WO2012160864A1 - 集電箱 - Google Patents

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牧野　康弘
健男 石田
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • 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 a current collection box through which energy generated by a solar cell passes, which is used in a preceding stage of a power conversion device that is superimposed on this system after converting the energy generated by the solar cell into AC power synchronized with the system.
  • the present invention relates to a current collection box that can charge energy to a storage battery.
  • power generated by a solar cell (string) is boosted by a DC / DC converter, converted to AC power by a DC / AC converter, and then superimposed on the system.
  • a storage battery is connected to a power line connecting the DC / DC converter and the DC / AC converter via a switch such as a relay.
  • the charging voltage of the storage battery is applied to the DC / AC converter as it is.
  • the output voltage of the storage battery is boosted (for example, about 280 V for single-phase 100 V AC and about 560 V for single-phase 200 V AC).
  • the DC / AC converter may not have a sufficient step-up ratio to boost the voltage. In some cases, the required voltage was not met.
  • the rated voltage of the storage battery according to the AC power to be output such as at least 280V, 560V, etc.
  • the storage battery itself needs to be increased in size and measures against high voltage, so it is not suitable for a small system. there were.
  • the current collection box of the present invention is a reactor connected between the positive electrode side and the negative electrode side of a solar cell string in which solar cells are combined in series / parallel.
  • the output of the boost circuit obtained from the boosting circuit having a switching element to be conducted to the negative side of the battery string, the storage battery, and the positive side terminal of the capacitor of the boosting circuit is made to output an alternating current output.
  • the switching unit supplies the output of the booster circuit to the power converter side by controlling the ON / OFF of the switching element to charge the storage battery.
  • Generated power of the output or solar cells in which a control unit for controlling the ON / OFF of the switching element so as to converge in the vicinity of the maximum value or the maximum value.
  • the current collection box of the present invention is further configured so that the solar cell string can be further connected, and the generated power of the further connected solar cell string is different from the booster circuit through the booster circuit having the same configuration.
  • the booster circuit is connected to the converter side and controls the ON / OFF of the switching element of the booster circuit so that the output of the booster circuit or the generated power of the solar cell converges to the maximum value or near the maximum value. Part.
  • the switching unit is configured with a relay piece.
  • the switching unit when the switching unit is supplying the output of the booster circuit to the storage battery side, the switching element is turned on / off to perform constant voltage charging of the storage battery.
  • the reactor connected between the positive electrode side and the negative electrode side of the solar cell string in which the solar cells are combined in series / parallel, the reactor in the series circuit of the diode, the capacitor, and the diode between the diodes on the negative electrode side of the solar cell string A booster circuit having a switching element to be conducted, a storage battery, and an output of a booster circuit obtained from a positive terminal of the capacitor of the booster circuit on the storage battery side or on the power converter side that outputs an AC output unlike the storage battery side
  • the switching unit for switching, and when the switching unit is supplying the output of the booster circuit to the storage battery side, the solar cell string has a voltage range that is a predetermined voltage value lower than the voltage at which the generated power of the solar cell string is maximum.
  • the switch is set so that a voltage is applied to the storage battery so that the output or the generated power of the solar battery is at or near the maximum value.
  • the switching unit supplies the output of the booster circuit to the power conversion device side by controlling the ON / OFF of the chucking element and the switching unit supplies the output to the power converter, the output or the generated power of the solar cell is the maximum value or near the maximum value
  • a control unit that controls ON / OFF of the switching element so as to converge to the same, and the rated voltage of the storage battery is equal to or lower than a voltage lower than a voltage at which the generated power of the solar cell string is maximum by a predetermined voltage value.
  • the controller turns ON / OFF the switching element so that the voltage applied to the storage battery does not exceed the set maximum voltage value when performing constant voltage charging with respect to the rated voltage of the storage battery. It is something to control.
  • a current collection box configured to store a plurality of booster circuits having switching elements to be conducted and convert the outputs of the plurality of booster circuits to AC power and output the same, a connection portion to which a storage battery can be connected And a switching unit that switches the output of at least one boosting circuit among the plurality of boosting circuits to the connection unit side or the power conversion device side, and a configuration that supplies the output of the boosting circuit not connected to the switching unit only to the power conversion device.
  • a current collection box characterized by comprising.
  • the present invention constitutes a current collection box that can reduce the rated voltage of the storage battery to be used and enhance versatility even in a small-scale system.
  • the power converter After storing the generated energy of the solar battery in the storage battery via the current collection box, the power converter boosts the discharge power of this storage battery and converts it to AC power, so the rated voltage of the storage battery, that is, the discharge voltage must be lowered. And a combination of low-voltage general-purpose batteries becomes possible.
