JPH10285806A - 太陽光発電装置 - Google Patents

太陽光発電装置

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JPH10285806A
JPH10285806A JP10004803A JP480398A JPH10285806A JP H10285806 A JPH10285806 A JP H10285806A JP 10004803 A JP10004803 A JP 10004803A JP 480398 A JP480398 A JP 480398A JP H10285806 A JPH10285806 A JP H10285806A
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Masaaki Kounofuji
正明 甲野藤
Wataru Horio
渉 堀尾
Yasuhiro Makino
康弘 牧野
Masahiro Maekawa
正弘 前川
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 長時間の連続運転を可能として利用者に不安
や煩わしさを与えず、また、装置を複雑化することなく
使用時期や時間帯に左右されずに電力変換装置のスムー
ズな起動を可能とする。 【解決手段】 太陽電池1の発電電力が一定電力値以上
の場合に最大電力追尾モードにてインバータ主回路2の
出力を制御し、一方、太陽電池1の発電電力が一定電力
値より小さい場合に所定電圧モードにてインバータ主回
路2の出力を制御する。

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電力変換装置を介して連系され
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電力変換装置
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4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
流電力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電力
変換装置としてのインバータ主回路であり、太陽電池2
1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、系統連系用開閉器23を経て負荷2
4および商用電力系統25に供給される。
【0004】上記開閉器23は、インバータ制御部26
によって制御されている。このインバータ制御部26
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23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26により所定時
間経過後に開閉器23を閉じた後、インバータ主回路2
2を起動させている。
【0005】そして、上記太陽光発電装置では、太陽電
池21から最大電力を効率よく取り出すために、太陽電
池に与える指令動作点を太陽電池の最大電力点に追尾さ
せる制御方法、いわゆるMPPT法(山登り法)が採用
されている。
【0006】この方法は、太陽電池21に与える指令動
作点を変化させて行き、その際の太陽電池21からの出
力電力が増加方向であれば指令動作点の変化させる方向
をそのまま維持し、出力電力が減少方向であれば指令動
作点の変化方向を反転させて、常に太陽電池21の動作
点が最大電力点近傍に位置するように制御する方法であ
る。
【0007】一方、太陽電池21は一般に日射量が変化
することによって、図5に示すように、太陽電池21か
ら取り出せる最大電力量が異なることが知られている。
そして、日射量は時期(季節)や時間帯によって異なっ
ており、同一時期では日射量が少ない朝方や夕方時にお
いて、太陽電池21から取り出せる最大電力量が小さく
なっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このため、インバータ
主回路22を起動後、上記MPPT法による最大電力点
追尾制御を行わせた場合、日射量が少ない朝方や夕方時
においては図6に示すように最大電力点が連系可能電圧
値以下となり、頻繁に起動、停止を繰り返すチャタリン
グ現象を発生し、スムーズな起動開始ができなかった。
【0009】また、装置本体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れが
あった。
【0010】そのため、太陽電池21の最大電力点が連
系可能電圧値以上となる場合の開放電圧値にインバータ
主回路22の起動開始電圧を変更設定することも考えら
れるが、この場合にはその設定を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。
【0011】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であって、長時間の連続運転を可能として利用者に不安
や煩わしさを与えず、また、装置を複雑化することなく
使用時期や時間帯に左右されずに電力変換装置のスムー
ズな起動を可能とした太陽光発電装置を提供する。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、太陽電池の発
電電力を検出する電力検出手段と、太陽電池に与える指
令動作点を変化させて行き、その際の太陽電池からの出
力電力が増加する方向へ該指令動作点を移行せしめる最
大電力追尾モードと、太陽電池に与える指令動作点を一
定値に設定する所定電圧モードとを有し、各モードでの
設定指令動作点に太陽電池の動作点を追従せしめるよう
に電力変換装置の出力を制御する制御手段と、を備え、
制御手段は、太陽電池の発電電力が一定電力値以上の場
合に最大電力追尾モードにて電力変換装置の出力を制御
し、一方、前記太陽電池の発電電力が一定電力値より小
さい場合に所定電圧モードにて電力変換装置の出力を制
御するものである。
【0013】そして具体的には、前記制御手段は所定電
圧モードにて電力変換装置の起動を開始させるものであ
り、前記指令動作点は太陽電池の出力電圧である。この
構成を用いることにより、最大電力点における太陽電池
の動作点電圧が電力変換装置を連系運転させるのに充分
な電圧値以上となっていない期間は、太陽電池を連系可
能電圧以上の電圧で動作し、太陽電池の発電電力が一定
電力値以上となった期間は、太陽電池を最大電力点電圧
近傍で動作することになる。
【0014】また、電力変換装置の起動開始時に一定の
指令動作電圧を与えて太陽電池を動作させるので、日射
量が少ない朝方や夕方時において頻繁に起動、停止を繰
り返すチャタリング現象を発生することがなく、スムー
ズな起動が可能となる。
【0015】
【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。
【0016】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
形態では定格出力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を供給する電力変
換装置としてのインバータ主回路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。
【0017】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。
【0018】インバータ主回路2と商用電力系統3との
間には、系統保護のための系統連系用リレー(以下、リ
レーと略記する)6及びブレーカ7が設けられており、
リレー6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。また、ブレーカ7はインバータ制御部5か
らの制御信号に応じて、その接点を開放して商用電力系
統3を解列し、手動操作によりその接点を閉じて商用電
力系統3に連系する。
【0019】太陽電池1とインバータ主回路2との間に
は、太陽電池1の出力電圧を検出するアイソレーション
アンプからなる直流電圧検出手段8と、太陽電池1の出
力電流を検出するための直流電流検出手段9とが設けら
れており、これらの両検出結果がインバータ制御部5に
入力されている。また、直流電圧検出手段8の検出値が
差動増幅器10の一方にも入力されている。
【0020】インバータ制御部5では、直流電圧検出手
段8及び直流電流検出手段9の検出値に基づいて太陽電
