JP2015154654A - 太陽光発電システムにおける電力変換装置、ならびにこれに含まれる接続箱およびパワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電システムにおける電力変換装置に含まれるパワーコンディショナであって、製品種類が低減されたパワーコンディショナと、このようなパワーコンディショナを実現するための接続箱とを提供する。【解決手段】複数の太陽電池モジュール２１をそれぞれ直列接続した複数の太陽電池ストリング２に接続されるとともに、１つのパワーコンディショナ４に接続される接続箱３であって、直流入力電圧を設定された昇圧比で昇圧して出力する昇圧ユニット３２を複数備え、複数の昇圧ユニット３２の各昇圧ユニット３２には、複数の太陽電池ストリング２の１つの太陽電池ストリング２がそれぞれ対応し、この太陽電池ストリング２の出力が当該昇圧ユニット３２の直流入力電圧であり、複数の昇圧ユニット３２でそれぞれ昇圧された直流出力電圧が１つのパワーコンディショナ４の並列入力電圧である。【選択図】図１

Description

太陽光発電システムにおける電力変換装置ならびにこれに含まれる接続箱およびパワーコンディショナであって、複数の太陽電池ストリングに対応する接続箱およびパワーコンディショナに関する。

太陽光発電システムでは、図３に示すように、複数の太陽光モジュール２１を直列接続して構成された複数の太陽電池ストリング２が、接続箱１０３を介してパワーコンディショナ１０４に接続されるものがある（例えば、特許文献１）。このシステムでは、太陽電池ストリング２に含まれる太陽光モジュール数が異なる場合に、各太陽電池ストリング２からの出力電圧を一致させるために、太陽電池ストリング２を構成する太陽電池モジュール２１の数が標準数よりも少ない太陽電池ストリング２（太陽電池ストリング２Ｃ，２Ｄ）には、太陽光発電システムの設置時、接続箱１０３の外側に昇圧ユニット１３２が取付けられる。昇圧ユニット１３２は、設定された昇圧比で電圧を昇圧して、他の太陽電池ストリング２（太陽電池ストリング２Ａ，２Ｂ）の出力電圧と一致させる。なお、特許文献１では、このような昇圧ユニット１３２を設けた構成は従来技術として記載されている。

太陽電池ストリング２に接続された接続箱１０３は、各太陽電池ストリング２に対応して２つのスイッチ１３１および１つのダイオード１３６を有する。スイッチ１３１は、故障などが生じた太陽電池ストリング２を切離す。ダイオード１３６は、太陽電池ストリング２側への電流の逆流を防止する。

パワーコンディショナ１０４は、太陽電池ストリング２にそれぞれ対応した電圧調整ユニット１４１を備える。各電圧調整ユニット１４１はＤＣ／ＤＣコンバータ１４１ａを有し、接続箱１０３を介して太陽電池ストリング２から入力される電圧を、適切な電圧値に調整する。これら電圧調整ユニット１４１はインバータユニット１４２に並列接続され、各電圧調整ユニット１４１で調整された直流電圧は、インバータユニット１４２で交流電圧に変換されて商用電力系統など５に出力される。

この太陽光発電システムにおいて、パワーコンディショナ１０４の電圧調整ユニット１４１はそれぞれ１つの太陽電池ストリング２に対応するため、パワーコンディショナ１０４は太陽電池ストリング２の数と同一数の電圧調整ユニット１４１を備える。

特開２００３−２８９６２６号公報

しかし、パワーコンディショナ１０４に接続される太陽電池ストリング２の数は、太陽光発電システムが設置される場所（屋根など）の形状や面積に応じて異なる。そのため、様々な太陽電池ストリング数に対応できるように、電圧調整ユニット１４１の数が異なる多種類の製品がパワーコンディショナには必要である。また、パワーコンディショナは、その最大定格出力に応じて異なる製品が必要である。したがって、パワーコンディショナの製品の種類は、（電圧調整ユニット数の種類）×（定格出力の種類）だけ存在する。例えば、電圧調整ユニット数が２個，３個，４個および５個の４種類で、最大定格出力が３ｋＷ，４ｋＷおよび５ｋＷの３種類である場合、パワーコンディショナの製品は４×３＝１２種類となる。このように製品種類が多いと、在庫が増加しがちで管理が煩雑となる。

