WO2012023457A1 - 開放電圧制御システム - Google Patents

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WO2012023457A1
WO2012023457A1 PCT/JP2011/068129 JP2011068129W WO2012023457A1 WO 2012023457 A1 WO2012023457 A1 WO 2012023457A1 JP 2011068129 W JP2011068129 W JP 2011068129W WO 2012023457 A1 WO2012023457 A1 WO 2012023457A1
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WO
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open
voltage
circuit voltage
string
solar
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Application number
PCT/JP2011/068129
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English (en)
French (fr)
Inventor
川又　健司
Original Assignee
株式会社 東芝
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/66—Testing of connections, e.g. of plugs or non-disconnectable joints
    • G01R31/68—Testing of releasable connections, e.g. of terminals mounted on a printed circuit board
    • G01R31/69—Testing of releasable connections, e.g. of terminals mounted on a printed circuit board of terminals at the end of a cable or a wire harness; of plugs; of sockets, e.g. wall sockets or power sockets in appliances
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • 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

Definitions

  • the embodiment of the present invention relates to an open voltage control system that is used in a photovoltaic power generation system and controls an open voltage to a desired value.
  • Photovoltaic power generation uses a solar cell (PV: Photovoltaic) that converts solar energy into electric power.
  • PV Photovoltaic
  • the solar cell panel does not satisfy the operable voltage of the power conditioner. Therefore, the solar power generation system disclosed in Patent Document 1 uses a plurality of solar battery panels connected in series.
  • the side view and rear view of the solar cell panel direction variable apparatus in 2nd Embodiment The flowchart which shows the rough process sequence of the arithmetic and control unit in 2nd Embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of a photovoltaic power generation system.
  • the solar power generation system includes a solar cell panel 2, string wiring 7, a switch 5, and an inverter 6.
  • the solar cell panel 2 is formed by arranging solar cells (cells) having a photovoltaic effect, for example, in a planar shape.
  • the string wiring 7 connects a plurality of solar battery panels 2 in series.
  • the structure of the several solar cell panel 2 connected in series by the string wiring 7 is called 1 string.
  • the inverter 6 is connected to at least one string and converts the input DC power of the solar cell panel 2 into AC.
  • the switch 5 interrupts the power line between the string wiring 7 and the inverter 6. Note that the switch 5 may be incorporated in the inverter 6.
  • FIG. 22 is a diagram for explaining the number of connected solar cell panels per string of the photovoltaic power generation system.
  • “Solar radiation to solar cells” represents the energy (W) of sunlight per unit area (m 2). When the number is small, it indicates “low solar radiation”, and when the number is large, it indicates “high solar radiation”.
  • “Solar cell temperature” represents the temperature of the solar cell itself during use. For example, in a solar panel manufactured from a silicon material, when the temperature of the solar battery cell is high, the generated voltage of the solar battery cell is small, and when the temperature of the solar battery cell is low, the generated voltage of the solar battery cell is large.
  • the open-circuit voltage of the solar cell is mainly governed by “solar radiation to the solar cell” and “cell temperature of the solar cell”.
  • the “open voltage of the solar battery” is an output voltage of the solar battery cell when no load is connected to the solar battery cell.
  • the withstand voltage of the photovoltaic power generation system is 600V.
  • the breakdown voltage is a value defined as the upper limit value of the generated voltage for each string.
  • Case 3 represents a configuration for avoiding such an overpressure-resistant state.
  • the series number of solar cells per string is 13 modules.
  • the withstand voltage is 600V or less.
  • the open circuit voltage can be made lower than the withstand voltage by determining (decreasing) the number of series of solar cells per string in accordance with the environment where the photovoltaic power generation system is installed.
  • the number of string wirings increases, which increases the manufacturing cost of the photovoltaic power generation system.
  • FIG. 23 is a schematic diagram showing the string voltage 8 and the inverter operating time 9 of the photovoltaic power generation system.
  • the string voltage 8 is a generated voltage (open voltage) per string.
  • the inverter 6 starts operation when the string voltage 8 exceeds the inverter operation start voltage, and stops operating when the string voltage 8 becomes lower than the inverter operation start voltage.
  • the string voltage 8 (8a, 8b) increases as the morning sun rises.
  • the inverter 6 automatically starts operating when the string voltage 8 (8a, 8b) exceeds a certain value.
  • the inverter 6 automatically stops operating.
  • the inverter operation time 9b when the series number of solar cells per string is small is shorter than the inverter operation time 9a when the series number of solar cells per string is large. Therefore, the power generation amount when the number of series of solar cells per string is small is smaller than the amount of power generation when the number of series of solar cells per string is large.
  • the number of solar cell panels connected in series is limited, thereby causing an increase in manufacturing cost and a decrease in power generation amount. If so, the number of solar panels per string can be increased compared to the past, or if the decrease in the number of solar panels can be limited, the cost can be reduced by reducing the number of strings and the amount of power generation can be increased. Can do.
  • the open-circuit voltage control system according to the present embodiment has been conceived as a result of such technical studies.
  • the open-circuit voltage control system of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an open-circuit voltage control system 10 according to the present embodiment.
  • the open-circuit voltage control system 10 includes an open-circuit voltage measuring device 3, a calculation control device 4, and a drive control device 1.
  • the open-circuit voltage measuring device 3 measures a string voltage, that is, an open-circuit voltage when no load is applied.
  • the arithmetic and control unit 4 exchanges signals with the inverter 6 and controls the drive control unit 1 by receiving a measurement signal from the open-circuit voltage measuring unit 3.
  • the drive control device 1 drives the solar battery panel 2 and the like to control the string voltage.
  • the drive control apparatus 1 is comprised using at least one among the solar cell panel permeation
  • a plurality of strings can be connected to the inverter 6, but the open-circuit voltage measuring device 3 and the arithmetic control device 4 are configured as devices common to the plurality of strings, and drive control is performed.
  • the device 1 is configured for each string.
  • the open-circuit voltage measuring device 3, the arithmetic control device 4, and the drive control device 1 are not limited to this embodiment and can be configured in various ways.
  • the open-circuit voltage measuring device 3 or the arithmetic control device 4 may be configured for each string.
  • you may comprise the drive control apparatus 1 as an apparatus common to a string.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a photovoltaic power generation system using the open-circuit voltage control system 10 according to the first embodiment.
  • the solar power generation system includes a solar cell panel 2, an open-circuit voltage measuring device 3, an arithmetic and control device 4, a solar cell panel transmitted solar radiation amount varying device 11, a switch 5 and an inverter 6.
  • the solar cell panel transmitted solar radiation varying device 11 is installed between sunlight and the solar battery panel 2 and adjusts the solar radiation passing therethrough.
  • description is abbreviate
  • FIG. 3 is a view for explaining the operation of the solar cell panel transmitted solar radiation amount varying device 11 in the first embodiment.
  • a liquid crystal shutter 111 is used as the solar panel transmission solar radiation amount varying device 11, and a control signal for changing the transmittance of the liquid crystal shutter 111 is given as shown in FIG. 3 (2).
  • the amount of solar radiation to the solar cell panel 2 can be controlled.
  • a light shielding body such as a blind may be installed, and the amount of solar radiation passing therethrough may be adjusted by changing the light shielding area.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a schematic processing procedure of the arithmetic and control unit 4 in the first embodiment.
  • the arithmetic and control unit 4 executes the operation shown in this flowchart for every predetermined period.
  • step S01 the arithmetic and control unit 4 determines from the signal from the inverter 6 whether the switch 5 is open.
  • the inverter 6 starts operation when the string voltage 8 exceeds the inverter operation start voltage. That is, when the string voltage 8 exceeds the inverter operation start voltage, the inverter 6 turns on the switch 5 to incorporate the string voltage 8 into the internal conversion circuit. Therefore, the open / close state of the switch 5 is controlled by the inverter 6.
  • the arithmetic and control unit 4 ends the operation.
  • the switch 5 is open (step S01 Yes)
  • the arithmetic and control unit 4 takes in the open circuit voltage measured by the open circuit voltage measuring device 3 in step S02.
  • step S03 the arithmetic and control unit 4 checks whether the open circuit voltage is equal to or lower than a predetermined voltage.
