JP2017192284A

JP2017192284A - 太陽光電圧制御装置

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Publication number: JP2017192284A
Application number: JP2016248432A
Authority: JP
Inventors: ホ−ヨル・キム; Ho-Yeol Kim
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2036-12-21
Also published as: US20170302163A1; JP6318227B2; CN107302315B; KR20170118539A; EP3232552A1; US10651729B2; KR102513991B1; CN107302315A

Abstract

【課題】太陽光電圧制御装置を提供する。【解決手段】本発明は、ＡＣＥＭＣフィルタの出力端に負荷を連結することで、ＡＣＥＭＣフィルタの出力端の電圧を減少させるための太陽光電圧制御装置に関する。本発明の一実施形態による太陽光電圧制御装置は、直流太陽光モジュールから直流電圧を受けて前記直流電圧のノイズを低減する直流フィルタ１１０と、ノイズが低減された前記直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータと、前記交流電圧のノイズを低減し、ノイズが低減された前記交流電圧を系統電源に出力する交流フィルタと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光電圧制御装置に関し、より詳細には、ＡＣＥＭＣフィルタの出力端に負荷を連結することで、ＡＣＥＭＣフィルタの出力端の電圧を減少させるための太陽光電圧制御装置に関する。

近年、地球温暖化、環境汚染などの問題により、化石燃料に代替可能な環境にやさしい再生エネルギー技術の開発が脚光を浴びている。中でも、太陽光発電システムは、公害を発生せず、必要な場所で必要な分だけの発電が可能であり、メンテナンスが容易であるため、さらに注目されている。

かかる太陽光発電システムは、種々の検知センサを用いて、周辺環境、例えば、日射量、位相角、風力、降雨などに係る検知データを収集する。この検知データは、太陽光発電システムの発電量、負荷量、貯蔵量などの太陽光発電システムの運営において考慮すべきの重要な事項である。

また、太陽光発電システムは、発電機なしに太陽光モジュールを用いて太陽光を直接電気エネルギーに変換するために、太陽光モジュール、太陽光電圧制御装置（ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ；ＰＣＵ）を利用する。この際、太陽光モジュールは太陽電池または蓄電池であることができる。

一方、太陽光電圧制御装置は、太陽光モジュールから直流（ＤＣ）電力形態の電気エネルギーを受けて交流（ＡＣ）電力に変換させてから消費者に電気を供給する装置である。太陽光電圧制御装置が交流電力に変換させて電気を供給すると、家庭や企業などの需要者が交流電力を使用することになる。

しかしながら、従来の太陽光電圧制御装置は、インバータまたは系統電源の電圧値が測定できないため、インバータまたは系統電源の良否が判断できないという問題がある。また、従来の太陽光電圧制御装置は、インバータまたは系統電源の間を遮断する際に、出力端の電圧を減少させることができないため、インバータまたは系統電源を保護できないという問題がある。また、従来の太陽光電圧制御装置は、出力端の電圧を減少させることができないため、感電の危険性が高いという問題点がある。

本発明は、ＡＣＥＭＣフィルタの出力端に負荷を連結してＡＣＥＭＣフィルタの出力端の電圧を減少させることで、インバータまたは系統電源を保護するための太陽光電圧制御装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、ＡＣＥＭＣフィルタの出力端に負荷を連結してＡＣＥＭＣフィルタの出力端の電圧を減少させることで、感電の危険性を減らすための太陽光電圧制御装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、負荷の大きさまたはキャパシタのキャパシタンスを調節することで、出力端の時定数値を調節するための太陽光電圧制御装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、インバータの電圧値または系統電源の電圧値に基づいてインバータまたは系統電源の良否を判断するための太陽光電圧制御装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は上述の目的に制限されず、言及されていない本発明の他の目的及び利点が、下記の説明から理解されることができ、本発明の実施例によってさらに明確に理解されるであろう。また、本発明の目的及び利点は、特許請求の範囲に記載の手段及びその組合せによって実現され得ることが容易に理解されるであろう。

上記の目的を達成するための本発明の太陽光電圧制御装置は、直流太陽光モジュールから直流電圧を受けて前記直流電圧のノイズを低減する直流フィルタと、ノイズが低減された前記直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータと、前記交流電圧のノイズを低減し、ノイズが低減された前記交流電圧を系統電源に出力する交流フィルタと、を含み、前記交流フィルタの出力端には一つ以上の負荷が連結されることを特徴とする。

上述のような本発明によると、ＡＣＥＭＣフィルタの出力端に負荷を連結してＡＣＥＭＣフィルタの出力端の電圧を減少させることで、インバータまたは系統電源を保護することができる効果がある。

