JP7115086B2 - 直流電源回路、太陽光発電システム、及び、直流電源回路の制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、直流電源回路、太陽光発電システム、及び、直流電源回路の制御方法に関する。
太陽光発電パネルを構成する太陽電池は、逆流により外部から電流が流れ込むと、破損する可能性がある。そのため、太陽光発電パネルからの出力電路にダイオードを設けて逆流を防止する（例えば、特許文献１，２参照。）。ダイオードは順方向に若干の電圧降下を伴うため、ダイオードよりも低抵抗なリレー接点のスイッチを、ダイオードと並列に設けて、ダイオードに順方向の電流が流れ始めればダイオードの両端を短絡することで電圧降下を抑制することができる（特許文献１）。この場合、リレーの励磁コイルは、ダイオードと直列に、電路に挿入されている。
しかしながら、大規模な太陽光発電の場合、太陽光発電パネルから出力する電流も大きいので、励磁コイルの発熱が増大する。また、太陽光発電は、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を行うため、出力が小刻みに変化しやすい。そのため、出力に応じてリレー接点を開閉すると、チャタリングを起こす場合もある。チャタリングを起こす状態で使用し続けると、リレーの寿命が短くなる。
かかる課題に鑑み、本発明は、太陽光発電パネルからの出力電路である直流電路に設けられ、かつ、逆流防止のダイオードと並列に設けられるスイッチのチャタリングを抑制することを目的とする。
本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は、特許請求の範囲によって定められるものである。
（直流電源回路１）
本発明の一表現に係る直流電源回路は、ＤＣバスと、太陽光発電パネルから前記ＤＣバスに至る直流電路と、蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、前記スイッチの開閉を制御するとともに、前記太陽光発電パネルの発電電力の立ち上がり途中に前記スイッチを一旦閉路させた後は開路を抑制するように制御する制御部と、を備えている。
本発明の一表現に係る直流電源回路は、ＤＣバスと、太陽光発電パネルから前記ＤＣバスに至る直流電路と、蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、前記スイッチの開閉を制御するとともに、前記太陽光発電パネルの発電電力の立ち上がり途中に前記スイッチを一旦閉路させた後は開路を抑制するように制御する制御部と、を備えている。
（直流電源回路２）
また、本発明の一表現に係る直流電源回路は、ＤＣバスと、太陽光発電パネルから前記ＤＣバスに至る直流電路と、蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、前記スイッチの開閉を制御するとともに、前記太陽光発電パネルの発電電力が所定値以上に立ち上がってから前記スイッチを閉路するよう制御する制御部と、を備えている。
また、本発明の一表現に係る直流電源回路は、ＤＣバスと、太陽光発電パネルから前記ＤＣバスに至る直流電路と、蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、前記スイッチの開閉を制御するとともに、前記太陽光発電パネルの発電電力が所定値以上に立ち上がってから前記スイッチを閉路するよう制御する制御部と、を備えている。
（太陽光発電システム１）
また、本発明の一表現に係る太陽光発電システムは、太陽光発電パネルと、蓄電池と、前記太陽光発電パネル及び前記蓄電池と接続された直流電源回路と、前記直流電源回路と、商用電力系統に繋がる交流電路との間に設けられ、直流／交流の電力変換を行うインバータ装置と、を備えた太陽光発電システムであって、前記直流電源回路は、ＤＣバスと、前記太陽光発電パネルから前記ＤＣバスに至る直流電路と、前記蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、前記スイッチの開閉を制御するとともに、前記太陽光発電パネルの発電電力の立ち上がり途中に前記スイッチを一旦閉路させた後は開路を抑制するように制御する制御部と、を備えている。
