JP2018033227A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池からの放電時のシステム変換効率を向上させることができる太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】太陽電池１と、太陽電池１の出力端子に充放電用のＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して接続され、太陽電池１によって発電された発電電力が充電される蓄電池４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して供給される蓄電池４の放電電力を交流電力に変換して系統６に供給するＰＣＳ５とを有する太陽光発電システムであって、蓄電池４の充電量と、蓄電池４から放電可能時間Ｈと、ＰＣＳ５から系統６に供給されるシステム電力に応じたシステム変換効率を示すシステム変換効率特性とに基づいて、制限電力Ｅ_ａを決定し、システム電力を制限電力Ｅ_ａに制限させるシステム電力制御部１０を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池を備えた太陽光発電システムに関する。

蓄電池を備えた蓄電池併設の太陽光発電システムでは、例えば、日中に太陽電池で発電した発電電力で蓄電池を充電し、夜間に蓄電池から放電させて系統に供給する。（例えば、特許文献１参照）。

図６に示す従来の太陽光発電システム１００は、太陽電池１と、接続箱ダイオード２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と、蓄電池４と、パワーコンディショナ５（以下、ＰＣＳ５と称す）とで構成されている。太陽電池１の出力端子は、逆電流防止用の接続箱ダイオード２を介してリンク点に接続されている。そして、リンク点は、充放電用のＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して蓄電池４に接続されていると共に、ＰＣＳ５を介して系統６に接続されている。

このような太陽光発電システム１００において、蓄電池４への充電は、点線矢印Ａで示すように、太陽電池１−接続箱ダイオード２−ＤＣ／ＤＣコンバータ３−蓄電池４の経路となり、蓄電池４からの放電は、点線矢印Ｂで示すように、蓄電池４−ＤＣ／ＤＣコンバータ３−ＰＣＳ５−系統６の経路となる。

特開２０１３−１３８５３０号公報

近年のＰＣＳ５は、太陽電池１から最大の電力を取出すための最大電力追尾制御機能（以下、ＭＰＰＴ制御機能と称す）を備えている。従って、ＰＣＳ５は蓄電池４からの放電時に、ＭＰＰＴ制御機能により最大電力で動作するため、ＰＣＳ５は、設定された定格電力で運転を行うことになる。

しかしながら、蓄電池４からの放電時において、ＰＣＳ５以外にＤＣ／ＤＣコンバータ３を経由するため、システム変換効率は、ＰＣＳ５の定格電力での運転が最大にはならない。従って、蓄電池４からの放電が、システム変換効率が低い状態で行われてしまうため、系統６への逆潮流量（売電量）が低下してしまうと共に、発熱量が多くなり、装置寿命が劣化してしまうという問題点があった。

本発明の目的は、従来技術の上記課題を解決し、蓄電池からの放電時のシステム変換効率を向上させることができる太陽光発電システムを提供することにある。

本発明の太陽光発電システムは、太陽電池と、当該太陽電池の出力端子に充放電用のＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続され、前記太陽電池によって発電された発電電力が充電される蓄電池と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して供給される前記蓄電池の放電電力を交流電力に変換して系統に供給するパワーコンディショナとを有する太陽光発電システムであって、前記蓄電池の充電量と、前記蓄電池から放電可能時間と、前記パワーコンディショナから前記系統に供給されるシステム電力に応じたシステム変換効率を示すシステム変換効率特性とに基づいて、制限電力を決定し、前記システム電力を前記制限電力に制限させるシステム電力制御部を具備することを特徴とする。
さらに、本発明の太陽光発電システムにおいて、前記システム電力制御部は、前記制限電力を電力制限指令として前記ＤＣ／ＤＣコンバータに出力することで、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって前記パワーコンディショナに供給される前記蓄電池の放電電力を前記制限電力に制限させても良い。
さらに、本発明の太陽光発電システムにおいて、前記システム電力制御部は、前記制限電力を電力制限指令として前記パワーコンディショナに出力することで、前記パワーコンディショナで入力電力を前記制限電力に制限させても良い。
さらに、本発明の太陽光発電システムにおいて、前記システム電力制御部は、前記放電可能時間以内で最も前記システム変換効率が高くなる前記システム電力を前記制限電力として決定しても良い。
さらに、本発明の太陽光発電システムにおいて、前記システム電力制御部は、前記システム変換効率が最大となる最大効率電力で前記放電可能時間以内に放電可能な場合、前記最大効率電力を前記制限電力として決定しても良い。

