JP3796095B2 - 太陽光発電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、太陽光発電装置に係り、特に、電力変換装置へ過電圧が加わらないように保護する太陽光発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境の問題等から、屋外に設置して光起電力を発生させる太陽電池装置が注目されており、屋根などに太陽電池装置を設置し、その発電電力により日中の消費電力を賄う太陽光発電システムが実用化されている。
【０００３】
上記システムにおいては、太陽電池装置が出力する電力は直流であるので、電力変換装置（インバータ）を用いて、太陽電池装置からの直流電力を交流電力に変換して用いている。
【０００４】
ところで、上記した電力変換装置においては、太陽電池装置からの発電電力が得られたら直ちに起動するものではなく、一定時間太陽電池装置からの出力を確認した上で起動するように構成されている。これは日の出などのように、太陽電池装置の発電状態が安定しない時に、電力変換装置を起動させると、出力電力にノイズなどが発生するなどの問題があるからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の電力変換装置においては、太陽電池装置からの電力が一定時間安定するまでは起動しないように構成されているため、開放電圧が上昇する。特に、冬場の早朝等においては、開放電圧が大きくなる。このため、電力変換装置に動作電圧に比べて大きな耐圧のものを用いなければならず、コストがかかるとともに、通常の動作電圧時には効率が悪くなるという問題があった。
【０００６】
この発明の目的は、上述した従来の問題点を解消するためになされたものにして、開放電圧の上昇を防止して、電力変換装置へ過電圧が加わることを防止することにある。さらに、この発明の目的は、電力変換装置の最適動作電圧を高くし、動作効率が向上させる太陽光発電装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、太陽電池装置と、この太陽電池装置からの出力を交流電力に変換する電力変換装置と、前記太陽電池装置と電力変換装置間に並列に接続された電流パス回路と、前記電流パス回路と電力変換装置との間に設けられ、電流パス回路からの出力により制御されると共に前記電力変換装置の制御回路へ電力を供給するための電力供給回路と、太陽電池装置へ帰還する電流を検出する電流検出回路と、を備え、前記電流検出回路にて検出する電流が所定の電流値以上になると、前記電流パス回路が切り放されることを特徴とする。
【００１４】
上記した構成によれば、太陽電池装置からの発電した電流が所定値以下の場合には、電流パス回路及び電流供給回路を介して若干の電流が流れていくので、電力変換装置が停止状態でも太陽電池装置は開放電圧とならず、電圧上昇を抑制でき、最適動作電圧を高く設計しても耐圧は確保できる。
【００１５】
前記電流検出回路は逆流防止ダイオードからの出力に基づいて電流を検出するように構成できる。
【００１６】
また、前記電力供給回路は、電流パス回路を分圧した電流と、太陽電池装置からの電流を切り替えて供給するように構成するとよい。
【００１７】
前記電力供給回路は、太陽電池装置と電力変換装置との間に流れる電流をオン／オフする手段と、前記電流パス回路から与えられる電流を電力変換装置に与える手段と、を備えて構成することができる。そして、前記オン／オフする手段は、サイリスタ或いは、自己保持型リレーで構成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、この発明の参考形態を示すブロック図である。
図１に示すように、屋根等に設置された太陽電池装置１は、非晶質シリコン、結晶系シリコン等の太陽電池素子を複数個、並列及び直列に接続して、所定の電力を出力するように構成されている。この太陽電池装置１から発電された直流電力が電力変換装置２の入力側端子２ａ、２ｂから電力変換装置２に与えられる。この実施の形態における電力変換装置２の耐圧は、最適動作電圧より少し大きくしている程度のものを用いている。
【００２０】
電力変換装置２にて直流電力を交流電力に変換し、出力端子２ｃ、２ｄから交流電力が内部の電気系統に与えられ、この電気系統に接続された交流負荷６に電力が供給される。
【００２１】
電気系統は、商用の電力系統と連系されており、夜間など太陽電池装置１から供給される電力が不足したときに、電力系統からの電力を利用できるように構成されている。
【００２２】
この発明では、電力変換装置２の入力端子２ａ、２ｂと太陽電池装置１の出力端子との間に電流パス回路３が設けられている。この電流パス回路３は、太陽電池装置１のリターン側に設けられた帰還電流を測定する電流検出回路４の出力により、その動作が制御される。
【００２３】
なお、この参考形態においては、入力端子２ａが＋側端子、入力端子２ｂが−側端子で構成されている。
【００２４】
前記電流パス回路３は、バイアス抵抗とスイッチング素子を有し、電流検出回路４からの出力により、スイッチング素子がオン／オフし、帰還電流が所定の電流値になるまで、電流パス回路３に電流が流れ、電力変換装置２には、電流を与えずに、太陽電池装置１に戻る。
【００２５】
太陽電池装置１の出力の増大につれて、電流パス回路３を経て流れる電流は増加する。そして、電流検出回路４は所定の電流値、即ち、電力変換装置２の起動開始電圧を十分上回る状態になると、電流パス回路３は切り放され、太陽電池装置１からの電力は全て電力変換装置２へ供給される。
【００２６】
