JPH09149659A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 利用者に煩わしさ等を与えず、また装置の複
雑化を招くことなく、常に制御電源回路のスムーズな起
動を可能とした太陽光発電装置を提供する。 【課題解決手段】 太陽光発電装置において、太陽電池
１の出力若しくは商用電力系統３からの出力を所定の基
準値に変換出力し、その出力をインバータ回路１０に供
給する制御電源回路８と、太陽電池１の出力を検出し、
その検出結果に応じて制御電源回路８に商用電力系統３
からの出力を選択的に供給する出力供給手段１３とを備
え、出力供給手段１３は、太陽電池１の出力が設定値以
下の場合には、制御電源回路８に商用電力系統３からの
出力を供給し、太陽電池１の出力が設定値以上の場合に
は制御電源回路８に太陽電池１からの出力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、需要家等に設けら
れてその商用電力系統にインバータ回路を介して連系さ
れる太陽電池を備えた太陽光発電装置に関する。

【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２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、２１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、２２はその太陽電池２
１から出力される直流電力を交流に変換するためのイン
バータ主回路であり、太陽電池２１からの直流出力は、
インバータ主回路２２によって交流に変換された上、絶
縁トランス２３を経て負荷２４および商用電力系統２５
に供給される。

【０００４】絶縁トランス２３と商用電力系統２５との
間には、系統連系用開閉器２６が介挿されており、イン
バータ主回路２２の運転条件が整った状態で、開閉器２
６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２６は、インバータ制御部２７
によって制御されている。このインバータ制御部２７
は、太陽電池２１の出力電圧及び商用電力系統２５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２１又は商用電力系統２５の異常状態と判断
して開閉器２６を開放させている。その後、その異常原
因が解消されると、インバータ制御部２７により所定時
間経過後に開閉器２６を閉じた後、インバータ主回路２
２を起動させている。

【０００６】そして、最近では特開平６−１３３４６２
号公報に記載のように、商用電力系統２５からの交流電
力の消費を極力低減させて商用電力からの交流電力の節
約を図るために、太陽電池からの直流電力を変換出力し
てインバータ制御部２７等の基準動作電圧を生成し、そ
の基準動作電圧をインバータ主回路２２、インバータ制
御部２７等に供給する制御電源回路２８を設けたものが
提案されている。

【０００７】そして、この制御電源回路２８は太陽電池
２１の出力が一定値以上ある場合に、所定の基準電圧値
を出力するように設計されている。

【０００８】一方、太陽電池２１は一般に太陽電池温度
や日射量が変化することによって、最大電力点及び開放
電圧が変化し、特に太陽電池温度の影響が大きいことが
知られている（図３参照）。ここで、太陽電池温度に影
響を及ぼす気温や日射量は、時期や時間帯によって異な
っており、同一日射量条件下では太陽電池温度が低いほ
ど最大電力点及び開放電圧が高い。

【０００９】そして、従来装置では発電電力の有効利用
を図るために、太陽電池の出力電圧−発電電力特性が最
も優れている冬場などの低温下での出力状態時におい
て、インバータ主回路２２が起動できるように制御電源
回路２８を動作させている。

【００１０】このため、太陽電池２１が商用電力系統２
５に連系可能な出力が発電されている場合に、インバー
タ主回路２２を起動できるように、太陽電池２１が所定
出力以上発電している場合に制御電源回路２８を起動さ
せている。そして、太陽電池２１の出力状態を検出する
のに太陽電池２１の開放電圧に基づいて判断している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、夏場な
どのように太陽電池温度が高く、且つ日射量が少ない朝
方や夕方時においては、太陽電池２１の開放電圧が所定
電圧値以上となっていても、制御電源回路２８を動作さ
せるのに充分な出力が太陽電池２１から供給されておら
ず、制御電源回路２８の起動時に図４に示すように頻繁
に起動、停止を繰り返すチャタリングが発生していた。
このため、従来装置ではこの制御電源回路２８のチャタ
リングによりインバータ主回路２２やインバータ制御部
２７が誤動作する虞れがあった。また、制御電源回路２
８に動作表示ランプなどの表示部を有する場合には、長
時間に亘り表示部が点滅を繰り返すこととなり、利用者
に余計な不安を与える虞もあった。

【００１２】そのため、季節などの時期に応じて制御電
源回路２８の起動開始電圧を変更することも考えられる
が、季節の変わり目毎に設定し直すか、或は装置内部に
カレンダー機能を保持しておかなければならず、利用者
にとって操作性が悪く、装置の複雑化を招いていた。