また、本発明によると、ＡＣＥＭＣフィルタの出力端に負荷を連結してＡＣＥＭＣフィルタの出力端の電圧を減少させることで、感電の危険性を減らすことができる効果がある。

また、本発明によると、負荷の大きさまたはキャパシタのキャパシタンスを調節することで、出力端の時定数値を調節することができる効果がある。

また、本発明によると、インバータの電圧値または系統電源の電圧値に基づいて、インバータまたは系統電源の良否を判断することができる効果がある。

本発明の一実施形態による太陽光電圧制御装置、直流太陽光モジュール、および系統電源が連結されたことを示した図である。本発明の一実施形態による交流フィルタを示した図である。本発明の一実施形態による出力端の電圧を示したグラフである。

上述の目的、特徴及び利点は、添付図面を参照して詳細に後述される。これにより、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が、本発明の技術的思想を容易に実施できる。本発明を説明するにあたり、係る公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、詳細な説明を省略する。以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。図面において同一の参照符号は同一または類似の構成要素を示す。

図１は、本発明の一実施形態による太陽光電圧制御装置１００、直流太陽光モジュール２００、および系統電源３００が連結されたことを示した図である。図１を参照すると、本発明の一実施形態による太陽光電圧制御装置１００は、直流フィルタ１１０と、インバータ１２０と、交流フィルタ１３０と、を含んで構成されることができる。図１に示された太陽光電圧制御装置１００は、一実施形態によるものであって、図１に示された実施形態にその構成要素が限定されるものではなく、必要に応じて、一部構成要素が付加、変更または削除され得る。

図２は本発明の一実施形態による交流フィルタ１３０を示した図であり、図３は本発明の一実施形態による出力端１３４の電圧を示したグラフである。以下、図１から図３を参照して太陽光電圧制御装置１００について説明する。

直流フィルタ１１０は、直流太陽光モジュール２００から直流電圧を受けて直流電圧のノイズを低減することができる。直流太陽光モジュール２００は太陽光を直流電力に変換する装置である。例示的に、直流フィルタ１１０はＤＣＥＭＣフィルタであることができる。直流フィルタ１１０は、ノイズを低減するために一つ以上のコイルおよびキャパシタを含むことができる。この場合、直流フィルタ１１０のキャパシタは、交流電圧を受けて直流電圧に変換することができる。

インバータ１２０はノイズが低減された直流電圧を交流電圧に変換することができる。インバータ１２０の基本的な動作原理は、スイッチをターンオンまたはターンオフさせることで直流電圧を断続して、交流電圧を得ることである。インバータ１２０は、このような直流の断続動作及び動作のメカニズムの違いによって、単相インバータ、３相インバータ、ＰＷＭインバータなどに区別され得る。本発明の一実施形態によるインバータ１２０は上述のインバータの一つであることができる。

交流フィルタ１３０は、交流電圧のノイズを低減し、ノイズが低減された交流電圧を出力端１３４を介して系統電源３００に出力することができる。系統電源３００は発電所または変電所であってもよく、家庭内の計量機、電子機器などからなる集合体であってもよい。

また、交流フィルタ１３０は、インバータ１２０の電圧値または系統電源３００の電圧値に基づいてインバータ１２０または系統電源３００の良否を判断する判断部１３５をさらに含むことができる。

判断部１３５は、インバータ１２０の電圧値または系統電源３００の電圧値が第１の設定値以下であると、停電状態であると判断することができる。これに対し、判断部１３５は、インバータ１２０の電圧値または系統電源３００の電圧値が第２の設定値以上であると、過電圧状態であると判断することができる。第１の設定値および第２の設定値は、ユーザにより設定されてもよく、判断部１３５で自動で設定されてもよい。

一方、交流フィルタ１３０は、インバータ１２０と系統電源３００との間を遮断するリレー１３１-１、１３１-２を含むことができる。判断部１３５がインバータ１２０または系統電源３００に異常が発生したと判断した際に、このリレー１３１-１、１３１-２によりインバータ１２０と系統電源３００との間を遮断することができる。

リレー１３１-１、１３１-２は、入力が特定値に到達した際に作動して、他の回路を開閉する装置である。例示的に、リレー１３１-１、１３１-２としては、接点リレー、サーマル（ｔｈｅｒｍａｌ）リレー、圧力リレー、光リレーなどが挙げられる。図２に示されたリレー１３１-１、１３１-２は、上述の例の一つであることができる。リレー１３１-１、１３１-２は、判断部１３５の判断結果に応じて、インバータ１２０または系統電源３００が停電状態または過電圧状態である際に開放されることができる。

一実施形態において、リレー１３１-１、１３１-２が開放されると、インバータ１２０と系統電源３００との連結が切られることになり、出力端１３４の電圧は０．５秒以内に全て減少しなければならない。

リレー１３１-１、１３１-２の開放後に出力端１３４の電圧が減少しないと、保護規定を満たすことができず、感電の危険性が高い。

また、交流フィルタ１３０は、交流電圧のノイズを低減するためのキャパシタ１３２をさらに含むことができる。キャパシタ１３２は出力端１３４に連結されているため、リレー１３１-１、１３１-２が開放された際にもキャパシタ１３２の電圧が出力端１３４に印加され得る。したがって、キャパシタ１３２の電圧を放電する必要がある。そこで、本発明の一実施形態によると、交流フィルタ１３０の出力端１３４に一つ以上の負荷１３３を連結することで、キャパシタ１３２の電圧を放電することができる。

