JP6519553B2 - 太陽光発電システム - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池を備えた太陽光発電システムに関する。

蓄電池を備えた蓄電池併設の太陽光発電システムでは、太陽電池で発電した余剰電力で蓄電池を充電し、太陽電池での発電量が不足するときに蓄電池から放電する（例えば、特許文献１参照）。

図３（ａ）に示す従来の太陽光発電システム１００は、太陽電池１と、接続箱ダイオード２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１と、蓄電池４と、ＤＣ／ＡＣインバータ５とで構成されている。太陽電池１で発電された直流電力は、逆電流防止用の接続箱ダイオード２を介してＤＣ／ＤＣコンバータ３１に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、入力された直流電力を昇圧して、ＤＣ／ＡＣインバータ５及び蓄電池４に出力する。ＤＣ／ＡＣインバータ５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１及び蓄電池４から入力された直流電力を交流電力に変換して系統６に出力する。

このような太陽光発電システム１００において、蓄電池４への充電は、点線矢印Ａで示すように、太陽電池１−接続箱ダイオード２−ＤＣ／ＤＣコンバータ３１−蓄電池４の経路となり、蓄電池４からの放電は、点線矢印Ｂで示すように、蓄電池４−ＤＣ／ＡＣインバータ５−系統６の経路となる。

図３（ｂ）に示す従来の太陽光発電システム２００は、太陽電池１と、接続箱ダイオード２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２と、蓄電池４と、ＤＣ／ＡＣインバータ５とで構成されている。太陽電池１で発電された直流電力は、逆電流防止用の接続箱ダイオード２を介してＤＣ／ＤＣコンバータ３２とＤＣ／ＡＣインバータ５とに供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、双方向コンバータであり、太陽電池１から入力された直流電力を昇圧して蓄電池４に出力すると共に、蓄電池４から入力された直流電力を降圧して
ＤＣ／ＡＣインバータ５に出力する。ＤＣ／ＡＣインバータ５は、太陽電池１及びＤＣ／ＤＣコンバータ３２から入力された直流電力を交流電力に変換して系統６に出力する。

このような太陽光発電システム２００において、蓄電池４への充電は、点線矢印Ａで示すように、太陽電池１−接続箱ダイオード２−ＤＣ／ＤＣコンバータ３２−蓄電池４の経路となり、蓄電池４からの放電は、点線矢印Ｂで示すように、蓄電池４−ＤＣ／ＤＣコンバータ３２−ＤＣ／ＡＣインバータ５−系統６の経路となる。

特開２０１５−１４２４６０号公報

しかしながら、従来の太陽光発電システム１００では、蓄電池４の放電電圧が充電量や低温によって大きく低下し、ＤＣ／ＡＣインバータ５の最小直流電圧を下回ると、系統６に回生できなくなってしまう。従って、電圧範囲が制限されやすいので、選定する蓄電池４が限定されるという問題点があった。

これに対し、従来の太陽光発電システム２００では、電圧範囲が制限されないので、選定する蓄電池４の自由度が高くなる。しかし、蓄電池４からの放電において、ＤＣコンバータ３２とＤＣ／ＡＣインバータ５との２つの変換器を常に経由するため、システムの変換効率が低下してしまうという問題点があった。

本発明の目的は、従来技術の上記課題を解決し、選定する蓄電池の自由度確保と、システムの変換効率とを両立させることができる太陽光発電システムを提供することにある。

本発明の太陽光発電システムは、太陽電池によって発電された直流電力が充電される蓄電池と、当該蓄電池から放電される直流電力を交流電力に変換して系統に供給するＤＣ／ＡＣインバータとを有する太陽光発電システムであって、前記太陽電池によって発電された直流電力が第１整流素子を介して入力される第１入出力端子と、前記蓄電池とのリンク点に接続された第２入出力端子とを有し、いずれの変換方向でも、入力された直流電力を前記ＤＣ／ＡＣインバータの最小直流電圧以上の出力電圧に昇圧して出力する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１入出力端子と前記ＤＣ／ＡＣインバータの入力端子とを接続する迂回ラインと、前記ＤＣ／ＡＣインバータの入力端子から前記迂回ラインを経由した前記第１入出力端子への逆電流を防止する第２整流素子と、前記ＤＣ／ＡＣインバータの入力端子から前記リンク点への逆電流を防止する第３整流素子と、を具備することを特徴とする。
さらに、本発明の太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池の発電状況を検出する発電状況検出部と、前記リンク点のリンク電圧を検出するリンク電圧検出部と、を具備し、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記太陽電池の発電状況が発電中である場合、前記第１入出力端子に入力された直流電力を昇圧して前記第２入出力端子から出力させる変換方向に設定され、前記太陽電池の発電状況が停止中又は前記太陽電池によって発電された直流電力が不十分であり、且つ前記リンク電圧が予め設定された閾電圧以下である場合、前記第２入出力端子に入力された直流電力を昇圧して前記第１入出力端子から出力させる変換方向に設定されていても良い。
さらに、本発明の太陽光発電システムにおいて、前記閾電圧は、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧よりも低く、前記ＤＣ／ＡＣインバータの前記最小直流電圧よりも高い値に設定されていても良い。
さらに、本発明の太陽光発電システムにおいて、前記発電状況検出部は、前記太陽電池の出力電圧を検出する発電電圧検出部であっても良い。
さらに、本発明の太陽光発電システムにおいて、前記発電状況検出部は、時計であっても良い。
さらに、本発明の太陽光発電システムにおいて、前記発電状況検出部は、太陽光を検出する光センサであっても良い。

