JP2014032527A - Power generation system of power generation device by natural energy - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、太陽光を利用したソーラーパネル発電装置における電力変動（たとえば、明るければ発電電力が増大し、暗くなると発電電力が減少する）において、他の種類の電源と合成することで、その出力を常時安定化させ、さらに気候などの環境に応じて光の量が変化する太陽光を効率よく利用してその時点における最大限の発電量を取り出せる自然エネルギーによる発電装置の発電システムに関するものである。
In the present invention, for example, in a power fluctuation in a solar panel power generation device using sunlight (for example, generated power increases if it is bright, and generated power decreases if it is dark), by combining with other types of power sources, It is related to the power generation system of a power generator using natural energy that can stabilize the output at all times and efficiently extract the maximum amount of power generated at that time by efficiently using sunlight whose amount of light changes according to the environment such as the climate. It is.
太陽光あるいは風力などの自然エネルギーによる発電装置の発電出力は、一般的には、いまだ不安定な出力状況であり、また自然の環境条件によって前記出力状況が大きく変化してしまうのが現状であり、これをいかに安定化させて出力できるかが今後の課題であった。 In general, the power generation output of power generators using natural energy such as sunlight or wind power is still unstable, and the current output conditions greatly change depending on natural environmental conditions. The future issue was how to stabilize the output.
そして、そのままでは安定した電源として使うことができないと言われているため、蓄電池等に蓄えて使う方法が考えられているが、かかる場合、充放電において電力ロスをもたらしてしまうとの課題もある。
また、自然エネルギーによる発電装置（たとえばソーラーパネルや風力発電機など）は、電力を取り出すときの電流・電圧の条件で、取り出せる電力が変化するため、最適な条件で電力を取り出す制御が不可欠である。
And since it is said that it cannot be used as a stable power supply as it is, a method of storing it in a storage battery or the like is considered, but in such a case, there is a problem that power loss is caused in charging and discharging. .
In addition, power generation devices that use natural energy (for example, solar panels and wind power generators) must be controlled so that the power that can be extracted varies depending on the current and voltage conditions when the power is extracted. .
たとえば、あるソーラーパネルでは、直射日光直下にて、出力を短絡すると出力電流は最大となり、５．２９Ａを取り出すことができるが（図３の点Ａ参照）、電圧は０Ｖとなり、取り出せる電力も０Ｗである。
また、出力を開放すると、出力電圧は最大の２２．５９Ｖとなるが（図３の点B参照）、電流は０Ａであり、このときも出力電力は０Ｗとなってしまう。
For example, in a certain solar panel, when the output is short-circuited under direct sunlight, the output current becomes maximum and 5.29 A can be taken out (see point A in FIG. 3), but the voltage is 0 V and the power that can be taken out is also 0 W. It is.
When the output is opened, the maximum output voltage is 22.59 V (see point B in FIG. 3), but the current is 0 A, and the output power is also 0 W at this time.
出力電圧が１８．１４Ｖのとき、出力電流は４．９７Ａとなり（図２の点Ｐ参照）、このとき、最大電力となる約９０Ｗを取り出すことができる（最大電力点）。この電圧より高くても低くても、出力電力はこれより小さくなる。最大電力を取り出すため、たとえば多くのパワーコンディショナーでは、ＭＰＰＴ（最大電力点追従）と呼ばれる処理が行われているのである（図４参照）。
When the output voltage is 18.14 V, the output current is 4.97 A (see point P in FIG. 2), and at this time, about 90 W, which is the maximum power, can be taken out (maximum power point). Whether it is higher or lower than this voltage, the output power is smaller than this. In order to extract the maximum power, for example, in many power conditioners, a process called MPPT (maximum power point tracking) is performed (see FIG. 4).
