JP2015163000A - Solar cell system - Google Patents

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啓右 大塚
Keisuke Otsuka
啓右 大塚
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce an energy loss in a solar cell system for supplying power to equipment which is driven with commercial power.SOLUTION: Switchover means (17a) is provided for switching between a charge state (S1), in which EDLC (16) is charged by a solar cell unit (12), and a discharge state (S2) in which the outputs of the solar cell unit (12) and the EDLC (16) are connected to a booster unit (14). Also, a current detection unit (18) is provided for detecting a current value (Id) on a current path which runs from the solar cell unit (12) to an inverter (213), so as to control the switchover means (17a) to switch to the charge state (S1) when the current value (Id) is smaller than a threshold (Th).

Description

本発明は、商用電力で駆動される機器を電力アシストする太陽電池システムに関するものである。   The present invention relates to a solar cell system that assists in powering a device driven by commercial power.

空気調和機では、コンバータとインバータを備えた電力変換装置が用いられることが多い。このような電力変換装置は、商用電源から供給された交流電力(商用電力)を交流電力に再変換し、当該再変換した交流電力で圧縮機のモータなどの負荷を駆動する。   In an air conditioner, a power conversion device including a converter and an inverter is often used. Such a power converter reconverts AC power (commercial power) supplied from a commercial power source into AC power, and drives a load such as a compressor motor with the reconverted AC power.

また、家庭やオフィスには、省エネルギー等を目的として、太陽光を利用して太陽光発電(Photovoltaics:PV)を行う発電装置(PVユニットとも呼ぶ)が導入されつつある。太陽光発電は出力電圧変動が小さいという特徴を持つので、電力変換装置のコンバータとインバータとの接続点である直流リンク部に、太陽光発電の電力を直流給電すれば、電力変換装置を電力アシストすることができる。   In addition, for the purpose of energy saving and the like, a power generation apparatus (also referred to as a PV unit) that performs solar power generation (Photovoltaics: PV) using sunlight is being introduced into homes and offices. Since photovoltaic power generation has the characteristic that the output voltage fluctuation is small, if the power of photovoltaic power generation is DC fed to the DC link that is the connection point between the converter and inverter of the power converter, the power converter is power assisted. can do.

一方、太陽光発電は、日射量によって発電電力が大きく変わるというデメリットがある。そのため、太陽光発電には日射量の変化に対して常に最大電力を取り出すためのMPPT(Maximum Power Point Tracking)制御が必要であり、MPPT制御のできるDC/DCコンバータを経由して負荷に電力供給するのが一般的である。   On the other hand, solar power generation has a demerit that the generated power varies greatly depending on the amount of solar radiation. For this reason, solar power generation requires MPPT (Maximum Power Point Tracking) control for always taking out the maximum power with respect to changes in the amount of solar radiation, and power is supplied to the load via a DC / DC converter capable of MPPT control. It is common to do.

また、太陽光発電の発電電力の変動を補償するためにEDLC(Electric Double Layer Capacitor:電気二重層キャパシタ)などの蓄電デバイスが併用されることがある(例えば、特許文献1参照)。   In addition, an electric storage device such as an EDLC (Electric Double Layer Capacitor) may be used in combination to compensate for fluctuations in the generated power of solar power generation (see, for example, Patent Document 1).

特開2002−272015号公報JP 2002-272015 A

しかしながら、DC/DCコンバータを通過する電力が小さいとき(太陽光発電の発電電力が比較的小さいとき)には、DC/DCコンバータの損失が増大しがちであり、発電したエネルギーを有効に利用できていない。   However, when the power passing through the DC / DC converter is small (when the power generated by solar power generation is relatively small), the loss of the DC / DC converter tends to increase, and the generated energy can be used effectively. Not.

本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、商用電力で駆動される機器に電力供給する太陽電池システムにおいて、発電したエネルギーの損失の低減を図ることを目的としている。   The present invention has been made paying attention to the above-described problems, and aims to reduce the loss of generated power in a solar cell system that supplies power to equipment driven by commercial power.

上記の課題を解決するため、第1の発明は、
商用電源(30)から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ(211)と、該コンバータ(211)の出力を交流電力に変換して負荷(M)に供給するインバータ(213)とを備えた電力変換装置(210)に電力を供給する太陽電池システムにおいて、
太陽光を受けて直流電力を発電する太陽電池ユニット(12)と、
電気二重層キャパシタ(16)と、
上記太陽電池ユニット(12)及び上記電気二重層キャパシタ(16)の直流電力を昇圧して上記インバータ(213)に供給する昇圧ユニット(14)と、
上記太陽電池ユニット(12)から上記電気二重層キャパシタ(16)に充電する充電状態(S1)と、上記太陽電池ユニット(12)及び上記電気二重層キャパシタ(16)の出力を上記昇圧ユニット(14)に接続する放電状態(S2)との切換を行う切換手段(17a)と、
上記太陽電池ユニット(12)から上記切換手段(17a)及び上記昇圧ユニット(14)を経由して上記インバータ(213)に到る電流経路上において、電流値(Id)を検出する電流検出部(18)と、
上記電流値(Id)が所定の閾値(Th)よりも小さい場合に上記切換手段(17a)を上記充電状態(S1)に制御する制御部(19)とを備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the first invention is
A converter (211) that converts AC power supplied from a commercial power supply (30) into DC power, and an inverter (213) that converts the output of the converter (211) into AC power and supplies it to a load (M) In the solar cell system for supplying power to the power converter (210) provided,
A solar cell unit (12) for generating direct-current power in response to sunlight,
Electric double layer capacitor (16),
A step-up unit (14) for stepping up DC power of the solar cell unit (12) and the electric double layer capacitor (16) and supplying the boosted power to the inverter (213);
The charging state (S1) in which the electric double layer capacitor (16) is charged from the solar cell unit (12), and the outputs of the solar cell unit (12) and the electric double layer capacitor (16) are converted into the boost unit (14 Switching means (17a) for switching between the discharge state (S2) connected to
On the current path from the solar cell unit (12) to the inverter (213) via the switching means (17a) and the boosting unit (14), a current detector (Id) that detects a current value (Id) 18) and
And a control unit (19) for controlling the switching means (17a) to the charged state (S1) when the current value (Id) is smaller than a predetermined threshold value (Th).