  • This AC power is superimposed on the power line of the system 25 through the two normally open contact pieces 23a and 23b and the two switching contact pieces 24a and 24b.
  • the AC power of the system 25 and the AC power output from the power converter 3 are supplied to the load via this power line.
  • the two switching contact pieces 24a and 24b are switched to the normally open contact side when the system 25 is not linked with the system 25 and outputs AC power to the load independently, and the AC output of the power converter 3 is independent. It is output via the outlet 26.
  • the 28 is a current collection box that does not have a function of charging the storage battery, and includes a DC / DC converter that boosts the power generated by the solar cell strings 29 in the same configuration as the current collection box 1.
  • Reference numerals 30 and 31 denote current collection boxes similar to the current collection box 28 and are connected to the solar cell strings 32 and 33, respectively.
  • the output of the current collection boxes 28, 30, 31 is connected to the output terminal of the current collection box 1 via a diode 34 that prevents backflow of power, and the discharge of the storage battery 4 flows to the current collection boxes 28, 30, 31. To prevent that. That is, the output of the DC / DC converter (boost circuit) of the current collection boxes 28, 30, 31 is supplied only to the power converter 3.
  • the diode 34 can be omitted when allowing discharge of the storage battery 4 to the current collecting boxes 28, 30, 31.
  • the solar cell strings 2, 29, 32, and 33 can be associated in order of increasing average solar radiation, for example, in order of south side, east side, west side, and north side, and the solar cell string corresponding to the north side can be omitted. It is. Further, the current collection box 28 may be configured to be equivalent to the current collection box 1 so that the storage battery can be charged. In addition, you may comprise only using the solar cell string 2. FIG.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing another embodiment. The difference from FIG. 1 is that the current collection boxes 1, 28, 30, 31 shown in FIG. It is what.
  • the current collection box 40 has the functions of the current collection boxes 1, 28, 30, and 31 shown in FIG. 1 and performs the same operation. By collecting the functions in the current collection box 40, the construction including the storage battery is performed. The property is improved. Components having the same operations as those in the configuration shown in FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the storage battery 4 during charging.
  • the relay contact piece 9 is on the storage battery side, the normally open contact piece 10 is open, and the power generation of the solar cell string 2 is sufficient for charging the storage battery 3.
  • the ON duty of the switching cycle in which the switching element 8 is ON / OFF controlled so that the generated power of the solar cell string 2 is maximized in step S1 is based on MPPT (Maximum Power Point Tracking). Calculated. If this value is not charging in step S2, the process proceeds to step S3 and this value is set in the output unit.
  • the switching element 8 is turned ON / OFF based on the set value. That is, the value of the ON duty is changed every cycle of this flowchart.
  • step S4 determines whether or not the charging current I to the storage battery 4 exceeds the set current Iset. Then, the value of the ON duty calculated in step S1 is decreased by a predetermined value. That is, the voltage applied to the storage battery 4 is lowered and the charging current to the storage battery 4 is reduced.
  • This set current Iset is arbitrarily set in consideration of the type, characteristics, and design of the storage battery 4.
  • step S6 it is determined whether or not the storage battery 4 is fully charged. This determination of full charge is based on whether or not the terminal voltage of the storage battery 4 has reached a voltage indicating full charge or a voltage determined to be full charge set in advance, and if the charge capacity of the storage battery can be managed, the charge capacity is When the target charge capacity is reached, it is determined that the battery is fully charged.
  • step S6 If the full charge is not determined in step S6, the process proceeds to step S3, and the ON duty value is set in the output section.
  • step S7 charge termination processing is performed. That is, the relay contact piece 9 is switched to the power conversion device 3 side, and the determination during charging in step S2 is subsequently determined as “No”.
  • the charging method of the storage battery 4 is not limited to such a charging method, and a charging method using a constant current or a charging method using a constant voltage can also be used.
  • step S4 is changed to determination whether the applied voltage V of the storage battery 4 is not in the range of 360V to 400V. When this condition is satisfied, the value of the ON duty is corrected in step S5.
  • the ON duty is increased, and when the applied voltage exceeds 400V, the ON duty is reduced.
  • the process proceeds to step S6, and the storage battery 4 is determined to be fully charged.
  • FIG. 4 is an example of a time chart showing the driving operation, in which driving is performed by arbitrarily selecting the driving modes “mode A”, “mode B”, “mode C”, and “mode D”.
  • Mode A is a mode that automatically charges the storage battery according to the power generation amount of the solar cell string
  • Mode B is a mode in which an automatic discharge mode is added in addition to this automatic charging. This is indicated by “modes A and B”.
