JP2012252464A

JP2012252464A - 太陽光発電システム

Info

Publication number: JP2012252464A
Application number: JP2011123619A
Authority: JP
Inventors: Kazuteru Tsurumi; 和輝鶴見
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2012-12-20

Abstract

【課題】太陽電池モジュールを最大電力点で動作させるようにシステム全体の発電電力を高めることが可能な太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】太陽光発電システム１は、太陽電池モジュール１０と、太陽電池モジュール１０から入力される電圧Ｖ１を所定の電圧Ｖ２に変換して出力する電圧変換回路２０と、電圧変換回路２０の出力電力Ｐ２（＝Ｖ２×Ｉ２）を監視してこれが最大となるように電圧変換回路２０の駆動制御（電圧Ｖ１の可変制御）を行う最大電力点追従回路３０を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システムに関するものである。

図４は、太陽光発電システムの一従来例を示すブロック図である。本従来例の太陽光発電システム１００において、最大電力点追従回路１３０（以下では、ＭＰＰＴ［maximum power point tracking］回路１３０と呼ぶ）は、太陽電池モジュール１１０の出力電力Ｐ１（電圧Ｖ１と電流Ｉ１の積）を監視し、太陽電池モジュール１１０を最大電力点で動作させるように、電圧変換回路１２０の駆動制御（電圧Ｖ１の電圧値調整）を行う。

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献１を挙げることができる。

特開２００６−３９６３４号公報

ところで、一般に入力電圧Ｖｉから出力電圧Ｖｏを生成する電圧変換回路の効率ηは、電圧変換回路の入出力電圧差（出力電圧Ｖｏの目標値に対する入力電圧Ｖｉの乖離度）が大きいほど低下する。

図５は、電圧変換回路の出力電流Ｉｏと効率ηとの相関を示す図である。本図の横軸は出力電流Ｉｏを示しており、縦軸は効率ηを示している。また、本図中には、出力電圧Ｖｏ＝３．３Ｖに対して入力電圧Ｖｉ＝６Ｖ、１２Ｖ、１８Ｖ、及び、２４Ｖであるときの（Ｉｏ−η）曲線が描写されている。本図から分かる通り、電圧変換回路の効率ηは、出力電流Ｉｏの全範囲において、電圧変換回路の入出力電圧差ΔＶ（＝｜Ｖｉ−Ｖｏ｜）が大きいほど低下する。

しかしながら、従来例の太陽光発電システム１００では、入出力電圧差ΔＶに応じた電圧変換回路１２０の効率変化が何ら考慮されておらず、太陽電池モジュール１１０の最大電力点のみに着目したＭＰＰＴ制御が行われていた。そのため、従来例の太陽光発電システム１００では、太陽電池モジュール１１０を最大電力点で動作させていても、システム全体の発電電力にさらなる向上の余地を残している場合があった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、システム全体の発電電力を高めることが可能な太陽光発電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る太陽光発電システムは、太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールから入力される第１電圧を所定の第２電圧に変換して出力する電圧変換回路と、前記電圧変換回路の出力電力を監視してこれが最大となるように前記電圧変換回路の駆動制御を行う最大電力点追従回路と、を有する構成（第１の構成）とされている。

なお、上記第１の構成から成る太陽光発電システムは、前記太陽電池モジュールと前記電圧変換回路を複数組有し、前記最大電力点追従回路は、各組の電圧変換回路で得られた出力電力の総和を監視してこれが最大となるように各組の電圧変換回路の駆動制御を行う構成（第２の構成）にするとよい。

また、上記第１または第２の構成から成る太陽光発電システムは、前記電圧変換回路の出力電力が供給される後段回路をさらに有する構成（第３の構成）にするとよい。

なお、上記第３の構成から成る太陽光発電システムにおいて、前記後段回路は、負荷、二次電池、及び系統連系インバータのいずれかである構成（第４の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第４いずれかの構成から成る太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池モジュールは、太陽電池パネルと、接続箱と、集電盤と、を含む構成（第５の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第５いずれかの構成から成る太陽光発電システムにおいて、前記電圧変換回路は、スイッチングレギュレータである構成（第６の構成）にするとよい。

また、上記第６の構成から成る太陽光発電システムにおいて、前記最大電力点追従回路は、前記電圧変換回路の駆動制御として、スイッチング周波数やスイッチングデューティの可変制御を行う構成（第７の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第７いずれかの構成から成る太陽光発電システムにおいて、前記最大電力点追従回路は、前記電圧変換回路の出力電力とスイッチング周波数またはスイッチングデューティとを関連付けたテーブルを参照して前記電圧変換回路の駆動制御を行う構成（第８の構成）にするとよい。

