JP6411114B2

JP6411114B2 - 太陽光発電設備システム

Info

Publication number: JP6411114B2
Application number: JP2014151950A
Authority: JP
Inventors: 喜次郎峯田; 義宏星野
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2018-10-24
Anticipated expiration: 2034-07-25
Also published as: JP2016032304A

Description

この発明は、特に中規模・大規模の太陽光発電設備で集電された電力を電力会社の特別高圧配電線に連系させるシステムに関する。

近年、二酸化炭素の発生を抑制でき安全な電源確保を企図して、太陽光や風力、地熱その他の再生可能エネルギーの利用が積極的に図られており、特に2011年３月に起きた福島第一原子力発電所の事故により再生可能エネルギーを原子力発電の代替電源とする利用が促進されている。しかも、例えば「再生可能エネルギーの固定価格買取制度」の開始等により、その利用の促進にさらに拍車がかけられた。特に採算面での不安が解消された太陽光発電による再生可能エネルギーが着目され、遊休地はもとより、既存建物の屋上等のように、多数基のソーラーパネルが設置できる場所を利用した、中規模あるいは大規模の太陽光発電設備、いわゆるメガソーラー設備の建設は国土全域にわたっている。

太陽光発電設備は太陽電池（ソーラーパネル）で発生させた電力を電力会社へ売却することが目的とされているものであるから、電力会社の特別高圧電線路に系統を連系（以下、「特高連系」と略記する。）させる必要がある。図３は、大規模太陽発電設備の特高連系のためのシステムを説明するブロック図である。複数基のソーラーパネル１のそれぞれには接続箱２が接続されて、それぞれのソーラーパネル１で発生させた直流電力が集電される。この接続箱２にパワーコンディショナ３が接続され、供給される直流電力が交流電力に変換されて、例えば、AC270Vに変換されて出力される。

前記パワーコンディショナ３の出力は一次昇圧変圧器４に入力されて、この一次昇圧変圧器４によってAC6600Vに昇圧されて出力され、高圧盤５を介して高圧フィーダー盤６へ供給される。高圧フィーダー盤６の出力配線は二次昇圧変圧器７に入力されて、6600Vから22000Vに昇圧された後、特高フィーダー盤８へ送られる。

特高連系させるためには、さらに66000Vまで昇圧させる。この場合、66000Vの特高線は鉄塔配電線として鉄塔に架設することを要する。太陽光発電設備の近傍に鉄塔配電線が配されている場合には、当該太陽光発電設備内で66000Vまで昇圧させて特高連系させる。また、発電設備の近傍に鉄塔配電線が引かれていない場合には、太陽光発電設備の事業者がその近傍に鉄塔を設置して特高線を引き込むことで特高連系させる。あるいは、特高線を公道に沿って設置させた電柱に架設しまたは地下に埋設して布設し、特高連系を行える地点まで22000Vで送電し、66000Vまで昇圧させる特高連系変電所の変電設備を介して特高連系させている。

前述したように、太陽光発電設備では、ソーラーパネルによって発電された電力を階層的に徐々に昇圧させて、特高連系させる電圧としている。特許文献１には、複数の家庭用分散型電源を低コストで電力系統に連系させる分散型電源システムが開示されている。この分散型電源システムは、家庭に設置され、直流電力を発電する分散型電源と、複数の前記分散型電源から直流電力を受電し、受電した直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータから交流電力を受電し、受電した交流電力を昇圧して電力系統に供給する変圧器と、を備えている構成とされたものである。

特開２０１０−２１３３８４号公報

一般的に、ソーラーパネルで発生させた直流電力は交流電力に変換され、階層的に昇圧されて特高連系できる電圧まで上昇させられる。このとき、図３に示すように、１組のソーラーパネル１で発生させた電力は、個別に昇圧されて高圧盤５から高圧フィーダー盤６に個別に送られ、該高圧フィーダー盤６で集電される。その後、二次昇圧変圧器７を介して特高フィーダー盤８から特高線に供される。

ところで、特高連系させる場合には66000Vまで昇圧させることになるが、そのためには、前述したとおり、一次昇圧変圧器４と二次昇圧変圧器７とを設備し、ソーラーパネル１毎に高圧フィーダー盤６に送っている。他方、特高連系させる場合に、太陽光発電設備の近傍に特高線が架設された鉄塔が存しない場合には、発電事業者が鉄塔を設置して特高線を引き込むか、特高線が架設されている地点まで22000Vの高圧線で送電する必要がある。特に、22000Vで送電する場合には特高線を公道に沿って設置した電柱に架設したり、地下埋設で布設したりすることができる。このため、太陽光発電設備で特高連系させる66000Vまで昇圧せずに、22000Vまで昇圧させた電圧で特高連系できる地点まで送電することで足りることになる。

