JP2015012030A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池の設置状況に関わらず、安定して確実な太陽光発電システムの起動が実現できる太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】起動制御部４は、太陽電池１の出力電圧値を検出する電圧検出部４１、太陽電池１の出力電圧値を記憶しておく電圧記録部４３、太陽電池１の出力電圧と電圧記録部４３で記録していた電圧とを比較する起動判定部４２から構成され、電圧検出部４１は、太陽電池１の出力電圧を監視し起動判定部４２に電圧データを送信する。また、起動判定部４２は、電圧検出部４１から電圧データと電圧記録部４３からの起動電圧データとを比較し起動の判定を行い、起動判定がＯＫの場合に起動信号をパワーコンディショナ２に送信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池で発電した直流電力を交流電力に変換する電力変換装置（パワーコンディショナ）を備えた太陽光発電システムに関し、特に太陽光発電システムの起動制御に関するものである。

従来、太陽電池とパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムは、太陽電池の出力電圧Ｖpvがシステムを起動させるか否かの判断基準となる起動開始電圧Ｖstartの値を超えた場合にパワーコンディショナを起動させている。

しかし、起動開始電圧Ｖstartは太陽電池の設置状況（日射条件・温度条件・搭載条件・設置面数・設置角度・設値角）などにより一定の値で設定することができなかった。
そこで、前回起動が成功した時の太陽電池の出力電圧Ｖpvを記録し、記録した出力電圧Ｖpvに補正値を減算した起動予測電圧値Ｖpwを起動開始電圧Ｖstartとすることで、太陽電池の設置状況に応じて最適な判断基準を自動的に設定するといった方法（特許文献１参照）が提案されている。

特許第４５１１１２７号公報

しかしながら、日射量が十分ある昼間においてパワーコンディショナの保護機能が働いて運転状態から待機状態に移行した後に再起動した場合、前回起動が成功した時の太陽電池の出力電圧Ｖpvから補正値を減算した起動予測電圧値Ｖpwを起動開始電圧Ｖstartとするため、最適な判断基準よりも少ない起動開始電圧Ｖstartとなってしまい、上記状態が繰り返されると更に起動開始電圧Ｖstartが低下し、次回から朝方からの起動において運転状態から待機状態への移行と待機状態から運転状態への移行とを繰り返すハンチング動作回数が増加する問題がある。

または、前回問題を減らすために確認時間を設けた場合には、発電量が低下する等の問題がある。
そこで本発明の課題は、太陽電池の設置状況に関わらず、安定して確実な太陽光発電システムの起動を実現できる太陽光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に本発明の太陽光発電システムは、
太陽電池と該太陽電池で発電した直流電圧を交流電圧に変換する電力変換装置を備え、前記電力変換装置により電力系統と連系させた太陽光発電システムにおいて、
前記電力変換装置は、
前記太陽電池の出力電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記電力変換装置の起動実績電圧を記録する起動実績電圧記録手段と、
前記電力変換装置の起動試行電圧を記録する起動試行電圧記録手段と、
を備え、
前記太陽電池の出力電圧値が前記起動実績電圧を超えている時間が、起動実績確認時間以上継続した時、
又は前記太陽電池の出力電圧値が前記起動試行電圧を超えている時間が、起動実績確認時間以上継続した時、
又は前記太陽電池の出力電圧値が前記起動最低電圧を超えている時間が、起動実績確認時間以上継続した時、
のいずれかの条件が成立したとき、前記電力変換装置を起動させる、ことを特徴とする（請求項１）。

上記請求項１に記載の太陽光発電システムにおいて、前記起動実績電圧記録手段は、前記電力変換装置が起動に成功した場合、起動成功時の前記太陽電池の出力電圧と前記起動実績電圧とを比較し、前記起動成功時の前記太陽電池の出力電圧値が前記起動実績電圧よりも低ければ、前記起動成功時の前記太陽電池の出力電圧値を前記起動実績電圧として記録する、ことを特徴とする（請求項２）。

上記請求項１または請求項２のいずれかに記載の太陽光発電システムにおいて、前記起動実績電圧記録手段は、前記電力変換装置が起動に失敗した場合、起動失敗時の前記太陽電池の出力電圧値と前記起動実績電圧とを比較し、前記起動失敗時の前記太陽電池の出力電圧値が前記起動実績電圧よりも高ければ、前記起動失敗時の前記太陽電池の出力電圧値に補正値を加算した値を前記起動実績電圧として記録する、ことを特徴とする（請求項３）。

