JP3529660B2 - 独立型太陽光発電システム及び発電方法 - Google Patents
独立型太陽光発電システム及び発電方法Info
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Description
発生した電力を負荷または電力変換装置等に供給する独
立型太陽光発電システム及び発電方法に関するものであ
る。
ック構成図を図2に示す。11は太陽光発電装置、18
−1,18−2,18−3は逆流阻止ダイオード、14
は負荷または電力変換装置、16は電力蓄積装置、17
は充電器である。
流阻止ダイオード18−1、充電器17を介して電力蓄
積装置16に供給されるとともに、逆流阻止ダイオード
18−2を介して負荷または電力変換装置14に供給さ
れる。太陽光発電装置11の発電電力が負荷または電力
変換装置14の消費電力を下回った場合には、電力蓄積
装置16から逆流阻止ダイオード18−3を介して不足
分の電力を負荷または電力変換装置14に供給する。
候不順等により太陽光発電装置11の発電電力が、負荷
または電力変換装置14の消費電力を下回った場合に
も、負荷または電力変換装置14に電力蓄積装置16か
ら電力を供給する事が可能となり、信頼性の高い独立型
太陽光発電システムを構築することができる。
テムでは、夜間もしくは長期の天候不順の場合にも負荷
または電力変換装置に安定した電力を供給するために、
大容量のバックアップ用電力蓄積装置が必要である。電
力蓄積装置の定格容量は太陽光発電装置の定格容量に比
べ大きく設計するため、太陽光発電装置が最大出力を発
生する場合でも、電力蓄積装置への充電電流は0.05
CA以下であり、このような低率充電では充電効率が低
下し電力蓄積装置が満充電に至らない場合がある。
光発電装置の発電電力が負荷または電力変換装置の消費
電力を上回った場合に行われるが、太陽光発電装置の発
電電力は、日射量に伴い変動するので、太陽光発電装置
からの発電電力のみで電力蓄積装置を常時安定した電流
・電圧で充電することは困難である。このような不安定
な電流・電圧によって充電を行った場合、電力蓄積装置
の電圧・温度が不規則に変動してしまい、満充電を検出
することが困難となる。すなわち、満充電かどうかを検
出するパラメータが通常、電力蓄積装置の電圧や温度で
あるので、それらが不規則に変動すると誤った検出とな
る。その結果、過充電による電力蓄積装置の劣化・破
壊、さらには電力蓄積装置の充電不足によるシステムの
信頼性の低下が避けられていない。
ムの欠点に鑑みてなされたものであり、発電電力の一定
しない太陽光発電装置、例えば太陽電池を用いて、電力
蓄積装置を所望の電流・電圧で安全且つ確実に充電を行
うことが可能な独立型太陽光発電システム及び発電方法
を提供することを目的とする。
の本発明に係る独立型太陽光発電システムは、太陽光に
より電力を発生する太陽光発電装置と、当該太陽光発電
装置の出力に接続された第1の電力変換装置と、前記第
1の電力変換装置の出力に接続された第1の電力蓄積装
置と、前記第1の電力変換装置の出力に接続された充電
器により充電される第2の電力蓄積装置と、前記第1の
電力変換装置の出力と前記第1の電力蓄積装置の出力に
接続されかつ前記第2の電力蓄積装置に逆流阻止ダイオ
ードを介して接続された第2の電力変換装置と、前記第
2の電力変換装置の出力に接続された負荷と、前記第1
の電力蓄積装置、前記充電器及び前記第2の電力蓄積装
置のそれぞれ電流及び電圧を検出する電流・電圧検出装
置と、この電流・電圧検出装置からの検出電流及び検出
電圧が供給され、前記第1の電力蓄積装置の電圧が、前
記第2の電力蓄積装置の電圧と等しくなるまでの期間、
前記充電器は前記太陽光発電装置あるいは前記第1の電
力蓄積装置から供給される電力によって、前記第2の電
