JP3181423B2 - バッテリ併用型太陽光発電設備 - Google Patents

バッテリ併用型太陽光発電設備

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JP3181423B2
JP3181423B2 JP05546693A JP5546693A JP3181423B2 JP 3181423 B2 JP3181423 B2 JP 3181423B2 JP 05546693 A JP05546693 A JP 05546693A JP 5546693 A JP5546693 A JP 5546693A JP 3181423 B2 JP3181423 B2 JP 3181423B2
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Nissin Electric Co Ltd
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Kansai Electric Power Co Inc
Nissin Electric Co Ltd
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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば電力系統と連
系して負荷へ電力を供給するバッテリ併用型太陽光発電
設備に関するものである。このバッテリ併用型太陽光発
電設備は、負荷の消費電力の少なくとも一部を負担し、
電力系統から負荷へ供給される電力を削減し、省エネル
ギー化を達成することができるものであり、負荷の消費
電力が零のとき、もしくは太陽電池の発生電力が負荷の
消費電力よりも大きいときには、余剰電力を電力系統に
逆潮流させることも可能なものである。
【0002】
【従来の技術】図14に従来のバッテリ併用型太陽光発
電設備の従来例の概略ブロック図を示す。このバッテリ
併用型太陽光発電設備は、図14に示すように、太陽電
池101を逆流阻止ダイオード102を介して連系装置
であるインバータ103の直流端に接続し、インバータ
103の交流端に負荷104を接続している。負荷10
4は、スイッチ105を介して電力系統106に接続さ
れている。電力系統106と連系しない場合、つまり負
荷104の消費電力の100%を太陽電池101から供
給する場合には、スイッチ105をオフにする。
【0003】また、インバータ103の直流端には、内
部抵抗(出力インピーダンス)RBを有するバッテリ1
07が逆流阻止ダイオード108を介して接続されてい
る。逆流阻止ダイオード108には、放電モード時にオ
フとなり、充電モード時にオンとなるスイッチ109が
並列接続されている。このスイッチ109は夜間等にお
けるバッテリ107の充電時にオンにする。
【0004】つぎに、このバッテリ併用型太陽光発電設
備の動作を説明する。太陽電池101が発電を行う昼間
は、スイッチ109をオフにしておく。この状態におい
て、インバータ103の消費電力PINV が太陽電池10
1の発生電力PPVより大きいときは、太陽電池101か
ら逆流阻止ダイオード102を通してインバータ103
へ直流電力が供給されると同時に、バッテリ107から
電力の不足分として電力PB が逆流阻止ダイオード10
8を介してインバータ103へ供給される。このときの
インバータ103の直流端の電圧VDCは、バッテリ10
7の開放電圧VB1と内部抵抗RB とバッテリ107から
インバータ103へ供給される電力PB 、つまりバッテ
リ107の放電電流によって決まる。
【0005】また、昼間において、インバータ103の
消費電力PINV が太陽電池101の発生電力PPVより小
さくなると、太陽電池101から逆流阻止ダイオード1
02を通してインバータ103へ直流電力が供給され
る。このとき、太陽電池101の出力電圧、つまりイン
バータ103の直流端の電圧VDCは、太陽電池101の
発生電力PPVとインバータ103の消費電力PINV とが
等しくなるような電圧値で安定する。
【0006】インバータ103は、供給された直流電力
を、電力系統と同じ周波数の交流電力に変換し、負荷1
04に対し、その消費電力の少なくとも一部として供給
する。なお、負荷104の残りの消費電力は電力系統1
06から供給される。一方、夜間においては、太陽電池
101の発生電力PPVは零となるので、インバータ10
3の動作を停止させる。この結果、負荷104へは、電
力系統106から全電力が供給されることになり、バッ
テリ107からの放電も停止する。このとき、逆流阻止
ダイオード108に並列接続したスイッチ109をオン
にすると、インバータ103におけるスイッチング素子
に逆並列接続したダイオードが全波整流器として機能
し、電力系統106からインバータ103およびスイッ
チ109を介してバッテリ107に充電電流が供給さ
