WO2011024374A1 - 太陽光発電用パワーコンディショナ - Google Patents

太陽光発電用パワーコンディショナ Download PDF

Info

Publication number
WO2011024374A1
WO2011024374A1 PCT/JP2010/004567 JP2010004567W WO2011024374A1 WO 2011024374 A1 WO2011024374 A1 WO 2011024374A1 JP 2010004567 W JP2010004567 W JP 2010004567W WO 2011024374 A1 WO2011024374 A1 WO 2011024374A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power
voltage
supply system
power supply
solar cell
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/004567
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
土谷多一郎
岩田明彦
川上知之
奥田達也
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to US13/386,710 priority Critical patent/US8614903B2/en
Priority to JP2011528624A priority patent/JP5226873B2/ja
Priority to CN201080037607.7A priority patent/CN102484372B/zh
Publication of WO2011024374A1 publication Critical patent/WO2011024374A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02016—Circuit arrangements of general character for the devices
    • H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02021—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention relates to an improvement of a power conditioner for photovoltaic power generation.
  • a photovoltaic power conditioner that links a solar cell and an AC power supply system has a function of converting DC power generated by the solar battery into AC power and a function of connecting to an AC power supply system.
  • the AC power sent to the AC power supply system is consumed by a load connected to the AC power supply system.
  • a grid-connected inverter as a power conditioner for photovoltaic power generation converts DC power input from a DC power supply (solar cell) into AC power via a converter circuit and an inverter circuit where the input and output are not insulated. And output to a grounded AC power supply system (see, for example, Patent Document 1).
  • the solar cell and the AC power supply system are non-insulated.
  • the neutral point of the AC power supply system is grounded.
  • the solar cell needs to be insulated from the ground (earth), and as a result, a floating capacitance Cs is generated between the solar cell and the ground.
  • the neutral point voltage on the AC power supply system side is substantially the same voltage as the DC neutral point voltage of the inverter circuit.
  • the voltage of the DC capacitor connected to the DC side of the inverter circuit is 2E volts
  • the voltage of the floating capacitance Cs (the voltage of the negative electrode N as viewed from the ground) is -E volts. That is, the negative electrode N of the solar cell is negatively biased.
  • an insulating transformer is provided in the power conversion unit that converts the DC power of the solar cell into AC power, and the solar cell and the AC power supply system are connected via the insulating transformer, There is a voltage converter that shifts so that the ground voltage is greater than 0 V for both the positive electrode and the negative electrode of the solar cell (see, for example, Patent Document 2).
  • JP 2001-275259 A (paragraph number 0027 and FIG. 1) JP 2008-047819 A (paragraph numbers 0040 and 0041, FIGS. 3 and 4)
  • an output transformer (insulation transformer) is connected to the previous stage of the AC power supply system as described above. Since the solar battery and the AC power supply system are insulated by the output transformer, the negative electrode N can be grounded. However, power loss occurs in this output transformer. Specifically, copper loss occurs in the winding conductor, and iron loss occurs in the iron core.
  • the basic function of the power conditioner for photovoltaic power generation is to convert the DC power generated by the solar battery into AC power without waste, but the above-mentioned loss becomes a factor that hinders this function. That is, in order to prevent acceleration of deterioration of the solar cell, the negative electrode N must be grounded, and in order to link with the grounded AC power supply system, it is necessary to provide an output transformer before the AC power supply system. Power loss increases. In addition, ventilation power is required to discharge heat generated by the loss to the outside. Furthermore, since the output transformer is generally large in size and weight, there are problems in price and mounting.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a power conditioner for photovoltaic power generation that can prevent acceleration of deterioration of a solar cell and reduce power loss.
  • the photovoltaic power conditioner according to the present invention is a photovoltaic power conditioner for connecting a solar cell to a grounded AC power supply system without an insulating means, comprising a power converter and a bias applying device. And
  • the power conversion device converts the DC power of a predetermined voltage generated by the solar cell into AC power
  • the bias applying device is inserted in series between the power conversion device and the AC power supply system, and applies a bias voltage to the solar cell so that the negative electrode side of the solar cell does not become a negative potential.
  • the present invention is a photovoltaic power conditioner for connecting a solar cell to a grounded AC power supply system without an insulating means, and includes a power converter and a bias applying device,
  • the power conversion device converts the DC power of a predetermined voltage generated by the solar cell into AC power, Since the bias application device is inserted in series between the power conversion device and the AC power supply system, and applies a bias voltage to the solar cell so that the negative electrode side of the solar cell does not become a negative potential, It is possible to prevent acceleration of deterioration of the solar cell and reduce power loss.
  • FIG. 3 is a circuit diagram in which only one phase is extracted in order to explain the charge / discharge operation of the output DC voltage circuit of FIG. 2.
  • FIG. 3 is a circuit diagram in which only one phase is extracted in order to explain the charge / discharge operation of the output DC voltage circuit of FIG. 2.
  • FIG. 3 is a circuit diagram in which only one phase is extracted in order to explain the charge / discharge operation of the output DC voltage circuit of FIG. 2.
  • FIG. 3 is a circuit diagram in which only one phase is extracted in order to explain the charge / discharge operation of the output DC voltage circuit of FIG. 2.
  • FIG. 3 is a circuit diagram in which only one phase is extracted in order to explain the charge / discharge operation of the output DC voltage circuit of FIG. 2.
  • FIG. 3 is a circuit diagram in which only one phase is extracted in order to explain the charge / discharge operation of the output DC voltage circuit of FIG. 2. It is a block diagram which shows the structure of the power conditioner for solar power generation which is Embodiment 3 of this invention. It is a block diagram which shows the structure of the power conditioner for solar power generation which is Embodiment 4 of this invention. It is a block diagram which shows the structure of the power conditioner for solar power generation which is Embodiment 5 of this invention. It is a block diagram which shows the structure of the power conditioner for solar power generation which is Embodiment 6 of this invention. It is a block diagram which shows the structure of the power conditioner for solar power generation which is Embodiment 7 of this invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of a power conditioner for photovoltaic power generation that is Embodiment 1 for carrying out the present invention.
  • the DC power generated by the thin-film solar cell 1 is converted (boosted) into DC power having a DC voltage of 2 E volts, which is a predetermined voltage, by a boost chopper circuit 10.
  • the boosted DC power is converted into three-phase AC power by an inverter circuit 20 as a power converter, and is connected to an AC power supply system 5 via a sine wave filter 30 and an output DC voltage circuit 4 as a bias applying device. Is done.
  • the solar cell 1 is not grounded, and its negative electrode N is grounded by an equivalent capacitor 3 having a floating capacitance Cs between the solar cell 1 and the ground.
  • the AC power supply system 5 is a three-phase star-connected AC power supply system in which three-phase power sources are star-connected, and the neutral point thereof is grounded.
