JP2013093365A

JP2013093365A - 太陽光蓄発電システム

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Publication number: JP2013093365A
Application number: JP2011232942A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Tsuchiya; 一郎土谷
Original assignee: SHARK SOLAR ENERGY CO Ltd
Current assignee: SHARK SOLAR ENERGY CO Ltd
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2031-10-24
Also published as: JP5858356B2

Abstract

【課題】太陽光電池の出力電圧がパワーコンディショナーの動作電圧に達しない場合も、太陽光電池の出力電力を有効に活用することができる太陽光蓄発電システムを提供する。
【解決手段】本発明に係る太陽光蓄発電システム１，２は、複数の太陽電池モジュールを備え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１４と、直流電圧を測定し、測定した当該直流電圧がパワーコンディショナー１４の動作電圧に達しない場合は、太陽電池モジュールのアレイ１１とパワーコンディショナー１４とを切り離す電圧判定部１３と、太陽電池モジュールのアレイ１１により生成された直流電流を蓄電する蓄電池１６とを備え、蓄電池１６は、直流電圧の電圧値が、パワーコンディショナー１４の動作電圧に達しない場合は、全ての直流電流を蓄電に利用する。
【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。

冷蔵庫やサーバなどのような電気機器（以下、必要に応じて「重要負荷」と略す）は、商用系統の給電ラインが停電した場合であっても、継続して電力が供給されることが好ましい。

そのため、太陽光電池や蓄電池を商用系統と並列に接続し、商用系統の給電ラインが停電した場合は、太陽光電池や蓄電池により重要負荷に電力を供給する発明が知られている（例えば、特許文献１参照）。

太陽光電池を使用することは、自然エネルギーを有効に活用することにつながり、また、蓄電池を太陽光電池と並列に接続することで、安定した電力供給を実現することができる。

この際、太陽光電池および蓄電池が出力する電圧は直流電圧であり、交流電圧である商用系統にそのまま接続することはできないため、太陽光電池の出力はパワーコンディショナーによって交流電圧に変換してから、また、蓄電池の出力はインバータによって交流電圧に変換してから商用系統に接続される。

特開２０１１−１０４１２号公報

ところで、太陽光電池が出力する直流電圧の値は太陽光の光の強さ（日射強度）に応じて変化する。朝方や夕方以降など日射強度が小さいときは太陽光電池の出力電圧は小さく、日中など日射強度が大きいときは太陽光電池の出力電圧は大きい。

日本においては商用系統の電圧は１００Ｖの交流電圧であるが、パワーコンディショナーによる直流電圧を１００Ｖの交流電圧に変換するためには、所定の範囲の動作電圧（例えば、７０Ｖ〜４００Ｖ）をパワーコンディショナーに入力する必要がある。本明細書において、パワーコンディショナーの動作電圧とは、パワーコンディショナーが商用系統の交流電圧を出力するために必要とされる、パワーコンディショナーに入力される直流電圧のことをいう。

したがって、朝方や夕方以降など日射強度が小さいときは、太陽光電池の出力電圧がパワーコンディショナーの動作電圧に達せず（例えば、７０Ｖ未満）、パワーコンディショナーが太陽光電池の出力を１００Ｖの交流電圧に変換できない。

その結果、特許文献１に記載の発明のように太陽光電池にパワーコンディショナーが接続される構成においては、日射強度が小さく太陽光電池の出力電圧がパワーコンディショナーの動作電圧に達しない時間帯は、パワーコンディショナーが太陽光電池の出力を１００Ｖの交流電圧に変換することができず、太陽光が発電した電力は無駄に消費されてしまう。この際、太陽光電池に無駄な電流が流れることになるため、太陽光電池の温度が上昇し太陽光電池の効率が低下するという悪影響も発生する。特に夏は、周囲の温度が高く放熱しにくいため、太陽光電池の温度は上昇しやすい。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、太陽光電池の出力電圧が、パワーコンディショナーの動作電圧に達しない場合であっても、太陽光電池の出力する電力を有効に活用することができる太陽光蓄発電システムを提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係る太陽光蓄発電システムの発明は、
複数の太陽電池モジュールを備え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、
前記直流電圧を測定し、測定した当該直流電圧が前記パワーコンディショナーの動作電圧に達しない場合は、前記太陽電池モジュールのアレイと前記パワーコンディショナーとを切り離す電圧判定部と、
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する蓄電池と
を備え、
前記蓄電池は、前記直流電圧が前記パワーコンディショナーの前記動作電圧に達しない場合は、全ての前記直流電流を蓄電に利用することを特徴とする。

