JP3378692B2 - 太陽光発電装置 - Google Patents

太陽光発電装置

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JP3378692B2
JP3378692B2 JP06622195A JP6622195A JP3378692B2 JP 3378692 B2 JP3378692 B2 JP 3378692B2 JP 06622195 A JP06622195 A JP 06622195A JP 6622195 A JP6622195 A JP 6622195A JP 3378692 B2 JP3378692 B2 JP 3378692B2
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康弘 牧野
和久 太田垣
渉 掘尾
正弘 前川
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽光発電装置に関
し、詳しくはインバータ回路を備えた分散電源設備と商
用電力系統との並列運転によって負荷へ電力を供給する
太陽光発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、太陽電池からなる直流電源を用い
た数kWの比較的小容量の分散電源設備をインバータ回路
を介して商用電力系統に連系し、負荷に電力を供給する
太陽光発電装置が種々提案されている。
【0003】図2は、従来の太陽光発電装置の概略構成
図である。図において、21は太陽光のエネルギーを直流
電圧に直接変換する太陽電池、22はその太陽電池21から
出力される直流電力を交流に変換するためのインバータ
回路であり、太陽電池21からの直流電力は、インバータ
回路22によって交流に変換された上、絶縁トランス23を
経て負荷24および商用電力系統25に供給される。
【0004】絶縁トランス23と商用電力系統25との間に
は、系統連系用開閉器26が介挿されており、インバータ
回路22の運転条件が整った状態で、開閉器26が閉じられ
て連系運転が開始されることになる。
【0005】上記開閉器26は、保護継電制御回路27によ
って制御されている。この保護継電制御回路27は、太陽
電池21の出力電圧及び商用電力系統25の系統電圧などを
監視しており、電圧に過不足が生じたときに太陽電池21
又は商用電力系統25の異常状態と判断して開閉器26が開
かれる。その後、その異常原因が解消されると、自動的
に開閉器26が閉じて、所定時間経過後にインバータ回路
22が起動する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の太陽
光発電装置では、低日射時にインバータ回路22が頻繁に
起動及び停止を繰り返さないように、インバータ回路22
の運転条件が整い次第、直ちに再起動させるのではな
く、インバータ回路22の運転条件が整ってから所定時間
経過した後に再起動させている。
【0007】このため、太陽電池21の発電電力量不足に
よりインバータ回路22が停止している場合には、再起動
前の日射量変化に関係なく、太陽電池21の開放電圧が設
定電圧値以上となり、インバータ回路22の運転条件が整
ってから所定時間経過した後に再起動させていた。
【0008】従って、日射量が急激に上昇し、太陽電池
21が高出力可能な状態においても、インバータ回路22が
頻繁に起動及び停止を繰り返す虞れがないにも拘らず、
インバータ回路22を上記所定時間停止させているため、
太陽電池21の発電電力を有効に利用できないという問題
があった。
【0009】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であって、太陽電池の発電電力を有効に利用し得る太陽
光発電装置を提供する。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、太陽電池と、
該太陽電池から発生する直流を所定電圧の交流に変換す
るインバータ回路と、前記太陽電池の出力電圧を検出す
る電圧検出手段と、前記インバータ回路の起動及び停止
を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記イ
ンバータ回路の停止時における前記太陽電池の出力電圧
の上昇割合に基づいて、前記インバータ回路の起動開始
時期を変更するものである。
【0011】具体的には、前記制御手段は、前記太陽電
池の出力電圧が第1電圧値以上の場合に前記インバータ
回路を起動させ、該太陽電池の出力電圧が第1電圧値よ
