JPH08191573A

JPH08191573A - 太陽光発電装置

Info

Publication number: JPH08191573A
Application number: JP7002051A
Authority: JP
Inventors: Kunio Tanaka; 邦穂田中; Masaaki Kanofuji; 正明甲野藤; Yuji Abe; 裕司阿部; Kimihiko Furukawa; 公彦古川; Masahiro Maekawa; 正弘前川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-01-10
Filing date: 1995-01-10
Publication date: 1996-07-23

Abstract

(57)【要約】【目的】インバータ回路の起動及び停止動作を繰り返
すこと無く、且つ太陽電池の発電電力を有効に利用し得
る太陽光発電装置を提供する。【構成】太陽電池１と、該太陽電池１から発生する直
流を所定電圧の交流に変換するインバータ回路２と、前
記太陽電池１の出力電圧を検出する電圧検出手段９と、
前記太陽電池１の温度を検出する温度検出手段11と、前
記インバータ回路２の起動を制御する制御手段８とを備
え、前記制御手段８は、前記太陽電池１の温度に基づい
て前記インバータ回路２の起動開始電圧を変更すること
を特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽光発電装置に関
し、詳しくはインバータ回路を備えた分散電源設備と商
用電力系統との並列運転によって負荷へ電力を供給する
太陽光発電装置の起動制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、太陽電池からなる直流電源を用い
た数kWの比較的小容量の分散電源設備をインバータ回路
を介して商用電力系統に連系し、負荷に電力を供給する
太陽光発電装置が種々提案されている。

【０００３】図３は、従来の太陽光発電装置の概略構成
図である。図において、31は太陽光のエネルギーを直流
電圧に直接変換する太陽電池、32はその太陽電池31から
出力される直流電力を交流に変換するためのインバータ
回路であり、太陽電池31からの直流出力は、インバータ
回路32によって交流に変換された上、絶縁トランス33を
経て負荷34および商用電力系統35に供給される。

【０００４】絶縁トランス33と商用電力系統35との間に
は、系統連系用開閉器36が介挿されており、インバータ
回路32の運転条件が整った状態で、開閉器36が閉じられ
て連系運転が開始されることになる。

【０００５】上記開閉器36は、保護継電制御回路37によ
って制御されている。この保護継電制御回路37は、太陽
電池31の出力電圧及び商用電力系統35の系統電圧などを
監視しており、電圧に過不足が生じたときに太陽電池31
又は商用電力系統35の異常状態と判断して開閉器36が開
かれる。その後、その異常原因が解消されると、自動的
に開閉器36が閉じて、所定時間経過後にインバータ回路
32が起動する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に太陽
電池31では、太陽電池31のセル温度や日射量の変化によ
って出力特性が変化し、特にセル温度の影響が大きいこ
とが知られている。

【０００７】図４は、複数のセルからなる太陽電池モジ
ュールのセル温度を、同一日射条件において変化させた
場合での電圧−電力特性を表している。この図から明ら
かなように、太陽電池モジュールのセル温度が高くなる
に従い、最大発電量Ｐm及び開放電圧Ｖoが低下する傾向
を有している。

【０００８】一方、従来の太陽光発電装置では、予め標
準温度（25℃）での太陽電池31の出力特性に基づいて、
太陽電池31が所定電力量以上の発電が可能となる場合の
太陽電池31の開放電圧（以下、この場合を起動電圧と称
する。）及び最低動作電圧（以下、この場合を停止電圧
と称する。）を求めておき、太陽電池31の開放電圧がそ
の起動電圧以上になった場合に、インバータ回路32を起
動開始させて商用電力系統35に連系すると共に、太陽電
池31の動作電圧が停止電圧以下になった場合に、インバ
ータ回路32を停止させて商用電力系統35から解列する。

【０００９】ここで、所定電力量とは、インバータ回路
32の起動開始後すぐに発電量不足による出力低下を招
き、インバータ回路32が停止することがない発電量を指
しており、一般には、定格出力の10％程度に設定されて
いる。