【００１３】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であって、利用者に不安や煩わしさを与えず、また装置
の複雑化を招くことなく、更に使用時期や時間帯に関係
なく常に制御電源回路のスムーズな起動を可能とした太
陽光発電装置を提供する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、太陽電池の出
力若しくは商用電力系統からの出力を所定の基準値に変
換出力し、その出力を前記インバータ回路に供給する制
御電源回路と、太陽電池の出力を検出し、その検出結果
に応じて前記制御電源回路に商用電力系統からの出力を
選択的に供給する出力供給手段とを備え、前記出力供給
手段は、太陽電池の出力が設定値以下の場合には、前記
制御電源回路に商用電力系統からの出力を供給し、太陽
電池の出力が設定値以上の場合には該制御電源回路に太
陽電池からの出力を供給することを特徴とするものであ
る。

【００１５】この構成を用いることにより、制御電源回
路を動作させるのに充分な出力が太陽電池からなされて
いない虞れのある期間は、商用電力系統からの出力に基
づいて制御電源回路の起動を開始させ、太陽電池温度等
に関係なく制御電源回路を動作させるのに充分な出力が
太陽電池から発電されている期間には、太陽電池からの
出力に基づいて制御電源回路を動作させることになる。

【００１６】また、好ましくは、商用電力系統の交流出
力を直流出力に変換し、その変換出力を前記制御電源回
路に供給可能にする整流手段を備え、前記出力供給手段
は、太陽電池の出力が商用電力系統に連系可能な値より
低い前記設定値以下の場合には、前記整流手段を介して
前記制御電源回路に商用電力系統からの出力を供給する
ものである。

【００１７】この構成を用いることにより、インバータ
動作中において、高調波成分の発生源となる整流手段が
インバータ出力側に接続されることなく、負荷及び商用
電力系統への供給電流成分中にこの高調波成分が重畳す
ることが無い。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の太陽光発電装置の
一実施の形態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。

【００１９】同図において、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
形態では、最適動作電圧２００Ｖ，最適動作電力３ｋ
Ｗ）と、太陽電池１の直流電力を交流電力に電力変換し
て所定交流電圧を供給するインバータ主回路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。

【００２０】インバータ主回路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
タ主回路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。

【００２１】インバータ主回路２と商用電力系統３との
間には、インバータ主回路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はインバータ制御部５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はインバータ制御部５
からの連系指令信号の入力によりその接点が閉じられ、
インバータ制御部５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。

【００２２】制御電源回路８は、太陽電池１の直流電
圧、若しくは整流回路９を介して得られた商用電力系統
３からの直流電圧を降圧してインバータ制御部５、イン
バータ主回路２などから構成されるインバータ回路部１
０等の動作電圧を生成しており、入力が１１０Ｖ、２０
Ｗ以上ある場合に直流５Ｖの動作電圧をインバータ回路
部１０等に供給する構成となっている。

【００２３】そして、制御電源回路８に太陽電池１若し
くは商用電力系統３からの出力を選択的に供給可能とす
る出力供給手段１３として、スイッチ部１１、スイッチ
切替部１２とが設けられており、スイッチ切替部１２は
太陽電池１の出力電圧を検出し、その検出値に応じて制
御電源回路８に商用電力系統３の交流電圧を直流電圧に
変換した整流回路９の出力電圧を入力するか否かの接続
状態を切り替えている。本実施の形態では、太陽電池１
の出力電圧が、１００Ｖ以上となった場合にスイッチ部
１１を閉じ、入力電圧の高い（＝約１４０Ｖ）商用電力
系統３側からの電力に基づいてインバータ回路部１０の
動作電圧が供給開始され、太陽電池１の出力電圧が連系
運転可能電圧（＝１６０Ｖ）より低い１４０Ｖ以上とな
った場合には、スイッチ部１１を開放させ、太陽電池１
からの電力に基づいてインバータ回路部１０、第１電圧
検出手段１４の動作電圧を供給している。ここで、太陽
電池１の出力電圧が１４０Ｖ以上の場合には、太陽電池
温度等に関係なく制御電源回路８を動作させるのに充分
な出力が太陽電池１から発電されている。

【００２４】また、太陽電池１の出力電圧が１００Ｖ以
下となった場合には、スイッチ部１１を開放させ、長期
待機モードであるとして商用電力系統３側からの電力供
給を停止し、制御電源回路８の動作を停止させている。

【００２５】これにより、太陽電池１の出力が制御電源
回路８を起動させるのに充分でない虞れのある場合に、
商用電力系統からの電力に基づいて起動させているの
で、夏場などの朝方や夕方時において、太陽電池温度が
高く、且つ日射量が少ないため、制御電源回路８が起動
時に頻繁に起動、停止を繰り返すことが無い。

【００２６】更に、太陽電池１の出力が制御電源回路８
を動作させるのに充分となっている場合に、太陽電池１
からの電力に基づいて動作継続させた後、インバータ動
作を開始させるので、インバータ動作中に高調波成分の
発生源となる整流手段１０がインバータ出力側に接続さ
れることなく、負荷４及び商用電力系統３への供給電流
成分中にこの高調波成分が重畳することが無い。

