JPH07239725A - 太陽電池の電力変換装置 - Google Patents

太陽電池の電力変換装置

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JPH07239725A
JPH07239725A JP6053177A JP5317794A JPH07239725A JP H07239725 A JPH07239725 A JP H07239725A JP 6053177 A JP6053177 A JP 6053177A JP 5317794 A JP5317794 A JP 5317794A JP H07239725 A JPH07239725 A JP H07239725A
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JP
Japan
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solar cell
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current
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JP6053177A
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English (en)
Inventor
Masumi Obata
眞澄 小幡
Etsuro Ito
悦朗 伊藤
Masafumi Yanama
政文 梁間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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Publication date
Application filed by Japan Storage Battery Co Ltd filed Critical Japan Storage Battery Co Ltd
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Publication of JPH07239725A publication Critical patent/JPH07239725A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10Photovoltaic [PV]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力変換に伴う損失が少なく、太陽電池出力
を負荷に効率よく供給するための太陽電池の電力変換装
置を提供する。 【構成】 太陽電池の出力を、DC−DCコンバータの
入力回路に接続すると共に、さらにDC−DCコンバー
タの出力回路、電流検出手段、逆流阻止ダイオードを介
して負荷に接続し、商用電源の整流回路の出力および負
荷高電圧検出器を負荷に接続した電力変換装置であっ
て、電流検出手段の電流値が最大になるようにDC−D
Cコンバータの入力電圧を制御すると共に、負荷高電圧
検出器が検出動作した場合にDC−DCコンバータの入
力電圧の動作点を上昇させる制御装置をDC−DCコン
バータ内に備えたことを特徴とする太陽電池の電力変換
装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は太陽電池出力を、家庭ま
たは事務所用の空調機(以下、エアコンと称する)等の
負荷に効率よく供給するための太陽電池の電力変換装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】太陽電池の出力は日射の増減に応じて変
化し不安定であり、負荷に安定な電力を供給するには商
用電源を補助として使う必要がある。この場合、太陽電
池からは太陽電池の最大電力を取り出し、負荷に不足す
る電力は商用電源から供給される。
【0003】太陽電池を、負荷としてのエアコンに直結
した場合を例にとり、その動作を以下に説明する。図3
は従来の太陽電池の電力変換装置の構成図であり、太陽
電池1の出力は、逆流阻止ダイオード2を介して負荷で
あるVVVF12に接続されると共に、商用電源20の
整流回路11の出力も負荷であるVVVF12に接続さ
れている。図4は、エアコン消費電流の分担を説明する
図であり、図4のS1,S2 およびS3 は太陽電池の出力
電圧電流特性(Sのカーブ)、C1,C2 およびC3 はエ
アコンの商用運転中の直流電圧の特性(Cのカーブ)を
示す。図4では太陽電池の出力電圧電流特性の電流の向
きはエアコンの商用運転による直流電圧特性とは逆(左
方向)にとってある。Is は太陽電池分担供給電流、I
c は商用電源分担供給電流、It は負荷としてのエアコ
ン消費電流をそれぞれ表し、It=Is +Ic の関係と
なる。図においてS1 は日射量の多いとき、S3 は少な
いとき、S2 は中間のときをそれぞれ示し、C1 は商用
電圧の高いとき、C3 は低いとき、C2 は中間のときを
