JPH11127546A - 太陽光発電システム - Google Patents

太陽光発電システム

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JPH11127546A
JPH11127546A JP9290199A JP29019997A JPH11127546A JP H11127546 A JPH11127546 A JP H11127546A JP 9290199 A JP9290199 A JP 9290199A JP 29019997 A JP29019997 A JP 29019997A JP H11127546 A JPH11127546 A JP H11127546A
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JP
Japan
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storage battery
inverter
power generation
photovoltaic power
self
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JP9290199A
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Inventor
Sueo Sakata
末男 坂田
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストの低減およびシステム効率の向上を図
ることが可能な太陽光発電システムを得る。 【解決手段】 太陽電池１３、蓄電池１４および自立運
転機能つき系統連系インバータ１５で構成され、商用電
力系統１６が正常な場合は系統連系太陽光発電として運
転されるとともに、災害時には太陽電池１３および蓄電
池１４を電源としてインバータ１５を自立運転モードで
運転して特定負荷１７に電力を供給する太陽光発電シス
テムにおいて、インバータ１５に双方向機能を持たせる
とともに、蓄電池１４の補充電を商用電力系統１６が正
常な場合にインバータ１５をコンバータモードで運転し
て商用電力系統１６側の電力で行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、太陽電池、蓄電
池および自立運転機能つき系統連系インバータで構成さ
れる太陽光発電システムに係り、特に蓄電池の補充電お
よび自立運転モード運転後の回復充電の効率向上に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、地震等の災害時には商用電力系
統が停電し被害が大きくなることが想定される。そのた
め、太陽光発電システムに蓄電池を併設し、商用電源が
正常な場合は、蓄電池回路を切り離すとともに太陽電池
の発生電力を効率よく交流出力として取り出すために、
インバータを最大電力追従制御を行った系統連系システ
ムとして運用し、商用電源が停止した場合は、蓄電池回
路をインバータの直列側に接続し、太陽電池の出力と蓄
電池の両方を電源としてインバータを自立運転モードで
運転して、重要な特定負荷のみに電力を供給する防災用
太陽光発電システムが導入されつつある。
【０００３】しかしながら、防災用太陽光発電システム
で重要な役割を果たす蓄電池は、定常時は太陽電池から
切り離されているので、放置しておくと自己放電によっ
てエネルギーが放出されるため、蓄電池のエネルギー管
理が極めて重要となり、管理が不十分であると災害時に
機能しないこととなる。
【０００４】図２は例えば、雑誌「電機」平成８年３月
号（日本電機工業会発行）に記載されたこの種の従来の
防災用太陽光発電システムの構成を示すブロック図であ
る。図において、１は太陽電池、２は蓄電池、３はイン
バータ、４は商用電力系統、５は重要な特定負荷、６は
自立運転モード運転時における蓄電池２の過充電時には
充電を停止し、また、過放電時には放電を停止するよう
に動作する充放電コントローラである。
【０００５】７は自立運転モード運転時に蓄電池２をイ
ンバータ３の直流側に接続する第１の開閉器、８は系統
連系運転時にインバータ３の交流側と商用電力系統４側
とを接続する第２の開閉器、９Ａ、９Ｂは定常時には商
用電力系統４側と特定負荷５とを接続し、自立運転モー
ド運転時にはインバータ３の交流側と特定負荷５とを接
続する第３の開閉器、１０、１１は手動の配線用遮断
器、１２は商用電力系統４と蓄電池２との間に接続さ
れ、商用電力系統４からの電力により蓄電池２に補充電
を行う充電器である。
【０００６】次に、上記のように構成された従来の防災
用太陽光発電システムの蓄電池の運用管理方法について
説明する。まず、定常時には系統連系システムとして運
転されるが、蓄電池２は第１の開閉器７によって切り離
されているため、自己放電によって容量が低下してく