そこで、本発明は、太陽光発電システムにおける電力変換装置に含まれるパワーコンディショナであって、製品種類が低減されたパワーコンディショナと、このようなパワーコンディショナを実現するための接続箱と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、本発明の一構成にかかる接続箱は、複数の太陽電池モジュールをそれぞれ直列接続した複数の太陽電池ストリングに接続されるとともに、１つのパワーコンディショナに接続される接続箱であって、直流入力電圧を設定昇圧比で昇圧して出力する昇圧ユニットを複数備え、前記複数の昇圧ユニットの各昇圧ユニットには、前記複数の太陽電池ストリングの１つの太陽電池ストリングがそれぞれ対応し、この太陽電池ストリングの出力が当該昇圧ユニットの前記直流入力電圧であり、前記複数の昇圧ユニットでそれぞれ昇圧された直流出力電圧が前記１つのパワーコンディショナの並列入力電圧である。

この構成によれば、接続箱に、複数の太陽電池ストリングにそれぞれ対応した昇圧ユニットが設けられ、パワーコンディショナには１つの入力電圧が並列に入力されるため、パワーコンディショナは、太陽電池ストリングの数に応じた製品種類を用意する必要がない。特に、従来からパワーコンディショナは最大定格出力に応じた製品種類を用意する必要があるが、本構成ではパワーコンディショナは太陽電池ストリングの数に応じた製品種類を用意する必要がないため、パワーコンディショナの製品種類が低減される。

好ましい実施形態においては、前記複数の昇圧ユニットに代えて、前記直流入力電圧を適切な直流電圧値に調整して出力する電圧調整ユニットを複数備え、前記複数の電圧調整ユニットの各電圧調整ユニットには、前記複数の太陽電池ストリングの１つの太陽電池ストリングがそれぞれ対応し、この太陽電池ストリングの出力が当該電圧調整ユニットの前記直流入力電圧であり、前記複数の電圧調整ユニットでそれぞれ調整された直流出力電圧が前記１つのパワーコンディショナの並列入力電圧である。これによれば、昇圧ユニットに代えて電圧調整ユニットが設けられるため、昇圧比を入力するための入力手段が不要で、自動的に適切な直流電圧値に調整される。

また、接続箱の各電圧調整ユニットがその出力電圧を所定の電圧値に調整することができるため、接続箱の後段のパワーコンディショナに電圧調整ユニットを設ける必要がなくなる。これにより、パワーコンディショナは簡易な構成となる。

好ましくは、前記電圧調整ユニットは、最大電力追従制御を実行するＭＰＰＴ制御部を有する。電圧調整ユニットがＭＰＰＴ制御部を有するため、最大電力となるように電圧が適切に調整される。

好ましくは、前記複数の昇圧ユニットまたは前記複数の電圧調整ユニットは、当該接続箱内に取り付けられている。全ての昇圧ユニットまたは電圧調整ユニットが接続箱内に取り付けられているため、太陽光発電システムの設置時に、必要に応じて昇圧ユニットまたは電圧調整ユニットを接続箱に取付けるものに比べて、扱い易い。

本発明の一構成にかかるパワーコンディショナは、前記接続箱が接続される。
本発明の一構成にかかる電力変換装置は、前記接続箱と前記パワーコンディショナとを備える。

本発明にかかる電力変換装置によれば、接続箱に昇圧ユニットまたは電圧調整ユニットを配備することで、パワーコンディショナの製品種類が低減される。したがって、在庫管理が容易である。

本発明の第１の実施形態に係る、太陽光発電システムにおける電力変換装置の概略ブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る、太陽光発電システムにおける電力変換装置の概略ブロック図である。 従来の、太陽光発電システムにおける電力変換装置の概略ブロック図である。

以下、本発明の第１の実施形態に係る、太陽光発電システムにおける電力変換装置について、図１を参照して説明する。
太陽光発電システム１は、複数の太陽電池ストリング２（本実施形態では、４つの太陽電池ストリング２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）、電力変換装置１０、および商用電力系統５を備える。

