JP2016131469A - 直流発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統が停電した場合に、通常運転用の直流発電部を系統連系用のパワーコンディショナから切り離すとともに、同一の直流発電部から自立運転用のパワーコンディショナに低電圧の電力を供給することができる直流発電システムを提供する。【解決手段】本発明の直流発電システムは、直列接続した複数の直流発電部２より電力が供給される第１電源８と、複数の直流発電部２の一部を分岐させて、第１電源８よりも低い電圧の電力が供給される第２電源１２と、複数の直流発電部２の、第１電源８への接続と第２電源１２への接続とを、排他的に切り替える開閉部４とを備えたものである。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電装置のように複数の直流発電部を直列接続した直流発電システムに関するものである。

太陽光発電装置は、直流発電部である太陽光モジュールを直並列に接続したストリングによって最大電圧が例えば５００〜７５０Ｖの直流電力を発生させ、この直流電力を系統連系用のパワーコンディショナによって交流に変換し、電力系統に給電している（特許文献１）。

特にメガソーラと呼ばれる大規模太陽光発電装置は売電を目的に設置されており、そのパワーコンディショナはＭＰＰＴ（最大電力点追随）制御によって、電力系統に最大電力を供給できるように運転されている。このパワーコンディショナは高電圧を処理できる高圧大容量の仕様となっている。

このように太陽光発電装置は発電した電力を電力系統に給電するものであるが、電力系統が停電した場合には、感電事故を防止するためにも、通常運転用の直流発電部を電力系統から切り離すとともに、太陽光発電装置により得られた電力を太陽光発電装置が設置された家屋や施設に給電する自立運転を行うことが望まれる。この自立運転のためには、パワーコンディショナに自立運転専用の出力配線と制御回路が必要となるが、売電を目的とする系統連系用のパワーコンディショナには設けられていない。

また、自立運転時にはパワーコンディショナは、負荷の消費電力に対応させて定電圧制御する必要があるが、メガソーラで発電される大容量の電力を、低電圧・小容量の負荷に対応させて制御することは困難であった。

特開平１１−６９６５９号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、電力系統が停電した場合に、通常運転用の直流発電部を系統連系用のパワーコンディショナから切り離すとともに、同一の直流発電部から自立運転用のパワーコンディショナに低電圧の電力を供給することができる直流発電システムを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の直流発電システムは、直列接続した複数の直流発電部より電力が供給される第１電源と、前記複数の直流発電部の一部を分岐させて、第１電源よりも低い電圧の電力が供給される第２電源と、前記複数の直流発電部の、第１電源への接続と第２電源への接続とを、排他的に切り替える開閉部と、を備えたことを特徴とするものである。

なお請求項２のように、第１電源は、複数の直流電源部を開閉部の入力側に並列に接続し、開閉部の出力側の端子を短絡して直列接続したものとすることができる。また請求項３のように、第２電源は、前記開閉部への入力側より、直流発電部の一部を分岐させたものとすることができる。

本発明の直流発電システムは、通常運転時には直列接続した複数の直流発電部から第１電源の電力を供給し、売電を行うものであるが、電力系統が停電した場合には、開閉部を操作することによって、第１電源を系統連系用のパワーコンディショナから切り離すとともに、第１電源よりも低い電圧の電力が供給される第２電源から、自立運転用のパワーコンディショナに低電圧の電力を供給することができる。またこの第２電源は複数の直流発電部の一部を分岐させて第１電源よりも低い電圧としたものであるから、自立運転用のパワーコンディショナは負荷の消費電力に対応させた定電圧制御を行い易いものとなる。

本発明の第１の実施形態を示す配線図である。 本発明の第２の実施形態を示す配線図である。 本発明の第３の実施形態を示す配線図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施形態を示す配線図であり、１は複数の太陽光モジュールを直並列に接続したストリングである。各ストリング１は最大電圧が所定電圧（ここでは５００Ｖ）になるように接続されており、直流発電部２を構成している。ここでは図面を簡略化するために２つのストリング１のみが図示されているが、実際には多数のストリング１が用いられている。

３は接続箱であり、その内部に開閉部４が収納されている。この開閉部４は、４極開閉器５と２極開閉器６とを機械連動子７により連結したものであり、ハンドル操作により何れか一方がオンのときに他方がオフとなるように、排他的な切替え動作を行う装置である。なお４極開閉器５は、２極開閉器を２つ並べてハンドルを連結し、４極の開閉が行なえるようにしたものでもよい。

４極開閉器５の入力側には、２つのストリング１が並列に接続されている。すなわち、４極開閉器５の第１極と第２極に１つのストリング１の両極が接続され、第３極と第４極に他の１つのストリング１の両極が接続されている。図示のとおり、４極開閉器５の第２極と第３極は出力側で短絡されている。このため、各ストリングは４極開閉器５を介して直列接続され、最大電圧は所定電圧の２倍（ここでは１０００Ｖ）となる。これを本明細書では第１電源８という。４極開閉器５の第１極と第４極の出力側を系統連系用のパワーコンディショナ９に接続することによって、第１電源８からパワーコンディショナ９への給電が行なわれる。