この構成では、太陽電池ユニット(12)から切換手段(17a)及び昇圧ユニット(14)を経由してインバータ(213)に到る電流経路上における電流値を指標として、昇圧ユニット(14)を通過する電力の大きさが評価される。そして、電流値(Id)が所定の閾値(Th)よりも小さい場合、すなわち、昇圧ユニット(14)を通過する電力が所定値よりも小さい場合には、電気二重層キャパシタ(16)が充電される。   In this configuration, the current value on the current path from the solar cell unit (12) to the inverter (213) via the switching means (17a) and the booster unit (14) is used as an index to pass through the booster unit (14). The magnitude of power to be evaluated is evaluated. When the current value (Id) is smaller than the predetermined threshold value (Th), that is, when the power passing through the boosting unit (14) is smaller than the predetermined value, the electric double layer capacitor (16) is charged. The

また、第2の発明は、
第1の発明において、
上記制御部(19)は、上記切換手段(17a)を上記充電状態(S1)に切り換えた後は、定期的に上記電流値(Id)を確認し、該電流値(Id)が上記閾値(Th)を超えた場合には、上記切換手段(17a)を上記放電状態(S2)に切り換えることを特徴とする。
In addition, the second invention,
In the first invention,
The controller (19) periodically checks the current value (Id) after switching the switching means (17a) to the charging state (S1), and the current value (Id) is the threshold value (Id). When it exceeds (Th), the switching means (17a) is switched to the discharge state (S2).

この構成では、昇圧ユニット(14)を通過する電力を大きくできる場合に、太陽電池ユニット(12)を利用したDC給電が再開される。   In this configuration, when power passing through the boosting unit (14) can be increased, DC power feeding using the solar cell unit (12) is resumed.

また、第3の発明は、
第2の発明において、
上記電流検出部(18)は、上記切換手段(17a)と上記昇圧ユニット(14)との間の電流経路上に設けられ、
上記制御部(19)は、上記切換手段(17a)を上記充電状態(S1)に切り換えた後は、上記電流検出部(18)に上記電流値(Id)を検出させるために、上記切換手段(17a)を定期的に上記放電状態(S2)に戻すことを特徴とする。
In addition, the third invention,
In the second invention,
The current detector (18) is provided on a current path between the switching means (17a) and the boost unit (14),
After switching the switching means (17a) to the charged state (S1), the control section (19) is configured to switch the switching means in order to cause the current detection section (18) to detect the current value (Id). (17a) is periodically returned to the discharge state (S2).

また、第4の発明は、
第1から第3の発明の何れかにおいて、
上記制御部(19)は、上記電気二重層キャパシタ(16)が満充電状態の場合には、上記閾値(Th)に基づく切り換えに優先して、上記切換手段(17a)を上記放電状態(S2)に切り換えることを特徴とする。
In addition, the fourth invention is
In any one of the first to third inventions,
When the electric double layer capacitor (16) is in a fully charged state, the control unit (19) prioritizes switching based on the threshold value (Th) and switches the switching means (17a) to the discharging state (S2 ).

この構成では、電気二重層キャパシタ(16)への充電が不要の場合には、電気二重層キャパシタ(16)の電力が利用される。   In this configuration, when the electric double layer capacitor (16) need not be charged, the electric power of the electric double layer capacitor (16) is used.

第1の発明によれば、商用電力で駆動される機器に電力供給する太陽電池システムにおいて、発電したエネルギーの損失の低減を図ることが可能になる。   According to the first invention, in the solar cell system that supplies power to equipment driven by commercial power, it is possible to reduce the loss of generated energy.

また、第2の発明や第3の発明によれば、昇圧ユニット(14)を通過する電力を大きくできる場合に太陽電池ユニット(12)を利用したDC給電が再開されるので、効率よく昇圧ユニット(14)を動作させることが可能になる。   Further, according to the second and third inventions, when the power passing through the boosting unit (14) can be increased, the DC power supply using the solar cell unit (12) is resumed. It becomes possible to operate (14).

また、第4の発明によれば、電気二重層キャパシタ(16)の電力が無駄なく利用されて、システム全体の効率が向上する。   Further, according to the fourth invention, the electric power of the electric double layer capacitor (16) is used without waste, and the efficiency of the entire system is improved.

図1は、本発明の実施形態1に係る太陽電池システムを備えた空気調和システムを示す。FIG. 1 shows an air conditioning system including a solar cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は、空気調和システムの電力系統を示す。FIG. 2 shows a power system of the air conditioning system. 図3は、昇圧ユニットの負荷率に対する変換効率を例示する。FIG. 3 illustrates the conversion efficiency with respect to the load factor of the boosting unit. 図4は、太陽光発電における出力電力と日射強度との関係を例示する。FIG. 4 illustrates the relationship between output power and solar radiation intensity in solar power generation. 図5は、実施形態2に係る空気調和システム電力系統を示す。FIG. 5 shows an air conditioning system power system according to the second embodiment. 図6は、実施形態3に係る空気調和システムの電力系統を示す。FIG. 6 shows an electric power system of an air conditioning system according to the third embodiment.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.