本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの変換方向を制御することで、蓄電池からＤＣ／ＡＣインバータへの放電経路に、ＤＣ／ＤＣコンバータを介在させるか否かを切り換えることができ、選定する蓄電池の自由度確保と、システムの変換効率とを両立させることができるという効果を奏する。

本発明に係る太陽光発電システムの実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。 図１に示す蓄電池の充放電経路を説明する説明図である。 従来の太陽光発電システムの実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
本実施の形態の太陽光発電システム３００は、図１を参照すると、太陽電池１と、接続箱ダイオード２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３と、蓄電池４と、ＤＣ／ＡＣインバータ５と、第１結合ダイオード７と、第２結合ダイオード８と、発電電圧検出部９と、リンク電圧検出部１０と、変換方向切換回路１１と、迂回ライン１２と、を備えている。なお、図１においては、電力ラインは実線で、制御ライン及び情報伝達ラインは点線でそれぞれ示されている。

太陽電池１で発電された直流電力は、逆電流防止用の接続箱ダイオード２を介してＤＣ／ＤＣコンバータ３３に供給される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は、昇圧双方向コンバータであり、いずれの変換方向においても、入力された直流電力を予め設定された出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧して出力する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の出力電圧Ｖｏｕｔは、ＤＣ／ＡＣインバータ５が定格の交流電力に変換できる最小直流電圧Ｖｍｉｎ以上の値に設定されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の第１入出力端子Ｔ１は、接続箱ダイオード２のカソードに接続されていると共に、逆電流防止用の第１結合ダイオード７を介して迂回ライン１２でＤＣ／ＡＣインバータ５の入力端子に接続されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の第２入出力端子Ｔ２は、蓄電池４に接続されていると共に、逆電流防止用の第１結合ダイオード７を介してＤＣ／ＡＣインバータ５の入力端子に接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は、通常、第１入出力端子Ｔ１に入力された直流電力を出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧して第２入出力端子Ｔ２から出力する変換方向（以下、充電方向と称す）に設定しており、変換方向切換回路１１から切換指示が入力されると、第２入出力端子Ｔ２に入力された直流電力を出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧して第１入出力端子Ｔ１から出力する変換方向（以下、放電方向と称す）に切り換える。

発電電圧検出部９は、太陽電池１の出力電圧Ｖａを検出し、検出結果を変換方向切換回路１１に出力する。また、リンク電圧検出部１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の第２入出力端子Ｔ２と蓄電池４とのリンク点（接続点）のリンク電圧Ｖｂを検出し、検出結果を変換方向切換回路１１に出力する。

変換方向切換回路１１は、発電電圧検出部９の検出結果（出力電圧Ｖａ）と、リンク電圧検出部１０の検出結果（リンク電圧Ｖｂ）とに基づき、出力電圧Ｖａ＝０で、且つリンク電圧Ｖｂが予め設定された閾電圧Ｖｔｈ以下である場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３に切換指示を出力する。なお、閾電圧Ｖｔｈは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の出力電圧Ｖｏｕｔよりも低く、ＤＣ／ＡＣインバータ５の最小直流電圧Ｖｍｉｎよりも高い値に設定されている。

発電電圧検出部９によって出力電圧Ｖａ＞０が検出され、太陽電池１が発電中である場合、変換方向切換回路１１から切換指示が出力されないため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の変換方向は充電方向である。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は、太陽電池１から接続箱ダイオード２を介しての第１入出力端子Ｔ１に入力された直流電力を、出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧して第２入出力端子Ｔ２から出力する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の第２入出力端子Ｔ２から出力された直流電力は、逆電流防止用の第２結合ダイオード８を介してＤＣ／ＡＣインバータ５に供給されると共に、蓄電池４に供給される。従って、太陽電池１で発電した余剰電力による蓄電池４の充電は、太陽電池１−接続箱ダイオード２−ＤＣ／ＤＣコンバータ３３−蓄電池４の経路となる。