また、本発明の一表現に係る太陽光発電システムは、太陽光発電パネルと、蓄電池と、前記太陽光発電パネル及び前記蓄電池と接続された直流電源回路と、前記直流電源回路と、商用電力系統に繋がる交流電路との間に設けられ、直流／交流の電力変換を行うインバータ装置と、を備えた太陽光発電システムであって、前記直流電源回路は、ＤＣバスと、前記太陽光発電パネルから前記ＤＣバスに至る直流電路と、前記蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、前記スイッチの開閉を制御するとともに、前記太陽光発電パネルの発電電力の立ち上がり途中に前記スイッチを一旦閉路させた後は開路を抑制するように制御する制御部と、を備えている。
（太陽光発電システム２）
また、本発明の一表現に係る太陽光発電システムは、太陽光発電パネルと、蓄電池と、前記太陽光発電パネル及び前記蓄電池と接続された直流電源回路と、前記直流電源回路と、商用電力系統に繋がる交流電路との間に設けられ、直流／交流の電力変換を行うインバータ装置と、を備えた太陽光発電システムであって、前記直流電源回路は、ＤＣバスと、前記太陽光発電パネルから前記ＤＣバスに至る直流電路と、前記蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、前記スイッチの開閉を制御するとともに、前記太陽光発電パネルの発電電力が所定値以上に立ち上がってから前記スイッチを閉路するよう制御する制御部と、を備えている。
また、本発明の一表現に係る太陽光発電システムは、太陽光発電パネルと、蓄電池と、前記太陽光発電パネル及び前記蓄電池と接続された直流電源回路と、前記直流電源回路と、商用電力系統に繋がる交流電路との間に設けられ、直流／交流の電力変換を行うインバータ装置と、を備えた太陽光発電システムであって、前記直流電源回路は、ＤＣバスと、前記太陽光発電パネルから前記ＤＣバスに至る直流電路と、前記蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、前記スイッチの開閉を制御するとともに、前記太陽光発電パネルの発電電力が所定値以上に立ち上がってから前記スイッチを閉路するよう制御する制御部と、を備えている。
（直流電源回路の制御方法）
また、本発明の一表現に係る直流電源回路の制御方法は、太陽光発電パネルからＤＣバスに至る直流電路と、蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、を備える直流電源回路についての、その制御方法であって、前記直流電路を流れる電流の電流値がＩ１以上になれば前記スイッチを閉路させ、前記直流電路を流れる電流の電流値がＩ１＞Ｉ２の関係にある電流値Ｉ２以下になれば前記スイッチを開路する。
また、本発明の一表現に係る直流電源回路の制御方法は、太陽光発電パネルからＤＣバスに至る直流電路と、蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、を備える直流電源回路についての、その制御方法であって、前記直流電路を流れる電流の電流値がＩ１以上になれば前記スイッチを閉路させ、前記直流電路を流れる電流の電流値がＩ１＞Ｉ２の関係にある電流値Ｉ２以下になれば前記スイッチを開路する。
本発明によれば、逆流防止のダイオードと並列に設けられるスイッチのチャタリングを抑制することができる。
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
（１）この直流電源回路は、ＤＣバスと、太陽光発電パネルから前記ＤＣバスに至る直流電路と、蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、前記スイッチの開閉を制御するとともに、前記太陽光発電パネルの発電電力の立ち上がり途中に前記スイッチを一旦閉路させた後は開路を抑制するように制御する制御部と、を備えている。
上記のように構成された直流電源回路では、制御部により、太陽光発電パネルの発電電力の立ち上がり途中にスイッチを一旦閉路させた後は開路を抑制するように制御することで、スイッチのチャタリングを抑制することができる。
（２）また、（１）の直流電源回路において、前記直流電路を流れる電流を検出する電流センサが設けられ、前記制御部は、前記電流センサにより検出された電流値がＩ１以上になれば前記スイッチを閉路させ、Ｉ１＞Ｉ２の関係にある電流値Ｉ２以下になれば前記スイッチを開路するようにしてもよい。
これにより、スイッチを一旦閉路させた後の、太陽光発電パネルの発電電力の変動に対する開路の反応を鈍化させることができる。
これにより、スイッチを一旦閉路させた後の、太陽光発電パネルの発電電力の変動に対する開路の反応を鈍化させることができる。
