JPWO2013018826A1 - 太陽光発電システム - Google Patents
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Abstract
Description
〔並列接続の問題点〕
パネルを複数並列に接続して、二次電池のような電圧源に接続する場合、各パネルの最大電力点の電圧が揃っていれば発生する電流は全て出力される。しかし、図2(A)に示すように、パネル間に温度差があると、出力電圧はパネル間で最大20%程度変化することになる。パネルの電力を集めるためには、パネルの全ての電流を受ける必要があるが、並列接続されるパネル間において温度差による電圧差が発生すると、二次電池のような電圧源の電圧は、並列接続されるパネルの中の最低のパネル電圧で運転するしかなくなる。その場合、それより電圧の高いパネルの電力は全電力を出すことなく、一部捨てられることになるという問題がある。
〔直列接続の問題点〕
また、複数のパネルを直列に接続して、二次電池のような電圧源に接続する場合、各パネルの最大電力点の電流が揃っていると、同じ日射量下においては、光量の差に起因する電流差による問題はなく、発生する電流は全て出力される。しかし、図2(B)に示すように、光量の差により出力電流が大幅に(最大10倍程度)変化するので、一部のパネルだけが日陰に入ったような場合は、パネル間に最大電力点の電流に差が生ずることになる。パネルの電流に差がある場合、二次電池のような電圧源は、電流が低いパネルのバイパスダイオードが動作することのないように、低い方の電流に合わせる場合だけ、パネルの全ての電圧を受けることができるので、必然的に電流が最低のパネルの電流で運転されることになる。その場合、それよりも電流出力能力の大きなパネルの電力は全電力を出すことなく、一部捨てられることになるという問題がある。
(1)全電力を変換し、昇圧する方式である。
(2)電圧は増やせても電流は増やせない。各パネルを直列に接続する場合は、上述の通り、出力電流が小さいパネルの方に合わせざるを得ないので、直列接続のアレイには向かない。しかし、並列接続には問題ない。
他には、上記フライバック昇圧回路の代わりに、バック・ダウンコンバータを用いた方式(図示せず)もある。パネルアレイの全電力についてダウンコンバータで出力電圧を下げるものであるが、これは電流をパネルの発生電流よりも増やすことが出来るので、直列接続のアレイにも適用可能である。
図9のメガソーラー太陽光発電システムでの実施例では、点線は電力補充用電源から、電力補充手段への電力線と、図示していないが、中央制御用コンピュータから補充電力指令Viを各電力補充手段に伝える伝送線の役割も持つ。併せて中央制御用コンピュータは全太陽電池パネルの総和電力Wtotalを計測し、個々の発生電圧Viとの関係から最大電力点を求める機能をもつ。
2 電圧検出手段
3 電力検出手段
4 電力補充手段
41 電力補充用直流電源
42 補充電力調整手段
43 電力計測手段
5 MPPT制御手段
6 二次電池、連系電源等の負荷
Claims (13)
- 複数の太陽電池パネルを並列に接続して構成されるストリングと、前記太陽電池パネルで発生した直流電力を、前記ストリングに接続された電力変換器により変換して負荷に供給する太陽光発電システムにおいて、
前記各太陽電池パネルに発生した電圧値を検出する電圧検出手段と、前記各太陽電池パネルに発生した電力量を検出する電力検出手段とが前記太陽電池パネル毎に設けられていると共に、
前記太陽電池パネルに直列に接続された電力補充手段と、
前記電力補充手段によって補充される電圧の値を制御する最大電力点追従制御手段とを更に備え、
前記電力補充手段は、電力補充用直流電源と、補充する電圧を調整する補充電力調整手段と、補充した電力の量を計測する電力計測手段とを備え、
前記最大電力点追従制御手段は、前記各太陽電池パネルを前記各太陽電池パネルの最大電力点における電圧になるように制御し、かつ、前記最大電力点における電力量(W1)と前記電力計測手段で計測される補充電力量(W2)との差である正味の出力電力(W1−W2)が最大になるように、前記補充電力調整手段を制御することを特徴とする太陽光発電システム。 - 複数の太陽電池パネルを直列に接続して構成されるストリングと、前記太陽電池パネルで発生した直流電力を、前記ストリングに接続された電力変換器により変換して負荷に供給する太陽光発電システムにおいて、