【００２７】次に、インバータ制御部５について説明す
る。インバータ制御部５は制御電源回路８からの動作電
圧を基準電圧として、太陽電池１の出力電圧及び商用電
力系統３との連系点電圧の大きさを判断している。そし
て、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１４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（Ｐ
Ｔ）からなる第２電圧検出手段１５による検出値が入力
され、その検出値に基づいて、インバータ主回路２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。

【００２８】具体的には、第１電圧検出手段１４により
太陽電池１の出力電圧を検出し、インバータ主回路２の
インバータ動作停止中に太陽電池１の出力電圧が商用電
力系統３に連系可能となる所定値（本実施形態では１９
０Ｖに設定）以上になった場合には、インバータ主回路
２にスイッチング信号を送出すると共に、開閉器７に連
系指令信号を送出する。一方、インバータ主回路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所定値（本実施形態では１６
０Ｖに設定）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主回路２の待機状態であると判断
して、インバータ主回路２へのスイッチング信号の送出
を停止し、インバータ動作を停止させる。

【００２９】また、第２電圧検出手段１５により商用電
力系統３との連系点電圧を検出し、連系点電圧が商用電
力系統の運用規定における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主回路２の待機状態であると判断し
て、インバータ主回路２へのスイッチング信号の送出を
停止すると共に、開閉器７に解列指令信号を送出する。
尚、本実施形態では商用電力系統の過電圧値を１１５
Ｖ、不足電圧値を８０Ｖに設定している。

【００３０】そして、商用電力系統３の異常状態検出時
には、所定時間、インバータ主回路２を待機状態にする
と共に、系統連系時の安全を考慮して商用電力系統３の
系統電圧が、異常状態と判断した過電圧値１１５Ｖより
低い１０６Ｖ以下で、且つ８１Ｖ以上となるまでインバ
ータ主回路２の起動を行わせない構成となっている。
尚、本実施形態では、太陽電池１の出力電圧及び商用電
力系統３との連系点電圧に基づいて、インバータ主回路
２の待機状態に移行させる場合について説明している
が、この他の異常検出によって待機状態へ移行させても
良い。

【００３１】以上のように、インバータ制御部５では、
インバータ主回路２の運転条件が整っているかどうかを
検出し、インバータ主回路２の待機状態であると判断さ
れた場合には、インバータ主回路２へのスイッチング信
号の送出を停止すると共に、開閉器７に解列指令信号を
送出し、一方、インバータ主回路２の連系可能状態であ
ると判断された場合には、インバータ主回路２にスイッ
チング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。

【００３２】更に、インバータ制御部５では、第１電圧
検出手段１４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主
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主回路２に与えている。従
って、インバータ主回路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主回路
２の出力電流が制御される。

【００３３】具体的には、第１電圧検出手段１４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１６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１７の一
方の入力信号としている。

【００３４】そして、第２電圧検出手段１５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１８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１７の他方の入力信号として入力
されている。

【００３５】乗算器１７では、差動増幅器１６からの誤
差信号とバンドパスフィルタ１８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。

【００３６】そして、乗算器１７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２０に
より検出されたインバータ主回路２のインバ−タ電流と
の差をエラーアンプ１９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。

【００３７】インバータ制御部５では、エラーアンプ１
９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１９からの電流誤差信
号が零になるようにインバータ主回路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主回路２
をＰＷＭ（パルス幅変調）制御すると共に、インバータ
主回路２のインバータ動作を起動または停止させてい
る。

【００３８】次に、上記の様に構成された太陽光発電装
置におけるインバータ制御部５及び出力供給手段１３の
動作内容について説明する。夜間などのように太陽電池
１の出力電圧が、連系運転中に継続運転可能な必要最低
電圧値１６０Ｖより低くなったときには、インバータ主
回路２の待機状態であると判断し、インバータ制御部５
は開閉器７に解列指令信号を入力し、開閉器７の接点を
開くと共に、インバータ主回路２のインバータ動作を停
止させる。

【００３９】その後、太陽電池１の出力電圧が１４０Ｖ
以下となったときには、スイッチ切替部１２によってス
イッチ部１１を閉じ、商用電力系統３側からの電力に基
づいて制御電源回路８が動作可能な状態にする。そし
て、更に太陽電池１の出力電圧が低下し、１００Ｖ以下
になった場合には、スイッチ部１１を開放させて長期待
機モードであるとして商用電力系統３側からの電力供給
を停止させ、制御電源回路８の動作を停止させる。