力蓄積装置を定電流で充電し、前記第1の電力蓄積装置
の電圧が前記第2の電力蓄積装置の電圧に達した場合に
は、充電器による前記第2の電力蓄積装置の充電を中止
し前記第1の電力蓄積装置の充電を行い、前記第1の電
力蓄積装置が満充電になった際には前記充電器により前
記第2の電力蓄積装置の充電を再び行うように前記充電
器を制御する制御器とを具備し、前記第1の電力蓄積装
置は電気二重層コンデンサまたは電解コンデンサの何れ
かであり、前記第2の電力蓄積装置はNi−MH蓄電池
またはNi−Cd蓄電池の何れかであって、前記充電器
は定電流充電を行うことを特徴とするものである。
ムは、太陽光により電力を発生する太陽光発電装置と、
当該太陽光発電装置の出力に接続された第1の電力変換
装置と、前記第1の電力変換装置の出力に接続された第
1の電力蓄積装置と、前記第1の電力変換装置の出力に
接続された充電器により充電される第2の電力蓄積装置
と、前記第1の電力変換装置の出力と前記第1の電力蓄
積装置の出力に接続されかつ前記第2の電力蓄積装置に
逆流阻止ダイオードを介して接続された第2の電力変換
装置と、前記第2の電力変換装置の出力に接続された負
荷と、前記第1の電力蓄積装置、前記充電器及び前記第
2の電力蓄積装置のそれぞれ電流及び電圧を検出する電
流・電圧検出装置と、この電流・電圧検出装置からの検
出電流及び検出電圧が供給され、前記第1の電力蓄積装
置の電圧が、前記第2の電力蓄積装置の電圧と等しくな
るまでの期間、前記充電器は前記太陽光発電装置あるい
は前記第1の電力蓄積装置から供給される電力によっ
て、前記第2の電力蓄積装置を定電流もしくは定電圧で
充電し、前記第1の電力蓄積装置の電圧が前記第2の電
力蓄積装置の電圧に達した場合には、充電器による前記
第2の電力蓄積装置の充電を中止し前記第1の電力蓄積
装置の充電を行い、前記第1の電力蓄積装置が満充電に
なった際には前記充電器により前記第2の電力蓄積装置
の充電を再び行うように前記充電器を制御する制御器と
を具備し、前記第1の電力蓄積装置は電気二重層コンデ
ンサまたは電解コンデンサの何れかであり、前記第2の
電力蓄積装置はLiイオン蓄電池または鉛蓄電池の何れ
かであって、前記充電器は蓄電池電圧が最適充電電圧以
下の場合は定電流充電を行い、蓄電池電圧が最適充電電
圧に達した場合は定電圧充電を行うことを特徴とするも
のである。
テムであって、前記第1の電力変換装置は前記第1の電
力蓄積装置が満充電となった場合には、前記第1の電力
変換装置の出力電圧を所望の一定電圧とする手段を具備
することを特徴とするものである。
は、前記独立型太陽光発電システムを用い、前記第1の
電力蓄積装置の電圧が、前記第2の電力蓄積装置の電圧
と等しくなるまでの期間、前記充電器は前記太陽光発電
装置あるいは前記第1の電力蓄積装置から供給される電
力によって、前記第2の電力蓄積装置を定電流で充電す
るステップと、前記第1の電力蓄積装置の電圧が前記第
2の電力蓄積装置の電圧に達した場合には、充電器によ
る前記第2の電力蓄積装置の充電を中止し前記第1の電
力蓄積装置の充電を行うステップと、前記第1の電力蓄
積装置が満充電になった際には前記充電器により前記第
2の電力蓄積装置の充電を再び行うステップとを具備す
ることを特徴とする。
は、前記独立型太陽光発電システムを用い、前記第1の
電力蓄積装置の電圧が、前記第2の電力蓄積装置の電圧
と等しくなるまでの期間、前記充電器は前記太陽光発電
装置あるいは前記第1の電力蓄積装置から供給される電
力によって、前記第2の電力蓄積装置を定電圧で充電す
るステップと、前記第1の電力蓄積装置の電圧が前記第
2の電力蓄積装置の電圧に達した場合には、充電器によ
る前記第2の電力蓄積装置の充電を中止し前記第1の電
力蓄積装置の充電を行うステップと、前記第1の電力蓄
積装置が満充電になった際には前記充電器により前記第
