JPWO2011065375A1 - 電力変換装置、発電システム、及び充放電制御方法 - Google Patents

Abstract

電力変換装置は、直流電源（例えば太陽電池モジュール１）の出力電圧をＤＣ／ＤＣ変換するＤＣ／ＤＣコンバータ５と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧をＤＣ／ＡＣ変換するＤＣ／ＡＣインバータ６とを備える。ＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電力を制御することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力端とＤＣ／ＡＣインバータ６の入力端との接続点に接続される蓄電デバイス（例えば蓄電池３）の充放電を制御する。

Description

本発明は、電力変換装置、発電システム、及び充放電制御方法に関する。

太陽電池が電力貯蔵機能を有していないため、太陽電池と蓄電池を併設した発電システムが従来から種々提案されている。

例えば、特許文献１では、蓄電池が充放電制御回路を介して太陽電池とインバータとの接続点に接続される交流端商用切り替え（系統連系していない）太陽電池電源システムが開示されている。

また、例えば、特許文献２では、蓄電池が充放電コントローラを介して太陽電池と自立運転機能つき系統連系インバータとの接続点に接続される太陽光発電システムが開示されている。特許文献２で開示されている太陽光発電システムにおいては、蓄電池の補充電が商用電力系統側の電力で行われている。

また、例えば、特許文献３では、太陽電池装置で発電した電力が電流制御部または充放電制御部を介して蓄電池部またはインバータ装置に与えられる構成において、制御回路により電流制御部または充放電制御部と蓄電池部とを制御して、太陽電池装置の発電電力を蓄電池部の充電だけに用いるのと、太陽電池装置の発電電力をインバータ装置へ与えるだけに用いるのと、太陽電池装置の発電電力および蓄電池部の電力の両方をインバータ装置に与えるのとの、３通りを切り替える太陽光発電システムが開示されている。さらに、特許文献３で開示されている太陽光発電システムにおいては、蓄電池の充電が太陽電池からの電力あるいは電力系統からの電力で行われている。

特開平７−３８１３０号公報（要約） 特開平１１−１２７５４６号公報（第１図、第２図、段落０００５、段落００１９） 特開２００３−７９０５４号公報（第１図、第３図、第４図、第５図、第１１図、段落００３１、段落００３２、段落００７０）

特許文献１で開示されている太陽電池電源システムは、昼間に太陽電池で発電した電力を一旦蓄電池に蓄え、夜間に蓄電池の貯蔵電力を負荷に供給するようなシステムへの応用を想定したものである。そして、そのようなシステムにおいて、蓄電池の放電深度が寿命に悪影響をおよぼす状態まで深くならないように、蓄電池の充放電を制御するものに過ぎない。

したがって、特許文献１には、定常的に負荷への電力供給可能なシステムにおいて、太陽電池等の直流電源の発電電力を、効率的に負荷への電力供給に利用するような制御については何ら示されていない。

なお、特許文献１の［従来の技術］の欄にＤＣ／ＤＣコンバータを用いることが記載されているが、例えばその図１に示された構成の充放電制御回路がＤＣ／ＤＣコンバータを有していれば、蓄電池の充放電時に充放電制御回路のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて電力損失が発生するという問題が生じ、電力の利用効率が低減してしまう。

また、特許文献２で開示されている太陽光発電システムは、地震等の災害時に商用電力系統が停電した場合に、電力供給源として使用されるようなシステムへの応用を想定したものである。そして、そのようなシステムにおいて、太陽電池からだけではなく商用電力系統からも蓄電池に充電可能な構成において、充電器を不要とする構成を提案するものである。

したがって、特許文献２には、定常的に負荷への電力供給可能なシステムにおいて、太陽電池等の直流電源の発電電力を、効率的に負荷への電力供給に利用するような制御については何ら示されていない。

さらに、特許文献２で開示されている太陽光発電システムでは、蓄電池の補充電が商用電力系統側の電力で行われているので、商用電力系統により充電された電力が買い取り対象とならないような電力会社の買取制度においては、蓄電池に充電された電力が太陽電池等の直流電源の発電によるものか、商用電力系統から供給されたものか区別できないため、問題になることがある。