２極開閉器６の入力側には、４極開閉器５の第３極と第４極との入力側からの分岐線１０、１１が接続されている。このため最大電圧は１つのストリング１の所定電圧（ここでは５００Ｖ）となる。これを本明細書では第２電源１２という。２極開閉器６の出力側は自立運転用のパワーコンディショナ１３に接続されている。なお、パワーコンディショナ９とパワーコンディショナ１３とは、同一の筐体の内部に組み込むことも可能である。

このように構成された本発明の直流発電システムは、通常時には４極開閉器５がオンの状態にあり、系統連系用のパワーコンディショナ９が第１電源８に系統電圧よりも少し高い電圧を発生させ、電力系統に給電するよう制御している。前記したように、系統連系用のパワーコンディショナ９は太陽光パネルが最も多くの電力を出力できる最大電力点を探し、発電制御を行なっている。

しかし電力系統が停電した際には、開閉部４を動作させて４極開閉器５をオフとし、太陽光発電装置からの出力（第１電源８の出力）を電力系統から切り離す。これと同時に２極開閉器６がオンとなり、第２電源１２の出力が自立運転用のパワーコンディショナ１３に送られる。自立運転用のパワーコンディショナ１３は常時は休止しているが、電力系統が停電となると系統連系用のパワーコンディショナ９からの起動信号を受けて動作を開始し、太陽光発電装置が設置された家屋や施設に給電する自立運転を行う。

このように本発明によれば、電力系統が停電した場合に、通常運転用の２直流発電部を系統連系用のパワーコンディショナ９から切り離すとともに、同一の直流発電部２から自立運転用のパワーコンディショナ１３に低電圧の電力を供給することができる。

図２は本発明の第２の実施形態を示す配線図である。この第２の実施形態は、第１の実施形態の第１電源８に、更に別の２つのストリング１と開閉器１４とを付加した構造である。これらの開閉器１４は通常運転時はオンとされ、２つのストリング１により発電された電力を系統連系用のパワーコンディショナ９に送っているが、電力系統が停電した際には開閉部４と連動してオフとなり、太陽光発電装置からの出力（第１電源８の出力）を電力系統から切り離す。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

図３は本発明の第３の実施形態を示す配線図である。この第３の実施形態は、４極開閉器５の入力側の第３極と第４極との間に、２つのストリング１からなる第１電源８を直列に接続するとともに、分岐線１５、１６により１つのストリング１からの出力を２極開閉器６の入力側に接続したものである。

なお、４極開閉器５の第２極と第３極は出力側で短絡させてあり、第１極と第４極が系統連系用のパワーコンディショナ９に接続されている。

この第３の実施形態も、上記した他の実施形態と同様に、通常運転時には２つのストリング１を直列接続した第１電源８の電力を、系統連系用のパワーコンディショナ９に送っているが、電力系統が停電した際には４極開閉器５をオフとし、太陽光発電装置からの出力（第１電源８の出力）を電力系統から切り離すと同時に２極開閉器６がオンとなり、第２電源１２の出力が自立運転用のパワーコンディショナ１３に送られる。

なおこの第３の実施形態では、停電発生時に４極開閉器５の第１極、第２極、第３極の３つの接点で第１電源８の高圧電力を開閉することができるため、接点の負担を軽減することができる。

以上に説明した各実施形態では、４極開閉器５と２極開閉器６とを機械連動子７により連動させ、排他的な切り替え動作を行わせた。しかし他のインターロック機構により、何れか一方がオンのときに他方がオフとなるように、排他的な切替え動作を行わせるようにしてもよい。

１ ストリング
２ 直流発電部
３ 接続箱
４ 開閉部
５ ４極開閉器
６ ２極開閉器
７ 機械連動子
８ 第１電源
９ 系統連系用のパワーコンディショナ
１０ 分岐線
１１ 分岐線
１２ 第２電源
１３ 自立運転用のパワーコンディショナ
１４ 開閉器
１５ 分岐線
１６ 分岐線

Claims (3)

1. 直列接続した複数の直流発電部より電力が供給される第１電源と、
   前記複数の直流発電部の一部を分岐させて、第１電源よりも低い電圧の電力が供給される第２電源と、
   前記複数の直流発電部の、第１電源への接続と第２電源への接続とを、排他的に切り替える開閉部と、
   を備えたことを特徴とする直流発電システム。
2. 第１電源は、複数の直流電源部を開閉部の入力側に並列に接続し、開閉部の出力側の端子を短絡して直列接続したことを特徴とする請求項１に記載の直流発電システム。
3. 第２電源は、前記開閉部への入力側より、直流発電部の一部を分岐させたことを特徴とする請求項１または２に記載の直流発電システム。