本発明によれば、システム変換効率が高くなる制限電力にシステム電力を制限させることで、蓄電池からの放電時のシステム変換効率を向上させることができるという効果を奏する。

本発明に係る太陽光発電システムの実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。 図１に示す蓄電池への充放電動作を説明する説明図である。 図１に示すシステム変換効率記憶部に記憶されたシステム変換効率特性例を示す図である。 図１に示すシステム電力決定部による制限電力の決定動作を示すフローチャートである。 本発明に係る太陽光発電システムの他の実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。 従来の太陽光発電システムの回路構成を示す回路構成図である。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
本実施の形態の太陽光発電システム２００は、図１を参照すると、太陽電池１と、接続箱ダイオード２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と、蓄電池４と、ＰＣＳ５と、システム電力制御部１０とを備えている。なお、図１においては、電力ラインは実線で、制御ライン及び情報伝達ラインは点線でそれぞれ示されている。

太陽光発電システム２００は、図２に示すように、日中に太陽電池１で発電した発電電力を充電電力として蓄電池４を充電し、太陽電池１で発電が行われない夜間等の期間に蓄電池４から放電した放電電力を系統６に供給する。

太陽電池１の出力端子は、逆電流防止用の接続箱ダイオード２を介してリンク点に接続されている。そして、リンク点は、充放電用のＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して蓄電池４に接続されていると共に、ＰＣＳ５を介して系統６に接続されている。

システム電力制御部１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータ等の情報処理部である。システム電力制御部１０のＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをＲＡＭに展開させる。これにより、システム電力制御部１０は、放電容量算出部１１と、放電時刻設定部１２と、システム変換効率記憶部１３と、システム電力決定部１４と、電力制限指令出力部１５として機能し、蓄電池４からの放電時に、太陽光発電システム２００から系統６に逆潮流する電力（以下、システム電力と称す）を制御する。

蓄電池４は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池などの化学反応を利用した二次電池や、電気二重層キャパシタで構成され、充電量を検出する充電量検出器を備えている。この充電量検出器は、蓄電池４の出力電圧の計測や、積算充電量の計測によって充電量を検出し、検出した充電量をシステム電力制御部１０に出力する。

放電容量算出部１１は、蓄電池４から入力された充電量に基づいて、蓄電池４から放電可能な放電容量を算出し、算出した放電容量をシステム電力決定部１４に出力する。放電容量算出部１１には、蓄電池４の容量（Ｘ[Ｗｈ]）と放電を終了させる下限充電量（Ａ％）が予め設定されている。そして、放電容量算出部１１は、蓄電池４から充電量（Ｂ％）が入力されると、Ｘ（Ｂ−Ａ）／１００を計算することで、放電可能な放電容量（Ｙ［Ｗｈ］）を算出する。

放電時刻設定部１２は、蓄電池４からの放電を開始する放電開始時刻ｔ_１と、放電開始時刻ｔ_１から放電可能時間（Ｈ［ｈ］）とを設定する。放電開始時刻ｔ_１から始まる放電可能時間Ｈは、図２に示すように、太陽電池１によって発電が行われない夜間等の期間に設定される。なお、放電開始時刻ｔ_１は、ユーザーによる外部入力等によって予め設定しておいても良く、太陽電池１が停止中であることを発電電圧の検出や太陽光の検出によって検出し、太陽電池１が停止中であることを検出した時刻に基づいて設定するようにしても良い。また、放電可能時間Ｈは、ユーザーによる外部入力等によって予め設定しておいても良く、放電開始時刻ｔ_１からユーザーによる外部入力等によって予め設定した放電終了時刻ｔ_２までの時間を設定するようにしても良い。

システム変換効率記憶部１３は、半導体メモリ等の記憶手段であり、図３に示すような、システム電力に応じたシステム変換効率を示すシステム変換効率特性が記憶されている。システム変換効率特性には、システム変換効率が最大となるシステム電力（以下、最大効率電力（Ｅ_０［Ｗ］）と称す）以上、ＰＣＳ５の定格電力（Ｅ_１［Ｗ］）以下のシステム電力に応じたシステム変換効率が示されている。