【００１０】このように、従来装置では太陽電池31のセ
ル温度に関係なく、上記起動電圧及び停止電圧に基づい
てインバータ回路32を起動又は停止させているため、太
陽電池31の温度が上記標準温度より低い場合には、開放
電圧が上記起動電圧において太陽電池31の発電量が不足
しているにも拘らずインバータ回路32を起動させること
になり、インバータ回路32の起動及び停止動作を繰り返
すことになる。一方、太陽電池31の温度が上記標準温度
より高い場合には、動作電圧が上記停止電圧において太
陽電池31の発電電力が上記所定電力量以上であるにも拘
らずインバータ回路32を停止させることになり、太陽電
池31の発電電力を有効に利用できないという問題点があ
った。

【００１１】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であって、太陽電池のセル温度の変化に関係なく、太陽
電池が所定電力量以上の発電が可能となる場合にインバ
ータ回路を起動開始させて、インバータ回路の起動及び
停止動作を繰り返すこと無く、且つ太陽電池の発電電力
を有効に利用し得る太陽光発電装置を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽光発電装置
は、太陽電池と、該太陽電池から発生する直流を所定電
圧の交流に変換するインバータ回路と、前記太陽電池の
出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記太陽電池の温
度を検出する温度検出手段と、前記インバータ回路の起
動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記
太陽電池の温度に基づいて前記インバータ回路の起動開
始電圧を変更することを特徴とするものである。

【００１３】また、前記制御手段は前記インバータ回路
の停止を制御し、該インバータ回路の停止電圧を前記太
陽電池の温度に基づいて変更するものである。

【００１４】

【作用】本発明によれば、インバータ回路の起動電圧を
現在の太陽電池温度に基づいて設定しているので、太陽
電池が所定電力量以上の発電が可能となる場合に、イン
バータ回路が起動開始される。

【００１５】また、インバータ回路の停止電圧を現在の
太陽電池温度に基づいて設定することにより、太陽電池
が所定電力量以上の発電が可能な場合には、インバータ
回路が停止することがない。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の太陽光発電装置をその一実施
例を示す図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明
を適用させた太陽電池を用いた太陽光発電装置の概略構
成図である。

【００１７】図において、太陽光発電装置は、太陽光の
エネルギーを直流電力に変換する太陽電池１（本実施例
では、定格発電電力３ｋＷ）と、太陽電池１の直流電力
を交流電力に電力変換して所定交流電圧（本実施例で
は、100Ｖ）を供給するインバータ回路２を中心に構成
されており、商用電力系統３と連系して配電線に接続さ
れた各種家電製品などの負荷４に対して電力を供給して
いる。

【００１８】インバータ回路２は、ブリッジ接続された
複数のスイッチング素子から構成され、このインバータ
回路２には、後述の各種処理を行うインバータ制御部５
からパルス幅変調されたスイッチング制御信号が与えら
れる。インバータ制御部５はマイクロコンピュータから
構成されている。

【００１９】インバータ回路２と商用電力系統３との間
には、インバータ回路２の出力側から順に巻線比１：１
の絶縁トランス６と、系統保護のための系統連系用開閉
器（以下、開閉器と略記する。）７が設けられており、
開閉器７は保護継電制御回路８からの制御信号に応じ
て、その接点を開閉して商用電力系統３に連系、或るい
は解列する。ここで、開閉器７は保護継電制御回路８か
らの連系指令信号の入力によりその接点が閉じられ、保
護継電制御回路８からの解列指令信号の入力によりその
接点が開かれる構成となっている。

【００２０】次に、保護継電制御回路８及びインバータ
制御部５について説明する。保護継電制御回路８はマイ
クロコンピュータから構成されており、太陽電池１の出
力電圧を検出するアイソレーションアンプからなる第１
電圧検出手段９による検出値と、商用電力系統３との連
系点電圧を検出する変圧器（ＰＴ）からなる第２電圧検
出手段10による検出値と、太陽電池１のセル温度を検出
するサーミスタから成る温度検出手段11による検出値と
が入力され、その検出値に基づいて、後述するように、
インバータ制御部５への起動信号または停止信号の送出
と、開閉器７への連系指令信号または解列指令信号の送
出を行っている。

【００２１】そして、保護継電制御回路８は、第１電圧
検出手段９により太陽電池１の出力電圧を検出し、イン
バータ回路２のインバータ動作停止中に太陽電池１の開
放電圧が、温度検出手段11による検出値に基づいて設定
される起動電圧値以上になり、且つ第２電圧検出手段10
により検出される商用電力系統３の出力電圧が運用規定
における適正範囲（101±6Ｖ）内である場合には、後述
するように、所定時間待機後にインバータ制御部５へ起
動信号を送出すると共に、開閉器７へ連系指令信号を送
出する。

