JPH10191578A - 太陽光発電システム - Google Patents

太陽光発電システム

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JPH10191578A
JPH10191578A JP8345398A JP34539896A JPH10191578A JP H10191578 A JPH10191578 A JP H10191578A JP 8345398 A JP8345398 A JP 8345398A JP 34539896 A JP34539896 A JP 34539896A JP H10191578 A JPH10191578 A JP H10191578A
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JP8345398A
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Kunihiko Fuji
邦彦 冨士
Katsutoshi Kishigami
勝利 岸上
Makoto Minase
誠 水無瀬
Mitsuyuki Shibata
光行 柴田
Manabu Fujimoto
学 藤本
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Hitachi Ltd
Hitachi Plant Technologies Ltd
Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Techno Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

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  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電電力を有効に出力することができる太陽
光発電システム。 【解決手段】 太陽電池1と、電力変換装置2と、保護
装置5とからなり、可変電圧可変周波数で駆動される負
荷3と一定電圧一定周波数で駆動される負荷4とからな
り、系統6に接続された太陽光発電システムにおいて、
電力変換装置2を一定電圧一定周波数出力の交流−直流
双方向変換部21と、可変電圧可変周波数出力の直流−
交流双方向変換部25とから構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池で発生す
る直流電力をインバータ等で構成される電力変換装置に
よって交流電力に変換し、発生した電力を負荷及び他の
系統に供給するシステムに係り、特に電力変換装置の出
力を可変電圧可変周波数出力と一定電圧一定周波数出力
の両方を備え、且つ両方の出力を有効に制御するための
構成及び制御方法に関する。さらに本発明は、浄水場の
ような公共施設における給水ポンプ駆動用電動機や焼却
用送風機駆動用電動機などの負荷に電力を供給する、太
陽光発電システムに関する。
【0002】
【従来の技術】太陽光発電システムは、主に太陽電池と
インバータ等の電力変換装置等から構成されており、太
陽の光エネルギーを利用しやすい交流の電気に変換する
システムである。一方、交流の電気の利用形態として
は、モータ等の回転数制御に多く用いられている可変電
圧可変周波数方式と、商用電源と同じ一定電圧一定周波
数方式とがある。
【0003】浄水場の給水ポンプ駆動用モータは、1日
の間の給水量の変動が大きく、給水ポンプを運転台数揃
えるだけでは供給量の大きな変化に対して適切に制御す
ることができない。そこで、インバータでポンプの回転
数を変えて需要の変動にあわせて必要量給水する方法が
必要不可欠となっている。さらに、浄水場などの公共施
設は太陽光が降り注ぐ広い空間を有していることから太
陽電池を設置して必要な電力の一部を補完しようとする
動きがある。
【0004】従来の太陽光発電システムの構成概念の一
例を図5を用いて説明する。従来の太陽光発電システム
は、太陽電池1と、一定電圧一定周波数出力の電力変換
装置(インバータ)7と、一定電圧一定周波数の負荷4
と、保護装置5とから構成され、電力系統6に保護装置
5を介して接続されている。このようなシステムにおい
て、可変電圧可変周波数の負荷3に電力を供給する場合
には、可変電圧可変周波数出力の電力変換装置8を前記
一定電圧一定周波数電力変換装置7の出力に接続してい
る。
【0005】上記のような従来の太陽光発電システムに
用いられる電力変換装置は、負荷の用途により可変電圧
可変周波数出力の電力変換装置か、一定電圧一定周波数
出力の電力変換装置が用いられている。すなわち、 1.一定電圧一定周波数を必要とする負荷4と可変電圧
可変周波数を必要とする負荷3の両方がある場合には、
一定電圧一定周波数出力の電力変換装置7の負荷に可変
電圧可変周波数出力の電力変換装置8を設けて構成して
いるため、システム装置が大きくなり、システム効率も