本発明は、前記従来の課題を解決するため、また本件発明者らが従来発明した発明をさらに改良すべく創案されたものであり、自然エネルギーを利用した発電装置より発電される電力を、電圧変換・電流変換せずにそのまま使用できる様構成して発電装置における電力変換のロスが生じさせることなく、また前記発電装置から最大限のエネルギーを取り出せる条件（電圧・電流）で、電力を取り出すことができ、さらには、他の電源と組み合わせて、電力を合成することで、安定した電源の出力を可能とし、また、前記発電装置からの電力が絶えず優先でき、不足分のみ他の電源から補え、すなわち、発電装置をソーラーパネルとし、他の電源を、商用電源とすると、ソーラーパネルの発電分だけ、商用電源からの電力消費を削減することが可能としうる自然エネルギーによる発電装置の発電システムを提供することを目的とするものである。
The present invention has been devised in order to solve the above-mentioned conventional problems and to further improve the invention invented by the present inventors. The power generated by the power generator using natural energy is converted into voltage. It is configured to be used as it is without conversion / current conversion, and power can be extracted without causing loss of power conversion in the power generation device and under conditions (voltage / current) where the maximum energy can be extracted from the power generation device. In addition, by combining power with other power sources, it is possible to output a stable power source, and the power from the power generator can be given priority over time, and only the shortage can be compensated from other power sources. In other words, if the power generation device is a solar panel and the other power source is a commercial power source, power consumption from the commercial power source can be reduced by the amount of power generated by the solar panel. It is an object to provide a power generation system of the power plant by natural energy can Noh.
本発明の自然エネルギーによる発電装置の発電システムは、
環境の変化に伴い発電電力が変動する自然エネルギーを利用した発電装置につき、該発電装置からの発電電力を、負荷側に出力するに際し、決められた電力量で安定的に出力できると共に、前記自然エネルギーを前記環境の変化に関わらず無駄なく利用できて効率よく出力しうる様構成された発電システムであり、
少なくとも一台の前記環境の変化に伴い発電電力が変動する自然エネルギーを利用した発電装置と、
前記自然エネルギーを利用した発電装置による発電電力量が、環境の変化に関わらず取り出せる所定時点での取り出し最大電力量を示す最大電力点を随時検出すると共に、該最大電力点における電圧値と電流値を随時検出し、前記検出した値での発電電力を出力出来る様制御する最大電力量検出制御装置と、
前記最大電力量検出制御装置により検出された最大電力点における電圧値が、前記負荷側の決められた電力量の電圧値より不足しているときには、該不足分の電力量における電圧値を可変電圧電源により賄い、
前記最大電力量検出制御装置により検出された最大電力点における電流値が、前記負荷側の決められた電力量の電流値より不足しているときには、該不足分の電力量における電流値を定電圧電源により賄う、
ことを特徴とするものである。
The power generation system of the power generator using the natural energy of the present invention is:
With respect to a power generation device using natural energy whose generated power fluctuates with changes in the environment, when the generated power from the power generation device is output to the load side, it can be stably output with a determined amount of power, and the natural power It is a power generation system configured so that energy can be used without waste regardless of changes in the environment and can be efficiently output,
At least one power generation device using natural energy in which the generated power fluctuates with a change in the environment;
The amount of power generated by the power generation device using natural energy is detected at any time as the maximum power point indicating the maximum amount of power to be taken out at a predetermined time that can be taken out regardless of environmental changes, and the voltage value and current value at the maximum power point are detected. A maximum amount of energy detection control device that controls the output so that the generated power at the detected value can be output at any time,
When the voltage value at the maximum power point detected by the maximum power amount detection control device is less than the voltage value of the determined power amount on the load side, the voltage value at the power amount corresponding to the shortage is changed to a variable voltage. Covered by power,
When the current value at the maximum power point detected by the maximum power amount detection control device is less than the current value of the determined power amount on the load side, the current value at the shortage power amount is set to a constant voltage. Covered by power,
It is characterized by this.
本発明の自然エネルギーによる発電装置の発電システムであれば、本発明の発電装置から発電される電力を、電圧変換・電流変換せずにそのまま使用するため、発電装置において電力変換のロスがない。また、前記発電装置から最大限の自然エネルギーを取り出せる条件（電圧・電流）で、電力を取り出すことができる。さらには、他の電源と組み合わせて、電力を合成することで、安定した電源の出力を可能とされる。また、前記発電装置からの電力が優先され、不足分のみ他の電源から補える。たとえば、発電装置をソーラーパネルとし、他の電源を、商用電源とすると、ソーラーパネルの発電分だけ、商用電源からの電力消費を削減することが可能となるなど優れた効果を奏する。
In the power generation system of the power generation apparatus using natural energy according to the present invention, the power generated from the power generation apparatus according to the present invention is used as it is without being subjected to voltage conversion / current conversion, and therefore there is no power conversion loss in the power generation apparatus. Moreover, electric power can be taken out under conditions (voltage / current) where the maximum amount of natural energy can be taken out from the power generator. Furthermore, by combining the power in combination with another power source, it is possible to output a stable power source. In addition, power from the power generation device is given priority, and only the shortage can be compensated from other power sources. For example, when the power generation device is a solar panel and the other power source is a commercial power source, the power consumption from the commercial power source can be reduced by the amount of power generated by the solar panel.