そこで、この発明は、太陽光発電設備における特高連系のためのシステムの簡略化を図って、電力損失を極力抑制して高効率の太陽光発電設備システムを提供することを目的としている。

前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係る太陽光発電設備システムは、多数のソーラーパネルを配設して電力を発生させ、電力会社の特別高圧電線路に系統を連系させる太陽光発電設備システムにおいて、第１系列に属する前記ソーラーパネルが発生した直流電力を交流電力に変換して、交流22000Vまで一基の特高変圧器で昇圧させ、この第１系列の交流22000Vを特高盤に接続させ、第２系列に属する前記ソーラーパネルが発生した直流電力を交流電力に変換して、交流22000Vまで一基の特高変圧器で昇圧させ、この第２系列の交流22000Vを第２特高集電盤に接続させると共に、該第２特高集電盤に前記特高盤の出力側を接続させ、第ｎ系列に属する前記ソーラーパネルが発生した直流電力を交流電力に変換して、交流22000Vまで一基の特高変圧器で昇圧させ、この第ｎ系列の交流22000Vを第ｎ特高集電盤に接続させ、前記第ｎ特高集電盤は、第(ｎ−１)系列の第(ｎ−１)特高集電盤の出力側が接続すると共に、該第ｎ特高集電盤の出力側を第(ｎ＋１)特高集電盤に接続し、最終系列の第ｎi特高集電盤の出力側を特高フィーダー盤に入力し、該特高フィーダー盤から出力される交流22000Vを、前記特別高圧電線路に系統を連系させる特高連系変電所まで送電することを特徴としている。

ソーラーパネルによって発生させた直流電力は接続箱で集電され、パワーコンディショナに送出されて、交流電力に変換される。このとき、例えば210Vあるいは270V等の電圧の交流電力に変換される。このAC270V等の交流電力が前記特高変圧器に供されるとAC22000Vの出力が得られる。このAC22000Vの電力は、公道に沿って設置された電柱に架設したり地下に埋設して布設したりした特高線で所望の地点まで送ることができる。すなわち、太陽光発電設備の近傍まで特別高圧配電線を引き込むことなく、このため鉄塔を建設する必要がなく、特高連系させるよう22000VをAC66000Vまで昇圧させる特高連系変電所まで送電することができる。なお、前記系列数ｉは、例えばパワーコンディショナの容量との関係で最適となる系列数である。

また、請求項２の発明に係る太陽光発電設備システムは、多数のソーラーパネルを配設して電力を発生させ、電力会社の特別高圧電線路に系統を連系させる太陽光発電設備システムにおいて、第１系列に属する前記ソーラーパネルが発生した直流電力を交流電力に変換して、交流22000Vまで一基の特高変圧器で昇圧させ、この第１系列の交流22000Vを特高盤に接続させ、第２系列に属する前記ソーラーパネルが発生した直流電力を交流電力に変換して、交流22000Vまで一基の特高変圧器で昇圧させ、この第２系列の交流22000Vを第２特高集電盤に接続させると共に、該第２特高集電盤に前記特高盤の出力側を接続させ、第ｎ系列に属する前記ソーラーパネルが発生した直流電力を交流電力に変換して、交流22000Vまで一基の特高変圧器で昇圧させ、この第ｎ系列の交流22000Vを第ｎ特高集電盤に接続させ、前記第ｎ特高集電盤は、第(ｎ−１)系列の第(ｎ−１)特高集電盤の出力側が接続すると共に、出力側を第(ｎ＋１)特高集電盤に接続し、最終系列の第ｎi特高集電盤の出力を特高連系変電所内の特高フィーダー盤まで送電することを特徴としている。

すなわち、特高フィーダー盤を介することなく昇圧されたAC22000Vの電力を特高連系変電所まで送電するようにして、特高連系変電所に特高フィーダー盤を設置するものである。例えば、太陽光発電設備が複数箇所に点在する場合には、それぞれの発電設備から特高連系変電所までAC22000Vで送電して、該特高連系変電所に設置されている特高フィーダー盤に入力させる。このとき、電力計を介することにより、各太陽光発電設備から供給される電力量を把握できる。このため、各太陽光発電設備の事業者が異なる場合であっても、それぞれの事業者の設備によって発電された電力量を把握できる。そして、当該特高連系変電所において特高連系させる66000Vまで昇圧する。この特高連系変電所を特高連系させる地点の近傍に設置することにより、特高連系を簡便に行える。なお、前記系列数ｉは、例えばパワーコンディショナの容量との関係で最適となる系列数である。