《発明の実施形態1》
図1は、本発明の実施形態1に係る太陽電池システム(10)を備えた空気調和システム(1)を示す。空気調和システム(1)は、太陽電池システム(10)に加え、空気調和機(20)を備えている。
Embodiment 1 of the Invention
FIG. 1 shows an air conditioning system (1) including a solar cell system (10) according to Embodiment 1 of the present invention. The air conditioning system (1) includes an air conditioner (20) in addition to the solar cell system (10).

〈空気調和機〉
空気調和機(20)は商用電源(30)から供給された交流電力(商用電力)で駆動される。太陽電池システム(10)は太陽光を受けて発電し、その発電電力を空気調和機(20)にDC給電することで空気調和機(20)を電力アシストする。
<Air conditioner>
The air conditioner (20) is driven by AC power (commercial power) supplied from a commercial power source (30). The solar cell system (10) receives sunlight to generate electric power, and DC-feeds the generated power to the air conditioner (20) to assist the air conditioner (20) with electric power.

空気調和機(20)は、室内に設置される室内ユニット(21)と、室外に設定される室外ユニット(22)とを備えている。室内ユニット(21)と室外ユニット(22)とが連絡配管(23,23)によって互いに接続されることにより、冷媒回路が構成されている。   The air conditioner (20) includes an indoor unit (21) installed indoors and an outdoor unit (22) set outdoor. The indoor unit (21) and the outdoor unit (22) are connected to each other by a connecting pipe (23, 23), thereby forming a refrigerant circuit.

室内ユニット(21)は、室内熱交換器(201)、室内ファン(202)、及び室内膨張弁(203)を含んでいる。室内熱交換器(201)は、室内ファン(202)によって室内空気が送風される。これにより、室内熱交換器(201)では、伝熱管の内部を流れる冷媒と室内空気との間で熱交換が行われる。室内膨張弁(203)は、例えば、電子膨張弁によって構成されている。   The indoor unit (21) includes an indoor heat exchanger (201), an indoor fan (202), and an indoor expansion valve (203). In the indoor heat exchanger (201), room air is blown by the indoor fan (202). Thereby, in the indoor heat exchanger (201), heat is exchanged between the refrigerant flowing inside the heat transfer tube and the room air. The indoor expansion valve (203) is constituted by, for example, an electronic expansion valve.

室外ユニット(22)は、室外熱交換器(204)、室外ファン(205)、室外膨張弁(206)、圧縮機(207)、四方切換弁(208)、及び電力変換装置(210)を含んでいる。室外熱交換器(204)は、室外ファン(205)によって室外空気が送風される。これにより、室外熱交換器(204)では、伝熱管の内部を流れる冷媒と室外空気との間で熱交換が行われる。室外膨張弁(206)は、例えば、電子膨張弁によって構成されている。   The outdoor unit (22) includes an outdoor heat exchanger (204), an outdoor fan (205), an outdoor expansion valve (206), a compressor (207), a four-way switching valve (208), and a power converter (210). It is out. In the outdoor heat exchanger (204), outdoor air is blown by the outdoor fan (205). Thereby, in the outdoor heat exchanger (204), heat is exchanged between the refrigerant flowing inside the heat transfer tube and the outdoor air. The outdoor expansion valve (206) is constituted by, for example, an electronic expansion valve.

圧縮機(207)は、モータ(M)を有している。例えば、圧縮機(207)は、スクロール圧縮機などの回転式圧縮機によって構成されている。   The compressor (207) has a motor (M). For example, the compressor (207) is constituted by a rotary compressor such as a scroll compressor.

四方切換弁(208)は、第1から第4までの4つのポートを有し、冷媒回路の冷媒の循環方向を切り換えるように構成されている。四方切換弁(208)は、冷房運転時に第1ポートと第2ポートを連通させ且つ第3ポートと第4ポートを連通させる状態(図1の実線で示す状態)となり、暖房運転時に第1ポートと第3ポートを連通させ且つ第2ポートと第4ポートとを連通させる状態(図1の破線で示す状態)となる。   The four-way switching valve (208) has four ports from first to fourth, and is configured to switch the circulation direction of the refrigerant in the refrigerant circuit. The four-way switching valve (208) is in a state where the first port and the second port communicate with each other during cooling operation and the third port and the fourth port communicate with each other (state indicated by a solid line in FIG. 1). And the third port communicate with each other and the second port and the fourth port communicate with each other (state indicated by a broken line in FIG. 1).

−電力変換装置(210)−
電力変換装置(210)は、商用電力を所望の出力交流電力に変換して圧縮機(207)のモータ(M)に供給することにより、モータ(M)を駆動する。この例では、商用電力は単相交流電力、出力交流電力は三相交流電力である。なお、商用電力は三相交流電力であってもよい。業務用の空気調和機(20)では動力源として200Vの三相交流電力を用いることがある。
-Power converter (210)-
The power converter (210) drives the motor (M) by converting commercial power into desired output AC power and supplying it to the motor (M) of the compressor (207). In this example, the commercial power is single-phase AC power, and the output AC power is three-phase AC power. The commercial power may be three-phase AC power. The commercial air conditioner (20) may use 200V three-phase AC power as a power source.