図示はしていないが、この装置は、電力変換装置２の起動を制御するために、電流パス回路３を経て流れる電流を測定し、太陽電池装置１が起動開始電圧に達したか否か判断している。すなわち、一定時間太陽電池装置１からの出力を確認した上で電力変換装置２が起動されるように構成されている。
【００２７】
ところで、太陽電池装置１が開放状態で最大電圧になる時は、太陽電池電流（Ｉｐｖ）は０である。そこで、この発明では、電力変換装置２が停止状態及び起動開始電圧を上回らない時には、電流パス回路３から電流を流して、電圧の上昇を抑制する。このため、電流パス回路３のバイアス抵抗は電力変換装置２の耐圧に応じて大きな抵抗のものが用いられる。太陽電池装置１で発電した電流が電流パス回路３を通じて流れることにより、電圧降下が起こり電圧の上昇を抑制できる。そして、電力変換装置２が起動しているときは、太陽電池電流が電力変換装置２に流れるので、開放状態とはならず、電流パス回路３に太陽電池電流を流すと発電電流が無駄となる。このため、この発明では、太陽電池装置１が電力変換装置２の起動開始電圧を上回り、電力変換装置２が通常の起動状態になると電流検出回路４からの出力により、電流パス回路３が切り放される。
【００２８】
このように、運転状態での最大電圧を考慮した耐圧になるように、電流パス回路３にバイアス抵抗等を設定しておけば、電力変換装置２に、大きな電圧が入力することがなくなる。従って、最適動作電圧を高く設定することができ、システム効率をアップさせることができる。
【００２９】
図２は、この発明の参考形態の具体例を示す回路図である。図２に示すように、電流パス回路３は、第１トランジスタ３１と第２トランジスタ３２を有し、第１トランジスタ３１のベースに電流検出回路４からの出力が与えられる。第１トランジスタ３１のコレクタは太陽電池装置１の出力（＋）側のラインと抵抗３３を介して接続され、エミッタは太陽電池装置１の帰還（−）側ラインと接続されている。第１トランジスタ３１のコレクタが第２トランジスタ３２のベースと接続され、第２トランジスタ３２のコレクタは太陽電池装置１の出力側のラインと抵抗３５を介して接続され、エミッタは太陽電池装置１の帰還側ラインとバイアス抵抗３６を介して接続されている。第２トランジスタ３２のベースと帰還側ラインとは抵抗３４を介して接続されている。上記抵抗３３、３４、３５は、第１トランジスタ３１及び第２トランジスタ３２との特性等によりその抵抗値は適宜選択され、バイアス抵抗（Ｒｚ）３６は、使用する電源変換装置２の耐圧に応じて決められる。
【００３０】
この電流検出回路４では、逆流防止ダイオード４１の出力を利用して、電流検出を行っている。逆流防止ダイオード４１の出力が抵抗４４を介して、差動アンプ４２の一方に入力され、差動アンプ４２の他方の入力は、帰還抵抗４５を介してアンプの出力が与えられる。また、他方の入力は抵抗４３を介して帰還ラインと接続されている。また、アンプ４２の一方の入力と帰還ラインとは抵抗４６と接続されている。これら各抵抗４３、４４、４５、４６は、逆流防止ダイオード４１からのゲインを調整するものであり、電力変換装置３を通常の起動状態に適した電流値になったとき、電流パス回路３を切り離すための出力値となるように選択されている。
【００３１】
次に、この発明の動作を図３及び図４を参照して説明する。図３は、太陽電池装置１の特性に応じた電力変換装置２の運転状態を示す特性図、図４は太陽電池装置１の電圧電流特性図である。
【００３２】
太陽電池装置１が発電を開始する前は、電力変換装置２は停止したままである。そして、逆流防止ダイオード４１からは電流が流れておらず、第１トランジスタ３１はオフである。第１トランジスタ３１がオフの時、第２トランジスタ３２はオンとなり、電流パス回路３が太陽電池装置１と接続された状態である。
【００３３】
早朝、太陽電池装置に光が当たると太陽電池装置１から発電した電流は、電流パス回路３のバイアス抵抗３６を介して、逆流ダイオード４１を経て太陽電池装置１に戻る。電流検出回路４は流れる電流を検出している。
【００３４】
時間が経過し、太陽が高くあがると太陽電池装置１からの直流電圧が上昇していくが、第１トランジスタ３１がオフで第２トランジスタがオンのため、太陽電池はバイアス抵抗（Ｒｚ）３６に接続され、図４に示すように、Ｒｚの負荷直線と太陽電池のＩＶ特性曲線の交点によって決定される動作電圧ＶＲｚ以上に上昇ることはない。ここで、ＶＲｚは電力変換装置２の起動開始電圧を十分上回るように設定されている。
【００３５】
電力変換装置２が起動すると、太陽電池の電流は次第に増大し、太陽電池の最適動作点Ｐｍａｘ付近で運転される。このとき逆流防止ダイオード４１に流れる電流もＩＲｚからＩｐｍａｘに増加し、電流検出回路４から与えられる出力により、第１トランジスタ３１がオンになる。第１トランジスタ３１がオンになると第２トランジスタ３２がオフになり、電流パス回路３が切り放され得る。そして、太陽電池装置１からの直流電流が電力変換回路２にのみ与えられ、太陽電池装置１の出力を最大限利用できる。
【００３６】
この発明では、太陽電池装置１が発電を開始した状態から、電流パス回路３を介して若干の電流が流れていくので、電圧が過電圧になるのが防止できる。例えば、電流を流さない場合には、図３の点線のように、開放電圧は上昇し、電力変換装置２の起動時に最大電圧となる。これに対して、この発明では、太陽電池装置１の直流出力電力が大きくなるときに電圧も大きくなるが、電流は電流パス回路３を介して流れているので、電圧が動作電圧以上になるのを抑制できる。この結果、最適動作電圧を高く設計しても耐圧は確保できる。
【００３７】
尚、図３においては、直流電力出力が一定値以上になると、電力変換装置２は、最大電力追従運転による制御を行っている。
