JP2018133926A - 電源システム、dc/dcコンバータ及びパワーコンディショナ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電源システム100は、太陽電池110と、入力端から入力された太陽電池からの直流電圧を所定の昇圧比で昇圧し、出力端から直流電圧を出力する非絶縁型のDC/DCコンバータ120と、DC/DCコンバータの出力端から出力された直流電圧を交流に変換するインバータ31と、を備え、外部の電力系統と接続して系統連系される。太陽電池の出力が所定値未満の場合に、インバータを介して外部の電力系統の電圧を太陽電池に印加し、太陽電池の負極の対地電位を正とする電位調整手段を有する。
【選択図】図3
Description
象を引き起こす要因となることが知られている。
できる。
抵抗の負極側の一端と接続され、前記第二の抵抗の一端が前記インバータの前記負極と接続され、他端が前記太陽電池の負極及び前記第一の抵抗の負極側の一端と接続されて、前記第二の抵抗が前記ダイオードと並列に接続された、路配置を含んでもよい。これによれば、より確実に、太陽電池の負極側の電位を夜間に高くなるようにすることが可能である。
前記三端子リレーは、昼間には前記太陽電池の負極と、前記DC/DCコンバータの出
力端の負極が接続され、前記太陽電池の出力が所定値未満でない場合に、前記三端子リレーが前記太陽電池の負極と前記第一の端子とを導通させ、前記太陽電池の出力が所定値未満の場合に、前記三端子リレーが前記太陽電池の負極と前記第二の端子とを導通させてもよい。これによれば、より確実に、太陽電池の負極側の電位を夜間に高くなるようにすることが可能である。
〈実施形態1〉
図1は、本実施形態1に係る電源システムの構成を示す図である。図1において、電源システム100は、太陽電池110や、パワーコンディショナ(PCS(Power Conditioning System)とも称す)30を備え、分電盤40を介して商用電力系統や負荷装置と接続
されている。
素子S1は、不図示の駆動回路によって駆動されてスイッチングを行い、断続的にリアクトルL1に充放電させることにより昇圧を行う。
トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)、バイポーラトランジスタ、サイリスタなど、スイッチングを行うデバイスであればよく、本例では、IGBTを用いている。
次に、本実施形態1に係る電源システム100のPID抑制効果を他の構成例と比較して説明する。
昼間の状態、図6は夜間の状態を示している。また、図7は、比較例1における昼間の対地電位を示す図、図8は、比較例1における夜間の対地電位を示す図である。
における負極の対地電位を正とするため、必要なだけ回復を行わせることができ、PIDによる性能低下の進行を防止できる。
図11は、変形例1−1に係る電源システム101の回路構成を示す図である。変形例1−1は、前述の実施形態1と比較して交流電圧計測回路を絶縁型としたことが異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の実施形態1と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
図12は、変形例1−2に係る電源システム102の回路構成を示す図である。変形例1−2は、前述の実施形態1と比較して、夜間など太陽電池の出力が所定値未満の場合に、インバータ31によって商用電力系統の交流の電力を直流に変換して太陽電池110側へ供給する構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の実施形態1と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
図13は、変形例1−3に係る電源システム103の昼間の状態を示す図、図14は、変形例1−3に係る電源システム103の夜間の状態を示す図である。変形例1−3の電
源システム103は、前述の変形例1−1と比較して、単相二線式の商用電力系統と接続した構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の変形例1−1と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。また、本例では、交流電圧計測回路32や、DCV検出回路140、制御部150など、図2、図3と同一の要素を省略して示している。
図15は、変形例1−4に係る電源システム104の回路構成を示す図である。変形例1−4は、前述の変形例1−2と比較して、単相二線式の商用電力系統と接続した構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の変形例1−2と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。また、本例では、交流電圧計測回路32や、DCV検出回路140、制御部150など、図12と同一の要素を省略して示している。
図16は、変形例1−5に係る電源システム105の昼間の状態を示す図、図17は、変形例1−5に係る電源システム105の夜間の状態を示す図である。変形例1−5の電源システム105は、前述の変形例1−3と比較して、三相4線スター結線式の商用電力
系統と接続した構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の変形例1−5と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