池1の出力電力を算出すると共に、その出力電力が増加
する方向へ太陽電池1に与える指令動作電圧を変化させ
て、太陽電池1の最大電力点を追尾させる最大電力追尾
モードと、太陽電池1に与える指令動作電圧を所定電圧
値(本実施の形態例では250Vに設定)に固定する所
定電圧モードとを太陽電池1の出力電力の値に基づいて
切り替え設定しており、差動増幅器10の他方にこの設
定指令動作電圧Vrefが入力されている。
【0021】従って、起動時に所定電圧モードによる設
定指令動作電圧Vrefにて動作開始させ、太陽電池1の
出力電力が50W以上となった場合に、最大電力追尾モ
ードに切り替えている。これにより、日射量が少ない朝
方や夕方時において頻繁に起動、停止を繰り返すチャタ
リング現象を発生することがない。ここで、太陽電池1
の出力電力が50W以上としているのは、その際の太陽
電池1の最大電力点電圧(本実施の形態例では150
V)がインバータ主回路2を商用電力系統3に連系可能
な電圧(本実施の形態例では140V)以上となるから
である。
【0022】また、所定電圧モードでの設定指令動作電
圧Vrefを250Vに設定しているため、太陽電池1の
開放電圧が250V以下となる期間、即ち、太陽電池1
からの発電電力が少ない期間においては、その際の開放
電圧付近で太陽電池1が動作することになる。このた
め、所定電圧モードではインバータ主回路2から商用電
力系統3及び負荷4へ電力をほとんど供給しない状態で
連系運転を行うため、商用電力系統3側への電力供給に
よって太陽電池1の出力電圧が低下して連系可能電圧以
下となることがない。
【0023】差動増幅器10では、太陽電池1の出力電
圧値と設定指令動作電圧値とを比較し、その誤差を増幅
して乗算器11の一方へ入力している。また、インバー
タ主回路2とリレー6との間には、インバータ主回路2
の出力電流を検出するための交流電流検出手段12が設
けられており、リレー6とブレーカ7との間には、イン
バータ主回路2の出力電圧を検出するための交流電圧検
出手段13が設けられている。
【0024】そして、交流電圧検出手段13により検出
された連系点電圧の基本波周波数成分をバンドパスフィ
ルタ14によって抽出し、その抽出された連系点電圧の
基本波周波数成分が乗算器11の他方に入力されてい
る。
【0025】乗算器11では、差動増幅器10からの誤
差信号とバンドパスフィルタ14からの基本周波数成分
信号との乗算を行って、系統電圧に位相同期させたイン
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
電圧に同期し、太陽電池1の出力電圧が設定指令動作電
圧Vrefに制御する値となる。
【0026】そして、乗算器11からの電流指令値と、
交流電流検出手段12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15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。
【0027】インバータ制御部5では、エラーアンプ1
5からの電流誤差信号を20kHz程度の基準三角波信
号とを比較して、エラーアンプ15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。
【0028】次に、上記のよう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の動作内容について図
2のフローチャートを参照して説明する。先ず、太陽電
池1の開放電圧が起動可能電圧180V以上か否かを判
断し(S1)、YESの場合にはステップS3に進み、
所定電圧モードで動作させて太陽電池1に与える指令動
作電圧Vrefとして250Vを出力する。そして、太陽
電池1の出力電圧が250Vとなるようにインバータ主
回路2にインバータ電流を制御するためのPWM制御信
号を送出して連系運転を開始させる。
【0029】次に、太陽電池1の発電電力を検出し、そ
の発電電力が一定電力値(本実施の形態例では50Wに
設定)以上となっているか否かを判断し(S5)、YE
Sの場合にはステップS7に進み、動作モードを所定電
圧モードから最大電力追尾モードに切り替え、一方、N
Oの場合にはステップS9に進み、太陽電池1の出力電
圧が連系可能電圧(本実施の形態例では140Vに設
定)以上か否かを判断し、YESの場合にはステップS
5に戻り、NOの場合にはリレー6を開放させると共
に、インバータ主回路2へのPWM制御信号の送出を停
止させてインバータ動作を停止させて(S15)、ステ
ップS1に戻る。
【0030】そして、ステップS7では、太陽電池1の
発電電力を検出し、その発電電力が増加する方向に太陽
電池1に与える指令動作電圧Vrefを変化させた値を出
力し、そのVrefに太陽電池1の出力電圧がなるように
インバータ主回路2にインバータ電流を制御するための
PWM制御信号を送出している。
【0031】ステップS11では、太陽電池1の出力電
圧が連系可能電圧(=140V)以上か否かを判断し、
YESの場合にはステップS13に進み、NOの場合に
はステップS15に進む。
【0032】ステップS13では、太陽電池1の発電電
力を検出し、その発電電力が上記一定電力値(=50
W)以上となっているか否かを判断し、YESの場合に
はステップS7に戻り、NOの場合には所定電圧モード
の動作に設定した(S17)後、ステップS11に戻
る。
【0033】以上の動作により、図3に示すように最大
電力点における太陽電池1の動作点電圧がインバータ主
回路2を連系運転させるのに充分な電圧値以上となって
いない期間は、太陽電池1を連系可能電圧以上の電圧で
動作し、太陽電池1の発電電力が一定電力値以上となっ
た期間は、太陽電池1を最大電力点電圧近傍で動作する
ことになる。
【0034】また、インバータ主回路2の起動開始時に
一定の指令動作電圧を与えて太陽電池1を動作させるの
で、日射量が少ない朝方や夕方時において頻繁に起動、
停止を繰り返すチャタリング現象を発生することがな
い。
【0035】尚、上記実施の形態の説明は、本発明を説
明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発
明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではな
い。又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、
特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可
能であることは勿論である。
【0036】例えば、上記実施の形態例では、インバー
タ主回路2からの出力を電流制御する場合について説明
したが、この構成に限らず、例えば、インバータ主回路
2からの出力電圧を制御する回路構成としても構わな
い。
【0037】
【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、最大電
力点における太陽電池の動作点電圧が電力変換装置を連
系運転させるのに充分な電圧値以上となっていない期間
は、太陽電池を連系可能電圧以上の電圧で動作し、太陽
電池の発電電力が一定電力値以上となった期間は、太陽
電池を最大電力点電圧近傍で動作することになり、日射
量が少ない朝方や夕方時に頻繁に起動、停止を繰り返す
チャタリング現象を起こすことなく、長時間に亘り安定
した連系運転が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態例による太陽光発電装置
の概略構成図である。
【図2】図1装置におけるインバータ制御部5の動作内
容を説明するためのフローチャートである。
【図3】図1装置における朝方での太陽電池1の出力電
圧及び指令動作電圧の変化説明図である。
【図4】従来の太陽光発電装置の概略構成図である。
【図5】日射量をパラメータとした場合の太陽電池の電
圧−電力特性を示す特性曲線図である。
【図6】従来装置における朝方での太陽電池の出力電圧
変化説明図である。
【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 系統連系用リレー 7 ブレーカ 8 直流電圧検出手段 9 直流電流検出手段 10 差動増幅器 11 乗算器 12 交流電流検出手段 13 交流電圧検出手段 14 バンドパスフィルタ 15 エラーアンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (3)