2の電力蓄積装置の充電を再び行うステップとを具備す
ることを特徴とする。
係を図3に示す。太陽光発電装置の発電量は、天空中の
雲等の影響により常時変動している。そこで太陽光発電
装置から負荷または電力変換装置へ給電を行った際の余
剰電力を一旦第1の電力蓄積装置に蓄え(図3の期間
A)、第1の電力蓄積装置が満充電になったのち太陽光
発電装置あるいは第1の電力蓄積装置から供給される電
力により第2の電力蓄積装置の充電を行う(図3の期間
B)。第2の電力蓄積装置の充電は第1の電力蓄積装置
の電圧が、逆流阻止ダイオードを介して接続された第2
の電力蓄積装置の電圧と等しくなるまでの期間行われ、
第1の電力蓄積装置の電圧が第2の電力蓄積装置の電圧
に達した場合には第2の電力蓄積装置の充電を中止し、
再度第1の電力蓄積装置の充電を行う。この充放電制御
を繰り返し行うことで、所望の電流・電圧により第2の
電力蓄積装置の充電を行うことが可能となる。そのため
満充電の検出が容易になり、過充電・充電不足といった
危険を回避することが可能となる。なお、第1の電力蓄
積装置と第2の電力蓄積装置の満充電状態での電圧は異
なる。また図3において、第1の電力蓄積装置の電圧の
グラフと第2の電力蓄積装置の電圧のグラフの期間Bの
終わりの電圧値は同じであり、それぞれのグラフの縦の
スケールが異なる。
形態例を詳細に説明する。
太陽光発電システムのブロック構成図であり、1は太陽
光発電装置の一例である太陽電池、2は第1の電力変換
装置の一例である第1のコンバータ、3は第2の電力変
換装置の一例である第2のコンバータ、4は負荷、5は
第1の電力蓄積装置の一例である電気二重層コンデンサ
(EDLC)、6は第2の電力蓄積装置の一例であるN
i−MH蓄電池、7は充電器、8は逆流阻止ダイオー
ド、9は制御装置、10は電流・電圧検出装置である。
を発生する。前記太陽電池1の出力には第1のコンバー
タ2が接続され、前記第1のコンバータ2の出力側には
EDLC5が接続される。前記第1のコンバータ2の出
力側には充電器7を介してNi−MH蓄電池6が接続さ
れ、前記第1のコンバータ2の出力側と前記EDLC5
の出力側には第2のコンバータ3が接続される。前記第
2のコンバータ3の入力側には逆流阻止ダイオード8を
介してNi−MH蓄電池6が接続され、前記第2のコン
バータ3の出力側には負荷4が接続される。前記EDL
C5、Ni−MH蓄電池6及び充電器7は電流・電圧検
出装置10の入力側に接続され、この電流・電圧検出装
置10の出力側は制御装置9の入力側に接続され、この
制御装置9の出力側は前記第1のコンバータ2、第2の
コンバータ3及び充電器7に接続される。
制御機能を有し、前記太陽電池1が最も効率よく太陽光
を電力に変換する条件で発電動作させる機能を有する。
LC5が満充電となった場合には、前記第1のコンバー
タ2の出力電圧を所望の一定電圧とする機能を有する。
求する電圧で電力を供給する。
蓄電池6の電圧と等しくなるまでの期間、前記充電器7
は前記太陽電池1あるいは前記EDLC5から供給され
る電力によって、前記Ni−MH蓄電池6を定電流充電
あるいは定電圧充電し、前記EDLC5の電圧が前記N
i−MH蓄電池6の電圧に達した場合には、充電器7に
よる前記Ni−MH蓄電池6の充電を中止し前記EDL
C5の充電を行い、前記EDLC5が満充電になった際
には前記充電器7により前記Ni−MH蓄電池6の充電
を再び行うことを特徴とする。
晴天時の日中には450Wの出力電力が得られる。負荷
4の消費電力は50Wであり、余剰電力は最大400W
得られる。この時、Ni−MH蓄電池の容量を12V−
1000Ahとすると充電電流は最大で0.03CAし
か得られない。ここで、Cとは電池の定格容量を表す数
値で、一般に充放電電流はこの倍数を用いて表される。