第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る太陽光蓄発電システムであって、さらに、前記太陽電池モジュールのアレイにより生成された前記直流電圧を前記蓄電池に適した直流電圧に変換する充放電コントローラを備え、前記蓄電池は、当該充放電コントローラから直流電流を受け取ることを特徴とする。

第３の観点に係る発明は、第１の観点に係る太陽光蓄発電システムであって、前記蓄電池は、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流を蓄電することを特徴とする。

上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

本発明によれば、太陽光電池の出力電圧が、パワーコンディショナーの動作電圧に達しない場合であっても、太陽光電池の出力する電力を有効に活用することができる太陽光蓄発電システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る太陽光蓄発電システムの概略図である。本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュールのアレイおよび接続箱の接続を示す図である。太陽電池モジュールのアレイの出力電圧が時刻とともに変化する様子を示す図である。本発明の第２実施形態に係る太陽光蓄発電システムの概略図である。本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュールのアレイおよび接続箱の接続を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る太陽光蓄発電システムの概略図である。太陽光蓄発電システム１は、太陽電池モジュールのアレイ１１、接続箱１２、電圧判定部１３、パワーコンディショナー１４、充放電コントローラ１５、蓄電池１６、インバータ１７および充電器１８を備える。

太陽電池モジュールのアレイ１１は、太陽電池の最小構成単位である太陽電池モジュールを組み合わせて構成される。太陽電池モジュールを複数枚直列に接続したものをストリングといい、太陽電池モジュールのアレイ１１は、複数のストリングを並列に接続したものである。

図２に示す太陽電池モジュールアレイ１１は、８枚の太陽電池モジュールから構成されるストリングを２列並列に接続した場合の例である。なお、図２においては、太陽電池モジュールを「モジュール」と略記している。また、図２に示した太陽電池モジュールの枚数はあくまで一例であり、ストリングは太陽電池モジュール８枚からの構成に限るものではなく、太陽電池モジュールアレイ１１は２列のストリングからの構成に限るものではない。

接続箱１２は、図２に示すように、太陽電池モジュールのアレイ１１からの配線をストリング毎に受け取り、ひとつにまとめてから、電圧判定部１３を介してパワーコンディショナー１４に、および、充放電コントローラ１５を介して蓄電池１６に出力する。

電圧判定部１３は、太陽電池モジュールのアレイ１１が出力する直流電圧を測定する。電圧判定部１３は、測定した直流電圧がパワーコンディショナー１４の動作電圧の範囲内にあるか否かを判定し、当該直流電圧がパワーコンディショナー１４の動作電圧に達していない場合は、太陽電池モジュールのアレイ１１とパワーコンディショナー１４とを切り離す。電圧判定部１３が、太陽電池モジュールのアレイ１１とパワーコンディショナー１４とを切り離した場合は、太陽電池モジュールのアレイ１１が出力する直流電流は全て充放電コントローラ１５を介して蓄電池１６に流れる。

パワーコンディショナー１４は、接続箱１２および電圧判定部１３を介して太陽電池モジュールのアレイ１１から受け取った直流電力を交流電力に変換する。また、パワーコンディショナー１４は、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracker：最大電力点追従）機能も有し、太陽電池モジュールのアレイ１１から効率よく電力を取り出すことができる。

パワーコンディショナー１４は、分電盤４０に交流電力を供給し、分電盤４０に電力量計６０を介して接続する屋外電力系統（商用系統）７０と系統連系する。分電盤４０には電気機器５０が接続しており、分電盤４０から電気機器５０に１００Ｖの交流電圧が供給される。電気機器５０は、例えば、家庭用の一般の電気機器である。

パワーコンディショナー１４は、屋外電力系統７０が停電した際は完全に停止する。これは、屋外電力系統７０の工事をする際に作業員が感電することを防ぐためである。

太陽電池モジュールのアレイ１１が出力する直流電力は、パワーコンディショナー１４にだけではなく、接続箱１２および充放電コントローラ１５を介して蓄電池１６にも供給される。

