JP2014099979A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池からの電力を損失してしまう事態を低減させることができる太陽光発電システムを提供することを目的としている。
【解決手段】本太陽光発電システムは、太陽電池１と、蓄電池２００と、前記太陽電池１が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータを有するパワーコンディショナ３と、前記太陽電池１と前記パワーコンディショナ３との接続のオン／オフを切り換えるスイッチＳＷ１と、前記太陽電池１と前記蓄電池２００との接続のオン／オフを切り換えるスイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３と、前記パワーコンディショナ３からの出力電力が所定電力を超えるか又は以上になると、前記スイッチＳＷ１をオフ状態にすると共に、前記スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３をオン状態にする制御部２０１とを有してなることを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽光発電システムに関し、特に、太陽電池からの電力を損失してしまう事態を低減させることができる太陽光発電システムに関する。

従来の太陽光発電システムとしては、例えば、特許文献１に示すものが知られている。この特許文献１に示される太陽光発電システムは、充放電制御の制御部に、日射量を測定するセンサを設け、日射量が安定しているか変動しているかを判定し、安定している場合は鉛蓄電池に充電し、変動する場合はキャパシタに充電するというものである。

特開２０１０−１０４１１７号公報

しかしながら、上記のような太陽光発電システムは、日射量を基に充電先を換えていることから、太陽電池からの電力を損失してしまうという問題があった。

そこで本発明は、上記問題に鑑み、太陽電池からの電力を損失してしまう事態を低減させることができる太陽光発電システムを提供することを目的としている。

上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１に係る太陽光発電システムは、太陽電池（１）と、蓄電池（２００）と、前記太陽電池（１）が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータを有するパワーコンディショナ（３）と、前記太陽電池（１）と前記パワーコンディショナ（３）との接続のオン／オフを切り換える第１スイッチ（スイッチＳＷ１）と、前記太陽電池（１）と前記蓄電池（２００）との接続のオン／オフを切り換える第２スイッチ（スイッチＳＷ２，スイッチＳＷ３）と、前記パワーコンディショナ（３）からの出力電力が所定電力を超えるか又は以上になると、前記第１スイッチ（スイッチＳＷ１）をオフ状態にすると共に、前記第２スイッチ（スイッチＳＷ２，スイッチＳＷ３）をオン状態にする制御部（２０１）とを有してなることを特徴としている。

また、請求項２に係る太陽光発電システムは、上記請求項１に係る太陽光発電システムにおいて、前記蓄電池（２００）と前記パワーコンディショナ（３）との接続のオン／オフを切り換える第３スイッチ（スイッチＳＷ３）をさらに有し、前記制御部（２０１）は、前記パワーコンディショナ（３）からの出力電力が所定電力以下又は未満となると、前記第１スイッチ（スイッチＳＷ１）をオン状態にすると共に、前記第２スイッチ（スイッチＳＷ２，スイッチＳＷ３）をオフ状態とし、さらに、前記第３スイッチ（スイッチＳＷ３）をオン状態にしてなることを特徴としている。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１に係る発明によれば、パワーコンディショナ（３）の出力電力が所定電力を越えるか又は以上になると、制御部（２０１）は、太陽電池（１）と蓄電池（２００）とが接続されるように第１スイッチ（スイッチＳＷ１）及び第２スイッチ（スイッチＳＷ２，スイッチＳＷ３）を制御する。これにより、蓄電池には、所定電力を越えるか又は以上の電力が充電されることとなるから、太陽電池からの電力を損失してしまうという事態を低減させることができる。

また、蓄電池には、所定電力を越えるか又は以上の電力が充電されることとなるから、低圧連系が可能となる。すなわち、発電量が５０ＫＷ以上の場合、６６００Ｖ系統の高圧連系が必要となるが、この場合、２００Ｖから６６００Ｖへの変電装置が必要となり、設備コストが高くなるばかりか、電力会社との連系協議が複雑であり、且つ、時間を要することとなる。しかしながら、本発明によれば、所定電力を越えるか又は以上の電力を一旦、蓄電池に充電しているから、発電量が実質５０ＫＷ以上であったとしても、発電量が５０ＫＷ未満となるようにすることができるため、低圧連系が可能となる。