  • the step-up chopper circuit 10 includes an input capacitor 11, a step-up reactor 12, an IGBT element 13, and a diode element 15, and is connected between the positive electrode P and the negative electrode N of the solar cell 1.
  • the inverter circuit 20 is a three-phase two-level inverter circuit including IGBT elements 21 to 26 as switching elements connected to a three-phase full-wave bridge circuit and a DC capacitor 28.
  • the sine wave filter 30 includes a filter reactor 31 and a filter capacitor 32, the filter reactor 31 is connected in series between the inverter circuit 20 and the output DC voltage circuit 4, and the filter reactor 31 is connected to the output DC voltage circuit 4 side.
  • a filter capacitor 32 in which each capacitor unit is delta-connected is connected.
  • the output DC voltage circuit 4 has three batteries 4 a, and each phase between the filter reactor 31 of the sine wave filter 30 connected to the AC output side of the inverter circuit 20 and the AC power supply system 5. It is inserted so that the positive electrode side becomes the filter reactor 31 side every time.
  • the difference from the conventional photovoltaic power conditioner is that the output DC voltage circuit 4 is inserted in series between the inverter circuit 20 and the AC power supply system 5.
  • the voltages of the batteries 4a of the respective phases are all set to the same value so that the influence due to the connection of the output DC voltage circuit 4 does not appear in the line voltage.
  • the step-up chopper circuit 10, the inverter circuit 20, and the sine wave filter 30 are the same as those of the conventional one, a detailed description of the circuit operation is omitted here.
  • the voltage of the DC capacitor 28 as the predetermined voltage of the DC power is 2E volts.
  • the voltage of the output DC voltage circuit 4 that is, the battery 4 a is 0 volts, the effect of connection does not appear, and the neutral point voltage on the AC power supply system 5 side is almost equal to the DC neutral point voltage of the inverter circuit 20.
  • the voltage of the equivalent capacitor 3 of the floating capacitance Cs between the solar cell 1 and the ground is ⁇ E volts.
  • E volts which is a half value of the predetermined voltage 2E volts
  • the phase voltage of each phase is biased by E volts and decreases by E volts.
  • the line voltage has no effect.
  • the neutral point voltage on the side of the AC power supply system 5 is also reduced by E volts and thus becomes 0 volts.
  • the voltage of the equivalent capacitor 3 is also 0 volts.
  • the voltage of the battery 4a is set to E volts
  • the voltage of the equivalent capacitor 3 is also 0 volts, but the voltage of the battery 4a is set to E + a volts with some margin.
  • the phase voltage of each phase decreases by E + a volts
  • the neutral point voltage on the AC power supply system side also decreases by E + a volts to ⁇ a volts.
  • the voltage of the floating capacitance Cs becomes + a volts.
  • the voltage of the floating capacitance Cs between the solar cell 1 and the ground can be arbitrarily set by changing the voltage of the battery 4a.
  • E is 180 volts (direct current) and a is about 10 volts.
  • the battery 4a gives a bias voltage of 1/2 or more of the voltage 2E volts as a predetermined voltage, that is, E volts or more. Accordingly, the negative electrode N of the solar cell 1 is not negatively biased, that is, the negative electrode N of the solar cell 1 is not negatively charged, and can be 0 volt or positively biased. And acceleration of deterioration of a thin film type solar cell can be suppressed. Further, since it is not necessary to provide an output transformer in front of the AC power supply system in order to insulate the solar battery from the AC power supply system, the power loss of the output transformer can be eliminated, and the overall power loss can be reduced.
  • FIG. 2 and 3 show the second embodiment
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of the power conditioner for photovoltaic power generation
  • FIGS. 3 to 6 are one-phase diagrams for explaining the charge / discharge operation. It is the circuit diagram which extracted only the part (X phase part).
  • X phase part the circuit diagram which extracted only the part.
  • the case where the batteries 4a are connected in series has been described.
  • a capacitor can be used instead of the battery 4a.
  • This capacitor requires a charge / discharge circuit that controls its DC voltage. 2
  • the output DC voltage circuit 6 replaces each battery 4a in FIG.
  • the output capacitors 61x to 61z are arranged between the filter reactor 31 of the sine wave filter 30 connected to the AC output side of the inverter circuit 20 and the AC power supply system 5 so that the positive electrode side becomes the filter reactor 31 side for each phase. Is inserted.
  • Each of the charging circuits 63x to 63z has an IGBT element TN, a diode DN, and a current limiting resistor RN, and is connected between the negative terminal of each of the output capacitors 61x to 61z and the negative terminal of the DC capacitor 28, respectively.
  • the discharge circuits 64x to 64z each have an IGBT element TP and a current limiting resistor RP, and are connected between the positive terminal of the DC capacitor 28 and the negative terminals of the output capacitors 61x to 61z, respectively. Since other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1, the same reference numerals are given to the corresponding components and the description thereof is omitted.
  • 3 to 6 are circuit diagrams in which only one phase (X phase) is extracted in order to explain the charge / discharge operation. The operation will be described by paying attention to the X phase.
  • the IGBT elements 21 and the IGBT elements 22 that are components of the inverter circuit are turned on and off alternately according to, for example, pulse width modulation.
  • the IGBT element TN of the charging circuit 63x and the IGBT element TP of the discharging circuit 64x are turned on and off according to the charging command and the discharging command, respectively.
  • the IGBT element TN of the charging circuit 63x is turned on as shown in FIG. While the IGBT element 21 of the inverter circuit 20 is on, the output capacitor 61x is charged by the DC capacitor 28. The charging current is suppressed by the current limiting resistor RN of the charging circuit 63x.
  • [Operation mode 2] which is a period in which the IGBT element 22 of the inverter circuit 20 is ON, flows because current is flowing as shown in FIG. 4 but is blocked by the diode DN of the charging circuit 63x.
  • the output capacitor 61x is neither charged nor discharged.
  • the diode DN of the charging circuit 63x has a function of preventing the output capacitor 61x from discharging while the IGBT element 22 is on.
  • a discharge current path of the output capacitor 61x is formed in any period in which either the IGBT element 21 or the IGBT element 22 of the inverter circuit 20 is turned on.
  • the discharge current is suppressed by the current limiting resistor RP of the discharge circuit 64x.
  • the voltage command value of the output capacitor 61 x is set to E volts, and the IGBT element TN of the charging circuit 63 x and the IGBT element TP of the discharging circuit 64 x are controlled on and off. Then, the voltage of the equivalent capacitor 3 of the floating capacitance Cs between the solar cell 1 and the ground becomes 0 volts.
  • the voltage command value is set to E + a volts, the voltage of the equivalent capacitor 3 is a volts. That is, the voltage of the equivalent capacitor 3 between the solar cell 1 and the ground can be arbitrarily set by changing the voltage command value of the output capacitor 61x.
  • the negative electrode N of the solar cell 1 can be positively biased to 0 volt without being biased to a negative potential. That is, by applying a bias voltage of 1/2 or more of the voltage 2E volts as the predetermined voltage, that is, a voltage of EV or more, acceleration of deterioration of the thin film solar cell can be suppressed.
  • the voltage of the DC capacitor 28 may be changed during operation of the photovoltaic power conditioner depending on the system operation. At this time, the voltages of the output capacitors 61x to 61z are changed according to the voltage of the DC capacitor 28.
  • the output capacitors 61x to 61z are charged by the charging circuits 63x to 63z, and when the voltage of the DC capacitor 28 is decreased, the output capacitors 61x to 61z are discharged by the discharge circuits 64x to 64z. As a result, the voltages of the output capacitors 61x to 61z are changed.