悪くなった。 2.可変電圧可変周波数出力の電力変換装置を用いた太
陽光発電システムにおいては、太陽電池が図6に示す出
力電流−出力電圧特性を有していることから、日射強度
及び温度変化による太陽電池の出力電圧変動が大きく、
軽負荷時には太陽電池の出力電圧が高くなることから電
力変換装置及び負荷の過電圧耐量を考慮しなければなら
ない場合もあった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の太陽光発電
システムの例では、 1.可変電圧可変周波数を得る場合には、一定電圧一定
周波数出力と可変電圧可変周波数出力の2種類の電力変
換部を経路する必要があった。 2.太陽電池が発電する直流電力を可変電圧可変周波数
出力の電力変換装置を用いてシステムを構成する場合に
は、軽負荷時に太陽電池の電流−電圧特性により、太陽
電池出力電圧が高くなる。このため負荷がモータである
場合には、モータが磁気飽和にならないように磁束密度
を小さくした特殊設計のモータとする必要があった。さ
らに、各機器の耐圧は、いくつかのレベルに区切られて
おり、電圧が上昇することによって各構成機器の耐圧レ
ベルを1段階高いレベルとする必要があった。
【0007】本発明は、上記問題に鑑みなされたもの
で、太陽光発電システムにおいて、システム全体をより
少ない構成要素で構成し、可変電圧可変周波数の負荷に
対して電力を供給することができるとともに、軽負荷時
には、一定電圧一定周波数の系統へ余剰電力を供給でき
るようにして、各構成要素の耐圧を高めることなくシス
テムを構成することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、 1.太陽電池に直接一定電圧一定周波数出力の電力変換
装置と可変電圧可変周波数出力の電力変換装置の2種類
の電力変換装置を接続し、一定電圧一定周波数電力を得
る場合も可変電圧可変周波数電力を得る場合も1台の電
力変換部で賄うようにした。 2.さらに、本発明は、各電力変換装置を双方向の電力
変換能力を有する電力変換装置として、軽負荷時もしく
は余剰電力発生時には余剰電力を系統へ電力逆潮流させ
ることによって、直流電圧を安定させ過電圧にならない
ようにし、各構成機器の耐圧レベルを1段階高いレベル
にする必要がないようにした。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる太陽光発電
システムについて図1から図4を用いて説明する。図1
は、本発明を説明するための太陽光発電システムの概略
構成図を、図2は、太陽電池の出力電流−電圧特性を、
図3及び図4は本発明による太陽光発電システムにおけ
る電力潮流図を示す。図1に示すように、本発明にかか
る太陽光発電システムは、太陽電池1と、電力変換装置
2と、誘導電動機等のモータ3と、一定電圧負荷4と、
太陽光発電システムと系統側6を開閉するための保護装
置5とから構成される。電力変換装置2は、交流−直流
双方向変換部21と、直流−交流双方向変換部25と、
CPU26と、アナログディジタル変換装置27とから
交換される。
【0010】太陽電池1と電力変換装置2とは、逆流防
止ダイオード11と、手動開閉器5を介して接続され
る。太陽光発電システムと系統側6とは、系統側6と電
力変換装置2との給電状況をCPU26で判断して開閉
する保護装置5を介して接続されている。
【0011】太陽電池1の出力は、交流−直流双方向変
換部21の出力と直流−交流双方向変換部25の入力の
接続点に入力される。一定電圧負荷4は、交流−直流双
方向変換部21の入力に接続され、モータ3は、直流−
交流双方向変換部25の出力に接続される。
【0012】交流−直流双方向変換部21は、いわゆる
PWMコンバータとして構成され、入力側から一定電圧
一定周波数(CVCF)の交流が入力され出力側から直
流が出力されるともに、出力側から入力された直流を一
定電圧/一定周波数の交流として入力側から出力するこ
とができる。直流−交流双方向変換部25は、いわゆる
PWMインバータとして構成され、入力側から入力され
た直流電圧が可変電圧可変周波数(VVVF)の交流が
出力側から出力するとともに、出力側から入力される交
流を直流として入力側から出力することができる。
【0013】図2を用いて、本発明に用いる電力変換装
置2の構成の概要を説明する。電力変換装置2は、交流
−直流双方向変換部21と、直流−交流双方向変換部2
5と、ベースドライブ回路22,23と、制御回路26
とから構成される。交流−直流双方向変換部21は、ダ
イオードとトランジスタの並列接続体をブリッジ接続
し、トランジスタを動作させず交流電圧をダイオードで
整流して直流電圧を出力する。一方、トランジスタのス
イッチングを制御することによって、直流電圧を一定電
圧一定周波数出力の交流電圧として出力する。同様に直
流−交流双方向変換部25は、ダイオードとトランジス
タの並列接続体をブリッジ接続し、トランジスタのスイ
ッチング周期とタイミングを制御することによって、直