太陽電池ストリング２は、それぞれ、複数の太陽電池モジュールを直列接続したものである。各太陽電池ストリング２に含まれる太陽電池モジュール２１の数は、太陽電池ストリング２を設置する場所の形状や面積に依存する。したがって、標準の数の太陽電池モジュール２１から構成されるものもあれば、それよりも少ない数から構成されるものもある。なお、図１では、紙面上側の太陽電池ストリング２Ａ，２Ｂが標準数の太陽電池モジュール２１を含み、紙面下側の太陽電池ストリング２Ｃ，２Ｄが標準数よりも少ない太陽電池ストリング２１を含む。

太陽電池ストリング２の数は、太陽光発電システム１の設置態様に応じて決定され、例えば、２〜５のストリング数である。図１では、ストリング数は４である。

電力変換装置１０は、接続箱３およびパワーコンディショナ４を備える。接続箱３は、太陽電池ストリング２からの入力線に対応した複数のスイッチ３１と、太陽電池ストリング２の数と同一数の昇圧ユニット３２とを含む。昇圧ユニット３２は、例えば、昇圧チョッパ回路３２ａおよびこれを制御する制御回路３２ｂを含み、太陽電池ストリング２が出力する直流電圧を昇圧する。なお、従来の接続箱３は電流の逆流防止用のダイオードも備えていたが、本実施形態では、昇圧ユニット３２に含まれるダイオード（図示せず）が電流の逆流防止機能を果たす。このように、電力損失を引き起こすダイオードが省略されるため、電力変換装置１０の変換効率が従来に比べて向上する。

接続箱３には、また、各昇圧ユニット３２にそれぞれ対応した、昇圧比入力用の複数の入力手段（図示せず）が設けられる。入力手段は、例えば、ディップスイッチやロータリスイッチからなる。昇圧ユニット３２では、対応する入力手段を介して設定された昇圧比（設定昇圧比）に応じて制御回路３２ｂが昇圧チョッパ回路３２ａを制御し、その設定された昇圧比だけ直流入力電圧を昇圧して出力する。

各昇圧比は、太陽電池ストリング２のうち、標準数の太陽光モジュール２１を含む太陽電池ストリング２（２Ｃ，２Ｄ）の出力電圧と、他の全ての太陽電池ストリング２（２Ａ，２Ｂ）の出力電圧とが一致するように設定されてもよい。この設定によって、全ての昇圧ユニット３２の出力電圧が同一となる。なお、標準数の太陽光モジュール２１を含む太陽電池ストリング２（２Ａ，２Ｂ）に接続された昇圧ユニット３２の昇圧比は１：１に設定されてもよく、その直流入力電圧は実質的には昇圧されない。

パワーコンディショナ４は、インバータユニット４２を備える。接続箱３の各昇圧ユニット３２はパワーコンディショナ４のインバータユニット４２に並列接続され、昇圧ユニット３２で昇圧された直流電圧は、インバータユニット４２で交流電圧に変換されて商用電力系統など５に出力される。

パワーコンディショナ４は、また、接続箱３の昇圧ユニット３２の出力である直流電圧出力をさらに昇圧する昇圧ユニット（図示せず）を、インバータユニット４２の前段に１つ備えてもよい。このパワーコンディショナ４における昇圧ユニットによって、接続箱３の各昇圧ユニット３２の出力電圧をそれぞれ所定のバス電圧（インバータユニット４２に入力される直流電圧）にまで昇圧することができる。

代わりに、接続箱３の各昇圧ユニット３２の出力電圧がこの所定のバス電圧（インバータユニット４２に入力される直流電圧）となるように、各昇圧ユニット３２の昇圧比が設定されてもよい。この設定によって、全ての昇圧ユニット３２の出力電圧が同一となる上に、それら出力電圧がパワーコンディショナ４の所定のバス電圧となる。したがって、パワーコンディショナ４内の昇圧ユニットを省略することができる。

このように、パワーコンディショナ４には同一の直流電圧が並列で入力されるため、太陽電池ストリング２の数に応じてパワーコンディショナ４の製品の種類を準備する必要がない。その一方、接続箱３に含まれる昇圧ユニット３２の数は、太陽電池ストリング２の数に一致する。すなわち、接続箱３は、昇圧ユニット３２の数が異なる複数種類の製品の中から、太陽光発電システム１の設置態様に応じて決定された太陽電池ストリング２の数に昇圧ユニット３２の数が一致するように、選択される。そのため、例えば、太陽電池ストリング２の数に一致する昇圧ユニット３２の数が２個，３個，４個および５個の４種類で、パワーコンディショナ４の最大定格出力が３ｋＷ，４ｋＷおよび５ｋＷの３種類の場合、接続箱３は４種類の製品、パワーコンディショナ４は３種類の製品が準備されれば十分である。これに対して、パワーコンディショナ４内に昇圧ユニット３２を設けた場合、３種類の最大定格出力および４種類の昇圧ユニット数に対応するには、パワーコンディショナは１２種類の製品が必要である。したがって、接続箱３に昇圧ユニット３２を設けることで、電力変換装置１０を構成する製品の種類が低減される。