（３）また、この直流電源回路は、ＤＣバスと、太陽光発電パネルから前記ＤＣバスに至る直流電路と、蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、前記スイッチの開閉を制御するとともに、前記太陽光発電パネルの発電電力が所定値以上に立ち上がってから前記スイッチを閉路するよう制御する制御部と、を備えている。
上記（３）のように構成された直流電源回路では、制御部により、太陽光発電パネルの発電電力が所定値以上に立ち上がってからスイッチを閉路するよう制御することで、スイッチのチャタリングを抑制することができる。
（４）また、（３）の直流電源回路において、前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御を行うものであって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが前記蓄電池の充電を行う時のみ前記スイッチを閉路させ、それ以外の時は前記スイッチを開路させるようにしてもよい。
ＤＣ／ＤＣコンバータが蓄電池の充電を行うということは、太陽光発電パネルの発電電力が十分に立ち上がり、所定値以上になっているということである。すなわち、発電電力を直接検出しなくても、充電を行うという事象により間接的に、発電電力が十分なレベルに達していることがわかる。従って、発電電力を検出するセンサを設けなくとも、適切な時期に、スイッチを閉路することができる。なお、このようにスイッチを閉路することにより、スイッチがリレー接点のＡ接点（ノーマルオープン接点）である場合に、リレーコイルの励磁のための消費電力を削減することができる。
ＤＣ／ＤＣコンバータが蓄電池の充電を行うということは、太陽光発電パネルの発電電力が十分に立ち上がり、所定値以上になっているということである。すなわち、発電電力を直接検出しなくても、充電を行うという事象により間接的に、発電電力が十分なレベルに達していることがわかる。従って、発電電力を検出するセンサを設けなくとも、適切な時期に、スイッチを閉路することができる。なお、このようにスイッチを閉路することにより、スイッチがリレー接点のＡ接点（ノーマルオープン接点）である場合に、リレーコイルの励磁のための消費電力を削減することができる。
（５）また、（１）～（４）のいずれかの直流電源回路において、前記スイッチは半導体スイッチであってもよく、その場合、前記ダイオードは前記半導体スイッチのボディダイオードである。
この場合、ダイオード及びスイッチを、実質的に１つの回路素子により実現することができる。
この場合、ダイオード及びスイッチを、実質的に１つの回路素子により実現することができる。
（６）また、この太陽光発電システムは、太陽光発電パネルと、蓄電池と、前記太陽光発電パネル及び前記蓄電池と接続された直流電源回路と、前記直流電源回路と、商用電力系統に繋がる交流電路との間に設けられ、直流／交流の電力変換を行うインバータ装置と、を備えた太陽光発電システムであって、前記直流電源回路は、ＤＣバスと、前記太陽光発電パネルから前記ＤＣバスに至る直流電路と、前記蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、前記スイッチの開閉を制御するとともに、前記太陽光発電パネルの発電電力の立ち上がり途中に前記スイッチを一旦閉路させた後は開路を抑制するように制御する制御部と、を備えている。
上記（６）のように構成された太陽光発電システムにおける直流電源回路では、制御部により、太陽光発電パネルの発電電力の立ち上がり途中にスイッチを一旦閉路させた後は開路を抑制するように制御することで、スイッチのチャタリングを抑制することができる。
（７）また、この太陽光発電システムは、太陽光発電パネルと、蓄電池と、前記太陽光発電パネル及び前記蓄電池と接続された直流電源回路と、前記直流電源回路と、商用電力系統に繋がる交流電路との間に設けられ、直流／交流の電力変換を行うインバータ装置と、を備えた太陽光発電システムであって、前記直流電源回路は、ＤＣバスと、前記太陽光発電パネルから前記ＤＣバスに至る直流電路と、前記蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、前記スイッチの開閉を制御するとともに、前記太陽光発電パネルの発電電力が所定値以上に立ち上がってから前記スイッチを閉路するよう制御する制御部と、を備えている。
上記（７）のように構成された太陽光発電システムにおける直流電源回路では、制御部により、太陽光発電パネルの発電電力が所定値以上に立ち上がってからスイッチを閉路するよう制御することで、スイッチのチャタリングを抑制することができる。