それぞれ示す。SのカーブとCのカーブとの交点が動作
点となり、エアコン消費電流を太陽電池電流と商用側電
流とが分担し合い、日射量に対応して動作点はP11,21,3
1 、P12,22,32,あるいはP13,23,33 となる。太陽電池出
力のないときの動作点はC10,C20,C30 となる。
【0004】図5に太陽電池の電圧電流特性(Sのカー
ブ)から求めた太陽電池の出力電力特性(Pのカーブ)
を示す。これからも明らかなように、太陽電池の出力電
力が最大となる太陽電池出力電圧が存在する。図4にお
いて、各日射量に於ける最大電力点を各々Pm1,m2,m3 で
表す。
【0005】図3〜図5から商用電源電圧の変動、太陽
電池出力の変動、エアコン消費電流の変動により太陽電
池の動作電圧が変化し最大電力点からの逸脱が容易に発
生する。さらに、太陽電池の電圧には温度依存性がある
ので、季節によっても太陽電池の最大電力点の電圧は変
動する。
【0006】故に、太陽電池を常に最大電力点近傍で動
作させるにはDC−DCコンバータを介在させて、その
出力電圧を商用電源の特性カーブに合わせつつ、同時に
その入力電圧を太陽電池の最大電力点に固定する必要が
ある。図6はDC−DCコンバータを介在させた従来の
電力変換装置の回路構成図であり、DC−DCコンバー
タ30の出力は電流検出手段4と逆流阻止ダイオード2
とを介して、エアコン10内部の直流電圧回路に接続さ
れている。太陽電池1の出力は、全電圧がDC−DCコ
ンバータ30の入力回路に接続されている。エアコン直
流電圧がほぼ一定とみなせるため、DC−DCコンバー
タ30の出力電圧もほぼ一定値となる。このため、電流
検出手段4によってDC−DCコンバータの出力電流を
検出し、この値が大きくなる方向にDC−DCコンバー
タの入力電圧を制御すれば、太陽電池1の最大電力の追
従が可能となる。DC−DCコンバータの入力電圧制御
はスイッチ素子の導通幅を可変することにより行い、導
通幅を広くすればDC−DCコンバータの入力電圧は低
下する。
【0007】しかし、この方式ではDC−DCコンバー
タ30は太陽電池1の出力電力をすべて変換するため、
電力変換に伴う半導体等の損失が多い。この損失が多け
れば、太陽電池の最大電力点追従を行っても相殺され
る。また、DC−DCコンバータを付加する費用で太陽
電池を増設して図3に示す太陽電池直結方式としても、
コスト的には同等となりメリットがない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図3に示す太陽電池を
負荷回路に直結する方式では、諸条件の変動によって太
陽電池の最大電力を有効に利用できない。また、図6に
示す太陽電池全出力変換のDC−DCコンバータを設け
た場合には、DC−DCコンバータの損失により太陽電
池を直結した場合と同程度、またはそれ以下の電力しか
取り出せないという問題が発生する。
【0009】
【課題を解決するための手段】太陽電池とDC−DCコ
ンバータの出力回路と電流検出手段と逆流阻止ダイオー
ドからなる直列回路と、商用電源の整流回路と、負荷
と、負荷高電圧検出器とを並列接続し、太陽電池出力を
DC−DCコンバータの入力回路に接続した電力変換装
置であって、電流検出手段の電流値が最大になるように
DC−DCコンバータの入力電圧を制御するとともに、
負荷高電圧検出器が検出動作した場合にDC−DCコン
バータの入力電圧の動作点を上昇させる制御装置をDC
−DCコンバータ内に備えることとした。
【0010】
【作用】DC−DCコンバータの出力電圧と太陽電池出
力電圧との和が、負荷直流電圧となるため、DC−DC
コンバータの変換する電力は太陽電池の全出力を変換す
る場合と比較して1/10〜1/4に縮小することができ
る。その結果、DC−DCコンバータに於ける変換損失
も1/10〜1/4と小さくなり、太陽電池の最大電力の
96%以上を常に有効に利用することができる。
【0011】
【実施例】図1は本発明太陽電池の電力変換装置の一実
施例を示す構成図であり、太陽電池1の出力電圧とDC
−DCコンバータ30の出力電圧との和が、電流検出手
段4と逆流阻止ダイオード2を介して負荷であるエアコ
ン直流回路に印加されている。DC−DCコンバータ3
0の入力回路には、太陽電池1の出力電圧が印加されて
いる。その結果、太陽電池1の電力の一部を直接エアコ
ン直流回路に供給し、残りの電力をDC−DCコンバー
タ30により電圧変換してエアコン直流回路に供給する
構成となっている。DC−DCコンバータ30は、入力
と出力を絶縁でき、入力電圧を制御できるものであれば
どのような方式でも構わない。11は整流回路、12は
VVVF負荷、20は商用電源、31は負荷高電圧検出
器である。
【0012】図2は本発明装置の負荷消費電流の分担の
説明図であり、太陽電池電圧・電流特性のS1点で動作し
ているとする。太陽電池電圧VS1の状態で太陽電池電流
IS1を順次減らしていった点をQ' とし、Q' の垂直軸
とエアコン直流電圧・商用側電流特性カーブの交点をC
1' として、図の斜線部Q〜C1〜VC1〜VS1とQ〜( IC
1')〜IS1〜S1とが等面積となる点を改めて、Q,C1 と