一方、請求項２に係る発明によれば、パワーコンディショナ（３）の出力電力が所定電力以下又は未満となると、制御部（２０１）は、太陽電池（１）とパワーコンディショナ（３）及び蓄電池（２００）とが接続されるように、第１スイッチ（スイッチＳＷ１）及び第２スイッチ（スイッチＳＷ２，スイッチＳＷ３）並びに第３スイッチ（スイッチＳＷ３）を制御する。これにより、蓄電池に蓄電した電力がパワーコンディショナに供給されることとなるため、太陽電池からの電力を損失させずに活用することができる。またこのようにすれば、夜間であっても、パワーコンディショナを稼働させることができるため、稼働効率が向上し、さらに、１台のパワーコンディショナで定格電力以上の電力量を得ることができる。それゆえ、パワーコンディショナへの投資効果が向上することとなる。

そしてさらには、パワーコンディショナの出力電力が所定電力以下又は未満となると、太陽電池とパワーコンディショナ及び蓄電池とが接続されるようになるから、天候に依存することなく安定した電力をパワーコンディショナに供給することができる。

本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムのブロック図である。 同実施形態に係る蓄電池制御モジュール部の詳細ブロック図である。 同実施形態に係る太陽光発電システムを使用した場合のパワーコンディショナの出力電力と蓄電池の充電量との相関関係の一例を示す図である。

以下、本発明に係る太陽光発電システムの一実施形態について、図１〜図３を参照して具体的に説明する。

本実施形態に係る太陽光発電システムは、図１に示すように、太陽電池１と、蓄電池制御部２と、複数のパワーコンディショナ３（図示では３個）とで構成されている。なお、蓄電池制御部２は、コンテナ内に収納されている。これにより、外部から容易にアクセスすることが困難となるため安全性を確保できると共に、設置の容易性を確保することができる。

ところで、上記太陽電池１は、太陽光を受光して光電変換することで発電を行い、直流電力を出力するもので、太陽電池パネルをアレイ状に組んで構成し電気的に接続させた複数の太陽電池アレイ（図示では、Ｎ枚）で構成されている。

一方、蓄電池制御部２は、複数のパワーコンディショナ３（図示では３個）と同数の蓄電池制御モジュール部２０（図示では３モジュール）を備えており、これら蓄電池制御モジュール部２０と上記複数のパワーコンディショナ３とが１対１の関係でそれぞれ接続されている。

この蓄電池制御モジュール部２０は、図２に示すように、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３と、蓄電池２００と、制御部２０１とで構成されている。このスイッチＳＷ１は、複数の太陽電池アレイ（図示では、Ｎ枚）それぞれとパワーコンディショナ３との接続をオン／オフできるものである。またスイッチＳＷ２は、複数の太陽電池アレイ（図示では、Ｎ枚）それぞれとスイッチＳＷ３との接続をオン／オフできるものであり、スイッチＳＷ３は、蓄電池２００とスイッチＳＷ２との接続あるいは蓄電池２００とパワーコンディショナ３との接続をオン／オフできるものである。

一方、蓄電池２００は、上記太陽電池１により発電された直流電力を充電し、その充電した直流電力を上記パワーコンディショナ３に放電するものである。そして、制御部２０１は、上記パワーコンディショナ３からの出力電力に応じて、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオン／オフを制御するものである。

かくして、このように構成される蓄電池制御モジュール２０が、上記パワーコンディショナ３と１対１の関係で接続されることとなる。このように、蓄電池制御モジュール２０としてモジュール化すれば、増設が容易となり、大電力の発電設備にも対応できることとなる。

他方、パワーコンディショナ３は、太陽電池１が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータを有するもので、並列接続されている。そして、このように並列接続された複数のパワーコンディショナ３（図示では３個）は、電力会社の商用電力系統と系統連系されることとなる。

