最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
(1)本発明の実施の形態に係る電力変換装置は、太陽光発電部から受けた直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、前記太陽光発電部と前記電力変換部との間に接続される第1のスイッチと、前記電力変換部と電力系統との間に接続される第2のスイッチと、前記太陽光発電部および前記電力変換部を電気的に接続する負側線を前記太陽光発電部および前記第1のスイッチの間において接地するための第1の接続部とを備える。
このように、太陽光発電部および第1のスイッチの間において負側線を接地するための第1の接続部が設けられる構成により、第1のスイッチの開閉状態に関わらず、太陽光発電部の電位をグランドと同電位にすることができる。これにより、たとえば接地された金属フレームに対して負の電位を有する場合に劣化の進行する太陽電池モジュールに対して、PIDの進行を抑制することができる。また、たとえば、電力系統と電力変換装置とが絶縁されておらず、電力系統から第1の接続部を介して地絡電流が流れる回路構成であっても、第2のスイッチを開くことで、地絡電流を防ぐことができる。したがって、簡易な構成で、太陽光発電装置の劣化を抑制することができる。
(2)好ましくは、前記電力変換装置は、さらに、前記太陽光発電部の出力電力をエネルギーに変換して蓄積または消費する負荷と前記電力変換部とを電気的に接続するための第2の接続部を備える。
このような構成により、たとえば、上記負荷を第2の接続部に接続することで、第1のスイッチが閉じている状態において太陽光発電部の出力電力を上記負荷において有効に利用することができる。
(3)好ましくは、前記電力変換装置は、さらに、前記第1のスイッチをオンするとともに前記第2のスイッチをオフする第1のモード、および前記第1のスイッチをオフするとともに前記第2のスイッチをオンする第2のモードを切り替える制御部を備える。
このような構成により、たとえば、電力系統と電力変換装置とが絶縁されていない状態における地絡電流を防ぎながら、太陽光発電部からの発電電力および電力系統からの電力のいずれか一方を電力変換装置へ供給することができる。
(4)好ましくは、前記電力変換装置は、さらに、前記太陽光発電部の出力電力および前記電力系統からの電力を蓄積可能な蓄電池と、前記太陽光発電部の出力電力をエネルギーに変換して蓄積または消費する負荷の電力消費予測情報、および前記太陽光発電部の発電予測情報を取得し、取得した前記電力消費予測情報および前記発電予測情報に基づいて、前記太陽光発電部の出力電力および前記電力系統からの電力を蓄積可能な蓄電池の蓄電残量を調整する制御部とを備える。
このような構成により、たとえば、翌日の昼間における上記負荷の電力消費を満たすために必要な蓄電残量を、電力消費予測情報および発電予測情報に基づいて算出することができるので、夜間における電力系統から蓄電池への充電量の過大および過少を防ぐことができる。これにより、蓄電池への充電量の過大に起因する太陽光発電部による発電電力量の過剰、および蓄電池への充電量の過少に起因する翌日の昼間における上記負荷への電力供給不足を防ぐことができる。
(5)本発明の実施の形態に係る電力変換システムは、電力変換装置と、制御装置とを備え、前記電力変換装置は、太陽光発電部から受けた直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、前記太陽光発電部と前記電力変換部との間に接続される第1のスイッチと、前記電力変換部と電力系統との間に接続される第2のスイッチと、前記太陽光発電部および前記電力変換部を電気的に接続する負側線を前記太陽光発電部および前記第1のスイッチの間において接地するための接続部とを含み、前記制御装置は、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチのオンおよびオフを制御する。
このように、太陽光発電部および第1のスイッチの間において負側線を接地するための第1の接続部が設けられる構成により、第1のスイッチの開閉状態に関わらず、太陽光発電部の電位をグランドと同電位にすることができる。これにより、たとえば接地された金属フレームに対して負の電位を有する場合に劣化の進行する太陽電池モジュールに対して、PIDの進行を抑制することができる。また、たとえば、電力系統と電力変換装置とが絶縁されておらず、電力系統から第1の接続部を介して地絡電流が流れる回路構成であっても、第2のスイッチを開くことで、地絡電流を防ぐことができる。したがって、簡易な構成で、太陽光発電装置の劣化を抑制することができる。
(6)より好ましくは、前記制御装置は、前記第1のスイッチをオンするとともに前記第2のスイッチをオフする第1のモード、および前記第1のスイッチをオフするとともに前記第2のスイッチをオンする第2のモードを切り替える。
このような構成により、たとえば、電力系統と電力変換装置とが絶縁されていない状態における地絡電流を防ぎながら、太陽光発電部からの発電電力および電力系統からの電力のいずれか一方を電力変換装置へ供給することができる。
(7)より好ましくは、前記電力変換システムは、さらに、前記太陽光発電部の出力電力および前記電力系統からの電力を蓄積可能な蓄電池を備え、前記制御装置は、前記太陽光発電部の出力電力をエネルギーに変換して蓄積または消費する負荷の電力消費予測情報、および前記太陽光発電部の発電予測情報を取得し、取得した前記電力消費予測情報および前記発電予測情報に基づいて前記蓄電池の蓄電残量を調整する。
このような構成により、たとえば、翌日の昼間における上記負荷の電力消費を満たすために必要な蓄電残量を、電力消費予測情報および発電予測情報に基づいて算出することができるので、夜間における電力系統から蓄電池への充電量の過大および過少を防ぐことができる。これにより、蓄電池への充電量の過大に起因する太陽光発電部による発電電力量の過剰、および蓄電池への充電量の過少に起因する翌日の昼間における上記負荷への電力供給不足を防ぐことができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
[電力変換装置の比較例の構成]
図1は、電力変換装置の比較例の構成を示す図である。図1には、単相3線式の電力変換装置の比較例が示される。
図1を参照して、比較例である電力変換装置901は、キャパシタ25と、インバータ(電力変換部)26と、連系リレー32と、制御部91とを備える。連系リレー(第2のスイッチ)32は、スイッチ32A,32B,32Cを含む。
太陽光発電部1は、太陽光を受けると、受けた太陽光のエネルギーを直流電力に変換し、変換した直流電力を出力する。
より詳細には、太陽光発電部1は、変換した直流電力を出力するための正側端子と、負側端子とを有する。この例では、太陽光発電部1は、直流電力を正側端子および負側端子経由で電力変換装置901へ出力する。
電力変換装置901におけるキャパシタ25は、太陽光発電部1から受ける直流電力の変動を抑制するために設けられ、太陽光発電部1における正側端子に接続された第1端と、負側端子に接続された第2端とを有する。
インバータ26は、キャパシタ25の第1端に接続された第1端と、キャパシタ25の第2端に接続された第2端と、第3端と、第4端と、第5端とを有する。
連系リレー32は、インバータ26と電力系統との間に接続される。より詳細には、連系リレー32におけるスイッチ32Aは、インバータ26の第3端に接続された第1端と、第2端とを有する。スイッチ32Bは、インバータ26の第4端に接続された第1端と、第2端とを有する。スイッチ32Cは、インバータ26の第5端に接続された第1端と、第2端とを有する。
トランスT1は、たとえば柱上トランスであり、1次側コイルL1および2次側コイルL2を有する。トランスT1は、1次側コイルL1において交流電源PSから受けた6.6キロボルトの交流電圧を2次側コイルL2において200ボルトの交流電圧に変換する。