システム電力決定部１４は、放電容量算出部１１によって算出された放電容量Ｙと、放電時刻設定部１２によって設定された放電可能時間Ｈと、システム変換効率記憶部１３に記憶されているシステム変換効率特性とに基づいて、蓄電池４からの放電時の制限電力（Ｅ_ａ［Ｗ］）を決定する。

電力制限指令出力部１５は、システム電力決定部１４によって決定された制限電力Ｅ_ａを、電力制限指令としてＤＣ／ＤＣコンバータ３に出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３からＰＣＳ５に供給される放電電力をシステム電力決定部１４によって決定された制限電力Ｅ_ａに制限させる。

次に、システム電力決定部１４による制限電力Ｅ_ａの決定動作について図４を参照して詳細に説明する。
放電開始時刻ｔ_１に到達すると、放電容量算出部１１は、蓄電池４から充電量を取得することで、蓄電池４から放電可能な放電容量Ｙを算出する（ステップＡ１）。

次に、システム電力決定部１４は、最大効率電力Ｅ_０に放電可能時間Ｈを乗じた値（Ｅ_０×Ｈ）が放電容量Ｙ以下か否かを判断する（ステップＡ２）。

ステップＡ２で（Ｅ_０×Ｈ）が放電容量Ｙ以上である場合、システム電力決定部１４は、制限電力Ｅ_ａを最大効率電力Ｅ_０に決定する（ステップＡ３）。そして、電力制限指令出力部１５は、決定された制限電力Ｅ_ａを電力制限指令としてＤＣ／ＤＣコンバータ３に出力する（ステップＡ４）。

制限電力Ｅ_ａが最大効率電力Ｅ_０である場合、蓄電池４からの放電は、図２（ａ）に示すように、放電電力が最大効率電力Ｅ_０に制限された状態で、放電開始時刻ｔ_１から始まる放電可能時間Ｈ内に行われる。従って、太陽光発電システム２００は、最大のシステム変換効率で動作することになり、蓄電池４からの放電時のシステム変換効率を向上させることができる。

ステップＡ２で（Ｅ_０×Ｈ）が放電容量Ｙ以上でない場合、システム電力決定部１４は、放電容量Ｙを放電可能時間Ｈで除算した値（Ｙ／Ｈ［Ｗ］）を算出する（ステップＡ５）。

次に、システム電力決定部１４は、ステップＡ５で算出した値（Ｙ／Ｈ）〜定格電力Ｅ_１において、最もシステム変換効率が高いシステム電力を制限電力Ｅ_ａとして決定し（ステップＡ６）、ステップＡ４に至る。なお、図３に示すように、システム変換効率が最大効率電力Ｅ_０から定格電力Ｅ_１に向けて逓減する特性を有する場合には、ステップＡ６では、ステップＡ５で算出した値（Ｙ／Ｈ）が制限電力Ｅ_ａとして決定されることになる。

これにより、蓄電池４からの放電は、図２（ｂ）に示すように、放電電力が制限電力Ｅ_ａに制限された状態で、放電開始時刻ｔ_１から始まる放電可能時間Ｈ内に行われる。この制限電力Ｅ_ａは、蓄電池４からの放電を放電開始時刻ｔ_１から始まる放電可能時間Ｈ内に終了させることを条件とした中で、最もシステム変換効率が高いシステム電力となる。従って、太陽光発電システム２００は、可能な限り高いシステム変換効率で動作することになり、蓄電池４からの放電時のシステム変換効率を向上させることができる。なお、図２（ｂ）には、放電電力がステップＡ５で算出した値（Ｙ／Ｈ）に制限された状態が示されている。

なお、本実施の形態では、電力制限指令出力部１５からＤＣ／ＤＣコンバータ３に電力制限指令を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３からＰＣＳ５に供給される放電電力を制限電力Ｅ_ａに制限させるように構成したが、図５に示す太陽光発電システム３００のように、システム電力制御部１０の電力制限指令出力部１５からＰＣＳ５に電力制限指令を出力し、ＰＣＳ５で入力電力を制限電力Ｅ_ａに制限させるように構成しても良い。