【００３８】
そして、日の入りに近づき、太陽電池装置１の発電出力が小さくなると、電流検出回路４からの電流出力も小さくなり、第１トランジスタ３１はオフ、第２トランジスタ３２はオンとなり、電流パス回路３が接続状態となる。そして、その後、電力変換装置２は運転を停止する。
【００３９】
太陽電池装置１として、特に、非晶質系シリコン太陽電池を用いた場合には、フィルファクタ（Ｆ．Ｆ．）が小さいので、従来では、冬の早朝などに最大入力電圧を越える畏れがあったが、この発明を適用すれば、発電が開始すると同時に、電流パス回路３に電流が流れるので、電圧上昇は、電力変換装置２の動作時とあまり変わらない。
【００４０】
上記のように本発明によれば、最適動作電圧を高くすることができるので、電流変換装置２の効率を高めることができる。
【００４１】
例えば、従来は開放電圧が高くなるため、動作電圧１８０Ｖの変換装置では、開放電圧の関係から電力変換装置２として耐圧３５０Ｖものを使用している。このため、動作電流は１６．６Ａ程度となる。これに対して、この発明を用いると、耐圧３５０Ｖのものを用いた場合、動作電圧は２３０Ｖが可能となる。このため、動作電流は１３．０Ａとなる。
【００４２】
ここで、電流Ｉ2Ｒ損の改善につき考えると、
（１３．０／１６．６）2＝０．６となり、４０％改善が可能となる。
【００４３】
例えば、電力変換装置２の効率が９２％とすると、損失全てがＩ2Ｒ損とすると、損失は４．８％となり、効率は９５％程度に改善される。
【００４４】
尚、上記した実施の形態においては、電流検出回路４として、逆流防止ダイオード４１の出力を用いているが、これに限られず、シャント抵抗などを用いてもよい。
【００４５】
上記した電力変換装置２は、図５に示すように、直流電力を交流電力に変換する主回路２１と、この主回路２１を制御する制御回路２２とで、構成されている。電力変換回路２を駆動させるためには、制御回路２２へ電力を供給し、制御回路２２を動作させる必要がある。図４に示したものでは、制御回路２２を系統などに接続し、系統などから電力を供給するように構成している。
【００４６】
次に示すこの発明の実施形態は、電力変換装置２の制御回路２２への電力を太陽電池装置１側から供給するように構成したものである。
【００４７】
図６は、この発明の実施形態を示すブロック図である。なお、上記した参考形態と同じ部分には同じ符号を付す。
【００４８】
図６に示すように、この実施形態は、電流パス回路３からの出力により制御される電流供給回路５を電力変換装置２と電流パス回路３との間に設けたものである。そして、電力変換装置２の制御回路２２は、太陽電池装置１からの電力により駆動されるように構成されている。
【００４９】
前記した参考形態においては、電流検出回路４が検出する帰還電流が所定の電流値になるまで、電流パス回路３に電流が流れ、電力変換装置２には、電流を与えないようにしている。この実施形態においても、原則的には、電流検出回路４が検出する帰還電流が所定の電流値になるまで、電流パス回路３に電流を流すが、電力変換装置２の制御回路２２には電流パス回路３へ流れる電流から電流供給回路５が一部の電流を流すように構成している。
【００５０】
太陽電池装置１が発電している間は、この電力供給回路５からの電流により、電力変換回路２内の制御回路２２は駆動される。この制御回路２２が使用する電力は極めて少量で済むため、日の出などのように、太陽電池装置１からの僅かな電力でも十分に動作が行える。このように、電力供給回路５からの電力変換装置２の制御回路２２の電力を供給することで、系統などの電力を用いることなく、電力変換装置２を駆動制御させることができる。もちろん、制御回路２の動作を保証するために、バックアップ用の電池などを用意し、太陽電池装置１からの電力が急に遮断された場合にも制御回路２２は問題なく動作するように構成している。
【００５１】
太陽電池装置１の出力の増大につれて、電流パス回路３を経て流れる電流は増加する。そして、電流検出回路４は所定の電流値、即ち、電力変換装置２の起動開始電圧を十分上回る状態になると、電流パス回路３は切り放され、太陽電池装置１からの電力は全て電力変換装置２へ供給される。
【００５２】
ところで、この実施形態においては、太陽電池装置１が開放状態で最大電圧になる時は、太陽電池電流（Ｉｐｖ）は電力供給回路５からごく僅かに電流が与えられているだけである。例えば、０．１Ａとごく僅かである。
【００５３】
そこで、この発明では、電力変換装置２が停止状態及び起動開始電圧を上回らない時には、電流パス回路３から電流を流して、電圧の上昇を抑制する。このため、電流パス回路３は電力変換装置２の耐圧に応じて、電流供給回路５から与えられる電流を考慮して抵抗分圧による抵抗などが決められる。
【００５４】
太陽電池装置１で発電した電流が電流パス回路３を通じて流れることにより、電圧降下が起こり電圧の上昇を抑制できる。そして、電力変換装置２が起動しているときは、太陽電池電流が電力変換装置２に流れるので、開放状態とはならず、電流パス回路３に太陽電池電流を流すと発電電流が無駄となる。このため、この実施形態においても、太陽電池装置１が電力変換装置２の起動開始電圧を上回り、電力変換装置２が通常の起動状態になると電流検出回路４からの出力により、電流パス回路３が切り放される。
このように、運転状態での最大電圧を考慮した耐圧になるように、電流パス回路３に抵抗等を設定しておけば、電力変換装置２に、大きな電圧が入力することがなくなる。従って、最適動作電圧を高く設定することができ、システム効率をアップさせることができる。
【００５５】
