JP5540893B2

JP5540893B2 - 太陽光発電装置及び接続装置

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Publication number: JP5540893B2
Application number: JP2010123769A
Authority: JP
Inventors: 正樹萬里小路; 智英船越; 康弘牧野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP2010187030A

Description

本発明は、太陽電池により発電された出力を供給する太陽光発電装置に関する。詳述すれば、太陽電池により発電された直流電力を昇圧し、交流電力に変換して供給する太陽光発電装置に関する。

従来のこの種の太陽光発電装置としては、太陽電池にて発電された直流電力を昇圧回路にて昇圧し、昇圧された直流電力をインバータ回路にて交流電力に変換し、変換された交流電力を制御手段により制御し商用電源系統に回生するようにした太陽光発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

そして、上述した太陽光発電装置に用いられる太陽電池の特性としては、太陽電池の出力電圧がＶｍａｘ（開放電圧）から最大電力点Ｐｍまでは出力電力が次第に増加し、最大電力点Ｐｍを越えて電圧が下がると、出力電圧は最大電力点Ｐｍから次第に減少する。このため、太陽電池から最大電力を取り出す制御として、インバータ回路にて太陽電池の動作点が常に最大電力点Ｐｍを追尾するように変化させる最大電力追尾制御（ＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇ（以下、「ＭＰＰＴ制御」という））を行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−９３９８号公報特開平１１−２８２５５３号公報

しかし、前記特許文献２に開示する技術によれば、太陽電池パネルを所定枚数直列に接続し、定格、即ち標準の直流電力を発電可能な標準の太陽電池をインバータ回路に接続すると共に、前記所定の枚数より少ない枚数の太陽電池パネルを直列に接続して発電された電力が前記標準の直流電力より少なく、この直流電力の電圧が前記標準の直流電力の電圧より小さい端数太陽電池を昇圧回路を介してインバータ回路に接続した太陽光発電装置において、例えば朝夕又は悪天候時の日差しが少ないときには、太陽電池の発電量の不足によりインバータ回路が間欠運転状態になり、連続運転状態に入る前に昇圧回路が運転を開始した場合、インバータ回路のＭＰＰＴ制御に悪影響を与える虞がある。

従って、インバータ回路が連続運転していることを確認できた状態にて、昇圧回路の運転を開始することが必要である。この場合、インバータ回路の制御用マイクロコンピュータとの間の通信により連続運転されているか確認することができ、また上記標準の太陽電池回路からの入力部に電圧、電流センサを設け、電力を計測してインバータ回路の連続運転を確認することができる。

しかしながら、前者の場合には、通信に対応したインバータ回路のみ接続可能であって、通信に対応しないインバータ回路は接続できないという問題が発生し、また後者では、部品点数が増加し、コストが上昇するという問題があった。

そこで本発明は、汎用性を維持し、コストの上昇を回避しつつ、昇圧回路が運転を開始した場合、インバータ回路のＭＰＰＴ制御に悪影響を与えることを防止できるようにし、上述せる問題点を解消することを目的とする。

このため第１の発明は、所定電圧の直流電圧の電力を発電する第１の太陽電池と、この第１の太陽電池より電圧が低い直流電圧の電力を発電する第２の太陽電池と、この第２の太陽電池により発電された電力の電圧を昇圧する昇圧回路と、この昇圧回路にて昇圧された電力及び第１の太陽電池により発電された直流電力を交流電力に変換すると共に最大電力追尾制御を行うインバータ回路とを備えた太陽光発電装置において、前記第１の太陽電池により発電された直流電力の電圧を検出する電圧センサと、前記第１の太陽電池及び第２の太陽電池が発電を開始して前記電圧センサの検出電圧が所定電圧以下の状態の連続時間を計時するタイマと、このタイマが所定時間を計時したときに前記昇圧回路の運転を開始させるように制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。