上記請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽光発電システムにおいて、前記起動試行電圧記録手段は、前記電力変換装置が起動に失敗した場合、起動失敗時の前記太陽電池の出力電圧値に補正値を加算した値を前記起動試行電圧として記録する、ことを特徴とする（請求項４）。

上記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽光発電システムにおいて、前記起動試行電圧記録手段は、前記電力変換装置が一日の中で最初に起動を試行する場合、前記起動最低電圧を前記起動試行電圧として記録する、ことを特徴とする（請求項５）。

また上記請求項１乃至５のいずれか１項に記載の太陽光発電システムにおいて、前記起動実績確認時間と前記起動試行確認時間と前記起動最低確認時間との関係が、前記起動実績確認時間＜前記起動試行確認時間＜前記起動最低確認時間である、ことを特徴とする（請求項６）。

本発明の太陽光発電システムによれば、太陽電池の設置状況に関わらず、安定して確実な太陽光発電システムの起動が実現でき、起動と停止を繰り返すことなく電力変換装置の劣化を極力抑えることができ、発電に寄与する時間を多く取れるので総発電量の増大を図ることができる。

本発明の実施形態に係る太陽光発電システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る太陽光発電システム動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る太陽光発電システムの全体構成を示すブロック図である。図１において、本発明の実施形態に係る太陽光発電システムは、太陽電池１と、太陽電池１の出力電圧からパワーコンディショナの起動を判定する起動制御部４と、太陽電池１からの直流電力を起動制御部４の判定結果に応じて交流電力に変換する電力変換手段であるパワーコンディショナ２を備え、パワーコンディショナ２に不図示の負荷が接続される電力系統３とで構成されている。

太陽電池１は、多数のセルを縦横方向に整列状態で並置するとともに、セルの各々を互いに電気的に接続して成るものであり、この太陽電池１を備えたパネルが架台などに固定されて所定の場所に設置する。

パワーコンディショナ２は、インバータを備え、太陽光による日射でもって太陽電池１が発電した直流電力を、インバータによるスイッチング動作によって交流電力に変換し、電力系統３に交流電力を供給する。このパワーコンディショナ２は、起動制御部４からの起動指令によって起動し、太陽電池１の出力電圧を最大電力になる電圧値に制御する制御（最大電力追従制御）を行う。

起動制御部４は、太陽電池１の出力電圧値を検出する電圧検出手段である電圧検出部４１、太陽電池１の出力電圧値を記憶しておく電圧記憶手段である電圧記録部４３、及び、太陽電池１の出力電圧と電圧記録部４３で記録していた電圧とを比較する比較手段である起動判定部４２から構成されている。

起動制御部４では、太陽光発電システム起動前の日射量がパワーコンディショナ２を起動させるべき日射量に達したと判断した時に、起動信号をパワーコンディショナ２に送信する。

電圧記録部４３は、太陽電池１の出力電圧値を起動実績電圧として記憶しておく電圧記憶手段である起動実績電圧記録部４７、太陽電池１の出力電圧値を起動試行電圧として記憶しておく電圧記憶手段である起動試行電圧記録部４８から構成されている。

起動判定部４２は、太陽電池１の出力電圧値と起動実績電圧記録部４７で記録していた起動実績電圧とを比較する比較手段である起動実績判定部４４、太陽電池１の出力電圧値と起動試行電圧記録部４８で記録していた起動試行電圧とを比較する比較手段である起動試行判定部４５、太陽電池１の出力電圧値と起動最低電圧とを比較する比較手段である起動最低判定部４６から構成されている。

起動制御部４における電圧検出部４１は、太陽電池１の出力電圧を監視し起動判定部４２に電圧データを送信する。また、起動判定部４２は、電圧検出部４１から電圧データと電圧記録部４３からの起動電圧データとを比較し起動の判定を行い、起動判定がＯＫの場合に起動信号をパワーコンディショナ２に送信する。

前記構成からなる太陽光発電システムの起動動作を次に説明する。
まず、システム起動に先立って太陽光発電システムの起動判定基準となる起動実績電圧と起動試行電圧と起動最低電圧を設定する。

起動実績電圧は、太陽電池の開放電圧値に設定することが望ましい。
また、起動試行電圧は過去の起動の実績で得られた起動の最低電圧に設定する。
また、起動最低電圧は日射量が発電可能な状態になる起動の最低電圧に設定する。