  • Mode D is for starting the discharge of the storage battery 4 by closing the normally open contact piece 10 when this mode is selected or when a separate switch is operated in addition to this mode. This discharge is continued until the end of the discharge.
  • mode C By using “mode C” and “mode D”, charging can be started at an arbitrary time by a leading operation and discharging can be started at an arbitrary time if a switch operation is taken into consideration.
  • the selection of these modes and the operation of the switch can be configured so as to enable the remote operation using the operation in the main electrical box or the remote controller, and may be arbitrarily configured.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Abstract

【課題】直流電力を交流電力へ変換する電力変換装置の前段に設けられ容易に蓄電池を利用したシステムを構成できるようにするものである。 【解決手段】太陽電池ストリング２の正極側と負極側との間に接続されるリアクタ５、ダイオード６、コンデンサ７の直列回路の当該リアクタ５、ダイオード６間を太陽電池ストリング２の負極側に導通させるスイッチング素子８を有する昇圧回路と、蓄電池４と、昇圧回路の前記コンデンサ７の正極側の端子から得られる昇圧回路の出力を蓄電池４側、又は蓄電池４側と異なり交流出力を出力させる電力変換装置３側に切り換える切換部９と、切換部９が昇圧回路の出力を蓄電池４側へ供給している際は蓄電池４の充電を行い、切換部９が昇圧回路の出力を電力変換装置３側へ供給している際は当該出力又は太陽電池の発 電電力が最大値又は最大値付近に収束するようにスイッチング素子８のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部２７とを備える。

Description

集電箱
　本発明は太陽電池で発電されたエネルギーを系統に同期した交流電力に変換した後この系統へ重畳する電力変換装置の前段に用いられ太陽電池で発電されたエネルギーが経由する集電箱に関し、前記エネルギーを蓄電池に充電可能にする集電箱に関する。
　近年、太陽電池で発電されたエネルギーを交流電力に変換して系統へ重畳する電力変換装置が普及している。この電力変換システムでは太陽電池の発電エネルギー量に依存して系統へ重畳される電力も変化するため、任意のタイミングでこの発電エネルギーを系統へ重畳するなどの活用ができないものであった。
　そのため、電力変換装置内に蓄電池を設け、太陽電池の発電エネルギーをこの蓄電池に充電し任意のタイミングで放電して使用するものが考えられていた。（特許文献１参照）
特開２０００－１１６０１０号公報
　システムでは、太陽電池（ストリング）で発電された電力がＤＣ/ＤＣコンバータで昇圧され、ＤＣ／ＡＣコンバータで交流電力に変換された後、系統へ重畳されるように構成されていた。ＤＣ/ＤＣコンバータとＤＣ/ＡＣコンバータとをつなぐ電力線にリレーなどの開閉器を介して蓄電池が接続され、この蓄電池の放電の際は蓄電池の充電電圧がそのままＤＣ／ＡＣコンバータに印加されていた。従って、蓄電池の放電エネルギーを系統へ重畳若しくは交流の独立電源として出力する際には、この蓄電池の出力電圧を昇圧（例えば、単相１００Ｖの交流では約２８０Ｖ、単相２００Ｖの交流では約５６０Ｖ）し安定化した後一般的なＰＷＭに基づく疑似正弦波を生成する必要があるがＤＣ／ＡＣコンバータで昇圧を兼ねるにはその昇圧比が充分に取れない場合があり出力される交流電力の電圧が必要電圧に満たない場合があった。
　よって、一般的には蓄電池の定格電圧を少なくともこの２８０Ｖ、５６０Ｖなど出力する交流電力に応じて構成する必要があり、蓄電池自体の大型化、高圧対策が必要となり小型のシステムには向かないものであった。