また第２の発明は、所定電圧の直流電圧の電力を発電する第１の太陽電池と、この第１の太陽電池より電圧が低い直流電圧の電力を発電する第２の太陽電池と、この第２の太陽電池により発電された電力の電圧を昇圧する昇圧回路と、この昇圧回路にて昇圧された電力及び第１の太陽電池により発電された直流電力を交流電力に変換すると共に最大電力追尾制御を行うインバータ回路とを備えた太陽光発電装置において、前記第１の太陽電池により発電された直流電力の電圧を検出する電圧センサと、前記第１の太陽電池及び第２の太陽電池が発電を開始して前記電圧センサの検出電圧が前記第１の太陽電池の最大出力電圧から予め設定された電圧を減算した電圧以下の状態の連続時間を計時するタイマと、このタイマが所定時間を計時したときに前記昇圧回路の運転を開始させるように制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、インバータ回路を通信に対応したものとする必要がなく汎用性を維持し、コストの上昇を回避しつつ、昇圧回路が運転を開始したときに、インバータ回路のＭＰＰＴ制御に悪影響を与えることを回避することができる。

太陽光発電装置の全体システム系統図である。昇圧回路内蔵接続装置の回路図である。昇圧回路始動時の制御を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は太陽光発電装置の全体システムを示す系統図である。図１において、１〜３は所定の枚数、例えば５枚の太陽電池パネルを直列に接続し、定格、即ち標準の直流電力を発電可能な標準の太陽電池（第１の太陽電池）、４及び５は所定の枚数より少ない枚数、例えば３枚の太陽電池パネルを直列に接続し、発電される直流電力が前記標準の直流電力より少なく、この直流電力の電圧が前記標準の直流電力の電圧より小さい端数太陽電池（第２の太陽電池）である。

また、６は後述する昇圧回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を箱体６Ａに内蔵した接続装置、７はこの接続装置６に接続されインバータ回路８を備えたパワーコンディショナであり、このパワーコンディショナ７が商用電力系統に接続される。そして、パワーコンディショナ７は太陽電池から最大電力を取り出すように、太陽電池の動作点が常に最大電力点を追尾するように変化させる最大電力追尾制御であるＭＰＰＴ制御（ＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇ制御）を行う。

以下、前記接続装置６について図２に基づき、詳細に説明する。１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、それぞれ端子１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを介して標準の太陽電池１、２、３に接続される標準入力回路であり、接続される太陽電池と同数設けられている。また、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、標準入力回路１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの出力側に接続された逆流防止用のダイオードである。

１６Ａ、１６Ｂは昇圧回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）であり、昇圧回路１６Ａ、１６Ｂは端子１７Ａ、１７Ｂ及び第１、第２の電圧センサ１８Ａ、１８Ｂを介して端数太陽電池４、５に接続される。２２は昇圧回路１６Ａ、１６Ｂの出力電圧を検出する第３の電圧センサ、２３は標準入力回路１０Ａ、１０Ｂ、１１Ｃの出力電圧（以下、「標準入力電圧」という）を検出する第４の電圧センサである。ここで、昇圧回路１６Ａ、１６Ｂの制御用電源は端数太陽電池４、５から得ているため、太陽電池１、２、３の負荷にはならない。

２４はマイクロコンピュータである制御装置であり、この制御装置２４は図示しないＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）、ＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）及びタイマ２５を備え、更に入力電圧検知部２６及び出力電圧検知部２７を有している。また、制御装置２４はＰＷＭ（ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御回路（パルス幅変調制御回路）２８を介して昇圧回路１６Ａ、１６Ｂに制御信号を出力する。そして、前記接続装置６は出力側端子３０を介してパワーコンディショナ７に接続される。