図2は、空気調和システム(1)の電力系統を示す。図2に示すように、電力変換装置(210)は、コンバータ(211)とインバータ(213)とを備えている。コンバータ(211)は、商用電源(30)から供給される交流電力を直流電力に変換(AC/DC変換)して出力する。例えば、コンバータ(211)は、ダイオードブリッジ回路で実現できる。   FIG. 2 shows a power system of the air conditioning system (1). As shown in FIG. 2, the power converter (210) includes a converter (211) and an inverter (213). The converter (211) converts AC power supplied from the commercial power source (30) into DC power (AC / DC conversion) and outputs the converted DC power. For example, the converter (211) can be realized by a diode bridge circuit.

インバータ(213)は、コンバータ(211)から出力される直流電力をスイッチング動作によって交流電力に変換(DC/AC変換)して負荷(図1に示したモータ(M))に供給する。例えば、インバータ(213)は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を用いて構成できる。   The inverter (213) converts the DC power output from the converter (211) into AC power (DC / AC conversion) by a switching operation and supplies the AC power to the load (motor (M) shown in FIG. 1). For example, the inverter (213) can be configured using a plurality of bridge-connected switching elements.

また、コンバータ(211)とインバータ(213)との接続ノードである直流リンク部(212)に平滑コンデンサ(C)が設けられている。平滑コンデンサ(C)は、コンバータ(211)の出力を平滑化して直流リンク電圧を生成する。例えば、平滑コンデンサ(C)は、電解コンデンサによって構成できる。   Further, a smoothing capacitor (C) is provided in the DC link part (212) which is a connection node between the converter (211) and the inverter (213). The smoothing capacitor (C) smoothes the output of the converter (211) and generates a DC link voltage. For example, the smoothing capacitor (C) can be constituted by an electrolytic capacitor.

〈太陽電池システム〉
図2に示すように、太陽電池システム(10)は、太陽電池ユニット(12)(図中ではPVと略記)、昇圧ユニット(14)、電気二重層キャパシタ(16)(以下、EDLCとも呼ぶ)、スイッチ部(17)、電流検出部(18)、及び制御部(19)を含んでいる。
<Solar cell system>
As shown in FIG. 2, the solar cell system (10) includes a solar cell unit (12) (abbreviated as PV in the figure), a boost unit (14), an electric double layer capacitor (16) (hereinafter also referred to as EDLC). , A switch unit (17), a current detection unit (18), and a control unit (19).

太陽電池ユニット(12)は、家屋の屋根やビルの屋上などに設けられ、太陽光を受けて直流電力を発電する。太陽電池ユニット(12)からは、いわゆるMPPT制御された直流電力が出力される。   The solar cell unit (12) is provided on the roof of a house, the roof of a building, and the like, and receives direct sunlight to generate DC power. From the solar cell unit (12), so-called MPPT-controlled DC power is output.

昇圧ユニット(14)は、いわゆるDC/DCコンバータであり、供給される直流電力を昇圧(DC/DC変換)して電力変換装置(210)の直流リンク部(212)に供給する。すなわち、昇圧ユニット(14)は直流リンク部(212)にDC給電することで電力変換装置(210)を電力アシストする。   The step-up unit (14) is a so-called DC / DC converter, and boosts (DC / DC conversion) the supplied DC power and supplies it to the DC link unit (212) of the power converter (210). That is, the boosting unit (14) assists the power converter (210) with power by supplying DC power to the DC link unit (212).

昇圧ユニット(14)には、太陽電池ユニット(12)及びEDLC(16)から直流電力が供給される。すなわち、EDLC(16)の放電用のDC/DCコンバータとしても昇圧ユニット(14)を用いる。一般的な、太陽光発電用の昇圧ユニットは、最大で4倍程度の昇圧比を有するため、昇圧ユニット(14)はEDLC(16)の放電電圧を昇圧するのに十分な能力を有している。   DC power is supplied to the booster unit (14) from the solar cell unit (12) and the EDLC (16). That is, the step-up unit (14) is also used as a DC / DC converter for discharging the EDLC (16). Since a general boost unit for photovoltaic power generation has a boost ratio of about 4 times at the maximum, the boost unit (14) has sufficient capacity to boost the discharge voltage of the EDLC (16). Yes.

−スイッチ部(17)−
スイッチ部(17)は、スイッチ(17a)とダイオード(17b)を備えている。スイッチ(17a)は、太陽電池ユニット(12)からEDLC(16)に充電する充電状態(S1)と、太陽電池ユニット(12)及びEDLC(16)の出力を昇圧ユニット(14)に接続する放電状態(S2)との切換を行う。この例では、スイッチ(17a)の可動接点が太陽電池ユニット(12)の出力に接続されている。スイッチ(17a)の一方の固定接点には、EDLC(16)の出力が接続され、もう一方の固定接点は、昇圧ユニット(14)の入力に接続されている。スイッチ(17a)には、例えば、直流電路切り替え用のリレー装置を採用できる。
−Switch part (17) −
The switch unit (17) includes a switch (17a) and a diode (17b). The switch (17a) has a charge state (S1) for charging the EDLC (16) from the solar cell unit (12), and a discharge for connecting the outputs of the solar cell unit (12) and the EDLC (16) to the boost unit (14). Switch to state (S2). In this example, the movable contact of the switch (17a) is connected to the output of the solar cell unit (12). The output of the EDLC (16) is connected to one fixed contact of the switch (17a), and the other fixed contact is connected to the input of the boosting unit (14). As the switch (17a), for example, a relay device for switching a DC electric circuit can be employed.