れ、バッテリ107が夜間充電される。
【0007】この際、インバータ103を単に全波整流
器として運転することでバッテリ107を充電するが、
インバータ103の電圧とバッテリ107の電圧とがま
ちまちであり、バッテリ107に初期充電時等に過大な
充電電流が流れることがあり、これを防止するには、ス
イッチ109を省き、バッテリチャージャを設けて電力
系統106から直接定電流充電を行うことも考えられ
る。なお、充電電流はバッテリ107の内部抵抗RB
よって制限される。
【0008】図15は、インバータ103の消費電力P
INV が太陽電池101の発生電力P PVより大きいとき
(放電モード)におけるインバータ103の入力直流電
圧VDCと太陽電池101の発生電力PPVおよびバッテリ
107の放出電力PB との関係を示す特性図である。図
15では、横軸にインバータ103の入力直流電圧VDC
をとり、縦軸に太陽電池101の発生電力PPVおよびバ
ッテリ107の放出電力PB をとっており、曲線A1
インバータ103の入力直流電圧VDCと太陽電池101
の発生電力P PVの関係を示し、曲線A2 はインバータ1
03の入力直流電圧VDCとバッテリ107の放出電力P
B との関係を示し、曲線A3 はインバータ103の入力
直流電圧VDCと太陽電池101の発生電力PPVおよびバ
ッテリ107の放出電力PB の和との関係を示してい
る。
【0009】これらの特性は、日射量およびセル温度が
一定の条件の元での測定結果を示す。この図15は、P
INV =PB1+PPV1 なる電圧V1 にて安定していること
を示している。つまり、このときに、PPV=PPV1 とな
り、PB =PB1 となり、V DC=V1 となっている。
【0010】なお、図15において、VPVO は太陽電池
101の開放電圧を示し、VB1は内部抵抗(出力インピ
ーダンス)がRB1のときのバッテリ107の開放電圧を
示し、PPVM は太陽電池101の発生可能最大電力を示
している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】図14に示した従来例
のバッテリ併用型太陽光発電設備では、図15に示した
放電モードの安定状態においては、太陽電池101の発
生電力PPV1 が太陽電池101の発生可能最大電力P
PVM より小さい状態となっており、太陽電池101の発
電能力を最大限利用しているとはいえなかった。この結
果、バッテリ107から余分な電力がインバータ103
へ供給され、バッテリ107の蓄積エネルギーの消耗が
大きいという問題があった。
【0012】その理由は、太陽電池101が発生可能最
大電力PPVM を発生する端子電圧が太陽電池101のセ
ル温度によって変化し、インバータ103の直流端の電
圧を、太陽電池101が発生可能最大電力PPVM を発生
できる太陽電池101の端子電圧に設定することができ
ないからである。つまり、図14のように、単に太陽電
池101とバッテリ107とをダイオード結合するだけ
の構成では、日射から得られるエネルギーを有効に使用
しているとはいえなかった。また、バッテリ107が不
必要な放電をするため、バッテリ107の使用効率も悪
く、バッテリ107の容量を大きくすることが必要とな
る。
【0013】また、図14のバッテリ併用型太陽光発電
設備は、昼間において、インバータの消費電力PINV
小さく、太陽電池101の発電能力に余裕があるときで
も、逆流阻止ダイオード108で電流がブロックされ、
余剰の発生電力PPV1 をバッテリ107の充電に供する
ことはできなかった。なお、仮に昼間において、スイッ
チ109をオンにして、太陽電池101からの充電電流
をバッテリ107に供給することが可能な構成にしたと
しても、太陽電池101の発電能力を最大にした状態で
の充電は行えなかった。これも、このバッテリ107の
充電の際に、インバータ103の直流端の電圧を太陽電
池101が発生可能最大電力PPVM を発生できる太陽電
池101の端子電圧に設定することができないからであ
る。
【0014】したがって、この発明の目的は、太陽電池
の発電能力を最大限に発揮させ、日射エネルギーを有効
に利用することができるバッテリ併用型太陽光発電設備
を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明のバ
ッテリ併用型太陽光発電設備は、与えられた電力出力指
令値に対応した電力を発生するインバータと太陽電池と
を接続し、太陽電池とインバータとの接続点とバッテリ
との間に出力電圧制御用の第1のDC/DCコンバータ
と充電電流または充電電力制御用の第2のDC/DCコ
ンバータとを並列に挿入している。
【0016】そして、バッテリ放電指令発生時には、第
1のDC/DCコンバータを選択的に動作させて太陽電
池の発生電力が最大となるように太陽電池とインバータ
との接続点の電圧を制御する。また、太陽電池による充