  • FIG. 7 is a configuration diagram illustrating a configuration of a photovoltaic power conditioner according to the third embodiment.
  • the output capacitors 71x to 71z have an impedance of 5% of the impedance of the AC power supply system 5, and each phase is interposed between the filter reactor 31 of the sine wave filter 30 and the AC power supply system 5.
  • the positive electrode side is inserted so as to be on the filter reactor 31 side. Since other configurations are the same as those of the second embodiment shown in FIG. 2, the same reference numerals are given to the corresponding components and the description thereof is omitted. Since an output current flows through the output capacitors 71x to 71z, the terminal voltages of the output capacitors 71x to 71z vary.
  • the terminal voltage fluctuation of the output capacitors 71x to 71z is desirably zero volts. Therefore, in an actual photovoltaic power conditioner, it is desirable to reduce the impedance of the output capacitors 71x to 71z as much as possible, and the specific impedance of the output capacitors 71x to 71z is suitably 5% or less. Therefore, in this embodiment, an electrolytic capacitor having a large capacitance is applied, and its impedance is set to 5% of the impedance of the AC power supply system 5.
  • FIG. 8 is a configuration diagram illustrating a configuration of a photovoltaic power conditioner according to the fourth embodiment.
  • diodes 81x to 81z are connected in parallel to the output capacitors 71x to 71z in parallel, that is, the cathodes of the diodes 81x to 81z are connected to the positive side of the output capacitors 71x to 71z. Yes. Since other configurations are the same as those of the third embodiment shown in FIG. 7, the corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • Electrolytic capacitors are used as the output capacitors 71x to 71z.
  • diodes 81x to 81z are connected in antiparallel with output capacitors 71x to 71z, which are electrolytic capacitors, respectively.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing a configuration of a photovoltaic power conditioner according to the fifth embodiment.
  • the actual power conditioner for photovoltaic power generation includes an interconnection switch 101 between the inverter circuit 20 and the AC power supply system 5. Since other configurations are the same as those of the second embodiment shown in FIG. 2, the same reference numerals are given to the corresponding components and the description thereof is omitted.
  • the interconnection switch 101 is closed when the inverter circuit 20 is ready to be connected to the AC power supply system 5.
  • the output capacitors 61x to 61z are initially charged, and when the voltage of the output capacitors 61x to 61z reaches a predetermined value or more, the interconnection switch 101 is closed, and the solar cell 1 and the AC power supply system 5 are connected to the inverter circuit 20. Interconnected via
  • the output capacitors 61x to 61z may be transiently reverse charged. There is. Accordingly, it is desirable to close the interconnection switch 101 after the initial charging of the output capacitors 61x to 61z to a predetermined voltage and to start an alternating current from the inverter circuit 20.
  • the IGBT elements 21 to 23 and the charging circuits 9x to 9z are turned on as follows.
  • U-phase output capacitor 61x IGBT element 21 and charging circuit 63x
  • V-phase output capacitor 61y IGBT element 23 and charging circuit 63y W-phase output capacitor 61z: IGBT element 25 and charging circuit 63z
  • the initial charging voltage assuming that the voltage of the solar cell 1, that is, the DC capacitor 28 is 2E volts, the target voltage of the output capacitors 61x to 61z at the initial charging is set to, for example, half E volts, and the DC power output from the solar cell
  • the connection switch 101 is closed when the voltage becomes 1 ⁇ 2 or more of the voltage. This prevents the output capacitors 61x to 61z from being reversely charged transiently.
  • FIG. 10 is a configuration diagram illustrating a configuration of a power conditioner for photovoltaic power generation according to the sixth embodiment.
  • the sine wave filter 130 has a filter capacitor 132, the filter capacitor 132 is star-connected, and the common connection point side is connected to the negative terminal of the DC capacitor 28 (the negative electrode N of the solar cell 1).
  • the charging circuits 9x to 9z are connected between the positive terminal of the DC capacitor 28 (the positive electrode P of the solar cell 1) and the positive terminals of the output capacitors 61x to 61z.
  • Each of the charging circuits 9x to 9z includes an IGBT element T and a current limiting resistor R connected in series. Since other configurations are the same as those of the fifth embodiment shown in FIG. 9, the corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the filter is passed through the path of DC capacitor 28 ⁇ IGBT element 21 ⁇ filter reactor 31 ⁇ filter capacitor 132 ⁇ DC capacitor 28.
  • the capacitor 132 is also charged.
  • the charge current peak may reach the overcurrent level of the inverter circuit 20 and the current and voltage oscillations continue, which is not preferable as a circuit operation.
  • the sine wave filter 130 is thus star-connected to the filter capacitor 132, the above problem can be avoided by separately connecting the charging circuits 9x to 9z for initial charging.
  • the charging circuit 9x and the charging circuit 63x are turned on.
  • the charging current of the U-phase output capacitor 61x is limited to a safe value by the current limiting resistor R of the charging circuit 9x and the current limiting resistor RN of the charging circuit 63x.
  • the filter capacitor 132 is charged by turning on the charging circuit 9x, but the charging current of the charging filter capacitor 132 is also limited to a safe value by the current limiting resistor R of the charging circuit 9x.
  • FIG. 11 is a configuration diagram showing a configuration of a photovoltaic power conditioner according to the seventh embodiment.
  • each of the three phases is star-connected and the neutral point is grounded.
  • one of the phases for example, the V phase may be grounded in the delta connection. In this case, the same problem as described above occurs. In this embodiment, the present invention is applied to such a case.
  • the DC power generated by the solar cell 1 is boosted to a predetermined DC voltage E volts by the boost chopper circuit 210.
  • the boosted DC power is converted into three-phase AC power by the inverter circuit 220 and connected to the AC power supply system 50 via the sine wave filter 230 and the output DC voltage circuit 4.
  • the solar cell 1 is not grounded, and its negative electrode N is grounded by an equivalent capacitor 3 having a floating capacitance Cs between the solar cell 1 and the ground.
  • the AC power supply system 50 is a three-phase delta-connected AC power supply system in which three-phase power sources are delta-connected, and the V-phase is grounded.
  • the step-up chopper circuit 210 includes an input capacitor 11, a step-up reactor 12, an IGBT element 13, and a diode element 15.
  • the inverter circuit 220 is a single-phase two-level inverter circuit having IGBT elements 221 to 224 as switching elements connected to a single-phase full-wave bridge circuit and a DC capacitor 228, and two DC capacitors 228 are connected in series. , And connected between the cathode side of the diode element 15 and the negative electrode N of the solar cell 1.
  • the sine wave filter 230 includes a filter reactor 231 and a filter capacitor 232. A filter reactor 231 is connected in series between the inverter circuit 220 and the output DC voltage circuit 4.
  • the filter capacitor 232 is connected between the output DC voltage circuit 4 side of the filter reactor 231 and the negative electrode N of the solar cell 1.
  • the output DC voltage circuit 4 includes three batteries 4 a, and each battery 4 a is connected between each filter reactor 231 of the sine wave filter 230 and the AC power supply system 50, and two DC capacitors 228 of the inverter circuit 220. It is inserted between the connection point and the AC power supply system 50.
  • step-up chopper circuit and the inverter circuit shown in each of the above embodiments may have other configurations.