スイッチ(17a)の可動接点がEDLC(16)側の固定接点に切り換えられると、太陽電池ユニット(12)がEDLC(16)に接続されて、EDLC(16)が充電される。すなわちスイッチ(17a)は充電状態(S1)である。また、スイッチ(17a)の可動接点が昇圧ユニット(14)側の固定接点に切り換えられると、太陽電池ユニット(12)及びEDLC(16)の出力が昇圧ユニット(14)に接続される。すなわちスイッチ(17a)は、放電状態(S2)である。これにより、昇圧ユニット(14)は、太陽電池ユニット(12)及びEDLC(16)から直流電力が供給される。すなわち、スイッチ(17a)は、本発明の切換手段の一例である。   When the movable contact of the switch (17a) is switched to the fixed contact on the EDLC (16) side, the solar cell unit (12) is connected to the EDLC (16), and the EDLC (16) is charged. That is, the switch (17a) is in the charged state (S1). When the movable contact of the switch (17a) is switched to the fixed contact on the boosting unit (14) side, the outputs of the solar cell unit (12) and the EDLC (16) are connected to the boosting unit (14). That is, the switch (17a) is in the discharge state (S2). Thus, the boosting unit (14) is supplied with DC power from the solar cell unit (12) and the EDLC (16). That is, the switch (17a) is an example of the switching means of the present invention.

ダイオード(17b)は、カソードが太陽電池ユニット(12)の出力に接続されるとともに、アノードがEDLC(16)の出力に接続されている。このダイオード(17b)は、放電状態(S2)において、電流の逆流(太陽電池ユニット(12)からEDLC(16)への流れ)を防止する。   The diode (17b) has a cathode connected to the output of the solar cell unit (12) and an anode connected to the output of the EDLC (16). This diode (17b) prevents reverse current flow (flow from the solar cell unit (12) to the EDLC (16)) in the discharge state (S2).

−電流検出部(18)−
電流検出部(18)は、太陽電池ユニット(12)からスイッチ(17a)及び昇圧ユニット(14)を経由してインバータ(213)に到る電流経路上において、当該電流経路を流れる直流電流の電流値(Id)を検出する。この例では、電流検出部(18)は、スイッチ(17a)と昇圧ユニット(14)との間に設けられている。電流検出部(18)には、例えば、直流カレント・トランス(DCCT)を採用できる。電流検出部(18)の検出値は、制御部(19)に入力されている。
-Current detector (18)-
On the current path from the solar cell unit (12) to the inverter (213) via the switch (17a) and the step-up unit (14), the current detector (18) is a direct current flowing through the current path. The value (Id) is detected. In this example, the current detection unit (18) is provided between the switch (17a) and the boosting unit (14). For example, a direct current transformer (DCCT) can be employed for the current detection unit (18). The detection value of the current detection unit (18) is input to the control unit (19).

−制御部(19)−
制御部(19)は、スイッチ(17a)の切換を行う。制御部(19)には、マイクロコンピュータと、それを動作させるプログラムを格納したメモリを設ける。また、制御部(19)には、電流検出部(18)の検出信号を増幅する増幅回路や、当該増幅回路の出力と閾値(後述)とを比較するコンパレータ、スイッチ(17a)を構成するリレーを駆動するドライバー回路も設ける。
-Control part (19)-
The control unit (19) switches the switch (17a). The control unit (19) is provided with a microcomputer and a memory storing a program for operating the microcomputer. In addition, the control unit (19) includes an amplifier circuit that amplifies the detection signal of the current detection unit (18), a comparator that compares the output of the amplifier circuit with a threshold value (described later), and a relay that configures a switch (17a). A driver circuit for driving is also provided.

〈スイッチ(17a)の制御〉
制御部(19)は、昇圧ユニット(14)を通過する電力の大きさに応じて、スイッチ(17a)を切り換える。詳しくは、昇圧ユニット(14)の通過する直流電力が所定値よりも小さい場合にはEDLC(16)が充電され、当該直流電力が所定値を上回る場合には、太陽電池ユニット(12)とEDLC(16)からインバータ(213)のDC給電を行わせる。
<Control of switch (17a)>
The control unit (19) switches the switch (17a) according to the amount of power passing through the boosting unit (14). Specifically, when the DC power passing through the boosting unit (14) is smaller than a predetermined value, the EDLC (16) is charged. When the DC power exceeds the predetermined value, the solar cell unit (12) and the EDLC are charged. From (16), DC power is supplied to the inverter (213).

具体的に、この例では、太陽電池ユニット(12)からスイッチ(17a)及び昇圧ユニット(14)を経由してインバータ(213)に到る電流経路上における電流値を指標として昇圧ユニット(14)を通過する電力の大きさを評価する。そのため、制御部(19)は、定期的に電流検出部(18)の検出値(電流値(Id))をモニターし、所定の閾値(Th)との比較を行う。そして、制御部(19)は、電流検出部(18)が検出した電流値(Id)が、閾値(Th)よりも小さい場合にスイッチ(17a)を充電状態(S1)に制御する。すなわち、太陽電池ユニット(12)の電力でEDLC(16)を充電する。   Specifically, in this example, the boosting unit (14) is used as an index the current value on the current path from the solar cell unit (12) to the inverter (213) via the switch (17a) and the boosting unit (14). Evaluate the magnitude of power passing through. Therefore, the control unit (19) periodically monitors the detection value (current value (Id)) of the current detection unit (18) and compares it with a predetermined threshold value (Th). And a control part (19) controls a switch (17a) to a charge condition (S1), when the electric current value (Id) which the electric current detection part (18) detected is smaller than a threshold value (Th). That is, the EDLC (16) is charged with the electric power of the solar cell unit (12).