図18は、変形例1−6に係る電源システム106の回路構成を示す図である。変形例1−6は、前述の変形例1−4と比較して、三相4線スター結線式の商用電力系統と接続した構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の変形例1−4と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
図19は、変形例1−7に係る電源システム107の昼間の状態を示す図、図20は、変形例1−7に係る電源システム107の夜間の状態を示す図である。変形例1−7の電源システム107は、前述の変形例1−5と比較して、三相V結線式の商用電力系統と接
続した構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の変形例1−5と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
図21は、変形例1−8に係る電源システム108の回路構成を示す図である。変形例1−8は、前述の変形例1−6と比較して、三相V結線式の商用電力系統と接続した構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の変形例1−6と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
図22は、本実施形態2に係る電源システム200の回路構成を示す図である。本実施形態2の電源システム200は、前述の実施形態1と比較して、正負極間の電圧DDVを
分圧する回路の構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、本実施形態2において、前述の実施形態1と同一の要素には同符号を付して再度の説明を省略する。前述の実施形態1では、電位調整手段130の抵抗R1・R2で分圧する例を示したが、これに代えて本例はDCV検出回路140と抵抗R1とで分圧を行う。即ち、本実施形態では、DCV検出回路140と抵抗R1とダイオードD1が電位調整手段131を構成している。
RA=R3/2
DCV(−)=√2×230VAC×(R2/(R1+R2)−0.5)
このように本実施形態2の電源システム200は、DCV検出回路の抵抗を電位調整手段として用い、部品点数を抑えながら、夜間に、太陽電池110における負極の対地電位を正としてPIDによる性能低下の進行を防止できる。
図23は、変形例2−1に係る電源システム201の回路構成を示す図である。変形例2−1は、前述の実施形態2と比較して、電位調整手段の構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の実施形態2と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
チSW1とダイオードD1のインピーダンスで電圧DDVを分圧する構成としている。
た。
図24は、変形例2−2に係る電源システム202の回路構成を示す図である。変形例2−2は、前述の実施形態2と比較して、電位調整手段の構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の実施形態2と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
図27は、本実施形態3に係る電源システム300の回路構成を示す図である。本実施形態3の電源システム300は、前述の実施形態1と比較して、夜間の状態と昼間の状態を切り替える切替回路の構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、本実施形態3において、前述の実施形態1と同一の要素には同符号を付して再度の説明を省略する。前述の実施形態1では、電位調整手段130の切替回路として抵抗R2と並列にダイオードD1を備えたが、これに代えて本例の電位調整手段134はスイッチSW2を備えた。スイッチSW2は、半導体スイッチやリレー(メカニカルスイッチ)等、昼間又は夜間の判定に応じて、ON/OFFを切り替えられるものであればよい。スイッチSW2は、抵抗R2と並列に接続されている。
図28は、変形例3−1に係る電源システム301の回路構成を示す図である。変形例3−1は、前述の実施形態3と比較して、切替回路としてリレーRY1を用いた構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の実施形態3と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
図29は、変形例3−2に係る電源システム302の回路構成を示す図である。変形例3−2は、前述の実施形態3と比較して、切替回路として三端子リレーRY2を用いた構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の実施形態3と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
図30は、変形例3−3に係る電源システム303の回路構成を示す図である。変形例3−3は、前述の実施形態3と比較し、切替回路として半導体スイッチTR3,TR4を用いた構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の実施形態3と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
電圧DCV(−)が印加される。