ここで、上記のように構成される太陽光発電システム、特に制御部２０１の制御について図３を参照して具体的に説明する。なお、図３においては、理解を容易にするために、タイミングＴ１〜Ｔ２時を朝とし、タイミングＴ２〜Ｔ３時を昼とし、タイミングＴ３〜Ｔ５時を夜として図示している。

図３に示すように、朝の期間であるタイミングＴ１〜Ｔ２時、パワーコンディショナ３の出力電力は、徐々に増大している。この際、図２に示す制御部２０１は、スイッチＳＷ１をオン状態にし、スイッチＳＷ２をオフ状態にし、スイッチＳＷ３をパワーコンディショナ３と蓄電池２００との接続がオン状態となるように制御している。このようにすれば、太陽電池１とパワーコンディショナ３とが接続され、上記太陽電池１により発電された直流電力が、直接、パワーコンディショナ３に供給されることとなる。これにより、パワーコンディショナ３は、太陽電池１により発電された直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力を電力会社の商用電力系統に出力することとなる。

そして、タイミングＴ２時（昼の期間）、パワーコンディショナ３の出力電力が所定電力（例えば、定格電力）を越えるか又は以上となると、制御部２０１（図２参照）はそれを検知し、複数の太陽電池アレイ（図示では、Ｎ枚）それぞれとパワーコンディショナ３との接続をそれぞれ適宜オフ状態とする。すなわち、太陽電池アレイ１〜Ｎとパワーコンディショナ３との接続を全てオフ状態とするのではなく、例えば、太陽電池アレイ１及び２とパワーコンディショナ３との接続だけをオフ状態にし、それ以外の太陽電池アレイ３〜Ｎとパワーコンディショナ３との接続は、オン状態にするというものである。

このようにして、複数の太陽電池アレイ（図示では、Ｎ枚）それぞれとパワーコンディショナ３との接続をそれぞれ適宜オフ状態とした制御部２０１は、そのオフ状態とした複数の太陽電池アレイ部分のスイッチＳＷ２をオン状態とする。すなわち、太陽電池アレイ１及び２とパワーコンディショナ３との接続だけをオン状態にし、それ以外の太陽電池アレイ３〜Ｎとパワーコンディショナ３との接続は、オフ状態にするというものである。そしてさらに、制御部２０１は、蓄電池２００とスイッチＳＷ２と接続するようにスイッチＳＷ３を制御する。これにより、蓄電池２００（図２参照）は、所定電力（例えば、定格電力）以上又はそれを超える直流電力を充電することとなる。

かくして、蓄電池２００には、図３に示すタイミングＴ２〜Ｔ３時（昼の期間）、所定電力（例えば、定格電力）を越えるか又は以上の直流電力が充電されることとなり、蓄電池２００の充電量が徐々に増大することとなる。その際、パワーコンディショナ３からは、一定の所定電力（例えば、定格電力）が出力されることとなる。

このようにして、タイミングＴ３時（夜の期間）に一点鎖線で示すように、パワーコンディショナ３の出力電力が所定電力（例えば、定格電力）以下又は未満となると、制御部２０１は、スイッチＳＷ１をオン状態とし、スイッチＳＷ２をオフ状態とし、蓄電池２００とパワーコンディショナ３とが接続されるようにスイッチＳＷ３を制御する。これにより、蓄電池２００に蓄電した直流電力がパワーコンディショナ３に供給されることとなるため、夜の期間であっても、タイミングＴ３〜Ｔ４時に示すように、パワーコンディショナ３からは、一定の所定電力（例えば、定格電力）が出力されることとなる。なお、タイミングＴ３〜Ｔ４時は、蓄電池２００に蓄電した直流電力が放電されることとなるため、蓄電池２００の充電量は徐々に下降することとなる。

そして、タイミングＴ４時（夜の期間）に、蓄電池２００の充電量が０となれば、太陽電池１からも夜間であるため直流電力が出力されないため、図３のタイミングＴ４〜Ｔ５時（夜の期間）に示すように、パワーコンディショナ３の出力電力は、徐々に下降することとなる。