また、特許文献３には、上記３通りの切り替えを行うのに、電流制御部または充放電制御部において、具体的にどのような動作により切り替えを行うのか示されていない。また、特許文献３で開示されている太陽光発電システムでは、太陽電池装置の発電電力を蓄電池部およびインバータ装置の両方へ同時に供給することができず、太陽電池装置の発電電力を効率的に負荷への電力供給に利用することができない場合がある。

さらに、特許文献３で開示されている太陽光発電システムでは、蓄電池の充電が商用電力系統からの電力で行われることがあるので、商用電力系統により充電された電力が買い取り対象とならないような電力会社の買取制度においては、蓄電池に充電された電力が太陽電池等の直流電源の発電によるものか、商用電力系統から供給されたものか区別できないため、問題になることがある。

本発明は、上記の状況に鑑み、直流電源の発電電力を効率的に利用できる電力変換装置、発電システム、及び充放電制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る電力変換装置は、直流電源の出力電圧をＤＣ／ＤＣ変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＤＣ／ＡＣ変換するＤＣ／ＡＣインバータとを備え、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力を制御することで、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記ＤＣ／ＡＣインバータの入力端との接続点に接続される蓄電デバイスの充放電を制御する構成としている。

また、前記蓄電デバイスに充電する場合には、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力よりも小さくなるように制御し、前記蓄電デバイスから放電する場合には、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力よりも大きくなるように制御するようにしてもよい。

また、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力端が負荷及び商用系統に接続されており、前記直流電源の発電電力、前記蓄電デバイスの貯蔵電力、前記商用系統の電力の優先順位で前記負荷へ電力供給を行うようにしてもよい。この場合、例えば、前記負荷が使用されている場合は、前記直流電源のみで前記負荷の消費電力を賄えれば前記直流電源の発電電力を前記負荷において使用し、前記直流電源の発電電力のみでは前記負荷の消費電力を賄えなければ前記蓄電デバイスの貯蔵電力を前記負荷において使用し、前記直流電源の発電電力と前記蓄電デバイスの貯蔵電力のみでは前記負荷の消費電力を賄えなければ前記商用系統の電力を前記負荷において使用するようにすることが考えられる。

また、前記蓄電デバイスの放電電力が許容範囲の下限を下回る場合、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力を小さくして、前記負荷が使用されている場合であっても前記直流電源の発電電力よりも前記商用系統の電力を優先的に前記負荷において使用するようにしてもよい。

また、上記目的を達成するために本発明に係る発電システムは、上記いずれかの構成の電力変換装置と、前記電力変換装置が有するＤＣ／ＤＣコンバータに接続される直流電源と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記電力変換装置が有するＤＣ／ＡＣインバータの入力端との接続点に接続される蓄電デバイスと、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力端に接続される負荷とを備え、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力端が商用系統に接続される構成としている。

また、上記目的を達成するために本発明に係る発電システムは、上記いずれかの構成の電力変換装置と、前記電力変換装置が有するＤＣ／ＤＣコンバータに接続される直流電源と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記電力変換装置が有するＤＣ／ＡＣインバータの入力端との接続点に接続される蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから出力される直流電力を入力する負荷とを備え、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力端が商用系統に接続される構成としている。

また、上記いずれかの構成の発電システムにおいて、例えば、前記直流電源を太陽電池とし、前記負荷を充電対象物に対して充電を行う充電スタンドとし、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが最大電力点追従制御で前記太陽電池の動作点を制御するようにしてもよい。

また、上記目的を達成するために本発明に係る充放電方法は、直流電源の出力電圧をＤＣ／ＤＣ変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＤＣ／ＡＣ変換するＤＣ／ＡＣインバータとを備える電力変換装置の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記ＤＣ／ＡＣインバータの入力端との接続点に接続される蓄電デバイスの充電放電制御方法であって、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力を制御することで、前記蓄電デバイスの充放電を制御するようにしている。

本発明によると、前記直流電源と前記ＤＣ／ＡＣインバータ及び前記蓄電デバイスとの間に前記ＤＣ／ＤＣコンバータが設けられているので、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって前記直流電源の出力電力を制御することが可能である。これにより、前記直流電源からの発電電力を、前記蓄電デバイスの充電に適切な状態にすることができる。そして、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力を制御することにより前記蓄電デバイスの充放電を制御するので、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって制御された前記直流電源からの発電電力を、前記ＤＣ／ＡＣインバータおよび前記蓄電デバイスに与える状態と、前記蓄電デバイスの貯蓄電力と共に前記ＤＣ／ＡＣインバータに与える状態と、前記蓄電デバイスに与えずに前記ＤＣ／ＡＣインバータに与える状態と、前記ＤＣ／ＡＣインバータに与えずに前記蓄電デバイスに与える状態との４つの状態に切り替えることができる。したがって、前記直流電源により発電された電力を効率的に利用することが可能となる。よって、定常的に負荷への電力供給可能な発電システムに適用した場合、前記直流電源により発電された電力を効率的に利用することが可能なシステムを実現できる。