図31は、本実施形態4に係る電源システム400の昼間の状態を示す図、図32は、本実施形態4に係る電源システム400の夜間の状態を示す図である。本実施形態4の電源システム400は、前述の実施形態3と比較して、電位調整手段の構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、本実施形態4において、前述の実施形態3と同一の要素には同符号を付して再度の説明を省略する。前述の実施形態3では、電位調整手段137の切替回路としてスイッチTR2を備え、分圧回路として抵抗R1,R2を備えたが、本例の電位調整手段138は二つのスイッチTR1,TR2を備えている。スイッチTR1,TR2は、半導体スイッチやリレー(メカニカルスイッチ)等、昼間又は夜間の判定に応じて、ON/OFFを切り替えられるものであればよい。
図33は、変形例4−1に係る電源システム401の回路構成を示す図である。変形例4−1は、前述の実施形態4と比較して交流電圧計測回路を絶縁型としたことが異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の実施形態4と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
となる。
図34は、変形例4−2に係る電源システム402の回路構成を示す図である。変形例4−2は、前述の実施形態4と比較して、夜間など太陽電池の出力が所定値未満の場合に、インバータ31を動作させて商用電力系統の交流の電力を直流に変換し、太陽電池110側へ供給する構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の実施形態4と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
図35は、本実施形態5に係る電源システム500の構成を示す図である。本実施形態5の電源システム500は、前述の実施形態1と比較して、太陽電池のストリングを複数備え、ストリング毎に出力制御を行うストリングインバータとした構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、本実施形態5において、前述の実施形態1と同一の要素には同符号を付して再度の説明を省略する。なお、図35では、便宜上、二つの太陽電池ストリング10を示したが、二つに限定されるものではなく、任意の数に設定することができる。
31側に電位調整手段130を設けたことで、複数の太陽電池ストリング10の負極の電位を共通して調整する構成としている。
図36は、変形例5−1に係る電源システム501の回路構成を示す図である。変形例5−1は、前述の実施形態5と比較して、複数のDC/DCコンバータ120にそれぞれ電位調整手段を設けた構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の実施形態5と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
図37は、変形例5−2に係る電源システム502の回路構成を示す図である。変形例5−2は、前述の実施形態5と比較して、DDレスインバータとストリングオプティマイザとで構成されたことが異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の実施形態5と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
流の出力を交流に変換して商用電力系統側へ出力する装置であり、図35に示した実施形態5の電源システム500のうち、DC/DCコンバータ120以外の構成を備えたものである。
図38は、変形例5−3に係る電源システム503の回路構成を示す図である。変形例5−3は、前述の変形例5−2と比較して、DC/DCコンバータ120の一例を示したものであり、その他の構成は同じである。このため、前述の変形例5−2と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
図39は、変形例5−4に係る電源システム504の回路構成を示す図である。変形例5−4は、前述の変形例5−2と比較して、DC/DCコンバータ120の一例を示したものであり、その他の構成は同じである。このため、前述の変形例5−2と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
の端部は負極と接続され、スイッチング素子S23のリアクトルL22とは反対側の端部は負極と接続されている。そして、スイッチング素子S21とスイッチング素子S23との間と、スイッチング素子S22とスイッチング素子S24との間とには、コンデンサC23が接続されている。
図40は、変形例5−5に係る電源システム505の回路構成を示す図である。本変形例5−5は、前述の変形例5−2と比較して、複数のDC/DCコンバータ120にそれぞれ電位調整手段を設けた構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の変形例5−2と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
図41は、変形例5−6に係る電源システム506の回路構成を示す図である。本変形例5−6は、前述の変形例5−2と比較して、複数のモジュールオプティマイザを直列に接続した構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の変形例5−2と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
とし、PIDによる性能低下の進行を防止できる。