また、制御部(19)は、スイッチ(17a)を充電状態(S1)に切り換えた後は、定期的に電流値(Id)を確認し、電流値(Id)が閾値(Th)を超えた場合には、スイッチ(17a)を放電状態(S2)に戻して、太陽電池ユニット(12)及びEDLC(16)から昇圧ユニット(14)に直流電力を供給させる。すなわち、EDLC(16)から昇圧ユニット(14)への給電を再開させる。   In addition, the control unit (19) periodically checks the current value (Id) after switching the switch (17a) to the charged state (S1), and the current value (Id) exceeds the threshold value (Th). In this case, the switch (17a) is returned to the discharge state (S2), and DC power is supplied from the solar cell unit (12) and the EDLC (16) to the boost unit (14). That is, the power supply from the EDLC (16) to the boosting unit (14) is resumed.

本実施形態では、スイッチ(17a)を充電状態(S1)に切り換えると、電流検出部(18)に電流が流れなくなり、制御部(19)は、昇圧ユニット(14)を通過する電力を把握できない。そこで、制御部(19)は、定期的にスイッチ(17a)を放電状態(S2)に切り換え、電流検出部(18)に電流の検出を行わせる。これにより、制御部(19)は、電流値(Id)、すなわち昇圧ユニット(14)を通過する電力を把握できる。   In this embodiment, when the switch (17a) is switched to the charged state (S1), no current flows through the current detection unit (18), and the control unit (19) cannot grasp the power passing through the boosting unit (14). . Therefore, the control unit (19) periodically switches the switch (17a) to the discharge state (S2), and causes the current detection unit (18) to detect the current. Thereby, a control part (19) can grasp | ascertain the electric power which passes an electric current value (Id), ie, a pressure | voltage rise unit (14).

〈本実施形態における効果〉
図3は、昇圧ユニット(14)の負荷率(%)に対する変換効率を例示する。ここで、負荷率(%)とは、昇圧ユニット(14)の出力÷昇圧ユニット(14)定格容量×100である。また、図4は、太陽光発電における出力電力(直流電力)と、日射強度との関係を例示する。一般的に、太陽光発電の出力は日射量に比例する。そのため、太陽電池パネルに対して日射が斜めにあたる朝夕は、太陽電池の発電出力が低下する。すなわち、太陽光発電では、時間帯によって発電出力に差を生ずる。また、冬は夏に比べ、太陽電池パネルへの日射が斜めになるので、冬は夏よりも発電出力が低下する。すなわち、太陽光発電では、季節間でも発電出力に差を生ずる。なお、図3には、夏期の変換効率を例示した。
<Effect in this embodiment>
FIG. 3 illustrates the conversion efficiency with respect to the load factor (%) of the boosting unit (14). Here, the load factor (%) is the output of the boost unit (14) ÷ the boost unit (14) rated capacity × 100. FIG. 4 illustrates the relationship between the output power (DC power) in solar power generation and the solar radiation intensity. In general, the output of photovoltaic power generation is proportional to the amount of solar radiation. Therefore, in the morning and evening when solar radiation is oblique to the solar cell panel, the power generation output of the solar cell decreases. That is, in solar power generation, a difference occurs in power generation output depending on the time zone. Moreover, since the solar radiation to the solar panel is oblique in winter compared to summer, the power generation output in winter is lower than in summer. That is, in solar power generation, a difference occurs in power generation output even between seasons. FIG. 3 illustrates the conversion efficiency in summer.

以下では、本実施形態における昇圧ユニット(14)の損失を試算する。なお、試算の前提として、太陽電池ユニット(12)の仕様は、定格出力1KW、最大電圧200Vであるものとする。また、昇圧ユニット(14)の変換効率の特性が図3で示されるものとする。また、EDLC(16)の仕様は、定格容量29.5F、充放電電圧範囲が200V〜100Vであるものとする。そして、この試算では、昇圧ユニット(14)の変換効率を90%以上に確保することを目標とする。   In the following, the loss of the boosting unit (14) in the present embodiment is estimated. In addition, as a premise of trial calculation, the specification of a solar cell unit (12) shall be rated output 1KW and the maximum voltage 200V. Further, it is assumed that the conversion efficiency characteristic of the boosting unit (14) is shown in FIG. Moreover, the specification of EDLC (16) assumes that the rated capacity is 29.5F and the charge / discharge voltage range is 200V to 100V. And in this trial calculation, it aims at ensuring the conversion efficiency of a pressure | voltage rise unit (14) to 90% or more.

図3から分かるように、負荷率が20%以下になると、変換効率は90%を下回る。そこで、負荷率が20%以下、すなわち、太陽電池ユニット(12)の出力が定格出力1KWの20%である0.2KW以下の場合には、EDLC(16)に充電が行われるように、制御部(19)で使用する閾値(Th)を設定する。   As can be seen from FIG. 3, when the load factor is 20% or less, the conversion efficiency falls below 90%. Therefore, when the load factor is 20% or less, that is, when the output of the solar cell unit (12) is 0.2 KW or less which is 20% of the rated output 1 KW, the control is performed so that the EDLC (16) is charged. The threshold (Th) used in the part (19) is set.

図4に例示した日照条件では、太陽電池ユニット(12)の出力が0.2KW以下の時間帯が朝に1時間、夕方に1時間あり、例えば、朝の1時間でEDLC(16)に充電されるエネルギー量は、1h×200W/2=100Whとなる。夕方の1時間でも同様のエネルギー量の充電ができる。   Under the sunshine conditions illustrated in FIG. 4, the solar cell unit (12) has an output of 0.2 kW or less for one hour in the morning and one hour in the evening. For example, the EDLC (16) is charged in one hour in the morning. The amount of energy applied is 1h × 200W / 2 = 100Wh. The same amount of energy can be charged even in the evening.