【００２２】ここで、保護継電制御回路８では、所定時
間（本実施例では１分間）毎に、温度検出手段11により
現在の太陽電池１のセル温度を検出し、その検出温度に
対する起動電圧値及び停止電圧値の補正率をＲＯＭ12か
ら読み出して、起動電圧値及び停止電圧値を設定してい
る。

【００２３】このＲＯＭ12には、太陽電池１のセル温度
が標準温度（25℃）での太陽電池１の出力電圧値を100
％として、標準温度での太陽電池１の発電可能量と同一
発電量が出力可能な場合の各セル温度での出力電圧値の
補正率を表す温度−電圧特性（図２参照）が予め記憶さ
れており、保護継電制御回路８では、起動電圧Ｖstとし
て170ＶにＲＯＭ12から読み出した補正率を掛けた値
を、停止電圧Ｖspとして160ＶにＲＯＭ12から読み出し
た補正率を掛けた値を基に、インバータ制御部５へ起動
信号又は停止信号を送出している。尚、図２に示す温度
−電圧特性は、単結晶Ｓi太陽電池セルからなる太陽電
池モジュールを用いて行った実験結果に基づいている。
また、標準温度での起動電圧Ｖst（＝170Ｖ）及び停止
電圧Ｖsp（＝160Ｖ）は、太陽電池１が定格出力の10％
（＝300Ｗ）発電が可能となる場合の、標準温度での太
陽電池１の開放電圧及び最低動作電圧である。

【００２４】一方、インバータ回路２のインバータ動作
中に太陽電池１の出力電圧が商用電力系統３との連系運
転ができない上記停止電圧Ｖsp以下になった場合には、
太陽電池１の出力低下によるインバータ回路２の待機状
態であると判断して、インバータ制御部５に停止信号を
送出すると共に、開閉器７に解列指令信号を送出する。
また、第２電圧検出手段10により商用電力系統３との連
系点電圧を検出し、連系点電圧が運用規定における上記
適正範囲外となった場合には、商用電力系統３の過電圧
異常または不足電圧異常発生によるインバータ回路２の
待機状態であると判断して、インバータ制御部５に停止
信号を送出すると共に、開閉器７に解列指令信号を送出
する。

【００２５】以上のように、保護継電制御回路８ではイ
ンバータ回路２の運転条件が整っているかどうかを検出
し、インバータ回路２の待機状態であると判断された場
合にはインバータ制御部５に停止信号を送出すると共
に、開閉器７に解列指令信号を送出し、一方、インバー
タ回路２の連系可能状態であると判断された場合にはイ
ンバータ制御部５に起動信号を送出すると共に、開閉器
７に連系指令信号を送出している。

【００２６】そして、保護継電制御回路８では、太陽電
池１のセル温度に応じて変更した起動電圧Ｖst及び停止
電圧Ｖspに基づいて、インバータ制御部５へ起動信号又
は停止信号を送出しているので、太陽電池１のセル温度
の変化に関係なく、常に太陽電池１が所定出力（＝300
Ｗ）を発電可能か否かによってインバータ回路２を起動
若しくは停止させることになる。従って、インバータ回
路２の起動後、インバータ回路２を頻繁に起動及び停止
させることなく、また太陽電池１が商用電力系統３と連
系可能であるにも拘らずインバータ回路２の運転を停止
させて太陽電池１の発電電力を無駄にすることもない。

【００２７】一方、インバータ制御部５は、第１電圧検
出手段９により検出される太陽電池１の出力電圧が、太
陽電池１から最大電力が引き出される最適動作点の電圧
値Ｖrefとなり、かつ商用電力系統３との連系点電圧の
基本周波数成分と同期させた電流がインバータ回路２か
ら出力するように、パルス幅変調されたスイッチング制
御信号をインバータ回路２に与えている。従って、イン
バータ回路２と商用電力系統３との連系運転時には、商
用周波数で運転力率が１になり、且つ太陽電池１から最
大電力を引き出すようにインバータ回路２の出力電流が
制御される。