図42は、変形例5−7に係る電源システム507の回路構成を示す図である。本変形例5−7は、前述の実施形態5と比較して、DC/DCコンバータ120と別に昇圧ユニットを有する構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の実施形態5と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
図43は、変形例5−8に係る電源システム508の回路構成を示す図である。本変形例5−8は、前述の実施形態5と比較して、太陽電池110とは別に電源を有する構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、前述の実施形態5と同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。
インバータ31で直流電力に変換して蓄電池(電源190)に充電されている場合には、インバータ31の直流側正負極間に印加された電圧DDVが電位調整手段130の抵抗R1・R2で分圧されて、太陽電池110に電圧が印加され、太陽電池110の負極の対地電位が正に維持される。この場合、DDVを図43中の320VDCから、例えば450VDC等の高電圧に上昇させることで、太陽電池110の負極の対地電位をより高くすることができ、PIDの回復効果を向上させることが可能である。また、夜間、電源190から電力が出力されていない場合や、蓄電池(電源190)に充電されていない場合に、インバータ31がゲートブロックされると、インバータ31を介して商用電力系統の電力によりインバータ31の直流側正負極間に印加された電圧DDVが電位調整手段130の抵抗R1・R2で分圧されて、太陽電池110に電圧が印加され、太陽電池110の負極の対地電位が正に維持される。
10 太陽電池ストリング
13 セル
14 ガラス
15 封止材
16 電極パターン
19 アース
30 パワーコンディショナ
31,31A インバータ
32,32A 交流電圧計測回路
36 系統連系リレー
38 フレームグランド
40 分電盤
100〜109 電源システム
110 太陽電池
120,126,129 DC/DCコンバータ
125 昇圧ユニット
130〜138 電位調整手段
140 検出回路
150 制御部
200〜202,301〜303,400〜402,500〜508 電源システム
Claims (18)
- 太陽電池と、
入力端から入力された前記太陽電池からの直流電圧を所定の昇圧比で昇圧し、出力端から直流電圧を出力する非絶縁型のDC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータの出力端から出力された直流電圧を交流に変換するインバータと、
を備え、外部の電力系統と接続して系統連系される電源システムであって、
前記太陽電池の出力が所定値未満の場合に、前記インバータを介して外部の電力系統の電圧を前記太陽電池に印加し、当該太陽電池の負極の対地電位を正とする電位調整手段を有することを特徴とする、電源システム。 - 前記電力系統と接続された前記インバータの出力端における交流電圧を測定する交流電圧計測回路を備え、
前記太陽電池の出力が所定値未満の場合に、前記インバータ及び前記交流電圧計測回路を介して外部の電力系統の電圧を前記太陽電池に印加する、請求項1に記載の電源システム。 - 前記電位調整手段が、第一の抵抗と、第二の抵抗と、ダイオードとを備え、
前記第一の抵抗の一端が前記インバータの直流側の正極に接続され、他端が前記インバータの負極及び前記太陽電池の負極に接続され、
前記ダイオードのアノードが前記インバータの前記負極と接続され、カソードが前記太陽電池の負極及び前記第一の抵抗の負極側の一端と接続され、
前記第二の抵抗の一端が前記インバータの前記負極と接続され、他端が前記太陽電池の負極及び前記第一の抵抗の負極側の一端と接続されて、前記第二の抵抗が前記ダイオードと並列に接続された、
回路配置を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の電源システム。 - 前記太陽電池の正極と負極の間に接続され、当該正極と負極の間の直流電圧を検出するDCV検出回路を有し、
前記電位調整手段は、前記インバータの直流側入力端の正極と負極の間に第一の抵抗を備え、前記インバータを介して外部の電力系統の電圧を前記太陽電池に印加する際に前記インバータの直流側入力端の正極と負極の間の電圧を前記第一の抵抗と前記DCV検出回路とで分圧し、前記太陽電池の前記負極における対地電圧を正をするように前記DCV検出回路の抵抗値と前記第一の抵抗の抵抗値を所定の比率としたことを特徴とする、請求項1又は2に記載の電源システム。 - 前記電位調整手段が、切替手段と、ダイオードとを備え、
前記切替手段の一端が前記DC/DCコンバータの出力端の正極と接続され、他端が前記DC/DCコンバータの出力端の負極と接続され、両端間を導通又は非導通に切り替え、
前記ダイオードのアノードが前記インバータの前記負極と接続され、カソードが前記太陽電池の負極及び前記切替手段の負極側の一端と接続され、
前記太陽電池の出力が所定値未満の場合に、前記切替手段が前記DC/DCコンバータの出力端の正負極間を導通させ、前記太陽電池の出力が所定値未満でない場合に、前記切替手段が前記DC/DCコンバータの出力端の正負極間を非導通とすることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電源システム。 - 前記電位調整手段が、第一の抵抗と、第二の抵抗と、第三の抵抗と、ダイオードとを備え、