  • the predetermined voltage is a voltage that is equal to or higher than a voltage at which the load of the inverter 6 can operate and smaller than the withstand voltage of the photovoltaic power generation system. Details of this will be described later.
  • the arithmetic and control unit 4 ends the operation.
  • the open voltage exceeds the predetermined voltage (No in step S03)
  • step S04 the arithmetic and control unit 4 changes the opening degree of the solar panel transmitted solar radiation amount varying device 11 so that the open voltage becomes the predetermined voltage.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of solar radiation and the open circuit voltage for each cell temperature of the solar battery panel. As shown in this graph, the open circuit voltage decreases as the amount of solar radiation decreases. The open circuit voltage decreases as the cell temperature increases. In the graph, the cell voltage value corresponding to the withstand voltage value of the open circuit voltage is represented as 40V.
  • FIG. 24 is a diagram showing the transition of the voltage output from the solar cell panel. Asahi irradiates solar cell panel 2 and the time passes, the open circuit voltage of solar cell panel 2 increases.
  • the arithmetic control device 4 controls the opening degree of the solar cell panel transmitted solar radiation amount varying device 11 so that the open voltage of the solar cell panel 2 becomes a predetermined voltage.
  • the predetermined voltage is set higher than the inverter operation start voltage.
  • the inverter 6 does not start to operate immediately even if the open circuit voltage exceeds the start voltage, but starts to start after a predetermined time (for example, ten minutes). Therefore, the arithmetic and control unit 4 continues the control so that the open circuit voltage becomes the predetermined voltage until the inverter 6 starts operation.
  • the inverter 6 Since a load is applied when the inverter 6 starts operating, the voltage output from the solar cell panel decreases due to the influence. Thereafter, the voltage of the solar cell panel 2 is controlled by the load control function of the inverter 6 so that the generated power from the solar cell is increased, and the increase in the open voltage of the solar cell panel is suppressed. As described above, after the inverter 6 starts its operation, an action for suppressing an increase in the string voltage 8 works. For these reasons, it is possible to prevent the breakdown voltage from being exceeded by controlling the opening of the light-shielding area so that the voltage immediately before the inverter 6 starts operating becomes a predetermined voltage.
  • the predetermined voltage is set to a voltage that is greater than the inverter operation start voltage and smaller than the withstand voltage.
  • the target to which the open-circuit voltage control system is applied is not limited to the inverter 6, but a general load. Therefore, the above-mentioned predetermined voltage is equivalent to setting the voltage to be equal to or higher than the voltage at which the load can operate and smaller than the withstand voltage.
  • the control operation executed by the arithmetic and control unit 4 may use a control method such as PID feedback control, sampling control, or sampling PI control.
  • a temperature sensor (not shown) is provided at the center of the solar battery panel 2 and the cell temperature is measured as a representative.
  • the arithmetic and control unit 4 specifies the characteristic curve of FIG. 5 from the cell temperature measured by the temperature sensor.
  • the present solar radiation amount X currently irradiated to the solar cell panel 2 is grasped
  • the solar radiation amount Y is obtained so that the open circuit voltage becomes a predetermined voltage, and the opening degree is controlled to be Y / X times the current opening degree.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a result of applying the open-circuit voltage control system according to the first embodiment.
  • the solar radiation amount was 1000 (W / m 2), the solar panel faced southward, and the solar radiation transmittance of the transmitted solar radiation varying device was 100% in case A (no light shielding) and 10% in case B.
  • the open-circuit voltage of the solar cell was 44V in case A and 39V in case B.
  • the open voltage of one string is calculated from the open voltage of the solar cell and the number of solar cells connected in series per string.
  • solar radiation 1000 W / m 2 to the solar cell, cell temperature of ⁇ 20 ° C.
  • the number of solar cells connected in series per string is 15, and the open voltage of one string is 660V. Therefore, when the withstand voltage of the photovoltaic power generation system is 600 V, it exceeds that.
  • the open voltage of one string was 585V, and the withstand voltage of the photovoltaic power generation system could be within 600V.
  • control operation is not performed when the open circuit voltage is equal to or lower than the predetermined voltage in step S03. In this case, the amount of solar radiation may be increased.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a photovoltaic power generation system using the open-circuit voltage control system 10 according to the second embodiment.
  • the solar power generation system includes a solar cell panel 2, an open-circuit voltage measuring device 3, a calculation control device 4, a solar cell panel direction varying device 12, a switch 5, and an inverter 6.
  • the solar cell panel direction varying device 12 adjusts the amount of solar radiation that the solar cell panel faces. Note that description of devices other than the solar cell panel orientation varying device 12 is omitted.
  • FIG. 8 is a side view and a rear view of the solar cell panel direction varying device 12 according to the second embodiment.
  • the solar cell panel direction changing device 12 changes the direction of the solar cell panel 2 that converts energy from sunlight into electric energy.
  • the solar cell panel direction varying device 12 includes an azimuth angle varying device 22 and an elevation angle varying device 21 that control the azimuth angle.
  • the solar cell panel direction variable apparatus 12 is provided on the foundation
  • FIG. 9 is a flowchart showing a schematic processing procedure of the arithmetic and control unit 4 in the second embodiment.
  • the arithmetic and control unit 4 executes the operation shown in this flowchart for every predetermined period.
  • step S11 the arithmetic and control unit 4 determines from the signal from the inverter 6 whether or not the switch 5 is open.
  • step S11 When the switch 5 is closed (No at Step S11), the arithmetic and control unit 4 ends the operation.
  • step S12 the arithmetic control device 4 takes in the open voltage measured by the open voltage measuring device 3.
  • step S13 the arithmetic and control unit 4 checks whether the open circuit voltage is equal to or lower than a predetermined voltage.
  • the predetermined voltage is a voltage that is equal to or higher than a voltage at which the load of the inverter 6 can operate and smaller than the withstand voltage of the photovoltaic power generation system. Details of this have already been described and will be omitted.
  • the arithmetic and control unit 4 ends the operation.
  • the arithmetic control device 4 changes the direction of the solar cell panel direction changing device 12 so that the open voltage becomes the predetermined voltage.
  • the solar irradiation direction at the place where the solar cell panel direction changing device 12 is installed is determined if the current date is known. Therefore, the direction of the solar cell panel direction varying device 12 is changed based on a database relating to the sun irradiation direction created in advance so as to reduce the amount of sun irradiation to a predetermined value.
  • the azimuth varying device 22 and the elevation varying device 21 may be operated together, or one may be operated, and if the other is insufficient, the other may be operated.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a result of applying the open-circuit voltage control system according to the second embodiment.
  • the solar radiation amount is 1000 (W / m 2)
  • the solar cell panel direction is the solar radiation direction
  • the solar radiation transmittance varying device has a solar radiation transmittance of 100%.
  • the amount of solar radiation was 100 (W / m 2)
  • the direction of the solar cell panel 2 was opposite to the direction of solar radiation
  • the solar radiation transmittance was 100%.
  • the open-circuit voltage of the solar cell was 44V in case A and 39V in case B.
  • the open voltage of one string is calculated from the open voltage of the solar cell and the number of solar cells connected in series per string.
  • solar radiation 1000 W / m 2 to the solar cell, cell temperature of ⁇ 20 ° C.
  • the number of solar cells connected in series per string is 15, and the open voltage of one string is 660V. Therefore, when the withstand voltage of the photovoltaic power generation system is 600V, it exceeds that.
  • the solar cell panel direction varying device 12 controls the amount of solar radiation to 100 W / m 2, so that the open voltage of one string is 585 V, and the withstand voltage of the photovoltaic power generation system can be within 600 V. It was.
  • control operation is not performed when the open circuit voltage is equal to or lower than the predetermined voltage in step S13. In this case, the amount of solar radiation may be increased.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a photovoltaic power generation system using the open-circuit voltage control system 10 according to the third embodiment.
  • the solar power generation system includes a solar cell panel 2, an open-circuit voltage measuring device 3, a calculation control device 4, a solar cell panel temperature variable device 13, a temperature sensor 30, a switch 5, and an inverter 6.
  • the solar cell panel temperature variable device 13 is installed adjacent to the solar cell panel 2 and adjusts the panel temperature.
