JP2019022370A - Power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電装置に関する。 The present invention relates to a power generator.
特許文献1には、複数の太陽光パネルを並列に接続することで、片方の太陽光の電圧が低下した場合に、もう片方の電圧によって補うことで、インバータの最適起動電圧以上にする制御を行うことにより、システム全体の高効率化を図る太陽光発電システムが開示されている。 In Patent Document 1, by connecting a plurality of solar panels in parallel, when the voltage of sunlight on one side decreases, the voltage on the other side is compensated to make it more than the optimum starting voltage of the inverter. A solar power generation system that achieves high efficiency of the entire system by performing is disclosed.
特許文献2には、風力発電の出力が不安定となった時に、風力発電の電力が供給される電力系統への影響を抑えるために、インピーダンス負荷等で出力を一定以下に制限する風力発電システムが開示されている。 Patent Document 2 discloses a wind power generation system that restricts the output to a certain level or less with an impedance load or the like in order to suppress the influence on the power system to which the power of the wind power generation is supplied when the output of the wind power generation becomes unstable. Is disclosed.
再生可能エネルギーを利用した太陽光発電システムや風力発電システムに搭載されるインバータは、一般的に低出力(低電圧)時に変換効率が大幅に低下することが知られている。また、太陽光発電システムや風力発電システムの電圧が、インバータの最低起動電圧以下の場合には、交流電力に変換されないため、折角の電力が無駄になってしまう。 It is known that conversion efficiency of inverters mounted on solar power generation systems and wind power generation systems using renewable energy is generally greatly reduced at low output (low voltage). Further, when the voltage of the solar power generation system or the wind power generation system is equal to or lower than the minimum starting voltage of the inverter, it is not converted into AC power, so that the power at the corner is wasted.
そこで、例えば太陽光発電システムの低出力(低電圧)時に、系統電力を用いて昇圧し、インバータ効率を上げる方法が考えられるが、系統電力の不安定化につながるため適切とは言えない。 Thus, for example, a method of boosting the inverter efficiency by using the system power at the time of low output (low voltage) of the photovoltaic power generation system can be considered, but it is not appropriate because it leads to instability of the system power.
本発明は、再生可能エネルギーを用いた発電装置において高効率で発電させることができる発電装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a power generation device capable of generating power with high efficiency in a power generation device using renewable energy.
上記目的を達成するために、本発明の発電装置は、再生可能エネルギーを利用して発電する発電部と、前記発電部から出力された第1の電圧を第2の電圧に変換するインバータと、前記インバータに入力される入力電圧が、前記インバータの変換効率が所望の変換効率となる予め定めた閾値電圧以上となるように、前記第1の電圧を補助する補助電圧を出力する補助電源部と、を備える。 To achieve the above object, a power generation device of the present invention includes a power generation unit that generates power using renewable energy, an inverter that converts a first voltage output from the power generation unit into a second voltage, An auxiliary power supply unit that outputs an auxiliary voltage for assisting the first voltage so that an input voltage input to the inverter is equal to or higher than a predetermined threshold voltage at which the conversion efficiency of the inverter becomes a desired conversion efficiency; .
本発明によれば、再生可能エネルギーを用いた発電装置において高効率で発電させることができる。 According to the present invention, it is possible to generate power with high efficiency in a power generation device using renewable energy.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示されるように、本実施形態に係る発電装置10は、発電部12、インバータ14、補助電源部16、検出部18、及び制御部20を備える。 As illustrated in FIG. 1, the power generation apparatus 10 according to the present embodiment includes a power generation unit 12, an inverter 14, an auxiliary power supply unit 16, a detection unit 18, and a control unit 20.
発電部12は、再生可能エネルギーを利用して発電する発電装置である。再生可能エネルギーとしては、例えば太陽光、太陽熱、風力、水力、地熱、バイオマス、水を熱源とする熱、雪氷熱、海洋温度差、波力、潮流(海流)、潮汐等が挙げられる。すなわち、本実施形態における再生可能エネルギーには、所謂エネルギーハーベスティング技術による発電が含まれ、例えば下記参考文献に記載された再生可能エネルギーが含まれる。
(参考文献)
「NEDO再生可能エネルギー技術白書 第2版」、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構
The power generation unit 12 is a power generation device that generates power using renewable energy. Examples of the renewable energy include sunlight, solar heat, wind power, hydropower, geothermal, biomass, heat using water as a heat source, snow / ice heat, ocean temperature difference, wave power, tidal current (sea current), tide, and the like. That is, the renewable energy in the present embodiment includes power generation by so-called energy harvesting technology, and includes, for example, the renewable energy described in the following references.