電を指令するバッテリ充電指令発生時には、第2のDC
/DCコンバータを選択的に動作させて太陽電池の発生
電力が最大となるようにバッテリへの充電電流または充
電電力を制御する。
【0017】請求項2記載の発明のバッテリ併用型太陽
光発電設備は、請求項1記載の構成に加え、電力系統に
よる充電を指令するバッテリ充電指令発生時には、イン
バータを電力系統の電圧を整流して第2のDC/DCコ
ンバータに加える全波整流器として機能させるととも
に、第2のDC/DCコンバータを選択的に動作させて
バッテリへの充電電流または充電電力を一定に制御す
る。
【0018】
【作用】請求項1記載の発明の構成によれば、太陽電池
からインバータへ電力供給する際に、太陽電池の発生可
能最大電力がインバータの消費電力より小さいときに
は、バッテリ放電指令を発生させ、第1のDC/DCコ
ンバータを選択的に動作させ、太陽電池の発生電力が最
大となるように太陽電池とインバータとの接続点の電圧
を制御する。インバータの消費電力から太陽電池の発生
電力を引いた不足電力は、バッテリの放電による電力供
給で賄われる。このとき、バッテリの放電電流量は、バ
ッテリの端子電圧と太陽電池とインバータとの接続点と
の電圧の差により自動的に決定される。
【0019】また、太陽電池からインバータへ電力供給
する際に、太陽電池の発生可能最大電力がインバータの
消費電力より大きいときには、バッテリ充電指令を発生
させ、第2のDC/DCコンバータを選択的に動作さ
せ、太陽電池の発生電力が最大となるようにバッテリへ
の充電電流または充電電力を制御する。太陽電池の発生
電力からインバータの消費電力を引いた余剰電力は、バ
ッテリの充電に供される。
【0020】請求項2記載の発明の構成によれば、例え
ば夜間等のように太陽電池からの電力発生がない場合に
おいては、電力系統による充電を指令するバッテリ充電
指令を発生させ、インバータを全波整流器として機能さ
せ、電力系統の電圧を整流して第2のDC/DCコンバ
ータに加えるとともに、第2のDC/DCコンバータを
選択的に動作させてバッテリへの充電電流または充電電
力を一定に制御する。電力系統からインバータおよび第
2のDC/DCコンバータを通して送られる電力は、バ
ッテリの充電に供される。
【0021】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。図1にこの発明の一実施例のバッテリ併用
型太陽光発電設備の概略ブロック図を示す。このバッテ
リ併用型太陽光発電設備は、図1に示すように、太陽電
池1を逆流阻止ダイオード2を介して連系装置であるイ
ンバータ3に接続している。太陽電池1とインバータ3
との接続点(逆流阻止ダイオード2のカソード側)とバ
ッテリ4との間にバッテリコントローラ5を挿入してい
る。インバータ3は、負荷6に接続され、電力系統7と
連系して負荷6へ電力を供給するようになっている。負
荷6は、電力系統7にスイッチ8を介して接続されてい
る。電力系統7と連系しない場合、つまり負荷6の消費
電力の100%を太陽電池1もしくはバッテリ4から供
給する場合には、スイッチ8をオフにする。
【0022】インバータ3は、与えられた電力出力指令
値に対応した電力を連系点(つまり、インバータ3と負
荷6と電力系統7と共通接続点)に供給する。なお、イ
ンバータ3から発生する電力は、負荷6の消費電力の少
なくとも一部であり、残りは電力系統7から供給され
る。バッテリ4は、内部抵抗(出力インピーダンス)R
B を有し、電圧はVB である。
【0023】なお、図1において、IPVは太陽電池1の
出力電流である。PINV とPPVとP B とVDCとは図14
と同様である。バッテリコントローラ5は、図2に示す
ように、太陽電池1とインバータ3との接続点とバッテ
リ4との間に出力電圧制御用の第1のDC/DCコンバ
ータ9と充電電流または充電電力制御用の第2のDC/
DCコンバータ10とを並列的に接続した構成となって
いる。
【0024】なお、充電モード時および放電モード時に
第1および第2のDC/DCコンバータ9,10を選択
的に動作させるために、それらの入出力端にスイッチ1
1,12を挿入している。充電モード時には、スイッチ
11,12が「充電」側に切り替わり、インバータ3の
直流側から第2のDC/DCコンバータ10を通してバ
ッテリ4側へ電力PBCが供給され、放電モード時には、
スイッチ11,12が「放電」側に切り替わり、バッテ
リ4側から第1のDC/DCコンバータ9を通してイン
バータ3側へ電力PBDが供給される。
【0025】そして、バッテリ放電指令発生時には、第
1のDC/DCコンバータ9を選択的に動作させて太陽
電池1の発生電力PPVが最大となるように太陽電池1と
インバータ3との接続点の電圧を制御する。このとき、
バッテリコントローラ5は、等価的にバッテリ4の出力
インピーダンスおよび開放電圧を変化させる機能を有す