Abstract

薄膜型の太陽電池１の電力を昇圧チョッパ回路（１０）によって所定の直流電圧２Ｅへ昇圧し、インバータ回路（２０）にて三相交流電力に変換し、出力直流電圧回路（４）を介して交流電源系統（５）に供給する。太陽電池（１）は、非接地系で負極Ｎは大地との間に浮遊静電容量Ｃｓを有する。交流電源系統（５）は三相スター結線で中性点が接地されている。出力直流電圧回路（４）は３個のバッテリ（４ａ）を有し、各バッテリ（４ａ）がインバータ回路（２０）の交流出力側に接続された正弦波フィルタ（３０）と交流電源系統（５）との間に各相毎に挿入され、例えば交流電源系統（５）の電圧を２２０Ｖとした場合、直流電圧Ｅを１８０Ｖ、バッテリ（４ａ）の電圧を１９０Ｖ程度にすると、大地に対する太陽電池の負極の電位がプラス１０Ｖ程度となり、負電位にならないので、太陽電池の劣化の加速を防止できる。

Description

太陽光発電用パワーコンディショナ
　本発明は、太陽光発電用パワーコンディショナの改良に関する。
　太陽電池と交流電源系統とを連系する太陽光発電用パワーコンディショナは、太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換する機能、及び交流電源系統へ連系する機能を有する。交流電源系統へ送出された交流電力は、交流電源系統に接続される負荷で消費される。例えば、太陽光発電用パワーコンディショナとしての系統連系インバータは、直流電源（太陽電池）から入力される直流電力を、入出力間が絶縁されていないコンバータ回路及びインバータ回路を経て交流電力に変換し、接地された交流電源系統に出力する（例えば、特許文献１参照）。
　この構成では、太陽電池と交流電源系統は非絶縁で繋がっている。また、交流電源系統の中性点は接地されている。このため、太陽電池は大地（アース）と絶縁する必要があり、結果として太陽電池と大地間には浮遊静電容量Ｃｓが生じる。交流電源系統側の中性点電圧は、インバータ回路の直流中性点電圧とほぼ同電圧となる。ここで、インバータ回路の直流側が接続される直流コンデンサの電圧を２Ｅボルトとすると、浮遊静電容量Ｃｓの電圧（大地から見た負極Ｎの電圧）は－Ｅボルトとなる。つまり、太陽電池の負極Ｎは負バイアスされる。
　ところで、太陽電池は結晶型と薄膜型に分類される。太陽電池の負極Ｎが負バイアスされた状態で使用された場合、薄膜型においては太陽電池の劣化が加速するという報告がなされている（例えば、非特許文献１参照）。このため、薄膜型太陽電池を使用する場合は、負極Ｎを接地するのが一般的である。しかし、負極Ｎの接地方式は非絶縁システムには適用できない。
　また、太陽電池の劣化を抑えるために、太陽電池の直流電力を交流電力に変換する電力変換部に絶縁トランスを設け、当該絶縁トランスを介して太陽電池と交流電源系統とを連系するとともに、電圧変換部を設けて太陽電池の正極及び負極のいずれについても対地電圧が０Ｖよりも大きくなるようにシフトするものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１－２７５２５９号公報（段落番号００２７及び図１） 特開２００８－０４７８１９号公報（段落番号００４０，００４１、図３及び図４）
Neelkanth他著　"High－Voltage　Bias　Testing　of　Thin－Film　PV　Modules"，Poster　1923－1926，3rd　World　Conference　on　Photovoltaic　Energy　Conversion，May　11－18，2003，Osaka，Japan　Poster　1926　左欄第１７行～第３１行
　薄膜型太陽電池を非絶縁システムに使用した場合、太陽電池自身の劣化が懸念される。このため、薄膜型太陽電池を使用する場合、太陽光発電用パワーコンディショナを絶縁システムにしていた。具体的な絶縁方法としては、上述のように交流電源系統の前段に出力トランス（絶縁トランス）を接続する。出力トランスによって、太陽電池と交流電源系統とは絶縁されるため、負極Ｎを接地することが可能となる。しかし、この出力トランスでは電力損失が発生する。具体的には、巻線導体では銅損が発生し、鉄心では鉄損が発生する。太陽光発電用パワーコンディショナの基本機能は、太陽電池で発電された直流電力を無駄なく交流電力へ変換することであるが、前述の損失はこの機能を阻害する要因となる。すなわち、太陽電池の劣化の加速を防止しようとすると負極Ｎを接地しなければならず、接地された交流電源系統と連系するためには交流電源系統の前段に出力トランスを設ける必要があり、電力損失が増加する。また、損失によって生じる熱を外部へ排出するための換気電力も必要となる。さらに、出力トランスは一般に寸法も重量も大きいため、価格や実装上の課題も生じる。
　この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、太陽電池の劣化の加速を防止できるとともに電力損失を低減できる太陽光発電用パワーコンディショナを得ることを目的とする。
　この発明に係る太陽光発電用パワーコンディショナにおいては、太陽電池を接地された交流電源系統に絶縁手段を介することなく接続する太陽光発電用パワーコンディショナであって、電力変換装置とバイアス印加装置とを有し、
電力変換装置は、太陽電池が発電する所定電圧の直流電力を交流電力に変換するものであり、
バイアス印加装置は、電力変換装置と交流電源系統との間に直列に挿入され太陽電池の負極側がマイナス電位にならないように太陽電池にバイアス電圧を与えるものである。
　この発明は、太陽電池を接地された交流電源系統に絶縁手段を介することなく接続する太陽光発電用パワーコンディショナであって、電力変換装置とバイアス印加装置とを有し、
電力変換装置は、太陽電池が発電する所定電圧の直流電力を交流電力に変換するものであり、
バイアス印加装置は、電力変換装置と交流電源系統との間に直列に挿入され太陽電池の負極側がマイナス電位にならないように太陽電池にバイアス電圧を与えるものであるので、
太陽電池の劣化の加速を防止できるとともに電力損失を低減できる。
この発明の実施の形態１である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態２である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。 図２の出力直流電圧回路の充放電動作を説明するために、１相分だけを抜き出した回路図である。 図２の出力直流電圧回路の充放電動作を説明するために、１相分だけを抜き出した回路図である。 図２の出力直流電圧回路の充放電動作を説明するために、１相分だけを抜き出した回路図である。 図２の出力直流電圧回路の充放電動作を説明するために、１相分だけを抜き出した回路図である。 この発明の実施の形態３である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態４である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態５である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態６である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態７である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。
実施の形態１．
　図１は、この発明を実施するための実施の形態１である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。図１において、薄膜型の太陽電池１で発電された直流電力は、昇圧チョッパ回路１０によって所定電圧である直流電圧２Ｅボルトの直流電力に変換（昇圧）される。昇圧された直流電力は、電力変換装置としてのインバータ回路２０にて三相交流電力に変換され、正弦波フィルタ３０、及びバイアス印加装置としての出力直流電圧回路４を介して交流電源系統５に接続される。太陽電池１は、接地されておらず、その負極Ｎは、大地との間に浮遊静電容量Ｃｓの等価コンデンサ３にて接地された形になっている。交流電源系統５は三相の各相の電源がスター結線された三相スター結線交流電源系統であり、その中性点が接地されている。
　なお、昇圧チョッパ回路１０は、入力コンデンサ１１、昇圧リアクトル１２、ＩＧＢＴ素子１３、ダイオード素子１５を有し、太陽電池１の正極Ｐと負極Ｎとの間に接続されている。インバータ回路２０は、三相全波ブリッジ回路に結線されたスイッチング素子としてのＩＧＢＴ素子２１～２６及び直流コンデンサ２８を有する三相２レベルインバータ回路である。正弦波フィルタ３０は、フィルタリアクトル３１とフィルタコンデンサ３２を有し、フィルタリアクトル３１がインバータ回路２０と出力直流電圧回路４との間に直列に接続され、フィルタリアクトル３１の出力直流電圧回路４側に各コンデンサユニットがデルタ結線されたフィルタコンデンサ３２が接続されている。出力直流電圧回路４は、３個のバッテリ４ａを有し、各バッテリ４ａがインバータ回路２０の交流出力側に接続された正弦波フィルタ３０のフィルタリアクトル３１と交流電源系統５との間に各相毎に正極側がフィルタリアクトル３１側になるようにして挿入されている。