しかして、以上説明した本実施形態によれば、パワーコンディショナ３の出力電力が所定電力を越えるか又は以上となると、制御部２０１は、太陽電池１と蓄電池２００とが接続されるようにスイッチＳＷ１〜３を制御する。これにより、蓄電池２００には、所定電力を越えるか又は以上の電力が充電されることとなるから、太陽電池１からの電力を損失してしまうという事態を低減させることができる。

また、パワーコンディショナ３の出力電力が所定電力以下又は未満となると、制御部２０１は、太陽電池１とパワーコンディショナ３及び蓄電池２００とが接続されるように、スイッチＳＷ１〜３を制御している。これにより、蓄電池２００に蓄電した電力がパワーコンディショナ３に供給されることとなるため、太陽電池１からの電力を損失させずに活用することができる。またこのようにすれば、夜間であっても、パワーコンディショナ３を稼働させることができるため、稼働効率が向上し、さらに、１台のパワーコンディショナ３で定格電力以上の電力量を得ることができる。それゆえ、パワーコンディショナ３への投資効果が向上することとなる。

そしてさらには、パワーコンディショナ３の出力電力が所定電力以下又は未満となると、太陽電池１とパワーコンディショナ３及び蓄電池２００とが接続されるようになるから、天候に依存することなく安定した電力をパワーコンディショナ３に供給することができる。

他方、蓄電池２００は、所定電力を越えるか又は以上の電力を充電することとなるから、低圧連系が可能となる。すなわち、発電量が５０ＫＷ以上の場合、６６００Ｖ系統の高圧連系が必要となるが、この場合、２００Ｖから６６００Ｖへの変電装置が必要となり、設備コストが高くなるばかりか、電力会社との連系協議が複雑であり、且つ、時間を要することとなる。しかしながら、本実施形態によれば、所定電力を越えるか又は以上の電力を一旦、蓄電池２００に充電しているから、発電量が実質５０ＫＷ以上であったとしても、発電量が５０ＫＷ未満となるようにすることができるため、低圧連系が可能となる。

なお、蓄電池２００は、上記効果に加え、災害時の非常用電源としても活用することができる。

ところで、本実施形態においては、太陽電池１（太陽電池アレイ１〜Ｎ）からの電力と蓄電池２００からの電力をパワーコンディショナ３に供給するにあたり、蓄電池制御モジュール部２０とパワーコンディショナ３とを複数線で接続する例を示したが、これに限らず、単線で接続しても良い。すなわち、太陽電池１（太陽電池アレイ１〜Ｎ）からの電力と蓄電池２００からの電力を平均化して、単線を介して、当該平均化した電力をパワーコンディショナ３に供給しても良い。

１ 太陽電池
３ パワーコンディショナ
２０ 蓄電池制御モジュール部
２００ 蓄電池
２０１ 制御部
ＳＷ１ スイッチ（第１スイッチ）
ＳＷ２ スイッチ（第２スイッチ）
ＳＷ３ スイッチ（第２スイッチ、第３スイッチ）

Claims (2)

1. 太陽電池と、
   蓄電池と、
   前記太陽電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータを有するパワーコンディショナと、
   前記太陽電池と前記パワーコンディショナとの接続のオン／オフを切り換える第１スイッチと、
   前記太陽電池と前記蓄電池との接続のオン／オフを切り換える第２スイッチと、
   前記パワーコンディショナからの出力電力が所定電力を超えるか又は以上になると、前記第１スイッチをオフ状態にすると共に、前記第２スイッチをオン状態にする制御部とを有してなる太陽光発電システム。
2. 前記蓄電池と前記パワーコンディショナとの接続のオン／オフを切り換える第３スイッチをさらに有し、
   前記制御部は、前記パワーコンディショナからの出力電力が所定電力以下又は未満となると、前記第１スイッチをオン状態にすると共に、前記第２スイッチをオフ状態とし、さらに、前記第３スイッチをオン状態にしてなる請求項１に記載の太陽光発電システム。

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