太陽電池モジュールのアレイ１１が出力する直流電圧は、パワーコンディショナー１４が受け取る電圧と等しいため、通常、蓄電池１６に入力することができる電圧よりも大きい。そこで、ＤＣ／ＤＣコンバータの機能を有する充放電コントローラ１５が、接続箱１２から受け取った直流電圧を蓄電池１６に対して適切な電圧に降圧して蓄電池１６に供給する。蓄電池１６は、受け取った直流電圧により流れる直流電流によって蓄電される。

インバータ１７は、蓄電池１６から直流電圧を受け取り１００Ｖの交流電圧に変換する。インバータ１７は、自立運転機能を有する。インバータ１７には、屋外電力系統７０が停電した場合であっても電力が継続して供給されることが望ましい無停電交流機器８０を接続する。無停電交流機器８０は、例えば冷蔵庫などのような重要負荷である。

充放電コントローラ１５、蓄電池１６およびインバータ１７は屋外電力系統７０からの自立運転が可能であるため、インバータ１７は、屋外電力系統７０が停電した場合であっても無停電交流機器８０に１００Ｖの交流電力を供給することが可能である。

また、屋外電力系統７０が停電した場合であっても電力が供給されることが望ましい機器であって、直流で動作する無停電直流機器９０は、インバータ１７を介さずに直接蓄電池１６に接続する。これにより、蓄電池１６は、従来のような、直流から交流、交流から直流という二度の変換による変換ロスの積み上げを防ぐことができる。

充電器１８は、分電盤４０から交流電力を受け取り直流電力に変換して蓄電池１６に供給する。これにより、太陽電池モジュールのアレイ１１が発電することができない夜間などの時間帯であっても、充電器１８は、屋外電力系統７０から供給される電力を利用して蓄電池１６を蓄電することができる。

図３に太陽光モジュールのアレイの出力電圧が時刻とともに変化する様子を示す。太陽光モジュールのアレイ１１の出力電圧は、太陽からの日射強度に依存するため、朝方や夕方以降などの太陽の日射強度が小さい時間帯は、太陽光モジュールのアレイ１１の出力電圧は小さい。例えば、図３に示す例においては、時刻ｔ１以前および時刻ｔ２以後においては、太陽光モジュールのアレイ１１の出力電圧は、パワーコンディショナー１４の動作電圧に達しない（例えば、７０Ｖ未満）。

したがって、ｔ１以前およびｔ２以後の時刻においては、太陽電池モジュールのアレイ１１の出力電圧は、パワーコンディショナー１４の動作電圧（例えば、７０Ｖ〜４００Ｖ）の下限値（例えば、７０Ｖ）に達しない。よって、この場合は、電圧判定部１３が、太陽電池モジュールのアレイ１１とパワーコンディショナー１４とを切り離す。

その結果、本実施形態においては、太陽電池モジュールのアレイ１１が出力する直流電流は、接続箱１２および充放電コントローラ１５を介して全て蓄電池１６に供給され、ｔ１以前およびｔ２以後の時刻においては、太陽電池モジュールのアレイ１１が出力する直流電流を、全て蓄電池１６の蓄電に利用することができる。

このように、本実施形態によれば、太陽光電池の出力電圧が、パワーコンディショナーの動作電圧に達しない場合であっても、太陽光電池の出力する電力を有効に活用することができる太陽光蓄発電システムを提供することができる。

また、太陽光電池の出力電圧が、パワーコンディショナーの動作電圧に達しない場合は、電圧判定部１３が太陽電池モジュールのアレイ１１とパワーコンディショナー１４とを切り離して、蓄電池１６に全ての電流を流すことにより、太陽光電池に無駄な電流が流れなくなり、無駄な電流に起因する太陽光電池の温度上昇による太陽光電池の効率低下を防ぐことができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る太陽光蓄発電システムの概略図である。太陽光蓄発電システム２は、太陽電池モジュールのアレイ２１、接続箱２２、電圧判定部１３、パワーコンディショナー１４、蓄電池１６、インバータ１７および充電器１８を備える。第２実施形態に係る太陽光蓄発電システム２は、第１実施形態に係る太陽光蓄発電システム１と比較して、充電コントローラ１５を備えない点が相違する。なお、第１実施形態に係る太陽光蓄発電システム１の機能ブロックと機能が同一の機能ブロックについては、同一の符号を付し説明を省略する。

