JP2015171178A - パワーコンデショナおよび太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、太陽光パネルに接続されその太陽光パネルから出力される電力を調整するパワーコンデショナ等に関し、小型かつ長寿命の平滑コンデンサを採用する。【解決手段】複数枚の太陽光パネル１１〜１４のそれぞれに対応して備えられた複数のチョッパ回路２１〜２４と、それら複数のチョッパ回路２１〜２４に共通に接続された平滑コンデンサ２５と、平滑コンデンサ２５の後段に設けられたインバータ回路２６と、複数のチョッパ回路２１〜２４に跨って、電力のチョッピングのタイミングを循環的に異ならせるインターリーブ制御回路２７とを備えた。【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽光パネルに接続されその太陽光パネルから出力される電力を調整するパワーコンデショナ、およびそのパワーコンデショナと太陽光パネルを備えた太陽光発電システムに関する。

従来より、家屋の屋根上や庭などに太陽光パネルを設置してその太陽光パネルにパワーコンデショナを接続し、太陽光パネルで得た電力を家庭用として消費したり余った電力を売電するシステムが知られている。この用途に用いられるパワーコンデショナは、一般的に、太陽光パネルで得られた電力をチョッピングするチョッパ回路と、その後段に備えられたインバータ回路とを有する。チョッパ回路とインバータ回路との間には、チョッパ回路におけるチョッピング動作により発生するリップルを抑制するための平滑コンデンサが備えられている。

ここで、複数枚直列に接続した太陽光パネルの電力を調整するマルチストリング方式のパワーコンデショナが知られている（特許文献１〜４参照）。

また、一般の電源装置に用いられる制御技術としてインターリーブ制御が知られている（特許文献５〜７参照）。

特開２０１３−１８３５７８号公報 特開２０１３−１０２６３１号公報 特開２０１３−１０１５００号公報 特開２０１２−１８１５７５号公報 特開２０１３−２１２０１１号公報 特開２０１３−１４３８２８号公報 特開平０８−０８４４６５号公報

パワーコンデショナでは、チョッパ回路とインバータ回路との間に配置される平滑コンデンサとして、従来、例えば５００μＦ等の大容量の電解コンデンサが採用されている。しかしながら、電解コンデンサは大寸法であって大きな設置容積を必要とする。また、この電解コンデンサは電子部品の中ではかなり寿命の短い部品であり、この電解コンデンサの寿命がパワーコンデショナの寿命を延ばすことの律則となっている。

本発明は、上記事情に鑑み、小型の長寿命な平滑コンデンサを採用することのできるパワーコンデショナおよび太陽光発電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明のパワーコンデショナは、
複数枚の太陽光パネルそれぞれに対応して備えられ、対応する太陽光パネルから出力される電力を昇圧する複数のチョッパ回路と、
上記複数のチョッパ回路の後段に設けられ、それら複数のチョッパ回路に共通に接続された平滑コンデンサと、
上記平滑コンデンサの後段に設けられたインバータ回路と、
複数のチョッパ回路に跨って、複数枚の太陽光パネルそれぞれから出力される電力のチョッピングのタイミングを循環的に異ならせるインターリーブ制御回路とを備えたことを特徴とする。

ここで、本発明のパワーコンデショナにおいて、上記平滑コンデンサが、セラミックコンデンサもしくはフィルムコンデンサであることが好ましい。

本発明のパワーコンデショナは、複数枚の太陽光パネルそれぞれに対応する複数のチョッパ回路を備え、それら複数のチョッパ回路に跨ってチョッピングのタイミングを循環的に異ならせている。このため、それら複数のチョッパ回路に共通に接続されたインバータ回路には、それら複数のチョッパ回路それぞれによるリップルの波形が互いに均されることによりリップル成分が抑えられた電力が入力される。したがって、チョッパ回路とインバータ回路との間に備える平滑コンデンサは小容量のコンデンサで済む。これにより、この平滑コンデンサとして、例えばセラミックコンデンサもしくはフィルムコンデンサ等、小型かつ長寿命のコンデンサを採用することができる。

本発明のパワーコンデショナにおいて、上記インターリーブ制御回路が、制御対象のチョッパ回路の数に応じてチョッピングのタイミングの切替えが自在な回路であることが好ましい。

太陽光パネルを家屋の屋根や庭などに設置する場合、屋根の形状や庭の面積等により設置枚数が異なることになる。この設置枚数に応じてインターリーブ制御のタイミングを変更する必要がある。すなわち、チョッピングのタイミングを、太陽光パネルの設置枚数が３枚の場合は１２０°ずつ、４枚の場合は９０°ずつ、順次ずれたタイミングとする必要がある。そこで、上記インターリーブ制御回路に、チョッピングのタイミングの切替え機能を付加しておくと、太陽光パネルの設置枚数が異なっていても、同じインターリーブ制御回路を使うことができる。

また、本発明のパワーコンデショナにおいて、上記インターリーブ制御回路がインバータへの入力電力のリップルを低減させるように、チョッピングのタイミングを調整するものであることが好ましい。