また、トランスT1は、電力変換装置901が逆潮流を行う場合、電力変換装置901から2次側コイルL2において受けた電圧200ボルトの交流電力すなわち交流電圧を1次側コイルL1において6.6キロボルトの交流電圧に変換する。
より詳細には、トランスT1における2次側コイルL2は、連系リレー32におけるスイッチ32Aの第2端に接続された第1端と、スイッチ32Bの第2端に接続され、かつ接地された中性点と、スイッチ32Cの第2端に接続された第2端とを有する。
2次側コイルL2と相互インダクタンスにより結合する1次側コイルL1は、交流電源PSに接続された第3端および第4端を有する。
一般負荷41A,41Bは、たとえば、電子レンジ、照明器具およびテレビ等の交流100ボルトで使用可能な負荷である。一般負荷41Cは、たとえば、エアコン等の交流200ボルトで使用可能な負荷である。以下、一般負荷41A,41B,41Cの各々を、一般負荷41とも称する。一般負荷41は、電力変換装置901および電力系統からの電力を用いて、たとえば間欠的に使用される。
制御部91は、制御信号S2を連系リレー32へ出力することにより、連系リレー32のオン状態およびオフ状態を切り替えることが可能である。
連系リレー32は、制御部91の制御に従って自己のスイッチ32A,32B,32Cをオンまたはオフすることにより、インバータ26と電力系統および一般負荷41とを、オン状態において電気的に接続し、またオフ状態において電気的に絶縁する。
また、制御部91は、制御信号S3をインバータ26へ出力することによりインバータ26における図示しないスイッチ素子を制御する。
インバータ26は、制御部91の制御に従って、太陽光発電部1からキャパシタ25を介して受けた直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を単相3線で電力系統および一般負荷41へ出力する。
図2は、電力変換装置の比較例の構成を示す図である。図2には、単相2線式の電力変換装置の比較例が示される。
図2を参照して、図1に示す電力変換装置901の変形例である電力変換装置911は、キャパシタ25と、インバータ(電力変換部)27と、連系リレー33と、制御部91とを備える。連系リレー33(第2のスイッチ)は、スイッチ33A,33Bを含む。
図2に示すキャパシタ25、一般負荷41およびトランスT1の構成および動作は、図1に示すキャパシタ25、一般負荷41およびトランスT1とそれぞれ同様である。
インバータ27は、キャパシタ25の第1端に接続された第1端と、キャパシタ25の第2端に接続された第2端と、第3端と、第4端とを有する。
連系リレー33におけるスイッチ33Aは、インバータ27の第3端に接続された第1端と、トランスT1における2次側コイルL2の第1端に接続された第2端とを有する。スイッチ32Bは、インバータ27の第4端に接続された第1端と、トランスT1における2次側コイルL2の第2端に接続された第2端とを有する。
制御部91は、制御信号S2を連系リレー33へ出力することにより、連系リレー33のオン状態およびオフ状態を切り替えることが可能である。
連系リレー33は、制御部91の制御に従って自己のスイッチ33A,33Bをオンまたはオフすることにより、インバータ27と電力系統とを、オン状態において電気的に接続し、またオフ状態において電気的に絶縁する。
また、制御部91は、制御信号S3をインバータ27へ出力することによりインバータ27における図示しないスイッチ素子を制御する。
インバータ27は、制御部91の制御に従って、太陽光発電部1からキャパシタ25を介して受けた直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を単相2線で電力系統および一般負荷41へ出力する。
[課題]
非特許文献1および非特許文献2(“Fraunhofer CSP presents results of potential induced degradation (PID)”、[online]、[平成29年3月29日検索]、インターネット〈URL:http://www.en.csp.fraunhofer.de/news/details/id/857/〉)に記載されているように、太陽光パネルには、PIDという劣化の問題がある。
非特許文献2には、Fraunhofer CSPによって、温度50℃、湿度50%、1000Vおよび48時間の条件において、13種類のうちの9種類のパネルにおいてPIDが観測されたことが記載されている。
PIDの発生メカニズムについては明らかにされていないが、図1および図2に示す電力変換装置901,911を用いて、考えられる発生メカニズムを説明する。
図1および図2に示すように、電力変換装置901,電力変換装置911と電力系統とは、トランスを用いた絶縁が施されておらず、非絶縁である。また、柱上トランスすなわちトランスT1において中性点が接地されている。この場合、キャパシタ25の第1端および第2端間の電圧が概ね340ボルトとなり、キャパシタ25の第2端の対地電圧は、−170ボルトとなる。
太陽光発電部1は、たとえば、複数の発電セルを含む太陽光発電モジュールと、接地されたフレームとで構成される。キャパシタ25の第2端が太陽光発電部1の負側端子に接続されているので、太陽光発電部1における太陽光発電モジュールに負の対地電圧が印加されてしまう。
このような状態において、たとえば、負の電圧が印加された一部の発電セルと接地されたフレームとの間で予期せぬ電流が流れることでPIDが発生するとされている。PIDは高温、高湿および高電圧において発生しやすいが、低圧連系の家庭用システムでも発生するという情報もある。
これに対して、特許文献2(特開2014−27034号公報)、特許文献3(特開2014−27035号公報)、特許文献4(特許6035001号公報)および特許文献5(特開2015−173262号公報)には、封止膜、封止シートおよび封止対策フィルム等を用いて、太陽電池パネル側において行う対策が記載されている。この対策では、材料および製造においてコストが上昇するため、好ましくないと考えるパネルメーカーもある。
また、電力変換装置901,911と電力系統との間にトランスを設けることで電力系統と絶縁し、さらに太陽光発電部1の負側端子を接地することによりPIDを防止する方法が考えられるが、電力変換装置901,911がたとえば家庭用である場合に、低周波用のトランスを用いる構成は一般的でない。
また、電力変換装置901,911における対策として、高周波絶縁コンバータを用いる構成、および非特許文献3(“東京工業大学 藤田研究室 研究室紹介 #45”、[online]、[平成29年3月29日検索]、インターネット〈URL:http://educ.titech.ac.jp/ee/news/2016_11/052916.html〉)に記載のZig−Zag Connected Chopper(ZCC)変換器を用いる構成等がこれまでに考案されている。しかしながら、これらの構成では、いずれも部品点数が多く高価になる。
そこで、本発明の実施の形態に係る電力変換装置では、以下のような構成および動作により、このような課題を解決する。
[単相2線の基本例]
図3は、本発明の実施の形態に係る系統連系システムの構成を示す図である。
図3を参照して、系統連系システム(電力変換システム)311は、太陽光発電部1と、電力変換装置111と、特定負荷51とを備える。
図3に示す太陽光発電部1および一般負荷41A,41B,41Cの構成および動作は、図1に示す太陽光発電部1および一般負荷41A,41B,41Cとそれぞれ同様である。
電力変換装置111と電力系統とは、非絶縁である。特定負荷51は、たとえば、太陽光発電部1の出力電力をエネルギーに変換して蓄積または消費する負荷である。言い換えると、特定負荷51は、太陽光発電部1の発電電力に基づく電力量を、他のエネルギーに変換して蓄積する負荷である。