また、本発明によると、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記ＤＣ／ＡＣインバータの入力端との接続点に前記蓄電デバイスが接続されるので、充放電時にＤＣ／ＤＣコンバータにおいて前記蓄電デバイスから充放電された電力についての電力損失が発生するという問題が生じない。したがって、高い電力変換効率を実現することができる。

また、本発明によると、前記直流電源の発電電力、前記蓄電デバイスの貯蔵電力、前記商用系統の電力の優先順位で前記負荷へ電力供給を行う構成においては、前記直流電源の発電電力を優先的に前記負荷への電力供給に用いるので、前記直流電源により発電された電力をより効率的に利用することが可能となる。

また、本発明によると、商用系統が接続された構成においては、前記商用系統からの電力を前記蓄電デバイスに蓄えることなく、太陽電池などの前記直流電源の発電電力を前記蓄電デバイスに蓄えるので、商用系統により充電された電力が買い取り対象とならないような電力会社の買取制度においても、前記蓄電デバイスに充電された電力が前記直流電源の発電によるものか、商用系統から供給されたものか区別できないために起因する問題が生じることはない。

本発明に係る太陽光発電システムの概略構成例を示す図である。 図１に示す本発明に係る太陽光発電システムの外観例を示す図である。 ＤＣ／ＡＣインバータの制御動作を示すフローチャートである。 充電スタンド使用時において太陽電池モジュールの発電電力が充電スタンドの消費電力よりも大きい場合の電力供給状態を示す図である。 充電スタンド使用時において太陽電池モジュールの発電電力が充電スタンドの消費電力よりも大きくなく、且つ蓄電池の放電電流が上限値に達していない場合の電力供給状態を示す図である。 充電スタンド使用時において太陽電池モジュールの発電電力が充電スタンドの消費電力よりも大きくなく、且つ蓄電池の放電電力が上限値に達している場合の電力供給状態を示す図である。 充電スタンド使用時において蓄電池が満充電である場合の電力供給状態を示す図である。 充電スタンド使用時において蓄電池が満放電である場合の電力供給状態を示す図である。 充電スタンド未使用時において蓄電池が満充電である場合の電力供給状態を示す図である。 充電スタンド未使用時において蓄電池が満充電でない場合の電力供給状態を示す図である。 本発明に係る太陽光発電システムの変形例を示す図である。 本発明に係る太陽光発電システムの他の変形例を示す図である。 本発明に係る太陽光発電システムの更に他の変形例を示す図である。 本発明に係る太陽光発電システムの更に他の変形例を示す図である。

本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。ここでは、本発明に係る発電システムとして太陽光発電システムを例に挙げて説明を行う。

本発明に係る太陽光発電システムの概略構成例を図１に示す。図１に示す本発明に係る太陽光発電システムは、太陽電池モジュール１と、電力変換装置２と、蓄電池３と、ハイブリッド車や電気自動車に対してプラグイン充電が可能な充電スタンド４と、電流の向き及び大きさの検出が可能な電流センサＣＴ１及びＣＴ２とを備えており、商用系統７と系統連系している。そして、電力変換装置２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、ＤＣ／ＡＣインバータ６と、電流の向き及び大きさの検出が可能な電流センサＣＴ３とを有している。なお、停電時などの商用系統７の異常時に、ＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電力を非常用として利用することを可能にするための非常用ＡＣコンセントを電力変換装置２に設けてもよい。図１に示す本発明に係る太陽光発電システムの外観は例えば図２に示すようになる。図２に示す例では、太陽電池モジュール１がカーポートの屋根８上に設けられている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、太陽電池モジュール１の出力電力を最大にすべく太陽電池モジュール１の動作点を制御するいわゆるＭＰＰＴ制御（最大電力点追従制御）を行っている。ただし、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧が４２０Ｖを越えないように動作する。なお、４２０Ｖは、後述の通り、蓄電池３の仕様の上限値である。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、蓄電池３の充電に適した電圧値に制限する機能を有する。