流電圧を可変電圧可変周波数出力の交流電圧として出力
する。一方、トランジスタを動作させず交流電圧をダイ
オードで整流して直流電圧を出力する。
【0014】これらの制御は、制御回路(CPU)26
が行う。CPU26は、負荷31の状況を監視して直流
−交流双方向変換部25の出力電圧及び出力周波数を制
御するとともに、例えば負荷が制動状態にあるときに
は、モータ3からの回生電流を直流出力に変換して交流
−直流双方向変換部21側へ出力するよう制御する。ま
た、CPU26は、太陽電池1の出力及び負荷31の状
況を監視して、交流−直流双方向変換部21の動作を制
御する。さらに、CPU26は、太陽光発電システム全
体の負荷の状況を監視して、システムの負荷に対応でき
る太陽光発電量がないときには、保護装置5をONにし
て系統6から電力の供給を受け、軽負荷時や回生制動時
などのようにシステムに余剰の電力が生じたときには、
保護装置5を介して系統6に逆潮流するように制御す
る。
【0015】太陽電池1から発電する直流電力は電力変
換装置2の可変電圧可変周波数変換部25からモータ3
に給電され、回転数制御を行う。この時モータ3が軽負
荷になると負荷電流が減少し、太陽電池1の出力電圧は
上昇する。よって電力変換装置2の可変電圧可変周波数
変換部25の入力電圧が上昇し、これに伴い出力電圧も
上昇する。この上昇電圧は太陽電池1が発生する電力が
モータ3の必要とする負荷電力の差により発生する余剰
電力であるので、この余剰電力を一定電圧一定周波数変
換部21により変換し、一定電圧負荷4及び系統側6へ
給電することにより発電電圧を適正に維持することがで
きる。
【0016】モータが力行運転している場合の電力の流
れを図3を用いて説明する。モータ3が力行運転してい
るときには、太陽電池1からの発電電力は電力変換装置
2を介して可変電圧可変周波数負荷であるモータ3に供
給される。太陽電池1からの出力が負荷3が必要とする
電力を下回るときには、系統6から電力が補完され、負
荷は必要とする出力を得ることができる。太陽電池1か
らの出力が負荷3の必要とする電力を上回るときには、
電力変換装置2は、余剰の電力を一定電圧一定周波数双
方向変換装置21を介して一定電圧負荷4に供給する。
太陽電池1の出力が負荷3及び負荷4の必要とする電力
量を上回るときには、系統6へ逆潮流される。
【0017】また、太陽電池1の発電電力よりもモータ
3を定格運転するに必要な電力が大きい場合には、一定
電圧一定周波数変換部21を停止させ、かつ可変電圧可
変周波数変換部25により出力電圧及び出力周波数を下
げ、太陽電池1からの発電電力に見合った出力でモータ
3を運転させることができる。さらに、必要最小限の出
力電圧・出力周波数まで下げても太陽電池1からの発電
電力が不足する場合には、一定電圧一定周波数変換部2
1を介して系統6から電力を補完をしてモータ3を運転
できるようにする。
【0018】モータ3が回生運転となった場合の電力の
流れを図4を用いて説明する。モータ3が回生運転とな
ったときには、モータ3から回生電力が電力変換装置2
に給電され、可変電圧可変周波数変換部25を介して太
陽電池1からの発電電力と合わせ一定電圧一定周波数変
換部21から一定電圧負荷4及び系統側6へ電力を供給
する。モータ3を停止させる場合には、可変電圧可変周
波数変換部25のスイッチングを停止させ、太陽電池1
からの発電電力を全て一定電圧負荷4及び系統側6へ電
力を供給する。
【0019】
【発明の効果】上記のように太陽光発電システムを構成
することによって、 1.太陽光発電システムの負荷として、一定電圧一定周
波数負荷と可変電圧可変周波数負荷の両方に有効に電力
を供給することができる。 2.変換部1台で発電が可能なため、システム効率とシ
ステムの信頼性が向上する。 3.既設の可変電圧可変周波数負荷に、太陽電池と一定
電圧一定周波数変換部を追加することで、本発案システ
ムを構成することができる。 4.軽負荷時に余剰電力を逆潮流等によって利用するこ
とができるので、太陽電池の出力電圧の上昇を防ぐこと
ができ、システムを構成する機器の耐圧を所定のレベル
に納めることができ、イニシャルコストの上昇を押さえ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる太陽光発電システムの概要を説
明する構成図。
【図2】本発明にかかる電力変換装置の構成の概略を説
明する構成図。
【図3】本発明の働きを説明する第1の電力潮流図。
【図4】本発明の働きを説明する第2の電力潮流図。
【図5】従来の太陽光発電システムの概要を説明する構
成図。
【図6】太陽電池の出力特性を説明する図。
【符号の説明】