特定負荷51は、具体的には、電気式給湯器、蓄熱暖房機および水素発生装置等である。特定負荷51は、交流100ボルトで使用可能であってもよいし、交流200ボルトで使用可能であってもよい。この例では、特定負荷51は、交流100ボルトで使用可能である。
なお、系統連系システム311では、1つの太陽光発電部1が設けられているが、これに限定するものではなく、複数の太陽光発電部1が設けられてもよい。
[構成および基本動作]
図4は、本発明の実施の形態に係る系統連系システムにおける電力変換装置の構成を示す図である。
図4を参照して、電力変換装置111は、端子台11,12と、端子台(第2の接続部)16と、コンバータ21と、キャパシタ25と、インバータ(電力変換部)27と、PV用リレー(第1のスイッチ)31と、連系リレー(第2のスイッチ)33と、自立リレー34と、制御部(制御装置)61とを備える。
端子台11は、端子11A,11Bを含む。端子台12は、端子12A,12B,12Cを含む。端子台16は、端子16A,16Bを含む。
PV用リレー31は、スイッチ31A,31Bを含む。自立リレー34は、スイッチ34A,34Bを含む。PV用リレー31は、太陽光発電部1とインバータ27との間に接続される。
電力変換装置111におけるキャパシタ25、インバータ27および連系リレー33の構成および動作は、図2に示す電力変換装置911におけるキャパシタ25、インバータ27および連系リレー33とそれぞれ同様である。
図5は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置における端子台11の詳細な構成を示す図である。図5には、図3に示す構成と異なり、複数の太陽光発電部1が設けられている場合における複数の端子台11が示される。
図4および図5を参照して、正側線PLp1,Wp1および負側線PLm1,Wm1は、太陽光発電部1とインバータ27とを電気的に接続する。
詳細には、正側線PLp1および負側線PLm1は、太陽光発電部1と端子台11とを電気的に接続する。正側線Wp1および負側線Wm1は、端子台11とインバータ27とを電気的に接続する。
電力変換装置111の筐体70の内部において、負側線PLm1,Wm1を太陽光発電部1およびPV用リレー31の間において接地するための第1の接続部が設けられる。
第1の接続部の一例である端子台11は、太陽光発電部1に対応して設けられる。正側線PLp1は、太陽光発電部1における正側端子に接続された第1端と、端子台11における端子11Aに接続された第2端とを有する。負側線PLm1は、太陽光発電部1における負側端子に接続された第1端と、端子台11における端子11Bに接続された第2端とを有する。接地線PLn1は、接地された第1端と、端子台11における端子11Cに接続された第2端とを有する。接続線CL1は、端子台11における端子11Bに接続された第1端と、端子台11における端子11Cに接続された第2端とを有する。
正側線Wp1は、端子台11における端子11Aに接続された第1端と、PV用リレー31におけるスイッチ31Aの第1端に接続された第2端とを有する。負側線Wm1は、端子台11における端子11Bに接続された第1端と、PV用リレー31におけるスイッチ31Bの第1端に接続された第2端とを有する。
端子台11における端子11A〜11Cでは、ねじおよび導通板を用いて各ケーブルを接続する。
より詳細には、端子11Aでは、正側線PLp1の第2端および正側線Wp1の第1端が接続される。端子11Bでは、負側線PLm1の第2端、負側線Wm1の第1端および接続線CL1の第1端が接続される。端子11Cでは、接続線CL1の第2端および接続線CL1の第2端が接続される。
なお、端子台11における端子11A〜11Cでは、ねじおよび導通板を用いて各ケーブルを接続する構成であるとしたが、これに限定するものではない。たとえば、端子11A〜11Cでは、専用の差込口にケーブルの端部を挿入することで各ケーブルを接続する構成であってもよい。
また、太陽光発電部1と端子台11との接続、および端子台11とPV用リレー31との接続は、ケーブルを用いる構成に限らず、たとえば、金属プレートを用いる構成であってもよい。
再び図4を参照して、コンバータ21は、PV用リレー31におけるスイッチ31Aの第2端に接続された第1端と、スイッチ31Bの第2端に接続された第2端と、第3端と、第4端とを有する。
キャパシタ25は、コンバータ21の第3端に接続された第1端と、コンバータ21の第4端に接続された第2端とを有する。
インバータ27は、キャパシタ25の第1端に接続された第1端と、キャパシタ25の第2端に接続された第2端と、第3端と、第4端とを有する。
連系リレー33におけるスイッチ33Aは、インバータ27の第3端に接続された第1端と、第2端とを有する。スイッチ33Bは、インバータ27の第4端に接続された第1端と、第2端とを有する。
端子台12における端子12Aは、連系リレー33におけるスイッチ33Aの第2端、およびトランスT1における2次側コイルL2の第1端に接続されている。端子12Bは、トランスT1における中性点に接続されている。端子12Cは、スイッチ33Bの第2端、および2次側コイルL2の第2端に接続されている。
自立リレー34におけるスイッチ34Aは、インバータ27の第3端に接続された第1端と、端子台16における端子16Aに接続された第2端とを有する。スイッチ34Bは、インバータ27の第4端に接続された第1端と、端子台16における端子16Bに接続された第2端とを有する。
端子台16は、たとえば、インバータ27と特定負荷51とを電気的に接続する。具体的には、端子台16における端子16A,16Bには、特定負荷51が接続されている。
制御部61は、制御信号S1をPV用リレー31へ出力することにより、PV用リレー31のオン状態およびオフ状態を切り替えることが可能である。
PV用リレー31は、制御部61の制御に従って自己のスイッチ31A,31Bをオンまたはオフすることにより、太陽光発電部1とコンバータ21とを、オン状態において電気的に接続し、またオフ状態において電気的に絶縁する。
また、制御部61は、制御信号S2を連系リレー33へ出力することにより、連系リレー33のオン状態およびオフ状態を切り替えることが可能である。
連系リレー33は、制御部61の制御に従って自己のスイッチ33A,33Bをオンまたはオフすることにより、インバータ27と電力系統とを、オン状態において電気的に接続し、またオフ状態において電気的に絶縁する。
また、制御部61は、制御信号S7を自立リレー34へ出力することにより、自立リレー34のオン状態およびオフ状態を切り替えることが可能である。
自立リレー34は、制御部61の制御に従って自己のスイッチ34A,34Bをオンまたはオフすることにより、インバータ27と特定負荷51とを、オン状態において電気的に接続し、またオフ状態において電気的に絶縁する。
また、制御部61は、制御信号S4をコンバータ21へ出力することによりコンバータ21における図示しないスイッチ素子を制御する。
コンバータ21は、制御部61の制御に従って、太陽光発電部1から受けた直流電力の電圧を変換する。ここでは、コンバータ21は、当該直流電力の電圧を昇圧し、昇圧後の直流電力をキャパシタ25へ出力する。
また、制御部61は、制御信号S3をインバータ27へ出力することによりインバータ27における図示しないスイッチ素子を制御する。
インバータ27は、制御部61の制御に従って、コンバータ21からキャパシタ25を介して受けた直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を単相2線で連系リレー33および自立リレー34へ出力する。
ここで、インバータ27における第3端および第4端から出力される交流電力の電圧は、100ボルトである。
制御部61は、夜モードおよび昼モードを切り替えることにより、自己の電力変換装置111を夜モードおよび昼モードのいずれか一方で動作させる。詳細には、制御部61は、たとえば、日の出から日の入りまでの期間を昼モードに設定し、また日の入りから日の出までの期間を夜モードに設定する。