本発明によれば、システム全体を最大電力点で動作させて発電電力を高めることが可能な太陽光発電システムを提供することが可能となる。

太陽光発電システムの第１実施形態を示すブロック図Ｖ１と（Ｐ１、Ｐ２、η）との相関を示す図図２Ａの部分拡大図太陽光発電システムの第２実施形態を示すブロック図太陽光発電システムの一従来例を示すブロック図電圧変換回路の出力電流Ｉｏと効率ηとの相関を示す図

＜第１実施形態＞
図１は、太陽光発電システムの第１実施形態を示すブロック図である。第１実施形態の太陽光発電システム１は、太陽電池モジュール１０と、電圧変換回路２０と、最大電力点追従回路３０（以下ではＭＰＰＴ回路３０と呼ぶ）と、後段回路４０と、を有する。

太陽電池モジュール１０は、太陽光などの光を受けて出力電力Ｐ１（電圧Ｖ１、電流Ｉ１）を生成する。太陽電池モジュール１０は、光起電力効果を利用して光エネルギを電気エネルギ（出力電力Ｐ１）に変換する太陽電池パネルと、複数の太陽電池パネル（またはそれらを複数枚直列接続させた太陽電池ストリングス）から入力される直流電力を並列接続させて後段に出力する接続箱と、複数の接続箱から入力される直流電力を並列接続させて後段に出力する集電盤と、を含む。なお、太陽電池モジュール１０の構成によっては、接続箱や集電盤が省略されることもある。

電圧変換回路２０は、太陽電池モジュール１０から入力される電圧Ｖ１を所定の電圧Ｖ２に変換して後段回路４０に出力する。電圧変換回路２０としては、スイッチングレギュレータなどを用いることができる。

ＭＰＰＴ回路３０は、電圧変換回路２０の出力電力Ｐ２（電圧Ｖ２と電流Ｉ２との積）を監視し、この出力電力Ｐ２が最大となるように電圧変換回路２０の駆動制御（電圧Ｖ１の電圧値調整）を行う。例えば、電圧変換回路２０がスイッチングレギュレータである場合には、電圧変換回路２０の駆動制御として、スイッチング周波数やスイッチングデューティの可変制御を行うことが考えられる。その場合、ＭＰＰＴ回路３０には、電圧変換回路２０の出力電力Ｐ２とスイッチング周波数またはスイッチングデューティとを関連付けたテーブルを予め格納しておき、このテーブルを参照しながら電圧変換回路２０の駆動制御を行う構成にするとよい。

後段回路４０は、電圧変換回路２０の出力電力Ｐ２が供給される回路ブロック（負荷、二次電池、及び、系統連系インバータ（ＤＣ／ＤＣ、ＤＣ／ＡＣ）など）である。

ここで、太陽光発電システム１は、太陽電池モジュール１０の出力電力Ｐ１（＝Ｖ１×Ｉ１）ではなく、電圧変換回路２０の出力電力Ｐ２（＝Ｖ２×Ｉ２）を監視し、その監視結果に基づいてシステム全体のＭＰＰＴ制御を行う点に特徴を有している。以下では、この特徴的な構成の作用効果について、具体例を挙げながら詳細な説明を行う。

図２Ａは、太陽電池モジュール１０の出力電圧Ｖ１と、太陽電池モジュール１０の出力電力Ｐ１、電圧変換回路２０の出力電力Ｐ２、及び、電圧変換回路２０の効率η（＝Ｐ２／Ｐ１×１００）との相関を示す図である。また、図２Ｂは、図２Ａの部分拡大図（楕円Ｘ部分の拡大図）である。図２Ａ及び図２Ｂの横軸は電圧Ｖ１を示しており、第１の縦軸（左側）は電力Ｐ１及びＰ２［Ｗ］を示しており、第２の縦軸（右側）は効率η［％］を示している。なお、効率η［％］は、電圧変換回路２０で生成される出力電圧Ｖ２の目標値が１２Ｖであるときの効率を示している。