　本発明の集電箱は、太陽電池セルを直列／並列に組み合わせた太陽電池ストリングの正極側と負極側との間に接続されるリアクタ、ダイオード、コンデンサの直列回路の当該リアクタ、ダイオード間を太陽電池ストリングの負極側に導通させるスイッチング素子を有する昇圧回路と、蓄電池と、昇圧回路のコンデンサの正極側の端子から得られる昇圧回路の出力を蓄電池側、又は当該蓄電池側と異なり交流出力を出力させる電力変換装置側に切り換える切換部と、当該切換部が昇圧回路の出力を前記蓄電池側へ供給している際は当該出力で前記蓄電池を交流のピーク電圧値の２倍超えない定格電圧に成るようにスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御して当該蓄電池の充電を行い切換部が昇圧回路の出力を電力変換装置側へ供給している際は当該出力又は太陽電池の発電電力が最大値又は最大値付近に収束するように前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部とを備えるものである。
　また、本発明の集電箱はさらに、太陽電池ストリングをさらに接続可能に構成すると共に、このさらに接続される太陽電池ストリングの発電電力は昇圧回路と異なり同様の構成を有する昇圧回路を介して電力変換装置側へ接続されると共に、この昇圧回路は当該昇圧回路の出力又は太陽電池の発電電力が最大値又は最大値付近に収束するようにこの昇圧回路のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部とを備えるものである。
　また、本発明の集電箱はさらに、切換部は予め定めた時刻に昇圧器の出力を蓄電池側又は電力変換装置側に切り替えると共に、昇圧器の出力が蓄電池側の際に当該蓄電池の所定量以上の充電を検知した際に切換部を電力変換装置側に切り替えるものである。
　また、本発明の集電箱は、切換部はリレーの接片で構成されるものである。
　また、本発明の集電箱は、電力変換装置は集電箱から出力される直流電力を昇圧回路で昇圧した後、インバータ回路部で交流電力に変換して出力させると共に、蓄電池の定格電圧はインバータ回路の入力電圧の１／２～２／３程度の電圧であるものである。
　また、本発明の集電箱は、蓄電池の定格電圧は太陽電池ストリングの最大発電電圧を超えないものである。
　また、切換部が昇圧回路の出力を蓄電池側へ供給している際は前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御して当該蓄電池の定電圧充電を行うものである。
　また、太陽電池セルを直列／並列に組み合わせた太陽電池ストリングの正極側と負極側との間に接続されるリアクタ、ダイオード、コンデンサの直列回路の当該リアクタ、ダイオード間を太陽電池ストリングの負極側に導通させるスイッチング素子を有する昇圧回路と、蓄電池と、昇圧回路の前記コンデンサの正極側の端子から得られる昇圧回路の出力を蓄電池側、又は当該蓄電池側と異なり交流出力を出力させる電力変換装置側に切り換える切換部と、当該切換部が昇圧回路の出力を蓄電池側へ供給している際は太陽電池ストリングの発電電力が最大となる電圧より所定電圧値低い電圧以上の電圧の範囲で太陽電池ストリングの当該出力又は太陽電池の発電電力が最大値又は最大値付近になるような電圧が蓄電池へ印加されるようにスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御して当該蓄電池の充電を行い切換部が昇圧回路の出力を電力変換装置側へ供給している際は当該出力又は太陽電池の発電電力が最大値又は最大値付近に収束するようにスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部とを備えると共に蓄電池の定格電圧が太陽電池ストリングの発電電力が最大となる電圧より所定電圧値低い電圧以下であるものである。
　また、蓄電池の充電を行う際は、当該蓄電池へ印加される電圧が蓄電池の定格電圧に対し定電圧充電を行う際の設定最大電圧値を越えないようにスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御部で制御するものである。
また、太陽電池セルを直列／並列に組み合わせた太陽電池ストリングの正極側と負極側との間に接続されるリアクタ、ダイオード、コンデンサの直列回路の当該リアクタ、ダイオード間を太陽電池ストリングの負極側に導通させるスイッチング素子を有する昇圧回路を複数収納しこれら複数の昇圧回路の出力を交流電力に変換して出力する電力変換装置へ供給可能に構成された集電箱において、蓄電池が接続可能な接続部と、複数の昇圧回路の内少なくとも１つの昇圧回路の出力を接続部側、又は電力変換装置側に切り換える切換部と、切換部とつながらない昇圧回路の出力を電力変換装置へのみ供給させる構成とを備えることを特徴とする集電箱。
　本発明は、用いる蓄電池の定格電圧を下げ小規模なシステムでも汎用性を高めることができる集電箱を成したものである。
図１は本発明を電力変換装置に接続した際の全体を示す説明図である。 図２は図１に示す説明図に代わる他の実施例を示す説明図である。 図３は蓄電池への充電時の動作を示す説明図である。 図４は蓄電池への充電と放電のタイミングを示す説明図である。
