の通電時には、前記複数の太陽電池モジュールを直列接続し、前記パワーコンディショナーに、全ての太陽電池モジュールにより生成された直流電圧を入力し、かつ、前記蓄電池に、一部の太陽電池モジュールにより生成された直流電流を入力し、
   商用電源の停電時には、前記複数の太陽電池モジュールを並列接続し、前記蓄電池にのみ、全ての太陽電池モジュールにより生成された直流電流を入力することを特徴とする、請求項１に記載の太陽光蓄発電システム。
4. 前記給電系統切替部は、
   商用電源の通電時には、前記複数の太陽電池モジュールを直列接続し、前記パワーコンディショナーに、全ての太陽電池モジュールにより生成された直流電圧を入力し、かつ、前記蓄電池に、一部の太陽電池モジュールにより生成された直流電流を入力し、
   商用電源の停電時には、前記蓄電池にのみ、一部の太陽電池モジュールにより生成された直流電流を入力することを特徴とする、請求項１に記載の太陽光蓄発電システム。
5. 前記蓄電池の充電量を制御する充放電コントローラをさらに備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽光蓄発電システム。
   

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