  • the temperature sensor 30 is provided in the center part of the solar cell panel 2, and handles the measured value as the cell temperature.
  • description is abbreviate
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the operation of the solar cell panel temperature variable device 13 according to the third embodiment.
  • the solar panel temperature variable device 13 for example, a heating wire 131 is used, and a current signal is given as a control signal as shown in FIG.
  • the temperature can be controlled.
  • the cell temperature may be adjusted using hot water instead of the heating wire 131.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a schematic processing procedure of the arithmetic and control unit 4 in the third embodiment.
  • the arithmetic and control unit 4 executes the operation shown in this flowchart for every predetermined period.
  • step S21 the arithmetic and control unit 4 determines from the signal from the inverter 6 whether or not the switch 5 is open.
  • step S21 Yes
  • step S22 the arithmetic and control unit 4 takes in the open voltage measured by the open voltage measuring device 3.
  • step S23 the arithmetic and control unit 4 checks whether the open circuit voltage is equal to or lower than a predetermined voltage.
  • the predetermined voltage is a voltage that is equal to or higher than a voltage at which the load of the inverter 6 can operate and smaller than the withstand voltage of the photovoltaic power generation system. The details are omitted here.
  • the arithmetic and control unit 4 ends the operation.
  • the calculation control device 4 changes the temperature of the solar cell panel 2 by the solar cell panel temperature variable device 13 so that the open circuit voltage becomes the predetermined voltage. To do.
  • control method of the third embodiment each method described in the first embodiment can be used.
  • the control can be performed as follows.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the amount of solar radiation and the open circuit voltage for each cell temperature of the solar battery panel. As shown in this graph, the open circuit voltage decreases as the amount of solar radiation decreases. The open circuit voltage decreases as the cell temperature increases. In the graph, the cell voltage value corresponding to the withstand voltage value of the open circuit voltage is represented as 40V.
  • the arithmetic and control unit 4 specifies the characteristic curve of FIG. 14 from the cell temperature measured by the temperature sensor 30. And the present solar radiation amount currently irradiated to the solar cell panel 2 is grasped
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a result of applying the open-circuit voltage control system according to the third embodiment.
  • the solar radiation amount is 1000 (W / m 2)
  • the solar cell panel is facing south
  • the solar radiation varying device has a solar radiation transmittance of 100%.
  • the open circuit voltage of the solar cell was 44 V in Case A.
  • the open voltage of one string is calculated from the open voltage of the solar cell and the number of solar cells connected in series per string.
  • solar radiation 1000 W / m 2 to the solar cell, cell temperature of ⁇ 20 ° C., the number of solar cells connected in series per string is 15, and the open voltage of one string is 660V. Therefore, when the withstand voltage of the photovoltaic power generation system is 600V, it exceeds that.
  • the solar radiation amount is 1000 (W / m 2)
  • the solar cell panel is facing south
  • the solar radiation varying device has a solar radiation transmittance of 100%.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a photovoltaic power generation system using the open-circuit voltage control system 10 according to the fourth embodiment.
  • the solar power generation system includes a solar cell panel 2, an open-circuit voltage measuring device 3, an arithmetic control device 4, a circuit variable device 14, a switch 5 and an inverter 6.
  • the circuit variable device 14 changes the number of solar cell panels connected to one string.
  • FIG. 17 is a flowchart showing a schematic processing procedure of the arithmetic and control unit 4 in the fourth embodiment.
  • the arithmetic and control unit 4 executes the operation shown in this flowchart for every predetermined period.
  • step S31 the arithmetic and control unit 4 determines from the signal from the inverter 6 whether or not the switch 5 is open.
  • step S31 the arithmetic and control unit 4 ends the operation. If the switch 5 is open (step S31, Yes), the calculation control device 4 takes in the open voltage measured by the open voltage measuring device 3 in step S32.
  • step S33 the arithmetic and control unit 4 checks whether the open circuit voltage is equal to or lower than a predetermined voltage.
  • the predetermined voltage is a voltage that is equal to or higher than a voltage at which the load of the inverter 6 can operate and smaller than the withstand voltage of the photovoltaic power generation system. Since this detail is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the open circuit voltage is equal to or lower than the predetermined voltage (step S33, Yes)
  • the arithmetic and control unit 4 ends the operation.
  • step S34 the arithmetic and control unit 4 causes the circuit variable device 14 so that the open circuit voltage is equal to or higher than the inverter operation start voltage and smaller than the withstand voltage. To change the number of solar panels connected to one string.
  • the arithmetic and control unit 4 may change (decrease) the number of solar cell panels 2 when the open circuit voltage exceeds a predetermined voltage.
  • a thermometer (not shown) can be provided in the solar cell panel and can be controlled as follows.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the amount of solar radiation and the open circuit voltage for each cell temperature of the solar battery panel. As shown in this graph, the open circuit voltage decreases as the amount of solar radiation decreases. The open circuit voltage decreases as the cell temperature increases. In the graph, the withstand voltage value of the open circuit voltage is expressed as 40V.
  • the arithmetic and control unit 4 specifies the characteristic curve of FIG. 18 from the cell temperature measured by the temperature sensor 30. And the present solar radiation amount X currently irradiated to the solar cell panel 2 is grasped
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing a mode in which the number of solar cell panels is changed by the circuit variable device 14.
  • FIG. 19 (1) shows the connection state of one string before the change. Before the change, 15 solar cell panels 2 are connected in series in one string.
  • FIG. 19 (2) shows the connection state of one string after the change. After the change, 13 solar cell panels 2 are connected in series in one string.
  • the number of intermittent solar cell panels 2 may be a fixed number (for example, two) as shown in FIG. 19, or may be a variable number (for example, 1 to 3) according to the number of voltages to be decreased. good. Further, the intermittent solar cell panel 2 may be any one of a front part, an intermediate part, and a rear part connected in series.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a result of applying the open-circuit voltage control system according to the fourth embodiment.
  • the solar radiation amount is 1000 (W / m 2)
  • the solar cell panel is facing south
  • the solar radiation varying device has a solar radiation transmittance of 100%.
  • the open circuit voltage of the solar cell was 44 V in Case A.
  • the open voltage of one string is calculated from the open voltage of the solar cell and the number of solar cells connected in series per string.
  • solar radiation 1000 W / m 2 to the solar cell, cell temperature of ⁇ 20 ° C., the number of solar cells connected in series per string is 15, and the open voltage of one string is 660V. Therefore, when the withstand voltage of the photovoltaic power generation system is 600V, it exceeds that.
  • the solar radiation amount is 1000 (W / m 2)
  • the solar cell panel is facing south
  • the solar radiation varying device has a solar radiation transmittance of 100%.
  • the drive control device 1 uses any one of the solar cell panel transmitted solar radiation amount varying device 11, the solar cell panel direction varying device 12, the solar cell panel temperature varying device 13, and the circuit varying device 14. Although used, a plurality of devices can be appropriately combined. Moreover, you may select the kind of apparatus used for the drive control apparatus 1 for every string.
  • the above-described control operation is not limited to “timing immediately before the inverter 6 starts operation”.
  • the same operation is performed when “string is opened” for some reason.
  • the switch 5 may be intentionally opened for maintenance or inspection.
  • a voltage higher than the withstand voltage is generated from the opened string, which may damage the string 7, the solar cell panel 2, and the like.
  • the open-circuit voltage control system 10 operates so that the voltage generated from the string does not exceed the withstand voltage.
  • finish of maintenance since the control action demonstrated in the above-mentioned each embodiment is performed, the voltage exceeding a withstand voltage does not act on a solar power generation system.
  • the arithmetic and control unit 4 acquires information on the open / closed state of the switch 5 from the inverter 6, but is not limited to this form.
  • the voltage measured by the open-circuit voltage measuring device 3 may be monitored by the arithmetic and control device 4, and when the voltage drops rapidly, it may be determined that a load is applied to the inverter 6 and the control operation may be stopped. That is, the open state of the switch 5 is determined based on the voltage measured by the arithmetic control device 4 with the open voltage measuring device 3.
  • the arithmetic control device 4 can acquire the open / closed state of the switch 5 by taking the state of the switch 5 as DI (digital input) and monitoring the DI.