　太陽電池の発電エネルギーを集電箱を介して蓄電池へ蓄電した後、電力変換装置はこの蓄電池の放電電力を昇圧した後交流電力に変換するので、蓄電池の定格電圧、すなわち放電電圧を低くすることができ、低電圧の汎用電池の組み合わせが可能になるものである。
　図１は本発明の実施例を示す説明図であり、１は集電箱であり、太陽電池セル（図示せず）を複数個直列及び並列に組み合わせて所定の電圧と所定の出力が発電されるように成した太陽電池ストリング２から発電出力されたエネルギー（発電電力）を昇圧して電力変換装置３へ供給するか蓄電池４へ供給するかを切り替えることができるものである。
この太陽電池ストリング２は例えば家屋などの建物の屋根または屋上に南側に向けて設置されている。太陽電池ストリング２の発電電力は集電箱の正極端子Ｐにと負極端子Ｎとの間に出力され、端子Ｐと端子Ｎとの間にはリアクタ５、ダイオード６、コンデンサ７が直列に接続され、またリアクタ５とダイオード６との接続点と端子Ｎ（太陽電池ストリング２の負極側）との間にスイッチング素子が接続されている。
　９は切り替え接片（切換部）でありダイオード６とコンデンサ７との接続点の出力を電力変換装置３の側若しくは蓄電池４の側のいずれかに切り替えるリレー接片であり、常閉状態（励磁されていない状態）で電力変換装置３の側であり、励磁状態で蓄電池４の側に切り替わるものである。１０は常開接片であり励磁状態で蓄電池４の放電出力を電力変換装置３へ供給できるものである。
　１１は制御部であり、リレー接片９が電力変換装置３の側にあるときは、端子Ｐでの電圧と電流との積、すなわち太陽電池ストリング２の発電電力が最大になるようにスイッチング素子８をＯＮ／ＯＦＦ制御しているスイッチング周期（例えば２０Ｈｚ）のＯＮデューティを可変するものである。この制御によりリアクタ５、ダイオード６、コンデンサ７、スイッチング素子８はＤＣ／ＤＣコンバータとして動作しその出力電圧はスイッチング素子に与えられるＯＮデューティによって変わるものである。
　リレー接片９が蓄電池４の側にあるときは、前記制御に加えて蓄電池４へ充電される電流が設定電流値を超えないようにまたは蓄電池４への印加電圧が設定電圧を超えないようにＯＮデューティが補正（小さくなるように補正）される。また蓄電池４の端子電圧が設定電圧（満充電と判断する状態）に至った際に蓄電池４の充電を終了するものである。
　電力変換装置３は正極入力端子Ｐｐと負極入力端子Ｎｐとを備え、集電箱１の出力電力は端子Ｐｐと端子Ｎｐ間に供給される。端子Ｐｐと端子Ｎｐ間には集電箱１と同様にリアクタ１２、ダイオード１３、コンデンサ１４、スイッチング素子１５で構成されたＤＣ／ＤＣコンバータが接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧された直流電力はスイッチング素子１６～１９で構成された単相ブリッジ回路（インバータ回路）でチョッピングされ擬似正弦波となりリアクタ２０、２１とコンデンサ２２のローパスフィルターを経た後に交流電力に変換される。この交流電力は２連の常開接片２３ａ、２３ｂ及び２連の切り替え接片２４ａ、２４ｂを介して系統２５の電力ラインに重畳される。
　この電力ラインを介して系統２５の交流電力及び電力変換装置３から出力される交流電力が負荷へ供給されるものである。２連の切り替え接片２４ａ、２４ｂは系統２５が停電の際や系統２５とは連携せず単独で交流電力を負荷へ出力する際に常開接片側に切り替わり電力変換装置３の交流出力を独立コンセント２６を介して出力するものである。
　２７は電力変換装置３の制御部であり、系統の周波数と同じでありかつ系統と同期した擬似正弦波が得られるようにスイッチング素子１６～１９をＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ　ｗｉｄｔｈ　ｍｏｄｕｌａｔｉon：パルス幅変調）制御に基づいてＯＮ／ＯＦＦさせるものであり、また系統２５に重畳させる交流電力が最大になるように（系統の電圧は実質的に一定であるため、系統２５に重畳させる交流電力の電流が最大になるように）ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子１５のＯＮデューティを変える制御を行うものである。
　例えば、系統２５の電圧が単相２００Ｖ（実効値）であれば、この交流電力の電圧波形はピーク電圧が約２８０Ｖの正弦波であり、当該正弦波を得るための擬似正弦波（ローパースフィルターの１次側）は直流５６０Ｖをチョッピングした波形である。従って、電力変換装置３から系統２５へ交流電力を重畳させるには系統２５の電圧（５６０Ｖ）以上の直流電圧を単相ブリッジ回路に印加する必要があり、この電力変換装置３のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧には５６０Ｖ以上が必要になる。