また、制御部61は他の装置からの命令に従って、夜モードおよび昼モードの設定を行うことも可能である。
制御部61は、昼モードにおいて、PV用リレー31、連系リレー33および自立リレー34をそれぞれオン状態、オフ状態およびオン状態に設定するとともに、コンバータ21およびインバータ27を自立運転で動作させる。
このように、電力変換装置111が、太陽光発電部1が発電する期間において自立運転して100ボルトの交流電力を特定負荷51へ出力する構成により、特定負荷51は、電力変換装置111から受ける交流電力に基づく電力量を、他のエネルギーに変換して蓄積することができる。
一方、制御部61は、夜モードにおいて、PV用リレー31、連系リレー33および自立リレー34をそれぞれオフ状態、オン状態およびオフ状態に設定する。
このように、昼モードおよび夜モードの各々において、PV用リレー31および連系リレー33の両方をオン状態に設定せず、かつ当該両方をオフ状態に設定しない構成により、太陽光発電部1および電力系統のいずれか一方の電力を電力変換装置111へ入力可能とするとともに、異なる電圧レベルの同時接地を防ぐことができる。
また、昼モードおよび夜モードにおいて負側線PLm1,Wm1が接地されているため、太陽光発電部1における太陽光発電モジュールに負の対地電圧が印加されることを防ぐことができるので、発電セルのPIDによる劣化を防ぐことができる。
[単相3線の基本例]
図6は、本発明の実施の形態に係る系統連系システムの構成を示す図である。
図6を参照して、系統連系システム(電力変換システム)301は、太陽光発電部1と、電力変換装置101と、特定負荷51である特定負荷51C,51D,51Eとを備える。
図6に示す太陽光発電部1および一般負荷41A,41B,41Cの構成および動作は、図1に示す太陽光発電部1および一般負荷41A,41B,41Cとそれぞれ同様である。
電力変換装置101と電力系統とは、非絶縁である。特定負荷51C,51Dは、交流100ボルトで使用可能である。特定負荷51Eは、交流200ボルトで使用可能である。
なお、系統連系システム301では、1つの太陽光発電部1が設けられているが、これに限定するものではなく、複数の太陽光発電部1が設けられてもよい。
[構成および基本動作]
図7は、本発明の実施の形態に係る系統連系システムにおける電力変換装置の構成を示す図である。
図7を参照して、電力変換装置101は、端子台11,12と、端子台(第2の接続部)13と、コンバータ21と、キャパシタ25と、インバータ26と、PV用リレー31と、連系リレー32と、制御部61とを備える。端子台13は、端子13A,13B,13Cを含む。
電力変換装置101における端子台11、端子台12、コンバータ21およびPV用リレー31の構成および動作は、図4に示す電力変換装置111における端子台11、端子台12、コンバータ21およびPV用リレー31とそれぞれ同様である。
電力変換装置101におけるキャパシタ25、インバータ26および連系リレー32の構成および動作は、図1に示す電力変換装置901におけるキャパシタ25、インバータ26および連系リレー32とそれぞれ同様である。
電力変換装置101におけるインバータ26は、キャパシタ25の第1端に接続された第1端と、キャパシタ25の第2端に接続された第2端と、第3端と、第4端と、第5端とを有する。
連系リレー32におけるスイッチ32Aは、インバータ26の第3端に接続された第1端と、第2端とを有する。スイッチ32Bは、インバータ26の第4端に接続された第1端と、第2端とを有する。スイッチ32Cは、インバータ26の第5端に接続された第1端と、第2端とを有する。
端子台12における端子12Aは、連系リレー32におけるスイッチ32Aの第2端、およびトランスT1における2次側コイルL2の第1端に接続されている。端子12Bは、スイッチ32Bの第2端、およびトランスT1における中性点に接続されている。端子12Cは、スイッチ32Cの第2端、および2次側コイルL2の第2端に接続されている。
端子台13における端子13Aは、インバータ26の第3端に接続されている。端子13Bは、インバータ26の第4端に接続されている。端子13Cは、インバータ26の第5端に接続されている。
端子台13における端子13A,13B間には、特定負荷51Cが接続されている。端子13B,13C間には、特定負荷51Dが接続されている。端子13C,13A間には、特定負荷51Eが接続されている。
制御部61は、制御信号S2を連系リレー32へ出力することにより、連系リレー32のオン状態およびオフ状態を切り替えることが可能である。
連系リレー32は、制御部61の制御に従って自己のスイッチ32A,32B,32Cをオンまたはオフすることにより、インバータ26と電力系統とを、オン状態において電気的に接続し、またオフ状態において電気的に絶縁する。
また、制御部61は、制御信号S3をインバータ26へ出力することによりインバータ26における図示しないスイッチ素子を制御する。
インバータ26は、制御部61の制御に従って、コンバータ21からキャパシタ25を介して受けた直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を連系リレー33および自立リレー34へ出力する。
ここで、インバータ26における第3端および第5端から出力される交流電力の電圧は、200ボルトである。また、インバータ26における第3端および第4端、ならびに第4端および第5端から出力される交流電力の電圧は、100ボルトである。
制御部61は、昼モードにおいて、PV用リレー31および連系リレー32をそれぞれオン状態およびオフ状態に設定するとともに、コンバータ21およびインバータ26を自立運転で動作させる。
一方、制御部61は、夜モードにおいて、PV用リレー31および連系リレー32をそれぞれオフ状態およびオン状態に設定する。
[単相3線の変形例1]
図8は、本発明の実施の形態に係る系統連系システムの変形例の構成を示す図である。
図8を参照して、系統連系システム301の変形例である系統連系システム(電力変換システム)301Aは、図6に示す系統連系システム301と比べて、電力変換装置101の代わりに電力変換装置101Aを備え、さらに、蓄電池6と、HEMS(Home Energy Management System)(制御装置)151とを備える。
HEMS151は、たとえば天気予報情報を取得することが可能である。HEMS151は、たとえば、インターネットに接続されており、天気予報情報を配信する配信サーバからインターネット経由で天気予報情報を取得する。
また、HEMS151は、たとえば、蓄電池6と通信を行うことにより、蓄電池6の蓄電残量を示す残量情報を取得することが可能である。
また、HEMS151は、電力変換装置101Aと無線通信を行うことが可能である。なお、HEMS151は、電力変換装置101Aと有線通信を行うことが可能な構成であってもよい。
蓄電池6は、たとえば、太陽光発電部1の出力電力および電力系統からの電力を蓄積可能である。より詳細には、蓄電池6は、電力変換装置101Aから受ける直流電力を化学エネルギーとして蓄積することが可能である。
また、蓄電池6は、蓄積した化学エネルギーを用いて直流電力を生成し、生成した直流電力を電力変換装置101Aへ出力することが可能である。蓄電池6における直流電力の入出力は、電力変換装置101Aの制御に従って行われる。
なお、系統連系システム301Aでは、1つの蓄電池6が設けられているが、これに限定するものではなく、複数の蓄電池6が設けられてもよい。
図9は、本発明の実施の形態に係る系統連系システムの変形例における電力変換装置の構成を示す図である。
図9を参照して、電力変換装置101Aは、図7に示す電力変換装置101と比べて、さらに、端子台14と、コンバータ22とを備える。
電力変換装置101Aにおける端子台11,12,13、コンバータ21、キャパシタ25、インバータ26、PV用リレー31および連系リレー32の構成および動作は、図7に示す電力変換装置101における端子台11,12,13、コンバータ21、キャパシタ25、インバータ26、PV用リレー31および連系リレー32とそれぞれ同様である。