  • a human may manually instruct the arithmetic device to stop and start control. That is, it may be instructed that the switch 5 is connected / released.
  • the equipment can be flexibly operated.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
  • Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.

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Abstract

　直列に接続された太陽電池パネルを有するストリング７と、ストリングで発生した直流電圧を負荷に供給するための経路を断続するスイッチ５とを有する太陽光発電システムに用いられてストリングの開放電圧を制御する開放電圧制御システムであって、ストリングと負荷とが接続されていない開放状態でのストリングの開放電圧を測定する開放電圧測定装置３と、太陽電池パネルからの出力電圧を制御する駆動制御装置１１と、ストリングと負荷とが開放状態において、開放電圧測定装置が測定した開放電圧に基づいて開放電圧が負荷の動作可能電圧以上でかつ太陽光発電システムの耐圧電圧を超えない所定の電圧値となるように駆動制御装置を制御する信号を出力する演算制御装置４とを備えた開放電圧制御システムである。

Description

開放電圧制御システム
　本発明の実施の形態は、太陽光発電システムに用いられ、開放電圧を所望の値に制御する開放電圧制御システムに関する。
　近年、自然エネルギーを利用した発電システムが注目され、太陽光発電システムが盛んに導入されている。太陽光発電は、太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽電池（ＰＶ：Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）を利用するものである。しかし、太陽電池パネルでは、パワーコンディショナの動作可能電圧を満たさない。そのため、特許文献１に開示された太陽光発電システムには、複数枚の太陽電池パネルが直列に接続されて用いられる。
特開２００１－８４３４３号公報
本実施の形態の開放電圧制御システムの構成を示す図。 第１の実施の形態の開放電圧制御システムを用いた太陽光発電システムを示す図。 第１の実施の形態における太陽電池パネル透過日射量可変装置の動作を説明するための図。 第１の実施の形態における演算制御装置の概略の処理手順を示すフローチャート。 太陽電池パネルのセル温度毎の、日射量と開放電圧との関係を示したグラフ。 第１の実施の形態の開放電圧制御システムを適用した結果を示す図。 第２の実施の形態の開放電圧制御システムを用いた太陽光発電システムを示す図。 第２の実施の形態における太陽電池パネル向き可変装置の側面図及び背面図。 第２の実施の形態における演算制御装置の概略の処理手順を示すフローチャート。 第２の実施の形態の開放電圧制御システムを適用した結果を示す図。 第３の実施の形態の開放電圧制御システムを用いた太陽光発電システムを示す図。 第３の実施の形態における太陽電池パネル温度可変装置の動作を説明するための図。 第３の実施の形態における演算制御装置の概略の処理手順を示すフローチャート。 太陽電池パネルのセル温度毎の、日射量と開放電圧との関係を示したグラフ。 第３の実施の形態の開放電圧制御システムを適用した結果を示す図。 第４の実施の形態の開放電圧制御システムを用いた太陽光発電システムを示す図。 第４の実施の形態における演算制御装置の概略の処理手順を示すフローチャート。 太陽電池パネルのセル温度毎の、日射量と開放電圧との関係を示したグラフ。 回路可変装置により太陽電池パネルの数を変更する態様を示す模式図。 第４の実施の形態の開放電圧制御システムを適用した結果を示す図。 太陽光発電システムの構成を示す図。 太陽光発電システムの１ストリングあたりの太陽電池パネルの接続数を説明するための図。 太陽光発電システムのストリング電圧と、インバータ動作時間とを示す模式図。 太陽電池パネルから出力される電圧の推移を示す図。
　本実施の形態の太陽光発電システムを説明する前に、上述のニーズに対応するために太陽光発電システムが備えるべき機能について説明する。
　図２１は、太陽光発電システムの構成を示す図である。　
　太陽光発電システムは、太陽電池パネル２、ストリング配線７、スイッチ５及びインバータ６を備えている。
　太陽電池パネル２は、光起電力効果をもつ太陽電池（セル）を、例えば平面状に配列して形成される。ストリング配線７は、複数の太陽電池パネル２を直列に接続する。ここで、ストリング配線７によって直列に接続された複数の太陽電池パネル２の構成を１ストリングと呼ぶ。インバータ６は、少なくとも１つのストリングと接続し、入力された太陽電池パネル２の直流電力を交流に変換する。スイッチ５は、ストリング配線７とインバータ６との電力ラインを断続する。なお、スイッチ５は、インバータ６の内部に組み込まれていても良い。
　図２２は、太陽光発電システムの１ストリングあたりの太陽電池パネルの接続数を説明するための図である。
　まず、図２２の左端の欄に設けた項目の内、主な項目について説明する。「太陽電池への日射」は、単位面積（ｍ２）あたりの太陽光のエネルギー（Ｗ）を表している。数字が小さい場合は「低日射」を表し、数字が大きい場合は「高日射」を表す。「太陽電池のセル温度」は、使用時における太陽電池セル自体の温度を表す。例えば、シリコン材料から製造される太陽電池パネルでは、この太陽電池セルの温度が高い場合は太陽電池セルの発生電圧は小さく、太陽電池セルの温度が低い場合は太陽電池セルの発生電圧は大きい。太陽電池の開放電圧は、主として「太陽電池への日射」と「太陽電池のセル温度」とによって支配される。「太陽電池の開放電圧」は、太陽電池セルに負荷を接続していない場合の、太陽電池セルの出力電圧である。
　太陽光発電システムの耐圧を６００Ｖとする。ここで、耐圧は、１ストリング毎の発生電圧の上限値として規定された値である。１ストリングでの発生電圧が、この耐圧を超えた場合には徐々にではあるが、太陽光発電システムの構成部分がダメージを受ける。そのため、太陽光発電システムでは、この耐圧を超えない設計が求められる。
　ケース１に示す場合、即ち、太陽電池への日射が１００Ｗ／ｍ２の場合では、１ストリングあたりの太陽電池の直列接続数は１５ｍｏｄｕｌｅｓである。従って、１ストリング当りの開放電圧は、１５×３９＝５８５Ｖであり、耐圧６００Ｖ以下である。　
　ケース２に示す場合、即ち、太陽電池への日射が１０００Ｗ／ｍ２の場合では、１ストリングあたりの太陽電池の直列数は１５ｍｏｄｕｌｅｓである。従って、１ストリング当りの開放電圧は、１５×４４＝６６０Ｖであり、耐圧６００Ｖを超過している。
　ケース３は、このような耐圧超過状態を回避するための構成を表している。ケース３に示す場合、１ストリングあたりの太陽電池の直列数を１３ｍｏｄｕｌｅとする。そうすると、太陽電池への日射が１０００Ｗ／ｍ２の場合では、開放電圧は１３×４４＝５７２Ｖであり、耐圧６００Ｖ以下である。ケース３に示すように、太陽光発電システムが設置される環境に合わせて、１ストリングあたりの太陽電池の直列数を決定（減少）することで開放電圧を耐圧以下とすることができる。　
　しかしながら、この対応では１ストリングあたりの発電容量が、ケース２では２００×１５＝３０００Ｗであったが、ケース３では２００×１３＝２６００Ｗと少なくなる。従って、発電力３９０００Ｗを得るために必要なストリング数は、ケース２では３９０００／３０００＝１３ストリングであるに対し、ケース３では３９０００／２６００＝１５ストリングに増加する。ストリング数が増加すると、ストリング配線数が増加するため、太陽光発電システムの製造コストが上昇する。
　図２３は、太陽光発電システムのストリング電圧８と、インバータ動作時間９とを示す模式図である。ストリング電圧８は、１ストリング当りの発生電圧（開放電圧）である。インバータ６は、ストリング電圧８がインバータ動作開始電圧を超えたときから動作を開始し、ストリング電圧８がインバータ動作開始電圧よりも低くなったときに動作を停止する。