　従来の太陽光発電用パワーコンディショナと異なるのは、インバータ回路２０と交流電源系統５との間に出力直流電圧回路４を直列に挿入していることである。ここで、各相のバッテリ４ａの電圧は全て同じ値とし、出力直流電圧回路４の接続による影響が線間電圧に現れないようにする。
　次に、動作について説明する。昇圧チョッパ回路１０、インバータ回路２０、正弦波フィルタ３０は従来のものと同様であるので、ここでは詳細な回路動作の説明は省略する。ここで、直流電力の所定電圧としての直流コンデンサ２８の電圧を２Ｅボルトとする。出力直流電圧回路４すなわちバッテリ４ａの電圧が０ボルトであるとした場合は、接続による効果は現れず、交流電源系統５側の中性点電圧は、インバータ回路２０の直流中性点電圧とほぼ同電圧、すなわちＥボルトとなる。この結果、太陽電池１と大地間の浮遊静電容量Ｃｓの等価コンデンサ３の電圧（大地から見た負極Ｎの電圧）は－Ｅボルトとなる。例えば、バッテリ４ａの電圧を上記所定電圧２Ｅボルトの１／２の値であるＥボルトに設定した場合、各相の相電圧はＥボルトバイアスされ、それぞれＥボルト減少する。ただし、前述したように線間電圧では影響が現れない。交流電源系統５側の中性点電圧もＥボルト減少するので０ボルトとなり、この結果として等価コンデンサ３の電圧も０ボルトとなる。
　上述のようにバッテリ４ａの電圧をＥボルトに設定すれば等価コンデンサ３の電圧も０ボルトとなるが、若干の余裕を見てバッテリ４ａの電圧をＥ＋ａボルトに設定する。バッテリ４ａの電圧をＥ＋ａボルトに設定した場合、各相の相電圧はそれぞれＥ＋ａボルト減少し、交流電源系統側の中性点電圧もＥ＋ａボルト減少して－ａボルトとなる。この結果、浮遊静電容量Ｃｓの電圧は＋ａボルトとなる。このように、バッテリ４ａの電圧の電圧を変えることによって、太陽電池１と大地間の浮遊静電容量Ｃｓの電圧を任意に設定することができる。なお、この実施の形態においては例えば交流電源系統５の電圧を２２０ボルトとした場合、Ｅを１８０ボルト（直流）、ａを１０ボルト程度にする。
　以上のように、太陽電池１として薄膜型を使用し、かつ非絶縁システムへ適用した場合においても、バッテリ４ａにより所定電圧としての電圧２Ｅボルトの１／２以上すなわちＥボルト以上のバイアス電圧を与えることにより、太陽電池１の負極Ｎを負バイアスすることなくすなわち太陽電池１の負極Ｎがマイナス電位になることはなく、０ボルトあるいは正バイアスすることができる。そして、薄膜型太陽電池の劣化の加速を抑制することができる。また、太陽電池と交流電源系統とを絶縁するために交流電源系統の前段に出力トランスを設ける必要もないので、出力トランスの電力損失をなくすことができ、全体の電力損失を低減できる。
実施の形態２．
　図２、図３は、実施の形態２を示すものであり、図２は太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図、図３～図６は充放電動作を説明するために１相分（Ｘ相分）だけを抜き出した回路図である。実施の形態１では、バッテリ４ａを直列に接続した場合について示したが、バッテリ４ａの代わりにコンデンサを用いることができる。このコンデンサには、その直流電圧を制御する充放電回路が必要である。図２において、出力直流電圧回路６は、図１における各バッテリ４ａを出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚに置換し、かつ各相の出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚの充電回路６３ｘ～６３ｚ及び放電回路６４ｘ～６４ｚを設けている。出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚは、インバータ回路２０の交流出力側に接続された正弦波フィルタ３０のフィルタリアクトル３１と交流電源系統５との間に、各相毎に正極側がフィルタリアクトル３１側になるようにして挿入されている。
　各充電回路６３ｘ～６３ｚは、ＩＧＢＴ素子ＴＮ、ダイオードＤＮ、限流抵抗ＲＮをそれぞれ有し、各出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚの負端子と直流コンデンサ２８の負端子との間にそれぞれ接続される。また、放電回路６４ｘ～６４ｚは、ＩＧＢＴ素子ＴＰ及び限流抵抗ＲＰをそれぞれ有し、直流コンデンサ２８の正端子と出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚの負端子との間にそれぞれ接続される。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
　次に、出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚの充放電動作を説明する。
　図３～図６は、充放電動作を説明するために、１相（Ｘ相）分だけを抜き出した回路図である。動作はＸ相に注目して説明する。インバータ回路の構成要素であるＩＧＢＴ素子２１とＩＧＢＴ素子２２は、例えばパルス幅変調に従って交互にオンオフする。一方、充電回路６３ｘのＩＧＢＴ素子ＴＮと、放電回路６４ｘのＩＧＢＴ素子ＴＰは、それぞれ充電指令と放電指令に従ってオンオフする。出力コンデンサ６１ｘを充電する［動作モード１］場合は、図３に示すように、充電回路６３ｘのＩＧＢＴ素子ＴＮをオンする。インバータ回路２０のＩＧＢＴ素子２１がオンしている期間は、直流コンデンサ２８によって出力コンデンサ６１ｘが充電される。充電電流は、充電回路６３ｘの限流抵抗ＲＮによって抑制される。
　一方、インバータ回路２０のＩＧＢＴ素子２２がオンしている期間である［動作モード２］は、図４に示すよう電流が流れようとするが充電回路６３ｘのダイオードＤＮにて阻止されるので流れることができず、出力コンデンサ６１ｘは充電も放電もされない。充電回路６３ｘのダイオードＤＮは、ＩＧＢＴ素子２２がオンしている期間の出力コンデンサ６１ｘの放電を阻止する機能を有する。出力コンデンサ６１ｘを放電する［動作モード３，動作モード４］場合は、図５、図６に示すように、放電回路６４ｘのＩＧＢＴ素子ＴＰをオンする。放電回路６４ｘのＩＧＢＴ素子ＴＰがオンしていると、インバータ回路２０のＩＧＢＴ素子２１とＩＧＢＴ素子２２のいずれがオンしている期間においても出力コンデンサ６１ｘの放電電流経路が形成される。放電電流は、放電回路６４ｘの限流抵抗ＲＰによって抑制される。
　直流コンデンサ２８の電圧が２Ｅボルトの場合は、出力コンデンサ６１ｘの電圧指令値をＥボルトとして、充電回路６３ｘのＩＧＢＴ素子ＴＮと放電回路６４ｘのＩＧＢＴ素子ＴＰをオンオフ制御する。すると、太陽電池１と大地間の浮遊静電容量Ｃｓの等価コンデンサ３の電圧は０ボルトとなる。また、上記の電圧指令値をＥ＋ａボルトに設定すると、等価コンデンサ３の電圧はａボルトとなる。つまり、出力コンデンサ６１ｘの電圧指令値を変えることによって、太陽電池１と大地間の等価コンデンサ３の電圧を任意に設定することができる。従って、太陽電池１として薄膜型を使用し、かつ非絶縁システムへ適用した場合においても、太陽電池１の負極Ｎがマイナス電位にバイアスされることなく、０ボルトあるいは正バイアスすることができる。すなわち、所定電圧としての電圧２Ｅボルトの１／２以上すなわち電圧Ｅボルト以上のバイアス電圧を与えることにより、薄膜型の太陽電池の劣化の加速を抑制することができる。
　なお、システム運用の都合によって、太陽光発電用パワーコンディショナの運転中に、直流コンデンサ２８の電圧を変化させる場合がある。このとき、出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚの電圧を直流コンデンサ２８の電圧に従って変化させる。直流コンデンサ２８の電圧を上昇させた場合は充電回路６３ｘ～６３ｚによって出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚを充電し、直流コンデンサ２８の電圧を減少させた場合は放電回路６４ｘ～６４ｚによって出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚを放電することによって、出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚの電圧を変化させる。
実施の形態３．
　図７は、実施の形態３である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。図７において、出力コンデンサ７１ｘ～７１ｚは、そのインピーダンスが交流電源系統５のインピーダンスの５％にされており、正弦波フィルタ３０のフィルタリアクトル３１と交流電源系統５との間に、各相毎に正極側がフィルタリアクトル３１側になるようにして挿入されている。その他の構成については、図２に示した実施の形態２と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。出力コンデンサ７１ｘ～７１ｚには出力電流が流れるため、出力コンデンサ７１ｘ～７１ｚの端子電圧は変動する。また、三相交流の場合、その電圧変動には位相差が存在する。理想的には、出力コンデンサ７１ｘ～７１ｚの端子電圧変動は零ボルトであることが望ましい。従って、実際の太陽光発電用パワーコンディショナでは、出力コンデンサ７１ｘ～７１ｚのインピーダンスを可能な限り小さくすることが望ましく、出力コンデンサ７１ｘ～７１ｚの具体的なインピーダンスとしては５％以下が適当である。従って、この実施の形態においては、静電容量の大きな電解コンデンサを適用し、かつ、そのインピーダンスを交流電源系統５のインピーダンスの５％にしている。