図７は、この発明の実施形態の具体例を示す回路図である。図７に示すように、電流パス回路３は、第１トランジスタ３１と第２トランジスタ３２を有し、第１トランジスタ３１のベースに電流検出回路４からの出力が与えられる。第１トランジスタ３１のコレクタは太陽電池装置１の出力（＋）側のラインと抵抗３３を介して接続され、エミッタは太陽電池装置１の帰還（−）側ラインと接続されている。第１トランジスタ３１のエミッタ、コレクタ間は抵抗３９を介して接続されている。また、第１トランジスタ３１のコレクタと第２トランジスタ３２のベースとが接続されている。
【００５６】
この第２トランジスタ３２のコレクタは太陽電池装置１の出力側のラインと接続される。そして、この第２トランジスタ３２のエミッタは抵抗３７、抵抗３８を介して太陽電池装置１の帰還側ラインと接続されている。抵抗３７、抵抗３８で分圧された出力が電流供給回路５のダイオード５１に与えられる。
【００５７】
電流供給回路５は、太陽電池装置１からの電力を電力変換装置２に与えるために、太陽電池装置１の出力（＋）側のラインが電流供給回路５のサイリスタ（ＳＣＲ）５３に接続される。サイリスタ５３の出力が電力変換装置２に接続される。太陽電池装置１からの電流ＩＭはサイリスタ５３がオンしている時に、電力変換装置２へ供給される。
【００５８】
また、ダイオード５１の出力は、差動アンプ５２の−端子及び電力変換装置２に与えられる。また、差動アンプ５２の＋端子には抵抗３７、抵抗３８で分圧された出力が与えられる。この差動アンプ５２の出力電流ＩＧがサイリスタ５３のゲート電流として与えられる。
【００５９】
この差動アンプ５２は、太陽電池装置１で発電した電力が電源変換装置２の制御回路２２を十分駆動できるが、主回路２１を駆動するには十分でないとき、ダイオード５１のアノード、カソード間の電位差ではゲートトリガ電圧に達しないように増幅率が決められている。このため、サイリスタ５３は、日照強度が微弱なときにはオンしない。
【００６０】
また、ダイオード５１の出力電流ＩＳは、電力変換装置２に与えられる。サイリスタ５３がオフ、すなわち、太陽電池装置１と電力変換装置２との間が遮断された状態でも、太陽電池装置１が発電している間はダイオード５１から電力変換装置２の制御回路２２に電力が供給される。
【００６１】
上記抵抗３３、３９は、第１トランジスタ３１及び第２トランジスタ３２との特性等によりその抵抗値は適宜選択され、分圧抵抗３７、３８は、電流検出回路４は、前記した図２に示す回路と同様であるので、同じ部分には同じ符号を付し説明の重複を避けるために、ここではその説明を省略する。なお、逆流防止ダイオード４１の代わりに、ホール素子を用いた電流センサなどの検出手段を用いてもよい。
【００６２】
次に、この図７に示す回路の動作を説明する。
太陽電池装置１が発電を開始する前は、電力変換装置２は停止したままである。そして、逆流防止ダイオード４１からは電流が流れておらず、第１トランジスタ３１はオフである。第１トランジスタ３１がオフの時、第２トランジスタ３２はオンとなり、電流パス回路３が太陽電池装置１と接続された状態である。そして、サイリスタ５３もオフの状態であり、太陽電池装置１と電力変換装置２は遮断されている。
【００６３】
早朝、太陽電池装置に光が当たると太陽電池装置１から発電した電流は、電流パス回路３の分圧抵抗３７，３８により分圧された電流が逆流ダイオード４１を経て太陽電池装置１に戻る。電流検出回路４は流れる電流を検出している。一方、分圧された電流はダイオード５１から電流ＩＳとして、電力変換装置２の制御回路２２へ与えられる。上記したように、太陽電池装置１からの発電電力が電力変換装置２の制御回路２２は十分駆動できるが、主回路２１を駆動するには十分でないときは、サイリスタ５３はオンしない。すなわち、日照強度が微弱なとき、ダイオード５１のアノード、カソード間の電位差では、サイリスタ５３のゲートトリガ電圧に達しないように、差動アンプ５２の増幅率が決められている。このとき、太陽電池装置１で発電した電流は、電流パス回路３を通じて流れることにより、電圧降下が起こり、電圧の上昇を抑制する。
【００６４】
日照強度がさらに増加し、電流変換装置２の制御回路２２が主回路２１を起動させると、ダイオード５１からの電流ＩＳは大きく増加し、ダイオード５１の電位差により、差動アンプ５２の出力電圧がサイリスタ５３のゲートトリガ電圧を十分超え、サイリスタ５３がオンとなり、電力変換装置２には、電流ＩＭが供給される。
【００６５】
電力変換装置２が起動すると、太陽電池装置１の電流は次第に増大し、太陽電池装置１の最適動作点Ｐｍａｘ付近で運転される。このとき逆流防止ダイオード４１に流れる電流もＩｐｍａｘに増加し、電流検出回路４から与えられる出力により、第１トランジスタ３１がオンになる。第１トランジスタ３１がオンになると第２トランジスタ３２がオフになり、電流パス回路３が切り放される。電流パス回路３が切り離されると、ダイオード５２からの出力電流ＩＳは０になる。また、サイリスタ５３へのゲート電流ＩＧもオフになるが、サイリスタ５３はオン状態を維持する。そして、太陽電池装置１からの直流電流ＩＭが電力変換回路２に与えられ、太陽電池装置１の出力を最大限利用できる。
【００６６】
上記したように、この実施形態では、太陽電池装置１が発電を開始した状態から、電流パス回路３及び電流供給回路５を介して電流が流れていくので、電圧が過電圧になるのが防止できる。例えば、電流を流さない場合には、図３の点線のように、開放電圧は上昇し、電力変換装置２の起動時に最大電圧となる。これに対して、この発明では、太陽電池装置１の直流出力電力が大きくなるときに電圧も大きくなるが、電流は電流パス回路３及び電流供給回路５を介して流れているので、電圧が動作電圧以上になるのを抑制できる。この結果、最適動作電圧を高く設計しても耐圧は確保できる。