この際、交流フィルタ１３０は、出力端１３４の電圧が予め設定された時間以内に所定の電圧値以下となるように、負荷１３３の大きさを調節することができる。また、交流フィルタ１３０は、負荷１３３の大きさを調節することで、出力端１３４の時定数を減少させ、出力端１３４の時間当りの電圧降下値を増加させることができる。時間当りの電圧降下値は、出力端１３４の電圧が減少する比率であって、図３におけるグラフ３１０、３２０、３３０、３４０の勾配を意味する。

電気回路で入力信号が変わると出力信号も変わることになり、所定時間が経過すると、出力信号が所定の値を有することになる。所定の値を有する状態を正常状態といい、時定数は正常状態の６３．２％に至る時までの時間である。時定数は、ＲＣ回路でキャパシタンスと抵抗の大きさに比例し、時定数が大きくなるにつれて、時間当りの電圧降下値が大きくなる。

図３を参照すると、グラフ３１０は、負荷１３３が連結されていないときの電圧減少を示すグラフであり、グラフ３２０、３３０、３４０は、負荷１３３が連結されているときの電圧減少を示すグラフである。グラフ３２０からグラフ３４０の方に行くに従って、連結された負荷１３３の抵抗値が小さくなるため、時定数も小さくなる。そのため、グラフ３２０からグラフ３４０の方に行くに従って電圧がさらに大幅に減少する。上述の内容をまとめると、下記式１のとおりである。

ここで、Ｒは負荷１３３の抵抗値、Ｃはキャパシタ１３２のキャパシタンス、τは時定数、Ｖは出力端１３４の電圧を示す。

一方、交流フィルタ１３０は、交流電圧のノイズを低減する一つ以上のキャパシタを含むことができ、一つ以上のキャパシタのキャパシタンスは予め設定された値以下であることができる。キャパシタンスが予め設定された値以下であると、上述のように時定数が減少し、時定数が減少すると、出力端１３４の時間当りの電圧降下値を増加させることができる。

また、キャパシタは交流電圧を平滑化することもできる。平滑化は、データにノイズや不連続区間などがある際に、そのノイズや不連続区間を弱くしたり除去したりして滑らかにする操作方法である。本発明の一実施形態による太陽光電圧制御装置１００は電圧伝達効率を増加させることができる。

上述のような本発明によると、ＡＣＥＭＣフィルタの出力端に負荷を連結してＡＣＥＭＣフィルタの出力端の電圧を減少させることで、インバータまたは系統電源を保護することができる効果がある。また、本発明によると、ＡＣＥＭＣフィルタの出力端に負荷を連結してＡＣＥＭＣフィルタの出力端の電圧を減少させることで、感電の危険性を減らすことができる効果がある。また、本発明によると、負荷の大きさまたはキャパシタのキャパシタンスを調節することで、出力端の時定数値を調節することができる効果がある。また、本発明によると、インバータの電圧値または系統電源の電圧値に基づいて、インバータまたは系統電源の良否を判断することができる効果がある。

本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるため、上述の本発明は上述の実施形態及び添付図面により限定されるものではない。

Claims

直流太陽光モジュールから直流電圧を受けて前記直流電圧のノイズを低減する直流フィルタと、
ノイズが低減された前記直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータと、
前記交流電圧のノイズを低減し、前記ノイズが低減された交流電圧を出力端を介して系統電源に出力する交流フィルタと、を含み、
前記交流フィルタは、
前記インバータの電圧値または前記系統電源の電圧値に基づいて前記インバータまたは前記系統電源の良否を判断する判断部と、
前記出力端に連結される一つ以上の負荷と、を含む、太陽光電圧制御装置。
前記交流フィルタは、前記出力端の電圧が予め設定された時間以内に所定の電圧値以下となるように前記負荷の大きさを調節する、請求項１に記載の太陽光電圧制御装置。
前記交流フィルタは、前記負荷の大きさを調節することで前記出力端の時定数を減少させ、前記出力端の時間当りの電圧降下値を増加させる、請求項１または２に記載の太陽光電圧制御装置。
前記交流フィルタは、前記判断部が前記インバータまたは前記系統電源に異常が発生したと判断すると、前記インバータと前記系統電源との間を遮断するリレーをさらに含む、請求項１乃至３の何れか一項に記載の太陽光電圧制御装置。
前記交流フィルタは、前記交流電圧のノイズを低減する一つ以上のキャパシタを含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載の太陽光電圧制御装置。
前記一つ以上のキャパシタのキャパシタンスが予め設定された値以下である、請求項５に記載の太陽光電圧制御装置。