一方、EDLC(16)の仕様が、定格容量29.5F、充放電電圧範囲が200V〜100Vであるので、EDLC(16)に充放電できるエネルギー量は、(1/2×29.5×200×200−1/2×29.5×100×100)/3600=123Whとなる。すなわち、朝の1時間に太陽電池ユニット(12)によって発電された100Whのエネルギーを、EDLC(16)において、充放電可能であることが分かる。このようにしてEDLC(16)に充電したエネルギー(朝夕を合わせると200Wh)は、負荷率が20%以上となるように放電させることで、昇圧ユニット(14)の変換効率が90%以上の状態で利用することができる。したがって、この場合の損失は、概ね200Wh×10%=20Whとなる。   On the other hand, since the specification of the EDLC (16) is the rated capacity of 29.5F and the charge / discharge voltage range is 200V to 100V, the amount of energy that can be charged / discharged to the EDLC (16) is (1/2 × 29.5 × 200). × 200−1 / 2 × 29.5 × 100 × 100) / 3600 = 123 Wh. That is, it can be seen that 100 Wh of energy generated by the solar cell unit (12) in the morning hour can be charged and discharged in the EDLC (16). The energy charged to the EDLC (16) (200Wh when morning and evening are combined) is discharged so that the load factor becomes 20% or more, so that the conversion efficiency of the boosting unit (14) is 90% or more. Can be used. Therefore, the loss in this case is approximately 200 Wh × 10% = 20 Wh.

一方、本実施形態のような昇圧ユニット(14)の通過電力に基づくスイッチ(17a)の制御を行わないシステム(説明の便宜上、従来システムと呼ぶ)は、朝1時間の100Wh、及び夕方1時間の100Whは、昇圧ユニット(14)でDC/DC変換が行われ、この場合の変換効率80%程度となる推測される(図3参照)。そうすると、従来システムでは、200Wh×20%=40Whが損失となって失われることになる。したがって、本実施形態では、従来システムに比べ、損失を半減することになる。すなわち、商用電力で駆動される機器に電力供給する太陽電池システムにおいて、発電したエネルギーの損失の低減を図ることが可能になる。   On the other hand, a system that does not control the switch (17a) based on the passing power of the boosting unit (14) as in this embodiment (referred to as a conventional system for convenience of explanation) is 100 Wh in the morning and 1 hour in the evening. The 100 Wh is subjected to DC / DC conversion in the boost unit (14), and it is estimated that the conversion efficiency in this case is about 80% (see FIG. 3). Then, in the conventional system, 200 Wh × 20% = 40 Wh is lost as a loss. Therefore, in this embodiment, the loss is halved compared to the conventional system. That is, it is possible to reduce the loss of generated energy in a solar cell system that supplies power to equipment driven by commercial power.

《発明の実施形態2》
図5は、実施形態2に係る空気調和システム(1)の電力系統を示す。この例では、電流検出部(18)は、ダイオード(17b)とスイッチ(17a)との接続ノードよりも太陽電池ユニット(12)側で、該太陽電池ユニット(12)の出力と接続されている。本実施形態では、スイッチ(17a)を充電状態(S1)に切り換えた場合にも、電流検出部(18)において電流の検出が可能である。そのため、制御部(19)が定期的に電流値(Id)をモニターする場合に、スイッチ(17a)を切り換える必要はない。
<< Embodiment 2 of the Invention >>
FIG. 5 shows a power system of the air conditioning system (1) according to the second embodiment. In this example, the current detection unit (18) is connected to the output of the solar cell unit (12) on the solar cell unit (12) side than the connection node between the diode (17b) and the switch (17a). . In the present embodiment, even when the switch (17a) is switched to the charged state (S1), the current detection unit (18) can detect the current. Therefore, it is not necessary to switch the switch (17a) when the control unit (19) periodically monitors the current value (Id).

《発明の実施形態3》
図6は、実施形態3に係る空気調和システム(1)の電力系統を示す。この例では、電流検出部(18)は、昇圧ユニット(14)の出力に接続されている。本実施形態では、スイッチ(17a)を充電状態(S1)に切り換えた状態では、電流検出部(18)において電流の検出ができないので、実施形態1の例と同様に、制御部(19)が定期的にスイッチ(17a)を放電状態(S2)に切り換えて電流検出部(18)に電流の検出を行わせることによって、昇圧ユニット(14)を通過する電力を把握すればよい。
<< Embodiment 3 of the Invention >>
FIG. 6 shows a power system of the air conditioning system (1) according to the third embodiment. In this example, the current detection unit (18) is connected to the output of the boosting unit (14). In the present embodiment, in the state where the switch (17a) is switched to the charging state (S1), the current detection unit (18) cannot detect the current, and therefore, similarly to the example of the first embodiment, the control unit (19) By periodically switching the switch (17a) to the discharge state (S2) and causing the current detection unit (18) to detect current, the power passing through the boosting unit (14) may be grasped.

《その他の実施形態》
なお、EDLC(16)が満充電状態になった場合には、閾値(Th)に基づく切り換えに優先して、スイッチ(17a)を放電状態(S2)に切り換えるようにしてもよい。すなわち、EDLC(16)が満充電状態になった場合には負荷の大きさに応じて、スイッチ(17a)を強制的に放電状態(S2)に切り換えることで、エネルギーをより効率よく利用することが可能になる。なお、EDLC(16)の電圧を検出すれば、EDLC(16)が満充電状態かどうかを検出できる。
<< Other Embodiments >>
When the EDLC (16) is in a fully charged state, the switch (17a) may be switched to the discharging state (S2) in preference to the switching based on the threshold value (Th). That is, when the EDLC (16) is fully charged, the switch (17a) is forcibly switched to the discharged state (S2) according to the size of the load so that energy can be used more efficiently. Is possible. In addition, if the voltage of EDLC (16) is detected, it can be detected whether EDLC (16) is a full charge state.