図２は、本発明の実施形態に係る太陽光発電システムの動作を説明するフローチャートである。図２に基づいて本発明の実施形態に係る太陽光発電システムの動作を説明する。
図２に示すフローチャートでは、大きく分けて、STEP_Aフロー、STEP_Bフロー、STEP_Cフローを有しているが、これらのフローは同時に実行することが可能である。

まず、太陽光発電システムが朝方一回目の起動の場合、起動試行電圧を起動最低電圧に書き換える。
このように、起動試行電圧を起動最低電圧に書き換えることで、より低電圧からの起動試行が可能となり、発電に寄与する時間を多く取れるので総発電量の増大を図ることができる。また、太陽光発電システムが一日の中で最初の起動でない場合、起動試行電圧は書き換えない。

次に、STEP_A1では、起動実績電圧記録部４７に記憶されている起動実績電圧を取り出し、太陽電池電圧Ｖpvと比較検証し、超えていればSTEP_A2に進み、超えていなければSTEP_A1の検証を反復する。

STEP_A1の終了後、STEP_A2では、太陽電池電圧Ｖpvが起動実績電圧を超えた状態が起動実績確認時間だけ継続したか否かを検証し、継続していれば起動信号をパワーコンディショナ２に送信し、継続していなければSTEP_A1に戻る。

このように、起動実績確認時間を設けることで影などの影響によるハンチング動作を防ぐことが可能となる。
パワーコンディショナ２が起動後、STEP_A3では、起動に成功且つ起動時の太陽電池電圧Ｖpvが起動実績電圧を超えている場合は起動実績電圧の書換えを行わず、起動の成功且つ起動時の太陽電池電圧Ｖpvが起動実績電圧を超えていない場合は起動実績電圧を今回の起動電圧に書き換える。

このように起動に成功した時の太陽電池電圧Ｖpvを比較対象に用いることで正確な判断基準とすることが可能となり、安定して確実な起動が実現できる。
また、季節の変化や温度変化に応じて起動条件を自動的に決定することにより、より低電圧で起動することが可能となり、発電に寄与する時間を多く取れるので総発電量の増大を図ることができる。

また、STEP_A4では起動に失敗且つ起動時の太陽電池電圧Ｖpvが起動実績電圧を超えている場合は、起動時の太陽電池電圧Ｖpvに補正値を加算した電圧値に起動実績電圧を書き換え、起動時の太陽電池電圧Ｖpvが起動実績電圧を超えていない場合は、起動実績電圧の書き換えを行わない。

このように起動実績電圧に補正値を加算した電圧値に起動実績電圧を書き換えていることで、前回起動に失敗した時の太陽電池電圧Ｖpvよりも高い状態から起動することが可能となり、ハンチング動作を繰り返すことなく安定して確実な起動を実現できる。

一方、季節の移り変わりや天候によって起動実績電圧が高い値で記録されていることがあり、太陽光による日射量が十分に確保されている状態においても起動しないことがある。

そこで、STEP_B1では起動試行電圧記録部４８に記憶されている起動試行電圧を取り出し、太陽電池電圧Ｖpvと比較検証し、超えていればSTEP_B2に進み、超えていなければSTEP_B1の検証を反復する。

STEP_B1の終了後、STEP_B2では、太陽電池電圧Ｖpvが起動試行電圧を超えた状態が起動試行確認時間だけ継続したか否かを検証し、継続していれば起動信号をパワーコンディショナ２に送信し、継続していなければSTEP_B1に戻る。

このように、起動試行確認時間を設けることで影などの影響によるハンチング動作を防ぐことが可能となる。
パワーコンディショナ２起動後、STEP_B3では、起動に失敗すれば今回の起動試行電圧に補正値を加算した値に起動試行電圧を書き換えてSTEP_B1の検証を反復する。また、起動に成功すれば起動試行電圧の書き換えは行わない。

このように、起動実績電圧よりも低電圧領域でも起動を試行することで、より低電圧側での起動が可能となり、発電に寄与する時間を多く取れるので総発電量の増大を図ることができる。

また、起動試行電圧に補正値を加算した電圧値に起動試行電圧を書き換えていることで、前回起動に失敗した時の太陽電池電圧Ｖpvよりも高い状態から起動するのでハンチング動作を抑えることが可能となる。

一方、何らかの事情によって、太陽電池電圧Ｖpvが急に低下した場合には、起動することが可能な最低限の電圧は出力されているにも関わらず起動しないことがある。
そこで、STEP_C1では、起動最低電圧と太陽電池電圧Ｖpvと比較検証し、超えていればSTEP_C2に進み、超えていなければSTEP_C1に戻る。