蓄電池３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力端とＤＣ／ＡＣインバータ６の入力端との接続点に接続されている。このように、蓄電池３が、充放電用ＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力端とＤＣ／ＡＣインバータ６の入力端との接続点に接続されているため、充放電時に充放電用ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて電力損失が発生するという問題が生じない。したがって、図１に示す本発明に係る太陽光発電システムは、高い電力変換効率を実現することができる。

蓄電池３の仕様は３３０Ｖ以上〜４２０Ｖ以下の動作範囲としている。ここで、蓄電池３の動作範囲を３３０Ｖ以上としている理由は、蓄電池３がＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力端とＤＣ／ＡＣインバータ６の入力端との接続点に接続されているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力端とＤＣ／ＡＣインバータ６の入力端との接続点電圧（以下、接続点電圧Ｖlinkと称する）は蓄電池３の電圧と同一になっており、その接続点電圧Vlinkが商用系統７の電圧ピーク値（例えば実効値２０２Ｖの場合、約２８６Ｖ）より高くなければＤＣ／ＡＣインバータ６が系統連系できなくなるためである。また、商用系統７の電圧より蓄電池３の電圧（３３０Ｖ以上）の方が高いため、商用系統７から蓄電池３へ充電されることはない。

ＤＣ／ＡＣインバータ６の出力端は、充電スタンド４及び商用系統７に接続されている。

ＤＣ／ＡＣインバータ６内の制御部（例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、マイクロコンピュータのいずれか又は双方など）は、蓄電池３の充電電流や放電電流を検出する電流センサＣＴ１から出力される検出信号を受け取り、その検出信号によって蓄電池３の充放電状態を監視している。

また、ＤＣ／ＡＣインバータ６内の制御部は、電流センサＣＴ２及びＣＴ３から出力される検出信号を受け取り、それらの検出信号の差分によって充電スタンド４が使用状態であるか否かを判断している。電流センサＣＴ２及びＣＴ３は、電流センサＣＴ２の検出信号と電流センサＣＴ３の検出信号との差分によって充電スタンド４が使用状態であるか否かが判断できる位置に設置される。すなわち、電流センサＣＴ２は、太陽電池モジュール１側から見て充電スタンド４の直後であって、充電スタンド４と電流センサＣＴ２との間に他の負荷が入り込まないような位置に設置され、電流センサＣＴ３は、太陽電池モジュール１側から見て充電スタンド４の直前であって、電流センサＣＴ３と充電スタンド４との間に他の負荷が入り込まないような位置に設置される。

ＤＣ／ＡＣインバータ６は、出力電力を制御することによって、蓄電池３の充放電制御や充電スタンド４への電力供給制御を行っている。ここで、蓄電池３に充電する場合には、ＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電力がＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電力よりも小さくなるように制御し、蓄電池３から放電する場合には、ＤＣ／ＡＣインバータ５の出力電力がＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電力よりも大きくなるように制御する。より詳細には、図１に示す本発明に係る太陽光発電システムは商用系統７と系統連系しており、商用系統７の電圧が一定であるため、ＤＣ／ＡＣインバータ６は、出力電流の振幅値を調整して出力電力を制御している。このＤＣ／ＡＣインバータ６の制御動作について図３に示すフローチャートを参照して説明する。

ＤＣ／ＡＣインバータ６は、動作を開始するとまず始めに、充電スタンド４が使用状態であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。より具体的には、上述した通り、ＤＣ／ＡＣインバータ６の制御部が、電流センサＣＴ２及びＣＴ３から出力される検出信号を受け取り、それらの検出信号の差分によって充電スタンド４が使用状態であるか否かを判断している（電流センサＣＴ２から出力される検出信号と電流センサＣＴ３から出力される検出信号との差分が零である場合に充電スタンド４が未使用状態であると判断する。）。

充電スタンド４が使用状態である場合（ステップＳ１０のＹＥＳ）、ＤＣ／ＡＣインバータ６は、太陽電池モジュール１の発電電力、蓄電池３の貯蔵電力、商用系統７の電力の順の優先順位で充電スタンド４に電力を供給するように、出力電流の振幅値を調整する（ステップＳ２０）。