チョッピングのタイミングは、基本的には、上記の通り、太陽光パネルの設置枚数が３枚の場合は１２０°ずつ、４枚の場合は９０°ずつ、順次ずれたタイミングとなるが、複数枚の太陽光パネルそれぞれで生成される電力量は、太陽の位置や天候などによって時々刻々変化する。このため、チョッピングのタイミングを例えば１２０°あるいは９０°などに固定せずに、時々刻々と変化する状況に応じてチョッピングのタイミングを調整することで、リップルをさらに低減させることができる。

また、上記目的を達成する本発明の太陽光発電システムは、複数枚の太陽光パネルと、本発明のパワーコンデショナとを備えたことを特徴とする。

ここで、本発明の太陽光発電システムは、上記の本発明のいずれの態様のパワーコンデショナをも含むものである。

以上の本発明によれば、小型かつ長寿命な平滑コンデンサを採用することができる。

本発明の太陽光発電システムの第１実施形態を示したブロック図である。 チョッパ回路の出力のリップルを示した模式図である。 本発明の太陽光発電システムの第２実施形態を示したブロック図である。 本発明の太陽光発電システムの第３実施形態を示したブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の太陽光発電システムの第１実施形態を示したブロック図である。この第１実施形態の太陽光発電システムは、本発明のパワーコンデショナの第１実施形態を含んでいる。後述する各実施形態においても同様である。

ここには、太陽光パネル群１とパワーコンデショナ２Ａが備えられている。

太陽光パネル群１は、本実施形態では４枚の太陽光パネル１１〜１４で構成されている。これら４枚の太陽光パネル１１〜１４は、一般家庭の家屋の屋根の上や庭などに設置される。

また、パワーコンデショナ２Ａは、太陽光パネル１１〜１４のそれぞれに対応して備えられたチョッパ回路２１〜２４と、平滑コンデンサ２５と、インバータ回路２６と、インターリーブ制御回路２７とを有する。尚、本実施形態を構成する各要素、すなわちチョッパ回路２１〜２４、インバータ回路２６あるいはインターリーブ制御回路２７は、個々には既に知られた技術であり、ここではそれら個々の回路の詳細説明は省略する。

チョッパ回路２１〜２４は、対応する太陽パネル１１〜１４から出力される各電力をチョッピングして昇圧する回路である。これらのチョッパ回路２１〜２４からの出力は、それらのチョッパ回路２１〜２４の後段に、それらのチョッパ回路２１〜２４に共通に設けられた平滑コンデンサ２５に入力される。この平滑コンデンサ２５は、例えば３０μＦ程度の小容量、小型であって、電解コンデンサと比べはるかに長寿命のコンデンサであるセラミックコンデンサあるいはフィルムコンデンサが採用されている。

平滑コンデンサ２５の後段にはインバータ回路２６が設けられている。このインバータ回路２６からの出力電力は、家庭用の電力として使用され、あるいは余った電力は、電力会社に売電される。

また、ここにはインターリーブ制御回路２７が備えられている。このインターリーブ制御回路２７は、ここに示す全てのチョッパ回路２１〜２４に跨って全ての太陽光パネル１１〜１４のそれぞれから出力された電力のチョッピングのタイミングを循環的に異ならせる制御を行なう回路である。

本実施形態のインターリーブ制御回路２７には、太陽光パネル群１を構成する太陽光パネルの枚数（ここに示す例えば太陽光パネル１１〜１４の４枚）を設定する構成となっていて、インタリーブ制御回路２７ではその設定された枚数に応じてチョッピングのタイミングが切り替えられる。具体的には、ここに示す例では４枚の太陽光パネル１１〜１４が備えられているため、インタリーブ制御回路２７には「４枚」という枚数が設定される。すると、このインターリーブ制御回路２７は、４つのインバータ回路２１〜２４でのチョッピングが順次９０°ずつシフトしたタイミングで行なわれるように、それらのインバータ回路でのチョッピングのタイミングを制御する。

これと同様に、太陽光パネル群を構成する太陽光パネルが例えば３枚のときは、インターリーブ制御回路２７には「３枚」という枚数が設定される。すると、このインターリーブ制御回路は、その３枚の太陽光パネルに対応した３つのインバータ回路でのチョッピングが順次１２０°ずつシフトしたタイミングで行なわれるように、それら３つのインバータ回路を制御する。太陽光パネルの枚数が「６枚」のときは６０°となる。このようにインターリーブ制御回路２７は、そこに設定された枚数に応じて３６０°をその設定枚数で割った位相差となるようにチョッピングのタイミングを制御する。

図２は、チョッパ回路の出力のリップルを示した模式図である。

図２（Ａ）の（１）〜（４）は、４つのチョッパ回路１１〜１４のそれぞれの、単独のときの出力を表わした図である。リップルの位相は順次９０°ずつ異なっているが、それぞれが大きなリップルを持っている。