ることになる。
【0026】また、太陽電池1による充電を指令するバ
ッテリ充電指令発生時には、第2のDC/DCコンバー
タ10を選択的に動作させて太陽電池1の発生電力PPV
が最大となるようにバッテリ4への充電電流または充電
電力を制御する。さらに、電力系統7による充電を指令
するバッテリ充電指令発生時には、インバータ3を電力
系統7の電圧を整流して第2のDC/DCコンバータ1
0に加える全波整流器として機能させるとともに、第2
のDC/DCコンバータ10を選択的に動作させてバッ
テリ4への充電電流または充電電力を一定に制御する。
【0027】このバッテリ併用型太陽光発電設備では、
太陽電池1からインバータ3へ電力供給する際に、太陽
電池1の発生可能最大電力PPVM がインバータ3の消費
電力PINV より小さいときには、バッテリ放電指令を発
生させ、第1のDC/DCコンバータ9を選択的に動作
させ、太陽電池1の発生電力PPVが最大となるように太
陽電池1とインバータ3との接続点の電圧を制御する。
上記の最大電力発生制御を行うことにより、太陽電池1
の発生電力PPVは発生可能最大電力PPVM となる。
【0028】インバータ3の消費電力から太陽電池1の
発生電力を引いた不足電力は、バッテリ4の放電による
電力供給で賄われる。このとき、バッテリ4の放電電流
量は、バッテリ4の端子電圧と太陽電池1とインバータ
3との接続点との電圧の差により自動的に決定される。
また、太陽電池1からインバータ3へ電力供給する際
に、太陽電池1の発生可能最大電力PPVM がインバータ
3の消費電力PINV より大きいときには、バッテリ充電
指令を発生させ、第2のDC/DCコンバータ10を選
択的に動作させ、太陽電池1の発生電力PPVが最大とな
るようにバッテリ4への充電電流または充電電力を制御
する。このときも、最大電力発生制御を行うことによ
り、太陽電池1の発生電力PPVは発生可能最大電力P
PVM となる。
【0029】太陽電池1の発生電力PPVからインバータ
3の消費電力PINV を引いた余剰電力は、バッテリ4の
充電に供される。さらに、例えば夜間等のように太陽電
池1からの電力発生がない場合においては、電力系統7
による充電を指令するバッテリ充電指令を発生させ、イ
ンバータ3を全波整流器として機能させ、電力系統7の
電圧を整流して第2のDC/DCコンバータ10に加え
るとともに、第2のDC/DCコンバータ10を選択的
に動作させてバッテリ4への充電電流または充電電力を
一定に制御する。電力系統7からインバータ3および第
2のDC/DCコンバータ10を通して送られる電力
は、バッテリ4の充電に供される。
【0030】図3は、インバータ3の消費電力PINV
太陽電池1の発生可能最大電力PPV M より大きいとき
(放電モード)におけるインバータ3の直流端の電圧V
DCと太陽電池1の発生電力PPVおよびバッテリ4の放出
電力PB との関係を示す特性図である。図3では、横軸
にインバータ3の直流端の電圧VDCをとり、縦軸に太陽
電池1の発生電力PPVおよびバッテリ4の放出電力PB
をとっており、曲線B1 はインバータ3の直流端の電圧
DCと太陽電池1の発生電力PPVの関係を示し、曲線B
2 はインバータ3の直流端の電圧VDCとバッテリ4の放
出電力PB との関係を示し、曲線B3 はインバータ3の
直流端の電圧VDCと太陽電池1の発生電力PPVおよびバ
ッテリ4の放出電力PB の和との関係を示している。こ
れらの特性は、日射量およびセル温度が図15と同一の
条件の元での測定結果を示す。
【0031】この図3は、PINV =PB2+PPV2 なる電
圧V2 にて安定していることを示している。つまり、こ
のときに、PPV=PPV2 となり、PB =PB2 となり、
DC=V2 となっている。この電圧V2 は太陽電池1の
発生電力PB2が発生可能最大電力PPVM に等しくなる電
圧値であり、太陽電池1の発電能力を最大限に利用して
いる状態を示している。
【0032】なお、太陽電池1における曲線B1 の形状
は、セル温度,日射量によって異なり、それに合わせて
電圧V2 が常に太陽電池1の発生電力PB2が発生可能最
大電力PPVM に等しくなる電圧値に変化する。つまり、
セル温度、日射量の変化にかかわらず、常に太陽電池1
の発生電力PPV1 を最大とすることができる。また、図
3において、VPVO は太陽電池1の開放電圧を示し、P
PVM は太陽電池1の発生可能最大電力を示している。V
B2はバッテリ4およびバッテリコントーラ5をバッテリ
放電時に等価的に出力インピーダンスRB2を有するバッ
テリとみたときの開放電圧を示している。
【0033】PINV >PPVM のときは、上記した通りバ
ッテリ4から放電が行われる放電モードであり、バッテ
リ放電指令を発生して、PPV2 =PPVM となるように、
出力電圧制御用のDC/DCコンバータ9を動作させ
る。ところが、図4に示すように、インバータ3の消費