　図２３に示すグラフでは、ストリング電圧８（８ａ、８ｂ）は朝日が昇るとともに上昇する。ストリング電圧８（８ａ、８ｂ）が一定値を超えたときからインバータ６が自動で動作を始める。そして、夕日が沈みストリング電圧８（８ａ、８ｂ）が一定値以下となったときにインバータ６は自動で動作を停止する。図２３に示すように、１ストリングあたりの太陽電池の直列数が少ない場合のインバータ動作時間９ｂは、１ストリングあたりの太陽電池の直列数が多い場合のインバータ動作時間９ａと比べると短い。従って、１ストリングあたりの太陽電池の直列数が少ない場合の発電量は、１ストリングあたりの太陽電池の直列数が多い場合の発電量よりも少なくなる。
　以上述べたように、太陽光発電システムでは、直列に接続される太陽電池パネルの数が制限を受けることによって、製造コストの上昇と、発電量の減少を引き起こす。そうとすれば、従来に比べて１ストリング当たりの太陽電池パネル数を増加させること、あるいは太陽電池パネル数の減少を制限できれば、ストリング数の減少によりコストを低減し、さらに発電量を増加することができる。
　本実施の形態の開放電圧制御システムは、このような技術的な検討を重ねた結果として想到したものである。以下、本実施の形態の開放電圧制御システムについて図面を参照しつつ説明する。
　　[第１の実施の形態]
　図１は、本実施の形態の開放電圧制御システム１０の構成を示す図である。本開放電圧制御システム１０は、開放電圧測定装置３、演算制御装置４及び駆動制御装置１を備えている。開放電圧測定装置３は、負荷が付与されていない状態でのストリング電圧、即ち開放電圧を測定する。演算制御装置４は、インバータ６との間で信号の授受を行うとともに開放電圧測定装置３からの測定信号を受けて駆動制御装置１を制御する。駆動制御装置１は、太陽電池パネル２などを駆動してストリング電圧を制御する。
　そして、駆動制御装置１は、太陽電池パネル透過日射量可変装置１１、太陽電池パネル向き可変装置１２、太陽電池パネル温度可変装置１３、回路可変装置１４の内、少なくとも１つを用いて構成することができる。
　なお、図２１に示したように、インバータ６には複数のストリングを接続することができるが、開放電圧測定装置３及び演算制御装置４は、複数のストリングに共通の装置として構成され、駆動制御装置１は、それぞれのストリング毎に構成される。但し、開放電圧測定装置３、演算制御装置４及び駆動制御装置１は、この実施の形態に限定されず種々の態様で構成することができる。例えば、開放電圧測定装置３又は演算制御装置４をそれぞれのストリング毎に構成しても良い。また、駆動制御装置１をストリングに共通の装置として構成しても良い。
　第１の実施の形態では、駆動制御装置１として太陽電池パネル透過日射量可変装置１１を用い、透過日射量を可変することで開放電圧を調整する。　
　図２は、第１の実施の形態の開放電圧制御システム１０を用いた太陽光発電システムを示す図である。太陽光発電システムは、太陽電池パネル２、開放電圧測定装置３、演算制御装置４、太陽電池パネル透過日射量可変装置１１、スイッチ５及びインバータ６で構成される。太陽電池パネル透過日射量可変装置１１は、太陽光と太陽電池パネル２との間に設置され通過する日射量を調整する。なお、太陽電池パネル透過日射量可変装置１１以外の装置については説明を省略する。
　図３は、第１の実施の形態における太陽電池パネル透過日射量可変装置１１の動作を説明するための図である。図３（１）に示すように太陽電池パネル透過日射量可変装置１１として例えば液晶シャッタ１１１を使い、図３（２）に示すように液晶シャッタ１１１の透過率を変化させる制御信号を与えることで、太陽電池パネル２への日射量を制御することが出来る。なお、透過日射量を変更するための手段として、開口面積を変更する手段を使用しても良い。例えば、液晶シャッタ１１１に代えてブラインドのような遮光体を設置し、その遮光面積を変化させることで、通過する日射量を調整しても良い。
　図４は、第１の実施の形態における演算制御装置４の概略の処理手順を示すフローチャートである。演算制御装置４は、所定周期毎にこのフローチャートに示す動作を実行する。
　ステップＳ０１において、演算制御装置４は、スイッチ５が開いているかどうかをインバータ６からの信号によって判断する。上述のようにインバータ６は、ストリング電圧８がインバータ動作開始電圧を超えたときから動作を開始する。即ち、インバータ６はストリング電圧８がインバータ動作開始電圧を超えたときに、スイッチ５をＯＮ動作させてストリング電圧８を内部の変換回路に取り入れる。従って、スイッチ５の開閉状態は、インバータ６によって制御される。
　スイッチ５が閉じている場合（ステップＳ０１　Ｎｏ）は、演算制御装置４は、動作を終了する。スイッチ５が開いている場合（ステップＳ０１　Ｙｅｓ）は、ステップＳ０２において、演算制御装置４は、開放電圧測定装置３が測定した開放電圧を取り込む。
　ステップＳ０３において、演算制御装置４は、開放電圧が所定電圧以下かどうかを調べる。ここで、所定電圧は、インバータ６の負荷が稼動可能な電圧以上で太陽光発電システムの耐圧電圧よりも小さい電圧である。この詳細については後述する。開放電圧が所定電圧以下の場合（ステップＳ０３　Ｙｅｓ）は、演算制御装置４は、動作を終了する。開放電圧が所定電圧を超える場合（ステップＳ０３　Ｎｏ）は、ステップＳ０４において、演算制御装置４は、開放電圧が所定電圧となるように太陽電池パネル透過日射量可変装置１１の開度を変更する。
　図５は、太陽電池パネルのセル温度毎の、日射量と開放電圧との関係を示したグラフである。このグラフに示すように、開放電圧は日射量が少なくなることで低下する。また、開放電圧はセル温度が高くなれば低下する。グラフでは、開放電圧の耐圧電圧値に対応するセル電圧値を４０Ｖとして表している。
　ここで、本制御方法の意義について説明する。朝日が昇ってからの太陽電池パネル２の出力電圧は次のように推移すると考えられる。　
　図２４は、太陽電池パネルから出力される電圧の推移を示す図である。朝日が太陽電池パネル２を照射し、時間が経過するにつれて、太陽電池パネル２の開放電圧は増加する。演算制御装置４は、太陽電池パネル２の開放電圧が所定電圧になるように太陽電池パネル透過日射量可変装置１１の開度を制御する。ここで、所定電圧はインバータ動作開始電圧よりも高く設定されている。しかし、インバータ６は開放電圧が開始電圧を超えても直ちに動作を開始するのではなく、所定時間（例えば、十数分）経過後に起動を開始する。従って、演算制御装置４は、インバータ６が動作を開始するまで、開放電圧が所定電圧になるように制御を継続する。
　インバータ６が動作を開始すると負荷が付与されるため、その影響により太陽電池パネルから出力される電圧は低下する。その後、太陽電池パネル２の電圧はインバータ6の負荷制御機能によって太陽電池からの発電電力が大きくなるように制御され、太陽電池パネルの開放電圧の上昇は抑制される。このように、インバータ６が動作を開始した以降では、ストリング電圧８の上昇を抑えようとする作用が働く。これらのことからインバータ６が動作を開始する直近の状態での電圧が所定電圧となるように遮光面積の開度を制御することにより、耐圧電圧をこえることを防止することができる。
　この例では、所定電圧をインバータ動作開始電圧以上で耐圧電圧よりも小さい電圧に設定した。しかし、開放電圧制御システムが適用される対象はインバータ６には限られず、一般の負荷を対象とする。そのため、上述の所定電圧は、負荷が動作可能な電圧以上で耐圧電圧よりも小さい電圧に設定することに相当する。
　ここで、演算制御装置４が実行する制御動作は、ＰＩＤフィードバック制御、サンプリング制御、サンプリングＰＩ制御などの制御手法を使用しても良い。また、太陽光発電システムに特有の図５に示す特性を利用してプリセット制御を用いても良い。　
　例えば、太陽電池パネル２の中央部に温度センサ（不図示）を設け、セル温度を代表して測定する。演算制御装置４は、温度センサで測定したセル温度から図５の特性曲線を特定する。そして、その特性曲線上で開放電圧測定装置３で測定した開放電圧から、太陽電池パネル２に照射している現在の日射量Ｘを把握する。次に、開放電圧が所定の電圧になるような日射量Ｙを求め、開度を現在の開度のＹ／Ｘ倍となるように制御する。
　図６は、第１の実施の形態の開放電圧制御システムを適用した結果を示す図である。日射量は１０００（Ｗ／ｍ２）、太陽電池パネルの向きは南向き、透過日射量可変装置の日射透過率はケースＡでは１００％（遮光なし）、ケースＢでは１０％であった。太陽電池の開放電圧は、ケースＡでは４４Ｖ、ケースＢでは３９Ｖであった。
　１ストリングの開放電圧は、太陽電池の開放電圧と、１ストリングあたりの太陽電池直列接続数と、から算出される。　
　ケースＡでは、太陽電池への日射１０００Ｗ／ｍ２、セル温度－２０℃、１ストリング当たりの太陽電池の直列接続数が１５となり、１ストリングの開放電圧は６６０Ｖである。従って、太陽光発電システムの耐圧を６００Ｖとすると、それを超過している。一方、ケースＢでは、透過日射量可変装置の日射透過率を制御して１０％とすることで、１ストリングの開放電圧は５８５Ｖとなり、太陽光発電システムの耐圧６００Ｖ以内とすることが出来た。
