JP3656531B2

JP3656531B2 - 太陽光発電システム

Info

Publication number: JP3656531B2
Application number: JP2000264268A
Authority: JP
Inventors: 晃吉武; 博昭小新; 信一郎岡本; 弘忠東浜
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: JP2002073184A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電システムに関し、詳しくは、日射量が低下した場合においても、システム全体として効率良く発電する太陽光発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からの太陽光発電システムには、太陽電池パネルを直列に接続してなる太陽電池発電部があり、これがインバータと接続して構成される太陽光発電ユニットがある。そして、この太陽光発電ユニットが複数並列に接続されて、例えば電力系統に連系されているものがある。以下、このシステム構造をストリングインバータ方式と呼ぶことにする。
【０００３】
しかし、この方式では各インバータに制御装置を備える必要があるため、この制御装置による電力損失（固定損失）が増加するという問題を有している。特に日射量が減少し、低い発電電力で運転を行っている場合は電力損失の影響により効率が大幅に低下してしまう。
【０００４】
また、特開平１０−６９３２１号記載の太陽光発電システムでは、基本的に太陽電池発電部とインバータが１：１対応で接続されているストリングインバータ方式で構成されているのだが、太陽光発電ユニットをいくつかまとめて組み分けし、その各組ごとに切り換え装置が設けられている。そして、その組内において、予め定められた主となるインバータにいくつかの太陽電池発電部の発電電力が集中するような構造となっている。
【０００５】
そして、通常、太陽電池発電部に照射される日射量が充分である時には、各太陽光発電ユニット内において、太陽電池発電部とインバータを１：１対応で接続する。また、日射量の減少時には、予め組み分けされたいくつかの太陽光発電ユニットにおいて、そのそれぞれが有している各太陽電池発電部からの発電電力が集中するような主となるインバータを予め定めておく。そして、いくつかの切り換え装置をスイッチングすることによって、主インバータに発電電力を集中させていくとともに、主インバータでの電力変換を高効率で行えるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来例にあって、予め定めらている主インバータが故障等の原因で動作しなくなった場合には、日射量が減少した時においても、各太陽光発電ユニットにおいて太陽電池発電部とインバータを１：１対応で接続して個別運転しなければならず、個々のインバータによる電力損失の影響が大きくなり、発電効率が著しく低下してしまう。
【０００７】
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、日射量の違いやインバータの故障等に応じて自由にいくつかの稼動するインバータを選択し、そのインバータに最もシステム全体の効率がよくなるように発電電力を集中させることができる太陽光発電システムを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の太陽光発電システムは、複数の太陽電池パネルを直列接続してなる太陽電池発電部と、この太陽電池発電部からの出力電力を交流に変換するインバータとで構成される太陽電池発電ユニットを複数並列に接続して備えるとともに、複数の太陽電池発電ユニット内にあるインバータのうちから自由に選択された稼動インバータに、これと同一ユニット内にある太陽電池発電部を接続し、かつ、そのとき選択されなかった非稼動インバータから、これと同一ユニット内にある太陽電池発電部を切断して、この切断された太陽電池発電部を前記稼動インバータのうちいずれかに接続するようにスイッチングを行う接続変換部を備え、前記接続変換部は、各太陽光発電ユニットの主電路間を接続する分岐電路と、該主電路に設けられた直流開閉器及び該分岐電路に設けられた直流開閉器とから構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２記載の太陽光発電システムは、複数の太陽電池発電ユニット内にあるインバータの発電データをそれぞれ検出し、これら発電データに基づいて前記稼動インバータを選択し、前記接続変換部におけるスイッチングを制御する制御部を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、請求項３記載の太陽光発電システムは、請求項２記載の太陽光発電システムにおいて、前記制御部に、複数の太陽電池発電ユニット内にある太陽電池発電部を構成するいずれかの太陽電池パネルからそれぞれ開放電圧を測定して、前記非稼動インバータとこれと同一ユニット内にある太陽電池発電部とを再接続して得られるこのインバータからの発電電力を予測し、この発電電力に基づいて再接続するかどうかの判断をする制御機能を持たせたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る太陽光発電システムの回路構成図である。
【００１２】
この第１実施形態の太陽光発電システムは、複数個の太陽電池モジュールからなる太陽電池パネル１を複数直列に接続してなる太陽電池発電部２と、この太陽電池発電部２から出力される直流電力を供給する主電路３と、この主電路３を介して供給された太陽電池発電部２からの直流電力を交流電力に変換するインバータ４とで構成された太陽光発電ユニット５を備えている。そして、複数台の太陽光発電ユニット５が並列に接続されて、商用電源６に連系されている。
【００１３】
ここで、太陽光発電ユニット５を区別するために、図１のように左の方から順番にａ、ｂ、ｃとし、太陽光発電ユニット５ａを構成するものにはａを、５ｂを構成するものにはｂを、５ｃを構成するものにはｃを付することにする。（以下、同様にして説明する。）
この実施形態において、インバータ４は直流電力を交流電力に変換する電力変換機能とともに、商用電源６の周波数変動や電圧変動、あるいは停電等を検出して、インバータ４と商用電源６を切断する系統連系保護機能を有している。また、インバータ４は主電路３により接続される太陽電池発電部２の最大電力を出力可能なように、各太陽光発電ユニットにおいて個別に最大点出力制御を行う。すなわち、インバータ４ａは太陽電池発電部２ａに対して最大点出力制御を行うようになっている。
【００１４】
また、この太陽光発電システムは、太陽電池発電部２とインバータ４との間の配線を変更する接続変換部７を備えている。この接続変換部７は、各太陽光発電ユニットの主電路間を接続している分岐電路８と、主電路３に設けられた直流開閉器９および分岐電路８に設けられた直流開閉器１０から構成されている。本実施形態では、この直流開閉器９および１０はインバータ４に内蔵された構造になっている。ただし本発明では、この直流開閉器９および１０はインバータ４の外部に設けられていてもよい。
【００１５】
本太陽光発電システムの動作について説明する。通常、各太陽電池発電部に照射される日射量が充分である時には、各インバータ４ａ、４ｂ、４ｃは各太陽光発電ユニット内において直流開閉器９ａ、９ｂ、９ｃを閉じ、各太陽電池発電部と１：１対応で接続して個別に発電を行っている。