発電電圧検出部９によって出力電圧Ｖａ＝０が検出され、太陽電池１が停止中であり、且つリンク電圧検出部１０によって検出されるリンク電圧Ｖｂが閾電圧Ｖｔｈを上回っている場合、変換方向切換回路１１から切換指示が出力されないため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の変換方向は充電方向である。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３及び第１結合ダイオード７は、オフ状態となり、蓄電池４からの放電は、図２（ａ）に点線矢印Ｂ１で示すように、蓄電池４−第２結合ダイオード８−ＤＣ／ＡＣインバータ５−系統６の経路となる。この場合、放電経路には、変換回路としてＤＣ／ＡＣインバータ５のみが存在することになるため、システムの変換効率が高い。

発電電圧検出部９によって出力電圧Ｖａ＝０が検出され、太陽電池１が停止中であり、リンク電圧検出部１０によって検出されるリンク電圧Ｖｂが閾電圧Ｖｔｈ以下である場合、変換方向切換回路１１から切換指示が出力され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の変換方向が放電方向に切り換えられる。これにより、接続箱ダイオード２及び第２結合ダイオード８は、オフ状態となり、蓄電池４からの放電は、図２（ｂ）に点線矢印Ｂ２で示すように、蓄電池４−ＤＣ／ＤＣコンバータ３３−第１結合ダイオード７−ＤＣ／ＡＣインバータ５−系統６の経路となる。この場合、蓄電池４の放電電圧がＤＣ／ＡＣインバータ５の最小直流電圧Ｖｍｉｎを下回っても、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３によって昇圧することができるため、蓄電池４からの放電を継続させることができる。

なお、本実施の形態では、太陽電池１が停止中であることを一つの条件として、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の変換方向を放電方向に切り換えるように構成されている。そして、発電電圧検出部９によって検出される出力電圧Ｖａによって、太陽電池１が発電中であるか停止中であるかを判別している。すなわち、発電電圧検出部９を太陽電池１の発電状況を検出する発電状況検出部として機能させている。太陽電池１の発電は夜間に行われることはない。従って、発電状況検出部としては、時計を設け、時刻によって太陽電池１が発電中であるか停止中であるかを判別するように構成しても良い。また、太陽光を検出する光センサを発電状況検出部として設け、光センサの出力によって太陽電池１が発電中であるか停止中であるかを判別するように構成しても良い。

また、太陽電池１によって発電された直流電力が不十分であり、且つリンク電圧Ｖｂが閾電圧Ｖｔｈ以下である場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の変換方向を放電方向に切り換えるように構成しても良い。なお、太陽電池１によって発電された直流電力が不十分とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の変換方向を充電方向に動作させても、リンク電圧Ｖｂを閾電圧Ｖｔｈを上回る値にすることができない状態を意味する。太陽電池１によって発電された直流電力が不十分であるか否かの判断も、発電電圧検出部９によって検出される出力電圧Ｖａや、時刻、光センサによって行うことができる。

以上のように、本実施の形態によれば、太陽電池１によって発電された直流電力が充電される蓄電池４と、蓄電池４から放電される直流電力を交流電力に変換して系統に供給するＤＣ／ＡＣインバータ５とを有する太陽光発電システム３００であって、太陽電池１によって発電された直流電力が第１整流素子である接続箱ダイオード２を介して入力される第１入出力端子Ｔ１と、蓄電池４とのリンク点に接続された第２入出力端子Ｔ２とを有し、いずれの変換方向でも、入力された直流電力をＤＣ／ＡＣインバータ５の最小直流電圧Ｖｍｉｎ以上の出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧して出力する双方向コンバータであるＤＣ／ＤＣコンバータ３３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の第１入出力端子Ｔ１とＤＣ／ＡＣインバータ５の入力端子とを接続する迂回ライン１２と、ＤＣ／ＡＣインバータ５の入力端子から迂回ライン１２を経由した第１入出力端子Ｔ１への逆電流を防止する第２整流素子である第１結合ダイオード７と、ＤＣ／ＡＣインバータ５の入力端子からリンク点（第２入出力端子Ｔ２と蓄電池４との接続点）への逆電流を防止する第３整流素子である第２結合ダイオード８と、を具備することを特徴とする。
この構成により、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の変換方向を制御することで、蓄電池４からＤＣ／ＡＣインバータ５への放電経路に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を介在させるか否かを切り換えるができる。従って、蓄電池４からの放電経路にＤＣ／ＤＣコンバータ３３を介在させることで、蓄電池４から放電された直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３３で昇圧してＤＣ／ＡＣインバータ５に供給することができ、選定する蓄電池４の自由度を確保することができる。また、放電経路にＤＣ／ＤＣコンバータ３３を介在させないことで、システムの変換効率を向上させることができる。