インバータ26は、制御部61の制御に従って、太陽光発電部1からキャパシタ25を介して受けた直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を単相3線で連系リレー32および特定負荷51へ出力する。
また、インバータ26は、制御部61の制御に従って、電力系統から連系リレー32を介して受けた交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力をコンバータ22へ出力する。
端子台14は、蓄電池6における正側端子に接続された端子14Aと、蓄電池6における負側端子に接続された端子14Bとを含む。
コンバータ22は、端子台14における端子14Aに接続された第1端と、端子14Bに接続された第2端と、キャパシタ25の第1端に接続された第3端と、キャパシタ25の第2端に接続された第4端とを有する。
制御部61は、制御信号S5をコンバータ22へ出力することによりコンバータ22における図示しないスイッチ素子を制御する。
コンバータ22は、制御部61の制御に従って、蓄電池6から受けた直流電力の電圧を変換することが可能である。ここでは、コンバータ22は、当該直流電力の電圧を昇圧し、昇圧後の直流電力をインバータ26へ出力する。この場合、蓄電池6は、電力変換装置101Aへ直流電力を放電する。
また、コンバータ22は、制御部61の制御に従って、コンバータ21およびインバータ26から受けた直流電力の電圧を変換することが可能である。ここでは、コンバータ22は、当該直流電力の電圧を降圧し、降圧後の直流電力を蓄電池6へ出力する。この場合、蓄電池6には、電力変換装置101Aからの直流電力が充電される。
なお、電力変換装置101Aでは、端子台14およびコンバータ22の組が1つ設けられているが、これに限定するものではなく、複数の蓄電池6が設けられる場合、蓄電池6に対応して複数の上記組が設けられてもよい。
図10は、図8に示す系統連系システムの変形例の適用例の構成を示す図である。
図10を参照して、系統連系システム(電力変換システム)301Bでは、図8に示す特定負荷51Eの具体例として、電気式給湯器51Aが設けられる。
電気式給湯器51Aは、交流200ボルトで動作し、具体的にはエコキュート(登録商標)である。より詳細には、電気式給湯器51Aは、水を蓄積するタンクを有し、電力変換装置101Aから受ける交流電力を用いてヒートポンプを動作させることにより、タンクに蓄積された水の温度を上昇させる蓄熱動作HSAを行う。
電気式給湯器51Aにおける蓄熱動作HSAのオンおよびオフは、たとえばHEMS151によって切り替え可能である。
図11は、本発明の実施の形態に係る系統連系システムにおけるHEMSが予測する各数値の一例を示す図である。
図9〜図11を参照して、ここでは、系統連系システム301BにおけるHEMS151および制御部61の動作を説明する。また、太陽光発電部1の発電電力を4キロワットとする。また、蓄電池6の満充電量を10キロワット時とする。
HEMS151は、たとえば、太陽光発電部1の出力電力をエネルギーに変換して蓄積または消費する負荷の電力消費予測情報を取得する。
具体的には、HEMS151は、電気式給湯器51Aの予定消費電力量を電力消費予測情報として算出する。
より詳細には、HEMS151は、たとえば、電気式給湯器51Aにおける消費電力量の計測結果を定期的に取得し、取得した計測結果に基づいて、1日当たりの消費電力量を算出する。
なお、1日当たりの消費電力量は、計測結果に基づいて算出される値に限らず、電気式給湯器51Aにおけるタンク内にお湯を満タンにするための消費電力量であってもよいし、過去の湯量の使用量に基づいて算出されてもよい。
この例では、HEMS151は、算出した1日当たりの消費電力量を予定消費電力量として8キロワット時と設定する(図11参照)。
また、HEMS151は、たとえば、太陽光発電部1の発電予測情報を取得する。具体的には、HEMS151は、発電予測情報の一例である太陽光発電部1の発電電力量の前日予測値を予測する。
より詳細には、HEMS151は、配信サーバからインターネット経由で天気予報情報を取得し、取得した天気予報情報に基づいて、翌日における太陽光発電部1の発電電力量を算出する。
具体的には、HEMS151は、たとえば、初夏において翌日の天気予報が晴れの場合、翌日における太陽光発電部1の発電電力量を20キロワット時と予測する。一方、HEMS151は、たとえば、初冬において翌日の天気予報が雨天の場合、ゼロキロワット時と予測する。また、HEMS151は、他の季節および他の天気の場合、季節および天気に応じた発電電力量を予測する。
そして、HEMS151は、たとえば、取得した消費予測情報および発電予測情報に基づいて蓄電池6の蓄電残量を調整する。
具体的には、HEMS151は、翌日の発電電力量をゼロキロワット時と予測した場合、電気式給湯器51Aへの供給電源が蓄電池6だけになるため、蓄電残量の前日準備値として10キロワット時と算出する。予定消費電力量の8キロワット時に対して前日準備値が2キロワット時多いのは、予備分を含めているからである。したがって、蓄電残量の前日準備値として、もう少し小さい値を算出することも可能である。
また、HEMS151は、翌日の発電電力量を5キロワット時と予測した場合、蓄電残量の前日準備値として5.5キロワット時と算出する。たとえば、天気予報が外れて翌日の発電電力量が2.5キロワット時しかない場合においても、予定消費電力量の8キロワット時を賄うことができる。また、天気予報が外れて翌日の発電電力量が10キロワット時になった場合においても、予定消費電力量の8キロワット時を賄い、かつ余りの2キロワット時を蓄電池6に充電することができる。
また、HEMS151は、翌日の発電電力量を20キロワット時と予測した場合、蓄電残量の前日準備値として1キロワット時と算出する。これは、太陽光発電部1が、太陽光が雲により遮られると発電電力が低下する変動の大きいエネルギー源であるからである。
[系統連系システム301Bにおける夜モード]
HEMS151は、たとえば、日の入りのタイミングにおいて、夜モードへの設定命令、および充電命令を示す命令情報E1を電力変換装置101Aへ送信するとともに、電気式給湯器51Aの蓄熱動作HSAをオフする。
電力変換装置101Aにおける制御部61は、HEMS151と通信を行うことが可能であり、HEMS151から命令情報E1を受信すると、受信した命令情報E1に従って、自己の電力変換装置111を夜モードに設定する。
このとき、制御部61は、PV用リレー31および連系リレー32をそれぞれオフ状態およびオン状態に設定する。
また、制御部61は、命令情報E1に従って、インバータ26およびコンバータ22を連系動作させる。これにより、蓄電池6は、電力変換装置101Aから受ける直流電力によって充電される。一方、電気式給湯器51Aは、蓄熱動作HSAがオフされたので、電力変換装置101Aからの交流電力を消費しない。
HEMS151は、たとえば、蓄電池6における蓄電量を監視し、蓄電池6における蓄電量が前日準備値に到達すると、充電停止命令を示す命令情報H1を電力変換装置101Aへ送信する。
制御部61は、HEMS151から命令情報H1を受信すると、受信した命令情報H1に従って、インバータ26およびコンバータ22の連系動作を停止させる。
[系統連系システム301Bにおける昼モード]
HEMS151は、たとえば、日の出のタイミングにおいて、昼モードへの設定命令、および放電命令を示す制御情報M1を電力変換装置101Aへ送信するとともに、電気式給湯器51Aの蓄熱動作HSAをオンする。
制御部61は、HEMS151から命令情報M1を受信すると、受信した命令情報M1に従って、自己の電力変換装置111を昼モードに設定する。
このとき、制御部61は、PV用リレー31および連系リレー32をそれぞれオン状態およびオフ状態に設定する。