以下、図３に示したフローチヤートに基づき、太陽光発電装置の動作、特に始動時の動作について説明する。先ず、制御装置２４は標準入力電圧の最大値Ｖｍａｘを０とし（ゼロにリセットし）、第４の電圧センサ２３が検出した現在の標準入力電圧Ｖｓを読み込む。次に、制御装置２４は昇圧回路１６Ａ、１６Ｂが停止しているか否かを判断し、停止しているときには、予め設定され上記ＲＡＭに格納されている標準入力電圧最大値Ｖｍａｘを読み込み、前記現在の標準入力電圧Ｖｓと比較する。

そして、この現在の標準入力電圧Ｖｓが標準入力電圧最大値Ｖｍａｘ以下のときには、この現在の標準入力電圧Ｖｓが標準入力電圧最大値Ｖｍａｘから予め設定され上記ＲＡＭに格納されている昇圧回路起動判定電圧Ｖｎを減算した値より低いか否か判定する。そして、低い場合には、タイマ２５が計時を開始し、この低い状態が予めＲＡＭに記憶されているインバータ回路８の起動判定時間（インバータ回路８が連続運転しているものと判断できる時間）Ｔｎより長く継続して、タイマ２５が起動判定時間Ｔｎを計時してタイムアウトしたときには、制御装置２４はパワーコンディショナ７のインバータ回路８が起動していると判断し、昇圧回路１６Ａ、１６Ｂに始動信号を出力し、各昇圧回路１６Ａ、１６Ｂは運転を開始する。

このように、標準入力電圧Ｖｓ、標準入力電圧最大値Ｖｍａｘ及び昇圧回路起動判定電圧Ｖｎに基づき、タイマ２５の計時により、インバータ回路８が連続運転していると判断された後に、各昇圧回路１６Ａ、１６Ｂが運転を開始するので、パワーコンディショナ７に設けられたインバータ回路８を通信に対応したものとする必要がなく、汎用性を維持し、また標準入力回路１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ側に電流センサなどを設ける必要がなくコストの上昇を回避しつつ、昇圧回路１６Ａ、１６Ｂが運転を開始したときに、インバータ回路８のＭＰＰＴ制御に悪影響を与えることを回避することができる。

また、標準入力電圧最大値Ｖｍａｘを読み込み、現在の標準入力電圧Ｖｓと比較したとき、この現在の標準入力電圧Ｖｓが標準入力電圧最大値Ｖｍａｘより大きいと制御装置２４が判断したときには、現在の標準入力電圧Ｖｓを標準入力電圧最大値Ｖｍａｘに維持させる。この場合、前述した現在の標準入力電圧Ｖｓが標準入力電圧最大値Ｖｍａｘ以下で、且つ現在の標準入力電圧Ｖｓが標準入力電圧最大値Ｖｍａｘから予め設定され上記ＲＡＭに格納されている昇圧回路起動判定電圧Ｖｎを減算した値より低いか否かを判定して、高いと判定した場合と同様に、上記タイマ２５の計時時間を０とし（ゼロにリセットし）、昇圧回路１６Ａ、１６Ｂの運転を停止する。

また、前述した現在の標準入力電圧Ｖｓが標準入力電圧最大値Ｖｍａｘ以下で、且つ現在の標準入力電圧Ｖｓが標準入力電圧最大値Ｖｍａｘから予め設定され上記ＲＡＭに格納されている昇圧回路起動判定電圧Ｖｎを減算した値より低いか否かを判定して、タイマ２５が計時を開始してタイムアウトするまでの間も昇圧回路１６Ａ、１６ｂの停止状態を保持する。

なお、前記各昇圧回路１６Ａ、１６Ｂが起動した後は、第１、第２の電圧センサ１８Ａ、１８Ｂにより検出された端数太陽電池４、５の出力電圧、及び第３の電圧センサ２２による昇圧回路１６Ａ、１６Ｂの出力電圧に基づき、制御装置２４の入力電圧検知部２６及び出力電圧検知部２７が動作し、制御装置２４はＰＷＭ制御回路２８を介して昇圧回路１６Ａ、１６Ｂを制御し、各昇圧回路１６Ａ、１６Ｂの出力電圧が標準入力回路１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの出力電圧と等しく保たれ、太陽光発電装置から所定の電圧の電力が供給される。