以下、本発明を図に示す実施例に基づき説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
図１において符号１は本発明の発電システムを示すものであり、本発明の発電システム１は、環境の変化に伴い発電電力が変動する自然エネルギーを利用した発電装置２につき、該発電装置２からの発電電力を、負荷３側に出力するに際し、決められた電力量で安定的に出力できると共に、前記自然エネルギーを前記環境の変化に関わらず無駄なく利用できて効率よく出力しうる様構成された発電システムである。 In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a power generation system according to the present invention. The power generation system 1 according to the present invention includes a power generation apparatus 2 that uses natural energy whose generated power fluctuates with changes in the environment. When the generated power is output to the load 3 side, the power can be stably output with a predetermined amount of power, and the natural energy can be used without waste regardless of the environmental change and can be output efficiently. Power generation system.
そして、該発電システム１は、少なくとも一台の前記環境の変化に伴い発電電力が変動する自然エネルギーを利用した発電装置２を有している。しかし、該発電装置２を複数直列に繋いで構成しても構わない。 And this electric power generation system 1 has the electric power generating apparatus 2 using the natural energy from which the generated electric power fluctuates with the change of at least one said environment. However, a plurality of power generators 2 may be connected in series.
また、符号４は最大電力量検出制御装置であり、主にコンピュータ装置などで構成される。該最大電力量検出制御装置４は、前記発電装置２による発電電力量が、環境の変化に関わらず取り出すことのできる、所定時点での取り出し最大電力量を示す最大電力点を随時演算し、検出している。
当該検出については一般的にＭＰＰＴ法（最大電力点追従法）との手法を採用し、前記したようにＰＣなどによる最大電力量検出制御装置４により演算、検出できるものとなっている。図４はその最大電力点を示した図であり、最大電力点を点Ｐとして示してある。
For this detection, generally, a technique called MPPT method (maximum power point tracking method) is adopted, and as described above, it can be calculated and detected by the maximum power amount
しかして、当該最大電力点における電圧値と電流値、すなわち、環境の変化に伴い随時変動する前記最大電力点における電圧値と電流値を継続的に検出し、前記検出した値での発電電力が出力出来る様制御するのである。 Thus, the voltage value and current value at the maximum power point, that is, the voltage value and current value at the maximum power point that change as the environment changes are continuously detected, and the generated power at the detected value is The output is controlled.
次に、図１において符号５は可変電圧電源であり、符号６は定電圧電源を示す。 Next, in FIG. 1, reference numeral 5 denotes a variable voltage power supply, and reference numeral 6 denotes a constant voltage power supply.
前記発電装置２につき、最大電力量検出制御装置４により検出された最大電力点における電圧値が、前記負荷３側の決められた電力量の電圧値より不足しているときには、該不足分の電力量における電圧値を前記可変電圧電源５により賄う様構成され、前記最大電力量検出制御装置４により検出された最大電力点における電流値が、前記負荷３側の決められた電力量の電流値より不足しているときには、該不足分の電力量における電流値は、定電圧電源６により賄う様構成されるのである。
When the voltage value at the maximum power point detected by the maximum power amount
具体例を挙げて説明すると、たとえば、発電装置２にソーラーパネル（開放電圧２２．５９Ｖ、短絡電流５．２９Ａ、最大出力動作電圧１８．１４Ｖ、最大出力動作電流４．９７Ａのパネルとする）を使用してなり、また定電圧電源６の出力電圧（ＶC）を２５Ｖとした場合の動作は、次のようになる。 To explain with a specific example, for example, a solar panel (with an open voltage of 22.59 V, a short-circuit current of 5.29 A, a maximum output operating voltage of 18.14 V, and a maximum output operating current of 4.97 A) is used as the power generator 2. The operation when the output voltage (VC) of the constant voltage power supply 6 is set to 25 V is as follows.