り低い第2電圧値以下の場合に前記インバータ回路を停
止させると共に、前記インバータ回路の停止時におけ
る、前記第2電圧値から第1電圧値までの前記太陽電池
の出力電圧の上昇割合に基づいて、前記インバータ回路
の起動開始時期を変更するものである。
【0012】
【作用】本発明によれば、インバータ回路停止時の太陽
電池の開放電圧の上昇割合に基づいて、インバータ回路
の起動開始時期を変更するので、太陽電池の発電可能量
に応じてインバータ回路の起動時期を適切に設定するこ
とができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の太陽光発電装置をその一実施
例を示す図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明
を適用させた太陽電池を用いた太陽光発電装置の概略構
成図である。
【0014】図において、太陽光発電装置は、太陽光の
エネルギーを直流電力に変換する太陽電池1(本実施例
では、定格発電電力3kW)と、太陽電池1の直流電力
を交流電力に電力変換して所定交流電圧(本実施例で
は、100V)を供給するインバータ回路2を中心に構成
されており、商用電力系統3と連系して配電線に接続さ
れた各種家電製品などの負荷4に対して電力を供給して
いる。
【0015】インバータ回路2は、ブリッジ接続された
複数のスイッチング素子から構成され、このインバータ
回路2には、後述の各種処理を行うインバータ制御部5
からパルス幅変調されたスイッチング制御信号が与えら
れる。インバータ制御部5はマイクロコンピュータから
構成されている。
【0016】インバータ回路2と商用電力系統3との間
には、インバータ回路2の出力側から見て巻線比1:1
の絶縁トランス6と、系統保護のための系統連系用開閉
器(以下、開閉器と略記する)7が設けられており、開
閉器7は保護継電制御回路8からの制御信号に応じて、
その接点を開閉して商用電力系統3に連系、或るいは解
列する。ここで、開閉器7は保護継電制御回路8からの
連系指令信号の入力によりその接点が閉じられ、保護継
電制御回路8からの解列指令信号の入力によりその接点
が開かれる構成となっている。また、保護継電制御回路
8は、後述するようにインバータ制御部5へ起動信号ま
たは停止信号を送出して、インバータ回路2の起動及び
停止を制御する制御手段として動作している。
【0017】次に、保護継電制御回路8及びインバータ
制御部5について説明する。保護継電制御回路8はマイ
クロコンピュータから構成されており、太陽電池1の出
力電圧を検出するアイソレーションアンプからなる第1
電圧検出手段9による検出値と、商用電力系統3との連
系点電圧を検出する変圧器(PT)からなる第2電圧検
出手段10による検出値が入力され、その検出値に基づい
て、後述するように、インバータ制御部5への起動信号
または停止信号の送出と、開閉器7への連系指令信号ま
たは解列指令信号の送出を行っている。
【0018】そして、保護継電制御回路8は、第1電圧
検出手段9により太陽電池1の出力電圧を検出し、イン
バータ回路2のインバータ動作停止中に太陽電池1の開
放電圧が商用電力系統3に連系可能となる第1所定値
(本実施例では190Vに設定)以上になり、且つ第2電
圧検出手段10により検出される商用電力系統3の出力電
圧が運用規定における適正範囲(81〜114V)内である
場合には、後述するように、所定時間待機後にインバー
タ制御部5へ起動信号を送出すると共に、開閉器7へ連
系指令信号を送出する。以下、上記第1所定値(=190
V)を起動電圧値(第1電圧値)という。
【0019】一方、インバータ回路2のインバータ動作
中に太陽電池1の出力電圧が商用電力系統3との連系運
転ができない第2所定値(本実施例では140Vに設定)
以下になった場合には、太陽電池1の出力低下によるイ
ンバータ回路2の待機状態であると判断して、インバー
タ制御部5に停止信号を送出すると共に、開閉器7に解
列指令信号を送出する。また、第2電圧検出手段10によ
り商用電力系統3との連系点電圧を検出し、連系点電圧
が運用規定における上記適正範囲外となった場合には、
商用電力系統3の過電圧異常または不足電圧異常発生に
よるインバータ回路2の待機状態であると判断して、イ
ンバータ制御部5に停止信号を送出すると共に、開閉器
7に解列指令信号を送出する。以下、上記第2所定値
(=140V)を停止電圧値(第2電圧値)という。
【0020】以上のように、保護継電制御回路8ではイ
ンバータ回路2の運転条件が整っているかどうかを検出
し、インバータ回路2の待機状態であると判断された場