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示すそれぞれの出力のリップルを重ね合わせて示した図である。

図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）に示す４本のリップルを加算した状態を示した図である。

ここではインタリーブ制御を行なっている結果、インバータ回路２６に入力される全体の電力のリップルは図２（Ｃ）に示すように大きく低減する。したがって平滑コンデンサ２５は、小型、小容量（例えば３０μＦ程度）のコンデンサで済み、この平滑コンデンサ２５としてセラミックコンデンサあるいはフィルムコンデンサ等の長寿命のコンデンサを採用することができる。

図３は、本発明の太陽光発電システムの第２実施形態を示したブロック図である。

この図３に示す第２実施形態において、図１に示した第１実施形態における各要素と同一の要素には、図１において付した符号と同一の符号を付して示し、相違点のみ説明する。

この図３に示す第２実施形態の太陽光発電システムは、太陽光パネル群１とパワーコンデショナ２Ｂとを備えている。この第２実施形態のパワーコンデショナ２Ｂの、前述の第１実施形態のパワーコンデショナ２Ａとの相違点は、インターリーブ制御回路２８にある。

前述の第１実施形態におけるインターリーブ制御回路２７は、設定された枚数に応じた位相差となるように、チョップ回路２１〜２４におけるチョッピングのタイミングを固定的に制御するものである。

図３に示す第２実施形態におけるインターリーブ制御回路２８も、チョッパ回路２１〜２４におけるチョッピングのタイミングが設定された枚数に応じた位相差となるように制御することまでは、前述の第１実施形態におけるインターリーブ制御回路２７と同じである。この第２実施形態のインターリーブ制御回路２８はさらに、各太陽光パネル１１〜１４の出力をモニタし、太陽の位置や天候等に応じて時々刻々変化する出力に応じて各チョッパ回路２１〜２４におけるチョッピングのタイミングを微調整する機能を備えている。本実施形態の場合、この機能により上述の第１実施形態と比べ、リップルをさらに低減させることができる。

図４は、本発明の太陽光発電システムの第３実施形態を示したブロック図である。

この図４に示す第３実施形態において、図１，図３に示した第１実施形態および第２実施形態における各要素と同一の要素には、図１，図３において付した符号と同一の符号を付して示し、相違点のみ説明する。

この図４に示す第３実施形態の太陽光発電システムは、太陽光パネル群１とパワーコンデショナ２Ｃとを備えている。この第３実施形態のパワーコンデショナ２Ｃの、前述の第１実施形態、第２実施形態のパワーコンデショナ２Ａ、２Ｂとの相違点は、インターリーブ制御回路２９にある。

前述の通り、第１実施形態におけるインターリーブ制御回路２７は、設定された枚数に応じた位相差となるように、チョップ回路２１〜２４におけるチョッピングのタイミングを固定的に制御するものである。

この第３実施形態のインターリーブ制御回路２９も、チョッパ回路２１〜２４におけるチョッピングのタイミングが設定された枚数に応じた位相差となるように制御することは、前述の第１実施形態のインターリーブ制御回路と同じである。

この第３実施形態のインターリーブ制御回路２９はさらに、インバータ回路２６の入力のリップル波形を直接にモニタし、そのリップル波形に応じて各チョッパ回路２１〜２４におけるチョッピングのタイミングを微調整する機能を備えている。本実施形態の場合も、上述の第２実施形態と同様、この機能により、上述の第１実施形態と比べ、リップルをさらに低減させることができる。

１ 太陽光パネル群
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ パワーコンデショナ
１１〜１４ 太陽光パネル
２１〜２４ チョッパ回路
２５ 平滑コンデンサ
２６ インバータ回路
２７，２８，２９ インターリーブ制御回路

Claims (5)

1. 複数枚の太陽光パネルそれぞれに対応して備えられ、対応する太陽光パネルから出力される電力を昇圧する複数のチョッパ回路と、
   前記複数のチョッパ回路の後段に設けられ、該複数のチョッパ回路に共通に接続された平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサの後段に設けられたインバータ回路と、
   前記複数のチョッパ回路に跨って、前記複数枚の太陽光パネルそれぞれから出力される電力のチョッピングのタイミングを循環的に異ならせるインターリーブ制御回路とを備えたことを特徴とするパワーコンデショナ。
2. 前記平滑コンデンサが、セラミックコンデンサもしくはフィルムコンデンサであることを特徴とする請求項１記載のパワーコンデショナ。
3. 前記インターリーブ制御回路が、制御対象の前記チョッパ回路の数に応じてチョッピングのタイミングの切替えが自在な回路であることを特徴とする請求項１又は２記載のパワーコンデショナ。
4. 前記インターリーブ制御回路がインバータへの入力電力のリップルを低減させるように、前記チョッピングのタイミングを調整するものであることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載のパワーコンデショナ。
5. 複数枚の太陽光パネルと、
   請求項１から４のうちいずれか１項記載のパワーコンデショナとを備えたことを特徴とする太陽光発電システム。

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