JPH07168638A - インバータ装置及びその制御方法並びに発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、入力部の部品の耐圧を上げる必要
がなく、出力電力の歪みの小さい安価なインバータ装置
及びその制御方法並びに発電システムを提供することを
目的とする。 【構成】 出力する電流が無い時には出力する電圧が上
昇する性質を有する直流電源１を入力部に接続し、負荷
または電力系統を出力部に接続して用いるインバータ装
置２であって、該インバータ装置２を停止する時には入
力電圧を低くする方向に切り換え、起動後には前記入力
電圧を高くする方向に切り換えるための切換器２７を備
えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインバータ及びその制御
方法並びに発電システムに係わり、特に太陽電池等出力
する電流が無い時には出力する電圧が上昇する性質を持
つ電源を有する系統連系インバータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力需要の増加に伴い、大規模発
電所を補完する役割を持つ系統連系分散型発電システム
が注目されてきている。中でも新エネルギーとして太陽
電池や燃料電池等を電力として利用する試みが進められ
ている。これらの電力は直流電力であるため、一般家庭
で利用し易い交流電力に変換するためにはインバータを
必要とする。

【０００３】従来のインバータ装置を用いた３ＫＷ太陽
光発電システムの例とその出力特性をそれぞれ図６及び
７に示す。

【０００４】図６のシステムでは、太陽電池アレイ１は
ユナイチッド・ソーラー・システム社製ＵＰＭ−８８０
（定格１５．６Ｖ／１．４Ａ）を２４枚直列化して３７
４Ｖを出力し、さらにその直列体を６ストリング並列化
して約３１００Ｗを出力する構成となっている。太陽電
池１の出力は、インバータ装置２に入力され、直交変換
されて電力系統に出力される。

【０００５】インバータ装置２は太陽電池アレイ１の直
流電力を２００Ｖの交流電力に変換し、電力系統に逆潮
流を行う。インバータ装置内部では、制御回路２５は太
陽電池アレイの最大出力点を追尾するように直交変換器
２１を制御する。また直交変換器２１には一般的にスイ
ッチング素子が使われるため、太陽電池アレイがそのス
イッチングの影響を受けないようにフィルタとしてコン
デンサ２２が設けられている。

【０００６】このような太陽電池システムを用いた場
合、朝や夕方などの微小電力状態時には、インバータを
起動させておくとロスが大きく、出力はゼロなのにイン
バータを駆動するためだけの電力が必要となり無駄な電
力を消費してしまうため、あるいは出力が出たとしても
歪みが大きすぎて系統連系する場合の規格から外れてし
まうため、インバータを停止させるのが普通である。

【０００７】しかしこの場合、太陽電池アレイには出力
があるため、インバータを停止させると太陽電池アレイ
の電圧は 太陽電池ひとつあたりの開放電圧×直列数［Ｖ］ まで上昇してしまい、図７が示すように最大５２８Ｖに
なってしまう。従って、入力部の素子であるコンデンサ
等は廉価な４００Ｖ耐圧品を使用することができず、高
価な５５０Ｖ以上の耐圧品が必要となる。しかし、太陽
電池システムのコストダウンのためには、なるべく廉価
な低耐圧品を使用したいという要求が強くある。

【０００８】そこで、このような観点から、入力部にコ
ンタクタ２６を入れ、インバータを停止した時はこのコ
ンタクタを閉じて太陽電池アレイを短絡させることによ
り、電圧が開放電圧まで上昇するのを防止していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな回路構成においてインバータを停止させる場合、朝
や夕方などの微小電力状態の時は問題は無いが、例えば
故障等の原因で日中にインバータを停止する場合は、コ
ンタクタを閉じると太陽電池アレイからのケーブルには 太陽電池ひとつあたりの短絡電流×並列数［Ａ］ 程の大きな電流が流れる。図６の例ならば最大１０．８
Ａにもなり大変危険である。

【００１０】更に、故障から回復する等してインバータ
をオンする場合には、インバータが立ち上がって制御を
始めるまでの時間、一時的に開放電圧まで上昇してしま
うため、結局入力部には高耐圧品を使用しなければなら
ないという問題がある。