【００６７】
そして、何らかの原因により、太陽電池装置１の発電が突然停止すると、第１トランジスタ３１がオフになり、第２トランジスタ３２がオンし、電流パス回路３が接続される。さらに、このとき、ゲート電流ＩＧはオフであるが、ダイオード５１の出力電流ＩＳがサイリスタ５３をショートするように働き、サイリスタ５３をオフする。この結果、太陽電池装置１と電力変換装置２との間が遮断される。
【００６８】
太陽電池装置１が発電を再開すると、上記したように、サイリスタ５３がオンし、電流パス回路３が切り離され、太陽電池装置１から電力変換装置２に電力が供給される。
【００６９】
そして、日の入りに近づき、太陽電池装置１の発電出力が小さくなると、電流検出回路４からの電流出力も小さくなり、第１トランジスタ３１はオフ、第２トランジスタ３２はオンとなり、電流パス回路３が接続状態となる。このとき、電力変換装置２の主回路２１が出力を停止寸前まで低下させながらも運転を継続できる程度に、太陽電池装置１が電流を供給する時がある。この状態では、差動アンプ５２の出力電圧がゲートトリガ電圧を越えて、サイリスタ５３がオンとなって、太陽電池装置１からサイリスタ５３を介して電力が電力変化装置２に供給される状態となる。このときは、太陽電池装置１の動作電圧がＶｐｍａｘで開放電圧よりも相当低いため、高い電圧が電力変換装置２に供給されることはない。
【００７０】
さらに、日照強度が低下して、電力変換装置２の主回路２１が停止すると、ＩＳも制御回路２２を駆動する程度しか流れず、差動アンプ５２の出力電圧もゲートトリガ電圧を下回り、ゲートオフとなる。また、ＩＳが流れることにより、サイリスタ５３はショート状態となり、サイリスタ５３はオフとなる。このとき、電力変換装置２へは分圧抵抗３７，３８を通して分圧された電圧しか供給されず開放電圧が電力変換装置２に加わることが抑制される。
【００７１】
その後、さらに、日照強度が低下すると、制御回路２２も運転を停止し、全ての素子は太陽電池装置１が発電する前の状態に復帰する。
【００７２】
上記した実施の形態においては、電力変換装置２の停止時及び起動開始時には、電力変換装置２の制御回路２２に電力供給回路５のダイオード５１から電流ＩＳが供給される。また、電力変換装置２の運転時には、サイリスタ５３に与えられる電流ＩＭが電力変換装置２の制御回路２２に供給される。この供給される電力により、電力変換装置２の制御回路２２が駆動される。
【００７３】
上記した図７に示す回路において、太陽電池装置１の開放電圧が３５０Ｖ、運転中の太陽電池装置１の電圧が２００Ｖとし、抵抗３３を１００ｋΩ、抵抗３７を１ｋΩ、抵抗３６を１５０Ｗ、３００Ω、抵抗３７を１ｋΩのものを用いる。このとき、電力変換装置２が停止している状態では、電流が、ダイオード５１へ０．１Ａ、抵抗３８へ０．３５Ａ流れる。このときの電力変換装置２側の電圧は２７０Ｖとなる。そして、起動開始時には、太陽電池装置２の電圧は２６０Ｖになり、電流ＩＳは０．１Ａとなる。そして、運転中は太陽電池装置１及び電力変換装置２の電圧は２００Ｖとなる。このときの電流ＩＭは１５Ａである。
【００７４】
次に、この実施の形態の異なる具体的回路を図８に示す。なお、図７と同じ構成については、同じ符号付し、説明を省略する。この図８は、電力変換装置２の停止時と、起動時に電流を与える電力供給回路５の部分を変更したものである。すなわち、図７に示す回路においては、抵抗３７，３８で分圧して、電流ＩＳを与えるように構成した。これに対して、この図８に示すものは、ツェナーダイオード３８ａとトランジスタ５４に置き換えたものである。すなわち、抵抗３８の変わりにツェナーダイオード３８ａを用い、トランジスタ３２のエミッタとトランジスタ５４のコレクタと接続し、トランジスタ５４のエミッタをダイオード５１と接続している。
【００７５】
このように構成することで、僅かなＩＳ電流を供給できるとともに、抵抗分圧に比べて抵抗でのＩ2Ｒ損がなく、抵抗３７にワット（Ｗ）数の小さい抵抗が使える。
【００７６】
次に、この実施の形態の異なる具体的回路を図９に示す。なお、図７と同じ構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。この図９に示すものは、サイリスタ５３の変わりに、自己保持型リレー５５を用いたものである。このよに構成しても、前述した動作が行える。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では、太陽電池装置からの発電した電流が所定値以下の場合には、電流パス回路を介して若干の電流が流れるように構成しているので、電力変換装置が停止状態でも太陽電池装置は開放電圧とならず、電圧上昇を抑制でき、最適動作電圧を高く設計しても耐圧は確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の参考形態を示すブロック図である。
【図２】 この発明の参考形態の具体例を示す回路図である
【図３】 太陽電池装置の特性に応じた電力変換装置の運転状態を示す特性図である。
【図４】 この発明の太陽電池装置の電圧電流特性図である。
【図５】 この発明に用いられる電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図６】 この発明の実施形態を示すブロック図である。
【図７】 この発明の実施形態の具体例を示す回路図である。
【図８】 この発明の実施形態の異なる具体例を示す回路図である。
【図９】 この発明の実施形態のさらに異なる具体例を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 太陽電池装置