　三相の交流電源系統電圧を２２０Ｖ、定格電流を５０Ａとすると、５％インピーダンスは以下となる。
　　　２２０Ｖ／√３／５０Ａ×５％＝１２７ｍΩ
　交流電源系統周波数を６０Ｈｚとすると、出力コンデンサ７１ｘ～７１ｚの静電容量は以下となる。
　　　１／（１２７ｍΩ×２×π×６０Ｈｚ）＝２１ｍＦ
実施の形態４．
　図８は、実施の形態４である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。図８において、ダイオード８１ｘ～８１ｚが、出力コンデンサ７１ｘ～７１ｚのそれぞれに逆並列に、すなわち、各ダイオード８１ｘ～８１ｚの陰極側が出力コンデンサ７１ｘ～７１ｚの正極側になるようにして並列に接続されている。その他の構成については、図７に示した実施の形態３と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。出力コンデンサ７１ｘ～７１ｚとして電解コンデンサを用いているが、電解コンデンサは逆方向に充電すると破壊するため、いかなる条件においても逆充電されないよう対策を施す必要である。逆充電を防止するための具体的な手段として、電解コンデンサである出力コンデンサ７１ｘ～７１ｚと逆並列にダイオード８１ｘ～８１ｚをそれぞれ接続している。
実施の形態５．
　図９は、実施の形態５である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。図９において、実際の太陽光発電用パワーコンディショナは、インバータ回路２０と交流電源系統５との間に連系スイッチ１０１を備えている。その他の構成については、図２に示した実施の形態２と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。連系スイッチ１０１は、インバータ回路２０を交流電源系統５に接続する準備が整った時点に閉路する。すなわち、出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚを初期充電し、出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚの電圧が所定値以上になった時点で連系スイッチ１０１を閉路し、太陽電池１と交流電源系統５とをインバータ回路２０を介して連系する。
　出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚが零ボルトあるいは非常に低い電圧の状態で連系スイッチ１０１を閉路し、インバータ回路２０から交流電流を流し始めると、出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚが過渡的に逆充電される可能性がある。従って、出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚを所定の電圧まで初期充電した後に連系スイッチ１０１を閉路し、インバータ回路２０から交流電流を流し始めることが望ましい。出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚを初期充電する際には、以下のようにＩＧＢＴ素子２１～２３及び充電回路９ｘ～９ｚをオンする。
　Ｕ相の出力コンデンサ６１ｘ：ＩＧＢＴ素子２１と充電回路６３ｘ
　Ｖ相の出力コンデンサ６１ｙ：ＩＧＢＴ素子２３と充電回路６３ｙ
　Ｗ相の出力コンデンサ６１ｚ：ＩＧＢＴ素子２５と充電回路６３ｚ
　初期充電電圧は、太陽電池１すなわち直流コンデンサ２８の電圧を２Ｅボルトとすると、初期充電時における出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚの目標電圧を例えば半分のＥボルトに設定し、太陽電池から出力される直流電力の電圧の１／２以上になったとき連系スイッチ１０１を閉路する。これにより、出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚが過渡的に逆充電されるのを防止する。
実施の形態６．
　図１０は、実施の形態６である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。図１０において、正弦波フィルタ１３０はフィルタコンデンサ１３２を有し、フィルタコンデンサ１３２をスター結線し、その共通接続点側を直流コンデンサ２８の負端子（太陽電池１の負極Ｎ）と接続している。また、各充電回路９ｘ～９ｚが、直流コンデンサ２８の正端子（太陽電池１の正極Ｐ）と各出力コンデンサ６１ｘ～６１ｚの正端子との間に接続されている。なお、各充電回路９ｘ～９ｚは、ＩＧＢＴ素子Ｔと限流抵抗Ｒとが直列に接続されたものである。その他の構成については、図９に示した実施の形態５と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
　ここで、Ｕ相の出力コンデンサ６１ｘを初期充電するためにＩＧＢＴ素子２１と充電回路６３ｘをオンすると、直流コンデンサ２８→ＩＧＢＴ素子２１→フィルタリアクトル３１→フィルタコンデンサ１３２→直流コンデンサ２８という経路にてフィルタコンデンサ１３２も充電される。しかし、その充電電流ピークはインバータ回路２０の過電流レベルに達するおそれがあり、また電流や電圧の振動も継続的になるため、回路動作として好ましくない。この対策として、正弦波フィルタ１３０をこのようにフィルタコンデンサ１３２をスター結線とする場合には、初期充電用の充電回路９ｘ～９ｚを別途接続することによって、上記問題を回避することができる。この場合、Ｕ相の出力コンデンサ６１ｘを初期充電する際には、充電回路９ｘと充電回路６３ｘをオンする。Ｕ相の出力コンデンサ６１ｘの充電電流は、充電回路９ｘの限流抵抗Ｒ及び充電回路６３ｘの限流抵抗ＲＮによって安全な値に限流される。また、充電回路９ｘのオンにより、フィルタコンデンサ１３２が充電されるが、充電フィルタコンデンサ１３２の充電電流も充電回路９ｘの限流抵抗Ｒによって安全な値に限流される。
実施の形態７．
　図１１は、実施の形態７である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。以上の各実施の形態における交流電源系統５は、三相の各相がスター結線され中性点が接地されるものであった。上記以外としては、デルタ結線でそのうちの一つの相例えばＶ相が接地される場合がある。この場合にも、上述したのと同様の課題が生じる。この実施の形態は、このような場合に本発明を適用したものである。図１１において、太陽電池１で発電された直流電力は、昇圧チョッパ回路２１０によって所定の直流電圧Ｅボルトへ昇圧される。昇圧された直流電力は、インバータ回路２２０にて三相交流電力に変換され、正弦波フィルタ２３０、及び出力直流電圧回路４を介して交流電源系統５０に接続される。太陽電池１は、接地されておらず、その負極Ｎは、大地との間に浮遊静電容量Ｃｓの等価コンデンサ３にて接地された形になっている。交流電源系統５０は三相の各相の電源がデルタ結線された三相デルタ結線交流電源系統であり、そのＶ相が接地されている。
　なお、昇圧チョッパ回路２１０は、入力コンデンサ１１、昇圧リアクトル１２、ＩＧＢＴ素子１３、ダイオード素子１５を有する。インバータ回路２２０は、単相全波ブリッジ回路に結線されたスイッチング素子としてのＩＧＢＴ素子２２１～２２４及び直流コンデンサ２２８を有する単相２レベルインバータ回路であり、２個の直流コンデンサ２２８が直列に接続され、ダイオード素子１５の陰極側と太陽電池１の負極Ｎとの間に接続されている。正弦波フィルタ２３０は、フィルタリアクトル２３１とフィルタコンデンサ２３２を有する。フィルタリアクトル２３１がインバータ回路２２０と出力直流電圧回路４との間に直列に接続されている。フィルタコンデンサ２３２は、フィルタリアクトル２３１の出力直流電圧回路４側と太陽電池１の負極Ｎとの間に接続されている。出力直流電圧回路４は、３個のバッテリ４ａを有し、各バッテリ４ａが正弦波フィルタ２３０の各フィルタリアクトル２３１と交流電源系統５０との間、及びインバータ回路２２０の２個の直流コンデンサ２２８の接続点と交流電源系統５０との間に挿入されている。
　直流コンデンサ２２８の各電圧がそれぞれＥボルトの場合、バッテリ４ａの電圧をＥボルトに設定すれば、太陽電池１と大地間の浮遊静電容量Ｃｓを有する等価コンデンサ３の電圧は０ボルトとなる。従って、上記各実施の形態と同様の効果を奏する。
　なお、以上の各実施の形態に示した昇圧チョッパ回路やインバータ回路は、他の構成のものであってもよい。