（８）また、これは、太陽光発電パネルからＤＣバスに至る直流電路と、蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、を備える直流電源回路についての、その制御方法であって、前記直流電路を流れる電流の電流値がＩ１以上になれば前記スイッチを閉路させ、前記直流電路を流れる電流の電流値がＩ１＞Ｉ２の関係にある電流値Ｉ２以下になれば前記スイッチを開路する。
上記（８）のような直流電源回路の制御方法によれば、スイッチを一旦閉路させた後の、太陽光発電パネルの発電電力の変動に対する開路の反応を鈍化させることができる。これにより、太陽光発電パネルの発電電力の立ち上がり途中にスイッチを一旦閉路させた後の、スイッチのチャタリングを抑制することができる。
［実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態に係る直流電源回路を含む太陽光発電システムについて、図面を参照して説明する。
以下、本発明の実施形態に係る直流電源回路を含む太陽光発電システムについて、図面を参照して説明する。
《第１実施形態》
図１は、第１実施形態に係る直流電源回路３を含む太陽光発電システム１００の一例を示す回路図である。図において、太陽光発電システム１００は、太陽光発電パネル１と、蓄電池２と、太陽光発電パネル１及び蓄電池２と接続された直流電源回路３と、直流／交流の電力変換を行うインバータ装置４とを備えている。インバータ装置４は、直流電源回路３と、商用電力系統６に繋がる交流電路５との間に設けられている。なお、蓄電池２及び直流電源回路３は、例えば太陽光発電パネル１からインバータ装置４に直結する既存の、蓄電機能の無い太陽光発電システムに後付けすることもできる。
図１は、第１実施形態に係る直流電源回路３を含む太陽光発電システム１００の一例を示す回路図である。図において、太陽光発電システム１００は、太陽光発電パネル１と、蓄電池２と、太陽光発電パネル１及び蓄電池２と接続された直流電源回路３と、直流／交流の電力変換を行うインバータ装置４とを備えている。インバータ装置４は、直流電源回路３と、商用電力系統６に繋がる交流電路５との間に設けられている。なお、蓄電池２及び直流電源回路３は、例えば太陽光発電パネル１からインバータ装置４に直結する既存の、蓄電機能の無い太陽光発電システムに後付けすることもできる。
直流電源回路３は、ＤＣバス７と、太陽光発電パネル１からＤＣバス７に至る直流電路８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ９と、直流電路８に設けられ、ＤＣバス７から太陽光発電パネル１への電流の逆流を防止するダイオード１０と、ダイオード１０と並列に接続されたスイッチ１１と、ダイオード１０及びスイッチ１１に対して直列に設けられた電流センサ１２と、制御部１３とを備えている。スイッチ１１は、例えばリレー接点であり、制御部１３により開閉制御される。電流センサ１２の検出出力は制御部１３に送られる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ９は、低圧側コンデンサ１４と、直流リアクトル１５と、ハイサイドのスイッチング素子１６と、ローサイドのスイッチング素子１７と、高圧側コンデンサ１８と、低圧側コンデンサ１４の両端電圧を検出する電圧センサ１９と、直流リアクトル１５に流れる電流を検出する電流センサ２０と、ＤＣバス７の２線間の電圧を検出する電圧センサ２１と、を備えている。
上記ＤＣ／ＤＣコンバータ９は、蓄電池２とＤＣバス７との間に設けられ、蓄電池２の放電、及び、太陽光発電パネル１の発電電力による蓄電池２の充電のいずれか一方の動作を行うことができる。スイッチング素子１６，１７は、例えばＭＯＳ－ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）であるが、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等、他の半導体スイッチであってもよい。
電圧センサ１９、電流センサ２０及び電圧センサ２１は、それぞれ、検出出力を制御部１３に送る。これらの検出出力に基づいて、制御部１３は、スイッチング素子１６，１７のスイッチング動作を制御する。また、制御部１３は、電流センサ１２の検出出力に基づいて、スイッチ１１の開閉を制御する。