出力電流ＩＯ≧５．２９Ａのときは、可変電圧電源５の電圧Ｖを２５−１８．１４＝６．８６Ｖに設定する。負荷３がなければ、ソーラーパネルの電圧は１８．１４Ｖよりも高くなる（最大２２．５Ｖ）が、負荷３があるため電流が流れ、ソーラーパネルの電圧が下がる。 When the output current IO ≧ 5.29 A, the voltage V of the variable voltage power supply 5 is set to 25-18.14 = 6.86V. Without the load 3, the voltage of the solar panel is higher than 18.14V (maximum 22.5V), but because of the load 3, current flows and the voltage of the solar panel decreases.
ただし、定電圧電源６があるため、ＶＣの電圧以下には下がらない。そのため、ソーラーパネルの電圧は１８．１４Ｖに保たれ、このときのソーラーパネルの電流ＩＧは、５．２９Ａとなり、最大電力点での動作となる。また、定電圧電源６からの電流Ｉは、Ｉ＝ＩＯ−ＩＧとなり、不足分のみ定電圧電源６から補充されることになる。 However, since there is the constant voltage power supply 6, it does not drop below the voltage of VC. Therefore, the voltage of the solar panel is maintained at 18.14 V, and the current IG of the solar panel at this time is 5.29 A, and the operation is performed at the maximum power point. The current I from the constant voltage power supply 6 is I = IO−IG, and only the shortage is replenished from the constant voltage power supply 6.
出力電流が５．２９Ａよりも小さい場合は、ソーラーパネルから供給される電流も小さくなり、ソーラーパネルの出力電圧が上がるので（図２における点Ｑ）、その分だけ可変電圧電源５の電圧を下げる（電圧計７の電圧＝ＶＯがＶＣと等しくなるまでＶを下げる）。 When the output current is smaller than 5.29 A, the current supplied from the solar panel is also reduced, and the output voltage of the solar panel is increased (point Q in FIG. 2), so that the voltage of the variable voltage power supply 5 is decreased accordingly. (Voltage of voltmeter 7 = V is decreased until VO becomes equal to VC).
以上のように、出力電圧ＶＯは定電圧電源６の電圧ＶＣによって決定される。つまり、ＶＯ＝ＶＣとなる（ただし、ＶＣ＞ＶＰとする）。 As described above, the output voltage VO is determined by the voltage VC of the constant voltage power supply 6. That is, VO = VC (where VC> VP).
ここで、定電圧電源６の電圧ＶＣは、用途および利用環境等により使用者があらかじめ決めておくものとする。 Here, it is assumed that the voltage VC of the constant voltage power supply 6 is determined in advance by the user depending on the application and usage environment.
たとえば、１００Ｖの電源が必要であれば、ＶＣ＝１００Ｖとし、２５Ｖの電源が必要ならＶＣ＝２５Ｖとしておく。 For example, if a 100V power supply is required, VC = 100V, and if a 25V power supply is required, VC = 25V.
しかして、発電装置２の最大電力点における電圧と電流をＶＰ、ＩＰ、出力電圧、出力電流をＶＯ、ＩＯとし、可変電圧電源５の電圧をＶとすると、
Ｖ＝ＶＯ−ＶＰ ただし、ＩＯ≧（最大出力動作電流）の場合
Ｖ＝ＶＯ−ＶＧ ただし、ＩＯ＜（最大出力動作電流）の場合
この式を満たすように、Ｖを調整するものとする。
Thus, assuming that the voltage and current at the maximum power point of the power generator 2 are VP, IP, output voltage, output current is VO, IO, and the voltage of the variable voltage power supply 5 is V,
V = VO−VP However, when IO ≧ (maximum output operating current) V = VO−VG However, when IO <(maximum output operating current)
It is assumed that V is adjusted so as to satisfy this equation.
