JP2017060359A - 太陽光発電システム及び発電ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】いっそうの安定的な発電量を実現する太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】太陽光発電システムは、太陽電池ストリング１と、太陽電池ストリング２と、蓄電池モジュール１１と、太陽電池ストリング１および太陽電池ストリング２の発電電力と蓄電池モジュール１１から放電される電力とをＤＣ（direct current）／ＡＣ（alternate current）変換することで交流電力を出力するＤＣ／ＡＣ変換装置３とを備える。太陽電池ストリング１と、太陽電池ストリング２と、蓄電池モジュール１１とが並列に接続されるように構成されている。各太陽電池ストリングは、複数の太陽電池モジュールを直列に接続することで構成される。２つの太陽電池ストリング間で、太陽電池セルの直列の接続数がそれぞれ異なるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本開示は、系統に接続する太陽光発電システムに関し、特に太陽電池発電システムの発電電力の出力を安定化する技術に関する。

太陽光発電システムは、太陽電池モジュールにより太陽光を電力に変換する。太陽光発電システムは、ＤＣ（direct current）／ＡＣ（alternate current）変換する電力変換装置と、複数の太陽電池モジュールを接続した太陽光発電ストリングと、蓄電池とを備える。太陽電池ストリングが出力する電力は、蓄電池と、電力変換装置とに供給される。電力変換装置は、太陽電池ストリングが出力する直流電圧を交流電圧に変換することにより、電力を電気負荷へ供給すること、系統へ逆潮流することなどができる。

直流電力を交流電力へ変換する際にロスが発生するため、このロスを小さくする、またはロスを回避することで電力を効率よく利用することができる。そのため、従来より、電力の変換効率を高める技術が検討されている。例えば、特開２００７−２０１２５７号公報には、太陽光発電出力を平滑化し、タイムシフトを可能にする太陽光発電システムについて記載されている。具体的には、特許文献１には、蓄電池モジュールと太陽電池モジュールを並列接続し、蓄電池モジュールと太陽電池モジュールの間にスイッチを備える太陽電池ストリングをＤＣ／ＡＣ変換装置を介して系統に接続する太陽光発電システムについて記載されている。特許文献１の技術によると、スイッチにより、太陽電池モジュールと蓄電池モジュールの合成出力または太陽電池モジュールの出力を切り替えて取り出すことができる。これにより、太陽光発電出力を平滑化し、タイムシフトを可能にすることができる。

特開２００７−２０１２５７号公報

特許文献１に記載された技術によると、太陽電池モジュールの動作電圧は、蓄電池の電圧によって定まる。また、太陽電池ストリングにおいて、太陽電池モジュールを直列に接続する数は、電力と電圧との関係により定まる最大電力点に近づくように設計される。しかし、季節による温度の変動、日射による温度の変動その他の要因により、最大電力点が変化し、その結果、太陽電池ストリングの動作電圧が、最大動作電圧からずれることがある。これにより、太陽電池ストリングの発電量が変動し、電力供給が不安定化する。例えば、季節によって、太陽電池ストリングの発電量が変動しうる。

そこで、本開示は、いっそうの安定的な発電量を実現する太陽光発電システムを提供することを目的とする。

一実施形態に従う太陽光発電システムは、複数の太陽電池ストリングと、制御装置による充放電制御により、電力の充放電が可能なように構成された蓄電池と、太陽電池ストリングの発電電力と、蓄電池から放電される電力とをＤＣ（direct current）／ＡＣ（alternate current）変換することで交流電力を出力する電力変換装置とを備える。太陽電池ストリングは、複数の太陽電池モジュールを直列に接続することで構成されている。太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを直列に接続することで構成されている。太陽光発電システムは、複数の太陽電池ストリングと、蓄電池とが並列に接続されるように構成されている。２つの太陽電池ストリング間で、太陽電池セルの直列の接続数がそれぞれ異なるように構成されている。

別の実施形態に従うと、太陽光発電システムが提供される。太陽光発電システムは、第１の温度状態での動作電圧が最大電力電圧となるように構成された第１の太陽電池ストリングと、第１の温度状態とは異なる第２の温度状態での発電量が第１の太陽電池ストリングより大きい第２の太陽電池ストリングと、制御装置による充放電制御により、電力の充放電が可能なように構成された蓄電池と、第１および第２の太陽電池ストリングの発電電力と、蓄電池から放電される電力とをＤＣ（direct current）／ＡＣ（alternate current）変換することで交流電力を出力する電力変換装置とを備える。第１の太陽電池ストリングと、第２の太陽電池ストリングと、蓄電池とが並列に接続されるように構成されている。