この発明に係る太陽光発電設備システムによれば、従来のこの種の設備では、二基の昇圧変圧器を備えて、ソーラーパネルで発生させた電力を、例えばAC22000Vへ順次昇圧しているのに対して、本願発明では、一基の昇圧変圧器によってAC22000Vまで昇圧していることにより、変圧器の基数を減じて、発電設備の効率を向上させることができる。また、集電盤機能を特高盤に付加することにより、従来の高圧フィーダー盤を省略し、配線の集約が可能となって、設備の簡素化を図ることができる。

また、請求項２の発明に係る太陽光発電設備システムによれば、電柱に架設したり、地下に埋設して布設した送電線で所望地点まで送ることができる電圧まで昇圧して、該送電線で特高連系変電所まで送電するようにしたから、近在に分散している太陽光発電設備によって発生させた電力を、この特高連系変電所まで送電する。特高連系変電所では、特高連系させる電圧まで昇圧させて、特高連系させることができるから、近在に分散している発電設備のそれぞれについて、設備の簡素化を図ることができる。また、これら発電設備の事業者が異なる場合には、特高連系変電所の設置・管理を共同で行うことで、各事業者は個別に特高連系変電所を所有する必要がなくなり、いずれの事業者についても設備コストを削減できる。

この発明に係る太陽光発電設備システムの第１実施形態に係る構成を説明するブロック図である。この発明に係る太陽光発電設備システムの第２実施形態に係る構成を説明するブロック図である。従来の太陽光発電設備システムの構成を説明するブロック図である。

以下、図示した好ましい実施形態に基づいて、この発明に係る太陽光発電設備システムを具体的に説明する。

図１はこの発明の第１実施形態に係る太陽光発電設備システムのブロック図であり、図３に示す構成と同様の構成は同一の符号を付してある。ソーラーパネル１で太陽光を受けて発生させた電力は、接続箱２で集電される。発生した電力は直流であるため、パワーコンディショナ３に供して交流電力に変換させて、一般の利用に供することができるようにする。変換された交流電力は、例えば210Vまたは270Vで出力され、これを特高変圧器11に送出する。この特高変圧器11では、AC22000Vまで昇圧する。

図１には、ソーラーパネル１により発電される四つの系列からなる発電設備の組が複数設置されている状態を示している。すなわち、第１系列n1と第２系列n2、第３系列n3、第４系列n4とにより一つの組が構成されている。

第１系列n1の前記AC22000Vまで昇圧した交流電力は、特高盤12に入力される。この特高盤12の出力側は、後述する第２系列n2の第２特高集電盤13bの入力側に接続されている。

第２系列n2においても、第１系列と同様に、ソーラーパネル１で発生させた直流電力は接続箱２で集電され、パワーコンディショナ３によって交流電力に変換された後、特高変圧器11でAC22000Vまで昇圧される。昇圧された22000Vの交流電力は第２特高集電盤13bに供される。この第２特高集電盤13bは、前述したように、第１系列n1で発生させて昇圧された22000Vの交流電力が供給されており、第２系列n2で得られた交流電力とを合流させる。そして、この第２系列n2の第２特高集電盤13bの出力側が、第３系列n3の第３特高集電盤13cの入力側に接続されている。

第ｎ系列ｎにおいても、第１系列n1及び第２系列n2と同様に、ソーラーパネル１で発生させた直流電力がAC22000Vまで特高変圧器11により昇圧されて、第ｎ特高集電盤13nに供給される。この第ｎ特高集電盤13nには、第(ｎ−１)系列n-1で得られた交流電力が供給されており、この第ｎ系列ｎにおいて得られた前記交流電力と合流させる。

また、第(ｎ＋１)系列n+1においては、得られた交流電力は第(ｎ＋１)特高集電盤13n+1に供給され、該特高集電盤13n+1には第ｎ系列ｎの第ｎ特高集電盤13nの出力側が接続されて、この第(ｎ＋１)系列n+1において得られた交流電力と第ｎ系列nの第ｎ特高集電盤13nから出力された交流電力とが合流する。そして、第(ｎ＋１)系列n+1の第(ｎ＋１)特高集電盤13n+1の出力側が特高フィーダー盤14に接続されている。

図１に示す実施形態では、一つの組は４系列からなるため、ｎ＝３であり、第４系列n4の第４特高集電盤13dの出力側が前記特高フィーダー盤14に接続されている。そして、この特高フィーダー盤14には、４系列から成る４組のシステムから出力される交流電力が接続されている。