太陽電池モジュール１の発電電力が充電スタンド４の消費電力よりも大きい場合、ＤＣ／ＡＣインバータ６は、ＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電力と充電スタンド４の消費電力とが一致するように、出力電流の振幅値を調整する。これにより、図４に示すように太陽電池モジュール１の余剰電力は蓄電池３に蓄えられ、接続点電圧Ｖlinkが徐々に上昇する。

図４において、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力とＤＣ／ＡＣインバータ６の入力と蓄電池３は抵抗などの素子を介さず接続されているため実質的には同電位ではあるが、ＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電流の制御により、蓄電池を充電することが可能なことを、極めて短時間においては上記３点の電位に差が発生するという見方を用いて説明する。なお、実際には上記３点と接続点の間に抵抗やコイルなどの素子が介されていてもよいし、フィルタ回路などを接続してもよい。

太陽電池モジュール１の発電電力が充電スタンド４の消費電力よりも大きい場合、ＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電流の振幅を小さくする制御を行えば、太陽電池モジュール１で発生した電力によりＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧は、ＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電流の振幅制御前の電圧よりも上昇する。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電圧が蓄電池３の電圧よりも高くなるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電力は蓄電池３に充電される。これにより蓄電池３の電圧は上昇しＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力の電圧と等しくなる。同様に、ＤＣ／ＤＣインバータ５の電圧上昇に伴いＤＣ／ＡＣインバータ６の入力の電圧も上昇し、ＤＣ／ＤＣコンバータの５の出力の電圧と等しくなる。

太陽電池モジュール１の発電電力が充電スタンド４の消費電力よりも大きくない場合、ＤＣ／ＡＣインバータ６は、ＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電力と充電スタンド４の消費電力とが一致するように、出力電流の振幅値を調整する。これにより、図５に示すように太陽電池モジュール１の発電電力と蓄電池３の放電電力がＤＣ／ＡＣインバータ６によって交流電力に変換されて充電スタンド４に供給され、接続点電圧Ｖlinkが徐々に下降する。ただし、蓄電池の放電電力が上限値に達してもＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電力が充電スタンド４の消費電力よりも小さい場合は、それ以上ＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電流の振幅値を大きくしないようにし、電力制限を図る。この場合、充電スタンド４の消費電力をＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電力だけでは賄いきれないので、その不足分の電力は図６に示すように商用系統７から充電スタンド４に供給されることになる。

図５において、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力とＤＣ／ＡＣインバータ６の入力と蓄電池３は抵抗などの素子を介さず接続されているため実質的には同電位ではあるが、ＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電流の制御により、蓄電池を充電することが可能なことを、極めて短時間においては上記３点の電位に差が発生するという見方を用いて説明する。なお、実際には上記３点と接続点の間に抵抗やコイルなどの素子が介されていてもよいし、フィルタ回路などを接続してもよい。

太陽電池モジュール１の発電電力が充電スタンド４の消費電力よりも小さい場合、ＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電流の振幅を大きくする制御を行えば、太陽電池モジュール１で発生した電力が不足し、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧は、ＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電流の振幅制御前の電圧よりも低下する。また、ＤＣ／ＡＣインバータ６の入力の電圧も、ＤＣ／ＡＣインバータ６が負荷４に与えるために電力を用いるため、ＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電流の振幅制御前よりも低下する。このため、蓄電池３の電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ５の電圧およびＤＣ／ＡＣインバータ６の入力の電圧よりも高くなり、蓄電池３は放電され、負荷での消費電力に対して直流電源１の電力では不足した電力をＤＣ／ＡＣインバータに供給する。これにより蓄電池３の電圧は低下しＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧およびＤＣ／ＡＣインバータ６の入力電圧と等しくなる。

ステップＳ２０での調整が終了すると、ＤＣ／ＡＣインバータ６は、接続点電圧Ｖlinkが（４２０−α）Ｖ（αは任意の値であるが、零〜数Ｖが望ましい）以下であるか否かを判定する。

接続点電圧Ｖlinkが（４２０−α）Ｖより大きければ（ステップＳ３０のＮＯ）、蓄電池３が満充電になっているので、ＤＣ／ＡＣインバータ６は、商用系統７に逆潮流するために出力電流の振幅値をステップＳ２０での調整値よりも大きくして過充電保護を図り、その後ステップＳ１０に戻る。その結果、電力供給状態は図７に示すようになる。一方、接続点電圧Ｖlinkが（４２０−α）Ｖ以下であれば（ステップＳ３０のＹＥＳ）、ＤＣ／ＡＣインバータ６は、接続点電圧Ｖlinkが（３３０＋β）Ｖ（βは任意の値であるが、零〜数Ｖが望ましい）以下であるか否かを判定する。