制御部１３は、例えばコンピュータを含み、コンピュータがソフトウェア（コンピュータプログラム）を実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部１３の記憶装置（図示せず。）に格納される。なお、制御部１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の一部であると考えることもできるが、本例では、スイッチ１１の制御も行うので、形式的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の本体部分とは別の要素として表現している。但し、ＤＣ／ＤＣコンバータ９のスイッチング素子１６，１７をスイッチング制御する制御部と、スイッチ１１の開閉制御を行う制御部とは、別々に設けることもできる。
上記のように構成された太陽光発電システム１００において、例えば夜間には、太陽光発電は停止しており、制御部１３は、スイッチ１１を開路させている。この状態で、制御部１３が、蓄電池２を放電させるようにＤＣ／ＤＣコンバータ９に昇圧動作を行わせれば、ＤＣバス７からインバータ装置４を介して、交流電路５に接続された需要家の負荷に給電することができる。ＤＣバス７の２線間には直流電圧が印加されるが、ダイオード１０の存在により、太陽光発電パネル１に電流が逆流することはない。
夜から朝になり、太陽光発電パネル１から発電電力が出力され、インバータ装置４が動作中であるか又は起動すると、電流センサ１２からダイオード１０を介してＤＣバス７側へ電流が流れる。電流センサ１２の検出出力に基づいて、制御部１３は、スイッチ１１を閉路し、ダイオード１０の両端を短絡する。従って、以後、電流はスイッチ１１を通して流れる。インバータ装置４は、発電電力を交流電力に変換し、交流電路５に送出する。インバータ装置４は、ＭＰＰＴ制御により、太陽光発電パネル１から常に最大電力を引き出そうとする制御を行っている。直流電源回路３の制御部１３は、ＤＣバス７の電圧に基づいて、自律的に、蓄電池２の充電又は放電を実行する。
次に、日射量及び発電電力の立ち上がり時のスイッチ１１の動作について詳細に説明する。日の出により日射量が立ち上がり、発電電力も立ち上がる。このとき、どのタイミングでスイッチ１１を閉路し、かつ、どのようにスイッチ１１の制御を行うか、が重要である。
図２は、比較のために、電流センサ１２が所定値以上の電流を検出するとスイッチ１１を閉路し、所定値未満ではスイッチ１１を開路する、という単純な制御動作を行った場合に実際にスイッチ１１がどのような動作をするかを示す図である。上から順に（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）とする。横軸は時間［秒］である。
最上段の（ａ）は、出力［ｋＷ］の変化を表しており、Ｐｐｖ（濃度の濃い方）は、太陽光発電パネル１の出力、Ｐｂ（濃度の薄い方）は、蓄電池２の出力（マイナスは充電）、Ｐｉｎｖは、インバータ装置４の出力である。（ｂ）は、日射量［Ｗ／ｍ２］を表している。（ｃ）はスイッチ１１の開閉動作（ＯＮ：閉路、ＯＦＦ：開路）を表している。（ｄ）は、太陽光発電パネル１からの出力電流［Ａ］を表している。
日射が立ち上がり始めると、（ｃ）に示すように、１２．５秒付近でスイッチ１１は閉路するが、その後、ＭＰＰＴ制御によるＰｐｖの小刻みな変動に伴って、スイッチ１１のチャタリングが発生する。
（チャタリング抑制の制御１）
そこで、制御部１３により、太陽光発電パネル１の日射量（発電電力）の立ち上がり途中にスイッチ１１を一旦閉路させた後は、開路を抑制するような制御（ヒステリシス制御）を行う。具体的には、制御部１３は、電流センサ１２により検出された電流値がＩ１以上になればスイッチ１１を閉路させ、Ｉ１＞Ｉ２の関係にある電流値Ｉ２以下になればスイッチ１１を開路する。ここで、例えば、Ｉ２は、Ｉ１の１０％程度である。
そこで、制御部１３により、太陽光発電パネル１の日射量（発電電力）の立ち上がり途中にスイッチ１１を一旦閉路させた後は、開路を抑制するような制御（ヒステリシス制御）を行う。具体的には、制御部１３は、電流センサ１２により検出された電流値がＩ１以上になればスイッチ１１を閉路させ、Ｉ１＞Ｉ２の関係にある電流値Ｉ２以下になればスイッチ１１を開路する。ここで、例えば、Ｉ２は、Ｉ１の１０％程度である。
図３は、上記の「チャタリング抑制の制御１」を行った場合の、シミュレーション結果を示す図である。上から順に（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）とする。横軸は時間［秒］である。
図２と同様に、最上段の（ａ）は、出力［ｋＷ］の変化を表しており、Ｐｐｖは、太陽光発電パネル１の出力、Ｐｂは、蓄電池２の出力（マイナスは充電）、Ｐｉｎｖは、インバータ装置４の出力である。（ｂ）は、日射量［Ｗ／ｍ２］を表している。（ｃ）はスイッチ１１の開閉動作（ＯＮ：閉路、ＯＦＦ：開路）を表している。（ｄ）は、太陽光発電パネル１からの出力電流［Ａ］を表している。