【００１６】
次に、太陽電池発電部２の設置場所や設置方向の違いにより、１日の太陽の動きによる影響を受けて日射量に違いが生じ、あるインバータの効率が低下した場合について説明する。例えば、太陽電池発電部２ａの日射量が減少し発電電力が小さくなったとすると、それに応じてインバータ４ａは電力損失の影響を受けやすくなり、効率が悪くなる。そして、このインバータ４ａにおいてある程度効率が下がると、自動的に直流開閉器９ａを開放して発電を停止し、かわりに直流開閉器１０ａを閉じるのである。図１において、インバータ４ａの直流開閉器９ａを開放し、直流開閉器１０ａを閉じると太陽電池発電部２ａは、インバータ４ｃに接続される。このとき、インバータ４ｃには太陽電池発電部２ａと太陽電池発電部２ｃが接続されることになり入力電力が増加する。このように、効率が下がったインバータの動作を停止し、これによって切り離された太陽電池発電部の発電電力を別のインバータに集中させることによって、効率が下がったインバータによる電力損失の影響を受けにくくし、システム全体として発電効率を上げるようになっている。このシステム構成によって、住宅等の屋根に取り付ける場合における、一部の太陽電池発電部の日射量が減少したときにおいても、効率の良い発電が可能となる。
【００１７】
また、曇りの日や夕方などのように一様に日射量が減少し、各インバータ４ａ、４ｂ、４ｃともに低効率領域で動作している場合ついて説明する。図１に示すように、太陽光発電ユニット５ａ、５ｂ内において、太陽電池発電部２ａ、２ｂとインバータ４ａ、４ｂを、直流開閉器９ａ、９ｂを開放することによって切り離すと同時に、直流開閉器１０ａ、１０ｂを閉じる。このようにして、切り離された太陽電池発電部２ａ、２ｂの発電電力はインバータ４ｃに集中することになり、インバータ１台あたりの入力電力が増加して効率を上げているのである。
【００１８】
次に、本発明の第２実施形態について、図２を参照して説明する。この太陽光発電システムは、接続変換部７の制御を行う制御部１１を別途設け、かつ直流開閉器９および１０をインバータ４の外部に設けた構成となっている点において、上記第１実施形態と異なっている。
【００１９】
この太陽光発電システムの動作について、上記した太陽電池発電部２の設置場所や設置方向の違いにより、各太陽電池発電部における日射量に違いが生じた場合について説明する。例えば、太陽電池発電部２ａの日射量が減少したとすると、制御部１１は各太陽電池発電ユニット内にある各インバータの発電データ（電圧、電流、電力）をそれぞれ検出し、太陽電池発電部２ａの発電電力が低下していることを検知する。そして、制御部１１は稼動インバータ（日射量減少時に動作するインバータ）を自由に選択することができる。図１において、稼動インバータを４ｂ、４ｃの２つに選択したとすると、制御部１１はそのときに選択されなかった非稼動インバータ４ａの直流開閉器９ａを開放して太陽電池発電部２ａを切り離し、直流開閉器１０ａを閉じて太陽電池発電部２ａの発電電力をインバータ４ｃに集めている。このとき、選択された稼動インバータ４ｂ、４ｃは、それぞれの太陽光発電ユニット５ｂ、５ｃ内にある太陽電池発電部２ｂ、２ｃと、直流開閉器９ｂ、９ｃを介して接続されている。このように、一部の太陽電池発電部の日射量が減少した場合において、制御部１１は動作するインバータ数を減少させ、動作を継続するインバータの太陽電池発電部の並列数を増加させるように、接続変換部７が有する直流開閉器９および１０のスイッチングを制御しているのである。
【００２０】
なお、何らかの原因でインバータ４のいずれかが故障し動作しなくなった場合においても、制御部１１は、その故障したインバータに接続されている太陽電池発電部の発電電力を他の正常なインバータに集中させるように、接続変換部７が有する直流開閉器９および１０を制御する。
【００２１】
また、曇りの日や夕方など一様に日射量が減少した場合に、例えば図１において、制御部１１は各太陽電池発電ユニット内にある各インバータの発電データより、稼動インバータをインバータ４ｃに選択したとすると、直流開閉器９ａ、９ｂを開放し、直流開閉器１０ａ、１０ｂ閉じて稼動インバータ４ｃの入力電力が増加するように制御する。
【００２２】
さらに、本実施形態において、稼動インバータのうちいずれかに入力電力が集中して発電しているシステムを、各太陽光発電ユニットにおいて、太陽電池発電部２とインバータ４がもとの１：１対応で接続して個別に発電を行うシステムに戻すときの動作について説明する。日射量が減少し、１台のインバータに複数の太陽電池発電部が並列接続されている状態、例えば図１において、太陽電池発電部２ａ、２ｂの発電電力がインバータ４ａに集中して発電しているとする。このとき、制御部１１は、各太陽電池発電部２ａ、２ｂを構成するいずれかの太陽電池パネルから、それぞれ開放電圧を測定し、その開放電圧からインバータ４ｂを再び動作させて、各太陽光発電ユニット５ａ、５ｂを個別に運転した場合に予測される各インバータ４ａ、４ｂの発電電力を演算により求めるのである。そして、太陽電池発電部２ａと太陽電池発電部２ｂが並列接続され、インバータ４ａが動作している状態において、
ｐ１＋ｐ２＞Ｐ１
ｐ１：開放電圧から予測される個別運転した時のインバータ１ａの発電電力
ｐ２：開放電圧から予測される個別運転した時のインバータ１ｂの発電電力
Ｐ１：集中運転を行うインバータ１ａの発電電力
である場合、太陽電池発電部２ｂをインバータ４ａから切り離し、個別運転にシフトする。このように、集中運転時と個別運転時の発電電力を比較しながら接続変換部を制御することができるため、太陽電池発電部に雲がかかった場合のような一時的な日射量の減少により、太陽電池発電部が並列に接続されたときにでも、最も効率の良いタイミングで集中運転から個別運転へ移行させることができるのである。
【００２３】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１記載の太陽光発電システムでは、少数のインバータに太陽電池発電部の出力を集中させることにより、インバータが高効率領域で動作できるため、システム全体として効率の向上が図れる。さらに、日射量の違いやインバータの故障等に応じて自由にいくつかの稼動するインバータを選択し、そのインバータに最もシステム全体の効率がよくなるように発電電力を集中させることができる太陽光発電システムを提供することができる。
【００２４】
請求項２記載の太陽光発電システムでは、制御部がシステム全体の発電状況を監視しながら、太陽電池発電部とインバータの組み合わせを決定し、接続変換部のスイッチングを制御するため、精度良く、効率的なシステム動作が可能となる。
【００２５】
請求項３記載の太陽光発電システムでは、集中運転時と個別運転時の発電電力を比較しながら接続変換部を制御することができるため、最も効率の良いタイミングで集中運転から個別運転へ移行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る太陽光発電システムの回路構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る太陽光発電システムの構成図である。
【符号の説明】
１太陽電池パネル
２太陽電池発電部
４インバータ
５太陽光発電ユニット
７接続変換部
１１制御部