電力PINV が減少して、PINV =PPVM となったとき、
もしくはPINV <PPVM 、つまりPINV =PPVM −ΔP
PVとなったときには、その特性が図4のようになる。
【0034】図4は、インバータ3の消費電力PINV
太陽電池1の発生可能最大電力PPV M と等しいときもし
くは小さいとき(充電モード)におけるインバータ3の
直流端の電圧VDCと太陽電池1の発生電力PPVおよびバ
ッテリ4の電力PB との関係を示す特性図である。図4
では、横軸にインバータ3の直流端の電圧VDCをとり、
縦軸に太陽電池1の発生電力PPVおよびバッテリ4の放
出電力PB をとっており、曲線C1 はインバータ3の直
流端の電圧VDCと太陽電池1の発生電力PPVの関係を示
し、曲線C 2 はインバータ3の直流端の電圧VDCとバッ
テリ4の放出電力PB との関係を示し、曲線C3 はイン
バータ3の直流端の電圧VDCと太陽電池1の発生電力P
PVおよびバッテリCの放出電力PB の和との関係を示し
ている。これらの特性は、日射量およびセル温度が図1
5と同一の条件の元での測定結果を示す。
【0035】なお、VB3はバッテリ4およびバッテリコ
ントーラ5をバッテリ放電時において等価的に出力イン
ピーダンスRB3を有するバッテリとみたときの開放電圧
を示している。バッテリコントローラ5は、インバータ
3の消費電力PINV がPINV1=PPVMとなったときに、
バッテリ4からの放出電力PBDが0となるため、バッテ
リ4からの放出電力PB を監視することで、PINV =P
PVM となった状態を確認もしくは検出することができ
る。
【0036】このときに、インバータ3の直流端の電圧
DCは、VDC=V3 =VB3となる。この電圧V3 を記憶
する。そして、この状態からインバータ3の消費電力P
INV がPINV2=PPVM −ΔP PVとなるまでの期間、バッ
テリコントローラ5にて逆流阻止ダイオードで充電をブ
ロックしておけば、インバータ3の消費電力PINV がP
PVM −ΔPPVとなったときには、インバータ3の直流端
の電圧VDCが必ずV4 へ移動する。
【0037】上記において、移動幅のしきい値としてΔ
PV * を予め設定しておき、インバータ3の消費電力P
INV がPPVM に等しいときの電圧V3 から電圧V4 まで
の移動幅ΔPPVがしきい値ΔVPV * を超えたときに、バ
ッテリ充電指令を発生して放電モードにおける最大電力
発生制御動作に切り換える。つまり、充電電流または充
電電力制御用のDC/DCコンバータ10を選択的に動
作させて、太陽電池1の発生電力が最大となるように、
バッテリ4への充電電流または充電電力を制御する。
【0038】ここで、バッテリ放電指令発生時において
最大電力発生制御を行うためのアルゴリズムを図5に示
すフローチャートを参照しながら説明する。このアルゴ
リズムは、一般に山登り法と呼ばれるアルゴリズムであ
る。まず、サンプリングタイマを起動する(ステップS
1)。サンプリングタイマがタイムアップすると、太陽
電池1の端子電圧VPVおよび出力電流IPVのデータを取
り込む(ステップS2)。
【0039】つぎに、端子電圧VPVと出力電流IPVと乗
算して太陽電池1の発生電力PPVを求める(ステップS
3)。前回のサンプリング時にインバータ3の直流端の
電圧VDCの設定値を増加させたどうかを判定する(ステ
ップS4)。ステップS4の判定結果がNOのときに、
今回の太陽電池1の発生電力PPVが前回の太陽電池1の
発生電力PPV-1より大きいかどうかを判定する(ステッ
プS5)。
【0040】ステップS5の判定結果がNOのときに、
インバータ3の直流端の電圧VDCの設定値をΔVDCだけ
増加させ(ステップS6)、ステップS1に戻る。ステ
ップS5の判定結果がYESのときに、インバータ3の
直流端の電圧VDCの設定値をΔVDCだけ減少させ(ステ
ップS7)、ステップS1に戻る。ステップS4の判定
結果がYESのときに、今回の太陽電池1の発生電力P
PVが前回の太陽電池1の発生電力PPV-1より大きいかど
うかを判定する(ステップS8)。
【0041】ステップS8の判定結果がNOのときに、
インバータ3の直流端の電圧VDCの設定値をΔVDCだけ
減少させ(ステップS9)、ステップS1に戻る。ステ
ップS8の判定結果がYESのときに、インバータ3の
直流端の電圧VDCの設定値をΔVDCだけ増加させ(ステ
ップS10)、ステップS1に戻る。以上の各ステップ
を実行することにより、太陽電池1の発生電力が最大と
なるように、インバータ3の直流端の電圧、図2でいえ
ば、出力電圧制御用のDC/DCコンバータ9の出力電
圧が増減制御されることになる。
【0042】つぎに、バッテリ充電指令発生時において
最大電力発生制御を行うためのアルゴリズムを図6に示
すフローチャートを参照しながら説明する。まず、イン
バータ3の直流端の電圧(連系点の電圧)VDCがPBD