２ 電力変換装置
３ 電流パス回路
４ 電流検出回路
【産業上の利用分野】
この発明は、太陽光発電装置に係り、特に、電力変換装置へ過電圧が加わらないように保護する太陽光発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境の問題等から、屋外に設置して光起電力を発生させる太陽電池装置が注目されており、屋根などに太陽電池装置を設置し、その発電電力により日中の消費電力を賄う太陽光発電システムが実用化されている。
【０００３】
上記システムにおいては、太陽電池装置が出力する電力は直流であるので、電力変換装置（インバータ）を用いて、太陽電池装置からの直流電力を交流電力に変換して用いている。
【０００４】
ところで、上記した電力変換装置においては、太陽電池装置からの発電電力が得られたら直ちに起動するものではなく、一定時間太陽電池装置からの出力を確認した上で起動するように構成されている。これは日の出などのように、太陽電池装置の発電状態が安定しない時に、電力変換装置を起動させると、出力電力にノイズなどが発生するなどの問題があるからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の電力変換装置においては、太陽電池装置からの電力が一定時間安定するまでは起動しないように構成されているため、開放電圧が上昇する。特に、冬場の早朝等においては、開放電圧が大きくなる。このため、電力変換装置に動作電圧に比べて大きな耐圧のものを用いなければならず、コストがかかるとともに、通常の動作電圧時には効率が悪くなるという問題があった。
【０００６】
この発明の目的は、上述した従来の問題点を解消するためになされたものにして、開放電圧の上昇を防止して、電力変換装置へ過電圧が加わることを防止することにある。さらに、この発明の目的は、電力変換装置の最適動作電圧を高くし、動作効率が向上させる太陽光発電装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、太陽電池装置と、この太陽電池装置からの出力を交流電力に変換する電力変換装置と、前記太陽電池装置と電力変換装置間に並列に接続された電流パス回路と、前記電流パス回路と電力変換装置との間に設けられ、電流パス回路からの出力により制御されると共に前記電力変換装置の制御回路へ電力を供給するための電力供給回路と、太陽電池装置へ帰還する電流を検出する電流検出回路と、を備え、前記電流検出回路にて検出する電流が所定の電流値以上になると、前記電流パス回路が切り放されることを特徴とする。
【００１４】
上記した構成によれば、太陽電池装置からの発電した電流が所定値以下の場合には、電流パス回路及び電流供給回路を介して若干の電流が流れていくので、電力変換装置が停止状態でも太陽電池装置は開放電圧とならず、電圧上昇を抑制でき、最適動作電圧を高く設計しても耐圧は確保できる。
【００１５】
前記電流検出回路は逆流防止ダイオードからの出力に基づいて電流を検出するように構成できる。
【００１６】
また、前記電力供給回路は、電流パス回路を分圧した電流と、太陽電池装置からの電流を切り替えて供給するように構成するとよい。
【００１７】
前記電力供給回路は、太陽電池装置と電力変換装置との間に流れる電流をオン／オフする手段と、前記電流パス回路から与えられる電流を電力変換装置に与える手段と、を備えて構成することができる。そして、前記オン／オフする手段は、サイリスタ或いは、自己保持型リレーで構成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、この発明の参考形態を示すブロック図である。
図１に示すように、屋根等に設置された太陽電池装置１は、非晶質シリコン、結晶系シリコン等の太陽電池素子を複数個、並列及び直列に接続して、所定の電力を出力するように構成されている。この太陽電池装置１から発電された直流電力が電力変換装置２の入力側端子２ａ、２ｂから電力変換装置２に与えられる。この実施の形態における電力変換装置２の耐圧は、最適動作電圧より少し大きくしている程度のものを用いている。
【００２０】
電力変換装置２にて直流電力を交流電力に変換し、出力端子２ｃ、２ｄから交流電力が内部の電気系統に与えられ、この電気系統に接続された交流負荷６に電力が供給される。
【００２１】
電気系統は、商用の電力系統と連系されており、夜間など太陽電池装置１から供給される電力が不足したときに、電力系統からの電力を利用できるように構成されている。
【００２２】
この発明では、電力変換装置２の入力端子２ａ、２ｂと太陽電池装置１の出力端子との間に電流パス回路３が設けられている。この電流パス回路３は、太陽電池装置１のリターン側に設けられた帰還電流を測定する電流検出回路４の出力により、その動作が制御される。
【００２３】
なお、この参考形態においては、入力端子２ａが＋側端子、入力端子２ｂが−側端子で構成されている。
【００２４】
前記電流パス回路３は、バイアス抵抗とスイッチング素子を有し、電流検出回路４からの出力により、スイッチング素子がオン／オフし、帰還電流が所定の電流値になるまで、電流パス回路３に電流が流れ、電力変換装置２には、電流を与えずに、太陽電池装置１に戻る。
【００２５】
太陽電池装置１の出力の増大につれて、電流パス回路３を経て流れる電流は増加する。そして、電流検出回路４は所定の電流値、即ち、電力変換装置２の起動開始電圧を十分上回る状態になると、電流パス回路３は切り放され、太陽電池装置１からの電力は全て電力変換装置２へ供給される。
【００２６】