Claims

複数の太陽電池パネルを直列接続してなる太陽電池発電部と、この太陽電池発電部からの出力電力を交流に変換するインバータとで構成される太陽電池発電ユニットを複数並列に接続して備えるとともに、
複数の太陽電池発電ユニット内にあるインバータのうちから自由に選択された稼動インバータに、これと同一ユニット内にある太陽電池発電部を接続し、かつ、そのとき選択されなかった非稼動インバータから、これと同一ユニット内にある太陽電池発電部を切断して、この切断された太陽電池発電部を前記稼動インバータのうちいずれかに接続するようにスイッチングを行う接続変換部を備え、
前記接続変換部は、各太陽光発電ユニットの主電路間を接続する分岐電路と、該主電路に設けられた直流開閉器及び該分岐電路に設けられた直流開閉器とから構成されていることを特徴とする太陽光発電システム。
複数の太陽電池発電ユニット内にあるインバータの発電データをそれぞれ検出し、これら発電データに基づいて前記稼動インバータを選択し、前記接続変換部におけるスイッチングを制御する制御部を設けたことを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システム。
前記制御部は、複数の太陽電池発電ユニット内にある太陽電池発電部を構成するいずれかの太陽電池パネルからそれぞれ開放電圧を測定して、前記非稼動インバータとこれと同一ユニット内にある太陽電池発電部とを再接続して得られるこのインバータからの発電電力を予測し、この発電電力に基づいて再接続するかどうかの判断をすることを特徴とする請求項２記載の太陽光発電システム。