0のときに記憶した電圧VDC0 としきい値ΔVPV * との
和を超えたかどうかを判定する(ステップU1)。
【0043】ステップU1の判定結果がNOのときは、
ステップU1に戻る。ステップU1の判定結果がYES
のときは、サンプリングタイマを起動する(ステップU
2)。サンプリングタイマがタイムアップしたときに、
太陽電池1の発生電力PPVの変化分ΔPPVを測定する
(ステップU3)。
【0044】つぎに、変化分ΔPPVが予め設定したしき
い値ΔPPV * より大きいかどうかを判定する(ステップ
U4)。ステップU4の判定結果がYESのときは、充
電電力(もしくは充電電流)P BCの設定値をΔPBCだけ
増加させ(ステップU5)、ステップU1に戻る。ステ
ップU4の判定結果がNOのときは、充電電力(もしく
は充電電流)PBCの設定値をΔPBCだけ減少させ(ステ
ップU6)、ステップU1に戻る。
【0045】以上の各ステップを実行することにより、
太陽電池1の発生電力が最大となるように、バッテリ4
の充電電力(もしくは充電電流)、図2でいえば充電電
力(もしくは充電電流制御用のDC/DCコンバータ1
0の出力が制御されることになる。図7および図8は実
施例のように最大電力制御を行う場合と最大電力制御を
行わない従来例とにおける日射エネルギーの利用の程度
の違いを示す、バッテリ併用型太陽光発電設備の1日の
運転状態の一例を示している。図7は実施例の場合を示
し、図8は従来例の場合を示している。
【0046】図7において、曲線D1 は太陽電池1の発
生電力PPV(発生可能最大電力に等しい)の変化を示
し、曲線D2 はインバータ3の消費電力PINV の変化を
示し、領域X1 は太陽電池1からバッテリ4へ充電電流
が供給されている状態を示し、領域X2 はバッテリ4か
らインバータ3へ放電している状態を示している。図8
において、曲線E1 は太陽電池1の発生電力PPVの変化
を示し、曲線E2はインバータ3の消費電力PINV の変
化を示し、曲線E3 は太陽電池1の発生可能最大電力の
変化を示している。領域Y1 は太陽電池1からバッテリ
4へ充電電流が供給されている状態を示し、領域Y2
バッテリ4からインバータ3へ放電している状態を示し
ている。領域Y3 は太陽電池1の発電能力を最大に引き
出せていない電力もしくはバッテリ4から余分な放電電
力を示している。
【0047】図7と図8を比較することで、実施例の方
が従来例に比べて太陽電池1の発電能力を十分に利用し
ていることが判る。ここで、図1および図2のバッテリ
コントローラ5の具体構成の一例について、図面を参照
しながら説明する。図9はバッテリコントローラの基本
的な回路構成を示している。
【0048】図9において、一点鎖線で囲んだ領域21
は出力電圧制御用のDC/DCコンバータを構成し、同
じく一点鎖線で囲んだ領域22は充電電流もしくは充電
電力制御用のDC/DCコンバータを構成している。2
3ないし26はそれぞれスイッチ素子、27はトラン
ス、28〜30はそれぞれダイオード、31はコンデン
サ、32はインダクタである。
【0049】図10は図9における充電電流もしくは充
電電力制御用のDC/DCコンバータを構成する領域2
2を抽出して図示したものである。同図では、スイッチ
素子25,26はそれぞれトランジスタとして図示して
いる。スイッチ素子25は常時オンとし、スイッチ素子
26をヒステリシスコンパレータ33によってスイッチ
ング制御するようになっている。
【0050】ヒステリシスコンパレータ33は、バッテ
リ34への充電電流IB に応じてスイッチ素子26をオ
ンオフ制御するためのゲート信号VG を与えることで、
充電電流IB を一定に制御するようになっている。具体
的には、しきい値をIB * とし、ヒステリシス幅を±Δ
B としたときに、充電電流IB を(IB * ±ΔIB
と比較し、その比較結果に基づいてゲート信号VG を作
成する。
【0051】35は太陽電池、40は電流検出器、41
はダイオード、42はコンデンサである。上記の充電モ
ードにおける太陽電池の発生電力を最大とする充電電流
の制御は、太陽電池の発生電力が最大となるようにヒス
テリシスコンパレータ33における充電電流IB の設定
値を増減することで可能となる。
【0052】図11に図10の回路によって充電を行う
場合に、バッテリ34に流れるIBの波形および、スイ
ッチ素子36に加えるゲート信号VG の波形を示す。図
12は図9における出力電圧制御用のDC/DCコンバ
ータを構成する領域21を抽出して図示したものであ
る。同図では、スイッチ素子23,24はそれぞれトラ
ンジスタとして図示している。また、36は制御回路、
37は比較器、38はパルス分配器、39は減算器、4
3,44はダイオード、45、46はコンデンサ、47
は電圧検出器である。
【0053】この図12の回路では、バッテリ34の電
圧をスイッチ素子23,24およびトランス27で高周