図示はしていないが、この装置は、電力変換装置２の起動を制御するために、電流パス回路３を経て流れる電流を測定し、太陽電池装置１が起動開始電圧に達したか否か判断している。すなわち、一定時間太陽電池装置１からの出力を確認した上で電力変換装置２が起動されるように構成されている。
【００２７】
ところで、太陽電池装置１が開放状態で最大電圧になる時は、太陽電池電流（Ｉｐｖ）は０である。そこで、この発明では、電力変換装置２が停止状態及び起動開始電圧を上回らない時には、電流パス回路３から電流を流して、電圧の上昇を抑制する。このため、電流パス回路３のバイアス抵抗は電力変換装置２の耐圧に応じて大きな抵抗のものが用いられる。太陽電池装置１で発電した電流が電流パス回路３を通じて流れることにより、電圧降下が起こり電圧の上昇を抑制できる。そして、電力変換装置２が起動しているときは、太陽電池電流が電力変換装置２に流れるので、開放状態とはならず、電流パス回路３に太陽電池電流を流すと発電電流が無駄となる。このため、この発明では、太陽電池装置１が電力変換装置２の起動開始電圧を上回り、電力変換装置２が通常の起動状態になると電流検出回路４からの出力により、電流パス回路３が切り放される。
【００２８】
このように、運転状態での最大電圧を考慮した耐圧になるように、電流パス回路３にバイアス抵抗等を設定しておけば、電力変換装置２に、大きな電圧が入力することがなくなる。従って、最適動作電圧を高く設定することができ、システム効率をアップさせることができる。
【００２９】
図２は、この発明の参考形態の具体例を示す回路図である。図２に示すように、電流パス回路３は、第１トランジスタ３１と第２トランジスタ３２を有し、第１トランジスタ３１のベースに電流検出回路４からの出力が与えられる。第１トランジスタ３１のコレクタは太陽電池装置１の出力（＋）側のラインと抵抗３３を介して接続され、エミッタは太陽電池装置１の帰還（−）側ラインと接続されている。第１トランジスタ３１のコレクタが第２トランジスタ３２のベースと接続され、第２トランジスタ３２のコレクタは太陽電池装置１の出力側のラインと抵抗３５を介して接続され、エミッタは太陽電池装置１の帰還側ラインとバイアス抵抗３６を介して接続されている。第２トランジスタ３２のベースと帰還側ラインとは抵抗３４を介して接続されている。上記抵抗３３、３４、３５は、第１トランジスタ３１及び第２トランジスタ３２との特性等によりその抵抗値は適宜選択され、バイアス抵抗（Ｒｚ）３６は、使用する電源変換装置２の耐圧に応じて決められる。
【００３０】
この電流検出回路４では、逆流防止ダイオード４１の出力を利用して、電流検出を行っている。逆流防止ダイオード４１の出力が抵抗４４を介して、差動アンプ４２の一方に入力され、差動アンプ４２の他方の入力は、帰還抵抗４５を介してアンプの出力が与えられる。また、他方の入力は抵抗４３を介して帰還ラインと接続されている。また、アンプ４２の一方の入力と帰還ラインとは抵抗４６と接続されている。これら各抵抗４３、４４、４５、４６は、逆流防止ダイオード４１からのゲインを調整するものであり、電力変換装置３を通常の起動状態に適した電流値になったとき、電流パス回路３を切り離すための出力値となるように選択されている。
【００３１】
次に、この発明の動作を図３及び図４を参照して説明する。図３は、太陽電池装置１の特性に応じた電力変換装置２の運転状態を示す特性図、図４は太陽電池装置１の電圧電流特性図である。
【００３２】
太陽電池装置１が発電を開始する前は、電力変換装置２は停止したままである。そして、逆流防止ダイオード４１からは電流が流れておらず、第１トランジスタ３１はオフである。第１トランジスタ３１がオフの時、第２トランジスタ３２はオンとなり、電流パス回路３が太陽電池装置１と接続された状態である。
【００３３】
早朝、太陽電池装置に光が当たると太陽電池装置１から発電した電流は、電流パス回路３のバイアス抵抗３６を介して、逆流ダイオード４１を経て太陽電池装置１に戻る。電流検出回路４は流れる電流を検出している。
【００３４】
時間が経過し、太陽が高くあがると太陽電池装置１からの直流電圧が上昇していくが、第１トランジスタ３１がオフで第２トランジスタがオンのため、太陽電池はバイアス抵抗（Ｒｚ）３６に接続され、図４に示すように、Ｒｚの負荷直線と太陽電池のＩＶ特性曲線の交点によって決定される動作電圧ＶＲｚ以上に上昇ることはない。ここで、ＶＲｚは電力変換装置２の起動開始電圧を十分上回るように設定されている。
【００３５】
電力変換装置２が起動すると、太陽電池の電流は次第に増大し、太陽電池の最適動作点Ｐｍａｘ付近で運転される。このとき逆流防止ダイオード４１に流れる電流もＩＲｚからＩｐｍａｘに増加し、電流検出回路４から与えられる出力により、第１トランジスタ３１がオンになる。第１トランジスタ３１がオンになると第２トランジスタ３２がオフになり、電流パス回路３が切り放され得る。そして、太陽電池装置１からの直流電流が電力変換回路２にのみ与えられ、太陽電池装置１の出力を最大限利用できる。
【００３６】
この発明では、太陽電池装置１が発電を開始した状態から、電流パス回路３を介して若干の電流が流れていくので、電圧が過電圧になるのが防止できる。例えば、電流を流さない場合には、図３の点線のように、開放電圧は上昇し、電力変換装置２の起動時に最大電圧となる。これに対して、この発明では、太陽電池装置１の直流出力電力が大きくなるときに電圧も大きくなるが、電流は電流パス回路３を介して流れているので、電圧が動作電圧以上になるのを抑制できる。この結果、最適動作電圧を高く設計しても耐圧は確保できる。
【００３７】
尚、図３においては、直流電力出力が一定値以上になると、電力変換装置２は、最大電力追従運転による制御を行っている。
【００３８】