前記特高フィーダー盤14から出力されるAC22000Vの交流電力は、近傍に電力会社の鉄塔配電線が存在している場合には、当該太陽光発電設備内において特高変圧器を備えてAC66000Vまで昇圧させて特高連系させることができる。近傍に鉄塔配電線が存していない場合に、鉄塔を建設して特高線を引き込むこととすると、鉄塔の建設等の設備コストが大きくなってしまう。このため、AC22000Vの特高線15を、公道16に沿って設置した電柱に架設したり、地下に埋設して布設したりして、特高連系変電所20まで設置する。この特高連系変電所20は、この特高線15を特高連系させる地点の近傍に建設され、該特高線15はこの特高連系変電所20に設備されている特高盤21に接続される。そして、この特高盤21の出力側が特高変圧器22に供給されている。特高変圧器22によりAC22000VからAC66000Vへ昇圧されて特高受電盤23に供給され、電力計24を介して電力会社30の特別高圧電線路31と特高連系させる。

この図１に示す第１実施形態に係る太陽光発電設備システムでは、太陽光発電設備10内に特高フィーダー盤14を設備するものであるため、この太陽光発電設備10は単一の事業者により所有されている場合に適している。他方、図２に示す第２実施形態では、複数の事業者が所有する太陽光発電設備40が近在している場合に適したシステムを示している。なお、図１に示す実施形態と同一の機器等については同一の符号を付してある。

例えば、図２は、Ａ敷地内に設置された大規模あるいは中規模の太陽光発電設備40aと同じくＢ敷地内の太陽光発電設備40b、…、Ｋ敷地内の太陽光発電設備40kとが近在している場合を示している。これらの太陽光発電設備40では、例えば、４系列m1〜m4の発電系列を備えており、これら４系列m1〜m4は、図１に示す実施形態の４系列n1〜n4に対応している。すなわち、第１系列m1は、ソーラーパネル１により発生された直流電力は接続箱２からパワーコンディショナ３に送られてAC270V等の交流電力に変換される。次いで、特高変圧器11によってAC22000Vまで昇圧させて第１特高盤12に送出する。第１特高盤12の出力側には、第２系列m2の第２特高集電盤13bが接続されている。

そして、第２系列m2と第３系列m3では、特高変圧器11によって昇圧された交流電力はそれぞれ第２特高集電盤13bと第３特高集電盤13cに送出される。第２系列m2の第２特高集電盤13bの出力側は第３系列m3の第３特高集電盤13cに接続され、第３系列m3の第３特高集電盤13cの出力側は、第４系列m4の第４特高集電盤13dに接続されている。

第４系列m4では、特高変圧器11によって昇圧された交流電力は第４特高集電盤13dに供給され、前記第３系列m3の第３特高集電盤13cから送られた交流電力と合流する。この第３特高集電盤13cから出力される22000Vの交流電力は公道16に沿って設置された電柱や地下に埋設されて布設された特高線15によって特高連系変電所35に設置された特高フィーダー盤36に供給される。

すなわち、Ａ敷地40aとＢ敷地40b、…、Ｋ敷地40kのそれぞれに設置された大規模あるいは中規模の太陽光発電設備で得られた交流電力は、いずれも特高連系変電所35内に設置された特高フィーダー盤36に供給される。また、これら各敷地から得られた交流電力は電力計37を介して特高フィーダー盤36に供給されて、それぞれの敷地の太陽光発電設備から発電された電力量が計測される。

前記特高フィーダー盤36の出力側には特高変圧器38が接続されており、供給されたAC22000Vを66000Vまで昇圧して特高受電盤39に供給され、該特高受電盤39から電力計24を介して電力会社30の特別高圧電線路31に特高連系させる。

この第２実施形態に係る太陽光発電設備システムによれば、近在に設置されている太陽光発電設備の発電事業者が異なっている場合に、各事業者は所有する設備内に特高フィーダー盤を具備させる必要がなく、特高連系変電所の建設を各事業者が共同して行うことで、各事業者の設備コストを低減できる。しかも、特高連系変電所を一箇所とすることにより、それぞれの発電設備に配されている保守管理のための主任技術者を特高連系変電所に配することで、人員を削減できて、ランニングコストを低減させることができる。しかも、それぞれの発電事業者の敷地内に特高フィーダー盤を設置しないことから、その部分にソーラーパネル１を設置することができて、敷地をより有効に活用することができる。