前記第一の抵抗の一端が前記インバータの直流側の正極に接続され、他端が前記インバータの負極及び前記太陽電池の負極に接続され、
前記ダイオードのアノードが前記インバータの前記負極と接続され、カソードが前記太陽電池の負極及び前記第一の抵抗の負極側の一端と接続され、
前記第二の抵抗の一端が前記インバータの前記負極と接続され、他端が前記太陽電池の負極及び前記第一の抵抗の負極側の一端と接続されて、前記第二の抵抗が前記ダイオードと並列に接続され、
前記第三の抵抗の一端が前記インバータの0相と接続され、他端が前記インバータの直流側の正極と接続された、
回路配置を含むことを特徴とする、請求項2に記載の電源システム。 - 前記電位調整手段が、第一の抵抗と、第二の抵抗と、切替手段とを備え、
前記第一の抵抗の一端が前記インバータの直流側の正極に接続され、他端が前記インバータの負極及び前記太陽電池の負極に接続され、
前記切替手段の一端が前記インバータの前記負極と接続され、他端が前記太陽電池の負極及び前記第一の抵抗の負極側の一端と接続され、
前記第二の抵抗の一端が前記インバータの前記負極と接続され、他端が前記太陽電池の負極及び前記第一の抵抗の負極側の一端と接続されて、前記第二の抵抗が前記切替手段と並列に接続された、
回路配置を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の電源システム。 - 前記切替手段が、MOSFET又はリレーであることを特徴とする、請求項7に記載の電源システム。
- 前記電位調整手段が、第一の抵抗と、第二の抵抗と、三端子リレーとを備え、
前記第一の抵抗の一端が前記インバータの直流側の正極に接続され、他端が前記三端子リレーの第一の端子に接続され、
前記第二の抵抗の一端が前記インバータの前記負極および前記三端子リレーの第二の端子に接続され、他端が前記三端子リレーの第一の端子に接続され、
前記三端子リレーのコモン端子が前記太陽電池の負極と接続され、
前記三端子リレーは、昼間には前記太陽電池の負極と、前記DC/DCコンバータの出力端の負極が接続され、
前記太陽電池の出力が所定値未満でない場合に、前記三端子リレーが前記太陽電池の負極と前記第一の端子とを導通させ、前記太陽電池の出力が所定値未満の場合に、前記三端子リレーが前記太陽電池の負極と前記第二の端子とを導通させことを特徴とする、請求項1又は2に記載の電源システム。 - 前記電位調整手段が、第一の抵抗と、第二の抵抗と、切離し手段とを備え、
前記インバータの直流側の正極と負極の間に前記第一の抵抗と前記第二の抵抗とを直列に接続し、
前記太陽電池の正極と前記DC/DCコンバータの入力端の正極の間及び、前記太陽電池の負極と前記DC/DCコンバータの入力端の負極の間には、前記太陽電池と前記DC/DCコンバータの入力端の電気的接続を切離す前記切離し手段を備え、
前記第一の抵抗と前記第二の抵抗との間と、前記太陽電池の負極の前記切離し手段によって切離される部分よりも太陽電池側とを接続する
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の電源システム。 - 前記電位調整手段が、第一の切替手段と、第二の切替手段とを備え、
前記第一の切替手段の一端が前記インバータの直流側の正極に接続され、他端が前記インバータの負極及び前記太陽電池の負極に接続され、
前記第二の切替手段の一端が前記インバータの前記負極と接続され、他端が前記太陽電池の負極及び前記第一の切替手段の負極側の一端と接続された、
回路配置を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の電源システム。 - 前記太陽電池が、複数の太陽電池パネルを直列または並列に接続した太陽電池列を複数備え、
複数の前記太陽電池列のそれぞれと接続する複数のDC/DCコンバータを備え、
複数の前記DC/DCコンバータの出力端と前記インバータとの間に前記電位調整手段を備えたことを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の電源システム。 - 複数の前記DC/DCコンバータを直列に接続したことを特徴とする、請求項12に記載の電源システム。
- 複数の前記DC/DCコンバータのうち、少なくとも一つのDC/DCコンバータの出力を他のDC/DCコンバータの入力に接続した回路配置を含むことを特徴とする、請求項12に記載の電源システム。
- 前記太陽電池が、複数の太陽電池パネルを直列または並列に接続した太陽電池列を複数備え、
複数の前記太陽電池列のそれぞれと接続する複数のDC/DCコンバータを備え、
複数の前記DC/DCコンバータのそれぞれに前記電位調整手段を備えたことを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の電源システム。 - 前記太陽電池とは別の電源を備え、当該電源の出力端を前記インバータの入力端に接続した回路配置を含むことを特徴とする、請求項1から15のいずれか一項に記載の電源システム。
- 請求項1から16のいずれか一項に記載の電源システムに使用される、DC/DCコンバータ。
- 入力端から入力された前記太陽電池からの直流電圧を所定の昇圧比で昇圧し、出力端から直流電圧を出力する非絶縁型のDC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータの出力端から出力された直流電圧を交流に変換するインバータと、を備え、
請求項1から16のいずれか一項に記載の電源システムに使用される、パワーコンディショナ。
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