接続点電圧Ｖlinkが（３３０＋β）Ｖより小さければ（ステップＳ４０のＮＯ）、蓄電池３が満放電になっているので、ＤＣ／ＡＣインバータ６は、太陽電池モジュール１の発電電力を優先して蓄電池３に供給するために出力電流の振幅値をステップＳ２０での調整値よりも小さくして過放電保護を図り、その後ステップＳ１０に戻る。この出力電流の振幅値の再調整によりＤＣ／ＡＣインバータ６からの出力電力は減少するが、その減少分は商用系統７によって補われ充電スタンド４に供給される。その結果、電力供給状態は図８に示すようになる。一方、接続点電圧Ｖlinkが（３３０＋β）Ｖ以上であれば（ステップＳ４０のＹＥＳ）、直ちにステップＳ１０に戻る。

また、上述したステップＳ１０における判断の結果、充電スタンド４が未使用状態である場合（ステップＳ１０のＮＯ）、ＤＣ／ＡＣインバータ６は、接続点電圧Ｖlinkが（４２０−α）Ｖ以下であるか否かを判定する（ステップＳ７０）。

接続点電圧Ｖlinkが（４２０−α）Ｖより大きければ（ステップＳ７０のＮＯ）、太陽電池モジュール１の発電電力を全て商用系統７に供給するように出力電流の振幅値を調整し、その後ステップＳ１０に戻る。その結果、電力供給状態は図９に示すようになる。一方、接続点電圧Ｖlinkが（４２０−α）Ｖ以下であれば（ステップＳ７０のＹＥＳ）、ＤＣ／ＡＣインバータ６は、太陽電池モジュール１の発電電力を全て蓄電池３に供給するように出力電流の振幅値を調整、あるいは出力停止して商用系統７から解列させ、その後ステップＳ１０に戻る。その結果、電力供給状態は図１０に示すようになる。

上記の動作に加え、蓄電池３の充放電電流の過電流保護を行うようにすることが望ましい。例えば、ＤＣ／ＡＣインバータ６は、蓄電池３の充電電流が過電流になる場合、出力電流の振幅値を大きくして蓄電池３の充電電流が小さくなるようにし、蓄電池３の放電電流が過電流になる場合、出力電流の振幅値を小さくして蓄電池３の放電電流が小さくなるようにするとよい。

上記の動作から明らかなように、図１に示す太陽光発電システムでは、充電スタンド４が使用されていない場合は蓄電池３に太陽電池モジュール１の発電電力を蓄え、蓄電池３が満充電になると、商用系統７へ逆潮流し、充電スタンド４が使用されている場合は太陽電池モジュール１の発電電力を優先的に使用し、太陽電池モジュール１の発電電力のみでは充電スタンド４の消費電力を賄えなければ蓄電池３の貯蔵電力を使用し、太陽電池モジュール１の発電電力と蓄電池３の貯蔵電力のみでは充電スタンド４の消費電力を賄えなければ商用系統７の電力を使用している。図１に示す太陽光発電システムは、長期間にわたる天候の悪化などによりシステム自体で発電した電力のみでは充電スタンド４の消費電力を賄えない場合に限り商用系統７から電力を受け取り、システム自体で発電した電力を蓄電池３で蓄えきれない場合に限り商用系統７に逆潮流する。

なお、ここで、充電スタンド４等の負荷が使用されて負荷への電力供給を一定値よりも下げたくない場合には、太陽電池モジュール１の発電電力のみで負荷の消費電力を賄えても、例えば、太陽電池モジュール１の発電電力がある閾値を下回ると、蓄電池３の貯蔵電力を使用するようにしてもよい。同様に、太陽電池モジュール１の発電電力と蓄電池３の貯蔵電力のみで負荷の消費電力を賄えても、例えば、太陽電池モジュール１の発電電力と蓄電池３の貯蔵電力とがある閾値を下回ると、商用系統７の電力を使用するようにしてよい。