また、制御部61は、命令情報M1に従って、インバータ26、コンバータ21およびコンバータ22を自立運転させる。これにより、太陽光発電部1の発電電力、および蓄電池6から放電された電力が、電気式給湯器51Aへ供給される。
このような構成により、電気式給湯器51Aは、昼間において、電力変換装置101Aから受ける交流電力に基づく電力量を、熱に変換して蓄積することができる。
[単相2線の変形例1]
図12は、本発明の実施の形態に係る系統連系システムの変形例の構成を示す図である。
図12を参照して、系統連系システム311の変形例である系統連系システム(電力変換システム)311Aは、図3に示す系統連系システム311と比べて、電力変換装置111の代わりに電力変換装置111Aを備え、さらに、蓄電池6と、HEMS151とを備える。
系統連系システム311Aにおける蓄電池6およびHEMS151の動作は、図10に示す系統連系システム301Aにおける蓄電池6およびHEMS151とそれぞれ同様である。
電気式給湯器51Fは、交流100ボルトで動作し、具体的にはエコキュートである。電気式給湯器51Fの動作は、図10に示す電気式給湯器51Aと同様である。
図13は、本発明の実施の形態に係る系統連系システムの変形例における電力変換装置の構成を示す図である。
図13を参照して、電力変換装置111Aは、図4に示す電力変換装置111と比べて、さらに、端子台14と、コンバータ22とを備える。
電力変換装置111Aにおける端子台14およびコンバータ22の構成および動作は、図9に示す電力変換装置101Aにおける端子台14およびコンバータ22とそれぞれ同様である。
インバータ27は、制御部61の制御に従って、太陽光発電部1からキャパシタ25を介して受けた直流電力を100ボルトの交流電力に変換し、変換した交流電力を単相2線で連系リレー33および自立リレー34へ出力する。
また、インバータ27は、制御部61の制御に従って、電力系統から連系リレー33を介して受けた交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力をコンバータ22へ出力する。
[系統連系システム311Aにおける夜モード]
電力変換装置111Aにおける制御部61は、HEMS151から命令情報E1を受信すると、受信した命令情報E1に従って、自己の電力変換装置111Aを夜モードに設定する。
このとき、制御部61は、PV用リレー31、連系リレー33および自立リレー34をそれぞれオフ状態、オン状態およびオフ状態に設定する。
また、制御部61は、命令情報E1に従って、インバータ27およびコンバータ22を連系動作させる。これにより、蓄電池6は、電力変換装置111Aから受ける直流電力によって充電される。一方、電気式給湯器51Fは、HEMS151の制御により蓄熱動作HSAがオフされるので、電力変換装置111Aからの交流電力を消費しない。
また、制御部61は、HEMS151から命令情報H1を受信すると、受信した命令情報H1に従って、インバータ27およびコンバータ22の連系動作を停止させる。
[系統連系システム311Aにおける昼モード]
制御部61は、HEMS151から命令情報M1を受信すると、受信した命令情報M1に従って、自己の電力変換装置111Aを昼モードに設定する。
このとき、制御部61は、PV用リレー31、連系リレー33および自立リレー34をそれぞれオン状態、オフ状態およびオン状態に設定する。
また、制御部61は、命令情報M1に従って、インバータ27、コンバータ21およびコンバータ22を自立運転させる。これにより、太陽光発電部1の発電電力、および蓄電池6から放電された電力が、電気式給湯器51Fへ供給される。
このような構成により、電気式給湯器51Fは、昼間において、電力変換装置111Aから受ける交流電力に基づく電力量を、熱に変換して蓄積することができる。
[単相3線の変形例2]
図14は、本発明の実施の形態に係る系統連系システムの変形例の構成を示す図である。
図14を参照して、系統連系システム301の変形例である系統連系システム(電力変換システム)301Cは、図6に示す系統連系システム301と比べて、電力変換装置101の代わりに電力変換装置101Cを備え、さらに、蓄電池6と、HEMS151とを備える。
系統連系システム301Cにおける蓄電池6およびHEMS151の動作は、図10に示す系統連系システム301Bにおける蓄電池6およびHEMS151とそれぞれ同様である。
電気式給湯器51Gは、直流電力で動作し、具体的にはエコキュートである。電気式給湯器51Gは、電力変換装置101Cから直流電力を受けるための正側端子および負側端子を有する。電気式給湯器51Gの動作は、図10に示す電気式給湯器51Aと同様である。
図15は、本発明の実施の形態に係る系統連系システムの変形例における電力変換装置の構成を示す図である。
図15を参照して、電力変換装置101Cは、図7に示す電力変換装置101と比べて、端子台13の代わりに、端子台14と、端子台(第2の接続部)15と、コンバータ22,22とを備える。
電力変換装置101Cにおける端子台11,12、コンバータ21、キャパシタ25、インバータ26、PV用リレー31および連系リレー32の構成および動作は、図7に示す電力変換装置101における端子台11,12、コンバータ21、キャパシタ25、インバータ26、PV用リレー31および連系リレー32とそれぞれ同様である。
電力変換装置101Cにおける端子台14およびコンバータ22の構成および動作は、図9に示す電力変換装置101Aにおける端子台14およびコンバータ22とそれぞれ同様である。
端子台15は、電気式給湯器51Gにおける正側端子に接続された端子15Aと、負側端子に接続された端子15Bとを含む。
コンバータ23は、端子台15における端子15Aに接続された第1端と、端子15Bに接続された第2端と、キャパシタ25の第1端に接続された第3端と、キャパシタ25の第2端に接続された第4端とを有する。
制御部61は、制御信号S6をコンバータ23へ出力することによりコンバータ23における図示しないスイッチ素子を制御する。
コンバータ23は、制御部61の制御に従って、コンバータ21、コンバータ22およびインバータ26から受けた直流電力の電圧を変換することが可能である。ここでは、コンバータ23は、当該直流電力の電圧を降圧し、降圧後の直流電力を電気式給湯器51Gへ出力する。この場合、電気式給湯器51Gには、電力変換装置101Cからの直流電力が供給される。
[電力変換装置101Cにおける夜モード]
電力変換装置101Cにおける制御部61は、HEMS151から命令情報E1を受信すると、受信した命令情報E1に従って、自己の電力変換装置101Cを夜モードに設定する。
このとき、制御部61は、PV用リレー31および連系リレー32をそれぞれオフ状態およびオン状態に設定する。
また、制御部61は、命令情報E1に従って、インバータ26、コンバータ22およびコンバータ23を連系動作させる。これにより、蓄電池6は、電力変換装置101Cから受ける直流電力によって充電される。一方、電気式給湯器51Gは、HEMS151の制御により蓄熱動作HSAがオフされるので、電力変換装置101Cからの直流電力を消費しない。
なお、制御部61がコンバータ23を連系動作させない構成により、HEMS151が蓄熱動作HSAをオフする代わりに、電力変換装置101Cから電気式給湯器51Gへの直流電力の供給を停止してもよい。
また、制御部61は、HEMS151から命令情報H1を受信すると、受信した命令情報H1に従って、インバータ26、コンバータ22およびコンバータ23の連系動作を停止させる。
[系統連系システム301Cにおける昼モード]
制御部61は、HEMS151から命令情報M1を受信すると、受信した命令情報M1に従って、自己の電力変換装置101Cを昼モードに設定する。
このとき、制御部61は、PV用リレー31および連系リレー32をオン状態およびオフ状態に設定する。
また、制御部61は、命令情報M1に従って、コンバータ21、コンバータ22およびコンバータ23を自立運転させる。これにより、太陽光発電部1の発電電力、および蓄電池6から放電された電力が、電気式給湯器51Gへ供給される。