さらに、本実施の形態によれば、太陽電池１の発電状況を検出する発電状況検出部である発電電圧検出部９と、リンク点のリンク電圧Ｖｂを検出するリンク電圧検出部１０と、を具備し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は、太陽電池１の発電状況が発電中である場合、第１入出力端子Ｔ１に入力された直流電力を昇圧して第２入出力端子Ｔ２から出力させる変換方向（充電方向）に設定され、太陽電池１の発電状況が停止中又は太陽電池１によって発電された直流電力が不十分であり、且つリンク電圧Ｖｂが閾電圧Ｖｔｈ以下である場合、第２入出力端子Ｔ２に入力された直流電力を昇圧して第１入出力端子Ｔ１から出力させる変換方向（放電方向）に設定される。
この構成により、太陽電池１の発電状況、リンク点のリンク電圧Ｖｂとに基づき、蓄電池４からの放電経路の切り換えを適切なタイミングで実行することができる。

さらに、本実施の形態によれば、閾電圧Ｖｔｈは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の出力電圧Ｖｏｕｔよりも低く、ＤＣ／ＡＣインバータ５の最小直流電圧Ｖｍｉｎよりも高い値に設定されている。
この構成により、蓄電池４の放電電圧がＤＣ／ＡＣインバータ５の最小直流電圧Ｖｍｉｎを下回る前に、蓄電池４からの放電経路がＤＣ／ＤＣコンバータ３３を介在させる経路に切り換わるため、蓄電池４からの放電を継続させることができる。

さらに、本実施の形態によれば、発電状況検出部は、太陽電池１の出力電圧Ｖａを検出する発電電圧検出部９、時計、太陽光を検出する光センサのいずれであっても良い。

以上、本発明を具体的な実施形態で説明したが、上記実施形態は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更して実施できることは言うまでも無い。

１００、２００、３００ 太陽光発電システム
１ 太陽電池
２ 接続箱ダイオード
４ 蓄電池
５ ＤＣ／ＡＣインバータ
６ 系統
７ 第１結合ダイオード
８ 第２結合ダイオード
９ 発電電圧検出部
１０ リンク電圧検出部
１１ 変換方向切換回路
１２ 迂回ライン
３１、３２、３３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
Ｔ１ 第１入出力端子
Ｔ２ 第２入出力端子

Claims (6)

1. 太陽電池によって発電された直流電力が充電される蓄電池と、当該蓄電池から放電される直流電力を交流電力に変換して系統に供給するＤＣ／ＡＣインバータとを有する太陽光発電システムであって、
   前記太陽電池によって発電された直流電力が第１整流素子を介して入力される第１入出力端子と、前記蓄電池とのリンク点に接続された第２入出力端子とを有し、いずれの変換方向でも、入力された直流電力を前記ＤＣ／ＡＣインバータの最小直流電圧以上の出力電圧に昇圧して出力する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第１入出力端子と前記ＤＣ／ＡＣインバータの入力端子とを接続する迂回ラインと、
   前記ＤＣ／ＡＣインバータの入力端子から前記迂回ラインを経由した前記第１入出力端子への逆電流を防止する第２整流素子と、
   前記ＤＣ／ＡＣインバータの入力端子から前記リンク点への逆電流を防止する第３整流素子と、を具備することを特徴とする太陽光発電システム。
2. 前記太陽電池の発電状況を検出する発電状況検出部と、
   前記リンク点のリンク電圧を検出するリンク電圧検出部と、を具備し、
   前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記太陽電池の発電状況が発電中である場合、前記第１入出力端子に入力された直流電力を昇圧して前記第２入出力端子から出力させる変換方向に設定され、前記太陽電池の発電状況が停止中又は前記太陽電池によって発電された直流電力が不十分であり、且つ前記リンク電圧が予め設定された閾電圧以下である場合、前記第２入出力端子に入力された直流電力を昇圧して前記第１入出力端子から出力させる変換方向に設定されることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システム。
3. 前記閾電圧は、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧よりも低く、前記ＤＣ／ＡＣインバータの前記最小直流電圧よりも高い値に設定されていることを特徴とする請求項２記載の太陽光発電システム。
4. 前記発電状況検出部は、前記太陽電池の出力電圧を検出する発電電圧検出部であることを特徴とする請求項２又は３記載の太陽光発電システム。
5. 前記発電状況検出部は、時計であることを特徴とする請求項２又は３記載の太陽光発電システム。
6. 前記発電状況検出部は、太陽光を検出する光センサであることを特徴とする請求項２又は３記載の太陽光発電システム。

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