る。これを防止するため充電器１２により商用電力系統
４からの電力で補充電が浮動充電（鉛蓄電池の場合２．
２５〜２．３Ｖ／セル）で行われる。一方、災害時には
蓄電池２の放電に対する回復充電が必要になるが、この
場合充電器１２により定電圧充電が行われ、回復充電を
早くするために定電圧値は浮動充電圧値よりも高く設定
される。そして、定電圧充電電流が小さくなってきたら
浮動充電に切り替えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の防災用太陽光発
電システムは以上のように、蓄電池２の補充電および自
立運転モード運転後の回復充電を併設される専用の充電
器１２によって行っているので、専用の充電器１２を必
要とするだけコスト高となり、又、定常時の補充電を浮
動充電で行っているので浮動充電電流が常時流れてお
り、消費電力は小さいながらも連続的に流れているた
め、１日間の消費エネルギー量は充電器１２の効率を考
慮するとかなり大きくなり、折角太陽光発電で得られた
電力量が、浮動充電電力量および充電器１２の損失分に
かなり費やされるという問題点があった。
【０００８】又、蓄電池２は自立運転モード運転後の回
復電流を、次の災害に備えてなるべく早く充電しておく
必要があるので、充電器１２の定格容量は回復充電時間
に対応させて充分大きな値に選定しなければならない
が、定常時における浮動充電の電流は小さいために充電
器１２の負荷率も小さくなり、効率のかなり悪い状態で
運転されることになるので、充電器１２の損失エネルギ
ーが増大するという問題点があった。
【０００９】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、充電器を不要とすることにより
コストの低減およびシステム効率の向上を図ることが可
能な太陽光発電システムを提供することを目的とするも
のである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る太陽光発電システムは、太陽電池、蓄電池および自立
運転機能つき系統連系インバータで構成され、系統電源
が正常な場合は系統連系太陽光発電として運転されると
ともに、災害時には太陽電池および蓄電池を電源として
インバータを自立運転モードで運転して特定負荷に電力
を供給する太陽光発電システムにおいて、インバータに
双方向機能を持たせるとともに、蓄電池の補充電を系統
電源が正常な場合にインバータをコンバータモードで運
転して系統側の電力で行うようにしたものである。
【００１１】又、この発明の請求項２に係る太陽光発電
システムは、請求項１において、蓄電池の補充電を系統
連系太陽光発電運転が停止後に行うようにしたものであ
る。
【００１２】又、この発明の請求項３に係る太陽光発電
システムは、請求項２において、蓄電池の補充電を深夜
電力料金適用の時間帯で行うようにしたものである。
【００１３】又、この発明の請求項４に係る太陽光発電
システムは、請求項２または３において、蓄電池を鉛蓄
電池として補充電を２．５Ｖ／セルの低電圧充電で毎日
２０〜３０分間行うようにしたものである。
【００１４】又、この発明の請求項５に係る太陽光発電
システムは、太陽電池、蓄電池および自立運転機能つき
系統連系インバータで構成され、系統電源が正常な場合
は系統連系太陽光発電として運転されるとともに、災害
時には太陽電池および蓄電池を電源としてインバータを
自立運転モードで運転して特定負荷に電力を供給する太
陽光発電システムにおいて、インバータに双方向機能を
持たせるとともに、自立運転モードで運転終了後系統連
系運転に移行する前の蓄電池の回復充電を太陽電池およ
びインバータをコンバータモードで運転して得られる系
統側の電力の両方で行うようにしたものである。
【００１５】又、この発明の請求項６に係る太陽光発電
システムは、請求項５において、蓄電池の回復充電量を
自立運転モード運転中の放電量の１２０％程度で行うよ
うにしたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．以下、この発明の実施の形態を図に基づ
いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１における
太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。図
において、１３は太陽電池、１４は蓄電池、１５は双方
向機能を有するインバータ、１６は商用電力系統、１７
は重要な特定負荷、１８は自立運転モード運転時におけ
る蓄電池１４の過充電時には充電を停止し、また、過放
電時には放電を停止するように動作する充放電コントロ
ーラである。
【００１７】１９は自立運転モード運転時に蓄電池１４
をインバータ１５の直流側に接続する第１の開閉器、２
０は系統連系運転時にインバータ１５の交流側と商用電
力系統１６側とを接続する第２の開閉器、２１ａ、２１