　尚、系統２５への重畳させる電力を「０」にする必要が生じた場合はこのＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は５６０Ｖ以下であれば良いがＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧比は「１」以下とはならないため電力変換装置３の端子Ｐｐと端子Ｎｐと間に供給される電圧は５６０Ｖ以下が好ましい。すなわち系統の交流のピーク電圧の２倍を超えない直流電圧が好ましい。また変換効率を重視しなければ、この電圧以下になるように降圧回路を設けることも可能である。
　常開接片１０を閉じると蓄電池４は電力変換装置３の端子Ｐｐと端子Ｎｐ間に接続されこれら端子間に放電が行われるが、これら端子間の電圧は系統の交流のピーク電圧の２倍を超えない値が好ましく、従って蓄電池４の定格電圧を、この蓄電池４の充電を終了する設定電圧とするとこの系統の交流のピーク電圧の２倍を超えない電圧が好ましい。例えば、太陽電池ストリング２からの充電を考慮し、この太陽電池ストリング２の定格電圧より高く５６０Ｖ以下の値で、蓄電池４の構成し易い値であり、例えば定格電圧は２００Ｖ～４５０Ｖの程度が良く、両ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧効率が良くなるような範囲で設定する。
尚、この電圧は一例であり系統の条件、太陽電池ストリングの条件、電力変換装置の条件等によって任意に設定されるものである。例えば、１２Ｖの汎用電池があれば直列に２５個接続した電圧が当てはまる。
　２８は蓄電池への充電機能を有さない集電箱であり太陽電池ストリングス２９の発電力が最大になるように昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータを集電箱１と同様な構成で備えるものである。３０、３１はそれぞれ集電箱２８と同様な集電箱であり太陽電池ストリング３２、３３に繋がっている。集電箱２８、３０、３１の出力は電力の逆流を防止するダイオード３４を介して集電箱１の出力端子に接続されており、蓄電池４の放電が集電箱２８、３０、３１へ流れることを防止している。すなわち、集電箱２８、３０、３１のＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）の出力を電力変換装置３へのみ供給させている。尚、このダイオード３４は蓄電池４の集電箱２８、３０、３１への放電を許容する際は省略することができるものである。
　太陽電池ストリング２、２９、３２、３３は例えば順に南側、東側、西側、北側のように平均日射量が多い順に対応させることが可能であり、北側に相当する太陽電池ストリングは省略することも可能である。また集電箱２８を集電箱１と同等にして蓄電池への充電を可能に構成してもよい。尚、太陽電池ストリング２のみを用いて構成してもよいものである。
　図２は他の実施例を示す説明図であり、図１との相違は図１に示す集電箱１、２８、３０、３１を単一の筐体内に収納して１つの集電箱４０としたものである。この集電箱４０には図１に示した集電箱１、２８、３０、３１の機能を備え同様の動作を行うものであり、集電箱４０に機能をまとめることにより蓄電池を含めた施工性が向上するものである。
　尚、図１に示した構成と同じ動作をするものは同じ記号を付して説明を省略する。
　図３は蓄電池４の充電時の動作を示すフローチャートであり、リレー接片９が蓄電池側にあり、常開接片１０が開状態であり太陽電池ストリング２の発電が蓄電池３の充電に充分である際に、ステップＳ１で太陽電池ストリング２の発電電力が最大になるようにスイッチング素子８をＯＮ／ＯＦＦ制御しているスイッチング周期のＯＮデューティをＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）に基づいて新しい値が計算される。この値はステップＳ２で充電中でなければステップＳ３へ進み出力部にこの値がセットさせる。このセットされた値に基づいてスイッチング素子８のＯＮ／ＯＦＦが行われるものである。すなわちＯＮデューティの値はこのフローチャートの１周期毎に変更されるものである。
　ステップＳ２で蓄電池４が充電中である場合は、ステップＳ４へ進み、蓄電池４への充電電流Ｉが設定電流Ｉｓｅｔを超えているか否かの判断を行い、ステップＳ４の条件を満たす際はステップＳ５へ進みステップＳ１で算出されたＯＮデューティの値を所定値減らすものである。すなわち蓄電池４への印加電圧が低下し蓄電池４への充電電流が減少するものである。この設定電流Ｉｓｅｔは蓄電池４の種類、特性、設計を考慮して任意に設定されるものである。
　次いでステップＳ６で蓄電池４が満充電になっているか否かの判断を行うものである。この満充電の判断は蓄電池４の端子電圧が満充電を示す電圧、またはあらかじめ設定した満充電と判断する電圧に至ったか否か、さらには蓄電池の充電容量を管理できる場合にはその充電容量が目標充電容量に達した際に満充電と判断するものである。
　ステップＳ６で満充電が判断されなかった場合はステップＳ３へ進みＯＮデューティの値を出力部にセットする。満充電が判断された場合は、ステップＳ７へ進み充電終了の処理を行うものである。すなわちリレー接片９を電力変換装置３側へ切り替え、ステップＳ２の充電中の判断が以後「Ｎｏ」で判断させるものである。