すなわち、先の例で説明すると、出力電圧ＶＯ＝２５Ｖの設定で、ソーラーパネル（開放電圧２２．５９Ｖ、短絡電流５．２９Ａ、最大出力動作電圧１８．１４Ｖ、最大出力動作電流４．９７Ａのパネルとする）なので、
Ｖ＝６．８６Ｖ 出力電流 ＩＯ≧５．２９Ａ である場合…（１）
Ｖ＝ＶＯ−ＶＰ 出力電流 ＩＯ＜５．２９Ａ である場合…（２）
となるように調整すればよい。
That is, in the above example, when the output voltage VO = 25V is set, a solar panel (an open-circuit voltage 22.59V, a short-circuit current 5.29A, a maximum output operating voltage 18.14V, a maximum output operating current 4.97A panel) So
When V = 6.86V Output Current IO ≧ 5.29A (1)
When V = VO−VP output current IO <5.29 A (2)
It may be adjusted so that
ここで、（１）の条件が成立しているとき、発電装置２は最大電力点で動作していることになる。また、このとき、出力電流のうち、発電装置２からの電流で不足する分は、定電圧電源５からの電流Ｉによって補われる。
（２）の条件が成立するのは、負荷３の電流を発電装置２の電流でまかなうことができる場合である。
Here, when the condition (1) is satisfied, the power generation device 2 is operating at the maximum power point. At this time, the output current that is insufficient by the current from the power generation device 2 is supplemented by the current I from the constant voltage power supply 5.
The condition (2) is satisfied when the current of the load 3 can be covered by the current of the power generation device 2.
最大電力点を求める方法には、あらかじめ発電装置２の特性がわかっている場合は、特性表を参照して最大電力点を決めることができる。あるいは、既に説明したように、一般的なＭＰＰＴの手法である山登り法などが利用可能である。この場合は、ＶG×ＩGが最大になるようにＶを調整すればよい。 In the method for obtaining the maximum power point, when the characteristics of the power generator 2 are known in advance, the maximum power point can be determined with reference to the characteristic table. Alternatively, as already described, a hill-climbing method, which is a general MPPT method, can be used. In this case, V may be adjusted so that VG × IG is maximized.
なお、発電装置の出力電流がＩＯを上回る場合は、定電圧電源は不要となる。
また、可変電圧電源４あるいは定電圧電源５については、交流の商用電源を直流に変換したもの電源として使用することが考えられる。
In addition, when the output current of a power generator exceeds IO, a constant voltage power supply becomes unnecessary.
The variable
１ 発電システム
２ 発電装置
３ 負荷
４ 最大電力量検出制御装置
５ 可変電圧電源
６ 定電圧電源
７ 電圧計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generation system 2 Power generation device 3
Claims (1)
少なくとも一台の前記環境の変化に伴い発電電力が変動する自然エネルギーを利用した発電装置と、
前記自然エネルギーを利用した発電装置による発電電力量が、環境の変化に関わらず取り出せる所定時点での取り出し最大電力量を示す最大電力点を随時検出すると共に、該最大電力点における電圧値と電流値を随時検出し、前記検出した値での発電電力を出力出来る様制御する最大電力量検出制御装置と、
前記最大電力量検出制御装置により検出された最大電力点における電圧値が、前記負荷側の決められた電力量の電圧値より不足しているときには、該不足分の電力量における電圧値を可変電圧電源により賄い、
前記最大電力量検出制御装置により検出された最大電力点における電流値が、前記負荷側の決められた電力量の電流値より不足しているときには、該不足分の電力量における電流値を定電圧電源により賄う、
ことを特徴とした自然エネルギーによる発電装置の発電システム。 With respect to a power generation device using natural energy whose generated power fluctuates with changes in the environment, when the generated power from the power generation device is output to the load side, it can be stably output with a determined amount of power, and the natural power It is a power generation system configured so that energy can be used without waste regardless of changes in the environment and can be efficiently output,
At least one power generation device using natural energy in which the generated power fluctuates with a change in the environment;
The amount of power generated by the power generation device using natural energy is detected at any time as the maximum power point indicating the maximum amount of power to be taken out at a predetermined time that can be taken out regardless of environmental changes, and the voltage value and current value at the maximum power point are detected. A maximum amount of energy detection control device that controls the output so that the generated power at the detected value can be output at any time,
When the voltage value at the maximum power point detected by the maximum power amount detection control device is less than the voltage value of the determined power amount on the load side, the voltage value at the power amount corresponding to the shortage is changed to a variable voltage. Covered by power,
When the current value at the maximum power point detected by the maximum power amount detection control device is less than the current value of the determined power amount on the load side, the current value at the shortage power amount is set to a constant voltage. Covered by power,
A power generation system of a power generation device using natural energy.
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