合にはインバータ制御部5に停止信号を送出すると共
に、開閉器7に解列指令信号を送出し、一方、インバー
タ回路2の連系可能状態であると判断された場合にはイ
ンバータ制御部5に起動信号を送出すると共に、開閉器
7に連系指令信号を送出している。
【0021】そして、保護継電制御回路8では、夕方な
どのように日射量が少なく、太陽電池1の発電量が少な
い場合に、インバータ回路2が頻繁に起動及び停止を繰
り返さないように、インバータ回路2の運転条件が整っ
た場合でのインバータ制御部5への起動信号送出を、イ
ンバータ回路2の停止後、一定時間経過後に行ってい
る。
【0022】具体的には、インバータ回路2の停止時に
おける太陽電池1の出力電圧、即ち開放電圧を第1電圧
検出手段9により検出し、その検出された開放電圧が停
止電圧値以下の場合には、その開放電圧が停止電圧値か
ら起動電圧値に達するまでの時間をカウンタ11によって
計時し、保護継電制御回路8においてその計時時間が一
定時間(本実施例では5秒に設定)以内であるか否かを
判別して、計時時間が一定時間以内、即ち日射量が急激
に上昇している状態である場合には、全てのインバータ
回路2の運転条件が整い次第、直ちにインバータ制御部
5へ起動信号を送出すると共に、開閉器7へ連系指令信
号を送出している。
【0023】また、前記計時時間が前記一定時間より長
い場合には、全てのインバータ回路2の運転条件が整い
次第、カウンタ11によって30秒間計時後にインバータ制
御部5へ起動信号を送出すると共に、開閉器7へ連系指
令信号を送出している。
【0024】一方、インバータ回路2の停止時における
太陽電池1の開放電圧が停止電圧値以上、即ち商用電力
系統3の異常発生のみによりインバータ回路2が停止し
た場合には、商用電力系統3の異常状態が解消され、全
てのインバータ回路2の運転条件が整い次第、カウンタ
11によって3分間計時後にインバータ制御部5へ起動信
号を送出すると共に、開閉器7へ連系指令信号を送出し
ている。
【0025】従って、日射量の低下により太陽電池1の
発電電力が低下して、太陽電池1の出力電圧が停止電圧
値以下となり、インバータ回路2のインバータ動作が停
止した場合、そのインバータ回路2の起動開始時期をそ
の際の日射状態に応じて変化する太陽電池1の開放電圧
の上昇割合、即ち太陽電池1の発電可能量に応じて変化
させるので、インバータ回路2を頻繁に起動及び停止さ
せる虞れのない程度の発電が可能な場合には、長時間イ
ンバータ回路2を待機させずに、インバータ回路2の運
転条件が整い次第、速やかにインバータ回路2の起動が
開始されることとなり、太陽電池1の発電電力を有効に
利用し、発電効率を向上させることができる。
【0026】次に、インバータ制御部5について以下に
説明する。インバータ制御部5は、第1電圧検出手段9
により検出される太陽電池1の出力電圧が、太陽電池1
から最大電力が引き出される最適動作点の電圧値Vref
となり、かつ商用電力系統3との連系点電圧の基本周波
数成分と同期させた電流がインバータ回路2から出力す
るように、パルス幅変調されたスイッチング制御信号を
インバータ回路2に与えている。従って、インバータ回
路2と商用電力系統3との連系運転時には、商用周波数
で運転力率が1になり、且つ太陽電池1から最大電力を
引き出すようにインバータ回路2の出力電流が制御され
る。
【0027】具体的には、第1電圧検出手段9により検
出された太陽電池1の出力電圧と、予め設定された最適
動作点電圧Vrefとの差は第1エラーアンプ13によって
誤差信号として増幅され、その誤差信号を乗算器14の一
方の入力信号としている。
【0028】そして、第2電圧検出手段10により検出さ
れた連系点電圧の基本周波数成分をバンドパスフィルタ
15によって抽出し、その抽出された連系点電圧の基本周
波数成分が乗算器14の他方の入力信号として入力されて
いる。
【0029】乗算器14では、第1エラーアンプ13からの
誤差信号とバンドパスフィルタ15からの基本周波数成分
信号との乗算を行って、インバータ電流の電流指令値を
生成している。従って、この電流指令値は商用電力系統
3との連系運転時には、系統電圧波形に同期し、太陽電
池1の出力電圧を最適動作点電圧Vrefに制御する値と
なる。
【0030】そして、乗算器15からの電流指令値と、変
流器(CT)からなるインバータ電流検出手段12により
検出されたインバータ回路2のインバ−タ電流との差を
第2エラーアンプ16によって増幅し、電流誤差信号とし
てインバータ制御部5に入力されている。
【0031】インバータ制御部5では、第2エラーアン
プ16からの電流誤差信号と、20kHz程度の基準三角波信