ｂは定常時には商用電力系統１６側と特定負荷１７とを
接続し、自立運転モード運転時にはインバータ１５の交
流側と特定負荷１７とを接続する第３の開閉器、２２は
手動の配線用遮断器、２３は蓄電池１４に流れる蓄電池
電流を検出するためのセンサ、２４はこのセンサ２３で
検出される蓄電池電流に基づいて、蓄電池１４への充電
電流および放電電流の時間積分値を計測する充放電量計
測回路、２５はこの充放電量計測回路２４とインバータ
１５との間に接続され、インバータ１５をコンバータモ
ードで運転し蓄電池１４への充電を制御する制御回路
で、定電圧制御（電流制限機能付き）、放電電気量に対
する充電量の制御（放電時間の設定）等の機能を備えて
いる。
【００１８】次に、上記のように構成された実施の形態
１における太陽光発電システムの蓄電池１４の補充電お
よび回復充電の動作について説明する。まず、蓄電池１
４の補充電は以下のように行われる。日中は太陽電池１
３の発生電力を商用電力系統１６側に供給するために、
インバータ１５は系統連系運転され、日没で日射が無く
なるとシステムは自動的に停止される。そして、この系
統連系運転の起動／停止の制御は通常日射強度に依存し
て実行されているが、日射強度が微妙な状態では起動／
停止が繰り返される所謂ポンピングが発生するので、タ
イマと連動して制御されている。
【００１９】このため、蓄電池１４の補充電は系統連系
運転停止後充分な時間をおいて行うことが必要であり、
充分な時間をおいた後インバータ１５をコンバータモー
ドに切り替え、商用電力系統１６側の電力で行われる。
そして、この補充電は定電圧充電で行われ、その値は一
般的に適用されている鉛蓄電池の場合約２．５Ｖ／セル
程度が望ましく、この場合の電流は温度によって若干変
わるが、この時点では満充電に近い状態にあるので０．
０５Ｃから０．１Ｃ程度が適当である。なお、インバー
タ１５をコンバータモードで運転する場合、低負荷率で
は効率が悪くなるためあまり低負荷とならないように考
慮する必要がある。
【００２０】又、鉛蓄電池の１日当りの自己放電量は
０．１％程度であるが、補充電量は２〜３％が望まし
い。例えば１日２％の補充電量を２．５Ｖ／セルで行う
とすれば、充電時間は充電電流の平均値が０．０５Ｃと
すると下記式のようになる。 （０．０２／０．０５）×６０＝２４（分） すなわち、鉛蓄電池の場合の補充電は２．５Ｖ／セルの
定電圧充電で２０〜３０分とするのが適当である。尚、
上記では補充電を系統連系運転後充分に時間をおいて行
うことが望ましいと説明したが、深夜電力料適用の時間
帯に設定するようにすれば、安い電気料金で行うことが
できるので経済的に有利な補充電が可能になる。
【００２１】次に、自立運転モード運転後の蓄電池１４
の回復充電は以下のように行われる。上記のように毎日
の補充電が商用電力系統１６側の電力のみで行われるの
に対して、回復充電は太陽電池１３からと商用電力系統
１６側からの電力の双方で行われる。また、回復充電は
次の災害に早く対応させておくために、自立運転モード
運転終了後商用電力系統１６が回復して、日射がある場
合でも系統連系運転を開始する前に優先して行われる。
【００２２】まず、自立運転モード運転が行われている
間、蓄電池１４の充放電電気量の監視が行われる。すな
わち、蓄電池回路に設けられたセンサ２３により充電電
流および放電電流が検出され、充放電量計測回路２４に
逐次信号出力される。次いで、充放電量計測回路２４で
はセンサ２３から出力される充電電流および放電電流信
号の各積算値が計測され、これから全体の放電電気量が
算出されて充電制御回路２５に信号出力される。そし
て、充電制御回路２５ではこのようにして出力された放
電量信号に基づいて、回復充電の定電圧および充電量
（充電時間の設定）が制御され、商用電力系統１６側か
らの充電がコントロールされる。その後、回復充電が完
了しさらに日射があれば通常の系統連系モード運転が行
われる。
【００２３】なお、回復充電量は、蓄電池１４の充電レ
ベルが高くなると充電効率が低下するので、この点を考
慮して放電量の１２０％程度で行うのが良い。又、充放
電電気量の監視は自立運転モード運転および回復充電時
のみに適用され通常は１００％に設定されている。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、太陽電池、蓄電池および自立運転機能つき系統連
系インバータで構成され、系統電源が正常な場合は系統
連系太陽光発電として運転されるとともに、災害時には
太陽電池および蓄電池を電源としてインバータを自立運
転モードで運転して特定負荷に電力を供給する太陽光発
電システムにおいて、インバータに双方向機能を持たせ
るとともに、蓄電池の補充電を系統電源が正常な場合に
インバータをコンバータモードで運転して系統側の電力
で行うようにしたので、コストの低減およびシステム効
率の向上を図ることが可能な太陽光発電システムを提供