【００１１】以上の状況に鑑み、本発明は、入力部の部
品の耐圧を上げる必要がなく、出力電力の歪みの小さい
安価なインバータ装置及びその制御方法並びに発電シス
テムを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のインバータ装置
は、出力する電流が無い時には出力する電圧が上昇する
性質を有する直流電源を入力部に接続し、負荷または電
力系統を出力部に接続して用いるインバータ装置であっ
て、該インバータ装置を停止する時には入力電圧を低く
する方向に切り換え、起動後には前記入力電圧を高くす
る方向に切り換えるための切換器を備えたことを特徴と
する。

【００１３】本発明のインバータ装置の制御方法は、前
記インバータ装置の制御方法であって、該インバータ装
置を停止する時には、前記切換器を前記入力電圧を低く
する方向に切り換えた後に該インバータ装置を停止さ
せ、該インバータ装置を起動する時には該インバータ装
置を起動させた後に前記切換器を前記入力電圧を高くす
る方向に切り換えることを特徴とする。

【００１４】また、本発明の発電システムは、前記イン
バータ装置を備えたことを特徴とし、前記直流電源とし
て太陽電池を備えたものが好ましく、さらに前記太陽電
池は、アモルファス太陽電池であることが好ましい。

【００１５】

【作用】本発明のインバータ装置においては、入力部に
切換器を配置することにより、太陽電池や燃料電池等出
力する電流が無い時には出力する電圧が上昇する性質を
持つ直流電源の電圧上昇を抑える事ができるため、直流
電源の能力を落とさずにインバータ装置の入力部部品の
耐圧を低く抑えることができ、非常に安価で高性能なイ
ンバータ装置を提供することが可能となる。

【００１６】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に説
明する。

【００１７】（実施例１）本発明に係る太陽光発電シス
テムの第１の実施例を図１に示す。

【００１８】太陽電池アレイ１はユナイチッド・ソーラ
ー・システム社製ＵＰＭ−８８０（定格１５．６Ｖ／
１．４Ａ）を２４枚直列化し、さらに６ストリング並列
化して約３１００Ｗを出力する。

【００１９】インバータ装置２は太陽電池アレイ１の直
流電力を２００Ｖの交流電力に変換し、電力系統に逆潮
流を行う。インバータ装置内部では、制御回路２５が太
陽電池アレイの最大出力点を追尾するように直交変換器
２１を制御する。また直交変換器２１には一般的にスイ
ッチング素子が使われ、太陽電池アレイがその影響を受
けないようにフィルタとしてコンデンサ２２が配置され
ている。

【００２０】本実施例では、従来例で示した入力部にコ
ンタクタは設けず、代わりにメカニカルリレーや半導体
リレーを使った切換器２７と２つの抵抗からなる分圧抵
抗２８が設けられる。切換器２７の切り換えは、制御回
路２５により制御される。

【００２１】インバータ２を停止するときは、まず切換
器２７を分圧抵抗２８側に切り換え（図のＡからＢ側
へ）、電圧を落としたうえで停止する。この例では分圧
抵抗に切り換えた時の入力電圧は最大 ５２８×３０／（１０＋３０）＝３９６［Ｖ］ となり、部品耐圧の４００Ｖを越える事はない。更に分
圧抵抗に切り換えた時の電流は４０ｍＡ以下と小さな値
に抑えられ、非常に安全な設計となっている。

【００２２】一方、インバータを立ち上げる場合も分圧
された状態でインバータを立ち上げ、インバータが制御
を始めた時点で、切換器を切り換えればよい。

【００２３】本実施例では切り換えからインバータ停止
までの間はインバータの出力はほとんど無く、一時的に
歪みが大きくなるが、その時間は１／１０秒以下とかな
り短いものなので、系統に対しての悪影響はほとんど無
い。

【００２４】なお、本実施例においては、直流電源とし
て太陽電池を使用したが、電流が無い時には出力する電
圧が上昇する性質を持つ直流電源であればどのような電
源でも良く、例えば燃料電池等を使用しても本発明の意
図するところはなんら変わらない。

【００２５】（実施例２）図２に本発明に係る太陽光発
電システムの第２の実施例を示し、その出力特性を図４
に示す。

【００２６】本実施例では、切換器２７の片方の端子を
太陽電池アレイの出力配線の一方に接続し、太陽電池ア
レイの開放電圧が部品耐圧（４００Ｖ）を越えない点
（３９６Ｖ）のところから配線を出し、切換器２７のも
う一方の端子に接続している。