波電圧に変換し、それをダイオード28,29で整流し
て、インダクタ32を通して太陽電池35側へ送る。こ
の際、ダイオード28,29のカソード側にて直流電圧
DCを検出し、インバータに与えるべき目標とする電圧
DC * から減算器39にて直流電圧VDCを減じ、得られ
た電圧(VDC * −VDC)に対して制御回路36にて所定
の比例積分制御のための伝達関数演算処理を行った後、
制御回路36の出力信号を比較器37にて、例えば鋸歯
状波信号と比較し、その比較結果として得られるパルス
幅変調信号をパルス分配器38で2分配してスイッチ素
子23,24に加えることにより、直流電圧VDCを一定
とする制御が行われる。
【0054】なお、上記の比例積分制御の伝達関数とし
ては、例えば、K1 ,K2 ,T1 を定数、Sをラプラス
演算子としたときに、一例として、{K2 +(K1 /S
1)}が考えられる。上記の放電モードにおける太陽
電池の発生電力を最大とする出力電圧の制御は、目標と
する電圧VDC * の設定を、太陽電池の発生電力が最大と
なるように変化させることで可能となる。
【0055】図13は図10の回路と図12の回路とを
組み合わせて図示したもので、図9の具体回路に相当す
るものである。この回路において、バッテリを充電する
モードでは、スイッチ素子23,24をオフにし、スイ
ッチ素子25をオンにし、スイッチ素子26をオンオフ
制御する。また、バッテリから放電させるモードでは、
スイッチ素子25,26をオフにし、スイッチ素子2
3,24をオンオフ制御することになる。
【0056】この実施例のバッテリ併用型太陽光発電設
備によれば、太陽電池1の発生可能最大電力がインバー
タ3の消費電力より小さくバッテリ放電指令を発生させ
たときには、第1のDC/DCコンバータ9により太陽
電池1の発生電力が最大となるように太陽電池1とイン
バータ3との接続点の電圧を制御し、太陽電池1の発生
可能最大電力がインバータ3の消費電力より大きくバッ
テリ充電指令を発生させたときには、第2のDC/DC
コンバータ10により太陽電池1の発生電力が最大とな
るようにバッテリ4への充電電流または充電電力を制御
するので、太陽電池1の発電能力を最大限に発揮させ、
日射エネルギーをインバータ3の給電ならびにバッテリ
4の充電に有効に利用し、電力系統7からの電力消費を
低減することができる。
【0057】また、夜間などにおいて太陽電池1からの
電力発生がない場合においては、電力系統7による充電
を指令するバッテリ充電指令を発生させ、インバータ3
を全波整流器として機能させ、電力系統7の電圧を整流
して第2のDC/DCコンバータ10に加え、第2のD
C/DCコンバータ10によりバッテリ4への充電電流
または充電電力を一定に制御するので、電力系統7から
バッテリ4へ充電電力を供給することが可能であり、昼
間などにおいてインバータ3の消費電力から太陽電池1
の発生電力を引いた不足電力の補償のために、消耗した
バッテリ4の容量を他の充電設備を設けることなく復活
させることができる。また、バッテリ4に過大な充電電
流が流れることもなく、バッテリ4の寿命を長くするこ
とができる。
【0058】なお、第1および第2のDC/DCコンバ
ータ9,10の制御のためのアルゴリズムは、前記した
ものに限らず、これ以外にもあるのは当然である。ま
た、第1および第2のDC/DCコンバータ9,10の
具体的な回路構成についても、図示の回路に限定される
ことはなく、種々考えることができる。また、上記実施
例のバッテリ併用型太陽光発電設備は、電力系統と連系
して負荷へ電力供給するものであったが、電力系統と連
系せずに負荷へ電力の全てを供給するものについても、
この発明を適用することが可能である。ただ、この場合
には、夜間のバッテリの充電を行なえないので、バッテ
リの夜間充電の際は、電力系統を接続してバッテリコン
トローラで夜間充電を行うようにするか、もしくは別の
バッテリチャージャを設けてバッテリを充電することが
必要となる。
【0059】
【発明の効果】請求項1記載の発明のバッテリ併用型太
陽光発電設備によれば、太陽電池の発生可能最大電力が
インバータの消費電力より小さくバッテリ放電指令を発
生させたときには、第1のDC/DCコンバータにより
太陽電池の発生電力が最大となるように太陽電池とイン
バータとの接続点の電圧を制御し、太陽電池の発生可能
最大電力がインバータの消費電力より大きくバッテリ充
電指令を発生させたときには、第2のDC/DCコンバ
ータにより太陽電池の発生電力が最大となるようにバッ
テリへの充電電流または充電電力を制御するので、太陽
電池の発電能力を最大限に発揮させ、日射エネルギーを
インバータの給電ならびにバッテリの充電に有効に利用
し、電力系統からの電力消費を低減することができる。
【0060】請求項2記載のバッテリ併用型太陽光発電
設備によれば、夜間などにおいて太陽電池からの電力発
生がない場合においては、電力系統による充電を指令す