することができる。
【００２５】又、この発明の請求項２によれば、請求項
１において、蓄電池の補充電を系統連系太陽光発電運転
が停止後に行うようにしたので、コストの低減およびシ
ステム効率の向上を図ることが可能であることは勿論、
システムの簡素化が可能な太陽光発電システムを提供す
ることができる。
【００２６】又、この発明の請求項３によれば、請求項
２において、蓄電池の補充電を深夜電力料金適用の時間
帯で行うようにしたので、システムの簡素化が可能であ
ることは勿論、経済的に有利な補充電が可能な太陽光発
電システムを提供することができる。
【００２７】又、この発明の請求項４によれば、請求項
２または３において、蓄電池を鉛蓄電池として補充電を
２．５Ｖ／セルの低電圧充電で毎日２０〜３０分間行う
ようにしたので、システムの簡素化が可能であることは
勿論、充電電流を大きくすることができコンバータモー
ド運転時のシステム効率の向上を図ることが可能な太陽
光発電システムを提供することができる。
【００２８】又、この発明の請求項５によれば、太陽電
池、蓄電池および自立運転機能つき系統連系インバータ
で構成され、系統電源が正常な場合は系統連系太陽光発
電として運転されるとともに、災害時には太陽電池およ
び蓄電池を電源としてインバータを自立運転モードで運
転して特定負荷に電力を供給する太陽光発電システムに
おいて、インバータに双方向機能を持たせるとともに、
自立運転モードで運転終了後系統連系運転に移行する前
の蓄電池の回復充電を太陽電池およびインバータをコン
バータモードで運転して得られる系統側の電力の両方で
行うようにしたので、コストの低減、システム効率の向
上および次の災害に備えて早く蓄電池を満充電にしてお
くことが可能な太陽光発電システムを提供することがで
きる。
【００２９】又、この発明の請求項６によれば、請求項
５において、蓄電池の回復充電量を自立運転モード運転
中の放電量の１２０％程度で行うようにしたので、次の
災害に備えて早く且つ確実に蓄電池を満充電にしておく
ことが可能な太陽光発電システムを提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における太陽光発電
システムの構成を示すブロック図である。
【図２】 従来の太陽光発電システムの構成を示すブロ
ック図である。
【符号の説明】 １３ 太陽電池、１４ 蓄電池、１５ インバータ、１
６ 商用電力系統、１７ 特定負荷、１８ 放充電コン
トロール、２３ センサ、２４ 充放電量計測回路、２
５ 充電制御回路。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 太陽電池、蓄電池および自立運転機能つ
    き系統連系インバータで構成され、系統電源が正常な場
    合は系統連系太陽光発電として運転されるとともに、災
    害時には上記太陽電池および蓄電池を電源として上記イ
    ンバータを自立運転モードで運転して特定負荷に電力を
    供給する太陽光発電システムにおいて、上記インバータ
    に双方向機能を持たせるとともに、上記蓄電池の補充電
    を上記系統電源が正常な場合に上記インバータをコンバ
    ータモードで運転して系統側の電力で行うようにしたこ
    とを特徴とする太陽光発電システム。
  2. 【請求項２】 蓄電池の補充電は系統連系太陽光発電運
    転が停止後に行われることを特徴とする請求項１記載の
    太陽光発電システム。
  3. 【請求項３】 蓄電池の補充電は深夜電力料金適用の時
    間帯で行われることを特徴とする請求項２記載の太陽光
    発電システム。
  4. 【請求項４】 蓄電池は鉛蓄電池として補充電は２．５
    Ｖ／セルの低電圧充電で毎日２０〜３０分間行われるこ
    とを特徴とする請求項２または３記載の太陽光発電シス
    テム。
  5. 【請求項５】 太陽電池、蓄電池および自立運転機能つ
    き系統連系インバータで構成され、系統電源が正常な場
    合は系統連系太陽光発電として運転されるとともに、災
    害時には上記太陽電池および蓄電池を電源として上記イ
    ンバータを自立運転モードで運転して特定負荷に電力を
    供給する太陽光発電システムにおいて、上記インバータ
    に双方向機能を持たせるとともに、上記自立運転モード
    で運転終了後系統連系運転に移行する前の上記蓄電池の
    回復充電を上記太陽電池および上記インバータをコンバ
    ータモードで運転して得られる系統側の電力の両方で行
    うようにしたことを特徴とする太陽光発電システム。
  6. 【請求項６】 蓄電池の回復充電量は自立運転モード運
    転中の放電量の１２０％程度で行うようにしたことを特
    徴とする請求項５記載の太陽光発電システム。
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