　なお、図４のフローチャートでは、ステップＳ０３において開放電圧が所定電圧以下の場合には制御動作を行っていないが、この場合には日射量を増加させても良い。
　　[第２の実施の形態]
　第２の実施の形態では、駆動制御装置１として太陽電池パネル向き可変装置１２を用い、太陽電池パネル向きを可変することで開放電圧を調整する。　
　図７は、第２の実施の形態の開放電圧制御システム１０を用いた太陽光発電システムを示す図である。太陽光発電システムは、太陽電池パネル２、開放電圧測定装置３、演算制御装置４、太陽電池パネル向き可変装置１２、スイッチ５及びインバータ６で構成される。太陽電池パネル向き可変装置１２は、太陽電池パネルの面する日射量を調整する。なお、太陽電池パネル向き可変装置１２以外の装置については説明を省略する。
　図８は、第２の実施の形態における太陽電池パネル向き可変装置１２の側面図及び背面図である。太陽電池パネル向き可変装置１２は、太陽光からのエネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池パネル２の方向を変更する。太陽電池パネル向き可変装置１２は、方位角を制御する方位角可変装置２２及び仰角可変装置２１を備えている。そして、太陽電池パネル向き可変装置１２は、基準となる基礎２３の上に設けられている。太陽電池パネル向き可変装置１２に制御信号を与えることで太陽電池パネル２に照射する日射量を調整することが出来る。
　図９は、第２の実施の形態における演算制御装置４の概略の処理手順を示すフローチャートである。演算制御装置４は、所定周期毎にこのフローチャートに示す動作を実行する。
　ステップＳ１１において、演算制御装置４は、スイッチ５が開いているかどうかをインバータ６からの信号によって判断する。
　スイッチ５が閉じている場合（ステップＳ１１　Ｎｏ）は、演算制御装置４は、動作を終了する。スイッチ５が開いている場合（ステップＳ１１　Ｙｅｓ）は、ステップＳ１２において、演算制御装置４は、開放電圧測定装置３が測定した開放電圧を取り込む。
　ステップＳ１３において、演算制御装置４は、開放電圧が所定電圧以下かどうかを調べる。ここで、所定電圧は、インバータ６の負荷が稼動可能な電圧以上で太陽光発電システムの耐圧電圧よりも小さい電圧である。この詳細については既に述べたので省略する。開放電圧が所定電圧以下の場合（ステップＳ１３　Ｙｅｓ）は、演算制御装置４は、動作を終了する。開放電圧が所定電圧を超える場合（ステップＳ１３　Ｎｏ）は、ステップＳ１４において、演算制御装置４は、開放電圧が所定電圧となるように太陽電池パネル向き可変装置１２の向きを変更する。
　ここで、太陽電池パネル向き可変装置１２が設置されている場所での太陽の照射方向は現在の年月日時分がわかれば確定する。そこで、予め作成した太陽の照射方向に関するデータベースに基づいて、太陽の照射量を所定値に低減するように太陽電池パネル向き可変装置１２の向きを変更する。ここで、方位角可変装置２２と仰角可変装置２１とを共に動作させても良く、一方を動作させて、不十分な場合に更に他方を動作させても良い。
　図１０は、第２の実施の形態の開放電圧制御システムを適用した結果を示す図である。ケースＡでは、日射量は１０００（Ｗ／ｍ２）、太陽電池パネルの向きは日射の方向、透過日射量可変装置の日射透過率は１００％である。ケースＢでは日射量は１００（Ｗ／ｍ２）、太陽電池パネル２の向きは日射の方向と逆方向、日射透過率は１００％であった。太陽電池の開放電圧は、ケースＡでは４４Ｖ、ケースＢでは３９Ｖであった。
　１ストリングの開放電圧は、太陽電池の開放電圧と、１ストリングあたりの太陽電池直列接続数と、から算出される。　
　ケースＡでは、太陽電池への日射１０００Ｗ／ｍ２、セル温度－２０℃、１ストリング当たりの太陽電池の直列接続数が１５となり、１ストリングの開放電圧は６６０Ｖである。従って、太陽光発電システムの耐圧を６００Ｖとすると、それを超過している。一方、ケースＢでは、太陽電池パネル向き可変装置１２で日射量を制御して１００Ｗ／ｍ２とすることで、１ストリングの開放電圧は５８５Ｖとなり、太陽光発電システムの耐圧６００Ｖ以内とすることが出来た。
　なお、図９のフローチャートでは、ステップＳ１３において開放電圧が所定電圧以下の場合には制御動作を行っていないが、この場合には日射量を増加させても良い。
　　[第３の実施の形態]
　第３の実施の形態では、駆動制御装置１として太陽電池パネル温度可変装置１３を用い、太陽電池パネル温度を可変することで開放電圧を調整する。　
　図１１は、第３の実施の形態の開放電圧制御システム１０を用いた太陽光発電システムを示す図である。太陽光発電システムは、太陽電池パネル２、開放電圧測定装置３、演算制御装置４、太陽電池パネル温度可変装置１３、温度センサ３０、スイッチ５及びインバータ６で構成される。太陽電池パネル温度可変装置１３は、太陽電池パネル２に隣接して設置されパネル温度を調整する。温度センサ３０は、太陽電池パネル２の中央部に設けられ、その測定値をもってセル温度として扱う。なお、太陽電池パネル温度可変装置１３、温度センサ３０以外の装置については説明を省略する。
　図１２は、第３の実施の形態における太陽電池パネル温度可変装置１３の動作を説明するための図である。図１２（１）に示すように太陽電池パネル温度可変装置１３として、例えば電熱線１３１を使い、図１２（２）に示すように電流信号を制御信号として与えることで、太陽電池パネル２のセル温度を制御することが出来る。なお、太陽電池パネル２のセル温度を変更するための手段として、電熱線１３１の代わりに温水をつかってセル温度を調整しても良い。
　図１３は、第３の実施の形態における演算制御装置４の概略の処理手順を示すフローチャートである。演算制御装置４は、所定周期毎にこのフローチャートに示す動作を実行する。
　ステップＳ２１において、演算制御装置４は、スイッチ５が開いているかどうかをインバータ６からの信号によって判断する。
　スイッチ５が閉じている場合（ステップＳ２１　Ｎｏ）は、演算制御装置４は、動作を終了する。スイッチ５が開いている場合（ステップＳ２１　Ｙｅｓ）は、ステップＳ２２において、演算制御装置４は、開放電圧測定装置３が測定した開放電圧を取り込む。
　ステップＳ２３において、演算制御装置４は、開放電圧が所定電圧以下かどうかを調べる。ここで、所定電圧は、インバータ６の負荷が稼動可能な電圧以上で太陽光発電システムの耐圧電圧よりも小さい電圧である。この詳細については説明を省略する。開放電圧が所定電圧以下の場合（ステップＳ２３　Ｙｅｓ）は、演算制御装置４は、動作を終了する。開放電圧が所定電圧を超える場合（ステップＳ２３　Ｎｏ）は、ステップＳ２４において、演算制御装置４は、開放電圧が所定電圧となるように太陽電池パネル温度可変装置１３により太陽電池パネル２の温度を変更する。
　第３の実施の形態の制御方法は、第１の実施の形態で説明した各方法を用いることができるが、例えば、以下のように制御することができる。
　図１４は、太陽電池パネルのセル温度毎の、日射量と開放電圧との関係を示したグラフである。このグラフに示すように、開放電圧は日射量が少なくなることで低下する。また、開放電圧はセル温度が高くなれば低下する。グラフでは、開放電圧の耐圧電圧値に対応するセル電圧値を４０Ｖとして表している。
　演算制御装置４は、温度センサ３０で測定したセル温度から図１４の特性曲線を特定する。そして、その特性曲線上で開放電圧測定装置３で測定した開放電圧から、太陽電池パネル２に照射している現在の日射量を把握する。そして、その日射量の下で開放電圧を所定の電圧とするための目標セル温度を求め、太陽電池パネル温度可変装置１３により目標セル温度に制御する。
　図１５は、第３の実施の形態の開放電圧制御システムを適用した結果を示す図である。ケースＡでは、日射量は１０００（Ｗ／ｍ２）、太陽電池パネルの向きは南向き、透過日射量可変装置の日射透過率は１００％である。太陽電池の開放電圧は、ケースＡでは４４Ｖであった。
　１ストリングの開放電圧は、太陽電池の開放電圧と、１ストリングあたりの太陽電池直列接続数と、から算出される。ケースＡでは、太陽電池への日射１０００Ｗ／ｍ２、セル温度－２０℃、１ストリング当たりの太陽電池の直列接続数が１５となり、１ストリングの開放電圧は６６０Ｖである。従って、太陽光発電システムの耐圧を６００Ｖとすると、それを超過している。