1000Ahの0.03CAとは1000×0.03=
30Aのことで、これは電力400Wを12Vで得ると
き、400(W)/12(V)≒30(A)から得られ
る値である。
大電力追従制御(MPPTモード)で動作させ(図4の
ST1)太陽電池1から電力を取り出し、余剰電力が生
じた際には、一旦容量24V−100FのEDLC5の
充電を行う(ST2)(図3の期間A)。余剰電力が4
00W得られる場合では、約1分間でEDLC5は満充
電に達する。前記最大電力追従制御(MPPTモード)
で動作するのは、太陽電池1は図3に示されるように発
電電力(電流や電圧)が一定でないので、各時刻で電力
を最大に取れるように電流や電圧を制御するためであ
る。
3)、電流・電圧検出装置10によってNi−MH蓄電
池6の充電状態を確認し(ST4)、Ni−MH蓄電池
6が満充電に至っていなければ、制御装置9により充電
器7を動作させ、太陽電池1あるいはEDLC5から供
給される電力によりNi−MH蓄電池6の定電流充電を
行う(ST5)(図3の期間B)。Ni−MH蓄電池6
が満充電になる前に、EDLC5の電圧Veが逆流阻止
ダイオード8を介して接続されたNi−MH蓄電池6の
電圧Vbと等しくなった場合(ST6)は、制御装置9
により充電器7を停止させNi−MH蓄電池6の充電を
中止し(ST7)、再度EDLC5の充電を開始する
(ST2)(図3の期間A)。またEDLC5の電圧V
eが、逆流阻止ダイオード8を介して接続されたNi−
MH蓄電池6の電圧Vbと等しくなる前に(通常Ve>
Vbであり、電圧Veの最大値=48V、電圧Vbの最
大値=12Vであることが多い)、ST4において、N
i−MH蓄電池6が満充電になった場合には、ST8で
制御装置9により充電器7を停止させNi−MH蓄電池
6の充電を中止し、ST9において、EDLC5の電圧
Veが定格値Vemを超え破壊してしまうのを防ぐため
に第1のコンバータ2を定電圧モードで動作させる。こ
のときの電圧はEDLC5が壊れない程度の電圧(定格
電圧)である。その後ST10において、EDLC5の
電圧Veが、逆流阻止ダイオード8を介して接続された
Ni−MH蓄電池6の電圧Vbと等しくなった場合(V
e=Vb)には再度ST1で第1のコンバータ2を最大
電力追従制御(MPPTモード)で動作させる。ST1
0でVe=Vbになるのは、太陽がかげって太陽電池1
の発電量が減り、EDLC5からも負荷4への電力供給
がなされる場合である。このときは第1のコンバータ2
を、太陽電池1から最大の電力をとれる、MPPTモー
ドにする(ST1に戻る)。また、ST4において、N
i−MH蓄電池6が満充電でないときはST5でNi−
MH蓄電池6の充電を続けるが、ST10のときと同じ
く、太陽がかげって太陽電池1の発電量が減ったとき
は、EDLC5からも負荷4への電力供給がなされED
LC5の電圧Veが減少してVe=Vbとなる場合もあ
る。この場合にさらにEDLC5からNi−MH蓄電池
6への充電をつづけてVe<Vbになると、Ni−MH
蓄電池6から逆流阻止ダイオード8を通して放電したも
のを充電器7を介してまたNi−MH蓄電池6に充電す
るということになるため、ST7でNi−MH蓄電池6
の充電を中止してEDLC5へ充電を開始する(ST2
に戻る)。また、ST2のEDLC5の充電は、太陽電
池1の発電量が負荷4の消費電力よりも低いときはED
LC5の充電はできない場合も含む。
とで、所望の電流・電圧によりNi−MH蓄電池6の間
欠充電を行うことが可能となるため、Ni−MH蓄電池
6の満充電検出が容易になり、Ni−MH蓄電池6の過
充電・充電不足といった危険を回避することが可能とな
る。
しており、負荷4の要求する電圧で電力を負荷4に供給
する。
デンサまたは電解コンデンサの何れかであり、第2の電
力蓄積装置はNi−MH蓄電池またはNi−Cd蓄電池