　尚、蓄電池４の充電方法はこのような充電方法に限るものではなく、定電流による充電方法や定電圧による充電方法などを用いることも可能である。
　定電圧による充電を行う場合は、例えば、太陽電池ストリングの最大発電時の開放電圧が４００Ｖとするとこの開放電圧の９０％程度（太陽電池ストリングの出力に応じてこの限りではない。）の電圧になるように蓄電池４の定格電圧を構成する。この場合、定格１２Ｖの汎用電池を３０個直接に接続して蓄電池４を構成すれば、その定格電圧を３６０Ｖに構成することができる。図２に示すフローチャートにおいて、ステップＳ４を蓄電池４の印加電圧Ｖが３６０Ｖ～４００Ｖの範囲にないかあるかの判断に変え、この条件を満たす際はステップＳ５でＯＮデューティの値を補正する。印加電圧が３６０Ｖより低い場合はＯＮデューティを増加させ、印加電圧が４００Ｖを超えている場合はＯＮデューティを減らす補正を行うものである。印加電圧が３６０Ｖ～４００Ｖの範囲にあるときはステップＳ６へ進み、蓄電池４の満充電の判断を行うも用に構成する。
　尚、ステップＳ４で蓄電池４を低電圧充電する際の最大電圧を太陽電池ストリング２の最大出力時の電圧と同じ４００Ｖにしているがこれに限るものではなく太陽電池ストリング２の最大出力時の電圧はこれより低くてもよいものであり、前記各電圧値は太陽電池ストリングの構成（最大出力）や蓄電池の構成（定格電圧）などによって変わるものであり、その構成毎にそれぞれ設定されるものである。
　図４は運転動作を示すタイムチャートの一例であり、運転モード「モードＡ」、「モードＢ」、「モードＣ」、「モードＤ」を任意に選択して運転が行われるものである。「モードＡ」は太陽電池ストリングの発電量に応じて自動的に蓄電池への充電を行うモードであり、「モードＢ」はこの自動充電に加えて自動放電を行うモードが加えたれたものであり「モードＡ、Ｂ」で示している。
　１日の時刻に対する日射量の変化４０に連動し、「モードＡ」では自動充電を行う時刻がｔ０～ｔ２に設定されている。尚、ｔ０の時刻は季節、地域によって任意に変更可能である。このｔ０の時刻では蓄電池４への充電を可能とする太陽電池ストリング２の出力がすでに得られているので時刻ｔ０から充電が開始される。時刻ｔ１で蓄電池４の満充電が判断され充電が終了している。尚、この充電動作は時刻ｔ２を越えることはなく、充電が継続されている際は時刻ｔ２でステップＳ７の満充電が強制的に判断され充電が終了するものである。また、時刻ｔ０で太陽電池ストリング２の発電量が不十分のときは、発電量
が増加してから充電を開始するものである。
　「モードＢ」が選択されている際は、「モードＡ］での充電後の時刻ｔ３から常開接片１０が閉じられて蓄電池４の放電が開始される。時刻ｔ４で蓄電池４の放電が終了している。すなわち蓄電池４の端子電圧が一定以下となり放電終了が判断され、または所定の放電量が判断された状態である。この放電を開始する時刻ｔ３は任意に設定することができ、例えば午後２時、３時など夏場の電力消費が増加する時間帯に合わせると電力消費のピークカットが行えるものである。
　「モードＣ」はこのモードを選択した時、またはこのモードに加えて別途スイッチを操作したときから充電を開始するものであり、満充電となり充電の終了する時刻ｔ６まで充電が継続されるものである。尚、終了時刻には時刻ｔ５から設定時間の上限を設けることも可能である。
　「モードＤ」はこのモードを選択した時、またはこのモードに加えて別途スイッチを操作したときから常開接片１０を閉じて蓄電池４の放電を開始するものである。この放電は放電終了まで継続されるものである。
　「モードＣ」、「モードＤ」を用いることによって、スッチ操作を加味すれば主導操作で任意の時刻に充電を開始し、任意の時刻から放電を開始させることができるものである。
　これらモードの選択、スイッチなどの操作は、主電箱での操作、またはリモートコントローラを用いて遠隔操作を可能とするように構成することも可能であり、任意に構成すればよい。
　本発明に係る集電箱は、上記実施例に示した構成に限定されず、種々の形態のものに適用できるものであり、本発明の技術範囲において種々の形態を包含するものである。
　１　集電箱
　２　太陽電池ストリング
　３　電力変換装置
　４　蓄電池
　５　リアクタ
　６　ダイオード
　７　コンデンサ
　８　スイッチング素子
　９　変換部

Claims (10)

  1. 　太陽電池セルを直列／並列に組み合わせた太陽電池ストリングの正極側と負極側との間に接続されるリアクタ、ダイオード、コンデンサの直列回路の当該リアクタ、ダイオード間を前記太陽電池ストリングの負極側に導通させるスイッチング素子を有する昇圧回路と、蓄電池と、前記昇圧回路の前記コンデンサの前記正極側の端子から得られる前記昇圧回路の出力を前記蓄電池側、又は当該蓄電池側と異なり交流出力を出力させる電力変換装置側に切り換える切換部と、当該切換部が前記昇圧回路の出力を前記蓄電池側へ供給している際は当該出力で前記蓄電池を前記交流のピーク電圧値の２倍を超えない定格電圧に成るように前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御して当該蓄電池の充電を行い前記切換部が前記昇圧回路の出力を前記電力変換装置側へ供給している際は当該出力又は太陽電池の発電電力が最大値又は最大値付近に収束するように前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部とを備えることを特徴とする集電箱。