日射が立ち上がり始めると、（ｃ）に示すように、１３．２秒付近でスイッチ１１は閉路する。一旦閉路すると、その後は閉路の状態が継続し、スイッチ１１のチャタリングは発生しなかった。すなわち、上記の「チャタリング抑制の制御１」により、太陽光発電パネル１の日射量（発電電力）の立ち上がり途中でのチャタリングの発生を、抑制することができる。
《第２実施形態》
図４は、第２実施形態に係る直流電源回路３を含む太陽光発電システム１００の一例を示す回路図である。回路構成上の図１との違いは、直流電路８に電流センサ１２（図１）が設けられていない点である。その他の回路構成は図１と同様である。
図４は、第２実施形態に係る直流電源回路３を含む太陽光発電システム１００の一例を示す回路図である。回路構成上の図１との違いは、直流電路８に電流センサ１２（図１）が設けられていない点である。その他の回路構成は図１と同様である。
（チャタリング抑制の制御２）
本実施形態では、直流電路８を流れる電流値という量的な指標に基づいてスイッチ１１の制御を行うのではなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ９がどのような動作を行っているか、という定性的な状態に基づいて、制御部１３がスイッチ１１を制御する。具体的には、制御部１３は、蓄電池２の充電時のみ、スイッチ１１を閉路する。制御部１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９を制御しているので、「充電時」、「放電時」を把握している。充電を行うのは、太陽光発電パネル１の発電電力が立ち上がり、充電ができるほどの安定した状態である。従って、充電時にのみスイッチ１１を閉路するようにすれば、太陽光発電パネル１の日射量（発電電力）の立ち上がり途中でのチャタリングの発生を、抑制することができる。
本実施形態では、直流電路８を流れる電流値という量的な指標に基づいてスイッチ１１の制御を行うのではなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ９がどのような動作を行っているか、という定性的な状態に基づいて、制御部１３がスイッチ１１を制御する。具体的には、制御部１３は、蓄電池２の充電時のみ、スイッチ１１を閉路する。制御部１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９を制御しているので、「充電時」、「放電時」を把握している。充電を行うのは、太陽光発電パネル１の発電電力が立ち上がり、充電ができるほどの安定した状態である。従って、充電時にのみスイッチ１１を閉路するようにすれば、太陽光発電パネル１の日射量（発電電力）の立ち上がり途中でのチャタリングの発生を、抑制することができる。
図５は、上記の「チャタリング抑制の制御２」を行った場合の、シミュレーション結果を示す図である。上から順に（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）とする。横軸は時間［秒］である。
図２と同様に、最上段の（ａ）は、出力［ｋＷ］の変化を表しており、Ｐｐｖは、太陽光発電パネル１の出力、Ｐｂは、蓄電池２の出力（マイナスは充電）、Ｐｉｎｖは、インバータ装置４の出力である。（ｂ）は、日射量［Ｗ／ｍ２］を表している。（ｃ）はスイッチ１１の開閉動作（ＯＮ：閉路、ＯＦＦ：開路）を表している。（ｄ）は、太陽光発電パネル１からの出力電流［Ａ］を表している。
日射が立ち上がり始めても、（ｃ）に示すように、制御部１３は、性急にはスイッチ１１を閉路させない。そして、日射量（発電電力）が十分に高い、所定値以上のレベルに達し、蓄電池２の充電が開始された１６．５秒付近で、制御部１３は、スイッチ１１を閉路させる。このようにして、上記の「チャタリング抑制の制御２」により、太陽光発電パネル１の日射量（発電電力）の立ち上がり途中でのチャタリングの発生を、抑制することができる。
《第３実施形態》
図６は、第３実施形態に係る直流電源回路３を含む太陽光発電システム１００の一例を示す回路図である。回路構成上の図１との違いは、図１におけるダイオード１０及びスイッチ１１が、ＭＯＳ－ＦＥＴのスイッチ１１ｆに置き換わっている点である。その他の回路構成は図１と同様である。スイッチ１１ｆは、ボディダイオードｄを内蔵している。ＭＯＳ－ＦＥＴは、オン抵抗がダイオードより小さいので、短絡用にも適している。