(References)
"NEDO Renewable Energy Technology White Paper 2nd Edition", New Energy and Industrial Technology Development Organization
インバータ14は、発電部12から出力された第1の電圧を第2の電圧に変換する。ここで、第1の電圧は、例えば直流電圧である。また、第2の電圧は、例えば交流電圧である。 The inverter 14 converts the first voltage output from the power generation unit 12 into a second voltage. Here, the first voltage is, for example, a DC voltage. The second voltage is, for example, an alternating voltage.
補助電源部16は、第1の電圧が予め定めた閾値電圧以上となるように第1の電圧を補助する補助電圧を出力する。 The auxiliary power supply unit 16 outputs an auxiliary voltage that assists the first voltage so that the first voltage is equal to or higher than a predetermined threshold voltage.
補助電源部16は、本実施形態では、一例として燃料電池22及び燃料供給部24を含む。 In the present embodiment, the auxiliary power supply unit 16 includes a fuel cell 22 and a fuel supply unit 24 as an example.
燃料電池22は、本実施形態では一例として純水素燃料電池を用いる。純水素燃料電池は、他の燃料電池と比較して高効率で負荷追従性が高く、起動時間が短いためである。 In the present embodiment, a pure hydrogen fuel cell is used as the fuel cell 22 as an example. This is because the pure hydrogen fuel cell has high efficiency, high load followability, and short startup time compared to other fuel cells.
燃料供給部24は、燃料としての水素を燃料電池22に供給する。 The fuel supply unit 24 supplies hydrogen as fuel to the fuel cell 22.
なお、補助電源部16としては、燃料電池に限らず、例えばガスエンジン又はガスタービン等と用いた発電装置を用いてもよいし、蓄電池を用いてもよい。 Note that the auxiliary power supply unit 16 is not limited to a fuel cell, and may be a power generation device used with, for example, a gas engine or a gas turbine, or a storage battery.
検出部18は、発電部12から出力される第1の電圧(の電圧値)を検出する。 The detection unit 18 detects the first voltage (voltage value) output from the power generation unit 12.
制御部20は、検出部18により検出された第1の電圧が閾値電圧未満の場合に、インバータ14に入力される入力電圧が、インバータ14の変換効率が所望の変換効率となる予め定めた閾値電圧以上となるように、補助電源部16から補助電圧を出力させるように補助電源部16を制御する。 When the first voltage detected by the detection unit 18 is less than the threshold voltage, the control unit 20 determines that the input voltage input to the inverter 14 is a predetermined threshold at which the conversion efficiency of the inverter 14 becomes a desired conversion efficiency. The auxiliary power supply unit 16 is controlled so as to output the auxiliary voltage from the auxiliary power supply unit 16 so as to be equal to or higher than the voltage.
ここで、閾値電圧は、インバータ14の変換効率が所望の変換効率となる電圧、例えばインバータ14の変換効率として許容される許容範囲の下限値に対応する電圧に設定される。 Here, the threshold voltage is set to a voltage at which the conversion efficiency of the inverter 14 becomes a desired conversion efficiency, for example, a voltage corresponding to a lower limit value of an allowable range permitted as the conversion efficiency of the inverter 14.
例えば、インバータ14の変換効率の特性が図2に示すような特性であったとする。ここで、図2の横軸はインバータ14に入力される入力電圧(V)、縦軸はインバータ14の変換効率(%)である。この場合、図2に示すように、インバータ14の所望の変換効率がL(%)以上であった場合、このL(%)に対応する電圧THを閾値電圧に設定する。なお、Lは、例えば90%以上の値(例えば95%)に設定されるが、これに限られるものではない。 For example, assume that the conversion efficiency characteristic of the inverter 14 is as shown in FIG. Here, the horizontal axis in FIG. 2 is the input voltage (V) input to the inverter 14, and the vertical axis is the conversion efficiency (%) of the inverter 14. In this case, as shown in FIG. 2, when the desired conversion efficiency of the inverter 14 is equal to or higher than L (%), the voltage TH corresponding to L (%) is set as the threshold voltage. Note that L is set to, for example, a value of 90% or more (for example, 95%), but is not limited thereto.