また、太陽電池システム(10)は、空気調和システム以外のシステムにも適用できる。例えば、冷蔵庫、洗濯機、IH調理器などにも適用可能である。   The solar cell system (10) can also be applied to systems other than the air conditioning system. For example, the present invention can be applied to a refrigerator, a washing machine, an IH cooker, and the like.

本発明は、商用電力で駆動される機器を電力アシストする太陽電池システムとして有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a solar cell system that assists electric power for equipment driven by commercial power.

10 太陽電池システム
12 太陽電池ユニット
14 昇圧ユニット
16 EDLC(電気二重層キャパシタ)
17a スイッチ(切換手段)
18 電流検出部
19 制御部
30 商用電源
210 電力変換装置
211 コンバータ
213 インバータ
10 Solar Cell System 12 Solar Cell Unit 14 Booster Unit 16 EDLC (Electric Double Layer Capacitor)
17a switch (switching means)
18 Current detection unit 19 Control unit 30 Commercial power supply 210 Power converter 211 Converter 213 Inverter

Claims (4)

商用電源(30)から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ(211)と、該コンバータ(211)の出力を交流電力に変換して負荷(M)に供給するインバータ(213)とを備えた電力変換装置(210)に電力を供給する太陽電池システムにおいて、
太陽光を受けて直流電力を発電する太陽電池ユニット(12)と、
電気二重層キャパシタ(16)と、
上記太陽電池ユニット(12)及び上記電気二重層キャパシタ(16)の直流電力を昇圧して上記インバータ(213)に供給する昇圧ユニット(14)と、
上記太陽電池ユニット(12)から上記電気二重層キャパシタ(16)に充電する充電状態(S1)と、上記太陽電池ユニット(12)及び上記電気二重層キャパシタ(16)の出力を上記昇圧ユニット(14)に接続する放電状態(S2)との切換を行う切換手段(17a)と、
上記太陽電池ユニット(12)から上記切換手段(17a)及び上記昇圧ユニット(14)を経由して上記インバータ(213)に到る電流経路上において、電流値(Id)を検出する電流検出部(18)と、
上記電流値(Id)が所定の閾値(Th)よりも小さい場合に上記切換手段(17a)を上記充電状態(S1)に制御する制御部(19)とを備えたことを特徴とする太陽電池システム。
A converter (211) that converts AC power supplied from a commercial power supply (30) into DC power, and an inverter (213) that converts the output of the converter (211) into AC power and supplies it to a load (M) In the solar cell system for supplying power to the power converter (210) provided,
A solar cell unit (12) for generating direct-current power in response to sunlight,
Electric double layer capacitor (16),
A step-up unit (14) for stepping up DC power of the solar cell unit (12) and the electric double layer capacitor (16) and supplying the boosted power to the inverter (213);
The charging state (S1) in which the electric double layer capacitor (16) is charged from the solar cell unit (12), and the outputs of the solar cell unit (12) and the electric double layer capacitor (16) are converted into the boost unit (14 Switching means (17a) for switching between the discharge state (S2) connected to
On the current path from the solar cell unit (12) to the inverter (213) via the switching means (17a) and the boosting unit (14), a current detector (Id) that detects a current value (Id) 18) and
And a control unit (19) for controlling the switching means (17a) to the charged state (S1) when the current value (Id) is smaller than a predetermined threshold value (Th). system.
請求項1において、
上記制御部(19)は、上記切換手段(17a)を上記充電状態(S1)に切り換えた後は、定期的に上記電流値(Id)を確認し、該電流値(Id)が上記閾値(Th)を超えた場合には、上記切換手段(17a)を上記放電状態(S2)に切り換えることを特徴とする太陽電池システム。
In claim 1,
The controller (19) periodically checks the current value (Id) after switching the switching means (17a) to the charging state (S1), and the current value (Id) is the threshold value (Id). The solar cell system characterized by switching the switching means (17a) to the discharge state (S2) when exceeding Th).
請求項2において、
上記電流検出部(18)は、上記切換手段(17a)と上記昇圧ユニット(14)との間の電流経路上に設けられ、
上記制御部(19)は、上記切換手段(17a)を上記充電状態(S1)に切り換えた後は、上記電流検出部(18)に上記電流値(Id)を検出させるために、上記切換手段(17a)を定期的に上記放電状態(S2)に戻すことを特徴とする太陽電池システム。
In claim 2,
The current detector (18) is provided on a current path between the switching means (17a) and the boost unit (14),
After switching the switching means (17a) to the charged state (S1), the control section (19) is configured to switch the switching means in order to cause the current detection section (18) to detect the current value (Id). (17a) is periodically returned to the discharge state (S2).
請求項1から請求項3の何れかにおいて、
上記制御部(19)は、上記電気二重層キャパシタ(16)が満充電状態の場合には、上記閾値(Th)に基づく切り換えに優先して、上記切換手段(17a)を上記放電状態(S2)に切り換えることを特徴とする太陽電池システム。
In any one of Claims 1-3,
When the electric double layer capacitor (16) is in a fully charged state, the control unit (19) prioritizes switching based on the threshold value (Th) and switches the switching means (17a) to the discharging state (S2 The solar cell system characterized by switching to).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108870600A (en) * 2018-08-13 2018-11-23 珠海格力电器股份有限公司 A kind of control system and control method, a kind of air conditioner of unit

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