号とを比較して、第2エラーアンプ16からの電流誤差信
号が零になるようにインバータ回路2のスイッチング素
子にスイッチング信号を供給してインバータ回路2をP
WM(パルス幅変調)制御すると共に、保護継電制御回
路8からの起動信号または停止信号の入力に従い、イン
バータ回路2のインバータ動作を起動または停止させて
いる。
【0032】尚、上記実施例では最適動作電圧Vrefを
予め設定した一定値とする場合について説明したが、こ
の他にも、太陽電池1の出力電力が増加する方向にVre
fを随時変化させても構わない。また、インバータ制御
部5と保護継電制御回路8を別個に構成した場合につい
て説明したが、一つのマイクロコンピュータにより構成
しても良い。
【0033】更に、上記実施例ではインバータ回路2の
起動開始時期を、太陽電池1の開放電圧が停止電圧値か
ら起動電圧値まで一定時間内に達するか否かによって変
化させているが、この他に、停止電圧値から起動電圧値
までの開放電圧の上昇割合に応じて随時変化させても同
様の効果を得られることは言うまでもない。
【0034】
【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、インバ
ータ回路停止時の太陽電池の開放電圧の上昇割合に応じ
て、インバータ回路の起動開始時期を変更するので、太
陽電池の発電可能量に応じてインバータ回路の起動時期
を適切に設定することができる。
【0035】従って、太陽電池の発電可能量が、インバ
ータ回路2を頻繁に起動及び停止させる虞れのない発電
量以上の場合には、長時間インバータ回路を待機させず
に、インバータ回路の運転条件が整い次第、速やかにイ
ンバータ回路を起動させることができ、太陽電池1の発
電電力を有効に利用し、発電効率を向上させることが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用させた太陽光発電装置の概略構成
図である。
【図2】従来の太陽光発電装置の概略構成図である。
【符号の説明】
1 太陽電池 2 インバータ回路 3 商用電力系統 4 負荷 5 インバータ制御部 6 絶縁トランス 7 系統連系用開閉器 8 保護継電制御回路(制御手段) 9 第1電圧検出手段(アイソレーションアンプ) 10 第2電圧検出手段 11 カウンタ 12 インバータ電流検出手段 13 第1エラーアンプ 14 乗算器 15 バンドパスフィルタ 16 第2エラーアンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前川 正弘 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−126207(JP,A) 特開 平8−179841(JP,A) 特開 平8−191573(JP,A) 特開 昭53−101620(JP,A) 特開 昭58−172724(JP,A) 特開 昭63−94319(JP,A) 特開 昭62−293937(JP,A) 特開 平8−80054(JP,A) 特開 平2−156313(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 3/00 - 5/00 H02M 7/48

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】太陽電池と、 該太陽電池から発生する直流を所定電圧の交流に変換す
    るインバータ回路と、 前記太陽電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、 前記インバータ回路の起動及び停止を制御する制御手段
    とを備え、 前記制御手段は、前記インバータ回路の停止時における
    前記太陽電池の出力電圧の上昇割合に基づいて、前記イ
    ンバータ回路の起動開始時期を変更することを特徴とす
    る太陽光発電装置。
  2. 【請求項2】前記制御手段は、前記太陽電池の出力電圧
    が第1電圧値以上の場合に前記インバータ回路を起動さ
    せ、該太陽電池の出力電圧が第1電圧値より低い第2電
    圧値以下の場合に前記インバータ回路を停止させると共
    に、 前記インバータ回路の停止時における、前記第2電圧値
    から第1電圧値までの前記太陽電池の出力電圧の上昇割
    合に基づいて、前記インバータ回路の起動開始時期を変
    更することを特徴とする請求項1記載の太陽光発電装
    置。
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