別の実施形態に従うと、太陽光発電システムにおいて太陽光により発電を行う発電ユニットが提供される。発電ユニットは、ＡＣ／ＤＣ変換を行う電力変換装置と接続されるように構成されている。発電ユニットは、複数の太陽電池ストリングと、制御装置による充放電制御により、電力の充放電が可能なように構成された蓄電池とを備える。太陽電池ストリングは、複数の太陽電池モジュールを直列に接続することで構成されている。太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを直列に接続することで構成されている。発電ユニットは、複数の太陽電池ストリングと、蓄電池とが並列に接続されるように構成されている。２つの太陽電池ストリング間で、太陽電池セルの直列の接続数がそれぞれ異なるように構成されている。

一実施形態によると、温度状態に応じて最大動作電圧が異なる複数の太陽電池モジュールにより発電を行うため、季節や日射等の要因により温度が変化したとしても、温度による発電量の変動幅を小さくすることができ、系統に対する負荷を少なくすることで系統の安定化に寄与することができる。

この発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解されるこの発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。

実施の形態１の太陽光発電システムの構成を示す図である。 実施の形態２の太陽光発電システムの構成を示す図である。 実施の形態３の太陽光発電システムの構成を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

本実施形態において、太陽光発電システムは、複数の太陽電池ストリングと、蓄電池とが並列に接続されるように構成されている。２つの太陽電池ストリング間で、太陽電池セルの直列の接続数がそれぞれ異なる。

また、各太陽電池モジュールは、それぞれが同数の太陽電池セルを直列に接続することで構成してもよい。２つの太陽電池ストリング間で、太陽電池モジュールの直列の接続数がそれぞれ異なるように構成してもよい。

また、第１の温度状態での動作電圧が最大電力電圧となるように第１の太陽電池ストリングを構成し、第１の温度状態とは異なる第２の温度状態での発電量が第１の太陽電池ストリングより大きく、第１の温度状態では発電量が第１の太陽電池ストリングの方が大きい第２の太陽電池ストリングを構成し、第１の太陽電池ストリングと、第２の太陽電池ストリングと、蓄電池とが並列に接続するように構成してもよい。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１の太陽光発電システムの構成を示す図である。

図１に示すように、太陽光発電システムは、太陽電池ストリング１と、太陽電池ストリング２と、ＤＣ／ＡＣ変換装置３と、蓄電池モジュール１１とを含む。太陽光発電システムは、系統４と接続する。太陽電池ストリング１と太陽電池ストリング２とは、それぞれ、直列に接続された複数個の太陽電池モジュールにより構成される。太陽電池ストリング１において直列に接続される太陽電池モジュールの個数を第１の数とする。すなわち、太陽電池ストリング１は、第１の数の太陽電池モジュールを直列に接続したブロックとして構成されている。太陽電池ストリング２において直列に接続される太陽電池モジュールの個数を、第２の数とは異なる第２の数とする。すなわち、太陽電池ストリング２は、第２の数の太陽電池モジュールを直列に接続したブロックとして構成されている。太陽光発電システムにおいて、太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを直列に接続することで構成されている。太陽電池セルは、例えば、結晶シリコン系の太陽電池セルを用いることができる。太陽電池ストリング１と太陽電池ストリング２とにおける各太陽電池モジュールは、同種の太陽電池セルを同数直列に接続することで構成されている。

太陽電池ストリング１は、逆流防止ダイオード１４を介して、接続点１５に接続される。太陽電池ストリング２は、逆流防止ダイオード２４を介して、接続点１５に接続される。ＤＣ／ＡＣ変換装置３は、入力される直流電力（ＤＣ）を交流電力（ＡＣ）へ変換する。

蓄電池モジュール１１は、図示しないパワーコンディショナなどの制御装置によって充放電制御される。蓄電池モジュール１１は、スイッチ１２を介して、接続点１５に接続される。接続点１５は、電流センサー１３に接続される。スイッチ１２は、例えばオン・オフスイッチとして構成されている。スイッチ１２がオンのときは、太陽電池ストリング１と、太陽電池ストリング２と、蓄電池モジュール１１との合成出力が取り出される。また、スイッチ１２がオフのときは、蓄電池モジュール１１からの出力はなく、太陽電池ストリング１と、太陽電池ストリング２との合成出力が取り出される。

電流センサー１３は、太陽電池ストリング１および太陽電池ストリング２の出力側に挿入され、出力電流の大きさを検出する。接続点１５は、太陽電池ストリング１、太陽電池ストリング２および蓄電池モジュール１１を太陽電池ストリング２に接続することを示す。

信号線１６は、蓄電池モジュール１１の充放電状態を太陽電池ストリング２に通知するための接続線である。

蓄電池モジュール１１は、電圧検出部１７を含む。電圧検出部１７は、蓄電池モジュール１１の電圧を検出し、検出した電圧の大きさ（電圧値）を示す信号を、信号線１６を介して太陽電池ストリング２に送信する。なお、電圧検出部１７は、蓄電池モジュール１１の外部に設けることとしてもよい。なお、太陽電池ストリング２の入り口では、太陽電池ストリング１と、太陽電池ストリング２と、蓄電池モジュール１１との電流の合成が入力される。