このように、ボディダイオードを有する半導体スイッチを使用すれば、逆流防止のダイオード及び短絡用のスイッチを、実質的に１つの回路素子により実現することができる。
図６は、第３実施形態に係る直流電源回路３を含む太陽光発電システム１００の一例を示す回路図である。回路構成上の図１との違いは、図１におけるダイオード１０及びスイッチ１１が、ＭＯＳ－ＦＥＴのスイッチ１１ｆに置き換わっている点である。その他の回路構成は図１と同様である。スイッチ１１ｆは、ボディダイオードｄを内蔵している。ＭＯＳ－ＦＥＴは、オン抵抗がダイオードより小さいので、短絡用にも適している。
このように、ボディダイオードを有する半導体スイッチを使用すれば、逆流防止のダイオード及び短絡用のスイッチを、実質的に１つの回路素子により実現することができる。
《その他》
なお、上述の各実施形態については、その少なくとも一部を、相互に任意に組み合わせてもよい。
なお、上述の各実施形態については、その少なくとも一部を、相互に任意に組み合わせてもよい。
《まとめ》
以上のように、この直流電源回路３の制御部１３は、太陽光発電パネル１の発電電力の立ち上がり途中にスイッチ１１を一旦閉路させた後は開路を抑制するように制御を行う。
すなわち、制御部１３により、太陽光発電パネル１の発電電力の立ち上がり途中にスイッチ１１を一旦閉路させた後は開路を抑制するように制御することで、スイッチ１１のチャタリングを抑制することができる。
以上のように、この直流電源回路３の制御部１３は、太陽光発電パネル１の発電電力の立ち上がり途中にスイッチ１１を一旦閉路させた後は開路を抑制するように制御を行う。
すなわち、制御部１３により、太陽光発電パネル１の発電電力の立ち上がり途中にスイッチ１１を一旦閉路させた後は開路を抑制するように制御することで、スイッチ１１のチャタリングを抑制することができる。
具体的には例えば、制御部１３は、電流センサ１２により検出された電流値がＩ１以上になればスイッチ１１を閉路させ、Ｉ１＞Ｉ２の関係にある電流値Ｉ２以下になればスイッチ１１を開路する。
これにより、スイッチ１１を一旦閉路させた後の、太陽光発電パネル１の発電電力の変動に対する開路の反応を鈍化させることができる。
これにより、スイッチ１１を一旦閉路させた後の、太陽光発電パネル１の発電電力の変動に対する開路の反応を鈍化させることができる。
また、この直流電源回路３の制御部１３は、太陽光発電パネル１の発電電力が所定値以上に立ち上がってからスイッチを閉路するよう制御を行う。
すなわち、制御部１３により、太陽光発電パネル１の発電電力が所定値以上に立ち上がってからスイッチを閉路するよう制御することで、スイッチ１１のチャタリングを抑制することができる。
すなわち、制御部１３により、太陽光発電パネル１の発電電力が所定値以上に立ち上がってからスイッチを閉路するよう制御することで、スイッチ１１のチャタリングを抑制することができる。
具体的には例えば、制御部１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の制御を行うものであって、ＤＣ／ＤＣコンバータ９が蓄電池２の充電を行う時のみスイッチ１１を閉路させ、それ以外の時はスイッチ１１を開路させる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ９が蓄電池２の充電を行うということは、太陽光発電パネル１の発電電力が十分に立ち上がり、所定値以上になっているということである。すなわち、発電電力を直接検出しなくても、充電を行うという事象により間接的に、発電電力が十分なレベルに達していることがわかる。従って、発電電力を検出するセンサを設けなくとも、適切な時期に、スイッチ１１を閉路することができる。なお、このようにスイッチ１１を閉路することにより、スイッチ１１がリレー接点のＡ接点（ノーマルオープン接点）である場合に、リレーコイルの励磁のための消費電力を削減することができる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ９が蓄電池２の充電を行うということは、太陽光発電パネル１の発電電力が十分に立ち上がり、所定値以上になっているということである。すなわち、発電電力を直接検出しなくても、充電を行うという事象により間接的に、発電電力が十分なレベルに達していることがわかる。従って、発電電力を検出するセンサを設けなくとも、適切な時期に、スイッチ１１を閉路することができる。なお、このようにスイッチ１１を閉路することにより、スイッチ１１がリレー接点のＡ接点（ノーマルオープン接点）である場合に、リレーコイルの励磁のための消費電力を削減することができる。