るバッテリ充電指令を発生させ、インバータを全波整流
器として機能させ、電力系統の電圧を整流して第2のD
C/DCコンバータに加え、第2のDC/DCコンバー
タによりバッテリへの充電電流または充電電力を一定に
制御するので、電力系統からバッテリへ充電電力を供給
することが可能であり、昼間などにおいてインバータの
消費電力から太陽電池の発生電力を引いた不足電力の補
償のために、消耗したバッテリの容量を他の充電設備を
設けることなく復活させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例のバッテリ併用型太陽光発
電設備の構成を示す概略ブロック図である。
【図2】図1におけるバッテリコントローラの具体構成
を示すブロック図である。
【図3】図1のバッテリ併用型太陽光発電設備のバッテ
リ放電モードにおけるインバータの直流端の電圧と太陽
電池の発生電力およびバッテリの放出電力との関係を示
す特性図である。
【図4】図1のバッテリ併用型太陽光発電設備のバッテ
リ充電モードにおけるインバータの直流端の電圧と太陽
電池の発生電力およびバッテリの放出電力との関係を示
す特性図である。
【図5】バッテリ放電モードにおけるバッテリ併用型太
陽光発電設備の最大電力制御のアルゴリズムを示すフロ
ーチャートである。
【図6】バッテリ充電モードにおけるバッテリ併用型太
陽光発電設備の最大電力制御のアルゴリズムを示すフロ
ーチャートである。
【図7】実施例のバッテリ併用型太陽光発電設備におけ
る1日の運転例を示すタイムチャートである。
【図8】従来例のバッテリ併用型太陽光発電設備におけ
る1日の運転例を示すタイムチャートである。
【図9】バッテリコントローラの基本構成を示す回路図
である。
【図10】図9のバッテリコントローラにおける充電制
御部分の具体回路例を示す回路図である。
【図11】図10のバッテリコントローラにおける充電
制御部分の動作を示すタイムチャートである。
【図12】図9のバッテリコントローラにおける出力電
圧制御部分の具体回路例を示す回路図である。
【図13】図10および図12の構成を組み合わせてな
る図9の具体回路構成を示す回路図である。
【図14】従来のバッテリ併用型太陽光発電設備の一例
を示す概略ブロック図である。
【図15】図14のバッテリ併用型太陽光発電設備のバ
ッテリ放電モードにおけるインバータの直流端の電圧と
太陽電池の発生電力およびバッテリの放出電力との関係
を示す特性図である。
【符号の説明】
1 太陽電池 2 逆流阻止ダイオード 3 インバータ 4 バッテリ 5 バッテリコントローラ 6 負荷 7 電力系統 9 DC/DCコンバータ(第1) 10 DC/DCコンバータ(第2)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松川 満 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電 機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−256825(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05F 1/67 H02J 3/38

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 与えられた電力出力指令値に対応した電
    力を発生するインバータと太陽電池とを接続し、 前記太陽電池と前記インバータとの接続点とバッテリと
    の間に出力電圧制御用の第1のDC/DCコンバータと
    充電電流または充電電力制御用の第2のDC/DCコン
    バータとを並列に挿入し、 バッテリ放電指令発生時に、前記第1のDC/DCコン
    バータを選択的に動作させて前記太陽電池の発生電力が
    最大となるように前記太陽電池と前記インバータとの接
    続点の電圧を制御し、 前記太陽電池による充電を指令するバッテリ充電指令発
    生時に、前記第2のDC/DCコンバータを選択的に動
    作させて前記太陽電池の発生電力が最大となるように前
    記バッテリへの充電電流または充電電力を制御するよう
    にしたことを特徴とするバッテリ併用型太陽光発電設
    備。
  2. 【請求項2】 電力系統による充電を指令するバッテリ
    充電指令発生時に、インバータを前記電力系統の電圧を
    整流して第2のDC/DCコンバータに加える全波整流
    器として機能させるとともに、前記第2のDC/DCコ
    ンバータを選択的に動作させてバッテリへの充電電流ま
    たは充電電力を一定に制御するようにしたことを特徴と
    する請求項1記載のバッテリ併用型太陽光発電設備。
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