また、上記の動作から明らかなように、図１に示す太陽光発電システムでは、商用系統７からの電力を蓄電池３に蓄えることなく、太陽電池モジュール１の発電電力を蓄電池３に蓄えることで、商用系統により充電された電力が買い取り対象とならないような電力会社の買取制度においても、蓄電池３に充電された電力が太陽電池モジュール１の発電によるものか、商用系統７から供給されたものか区別できないために起因する問題が生じることはない。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実行することができる。変更のいくつかの例を以下に示す。

図１１に示すように、太陽電池モジュール１を複数設け、電力変換装置のＤＣ／ＤＣコンバータ５も太陽電池モジュール１の個数分だけ設けるようにしてもよい。この場合、各ＤＣ／ＤＣコンバータ５が互いに独立してＭＰＰＴ制御を行うことが望ましい。

図１に示す本発明に係る太陽光発電システムでは、蓄電池３が満放電になると、充電スタンド４への電力供給は太陽電池モジュール１及び商用系統７から或いは商用系統７のみから行われ、太陽電池モジュールからの出力電力があれば、その出力電力が蓄電池３に充電される。例えば、図１に示す本発明に係る太陽光発電システムを３つそれぞれ独立して設けた場合、３つの太陽電池モジュール１と３つの蓄電池３とが独立したシステム毎に１対１対応となり、満放電の蓄電池３に対して１つの太陽電池モジュール１からしか電力が供給されない。

そこで、例えば、図１２に示すように、太陽電池モジュール１の３つ分に相当する太陽電池モジュール１’を３つの電力変換装置２に接続する構成にし、１つの満放電の蓄電池３に対して太陽電池モジュール１’（＝３つの太陽電池モジュール１）から電力が供給されるようにしてもよい。これにより、太陽電池モジュールが蓄電池を充電する能力が向上する。

また、図１に示す本発明に係る太陽光発電システムは、充電スタンド４がＤＣ／ＡＣインバータ６の出力端に接続され、充電スタンド４がＡＣ電力を入力する構成であり、充電スタンド４を急速充電スタンドにする場合には、商用系統７から高圧電力を受電し当該高圧電力を低圧電力に変電する高圧変電設備を、商用系統７と電流センサＣＴ２との間に設ける必要があった。

これに対して、例えば、図１３に示すように、充電スタンド４’が蓄電池３に接続され、充電スタンド４’がＤＣ電力を入力する構成にすることで、充電スタンド４’の充電能力が蓄電池３の容量によって決まることになり、高圧変電設備を設けることなく、急速充電スタンドを実現することが可能となる。

図１３に示す本発明に係る太陽光発電システムでは、電力変換装置２が、太陽電池モジュール１の発電電力を蓄電池３に優先的に充電し、余剰電力を商用系統７に逆潮流するように、ＤＣ／ＡＣインバータ６の出力電力を制御する。なお、蓄電池３の充電状態の把握方法は、図１に示す本発明に係る太陽光発電システムの場合と同様である。

また、図１に示す本発明に係る太陽光発電システムから図１２に示す本発明に係る太陽光発電システムへの変形と同様の変形を図１３に示す本発明に係る太陽光発電システムに対して行い、図１４に示すような構成にしてもよい。図１４に示す本発明に係る太陽光発電システムは、図１３に示す本発明に係る太陽光発電システムと同様に、高圧変電設備を設けることなく、急速充電スタンドを実現することが可能となり、また、図１２に示す本発明に係る太陽光発電システムと同様に、太陽電池モジュールが蓄電池を充電する能力が向上する。なお、図１４に示す本発明に係る太陽光発電システムでは、例えば、開閉器９は、対応している蓄電池３が満放電でない状態から満放電状態になると、自動的に開成状態から閉成状態に切り替わり、対応している蓄電池３が満充電でない状態から満充電状態になると、自動的に閉成状態から開成状態に切り替わるようにするとよい。

蓄電池３は、ユーザによる取り替えが想定されていない据置型であっても、ユーザによる取り替えが想定されている着脱型であっても構わない。

また、蓄電池３をＤＣ／ＤＣコンバータ５およびＤＣ／ＡＣインバータ６に接続する際に保護回路やヒューズなどを介して接続してもよい。

また、蓄電池３に鉛蓄電池を用いた場合等には、均等充電を行うようにしてもよい。均等充電では、蓄電池の電圧が仕様の上限値に到達した後も一定時間蓄電池の電圧がその上限値を維持するように充電を継続する。これにより、多数のセルで構成されている蓄電池の充電状態を均一にして、寿命劣化を防止することができる。