【００２８】具体的には、第１電圧検出手段９により検
出された太陽電池１の出力電圧と、予め設定された最適
動作点電圧Ｖrefとの差は差動増幅器13によって誤差信
号として増幅され、その誤差信号を乗算器14の一方の入
力信号としている。

【００２９】そして、第２電圧検出手段10により検出さ
れた連系点電圧の基本周波数成分をバンドパスフィルタ
15によって抽出し、その抽出された連系点電圧の基本周
波数成分が乗算器14の他方の入力信号として入力されて
いる。

【００３０】乗算器14では、差動増幅器13からの誤差信
号とバンドパスフィルタ15からの基本周波数成分信号と
の乗算を行って、インバータ電流の電流指令値を生成し
ている。従って、この電流指令値は商用電力系統３との
連系運転時には、系統電圧波形に同期し、太陽電池１の
出力電圧を最適動作点電圧Ｖrefに制御する値となる。

【００３１】そして、乗算器15からの電流指令値と、変
流器（ＣＴ）からなるインバータ電流検出手段16により
検出されたインバータ回路２のインバ−タ電流との差を
エラーアンプ17によって増幅し、電流誤差信号としてイ
ンバータ制御部５に入力されている。

【００３２】インバータ制御部５では、エラーアンプ17
からの電流誤差信号と、20kHz程度の基準三角波信号と
を比較して、エラーアンプ17からの電流誤差信号が零に
なるようにインバータ回路２のスイッチング素子にスイ
ッチング信号を供給してインバータ回路２をＰＷＭ（パ
ルス幅変調）制御すると共に、保護継電制御回路８から
の起動信号または停止信号の入力に従い、インバータ回
路２のインバータ動作を起動または停止させている。

【００３３】尚、上記実施例では最適動作電圧Ｖrefを
予め設定した一定値とする場合について説明したが、こ
の他にも、太陽電池１の出力電力が増加する方向にＶre
fを随時変化させても構わない。

【００３４】また、インバータ制御部５と保護継電制御
回路８を別個に構成した場合について説明したが、一つ
のマイクロコンピュータにより構成しても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、インバ
ータ回路の起動電圧を太陽電池温度に応じて変更するの
で、太陽電池温度の変化に関係なく、常に太陽電池が所
定出力以上発電可能な場合にインバータ回路が起動され
ることになり、インバータ回路を頻繁に起動及び停止さ
せる虞れがない。

【００３６】また、第２の発明によれば、インバータ回
路の停止電圧を太陽電池温度に応じて変更するので、太
陽電池が商用電力系統と連系可能であるにも拘らずイン
バータ回路の運転が停止することもない。従って、太陽
電池の発電電力を有効に利用し、発電効率を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用させた太陽電池を用いた太陽光発
電装置の概略構成図である。

【図２】標準温度での太陽電池の発電可能量と同一発電
量が出力可能な場合の各セル温度での出力電圧値の補正
率を表す温度−電圧特性図である。

【図３】従来の太陽光発電装置の概略構成図である。

【図４】太陽電池モジュールのセル温度を、同一日射条
件において変化させた場合での電圧−電力特性図であ
る。

【符号の説明】

１太陽電池（太陽電池）２インバータ回路３商用電力系統４負荷５インバータ制御部６絶縁トランス７系統連系用開閉器８保護継電制御回路９第１電圧検出手段（アイソレーションアンプ） 10 第２電圧検出手段 11 温度検出手段 12 ＲＯＭ 13 差動増幅器 14 乗算器 15 バンドパスフィルタ 16 インバータ電流検出手段 17 エラーアンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古川公彦大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者前川正弘大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽電池と、該太陽電池から発生する直流を所定電圧の交流に変換す
るインバータ回路と、前記太陽電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記太陽電池の温度を検出する温度検出手段と、前記インバータ回路の起動を制御する制御手段とを備
え、前記制御手段は、前記太陽電池の温度に基づいて前記イ
ンバータ回路の起動開始電圧を変更することを特徴とす
る太陽光発電装置。
【請求項２】前記制御手段は前記インバータ回路の停止
を制御し、該インバータ回路の停止電圧を前記太陽電池
の温度に基づいて変更することを特徴とする請求項１記
載の太陽光発電装置。