の何れかであって、前記充電器7は定電流充電を行うよ
うにしてもよい。
ンデンサまたは電解コンデンサの何れかであり、第2の
電力蓄積装置はLiイオン蓄電池または鉛蓄電池の何れ
かであって、前記充電器7は蓄電池電圧が最適充電電圧
以下の場合は定電流充電を行い、蓄電池電圧が最適充電
電圧に達した場合は定電圧充電を行うようにしてもよ
い。
が、本発明は、必ずしも上述した手段及び手法に限定さ
れるものではなく、本発明にいう目的を達成し、本発明
にいう効果を有する範囲において適宜に変更実施するこ
とが可能なものである。
光発電装置の発電電力を第1の電力蓄積装置に一旦蓄え
てから第2の電力蓄積装置の充電を行うため、所望の電
流・電圧によって第2の電力蓄積装置の充電を行うこと
が可能となる。そのため満充電検出が容易になり、第2
の電力蓄積装置の過充電・充電不足といった危険を回避
することが可能となる。
ある。
ク構成図である。
発電量と電力蓄積装置の充放電動作の関係を示すブラフ
である。
−MH蓄電池と電気二重層コンデンサの充放電動作を示
すフローチャートである。
Claims (5)
- 【請求項1】 太陽光により電力を発生する太陽光発電
装置と、 当該太陽光発電装置の出力に接続された第1の電力変換
装置と、 前記第1の電力変換装置の出力に接続された第1の電力
蓄積装置と、 前記第1の電力変換装置の出力に接続された充電器によ
り充電される第2の電力蓄積装置と、 前記第1の電力変換装置の出力と前記第1の電力蓄積装
置の出力に接続されかつ前記第2の電力蓄積装置に逆流
阻止ダイオードを介して接続された第2の電力変換装置
と、 前記第2の電力変換装置の出力に接続された負荷と、 前記第1の電力蓄積装置、前記充電器及び前記第2の電
力蓄積装置のそれぞれ電流及び電圧を検出する電流・電
圧検出装置と、 この電流・電圧検出装置からの検出電流及び検出電圧が
供給され、前記第1の電力蓄積装置の電圧が、前記第2
の電力蓄積装置の電圧と等しくなるまでの期間、前記充
電器は前記太陽光発電装置あるいは前記第1の電力蓄積
装置から供給される電力によって、前記第2の電力蓄積
装置を定電流で充電し、前記第1の電力蓄積装置の電圧
が前記第2の電力蓄積装置の電圧に達した場合には、充
電器による前記第2の電力蓄積装置の充電を中止し前記
第1の電力蓄積装置の充電を行い、前記第1の電力蓄積
装置が満充電になった際には前記充電器により前記第2
の電力蓄積装置の充電を再び行うように前記充電器を制
御する制御器とを具備し、 前記第1の電力蓄積装置は電気二重層コンデンサまたは
電解コンデンサの何れかであり、前記第2の電力蓄積装
置はNi−MH蓄電池またはNi−Cd蓄電池の何れか
であって、前記充電器は定電流充電を行う ことを特徴と
する独立型太陽光発電システム。 - 【請求項2】 太陽光により電力を発生する太陽光発電
装置と、 当該太陽光発電装置の出力に接続された第1の電力変換
装置と、 前記第1の電力変換装置の出力に接続された第1の電力
蓄積装置と、 前記第1の電力変換装置の出力に接続された充電器によ
り充電される第2の電力蓄積装置と、 前記第1の電力変換装置の出力と前記第1の電力蓄積装
置の出力に接続されかつ前記第2の電力蓄積装置に逆流
阻止ダイオードを介して接続された第2の電力変換装置
と、 前記第2の電力変換装置の出力に接続された負荷と、 前記第1の電力蓄積装置、前記充電器及び前記第2の電
力蓄積装置のそれぞれ電流及び電圧を検出する電流・電
圧検出装置と、 この電流・電圧検出装置からの検出電流及び検出電圧が
供給され、前記第1の電力蓄積装置の電圧が、前記第2
の電力蓄積装置の電圧と等しくなるまでの期間、前記充
電器は前記太陽光発電装置あるいは前記第1の電力蓄積
装置から供給される電力によって、前記第2の電力蓄積
装置を定電流もしくは定電圧で充電し、前記第1の電力