このような構成により、電気式給湯器51Gは、昼間において、電力変換装置101Cから受ける直流電力に基づく電力量を、熱に変換して蓄積することができる。
[単相3線の変形例3]
図16は、本発明の実施の形態に係る系統連系システムの変形例の構成を示す図である。
図16を参照して、系統連系システム301の変形例である系統連系システム(電力変換システム)301Dは、図6に示す系統連系システム301と比べて、電力変換装置101の代わりに電力変換装置101Aを備え、さらに、蓄電池6と、HEMS151とを備える。
系統連系システム301Dにおける蓄電池6、電力変換装置101AおよびHEMS151の動作は、図10に示す系統連系システム301Bにおける蓄電池6、電力変換装置101AおよびHEMS151とそれぞれ同様である。
系統連系システム301Dでは、図6に示す特定負荷51Eの具体例として、電気式給湯器51Aおよび蓄熱暖房器51Bが設けられる。
系統連系システム301Dにおける電気式給湯器51Aの動作は、図10に示す系統連系システム301Bにおける電気式給湯器51Aと同様である。
蓄熱暖房器51Bは、交流200ボルトで動作し、具体的には暖吉くん(登録商標)である。より詳細には、蓄熱暖房器51Bは、蓄熱体を有し、電力変換装置101Aから受ける交流電力を用いて蓄熱体の温度を上昇させる蓄熱動作HSBを行う。
蓄熱暖房器51Bにおける蓄熱動作HSBのオンおよびオフは、たとえばHEMS151によって切り替え可能である。
[系統連系システム301Dにおける夜モード]
HEMS151は、たとえば、日の入りのタイミングにおいて、命令情報E1を電力変換装置101Aへ送信するとともに、電気式給湯器51Aの蓄熱動作HSA、および蓄熱暖房器51Bの蓄熱動作HSBの両方をオフする。
[系統連系システム301Dにおける昼モード]
HEMS151は、たとえば、日の出のタイミングにおいて、制御情報M1を電力変換装置101Aへ送信するとともに、電気式給湯器51Aの蓄熱動作HSA、および蓄熱暖房器51Bの蓄熱動作HSBの両方をオンする。
なお、本発明の実施の形態に係る電力変換装置111(図4参照)は、端子台11,12,16と、コンバータ21と、キャパシタ25と、インバータ27と、PV用リレー31と、連系リレー33と、自立リレー34と、制御部61とを備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。電力変換装置111は、端子台11と、キャパシタ25と、インバータ27と、PV用リレー31と、連系リレー33とを備える最小構成要素により、簡易な構成で、太陽光発電装置の劣化を抑制するという本発明の目的を達成することが可能である。具体的には、たとえば、太陽光発電部1からの直流電力の電圧が十分大きい場合、昇圧のためのコンバータ21を設けなくても、インバータ27は、適正な交流電力を生成可能である。
同様に、本発明の実施の形態に係る電力変換装置101(図7参照)は、端子台11,12,13と、コンバータ21と、キャパシタ25と、インバータ26と、PV用リレー31と、連系リレー32と、制御部61とを備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。電力変換装置101は、端子台11と、キャパシタ25と、インバータ26と、PV用リレー31と、連系リレー32とを備える最小構成要素により、簡易な構成で、太陽光発電装置の劣化を抑制するという本発明の目的を達成することが可能である。
また、本発明の実施の形態に係る電力変換装置では、端子台11が設けられる構成であるとしたが、これに限定するものではない。電力変換装置101において端子台11が設けられない構成であってもよい。この場合、たとえば、正側線PLp1、PLm1がPV用リレー31に直接接続され、負側線PLm1とPV用リレー31との接続部分で接地される。
また、本発明の実施の形態に係る電力変換装置では、制御部61が電力変換装置101,111の内部に設けられる構成であるとしたが、これに限定するものではない。制御部61が電力変換装置101,111の外部に設けられる構成であってもよい。
また、本発明の実施の形態に係る電力変換装置では、電力変換装置101,111は、特定負荷51と接続される構成であるとしたが、これに限定するものではない。電力変換装置101,111は、特定負荷51と接続されない構成であってもよい。
また、本発明の実施の形態に係る電力変換装置では、制御部61がPV用リレー31および連系リレー32,33を制御する構成であるとしたが、これに限定するものではない。たとえば、ユーザが、PV用リレー31および連系リレー32,33を手動で操作する構成であってもよい。
また、本発明の実施の形態に係る電力変換装置では、HEMS151が蓄電池6の蓄電残量を調整する構成であるとしたが、これに限定するものではない。制御部61が蓄電池6の蓄電残量を調整する構成であってもよい。
また、本発明の実施の形態に係る系統連系システム311(図3参照)は、太陽光発電部1と、電力変換装置111と、特定負荷51とを備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。系統連系システム311は、端子台11と、キャパシタ25と、インバータ27と、PV用リレー31と、連系リレー33と、制御部61とを含む電力変換装置を備える最小構成要素により、簡易な構成で、太陽光発電装置の劣化を抑制するという本発明の目的を達成することが可能である。
また、本発明の実施の形態に係る系統連系システム301(図6参照)は、太陽光発電部1と、電力変換装置101と、特定負荷51C,51D,51Eとを備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。系統連系システム301は、端子台11と、キャパシタ25と、インバータ26と、PV用リレー31と、連系リレー32と、制御部61とを含む電力変換装置を備える最小構成要素により、簡易な構成で、太陽光発電装置の劣化を抑制するという本発明の目的を達成することが可能である。
また、本発明の実施の形態に係る電力変換システムでは、制御部61がPV用リレー31および連系リレー32,33を制御する構成であるとしたが、これに限定するものではない。たとえば、HEMS151が、PV用リレー31および連系リレー32,33を制御する構成であってもよい。
また、本発明の実施の形態に係る電力変換システムでは、HEMS151は、消費予測情報および発電予測情報に基づいて蓄電池6の蓄電残量を調整する構成であるとしたが、これに限定するものではない。HEMS151は、蓄電池6の蓄電残量を調整しない構成であってもよい。この場合、HEMS151は、たとえば、毎夜間において蓄電池6の蓄電残量が所定値になるように充電させる。
ところで、たとえば、特許文献1に記載の太陽電池ストリングがグランドに対して電位を有する場合、太陽光発電装置におけるセルが劣化し、太陽光発電装置の出力が低下することがある。
具体的には、非特許文献1に記載されているように、金属フレームとのより大きな電位差が発生する陰極に近い太陽電池モジュールにおいてPIDが発生し、太陽光発電装置の出力が低下する。このようなPID等の太陽光発電装置の劣化を抑制するための技術が求められる。
これに対して、本発明の実施の形態に係る電力変換装置111では、インバータ27は、太陽光発電部1から受けた直流電力を交流電力に変換する。PV用リレー31は、太陽光発電部1とインバータ27との間に接続される。連系リレー33は、インバータ27と電力系統との間に接続される。そして、第1の接続部は、太陽光発電部1およびインバータ27を電気的に接続する負側線PLm1,Wm1負側線を太陽光発電部1およびPV用リレー31の間において接地する。