  2. 　前記太陽電池ストリングをさらに接続可能に構成すると共に、このさらに接続される太陽電池ストリングの発電電力は前記昇圧回路と異なり同様の構成を有する昇圧回路を介して前記電力変換装置側へ接続されると共に、この昇圧回路は当該昇圧回路の出力又は太陽電池の発電電力が最大値又は最大値付近に収束するようにこの昇圧回路の前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の集電箱。
  3. 　前記切換部は予め定めた時刻に前記昇圧器の出力を前記蓄電池側又は前記電力変換装置側に切り替えると共に、前記昇圧器の出力が前記蓄電池側の際に当該蓄電池の所定量以上の充電を検知した際に前記切換部を前記電力変換装置側に切り替えることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか一方に記載の集電箱。
  4. 　前記切換部はリレーの接片で構成されることを特徴とする請求項３に記載の集電箱。
  5. 　前記電力変換装置は前記集電箱から出力される直流電力を昇圧回路で昇圧した後、インバータ回路部で交流電力に変換して出力させると共に、前記蓄電池の定格電圧は前記インバータ回路の入力電圧の１／２～２／３程度の電圧であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の集電箱。
  6. 　前記蓄電池の定格電圧は太陽電池ストリングの最大発電電圧を超えないことを特徴とする請求項５に記載の集電箱。
  7. 　前記切換部が前記昇圧回路の出力を前記蓄電池側へ供給している際は前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御して当該蓄電池の定電圧充電を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の集電箱。
  8. 　太陽電池セルを直列／並列に組み合わせた太陽電池ストリングの正極側と負極側との間に接続されるリアクタ、ダイオード、コンデンサの直列回路の当該リアクタ、ダイオード間を前記太陽電池ストリングの負極側に導通させるスイッチング素子を有する昇圧回路と、蓄電池と、前記昇圧回路の前記コンデンサの前記正極側の端子から得られる前記昇圧回路の出力を前記蓄電池側、又は当該蓄電池側と異なり交流出力を出力させる電力変換装置側に切り換える切換部と、当該切換部が前記昇圧回路の出力を前記蓄電池側へ供給している際は前記太陽電池ストリングの発電電力が最大となる電圧より所定電圧値低い電圧以上の電圧の範囲で前記太陽電池ストリングの当該出力又は太陽電池の発電電力が最大値又は最大値付近になるような電圧が前記蓄電池へ印加されるように前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御して当該蓄電池の充電を行い前記切換部が前記昇圧回路の出力を前記電力変換装置側へ供給している際は当該出力又は太陽電池の発電電力が最大値又は最大値付近に収束するように前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部とを備えると共に前記蓄電池の定格電圧が前記太陽電池ストリングの発電電力が最大となる電圧より所定電圧値低い電圧以下であることを特徴とする集電箱。
  9. 　前記蓄電池の充電を行う際は、当該蓄電池へ印加される電圧が前記蓄電池の定格電圧に対し定電圧充電を行う際の設定最大電圧値を越えないように前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを前記制御部で制御することを特徴とする請求項８に記載の集電箱。
  10. 　太陽電池セルを直列／並列に組み合わせた太陽電池ストリングの正極側と負極側との間に接続されるリアクタ、ダイオード、コンデンサの直列回路の当該リアクタ、ダイオード間を前記太陽電池ストリングの負極側に導通させるスイッチング素子を有する昇圧回路を複数収納しこれら複数の昇圧回路の出力を交流電力に変換して出力する電力変換装置へ供給可能に構成された集電箱において、蓄電池が接続可能な接続部と、前記複数の昇圧回路の内少なくとも１つの昇圧回路の出力を前記接続部側、又は前記電力変換装置側に切り換える切換部と、前記切換部とつながらない昇圧回路の出力を前記電力変換装置へのみ供給させる構成とを備えることを特徴とする集電箱。
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