Claims (9)

  1. 太陽電池を接地された交流電源系統に絶縁手段を介することなく接続する太陽光発電用パワーコンディショナであって、電力変換装置とバイアス印加装置とを有し、
    上記電力変換装置は、上記太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換するものであり、
    上記バイアス印加装置は、上記電力変換装置と上記交流電源系統との間に直列に挿入され上記太陽電池の負極側がマイナス電位にならないように上記太陽電池にバイアス電圧を与えるものである
    太陽光発電用パワーコンディショナ。
  2. 上記太陽電池は、薄膜型太陽電池であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
  3. 上記バイアス印加装置は、上記直流電力の電圧の１／２以上のバイアス電圧を与えるものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
  4. 上記バイアス印加装置は、コンデンサと充電回路とを有するものであって、
    上記コンデンサは、上記電力変換装置と上記交流電源系統との間に直列に挿入されるものであり、
    上記充電回路は、上記直流電力を上記コンデンサに充電して上記バイアス電圧を与えるものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
  5. 上記コンデンサは、そのインピーダンスが上記電力変換装置の定格インピーダンスの５％以下に設定されたものであることを特徴とする請求項４に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
  6. 上記コンデンサは、電解コンデンサであり、
    ダイオードが設けられたものであって、
    上記ダイオードはその陰極側が上記電解コンデンサの正極側に接続されるようにして上記電解コンデンサに並列に接続されたものであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
  7. 連系スイッチが設けられたものであって、
    上記連系スイッチは、上記バイアス印加装置と上記交流電源系統との間に設けられ、上記バイアス印加装置の出力電圧が上記直流電力の電圧の１／２以上になったとき閉路されるものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
  8. 上記交流電源系統は、三相の各相電源がスター結線されるとともに中性点が接地された三相スター結線交流電源系統であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
  9. 上記交流電源系統は、三相の各相電源がデルタ結線されるとともに一相が接地された三相デルタ結線交流電源系統であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
PCT/JP2010/004567 2009-08-24 2010-07-14 太陽光発電用パワーコンディショナ WO2011024374A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/386,710 US8614903B2 (en) 2009-08-24 2010-07-14 Power conditioner for photovoltaic power generation
JP2011528624A JP5226873B2 (ja) 2009-08-24 2010-07-14 太陽光発電用パワーコンディショナ
CN201080037607.7A CN102484372B (zh) 2009-08-24 2010-07-14 太阳能发电用功率调节器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-192903 2009-08-24
JP2009192903 2009-08-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011024374A1 true WO2011024374A1 (ja) 2011-03-03

Family

ID=43627497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2010/004567 WO2011024374A1 (ja) 2009-08-24 2010-07-14 太陽光発電用パワーコンディショナ

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8614903B2 (ja)
JP (1) JP5226873B2 (ja)
CN (1) CN102484372B (ja)
WO (1) WO2011024374A1 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013162671A (ja) * 2012-02-07 2013-08-19 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd パワーコンディショナ
CN103427435A (zh) * 2012-05-17 2013-12-04 北京动力源科技股份有限公司 一种三相非隔离型光伏并网逆变器和一种光伏发电系统
CN103814514A (zh) * 2011-08-19 2014-05-21 艾思玛太阳能技术股份公司 逆变器的输入线路的电位限定
JP2016201548A (ja) * 2011-10-31 2016-12-01 テンケーソーラー インコーポレイテッドＴｅｎｋｓｏｌａｒ，Ｉｎｃ． 光起電システム
JP2018516060A (ja) * 2015-05-27 2018-06-14 華為技術有限公司Ｈｕａｗｅｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 電源システム及び電力供給方法
JP2018133926A (ja) * 2017-02-15 2018-08-23 オムロン株式会社 電源システム、ｄｃ／ｄｃコンバータ及びパワーコンディショナ
JP2019122093A (ja) * 2017-12-28 2019-07-22 シャープ株式会社 電力制御装置、太陽光発電システム、およびプログラム

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101203842B1 (ko) * 2010-12-28 2012-11-21 엘지전자 주식회사 에너지 관리장치의 제어방법
WO2015164592A1 (en) * 2014-04-23 2015-10-29 The University Of Akron A method for charging batteries
JP2015228778A (ja) * 2014-06-03 2015-12-17 株式会社日立製作所 電力変換装置
KR101484640B1 (ko) 2014-11-27 2015-01-22 박용덕 태양광발전소 발전시간대 이외 수전시 사용전력량 과계량 방지장치
JP6724681B2 (ja) * 2016-09-20 2020-07-15 オムロン株式会社 分散型電源システム及びｄｃ／ｄｃコンバータ
CN106656270B (zh) * 2016-11-18 2023-09-29 珠海慧信微电子有限公司 光伏多联空调的载波通信耦合传输方法及载波通信耦合传输电路
JP6996366B2 (ja) * 2018-03-13 2022-01-17 オムロン株式会社 変換装置及びハイブリット電源システム
KR102630252B1 (ko) * 2018-08-28 2024-01-29 엘지이노텍 주식회사 태양광 연계 에너지 저장 시스템용 dc-dc 컨버터 및 그 제어방법
CN110994968B (zh) * 2019-11-22 2021-06-01 华为技术有限公司 一种预充电电路、逆变器以及发电系统
CN111725981B (zh) * 2020-07-22 2022-07-12 阳光电源股份有限公司 一种光伏逆变器、光伏系统及放电控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11308871A (ja) * 1998-04-23 1999-11-05 Tdk Corp 電力変換装置
JP2004297999A (ja) * 2003-03-07 2004-10-21 Canon Inc 電力変換装置および電源装置
JP2008047819A (ja) * 2006-08-21 2008-02-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 太陽電池発電システム