蓄積装置の電圧が前記第2の電力蓄積装置の電圧に達し
た場合には、充電器による前記第2の電力蓄積装置の充
電を中止し前記第1の電力蓄積装置の充電を行い、前記
第1の電力蓄積装置が満充電になった際には前記充電器
により前記第2の電力蓄積装置の充電を再び行うように
前記充電器を制御する制御器とを具備し、 前記第1の電力蓄積装置は電気二重層コンデンサまたは
電解コンデンサの何れかであり、前記第2の電力蓄積装
置はLiイオン蓄電池または鉛蓄電池の何れかであっ
て、前記充電器は蓄電池電圧が最適充電電圧以下の場合
は定電流充電を行い、蓄電池電圧が最適充電電圧に達し
た場合は定電圧充電を行う ことを特徴とする独立型太陽
光発電システム。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載された独立型太陽
光発電システムであって、前記第1の電力変換装置は前
記第1の電力蓄積装置が満充電となった場合には、前記
第1の電力変換装置の出力電圧を所望の一定電圧とする
手段を具備することを特徴とする独立型太陽光発電シス
テム。 - 【請求項4】 請求項1、2又は3に記載された独立型
太陽光発電システムを用い、 前記第1の電力蓄積装置の電圧が、前記第2の電力蓄積
装置の電圧と等しくなるまでの期間、前記充電器は前記
太陽光発電装置あるいは前記第1の電力蓄積装置から供
給される電力によって、前記第2の電力蓄積装置を定電
流で充電するステップと、 前記第1の電力蓄積装置の電圧が前記第2の電力蓄積装
置の電圧に達した場合には、充電器による前記第2の電
力蓄積装置の充電を中止し前記第1の電力蓄積装置の充
電を行うステップと、 前記第1の電力蓄積装置が満充電になった際には前記充
電器により前記第2の電力蓄積装置の充電を再び行うス
テップとを具備することを特徴とする独立型太陽光発電
方法。 - 【請求項5】 請求項1、2又は3に記載された独立型
太陽光発電システムを用い、 前記第1の電力蓄積装置の電圧が、前記第2の電力蓄積
装置の電圧と等しくなるまでの期間、前記充電器は前記
太陽光発電装置あるいは前記第1の電力蓄積装置から供
給される電力によって、前記第2の電力蓄積装置を定電
圧で充電するステップと、 前記第1の電力蓄積装置の電圧が前記第2の電力蓄積装
置の電圧に達した場合には、充電器による前記第2の電
力蓄積装置の充電を中止し前記第1の電力蓄積装置の充
電を行うステップと、 前記第1の電力蓄積装置が満充電になった際には前記充
電器により前記第2の電力蓄積装置の充電を再び行うス
テップとを具備することを特徴とする独立型太陽光発電
方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP04801799A JP3529660B2 (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 独立型太陽光発電システム及び発電方法 |
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JP04801799A JP3529660B2 (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 独立型太陽光発電システム及び発電方法 |
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---|---|
JP2000250646A JP2000250646A (ja) | 2000-09-14 |
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Cited By (2)
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