従来のＭＰＰＴ制御では、太陽電池モジュール１０の出力電力Ｐ１を監視してその最大電力点（Ｐ１ｍａｘ＝１６６．９Ｗ＠Ｖ１＝９１．２４Ｖ、Ｉ１＝１．８２９Ａ）を追従するように、電圧変換回路２０の駆動制御が行われていた。ここで、電圧変換回路２０に供給される電圧Ｖ１が９１．２４Ｖであるとき、電圧変換回路２０の効率ηは６６．８％となる。従って、電圧変換回路２０の出力電力Ｐ２（延いてはシステム全体の発電電力）は、１１１．５２Ｗ（＝Ｐ１×η＝１６６．９Ｗ×６６．８％）となる。

一方、本発明のＭＰＰＴ制御では、太陽電池モジュール１０の出力電力Ｐ１ではなく、電圧変換回路２０の出力電力Ｐ２を監視してその最大電力点（Ｐ２ｍａｘ＝１６５．５Ｗ＠Ｖ１＝８７．５９Ｖ、Ｉ１＝１．８８９Ａ）を追従するように、電圧変換回路２０の駆動制御が行われる。ここで、電圧変換回路２０に供給される電圧Ｖ１が８７．５９Ｖであるとき、電圧変換回路２０の効率ηは６８．４％となる。従って、電圧変換回路２０の出力電力Ｐ２は、１１３．１８Ｗ（＝Ｐ１×η＝１６５．５Ｗ×６８．４％）となる。

このように、第１実施形態の太陽光発電システム１であれば、電圧変換回路１２０の効率ηを考慮して、システム全体を最大電力点で動作させることができるので、システム全体の発電電力を向上することが可能となる。

＜第２実施形態＞
図３は、太陽光発電システムの第２実施形態を示すブロック図である。第２実施形態は先述の第１実施形態とほぼ同様の構成から成り、太陽電池モジュール１０と電圧変換回路２０を複数組有する点に差違がある。なお、図３では、図示を簡単とするために、第１系列の太陽電池モジュール１０Ａ及び電圧変換回路２０Ａと、第２系列の太陽電池モジュール１０Ｂ及び電圧変換回路２０Ｂの２組のみが描写されているが、より多くの系統を有する構成としてもよい。

第２実施形態の太陽光発電システム１では、電圧変換回路２０Ａ及び２０Ｂの各出力が足し合わされて最終的な出力電力Ｐ２が生成され、この出力電力Ｐ２が後段回路４０に供給される。そして、ＭＰＰＴ回路３０は、上記の出力電力Ｐ２（各組の電圧変換回路２０Ａ及び２０Ｂで得られた出力電力の総和）を監視して、これが最大となるように各組の電圧変換回路２０Ａ及び２０Ｂの駆動制御（電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂの電圧値調整）を行う。

このように、第２実施形態の太陽光発電システム１であれば、太陽電池モジュール１０と電圧変換回路２０を複数組有する場合についても、本発明のＭＰＰＴ制御を適用して、システム全体の発電電力を向上することが可能となる。

＜その他の変形例＞
なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

本発明は、太陽光発電システム全般に利用することが可能である。

１太陽光発電システム
１０、１０Ａ、１０Ｂ太陽電池モジュール
２０、２０Ａ、２０Ｂ電圧変換回路
３０最大電力点追従回路（ＭＰＰＴ回路）
４０後段回路（負荷、二次電池、系統連系インバータなど）

Claims

太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールから入力される第１電圧を所定の第２電圧に変換して出力する電圧変換回路と、
前記電圧変換回路の出力電力を監視してこれが最大となるように前記電圧変換回路の駆動制御を行う最大電力点追従回路と、
を有することを特徴とする太陽光発電システム。
前記太陽電池モジュールと前記電圧変換回路を複数組有し、
前記最大電力点追従回路は、各組の電圧変換回路で得られた出力電力の総和を監視してこれが最大となるように各組の電圧変換回路の駆動制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
前記電圧変換回路の出力電力が供給される後段回路をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽光発電システム。
前記後段回路は、負荷、二次電池、及び、系統連系インバータのいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電システム。
前記太陽電池モジュールは、太陽電池パネルと、接続箱と、集電盤と、を含むことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の太陽光発電システム。
前記電圧変換回路は、スイッチングレギュレータであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の太陽光発電システム。
前記最大電力点追従回路は、前記電圧変換回路の駆動制御として、スイッチング周波数やスイッチングデューティの可変制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の太陽光発電システム。
前記最大電力点追従回路は、前記電圧変換回路の出力電力とスイッチング周波数またはスイッチングデューティとを関連付けたテーブルを参照して前記電圧変換回路の駆動制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の太陽光発電システム。