1 太陽電池 2 電力変換装置 3 誘導電動機 4 一定電圧負荷 5 保護装置 6 系統 11 逆流防止ダイオード 12 開閉器 21 一定電圧一定周波数変換部 25 可変電圧可変周波数変換部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸上 勝利 千葉県習志野市東習志野7丁目1番1号 日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 水無瀬 誠 東京都足立区中川四丁目13番17号 日立テ クノエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 柴田 光行 東京都足立区中川四丁目13番17号 日立テ クノエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 藤本 学 千葉県習志野市東習志野7丁目1番1号 株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 太陽電池と電力変換装置を有し、太陽電
    池が発電する直流電力を電力変換装置で交流電力に変換
    して負荷に電力を供給する太陽光発電システムにおい
    て、電力変換装置は、可変電圧可変周波数出力と、一定
    電圧一定周波数出力の両方の交流電力の出力機能を備え
    ていることを特徴とする太陽光発電システム。
  2. 【請求項2】 電力変換装置は、可変電圧可変周波数出
    力の直流−交流双方向変換部と、一定電圧一定周波数出
    力の交流−直流双方向変換部とを備えている請求項1記
    載の太陽光発電システム。
  3. 【請求項3】 可変電圧可変周波数出力の直流−交流双
    方向変換部と、一定電圧一定周波数出力の交流−直流双
    方向変換部との接続点に太陽電池の出力を入力するよう
    にした請求項2記載の太陽光発電システム。
  4. 【請求項4】 可変電圧可変周波数出力の直流−交流双
    方向変換部に可変電圧可変周波数の負荷を接続した請求
    項3記載の太陽光発電システム。
  5. 【請求項5】 一定電圧一定周波数出力の交流−直流双
    方向変換部に定電圧機器を接続した請求項3または請求
    項4記載の太陽光発電システム。
  6. 【請求項6】 一定電圧一定周波数出力の交流−直流双
    方向変換部の交流側へ系統を接続できるようにした請求
    項2ないし請求項5のいずれか記載の太陽光発電システ
    ム。
  7. 【請求項7】 太陽電池が発電する電力よりも可変電圧
    可変周波の負荷が小さくなったときに、その余剰電力を
    一定電圧一定周波数出力の交流−直流双方向変換部に出
    力するようにした請求項2ないし請求項6のいずれか記
    載の太陽光発電システム。
  8. 【請求項8】 可変電圧可変周波の負荷がモータであ
    り、モータが回生運転となった場合に発生する回生電力
    を、一定電圧一定周波数出力の交流−直流双方向変換部
    に出力するようにした請求項2ないし請求項6のいずれ
    か記載の太陽光発電システム。
  9. 【請求項9】 可変電圧可変周波の負荷がモータであ
    り、モータを停止させた時は、太陽電池が発電する電力
    を全て一定電圧一定周波数出力の交流−直流双方向変換
    部へ出力するようにした請求項2ないし請求項6のいず
    れか記載の太陽光発電システム。
  10. 【請求項10】 太陽電池が発電する電力より可変電圧
    可変周波の負荷へ供給する負荷電力が大きい時には、一
    定電圧一定周波数出力の交流−直流双方向変換部を停止
    させ、かつ可変電圧可変周波数出力の直流−交流双方向
    変換部の出力を少なくし、太陽電池が発電する電力を有
    効に利用するようにした請求項2ないし請求項6のいず
    れか記載の太陽光発電システム。
  11. 【請求項11】 必要最小限の可変電圧可変周波数まで
    出力を下げ、さらに供給電力が不足する場合には、一定
    電圧一定周波数出力の交流−直流双方向変換部を介して
    電力を供給し不足電力を補完するようにした請求項10
    記載の太陽光発電システム。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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AT414191B (de) * 2001-04-04 2006-10-15 Jank Siegfried Jun Verfahren und anordnung zur optimierung der leistung eines kraftwerkes
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US9436201B1 (en) 2015-06-12 2016-09-06 KarmSolar System and method for maintaining a photovoltaic power source at a maximum power point

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