【００２７】インバータを停止する時は、まず切換器２
７を低圧側（入力される電圧が低くなる方向、即ち図の
Ｂ側）に切り換え、電圧を落としたうえで停止する。こ
の場合、図４が示すように、低圧側に切り換えた時の入
力電圧は最大でも ２２×１８＝３９６［Ｖ］ となり、部品耐圧の４００Ｖを越える事はない。

【００２８】本実施例の場合、低圧側に切り換えても電
力が１８／２４に落ちるだけなので歪みもほとんどかわ
らない。従ってインバータのソフト停止、ソフトスター
トが容易に達成できる。

【００２９】（実施例３）本発明に係る太陽光発電シス
テムの第３の実施例を図３に、その出力特性を図５に示
す。

【００３０】本実施例の場合、太陽電池アレイ１は１２
枚直列化し、６ストリング並列化したアレイを２アレイ
設置し、それぞれの出力をインバータに入力する。

【００３１】インバータ入力部には２回路連動式の切換
器２７を有し、インバータ内部でアレイの直並列を切り
換えるようにしてある。

【００３２】インバータ運転時は太陽電池アレイを直列
接続（即ち、切換器をＡ側）にして３７４Ｖで発電し、
インバータを停止する時は、まず並列接続（即ち、切換
器をＢ側）に切り換え、１８７Ｖで運転している状態に
したうえで停止する。図５に示すように、インバータ停
止でも開放電圧は２６４Ｖとなり部品耐圧（４００Ｖ）
以下に抑えることができる。

【００３３】本実施例の場合は、切り換えを行っても得
られる電力は変わらないので、特にインバータの停止時
に限らず、インバータの出力が５０％以下程度に落ちて
きた時から切り換えてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上に述ベたように、本発明におけるイ
ンバータ装置によって入力される直流電源の性能を落と
すことなく、インバータの入力部の部品耐圧を低耐圧の
ものにすることができ、コストダウンを進めることがで
きる。

【００３５】また入力部を短絡させる事が無いので、発
電電力が非常に高い時でも大きな短絡電流を流さずに済
み、非常に安全なシステムを構築できる。

【００３６】ひいては太陽電池発電システムのようなク
リーンエネルギーの分散型発電システムを各家庭に普及
させることができるようになり、地球規模での環境問題
にも寄与することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の太陽光発電システムを示す概念図で
ある。

【図２】実施例２の太陽光発電システムを示す概念図で
ある。

【図３】実施例３の太陽光発電システムを示す概念図で
ある。

【図４】実施例２における太陽電池アレイの特性を示す
グラフである。

【図５】実施例３における太陽電池アレイの特性を示す
グラフである。

【図６】従来のインバータ装置を使用した太陽光発電シ
ステムを示す概念図である。

【図７】従来例の太陽電池アレイの特性を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１ 太陽電池アレイ、 ２ インバータ装置、 ２１ 直交変換器、 ２２ コンデンサ、 ２５ 制御装置、 ２６ コンタクタ、 ２７ 切換器、 ２８ 分圧抵抗。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力する電流が無い時には出力する電圧
   が上昇する性質を有する直流電源を入力部に接続し、負
   荷または電力系統を出力部に接続して用いるインバータ
   装置であって、該インバータ装置を停止する時には入力
   電圧を低くする方向に切り換え、起動後には前記入力電
   圧を高くする方向に切り換えるための切換器を備えたこ
   とを特徴とするインバータ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインバータ装置の制御
   方法であって、該インバータ装置を停止する時には、前
   記切換器を前記入力電圧を低くする方向に切り換えた後
   に該インバータ装置を停止させ、該インバータ装置を起
   動する時には該インバータ装置を起動させた後に前記切
   換器を前記入力電圧を高くする方向に切り換えることを
   特徴とするインバータ装置の制御方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のインバータ装置を備え
   たことを特徴とする発電システム。
4. 【請求項４】 前記直流電源として太陽電池を備えたこ
   とを特徴とする請求項３に記載の発電システム。
5. 【請求項５】 前記太陽電池は、アモルファス太陽電池
   であることを特徴とする請求項４に記載の発電システ
   ム。