する。太陽電池電圧VS1、太陽電池電流IS1、エアコン
太陽電池側電流( IC1')としてDC−DCコンバータ
は、VS1×{IS1−( IC1')}の電力を(VC1−VS1)
×(IC1' )の電力に変換する。その電力(VC1−VS
1)×(IC1' )と、太陽電池から直接来る電力VS1×
(IC1' )との和が負荷であるエアコンへ流れていく。
【0013】次に、S1点はまだ最大電力点ではないの
で、DC−DCコンバータの制御装置がエアコン太陽電
池側電流(IC1' )を電流検出手段により検出して(I
C1' )が増加するように制御を行う。この制御はマイク
ロプロセッサにて古い電流値と新しい電流値とを比較し
て、電流値の大きくなる方向へ導通幅を制御してDC−
DCコンバータの入力電圧を変化させていく。やがて、
S1点は最大電力点Pmに達し、エアコン直流電圧はCm点に
達する。そのときもQm〜Cm〜Vcm〜VsmとQm〜(Icm')
〜Ism〜Pmの面積は同じになる。ただし、DC−DCコ
ンバータでの損失は無視している。
【0014】エアコン消費電流It を太陽電池側電流と
エアコン商用側電流とで分担しあっている時の負荷電圧
は商用電圧とエアコン商用側電流で決定され、エアコン
太陽電池側電流が最大になるようにDC−DCコンバー
タの入力電圧、つまり太陽電池電圧を制御する。この
時、太陽電池はその最大電力点で動作している。
【0015】次に、エアコン消費電流が減るか、あるい
は太陽電池側電流が増加してエアコン商用側電流が零に
なるとエアコン直流電圧は商用電圧に依存しなくなり、
太陽電池の出力変動に合わせて変動することとなる。こ
の場合は負荷に高電圧が印加される恐れがあり、これを
避けるため負荷高電圧検出器31を設けて、それの動作
によってDC−DCコンバータ入力電圧の動作点を高電
圧側にずらし、エアコン直流電圧の上昇を抑制する。さ
らに太陽電池の電圧が上昇すればDC−DCコンバータ
の出力電圧は零となり、この場合は太陽電池直結方式の
動作となる。
【0016】本方式は、太陽電池エアコンに限らず、太
陽電池の電力と商用の電力とを直流電圧で結合している
ので、逆潮流を発生しないという特長があり、太陽電池
による直流電源として利用できる。
【0017】
【発明の効果】DC−DCコンバータの変換電力が太陽
電池の全出力を変換する方式に比較して小さいため、D
C−DCコンバータの電力変換に伴う損失が少なくな
る。また、太陽電池直結方式に比較して、太陽電池の最
大電力点をはずれないという点で本方式が優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の一実施例を示す構成図。
【図2】本発明装置の負荷消費電流の分担の説明図。
【図3】太陽電池直結方式の電力変換装置の構成図。
【図4】エアコン消費電流の分担の説明図。
【図5】太陽電池の出力特性図。
【図6】太陽電池全出力変換方式の電力変換装置の構成
【符号の説明】
1 太陽電池 2 逆流阻止ダイオード 4 電流検出手段 10 エアコン 11 整流回路 12 負荷(VVVF) 20 商用電源 30 DC−DCコンバータ 31 負荷高電圧検出器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 太陽電池とDC−DCコンバータの出力
    回路と電流検出手段と逆流阻止ダイオードからなる直列
    回路と、商用電源の整流回路と、負荷と、負荷高電圧検
    出器とを並列接続し、太陽電池出力を上記DC−DCコ
    ンバータの入力回路に接続した電力変換装置であって、
    電流検出手段の電流値が最大になるように上記DC−D
    Cコンバータの入力電圧を制御するとともに、負荷高電
    圧検出器が検出動作した場合に上記DC−DCコンバー
    タの入力電圧の動作点を上昇させる制御装置を上記DC
    −DCコンバータ内に備えたことを特徴とする太陽電池
    の電力変換装置。
JP6053177A 1994-02-25 1994-02-25 太陽電池の電力変換装置 Pending JPH07239725A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011095020A1 (zh) * 2010-02-03 2011-08-11 广东美的电器股份有限公司 带太阳能电池的直流变频空调器
JP2014010705A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Omron Corp 昇圧ユニット、電源システム、昇圧ユニットの制御方法、およびプログラム
JP2017099138A (ja) * 2015-11-24 2017-06-01 シャープ株式会社 電源回路、電源回路を収納する電装ボックス、空気調和機
EP3255772B1 (en) * 2016-06-06 2022-12-14 General Electric Company System and method for a dc/dc converter

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