以上のように、本実施の形態によれば、太陽電池１と、太陽電池１の出力端子に充放電用のＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して接続され、太陽電池１によって発電された発電電力が充電される蓄電池４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して供給される蓄電池４の放電電力を交流電力に変換して系統６に供給するＰＣＳ５とを有する太陽光発電システムであって、蓄電池４の充電量と、蓄電池４から放電可能時間Ｈと、ＰＣＳ５から系統６に供給されるシステム電力に応じたシステム変換効率を示すシステム変換効率特性とに基づいて、制限電力Ｅ_ａを決定し、システム電力を制限電力Ｅ_ａに制限させるシステム電力制御部１０を備えている。
この構成により、システム変換効率が高くなる制限電力Ｅ_ａにシステム電力を制限させることで、蓄電池４からの放電時のシステム変換効率を向上させることができる。そして、システム変換効率の向上により、系統６への逆潮流量（売電量）を増やすことができると共に、発熱量を減少させ、装置寿命が延ばすことが可能になる。

さらに、本実施の形態によれば、システム電力制御部１０は、制限電力Ｅ_ａを電力制限指令としてＤＣ／ＤＣコンバータ３に出力することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３によってＰＣＳ５に供給される蓄電池４の放電電力を制限電力Ｅ_ａに制限させる。
この構成により、既存のＰＣＳ５を制御することなく、蓄電池４からの放電時のシステム変換効率を向上させることができる。

さらに、本実施の形態によれば、システム電力制御部１０は、制限電力Ｅ_ａを電力制限指令としてＰＣＳ５に出力することで、ＰＣＳ５で入力電力を制限電力Ｅ_ａに制限させる。
この構成により、既存のＤＣ／ＤＣコンバータ３を制御することなく、蓄電池４からの放電時のシステム変換効率を向上させることができる。

さらに、本実施の形態によれば、システム電力制御部１０は、放電可能時間Ｈ以内で最もシステム変換効率が高くなるシステム電力を制限電力Ｅ_ａとして決定する。
この構成により、太陽光発電システム２００は、可能な限り高いシステム変換効率で動作することになり、蓄電池４からの放電時のシステム変換効率を向上させることができる。

さらに、本実施の形態によれば、システム電力制御部１０は、システム変換効率が最大となる最大効率電力Ｅ_０で放電可能時間Ｈ以内に放電可能な場合、最大効率電力Ｅ_０を制限電力Ｅ_ａとして決定する。
この構成により、太陽光発電システム２００は、最大のシステム変換効率で動作することになり、蓄電池４からの放電時のシステム変換効率をさらに向上させることができる。

以上、本発明を具体的な実施形態で説明したが、上記実施形態は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更して実施できることは言うまでも無い。

１ 太陽電池
２ 接続箱ダイオード
３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４ 蓄電池
５ パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
６ 系統
１０ システム電力制御部
１１ 放電容量算出部
１２ 放電時刻設定部
１３ システム変換効率記憶部
１４ システム電力決定部
１５ 電力制限指令出力部
１００、２００、３００ 太陽光発電システム

Claims (5)

1. 太陽電池と、当該太陽電池の出力端子に充放電用のＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続され、前記太陽電池によって発電された発電電力が充電される蓄電池と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して供給される前記蓄電池の放電電力を交流電力に変換して系統に供給するパワーコンディショナとを有する太陽光発電システムであって、
   前記蓄電池の充電量と、前記蓄電池から放電可能時間と、前記パワーコンディショナから前記系統に供給されるシステム電力に応じたシステム変換効率を示すシステム変換効率特性とに基づいて、制限電力を決定し、前記システム電力を前記制限電力に制限させるシステム電力制御部を具備することを特徴とする太陽光発電システム。
2. 前記システム電力制御部は、前記制限電力を電力制限指令として前記ＤＣ／ＤＣコンバータに出力することで、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって前記パワーコンディショナに供給される前記蓄電池の放電電力を前記制限電力に制限させることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システム。
3. 前記システム電力制御部は、前記制限電力を電力制限指令として前記パワーコンディショナに出力することで、前記パワーコンディショナで入力電力を前記制限電力に制限させることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システム。
4. 前記システム電力制御部は、前記放電可能時間以内で最も前記システム変換効率が高くなる前記システム電力を前記制限電力として決定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽光発電システム。
5. 前記システム電力制御部は、前記システム変換効率が最大となる最大効率電力で前記放電可能時間以内に放電可能な場合、前記最大効率電力を前記制限電力として決定することを特徴とする請求項４記載の太陽光発電システム。

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