次に、本発明の第２の実施形態に係る、太陽光発電システムにおける電力変換装置について、図２を参照して説明する。ただし、第１の実施形態と異なる点について説明し、同一の構成要素に関しては同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る電力変換装置１０Ａの接続箱３Ａは、複数の昇圧ユニット３２（図１）の代わりに、複数の電圧調整ユニット３３を含む。各電圧調整ユニット３３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３ａと、ＭＰＰＴ制御（最大電力追従制御）を実行するＭＰＰＴ制御部３３ｂとを有する。

電圧調整ユニット３３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３ａによって、太陽電池ストリング２が出力した直流電圧を必要に応じて昇圧し、適切な値に調整する。この直流出力電圧は、ＭＰＰＴ制御部３３ｂの制御によって、各太陽電池ストリング２からの電力が最大となる最大電力点に追従するように制御され、適切な値に調整される。このＭＰＰＴ制御部３３ｂにおいて、太陽電池ストリング２の各太陽電池モジュール２１の状態が検出されて、この状態に依存したＭＰＰＴ制御が実行されてもよい。接続箱３Ａは、また、図示しない１つの電圧調整ユニット制御部を有し、この電圧調整ユニット制御部が全ての電圧調整ユニット３３を制御して、これらの直流出力電圧を一致させる。

このように電圧調整ユニット３３が出力する直流電圧はＭＰＰＴ制御部３３ｂで自動的に制御されるため、第１の実施形態において説明した昇圧比入力用の入力手段のようなユーザインタフェースは不要である。

以上、本発明にかかる電力変換装置によれば、接続箱に昇圧ユニットまたは電圧調整ユニットを配備することで、パワーコンディショナの製品種類が低減される。したがって、在庫管理が容易である。

２ 太陽電池ストリング
３ 接続箱
４ パワーコンディショナ
２１ 太陽電池モジュール
３２ 昇圧ユニット

Claims (6)

1. 複数の太陽電池モジュールをそれぞれ直列接続した複数の太陽電池ストリングに接続されるとともに、１つのパワーコンディショナに接続される接続箱であって、
   直流入力電圧を設定昇圧比で昇圧して出力する昇圧ユニットを複数備え、
   前記複数の昇圧ユニットの各昇圧ユニットには、前記複数の太陽電池ストリングの１つの太陽電池ストリングがそれぞれ対応し、この太陽電池ストリングの出力が当該昇圧ユニットの前記直流入力電圧であり、
   前記複数の昇圧ユニットでそれぞれ昇圧された直流出力電圧が前記１つのパワーコンディショナの並列入力電圧である、接続箱。
2. 請求項１に記載の接続箱であって、
   前記複数の昇圧ユニットに代えて、前記直流入力電圧を適切な直流電圧値に調整して出力する電圧調整ユニットを複数備え、
   前記複数の電圧調整ユニットの各電圧調整ユニットには、前記複数の太陽電池ストリングの１つの太陽電池ストリングがそれぞれ対応し、この太陽電池ストリングの出力が当該電圧調整ユニットの前記直流入力電圧であり、
   前記複数の電圧調整ユニットでそれぞれ調整された直流出力電圧が前記１つのパワーコンディショナの並列入力電圧である、接続箱。
3. 請求項２に記載の接続箱であって、
   前記電圧調整ユニットは、最大電力追従制御を実行するＭＰＰＴ制御部を有する、接続箱。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の接続箱において、
   前記複数の昇圧ユニットまたは前記複数の電圧調整ユニットは、当該接続箱内に取り付けられている、接続箱。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の接続箱が接続される前記パワーコンディショナ。
6. 太陽光発電システムにおける電力変換装置であって、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の接続箱と、
   請求項５に記載のパワーコンディショナとを備えた、電力変換装置。

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