太陽電池モジュールのアレイ２１は、８枚の太陽電池モジュールを並列に２列並べてある点では第１実施形態の太陽電池モジュールのアレイ１１と同様であるが、図５に示すように、太陽電池モジュール２枚分の直列電圧を取り出すことができるように、モジュール２とモジュール３との間の配線、および、モジュール１０とモジュール１１との間の配線が接続箱２２に接続されている。

なお、図５においては、太陽電池モジュールを「モジュール」と略記している。また、図５に示した太陽電池モジュールの枚数はあくまで一例であり、ストリングは太陽電池モジュール８枚からの構成に限るものではなく、太陽電池モジュールアレイ２１は２列のストリングからの構成に限るものではない。

接続箱２２は、図５に示すように、太陽電池モジュールのアレイ２１からの配線を受け取り、ひとつにまとめてから、電圧判定部１３を介してパワーコンディショナー１４に出力し、また、蓄電池１６にも出力する。接続箱２２は、太陽電池モジュール２枚分の直列電圧を蓄電池１６に出力し、太陽電池モジュール８枚分の直列電圧を電圧判定部１３を介してパワーコンディショナー１４に出力する。

ここで、太陽電池モジュール２枚分の直列電圧を蓄電池１６の入力電圧としたのは、蓄電池１６にとって適切な電圧とするためである。したがって、太陽電池モジュール２枚分の直列電圧を蓄電池１６に供給したのは、あくまで一例であり、太陽電池モジュールおよび蓄電池１６の特性に応じて、蓄電池１６に供給する直流電圧のために必要な太陽電池モジュールの枚数は変わる。

第２実施形態においては、充放電コントローラを介さずに接続箱２２から蓄電池１６に直接直流電圧を供給する。これは、太陽電池モジュールのアレイ２１の全部の電圧ではなく、太陽電池モジュールのアレイ２１一部の電圧、すなわち、蓄電池１６にとって適切な直流電圧を接続箱２２から取り出す構成としたことによる。

このように、本実施形態によれば、太陽電池モジュールのアレイの一部の直流電圧を取り出して蓄電池に供給する構成とすることにより、充放電コントローラを省略することができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、パワーコンディショナーが電圧判定部の機能も含むものとしてもよい。

また、上記実施形態は、太陽光電池を例にして説明したが、本発明はこれに限るものではなく、再生可能エネルギー（太陽・地球物理学的・生物学的な源に由来し、自然界によって利用する以上の速度で補充されるエネルギー全般を指す太陽光、風力、波力・潮力、流水・潮汐、地熱、バイオマス等）全般に基づく電池に置き換えても実現可能である。

１、２太陽光蓄発電システム
１１、２１太陽電池モジュールのアレイ
１２、２２接続箱
１３電圧判定部
１４パワーコンディショナー
１５充放電コントローラ
１６蓄電池
１７インバータ
１８充電器
４０分電盤
５０電気機器
６０電力量計
７０屋外電力系統
８０無停電交流機器
９０無停電直流機器

Claims

複数の太陽電池モジュールを備え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、
前記直流電圧を測定し、測定した当該直流電圧が前記パワーコンディショナーの動作電圧に達しない場合は、前記太陽電池モジュールのアレイと前記パワーコンディショナーとを切り離す電圧判定部と、
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する蓄電池と
を備え、
前記蓄電池は、前記直流電圧が前記パワーコンディショナーの前記動作電圧に達しない場合は、全ての前記直流電流を蓄電に利用することを特徴とする太陽光蓄発電システム。
請求項１に記載の太陽光蓄発電システムであって、さらに、前記太陽電池モジュールのアレイにより生成された前記直流電圧を前記蓄電池に適した直流電圧に変換する充放電コントローラを備え、前記蓄電池は、当該充放電コントローラから直流電流を受け取ることを特徴とする太陽光蓄発電システム。
請求項１に記載の太陽光蓄発電システムであって、前記蓄電池は、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流を蓄電することを特徴とする太陽光蓄発電システム。