ところで、前記特高変圧器11には、地球温暖化防止のための温暖化ガス（CO₂）の排出削減を実効あるものにするために、化石燃料の使用の低減が図られると共に、電力損失の低減、並びに変圧器の損失の低減のためにいわゆるトップランナー変圧器が用いられている。一方、太陽光発電の場合には夜間や曇天時には発電を行わないため、無負荷損失の比率が大きくなって買電量が大きくなって、基本料金や使用料の支払額が大きくなり、発電コストのさらなる低減化が望まれている。そこで、前記特高変圧器11に、いわゆるアモルファス変圧器を使用する。これにより、無負荷損失が約１／３に減じられて、待機時の電力量をより減じることができる。すなわち、特高変圧器11には、状況に応じて、トップランナー変圧器とアモルファス変圧器を使い分けることが好ましい。

また、特高変圧器11の絶縁油に、生分解性電気絶縁油、いわゆるバイオエレタスを使用することが好ましい。該特高変圧器11は屋外に設置されるため、長期間の稼働による劣化や落雷により絶縁油が漏洩した場合、従来の鉱物油系絶縁油では、土壌汚染により環境破壊の一因となるおそれがある。これに対して、バイオエレタスを使用することにより、その高い生分解性のために、漏洩時における土壌汚染を抑制して環境に影響を与えることがない。

この発明に係る太陽光発電設備システムによれば、中規模あるいは大規模の太陽光発電設備で得られた電力を、公道に沿って設置した電柱や地下に埋設して布設した高圧線により特高連系する地点まで送るようにしたので、特高連系のための発電設備まで特高線を引き込むことがなく、また、特高線を架設する鉄塔を建設する必要がないから、発電設備の建設コストを低減でき、山間部にある遊休地の利用を促進して電力需要の要請に安定して対応できることに寄与する。

１ソーラーパネル
11 特高変圧器
12 特高盤
13 特高集電盤
14 特高フィーダー盤
15 高圧線
16 公道
20 特高連系変電所
21 特高盤
22 特高変圧器
30 電力会社
31 特別高圧配電線
35 特高連系変電所
36 特高フィーダー盤
37 電力計
38 特高変圧器
39 特高受電盤

Claims

多数のソーラーパネルを配設して電力を発生させ、電力会社の特別高圧電線路に系統を連系させる太陽光発電設備システムにおいて、
第１系列に属する前記ソーラーパネルが発生した直流電力を交流電力に変換して、交流22000Vまで一基の特高変圧器で昇圧させ、この第１系列の交流22000Vを特高盤に接続させ、
第２系列に属する前記ソーラーパネルが発生した直流電力を交流電力に変換して、交流22000Vまで一基の特高変圧器で昇圧させ、この第２系列の交流22000Vを第２特高集電盤に接続させると共に、該第２特高集電盤に前記特高盤の出力側を接続させ、
第ｎ系列に属する前記ソーラーパネルが発生した直流電力を交流電力に変換して、交流22000Vまで一基の特高変圧器で昇圧させ、この第ｎ系列の交流22000Vを第ｎ特高集電盤に接続させ、
前記第ｎ特高集電盤は、第(ｎ−１)系列の第(ｎ−１)特高集電盤の出力側が接続すると共に、該第ｎ特高集電盤の出力側を第(ｎ＋１)特高集電盤に接続し、
最終系列の第ｎi特高集電盤の出力側を特高フィーダー盤に入力し、該特高フィーダー盤から出力される交流22000Vを、前記特別高圧電線路に系統を連系させる特高連系変電所まで送電することを特徴とする太陽光発電設備システム。
多数のソーラーパネルを配設して電力を発生させ、電力会社の特別高圧電線路に系統を連系させる太陽光発電設備システムにおいて、
第１系列に属する前記ソーラーパネルが発生した直流電力を交流電力に変換して、交流22000Vまで一基の特高変圧器で昇圧させ、この第１系列の交流22000Vを特高盤に接続させ、
第２系列に属する前記ソーラーパネルが発生した直流電力を交流電力に変換して、交流22000Vまで一基の特高変圧器で昇圧させ、この第２系列の交流22000Vを第２特高集電盤に接続させると共に、該第２特高集電盤に前記特高盤の出力側を接続させ、
第ｎ系列に属する前記ソーラーパネルが発生した直流電力を交流電力に変換して、交流22000Vまで一基の特高変圧器で昇圧させ、この第ｎ系列の交流22000Vを第ｎ特高集電盤に接続させ、
前記第ｎ特高集電盤は、第(ｎ−１)系列の第(ｎ−１)特高集電盤の出力側が接続すると共に、出力側を第(ｎ＋１)特高集電盤に接続し、
最終系列の第ｎi特高集電盤の出力を特高連系変電所内の特高フィーダー盤まで送電することを特徴とする太陽光発電設備システム。