ここで、太陽電池ストリング１と太陽電池ストリング２とについて説明する。太陽電池ストリング１は、第１の温度状態での動作電圧が最大電力電圧となるように、第１の数の太陽電池モジュールを直列に接続することで構成されている。太陽電池ストリング２は、第１の温度状態では太陽電池ストリング１より最大動作電圧が小さく、第１の温度状態とは異なる第２の温度状態において、太陽電池ストリング１より大きい発電量となるように、第２の数の太陽電池モジュールを直列に接続することで構成されている。

また、図１に示すように、太陽電池ストリング１と、太陽電池ストリング２と、蓄電池モジュール１１とが並列にＤＣ／ＡＣ変換装置３に接続されている。

＜実施の形態１の太陽光発電システムのまとめ＞
実施の形態１の太陽光発電システムによると、それぞれ、直列に接続する太陽電池モジュールの数が異なる太陽電池ストリングと、蓄電池モジュール１１とを並列に接続している。例えば、第１の温度状態では、太陽電池ストリング１が最大電力で発電し、太陽電池ストリング２の発電量は動作電圧が最大電力電圧より小さいために太陽電池ストリング１より小さくなる。一方、第２の温度状態では、太陽電池ストリング２の発電量が太陽電池ストリング１の発電量より大きくなる。例えば、第１の温度状態において太陽電池ストリング１の発電量を発電量「１．０」、第２の温度状態（例えば、第１の温度状態よりも低温）において発電量「０．８」とする。また、第１の温度状態において太陽電池ストリング２の発電量を発電量「０．８」、第２の温度状態において発電量を「１．０」とした場合、太陽電池ストリング１および太陽電池ストリング２の合計発電量は、第１の温度状態においても第２の温度状態においても合計発電量「１．８」となる。一方、太陽電池ストリング１および太陽電池ストリング２の構成ではなく太陽電池ストリング１の構成を２系統とした場合、第１の温度状態では、発電量が発電量「２．０」となるが、第２の温度状態では、発電量が発電量「１．６」となり、温度に応じて発電量の変動幅が大きくなる。したがって、本実施形態によると、温度の変動にかかわらず、安定した発電量を得ることができ、系統の安定化に寄与し得る。

＜実施の形態２＞
図２は、実施の形態２の太陽光発電システムの構成を示す図である。

実施の形態１との相違点を説明すると、実施の形態２の太陽光発電システムは、各太陽電池ストリングに、それぞれ、蓄電池モジュールが並列に接続されている。すなわち、蓄電池モジュール２１は、図示しないパワーコンディショナなどの制御装置によって充放電制御される。蓄電池モジュール２１は、スイッチ２２を介して電流センサー１３に接続される。蓄電池モジュール２１は、電圧検出部２７を含む。電圧検出部２７は、蓄電池モジュール２１の電圧を検出し、検出した電圧の大きさを示す信号を、信号線を介して太陽電池ストリング２に送信する。スイッチ２２は、例えばオン・オフスイッチとして構成されている。スイッチ２２がオンのときは、スイッチ２２の出力が取り出される。また、スイッチ２２がオフのときは、スイッチ２２からの出力が遮断される。太陽電池ストリング２は、逆流防止ダイオード２４を介して、電流センサー１３に接続される。

ここで、２つの蓄電池モジュール（蓄電池モジュール１１および蓄電池モジュール２１）は、同電圧となるよう制御される。

＜実施の形態２のまとめ＞
実施の形態２の太陽光発電システムによると、温度の変動にかかわらず、安定した発電量を得ることができ、系統の安定化に寄与し得る。

＜実施の形態３＞
図３は、実施の形態３の太陽光発電システムの構成を示す図である。

実施の形態１との相違点を説明すると、実施の形態３の太陽光発電システムは、太陽電池ストリング１を、Ｍ（Ｍは自然数）個の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングを並列にＮ（Ｎは自然数）列接続した太陽電池アレイとして構成している。また、太陽光発電システムは、太陽電池ストリング２を、Ｎ個の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングを並列にＭ列接続した太陽電池アレイとして構成している。