前記各太陽電池パネルに発生した電圧値を検出する電圧検出手段と、前記各太陽電池パネルに発生した電力量を検出する電力検出手段とが前記太陽電池パネル毎に設けられていると共に、
前記太陽電池パネルに並列に接続された電力補充手段と、
前記電力補充手段によって補充される電流の値を制御する最大電力点追従制御手段とを更に備え、
前記電力補充手段は、電力補充用直流電源と、補充する電流を調整する補充電力調整手段と、補充した電力の量を計測する電力計測手段とを備え、
前記最大電力点追従制御手段は、前記各太陽電池パネルを前記各太陽電池パネルの最大電力点における電圧になるように制御し、かつ、前記最大電力点における電力量(W1)と前記電力計測手段で計測される補充電力量(W2)との差である正味の出力電力(W1−W2)が最大になるように、前記補充電力調整手段を制御することを特徴とする太陽光発電システム。 - 前記最大電力点追従制御手段は、前記最大電力点における電力量(W1)と前記電力計測手段で計測される補充電力量(W2)との差である正味の出力電力(W1−W2)が最大になるように、フィードバック制御によって前記補充電力調整手段を制御することにより、前記各太陽電池パネルの電圧を制御する請求項1又は2に記載の太陽光発電システム。
- 前記電力補充用直流電源は、前記各電力補充手段に共通して1つ設けられている請求項1乃至3のいずれかに記載の太陽光発電システム。
- 前記補充電力調整手段が、DC/DCアップ又はダウンコンバータ回路を含む請求項1乃至4のいずれかに記載の太陽光発電システム。
- 前記DC/DCアップ又はダウンコンバータ回路が絶縁トランスを含む請求項5に記載の太陽光発電システム。
- 前記電力補充用直流電源の代わりに、前記太陽電池パネルで発電した電流の一部を用い、直列接続される前記補充電力調整手段を、低電圧を発生させるDC/DCダウンコンバータ回路による、前記発電した電流の一部を使って自分自身を持ち上げるブートストラップ回路となし、前記太陽電池パネルの電圧を常に最大電力点の電圧になるようにフィードバック制御で維持する請求項1に記載の太陽光発電システム。
- 前記最大電力点追従制御手段は、前記補充電力調整手段を制御して、前記太陽電池パネルの電圧を連続変化させ、前記太陽電池パネルからの前記出力電力(W1)と前記電力計測手段で計測される補充電力量(W2)との差である正味の出力電力(W1−W2)が最大になる電圧を最大電力点の電圧(Vmax)として検出、決定、記憶する機能を有する請求項1又は2に記載の太陽光発電システム。
- 前記最大電力点追従制御手段は、前記各太陽電池パネルについて、時分割シーケンスで前記補充電力量(W2)を走査して、その時に前記太陽電池パネルに発生する電力量(W1)と前記補充電力量(W2)との差である正味の出力電力(W1−W2)が最大となるところの前記太陽電池パネルの電圧(Vmax)を記憶し、該太陽電池パネルの次回の走査時までに前記電圧(Vmax)を維持するように制御する請求項1又は2に記載の太陽光発電システム。
- 前記電力検出手段及び前記電圧検出手段を前記太陽電池パネルに内蔵した請求項1乃至9のいずれかに記載の太陽光発電システム。
- 請求項1に記載の前記ストリングを直列に複数接続した太陽電池アレイを有することを特徴とする太陽光発電システム。
- 請求項2に記載の前記ストリングを並列に複数接続した太陽電池アレイを有することを特徴とする太陽光発電システム。
- 請求項1乃至10のいずれかに記載の前記ストリング、又は前記ストリングを直列若しくは並列に接続して構成される太陽電池アレイと、
前記ストリング又は太陽電池アレイから出力される直流電力を変換して負荷に電力を供給するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムであって、
前記パワーコンディショナは最大電力点追従機能を備え、
前記最大電力点追従制御手段は、前記ストリング内又は前記太陽電池アレイ内の1枚若しくは複数枚の太陽電池パネルに前記電力補充操作を行わず、前記電力補充操作を行わないことによって生ずる電力低下を、前記パワーコンディショナの最大電力点追従機能によって補完することを特徴とする太陽光発電システム。
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