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2697472B2 (ja) * 1992-04-13 1998-01-14 松下電器産業株式会社 太陽電池式電源ユニット
JP3651972B2 (ja) * 1995-07-26 2005-05-25 キヤノン株式会社 系統連系インバータの制御装置およびそれを用いた太陽光発電システム
JPH09215205A (ja) * 1996-01-31 1997-08-15 Matsushita Electric Works Ltd 電力変換装置
JP3520961B2 (ja) * 1998-02-09 2004-04-19 山洋電気株式会社 インバータ装置
JP3796095B2 (ja) * 1999-03-24 2006-07-12 三洋電機株式会社 太陽光発電装置
JP2001022457A (ja) * 1999-07-07 2001-01-26 Nissin Electric Co Ltd 分散型電源装置
JP4494562B2 (ja) * 1999-09-28 2010-06-30 株式会社ダイヘン 太陽光発電用電力変換装置
DE60139857D1 (de) * 2000-01-28 2009-10-22 Cummins Generator Technologies Wechselstromerzeugungssystem
JP2001275259A (ja) 2000-03-29 2001-10-05 Canon Inc 系統連系インバータおよび分散形発電システム
JP2002233045A (ja) * 2001-02-02 2002-08-16 Canon Inc 太陽光発電システムの地絡検出のための装置及び方法
AU2002343624A1 (en) * 2001-11-05 2003-05-19 Shakti Systems, Inc. Monolithic battery charging device
AU2003238599B8 (en) * 2002-01-31 2008-07-31 Ebara Corporation Method and device for controlling photovoltaic inverter, and feed water device
JP4160919B2 (ja) * 2004-03-24 2008-10-08 シャープ株式会社 インバータ装置
CN101128973B (zh) 2005-02-25 2010-05-19 三菱电机株式会社 电力转换装置
WO2006090674A1 (ja) 2005-02-25 2006-08-31 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 電力変換装置
WO2006090672A1 (ja) 2005-02-25 2006-08-31 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 電力変換装置
US7554031B2 (en) * 2005-03-03 2009-06-30 Sunpower Corporation Preventing harmful polarization of solar cells
ITSA20050014A1 (it) * 2005-07-13 2007-01-14 Univ Degli Studi Salerno Dispositivo invertitore a singolo stadio, e relativo metodo di controllo, per convertitori di potenza da sorgenti di energia, in particolare sorgenti fotovoltaiche.
JP2007037371A (ja) * 2005-07-29 2007-02-08 Sony Corp 電源装置
TW200709544A (en) * 2005-08-29 2007-03-01 Ind Tech Res Inst Transformer-free power conversion circuit for parallel connection with commercial electricity system
JP2007166783A (ja) * 2005-12-14 2007-06-28 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
DE102006012164B4 (de) * 2005-12-23 2009-12-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung oder eines Wechselstroms
US8405367B2 (en) * 2006-01-13 2013-03-26 Enecsys Limited Power conditioning units
KR100809443B1 (ko) * 2006-07-26 2008-03-07 창원대학교 산학협력단 태양광 발전 시스템용 단상 전력변환기의 제어장치
ATE437461T1 (de) * 2006-10-21 2009-08-15 Sma Solar Technology Ag Schaltungseinrichtung und verfahren, insbesondere für photovoltaik-generatoren
CN201087938Y (zh) * 2007-09-10 2008-07-16 天津理工大学 基于dsp控制的双向升降压直直变换器装置
EP2187510B1 (de) * 2008-11-15 2016-08-03 SMA Solar Technology AG Stromrichteranlaufschaltung
JP4888817B2 (ja) * 2009-03-13 2012-02-29 オムロン株式会社 パワーコンディショナおよび太陽光発電システム
CN201563081U (zh) * 2009-10-30 2010-08-25 国琏电子（上海）有限公司 太阳能转换模块及使用其的供电系统
KR101084216B1 (ko) * 2009-12-23 2011-11-17 삼성에스디아이 주식회사 에너지 저장 시스템 및 이의 제어 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11308871A (ja) * 1998-04-23 1999-11-05 Tdk Corp 電力変換装置
JP2004297999A (ja) * 2003-03-07 2004-10-21 Canon Inc 電力変換装置および電源装置
JP2008047819A (ja) * 2006-08-21 2008-02-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 太陽電池発電システム

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103814514A (zh) * 2011-08-19 2014-05-21 艾思玛太阳能技术股份公司 逆变器的输入线路的电位限定
US20140159504A1 (en) * 2011-08-19 2014-06-12 Sma Solar Technology Ag Potential definition of input lines of an inverter
US9912218B2 (en) * 2011-08-19 2018-03-06 Sma Solar Technology Ag Potential definition of input lines of an inverter
JP2016201548A (ja) * 2011-10-31 2016-12-01 テンケーソーラー インコーポレイテッドＴｅｎｋｓｏｌａｒ，Ｉｎｃ． 光起電システム
JP2013162671A (ja) * 2012-02-07 2013-08-19 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd パワーコンディショナ
CN103427435A (zh) * 2012-05-17 2013-12-04 北京动力源科技股份有限公司 一种三相非隔离型光伏并网逆变器和一种光伏发电系统
JP2018516060A (ja) * 2015-05-27 2018-06-14 華為技術有限公司Ｈｕａｗｅｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 電源システム及び電力供給方法
JP2018133926A (ja) * 2017-02-15 2018-08-23 オムロン株式会社 電源システム、ｄｃ／ｄｃコンバータ及びパワーコンディショナ
JP2019122093A (ja) * 2017-12-28 2019-07-22 シャープ株式会社 電力制御装置、太陽光発電システム、およびプログラム
JP7046600B2 (ja) 2017-12-28 2022-04-04 シャープ株式会社 電力制御装置、太陽光発電システム、およびプログラム

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2011024374A1 (ja) 2013-01-24
JP5226873B2 (ja) 2013-07-03
CN102484372A (zh) 2012-05-30
US8614903B2 (en) 2013-12-24
CN102484372B (zh) 2014-06-18
US20120120694A1 (en) 2012-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5226873B2 (ja) 太陽光発電用パワーコンディショナ
Wang et al. A review of power electronics for grid connection of utility-scale battery energy storage systems
Shi et al. Constant current fast charging of electric vehicles via a DC grid using a dual-inverter drive
US8228699B2 (en) Power converting apparatus including half-bridge inverters connected between positive and negative terminals of a DC power supply
JP4783294B2 (ja) 系統連系用電力変換装置
JP3663455B2 (ja) 太陽光電力変換装置
EP2671310B1 (en) Power electronic converter
JP5468816B2 (ja) 系統連系インバータシステム
US9611836B2 (en) Wind turbine power conversion system
US20120163044A1 (en) Multilevel power converter or inverter arrangement using h bridges
KR20090014256A (ko) 접지형 직류전원인 태양광 발전기용 인버터
JP2011078290A (ja) 電力変換装置および太陽光発電システム
CA2994534A1 (en) Method and system for a gas tube switch-based voltage source high voltage direct current transmission system
JP6681476B2 (ja) 電力変換装置および電力変換装置の制御方法
Kumar et al. Development of a novel fault-tolerant reduced device count T-type multilevel inverter topology
Khoshkbar-Sadigh et al. Thermal and performance comparison of active neutral-point-clamped (anpc) and dual flyingcapacitor anpc (dfc-anpc) inverters
JP5254922B2 (ja) 電力変換装置
Naik et al. A new two-phase five-level converter for three-phase isolated grid-tied systems with inherent capacitor balancing and reduced component count
Singh et al. A new single-source nine-level quadruple boost inverter (NQBI) for PV application
Umuhoza et al. A SiC-based power electronics interface for integrating a battery energy storage into the medium (13.8 kV) distribution system
EP2945246B1 (en) Voltage adjusting apparatus
EP2525483A1 (en) Modular converter with energy storage capability
Oh et al. Three phase three-level PWM switched voltage source inverter with zero neutral point potential
JP2008104253A (ja) 電力変換装置
KR101592227B1 (ko) 에너지저장시스템의 dc 버스 불균형 제어 회로

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080037607.7

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10811433

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011528624

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13386710

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10811433

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1