　一方、ケースＣでは、ケースＡと同じく、日射量は１０００（Ｗ／ｍ２）、太陽電池パネルの向きは南向き、透過日射量可変装置の日射透過率は１００％である。太陽電池パネル温度可変装置１３でセル温度を制御して２５℃とすることで、１ストリングの開放電圧は５７０Ｖとなり、太陽光発電システムの耐圧６００Ｖ以内とすることが出来た。
　　[第４の実施の形態]
　第４の実施の形態では、駆動制御装置１として回路を構成する太陽電池パネルの接続数を可変することで開放電圧を調整する。　
　図１６は、第４の実施の形態の開放電圧制御システム１０を用いた太陽光発電システムを示す図である。太陽光発電システムは、太陽電池パネル２、開放電圧測定装置３、演算制御装置４、回路可変装置１４、スイッチ５及びインバータ６で構成される。回路可変装置１４は、１ストリングに接続される太陽電池パネルの数を変更する。
　図１７は、第４の実施の形態における演算制御装置４の概略の処理手順を示すフローチャートである。演算制御装置４は、所定周期毎にこのフローチャートに示す動作を実行する。
　ステップＳ３１において、演算制御装置４は、スイッチ５が開いているかどうかをインバータ６からの信号によって判断する。
　スイッチ５が閉じている場合（ステップＳ３１　Ｎｏ）は、演算制御装置４は、動作を終了する。スイッチ５が開いている場合（ステップＳ３１　Ｙｅｓ）は、ステップＳ３２において、演算制御装置４は、開放電圧測定装置３が測定した開放電圧を取り込む。
　ステップＳ３３において、演算制御装置４は、開放電圧が所定電圧以下かどうかを調べる。ここで、所定電圧は、インバータ６の負荷が稼動可能な電圧以上で太陽光発電システムの耐圧電圧よりも小さい電圧である。この詳細については第１の実施の形態と同じため説明を省略する。開放電圧が所定電圧以下の場合（ステップＳ３３　Ｙｅｓ）は、演算制御装置４は、動作を終了する。開放電圧が所定電圧を超える場合（ステップＳ３３　Ｎｏ）は、ステップＳ３４において、演算制御装置４は、開放電圧がインバータ動作開始電圧以上で耐圧電圧よりも小さい範囲の電圧となるように回路可変装置１４によって１ストリングに接続される太陽電池パネルの数を変更する。
　例えば、演算制御装置４は、開放電圧が所定電圧を超える場合、太陽電池パネル２の数を変更（減少）すれば良い。更に、太陽電池パネルに温度計（不図示）を設けて次のように制御することができる。
　図１８は、太陽電池パネルのセル温度毎の、日射量と開放電圧との関係を示したグラフである。このグラフに示すように、開放電圧は日射量が少なくなることで低下する。また、開放電圧はセル温度が高くなれば低下する。グラフでは、開放電圧の耐圧電圧値を４０Ｖとして表している。
　演算制御装置４は、温度センサ３０で測定したセル温度から図１８の特性曲線を特定する。そして、その特性曲線上で開放電圧測定装置３で測定した開放電圧から、太陽電池パネル２に照射している現在の日射量Ｘを把握する。次に、開放電圧が所定の電圧になるような日射量Ｙを求め、１ストリングに接続される太陽電池パネルの数を現在のパネルの数のＹ／Ｘ倍となるように制御する。
　図１９は、回路可変装置１４により太陽電池パネルの数を変更する態様を示す模式図である。図１９（１）は、変更前の１ストリングの接続状態を表している。変更前では、１ストリングは１５個の太陽電池パネル２が直列に接続されている。図１９（２）は、変更後の１ストリングの接続状態を表している。変更後では、１ストリングは１３個の太陽電池パネル２が直列に接続されている。
　なお、断続する太陽電池パネル２の数は、図１９に示すように固定数（例えば２個）であっても良く、減少させる電圧数に応じた可変数（例えば、１～３個）としても良い。また、断続する太陽電池パネル２は、直列に接続した、先頭部分、中間部分、後部部分のいずれであっても良い。
　図２０は、第４の実施の形態の開放電圧制御システムを適用した結果を示す図である。ケースＡでは、日射量は１０００（Ｗ／ｍ２）、太陽電池パネルの向きは南向き、透過日射量可変装置の日射透過率は１００％である。太陽電池の開放電圧は、ケースＡでは４４Ｖであった。
　１ストリングの開放電圧は、太陽電池の開放電圧と、１ストリングあたりの太陽電池直列接続数と、から算出される。ケースＡでは、太陽電池への日射１０００Ｗ／ｍ２、セル温度－２０℃、１ストリング当たりの太陽電池の直列接続数が１５となり、１ストリングの開放電圧は６６０Ｖである。従って、太陽光発電システムの耐圧を６００Ｖとすると、それを超過している。
　一方、ケースＤでは、ケースＡと同じく、日射量は１０００（Ｗ／ｍ２）、太陽電池パネルの向きは南向き、透過日射量可変装置の日射透過率は１００％である。回路可変装置１４で１ストリングに接続される太陽電池パネル２の数を１３個とすることで、１ストリングの開放電圧は５７２Ｖとなり、太陽光発電システムの耐圧６００Ｖ以内とすることが出来た。
　以上説明した各実施の形態では、駆動制御装置１は、それぞれ太陽電池パネル透過日射量可変装置１１、太陽電池パネル向き可変装置１２、太陽電池パネル温度可変装置１３、回路可変装置１４のいずれかを用いていたが、複数の装置を適宜組合わせて構成することができる。また、ストリング毎に駆動制御装置１に用いる装置の種類を選択しても良い。
　なお、上述の制御動作は、「インバータ６が動作を開始する直前のタイミング」に限られない。なんらかの理由で「ストリングが開放された場合」においても同様に動作する。例えば、整備あるいは検査のために、意図してスイッチ５を開放する場合がある。このとき、負荷が切り離されるため開放されたストリングからは耐圧以上の電圧が発生して、ストリング７、太陽電池パネル２などを損傷する恐れがある。このような場合においても、開放電圧制御システム１０は、ストリングから発生する電圧が耐圧以上とならないように動作する。そして、整備終了後に接続された場合、上述の各実施の形態で説明した制御動作が行われることから太陽光発電システムに耐圧を超える電圧が作用することは無い。
　　[バリエーションの形態]　
　上述の各実施の形態の構成のバリエーションについて説明する。
　図２では、演算制御装置４は、インバータ６からスイッチ５の開閉状態に関する情報を取得したが、この形態に限定されない。　
　例えば、演算制御装置４が開放電圧測定装置３で測定した電圧を監視し、その電圧が急激に低下した場合に、インバータ６に負荷が付与されたと判断して制御動作を停止しても良い。即ち、演算制御装置４が開放電圧測定装置３で測定した電圧に基づいてスイッチ５の開放状態を判定する。　
　また、演算制御装置４は、スイッチ５の状態をＤＩ（デジタル入力）として取り入れ、ＤＩを監視することで、スイッチ５の開閉状態を取得することができる。
　更に、人間が手動で演算装置に制御停止・開始を指示しても良い。即ち、スイッチ５が接続・開放されたことを指示しても良い。とくに、整備あるいは検査作業のために、インバータ６とストリングとの接続を切り離し、作業終了後に制御に投入するようなケースでは、柔軟に設備を運用することができる。　
　これらのバリエーションの形態は、上述の各実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
　なお、上述の各実施の形態で説明した機能は、ハードウェアを用いて構成するに留まらず、ソフトウェアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現することもできる。また、各機能は、適宜ソフトウェア、ハードウェアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。
　従って、フローチャートとして記載され、説明された処理は、その処理を実現するハードウェアで構成することができる。
　尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。　
　上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

Claims (6)

  1. 　直列に接続された太陽電池パネルを有するストリングと、前記ストリングで発生した直流電圧を負荷に供給するための経路を断続するスイッチとを有する太陽光発電システムに用いられて前記ストリングの開放電圧を制御する開放電圧制御システムであって、
    　前記ストリングと前記負荷とが接続されていない開放状態での前記ストリングの開放電圧を測定する開放電圧測定装置と、
    　前記太陽電池パネルからの出力電圧を制御する駆動制御装置と、
    　前記ストリングと前記負荷とが開放状態において、前記開放電圧測定装置が測定した開放電圧に基づいて前記開放電圧が前記負荷の動作可能電圧以上でかつ前記太陽光発電システムの耐圧電圧を超えない所定の電圧値となるように前記駆動制御装置を制御する信号を出力する演算制御装置と
    　を備えたことを特徴とする開放電圧制御システム。