このように、インバータ14の所望の変換効率に対応する電圧を閾値電圧THに設定することにより、発電部12から出力された第1の電圧が低電圧の場合であっても、補助電源部16から出力される補助電圧によってインバータ14に入力される入力電圧が閾値電圧TH以上に維持される。すなわち、インバータ14の変換効率が所望の変換効率以上に維持される。 In this way, by setting the voltage corresponding to the desired conversion efficiency of the inverter 14 to the threshold voltage TH, even if the first voltage output from the power generation unit 12 is a low voltage, the auxiliary power supply unit 16 The input voltage input to the inverter 14 is maintained at the threshold voltage TH or higher by the auxiliary voltage output from. That is, the conversion efficiency of the inverter 14 is maintained at or above the desired conversion efficiency.
具体的には、制御部20は、検出部18で検出された第1の電圧が閾値電圧TH未満の場合は、インバータ14に入力される電圧が閾値電圧TH以上となるように、燃料供給部24から燃料電池22に供給される水素の量を例えばPLC(Programmable Logic Controller)制御により制御する。 Specifically, when the first voltage detected by the detection unit 18 is less than the threshold voltage TH, the control unit 20 controls the fuel supply unit so that the voltage input to the inverter 14 is equal to or higher than the threshold voltage TH. The amount of hydrogen supplied from the fuel cell 22 to the fuel cell 22 is controlled by, for example, PLC (Programmable Logic Controller) control.
次に、本実施形態の作用として、制御部20で実行される発電処理について図3に示すフローチャートを参照して説明する。 Next, as an operation of the present embodiment, power generation processing executed by the control unit 20 will be described with reference to a flowchart shown in FIG.
まず、ステップS100では、検出部18により検出された第1の電圧(の電圧値)を取り込む。 First, in step S100, the first voltage (voltage value) detected by the detection unit 18 is captured.
ステップS102では、ステップS100で取り込んだ第1の電圧が閾値電圧TH未満か否かを判定する。そして、第1の電圧が閾値電圧TH未満の場合はステップS104へ移行する。一方、第1の電圧が閾値電圧TH以上の場合はステップS100へ戻る。 In step S102, it is determined whether or not the first voltage acquired in step S100 is less than the threshold voltage TH. If the first voltage is less than the threshold voltage TH, the process proceeds to step S104. On the other hand, if the first voltage is equal to or higher than the threshold voltage TH, the process returns to step S100.
ステップS104では、インバータ14に入力される電圧が閾値電圧TH以上となるような補助電圧がインバータ14に出力されるように燃料供給部24を制御する。例えば、ステップS100で取り込んだ第1の電圧と閾値電圧THとの差分電圧を算出し、算出した差分電圧に対応する水素の量を例えば演算式又はテーブルデータを用いて求める。そして、求めた量の水素が燃料電池22に供給されるように燃料供給部24を制御する。これにより、インバータ14に入力される電圧が閾値電圧TH以上に維持され、インバータの変換効率が所望の変換効率に維持される。 In step S <b> 104, the fuel supply unit 24 is controlled so that an auxiliary voltage that causes the voltage input to the inverter 14 to be equal to or higher than the threshold voltage TH is output to the inverter 14. For example, a differential voltage between the first voltage captured in step S100 and the threshold voltage TH is calculated, and the amount of hydrogen corresponding to the calculated differential voltage is obtained using, for example, an arithmetic expression or table data. Then, the fuel supply unit 24 is controlled so that the determined amount of hydrogen is supplied to the fuel cell 22. Thereby, the voltage input to the inverter 14 is maintained at the threshold voltage TH or higher, and the conversion efficiency of the inverter is maintained at a desired conversion efficiency.