このように、太陽光発電部1およびPV用リレー31の間において負側線PLm1,Wm1を接地するための第1の接続部が設けられる構成により、PV用リレー31の開閉状態に関わらず、太陽光発電部1の電位をグランドと同電位にすることができる。これにより、たとえば接地された金属フレームに対して負の電位を有する場合に劣化の進行する太陽電池モジュールに対して、PIDの進行を抑制することができる。また、たとえば、電力系統と電力変換装置111とが絶縁されておらず、電力系統から第1の接続部を介して地絡電流が流れる回路構成であっても、連系リレー33を開くことで、地絡電流を防ぐことができる。したがって、簡易な構成で、太陽光発電装置の劣化を抑制することができる。
また、本発明の実施の形態に係る電力変換装置111では、端子台16は、太陽光発電部1の出力電力をエネルギーに変換して蓄積または消費する特定負荷51とインバータ27とを電気的に接続する。
このような構成により、たとえば、特定負荷51を端子台16に接続することで、PV用リレー31が閉じている状態において太陽光発電部1の出力電力を特定負荷51において有効に利用することができる。
また、本発明の実施の形態に係る電力変換装置111では、制御部61は、PV用リレー31をオンするとともに連系リレー33をオフする昼モード、およびPV用リレー31をオフするとともに連系リレー33をオンする夜モードを切り替える。
このような構成により、たとえば、電力系統と電力変換装置111とが絶縁されていない状態における地絡電流を防ぎながら、太陽光発電部1からの発電電力および電力系統からの電力のいずれか一方を電力変換装置111へ供給することができる。
また、本発明の実施の形態に係る電力変換装置111では、制御部61は、太陽光発電部1の出力電力をエネルギーに変換して蓄積または消費する特定負荷51の電力消費予測情報、および太陽光発電部1の発電予測情報を取得する。そして、制御部61は、取得した電力消費予測情報および発電予測情報に基づいて、太陽光発電部1の出力電力および電力系統からの電力を蓄積可能な蓄電池6の蓄電残量を調整する。
このような構成により、たとえば、翌日の昼間における特定負荷51の電力消費を満たすために必要な蓄電残量を、電力消費予測情報および発電予測情報に基づいて算出することができるので、夜間における電力系統から蓄電池6への充電量の過大および過少を防ぐことができる。これにより、蓄電池6への充電量の過大に起因する太陽光発電部1による発電電力量の過剰、および蓄電池6への充電量の過少に起因する翌日の昼間における特定負荷51への電力供給不足を防ぐことができる。
また、本発明の実施の形態に係る電力変換システム311は、電力変換装置111と、HEMS151とを備える。電力変換装置111は、太陽光発電部1から受けた直流電力を交流電力に変換するインバータ27と、太陽光発電部1とインバータ27との間に接続されるPV用リレー31と、インバータ27と電力系統との間に接続される連系リレー33と、太陽光発電部1およびインバータ27を電気的に接続する負側線PLm1,Wm1を太陽光発電部1およびPV用リレー31の間において接地するための第1の接続部とを含む。そして、HEMS151は、PV用リレー31および連系リレー33のオンおよびオフを制御する。
このように、太陽光発電部1およびPV用リレー31の間において負側線PLm1,Wm1を接地するための第1の接続部が設けられる構成により、PV用リレー31の開閉状態に関わらず、太陽光発電部1の電位をグランドと同電位にすることができる。これにより、たとえば接地された金属フレームに対して負の電位を有する場合に劣化の進行する太陽電池モジュールに対して、PIDの進行を抑制することができる。また、たとえば、電力系統と電力変換装置111とが絶縁されておらず、電力系統から第1の接続部を介して地絡電流が流れる回路構成であっても、連系リレー33を開くことで、地絡電流を防ぐことができる。したがって、簡易な構成で、太陽光発電装置の劣化を抑制することができる。
また、本発明の実施の形態に係る電力変換システム311では、HEMS151は、PV用リレー31をオンするとともに連系リレー33をオフする昼モード、およびPV用リレー31をオフするとともに連系リレー33をオンする夜モードを切り替える。
このような構成により、たとえば、電力系統と電力変換装置111とが絶縁されていない状態における地絡電流を防ぎながら、太陽光発電部1からの発電電力および電力系統からの電力のいずれか一方を電力変換装置111へ供給することができる。
また、本発明の実施の形態に係る電力変換システム311は、さらに、太陽光発電部1の出力電力および電力系統からの電力を蓄積可能な蓄電池6を備える。そして、HEMS151は、太陽光発電部1の出力電力をエネルギーに変換して蓄積または消費する特定負荷51の電力消費予測情報、および太陽光発電部1の発電予測情報を取得し、取得した電力消費予測情報および発電予測情報に基づいて蓄電池6の蓄電残量を調整する。
このような構成により、たとえば、翌日の昼間における特定負荷51の電力消費を満たすために必要な蓄電残量を、電力消費予測情報および発電予測情報に基づいて算出することができるので、夜間における電力系統から蓄電池6への充電量の過大および過少を防ぐことができる。これにより、蓄電池6への充電量の過大に起因する太陽光発電部1による発電電力量の過剰、および蓄電池6への充電量の過少に起因する翌日の昼間における特定負荷51への電力供給不足を防ぐことができる。
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく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。
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
[付記1]
電力変換装置であって、
太陽光発電部から受けた直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、
前記太陽光発電部と前記電力変換部との間に接続される第1のスイッチと、
前記電力変換部と電力系統との間に接続される第2のスイッチと、
前記太陽光発電部および前記電力変換部を電気的に接続する負側線を前記太陽光発電部および前記第1のスイッチの間において接地するための第1の接続部とを備え、
前記電力変換装置では、前記太陽光発電部および前記第1のスイッチの間において端子台が前記第1の接続部として設けられ、
前記端子台は、第1の端子と、第2の端子と、第3の端子とを含み、
前記第1の端子は、前記太陽光発電部および前記電力変換部を電気的に接続する正側線を固定し、
前記第2の端子は、前記負側線を固定し、
前記第3の端子は、一端が接地された接地線を固定し、
前記第2の端子および前記第3の端子は、電気的に接続されている、電力変換装置。
[付記2]
電力変換装置と、
制御装置とを備え、
前記電力変換装置は、
太陽光発電部から受けた直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、
前記太陽光発電部と前記電力変換部との間に接続される第1のスイッチと、
前記電力変換部と電力系統との間に接続される第2のスイッチと、
前記太陽光発電部および前記電力変換部を電気的に接続する負側線を前記太陽光発電部および前記第1のスイッチの間において接地するための接続部とを含み、
前記制御装置は、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチのオンおよびオフを制御し、
前記電力変換装置では、前記太陽光発電部および前記第1のスイッチの間において端子台が前記第1の接続部として設けられ、
前記端子台は、第1の端子と、第2の端子と、第3の端子とを含み、
前記第1の端子は、前記太陽光発電部および前記電力変換部を電気的に接続する正側線を固定し、
前記第2の端子は、前記負側線を固定し、
前記第3の端子は、一端が接地された接地線を固定し、
前記第2の端子および前記第3の端子は、電気的に接続されている、電力変換システム。
[付記3]
前記電力変換部および前記電力系統は、非絶縁である、付記1または付記2に記載の電力変換装置。