《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１ 太陽光発電パネル
２ 蓄電池
３ 直流電源回路
４ インバータ装置
５ 交流電路
６ 商用電力系統
７ ＤＣバス
８ 直流電路
９ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０ ダイオード
１１ スイッチ
１２ 電流センサ
１３ 制御部
１４ 低圧側コンデンサ
１５ 直流リアクトル
１６，１７ スイッチング素子
１８ 高圧側コンデンサ
１９ 電圧センサ
２０ 電流センサ
２１ 電圧センサ
１００ 太陽光発電システム
ｄ ボディダイオード
２ 蓄電池
３ 直流電源回路
４ インバータ装置
５ 交流電路
６ 商用電力系統
７ ＤＣバス
８ 直流電路
９ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０ ダイオード
１１ スイッチ
１２ 電流センサ
１３ 制御部
１４ 低圧側コンデンサ
１５ 直流リアクトル
１６，１７ スイッチング素子
１８ 高圧側コンデンサ
１９ 電圧センサ
２０ 電流センサ
２１ 電圧センサ
１００ 太陽光発電システム
ｄ ボディダイオード
Claims (3)
- ＤＣバスと、
太陽光発電パネルから前記ＤＣバスに至る直流電路と、
蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、
前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが前記蓄電池の充電を行う時のみ前記スイッチを閉路させ、それ以外の時は前記スイッチを開路させる直流電源回路。 - 前記スイッチは半導体スイッチであり、前記ダイオードは前記半導体スイッチのボディダイオードである請求項１に記載の直流電源回路。
- 太陽光発電パネルと、
蓄電池と、
前記太陽光発電パネル及び前記蓄電池と接続された直流電源回路と、
前記直流電源回路と、商用電力系統に繋がる交流電路との間に設けられ、直流／交流の電力変換を行うインバータ装置と、を備えた太陽光発電システムであって、前記直流電源回路は、
ＤＣバスと、
前記太陽光発電パネルから前記ＤＣバスに至る直流電路と、
前記蓄電池と前記ＤＣバスとの間に設けられ、前記蓄電池の放電、及び、前記太陽光発電パネルの発電電力による前記蓄電池の充電のいずれか一方の動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記直流電路に設けられ、前記ＤＣバスから前記太陽光発電パネルへの電流の逆流を防止するダイオードと、
前記ダイオードと並列に接続されたスイッチと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが前記蓄電池の充電を行う時のみ前記スイッチを閉路させ、それ以外の時は前記スイッチを開路させる太陽光発電システム。
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| JP2009060778A (ja) | 2007-08-07 | 2009-03-19 | Ricoh Co Ltd | 電源装置および画像形成装置 |
| US20140071568A1 (en) | 2012-09-10 | 2014-03-13 | Julius Michael Liptak | DC Power Source Isolation with Diode and Bypass Switch |
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| JP2017184304A (ja) | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 富士通株式会社 | 充電回路及び電子装置 |
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| JPH08308106A (ja) * | 1995-05-10 | 1996-11-22 | Omron Corp | 太陽光発電システムの逆流防止装置 |
| JPH09261861A (ja) * | 1996-03-22 | 1997-10-03 | Omron Corp | 逆流防止装置、整流装置および太陽光発電システム |
-
2018
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