    【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電力変換装置を商用電力
    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、 太陽電池の発電電力を検出する電力検出手段と、 太陽電池に与える指令動作点を変化させて行き、その際
    の太陽電池からの出力電力が増加する方向へ該指令動作
    点を移行せしめる最大電力追尾モードと、太陽電池に与
    える指令動作点を一定値に設定する所定電圧モードとを
    有し、各モードでの設定指令動作点に太陽電池の動作点
    を追従せしめるように前記電力変換装置の出力を制御す
    る制御手段と、を備え、 前記制御手段は、太陽電池の発電電力が一定電力値以上
    の場合に最大電力追尾モードにて電力変換装置の出力を
    制御し、一方、前記太陽電池の発電電力が一定電力値よ
    り小さい場合に所定電圧モードにて電力変換装置の出力
    を制御することを特徴とする太陽光発電装置。
  2. 【請求項2】前記制御手段は、所定電圧モードにて電力
    変換装置の起動を開始させることを特徴とする請求項1
    記載の太陽光発電装置。
  3. 【請求項3】前記指令動作点は、太陽電池の出力電圧で
    あることを特徴とする請求項1または2記載の太陽光発
    電装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7324361B2 (en) 2005-01-28 2008-01-29 Kasemsan Siri Solar array inverter with maximum power tracking
JP2009225599A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Kawasaki Heavy Ind Ltd 電力変換装置
JP2011125190A (ja) * 2009-12-14 2011-06-23 Mitsubishi Electric Corp 系統連系パワーコンディショナ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7324361B2 (en) 2005-01-28 2008-01-29 Kasemsan Siri Solar array inverter with maximum power tracking
JP2009225599A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Kawasaki Heavy Ind Ltd 電力変換装置
JP2011125190A (ja) * 2009-12-14 2011-06-23 Mitsubishi Electric Corp 系統連系パワーコンディショナ

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