また、商用系統７への逆潮流を禁止する機能を有するようにしてもよい。商用系統７への逆潮流の禁止は、例えば、電力変換装置２のＤＣ／ＡＣインバータ６が時計機能を有し、特定の時間帯に商用系統７への逆潮流を禁止する形態や、電力変換装置２のＤＣ／ＡＣインバータ６が電力線通信機能を有し、商用系統７への逆潮流を禁止する通知を電力会社から電力線通信で受け取ったときに商用系統７への逆潮流を禁止する形態が考えられる。電流センサＣＴ３の検出信号により商用系統７への逆潮流の有無を確認することができるので、例えば、電力変換装置２のＤＣ／ＡＣインバータ６は、商用系統７への逆潮流を禁止する際には、電流センサＣＴ３の検出信号により商用系統７への逆潮流が確認されると、出力電流の振幅値を小さくするようにすればよい。

本発明に係る発電システムでは、太陽電池以外の直流電源（例えば風力発電装置や地熱発電装置など）を用いても構わない。また、本発明に係る発電システムでは、電力変換装置のＤＣ／ＤＣコンバータがＭＰＰＴ制御以外の制御で直流電源の出力電力を制御してもよい。また、本発明に係る発電システムでは、充電スタンド以外の負荷（例えば家電など）を用いても構わない。また、本発明に係る発電システムでは、蓄電池以外の蓄電デバイス（例えば電気二重層キャパシタなど）を用いても構わない。

本発明を実施することで、直流電源（例えば太陽電池）の発電電力を効率的に利用できる。

１、１’ 太陽電池モジュール
２ 電力変換装置
３ 蓄電池
４、４’ 充電スタンド
５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
６ ＤＣ／ＡＣインバータ
７ 商用系統
８ カーポートの屋根
９ 開閉器
ＣＴ１〜ＣＴ３ 電流センサ

Claims (8)

1. 直流電源の出力電圧をＤＣ／ＤＣ変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＤＣ／ＡＣ変換するＤＣ／ＡＣインバータとを備え、
   前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力を制御することで、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記ＤＣ／ＡＣインバータの入力端との接続点に接続される蓄電デバイスの充放電を制御することを特徴とする電力変換装置。
2. 前記蓄電デバイスに充電する場合には、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力よりも小さくなるように制御し、
   前記蓄電デバイスから放電する場合には、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力よりも大きくなるように制御する請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力端が負荷及び商用系統に接続されており、
   前記直流電源の発電電力、前記蓄電デバイスの貯蔵電力、前記商用系統の電力の順で優先的に前記負荷へ電力供給を行う請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記蓄電デバイスの放電電力が許容範囲の下限を下回る場合、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力を小さくして、前記負荷が使用されている場合であっても前記直流電源の発電電力よりも前記商用系統の電力を優先的に前記負荷において使用する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
   前記電力変換装置が有するＤＣ／ＤＣコンバータに接続される直流電源と、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記電力変換装置が有するＤＣ／ＡＣインバータの入力端との接続点に接続される蓄電デバイスと、
   前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力端に接続される負荷とを備え、
   前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力端が商用系統に接続されることを特徴とする発電システム。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
   前記電力変換装置が有するＤＣ／ＤＣコンバータに接続される直流電源と、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記電力変換装置が有するＤＣ／ＡＣインバータの入力端との接続点に接続される蓄電デバイスと、
   前記蓄電デバイスから出力される直流電力を入力する負荷とを備え、
   前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力端が商用系統に接続されることを特徴とする発電システム。
7. 前記直流電源が太陽電池であり、
   前記負荷が充電対象物に対して充電を行う充電スタンドであり、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータが最大電力点追従制御で前記太陽電池の動作点を制御する請求項５または請求項６に記載の発電システム。
8. 直流電源の出力電圧をＤＣ／ＤＣ変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＤＣ／ＡＣ変換するＤＣ／ＡＣインバータとを備える電力変換装置の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記ＤＣ／ＡＣインバータの入力端との接続点に接続される蓄電デバイスの充電放電制御方法であって、
   前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力を制御することで、前記蓄電デバイスの充放電を制御することを特徴とする蓄電デバイスの充電放電制御方法。

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