【００４０】そして、スイッチ切替部１２では、太陽電
池１の出力電圧が再び１００Ｖ以上となったことが検出
された場合には、再度スイッチ部１１を閉じて商用電力
系統３側からの電力に基づいて制御電源回路８が動作可
能な状態にする。その後、太陽電池１の出力電圧が更に
上昇して、１４０Ｖ以上となったことが検出された場合
には、スイッチ部１１を開放させて太陽電池１からの電
力に基づいて制御電源回路８の動作を継続させる。

【００４１】一方、インバータ制御部５では、太陽電池
１の出力電圧が連系運転可能な必要最低電圧値１９０Ｖ
以上に達したかどうかを監視し、太陽電池１の出力電圧
が１９０Ｖ以上に達し、且つ商用電力系統３の異常が検
出されていない場合に、開閉器７に連系指令信号を入力
し、開閉器７の接点を閉じると共に、インバータ主回路
２のインバータ動作を開始させ、システムを連系運転状
態に移行させる。

【００４２】尚、上記実施形態では、太陽電池の出力電
圧が１００〜１４０Ｖの範囲において、スイッチ部１１
及びスイッチ切替部１２からなる出力供給手段１３によ
り商用電力系統３からの電力を制御電源回路に供給する
場合について説明したが、この構成に限らず、例えば、
制御電源回路８に太陽電池１又は商用電力系統３を選択
的に接続されるようなスイッチ部を有する構成としても
構わず、その他の構成で実現させても構わない。

【００４３】また、上記実施形態では、絶縁トランス６
を介してインバータ主回路２を商用電力系統３に連系す
る構成について説明したが、この構成に限らず、例え
ば、絶縁トランスを無くし、トランスレス方式でインバ
ータ主回路２を商用電力系統３に連系させる構成として
も構わず、その他の構成で実現させても良い。

【００４４】

【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、制御電
源回路を動作させるのに充分な出力が太陽電池からなさ
れていない虞れのある期間は、商用電力系統からの出力
に基づいて制御電源回路の起動を開始させ、太陽電池温
度等に関係なく制御電源回路を動作させるのに充分な出
力が太陽電池から発電されている期間には、太陽電池か
らの出力に基づいて制御電源回路を動作させるので、太
陽電池温度が高く、且つ日射量が少ない朝方や夕方時に
おいて、制御電源回路の起動時に頻繁に起動、停止を繰
り返すことが無くなりなる。

【００４５】従って、装置全体を複雑化させずに、イン
バータ回路の誤動作防止や利用者の煩わしさ等を無くす
ことができると共に、使用時期や時間帯に関係なく常に
制御電源回路のスムーズな起動が可能となる。

【００４６】更に、インバータ動作中において、高調波
成分の発生源となる整流手段がインバータ出力側に接続
されることなく、負荷及び商用電力系統への供給電流成
分中にこの高調波成分が重畳することが無い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による太陽光発電装置の概略
構成図である。

【図２】従来の太陽光発電装置の概略構成図である。

【図３】太陽電池温度を変化させた場合の、太陽電池の
出力電圧−出力電流特性図である。

【図４】図２従来装置における朝方での太陽電池の出力
電圧変化図である。

【符号の説明】

１ 太陽電池 ２ インバータ主回路 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 制御電源回路 ９ 整流回路 １０ インバータ回路部 １１ スイッチ部 １２ スイッチ切替部 １３ 出力供給手段 １４ 第１電圧検出手段（アイソレーションアンプ） １５ 第２電圧検出手段 ２０ インバータ電流検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｎ 6/00 Ｈ０２Ｎ 6/00 (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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】太陽電池から発生する直流出力を所定電圧
   の交流出力に変換して出力するインバータ回路を商用電
   力系統に連系して負荷に電力を供給する太陽光発電装置
   において、 太陽電池の出力若しくは商用電力系統からの出力を所定
   の基準値に変換出力し、その出力を前記インバータ回路
   に供給する制御電源回路と、 太陽電池の出力を検出し、その検出結果に応じて前記制
   御電源回路に商用電力系統からの出力を選択的に供給す
   る出力供給手段とを備え、 前記出力供給手段は、太陽電池の出力が設定値以下の場
   合には、前記制御電源回路に商用電力系統からの出力を
   供給し、太陽電池の出力が設定値以上の場合には該制御
   電源回路に太陽電池からの出力を供給することを特徴と
   する太陽光発電装置。
2. 【請求項２】商用電力系統の交流出力を直流出力に変換
   し、その変換出力を前記制御電源回路に供給可能にする
   整流手段を備え、 前記出力供給手段は、太陽電池の出力が商用電力系統に
   連系可能な値より低い前記設定値以下の場合には、前記
   整流手段を介して前記制御電源回路に商用電力系統から
   の出力を供給することを特徴とする請求項１記載の太陽
   光発電装置。