図３の例では、自然数Ｍは、値「１５」であり、自然数Ｎは、値「１６」である。太陽電池モジュールとしては、多結晶太陽電池モジュールを使用することができる。太陽電池モジュールの特性は、例えば、発電量Ｐｍ：２５５（Ｗ）、最大発電時電圧Ｖｐｍ：３０．７（Ｖ）、温度特性：ΔＰ＝−０．４４％／℃、ΔＶ＝−０．３３％／℃などである。このように、実施の形態３では、（Ａ）太陽電池モジュールを２４０枚（１５個直列の太陽電池ストリングを、１６列、並列接続した太陽電池ストリング１と、１６個直列の太陽電池ストリングを、１５列、並列接続した太陽電池ストリング２とからなる）使用している。これに対し、（Ｂ）１５個直列の太陽電池ストリングを、３２列、並列接続した場合と、（Ｃ）１６個直列の太陽電池ストリングを、３０列、並列接続した場合とを比較すると、例えば、夏場においては、（Ｂ）の場合よりも（Ｃ）の場合の方が発電効率が良好となり、春、秋、冬においては、（Ｃ）の場合よりも（Ｂ）の場合の方が発電効率が良好となることがある。これに対し、本実施形態のように、（Ａ）の場合は、年間を通じて、発電量の温度による変動幅を少なくすることができ、系統に対する負荷を小さくすることができる。

本実施の形態に係る太陽光発電システムを構成する各種制御装置は、プロセッサと、その上で実行されるプログラムにより実現される。本実施の形態を実現するプログラムは、通信インタフェースを介してネットワークを利用した送受信等により提供される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，２ 太陽電池ストリング、３ ＤＣ／ＡＣ変換装置、４ 系統、１１，２１ 蓄電池モジュール、１２，２２ スイッチ、１３ 電流センサー、１４，２４ 逆流防止ダイオード、１５ 接続点、１６ 信号線、１７，２７ 電圧検出部。

Claims (6)

1. 太陽光発電システムであって、
   複数の太陽電池ストリングと、
   制御装置による充放電制御により、電力の充放電が可能なように構成された蓄電池と、
   前記太陽電池ストリングの発電電力と、前記蓄電池から放電される電力とをＤＣ（direct current）／ＡＣ（alternate current）変換することで交流電力を出力する電力変換装置とを備え、
   前記太陽電池ストリングは、複数の太陽電池モジュールを直列に接続することで構成されており、前記太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを直列に接続することで構成されており、
   前記太陽光発電システムは、前記複数の太陽電池ストリングと、前記蓄電池とが並列に接続されるように構成されており、
   ２つの前記太陽電池ストリング間で、前記太陽電池セルの直列の接続数がそれぞれ異なるように構成されている、太陽光発電システム。
2. 前記複数の太陽電池モジュールは、それぞれが同数の前記太陽電池セルを直列に接続することで構成されており、
   前記２つの前記太陽電池ストリング間で、前記太陽電池モジュールの直列の接続数がそれぞれ異なるように構成されている、請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 太陽光発電システムであって、
   第１の温度状態での動作電圧が最大電力電圧となるように構成された第１の太陽電池ストリングと、
   前記第１の温度状態とは異なる第２の温度状態での発電量が前記第１の太陽電池ストリングより大きい第２の太陽電池ストリングと、
   制御装置による充放電制御により、電力の充放電が可能なように構成された蓄電池と、
   前記第１および第２の太陽電池ストリングの発電電力と、前記蓄電池から放電される電力とをＤＣ（direct current）／ＡＣ（alternate current）変換することで交流電力を出力する電力変換装置とを備え、
   前記第１の太陽電池ストリングと、前記第２の太陽電池ストリングと、前記蓄電池とが並列に接続されるように構成されている、太陽光発電システム。
4. 前記蓄電池は、第１の蓄電モジュールと、第２の蓄電モジュールとを含み、
   前記第１の太陽電池ストリングと、前記第２の太陽電池ストリングと、前記第１の蓄電モジュールと、前記第２の蓄電モジュールとが並列に接続されるように構成されており、
   前記制御装置による充放電制御により、前記第１の蓄電モジュールと、前記第２の蓄電モジュールとが同電圧に充電されるように構成されている、請求項３に記載の太陽光発電システム。
5. 前記第１の太陽電池ストリングは、Ｍ（Ｍは自然数）個の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングを並列にＮ列（Ｎは自然数）接続したアレイ状に構成されており、
   前記第２の太陽電池ストリングは、Ｎ個の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングを並列にＭ列接続したアレイ状に構成されている、請求項３または４に記載の太陽光発電システム。
6. 太陽光発電システムにおいて太陽光により発電を行う発電ユニットであって、
   前記発電ユニットは、ＡＣ／ＤＣ変換を行う電力変換装置と接続されるように構成されており、
   複数の太陽電池ストリングと、
   制御装置による充放電制御により、電力の充放電が可能なように構成された蓄電池とを備え、
   前記太陽電池ストリングは、複数の太陽電池モジュールを直列に接続することで構成されており、前記太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを直列に接続することで構成されており、
   前記発電ユニットは、前記複数の太陽電池ストリングと、前記蓄電池とが並列に接続されるように構成されており、
   ２つの前記太陽電池ストリング間で、前記太陽電池セルの直列の接続数がそれぞれ異なるように構成されている、発電ユニット。

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