  2. 　前記駆動制御装置は、前記太陽電池パネルを照射する日射量を変更する日射量可変装置であり、
    　前記演算制御装置は、前記開放電圧測定装置が測定した開放電圧に基づいて、前記ストリングから発生する開放電圧が前記所定の電圧値になるように日射量を変更する信号を前記日射量可変装置に出力すること
    　を特徴とする請求項１に記載の開放電圧制御システム。
  3. 　前記駆動制御装置は、前記太陽電池パネル面の方位、傾きの少なくとも一つを変更する向き可変装置であり、
    　前記演算制御装置は、前記開放電圧測定装置が測定した開放電圧に基づいて、日射の方向と開放電圧との関係から、前記ストリングから発生する開放電圧が前記所定の電圧値になるように前記太陽電池パネル面の方位、傾きの少なくとも一つを変更する信号を前記向き可変装置に出力すること
    　を特徴とする請求項１に記載の開放電圧制御システム。
  4. 　前記太陽電池パネルの温度を測定する温度計を更に有し、
    　前記駆動制御装置は、前記太陽電池パネルの温度を変更する温度可変装置であり、
    　前記演算制御装置は、前記開放電圧測定装置が測定した開放電圧に基づいて、セル温度と開放電圧との関係から、前記ストリングから発生する開放電圧が前記所定の電圧値になるようにセル温度を変更する信号を前記温度可変装置に出力すること
    　を特徴とする請求項１に記載の開放電圧制御システム。
  5. 　前記駆動制御装置は、複数の前記太陽電池パネルの直列接続数を変更する回路可変装置であり、
    　前記演算制御装置は、前記開放電圧測定装置が測定した開放電圧に基づいて、直列接続数と開放電圧との関係から、前記ストリングから発生する開放電圧が前記負荷の動作可能電圧以上でかつ前記太陽光発電システムの耐圧電圧を超えない所定範囲内の電圧値になるように前記太陽電池パネルの接続数を変更する信号を前記回路可変装置に出力すること
    　を特徴とする請求項１に記載の開放電圧制御システム。
  6. 　前記太陽電池パネルのセル温度を測定する温度計を更に有し、
    　前記駆動制御装置は、前記太陽電池パネルを照射する日射量を変更する日射量可変装置であり、
    　前記演算制御装置は、前記開放電圧測定装置が測定した開放電圧と前記セル温度とに基づいて、前記セル温度における日射と開放電圧との関係から、前記ストリングから発生する開放電圧が前記所定の電圧値になるように日射量を変更する信号を前記日射量可変装置に出力することを特徴とする請求項１に記載の開放電圧制御システム。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10090430B2 (en) * 2014-05-27 2018-10-02 Sunpower Corporation System for manufacturing a shingled solar cell module
CN104767482B (zh) * 2014-01-02 2017-05-31 上海岩芯电子科技有限公司 一种光伏组件老化和短路故障在线诊断方法
JP6554703B2 (ja) * 2014-05-27 2019-08-07 サンパワー コーポレイション システム
CN106803669B (zh) * 2015-11-26 2019-06-04 致茂电子(苏州)有限公司 用以模拟近似太阳能电池的电源供应器及其方法
JP6718109B2 (ja) 2016-03-07 2020-07-08 富士通株式会社 過電圧保護回路及び過電圧保護制御方法
CN106208961A (zh) * 2016-08-02 2016-12-07 成都亿伏科技有限公司 一种光伏组件智能管理系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001084343A (ja) 1999-09-16 2001-03-30 Toshiba Corp 非接触ｉｃカード及びｉｃカード通信システム
JP2005282106A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Kyocera Corp 調光ガラス窓システム
JP2008198829A (ja) * 2007-02-14 2008-08-28 Sharp Corp 太陽光発電システム、管理装置、および発電監視装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4528503A (en) * 1981-03-19 1985-07-09 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Method and apparatus for I-V data acquisition from solar cells
JP3352334B2 (ja) * 1996-08-30 2002-12-03 キヤノン株式会社 太陽電池の電力制御装置
JP3560308B2 (ja) * 1997-07-10 2004-09-02 キヤノン株式会社 太陽電池の良否判定方法
JP2000228529A (ja) * 1998-11-30 2000-08-15 Canon Inc 過電圧防止素子を有する太陽電池モジュール及びこれを用いた太陽光発電システム
US6876187B2 (en) * 2000-07-04 2005-04-05 Canon Kabushiki Kaisha Method and apparatus for measuring photoelectric conversion characteristics
JP2002289891A (ja) 2001-03-23 2002-10-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 太陽電池パネルの監視・保全方法
JP2002359386A (ja) 2001-05-31 2002-12-13 Canon Inc 太陽電池ストリング、太陽電池アレイ及び太陽光発電システム
JP4556677B2 (ja) * 2005-01-18 2010-10-06 オムロン株式会社 カーブトレーサを内蔵したパワーコンディショナ
JP2007088280A (ja) * 2005-09-22 2007-04-05 Msk Corp 透過型太陽電池モジュール
CN100403620C (zh) * 2006-11-30 2008-07-16 北京恒基伟业投资发展有限公司 一种利用光伏电池自适应串并联充电的方法和装置
EP2137543B1 (en) * 2007-04-19 2012-02-08 Oerlikon Solar AG, Trübbach Test equipment for automated quality control of thin film solar modules
CN101459391A (zh) * 2007-12-13 2009-06-17 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 光伏控制系统
CN100578420C (zh) * 2008-02-28 2010-01-06 上海交通大学 适应天气状况的变电压光伏系统最大功率跟踪控制方法
CN101645672B (zh) * 2009-08-26 2011-07-27 深圳科士达科技股份有限公司 一种太阳能电池板供电系统及其启动控制方法
US20110184583A1 (en) * 2010-01-22 2011-07-28 General Electric Company Model-based power estimation of photovoltaic power generation system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001084343A (ja) 1999-09-16 2001-03-30 Toshiba Corp 非接触ｉｃカード及びｉｃカード通信システム
JP2005282106A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Kyocera Corp 調光ガラス窓システム
JP2008198829A (ja) * 2007-02-14 2008-08-28 Sharp Corp 太陽光発電システム、管理装置、および発電監視装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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