このように、本実施形態では、発電部12から出力される第1の電圧が閾値電圧TH未満の場合に、インバータ14に入力される電圧が閾値電圧TH以上となるように、燃料電池22に供給される水素の量を制御する。これにより、発電部12から出力される第1の電圧が、インバータ14の変換効率が低下する閾値電圧TH未満の場合であっても、インバータ14を高効率で稼働させることができる。 Thus, in the present embodiment, when the first voltage output from the power generation unit 12 is less than the threshold voltage TH, the fuel cell 22 is configured so that the voltage input to the inverter 14 is equal to or higher than the threshold voltage TH. Control the amount of hydrogen supplied. Thereby, even if it is a case where the 1st voltage output from the electric power generation part 12 is less than threshold voltage TH in which the conversion efficiency of the inverter 14 falls, the inverter 14 can be operated with high efficiency.
なお、本実施形態では、第1の電圧が閾値電圧TH未満か否かに応じて燃料電池22に供給する水素の量を制御する場合について説明したが、これに限らず、補助電源部16が、第1の電圧が変動してもインバータ14に入力される入力電圧が閾値電圧TH以上となるように予め設定された補助電圧を出力するように構成してもよい。 In the present embodiment, the case where the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 22 is controlled according to whether or not the first voltage is less than the threshold voltage TH has been described. The auxiliary voltage set in advance may be output so that the input voltage input to the inverter 14 is equal to or higher than the threshold voltage TH even when the first voltage fluctuates.
この場合、第1の電圧の変動範囲を予め求めておき、その変動範囲で第1の電圧が変動してもインバータ14に入力される入力電圧が常に閾値電圧TH以上となるような補助電圧がインバータ14に出力されるように、燃料供給部24から燃料電池22に供給される水素の量を予め設定しておく。これにより、第1の電圧を検出して燃料電池22に供給する水素の量を制御する必要がなく、検出部18を省略することができる。 In this case, a fluctuation range of the first voltage is obtained in advance, and even if the first voltage fluctuates within the fluctuation range, an auxiliary voltage is provided so that the input voltage input to the inverter 14 is always equal to or higher than the threshold voltage TH. The amount of hydrogen supplied from the fuel supply unit 24 to the fuel cell 22 is set in advance so as to be output to the inverter 14. Thereby, it is not necessary to detect the first voltage and control the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 22, and the detection unit 18 can be omitted.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることはいうまでもない。 The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Nor.
10 発電装置
12 発電部
14 インバータ
16 補助電源部
18 検出部
20 制御部
22 燃料電池
24 燃料供給部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power generator 12 Power generation part 14 Inverter 16 Auxiliary power supply part 18 Detection part 20 Control part 22 Fuel cell 24 Fuel supply part
Claims (5)
前記発電部から出力された第1の電圧を第2の電圧に変換するインバータと、
前記インバータに入力される入力電圧が、前記インバータの変換効率が所望の変換効率となる予め定めた閾値電圧以上となるように、前記第1の電圧を補助する補助電圧を出力する補助電源部と、
を備えた発電装置。 A power generation unit that generates power using renewable energy;
An inverter that converts the first voltage output from the power generation unit into a second voltage;
An auxiliary power supply unit that outputs an auxiliary voltage for assisting the first voltage so that an input voltage input to the inverter is equal to or higher than a predetermined threshold voltage at which the conversion efficiency of the inverter becomes a desired conversion efficiency; ,
A power generator with
前記検出部により検出された前記第1の電圧が前記閾値電圧未満の場合に、前記入力電圧が前記閾値電圧以上となるように、前記補助電源部から前記補助電圧を出力させる制御を行う制御部と、
を備えた請求項1記載の発電装置。 A detection unit for detecting the first voltage;
A control unit that performs control to output the auxiliary voltage from the auxiliary power supply unit so that the input voltage is equal to or higher than the threshold voltage when the first voltage detected by the detection unit is less than the threshold voltage. When,
The power generation device according to claim 1, comprising:
請求項1記載の発電装置。 The power generator according to claim 1, wherein the auxiliary power supply unit outputs a preset auxiliary voltage so that an input voltage input to the inverter is equal to or higher than the threshold voltage even if the first voltage fluctuates. .
請求項1〜3の何れか1項に記載の発電装置。 The power generator according to claim 1, wherein the auxiliary power supply unit includes a pure hydrogen fuel cell.
請求項1〜4の何れか1項に記載の発電装置。 The renewable energy is any one of sunlight, solar heat, wind power, hydropower, geothermal, biomass, heat using water as a heat source, snow / ice heat, ocean temperature difference, wave power, tidal current, and tide. The power generation device according to any one of the above.
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