以上本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

１、２、３太陽電池（第１の太陽電池）
４、５端数太陽電池（第２の太陽電池）
６接続装置
７パワーコンディショナ
８インバータ回路
１６Ａ、１６Ｂ昇圧回路
２３第４の電圧センサ
２４制御装置
２５タイマ

Claims

直流電力を発電する第１の太陽電池と、
前記第１の太陽電池の発電する直流電力より電圧が低い直流電力を発電する第２の太陽
電池と、
前記第２の太陽電池により発電された直流電力の電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記第１の太陽電池が発電する直流電力、及び前記昇圧回路の昇圧する直流電力が供給
されるインバータ回路と、
前記第１の太陽電池の出力電圧を検出する電圧センサと、
前記昇圧回路の運転を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、始動時に、前記電圧センサから前記出力電圧を定期的に検出し、前記
電圧センサの検出する前記出力電圧が、所定電圧以下の状態を継続したときに前記インバ
ータ回路が起動していると判断し、前記昇圧回路の運転を開始することを特徴とする太陽
光発電装置。
直流電力を発電する第１の太陽電池と、
前記第１の太陽電池の発電する直流電力より電圧が低い直流電力を発電する第２の太陽
電池と、
前記第２の太陽電池により発電された直流電力の電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記第１の太陽電池が発電する直流電力、及び前記昇圧回路の昇圧する直流電力が供給
されるインバータ回路と、
前記第１の太陽電池の出力電圧を検出する電圧センサと、
前記昇圧回路の運転を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、始動時に、前記電圧センサから前記出力電圧を定期的に検出し、前記
電圧センサの検出する前記出力電圧が、検出した前記第１の太陽電池の最大出力電圧から
予め設定された電圧を減算した電圧以下の状態を継続したときに前記インバータ回路が起
動していると判断し、前記昇圧回路の運転を開始することを特徴とする太陽光発電装置。
直流電力を発電する第１の太陽電池と接続される第１端子と、
前記第１の太陽電池の発電する直流電力より電圧が低い第２定格の直流電力を発電する
第２の太陽電池と接続される第２端子と、
前記第２端子と接続され、前記第２の太陽電池により発電された直流電力の電圧を昇圧
する昇圧回路と、
前記昇圧回路にて昇圧された直流電力、及び第１の太陽電池により発電された直流電力
が供給される出力側端子と、
前記第１の太陽電池の出力電圧を検出する電圧センサと、
前記昇圧回路の運転を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、始動時に、前記電圧センサから前記出力電圧を定期的に検出し、前記
電圧センサの検出する前記出力電圧が、所定電圧以下の状態を継続したときに前記インバ
ータ回路が起動していると判断し、前記昇圧回路の運転を開始することを特徴とする接続
装置。
直流電力を発電する第１の太陽電池と接続される第１端子と、
前記第１の太陽電池の発電する直流電力より電圧が低い第２定格の直流電力を発電する
第２の太陽電池と接続される第２端子と、
前記第２端子と接続され、前記第２の太陽電池により発電された直流電力の電圧を昇圧
する昇圧回路と、
前記昇圧回路にて昇圧された直流電力、及び第１の太陽電池により発電された直流電力
が供給される出力側端子と、
前記第１の太陽電池の出力電圧を検出する電圧センサと、
前記昇圧回路の運転を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、始動時に、前記電圧センサから前記出力電圧を定期的に検出し、前記
電圧センサの検出する前記出力電圧が、検出した前記第１の太陽電池の最大出力電圧から
予め設定された電圧を減算した電圧以下の状態を継続したときに前記インバータ回路が起
動していると判断し、前記昇圧回路の運転を開始することを特徴とする接続装置。