STEP_C1の終了後、STEP_C2では、太陽電池電圧Ｖpvが起動最低電圧を超えた状態が起動最低確認時間だけ継続したか否かを検証し、継続していれば起動信号をパワーコンディショナ２に送信し、継続していなければSTEP_C1に戻る。

このように、起動最低確認時間を設けることで影などの影響によるハンチング動作を防ぐことが可能となる。
パワーコンディショナ２起動後、起動の可否に関わらず起動最低電圧の書き換えは行わない。

このように、起動前の太陽電池電圧Ｖpvと起動最低条件として設定した起動最低電圧の比較を設けることで、起動することが可能な最低限の電圧は出力されているにも関わらず、起動しない状態を防止することが可能となる。

また上記した起動実績確認時間と起動試行確認時間と起動最低確認時間の関係を、起動実績確認時間＜起動試行確認時間＜起動最低確認時間とすることで、太陽電池電圧Ｖpvが高く、起動がより確実な時は速やかに起動することが可能となり、発電に寄与する時間が多く取れるので総発電量の増大を図ることができる。

１ 太陽電池
２ パワーコンディショナ(電力変換装置)
３ 電力系統
４１ 電圧検出部
４２ 起動判定部
４３ 電圧記録部
４４ 起動実績判定部
４５ 起動試行判定部
４６ 起動最低判定部
４７ 起動実績電圧記録部
４８ 起動試行電圧記録部

Claims (6)

1. 太陽電池と該太陽電池で発電した直流電圧を交流電圧に変換する電力変換装置を備え、前記電力変換装置により電力系統と連系させた太陽光発電システムにおいて、
   前記電力変換装置は、
   前記太陽電池の出力電圧値を検出する電圧検出手段と、
   前記電力変換装置の起動実績電圧を記録する起動実績電圧記録手段と、
   前記電力変換装置の起動試行電圧を記録する起動試行電圧記録手段と、
   を備え、
   前記太陽電池の出力電圧値が前記起動実績電圧を超えている時間が、起動実績確認時間以上継続した時、
   又は前記太陽電池の出力電圧値が前記起動試行電圧を超えている時間が、起動試行確認時間以上継続した時、
   又は前記太陽電池の出力電圧値が起動最低電圧を超えている時間が、起動最低確認時間以上継続した時、
   のいずれかの条件が成立したとき、前記電力変換装置を起動させる、
   ことを特徴とする太陽光発電システム。
2. 前記請求項１に記載の太陽光発電システムにおいて、
   前記起動実績電圧記録手段は、前記電力変換装置が起動に成功した場合、起動成功時の前記太陽電池の出力電圧と前記起動実績電圧とを比較し、前記起動成功時の前記太陽電池の出力電圧値が前記起動実績電圧よりも低ければ、前記起動成功時の前記太陽電池の出力電圧値を前記起動実績電圧として記録する、ことを特徴とする太陽光発電システム。
3. 前記請求項１または請求項２のいずれかに記載の太陽光発電システムにおいて、前記起動実績電圧記録手段は、前記電力変換装置が起動に失敗した場合、起動失敗時の前記太陽電池の出力電圧値と前記起動実績電圧とを比較し、前記起動失敗時の前記太陽電池の出力電圧値が前記起動実績電圧よりも高ければ、前記起動失敗時の前記太陽電池の出力電圧値に補正値を加算した値を前記起動実績電圧として記録する、ことを特徴とする太陽光発電システム。
4. 前記請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽光発電システムにおいて、前記起動試行電圧記録手段は、前記電力変換装置が起動に失敗した場合、起動失敗時の前記太陽電池の出力電圧値に補正値を加算した値を前記起動試行電圧として記録する、ことを特徴とする太陽光発電システム。
5. 前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽光発電システムにおいて、前記起動試行電圧記録手段は、前記電力変換装置が一日の中で最初に起動を試行する場合、前記起動最低電圧を前記起動試行電圧として記録する、ことを特徴とする太陽光発電システム。
6. 前記請求項１乃至５のいずれか１項に記載の太陽光発電システムにおいて、前記起動実績確認時間と前記起動試行確認時間と前記起動最低確認時間との関係が、前記起動実績確認時間＜前記起動試行確認時間＜前記起動最低確認時間である、ことを特徴とする太陽光発電システム。

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