そして、日の入りに近づき、太陽電池装置１の発電出力が小さくなると、電流検出回路４からの電流出力も小さくなり、第１トランジスタ３１はオフ、第２トランジスタ３２はオンとなり、電流パス回路３が接続状態となる。そして、その後、電力変換装置２は運転を停止する。
【００３９】
太陽電池装置１として、特に、非晶質系シリコン太陽電池を用いた場合には、フィルファクタ（Ｆ．Ｆ．）が小さいので、従来では、冬の早朝などに最大入力電圧を越える畏れがあったが、この発明を適用すれば、発電が開始すると同時に、電流パス回路３に電流が流れるので、電圧上昇は、電力変換装置２の動作時とあまり変わらない。
【００４０】
上記のように本発明によれば、最適動作電圧を高くすることができるので、電流変換装置２の効率を高めることができる。
【００４１】
例えば、従来は開放電圧が高くなるため、動作電圧１８０Ｖの変換装置では、開放電圧の関係から電力変換装置２として耐圧３５０Ｖものを使用している。このため、動作電流は１６．６Ａ程度となる。これに対して、この発明を用いると、耐圧３５０Ｖのものを用いた場合、動作電圧は２３０Ｖが可能となる。このため、動作電流は１３．０Ａとなる。
【００４２】
ここで、電流Ｉ2Ｒ損の改善につき考えると、
（１３．０／１６．６）2＝０．６となり、４０％改善が可能となる。
【００４３】
例えば、電力変換装置２の効率が９２％とすると、損失全てがＩ2Ｒ損とすると、損失は４．８％となり、効率は９５％程度に改善される。
【００４４】
尚、上記した実施の形態においては、電流検出回路４として、逆流防止ダイオード４１の出力を用いているが、これに限られず、シャント抵抗などを用いてもよい。
【００４５】
上記した電力変換装置２は、図５に示すように、直流電力を交流電力に変換する主回路２１と、この主回路２１を制御する制御回路２２とで、構成されている。電力変換回路２を駆動させるためには、制御回路２２へ電力を供給し、制御回路２２を動作させる必要がある。図４に示したものでは、制御回路２２を系統などに接続し、系統などから電力を供給するように構成している。
【００４６】
次に示すこの発明の実施形態は、電力変換装置２の制御回路２２への電力を太陽電池装置１側から供給するように構成したものである。
【００４７】
図６は、この発明の実施形態を示すブロック図である。なお、上記した参考形態と同じ部分には同じ符号を付す。
【００４８】
図６に示すように、この実施形態は、電流パス回路３からの出力により制御される電流供給回路５を電力変換装置２と電流パス回路３との間に設けたものである。そして、電力変換装置２の制御回路２２は、太陽電池装置１からの電力により駆動されるように構成されている。
【００４９】
前記した参考形態においては、電流検出回路４が検出する帰還電流が所定の電流値になるまで、電流パス回路３に電流が流れ、電力変換装置２には、電流を与えないようにしている。この実施形態においても、原則的には、電流検出回路４が検出する帰還電流が所定の電流値になるまで、電流パス回路３に電流を流すが、電力変換装置２の制御回路２２には電流パス回路３へ流れる電流から電流供給回路５が一部の電流を流すように構成している。
【００５０】
太陽電池装置１が発電している間は、この電力供給回路５からの電流により、電力変換回路２内の制御回路２２は駆動される。この制御回路２２が使用する電力は極めて少量で済むため、日の出などのように、太陽電池装置１からの僅かな電力でも十分に動作が行える。このように、電力供給回路５からの電力変換装置２の制御回路２２の電力を供給することで、系統などの電力を用いることなく、電力変換装置２を駆動制御させることができる。もちろん、制御回路２の動作を保証するために、バックアップ用の電池などを用意し、太陽電池装置１からの電力が急に遮断された場合にも制御回路２２は問題なく動作するように構成している。
【００５１】
太陽電池装置１の出力の増大につれて、電流パス回路３を経て流れる電流は増加する。そして、電流検出回路４は所定の電流値、即ち、電力変換装置２の起動開始電圧を十分上回る状態になると、電流パス回路３は切り放され、太陽電池装置１からの電力は全て電力変換装置２へ供給される。
【００５２】
ところで、この実施形態においては、太陽電池装置１が開放状態で最大電圧になる時は、太陽電池電流（Ｉｐｖ）は電力供給回路５からごく僅かに電流が与えられているだけである。例えば、０．１Ａとごく僅かである。
【００５３】
そこで、この発明では、電力変換装置２が停止状態及び起動開始電圧を上回らない時には、電流パス回路３から電流を流して、電圧の上昇を抑制する。このため、電流パス回路３は電力変換装置２の耐圧に応じて、電流供給回路５から与えられる電流を考慮して抵抗分圧による抵抗などが決められる。
【００５４】
太陽電池装置１で発電した電流が電流パス回路３を通じて流れることにより、電圧降下が起こり電圧の上昇を抑制できる。そして、電力変換装置２が起動しているときは、太陽電池電流が電力変換装置２に流れるので、開放状態とはならず、電流パス回路３に太陽電池電流を流すと発電電流が無駄となる。このため、この実施形態においても、太陽電池装置１が電力変換装置２の起動開始電圧を上回り、電力変換装置２が通常の起動状態になると電流検出回路４からの出力により、電流パス回路３が切り放される。
このように、運転状態での最大電圧を考慮した耐圧になるように、電流パス回路３に抵抗等を設定しておけば、電力変換装置２に、大きな電圧が入力することがなくなる。従って、最適動作電圧を高く設定することができ、システム効率をアップさせることができる。
【００５５】
図７は、この発明の実施形態の具体例を示す回路図である。図７に示すように、電流パス回路３は、第１トランジスタ３１と第２トランジスタ３２を有し、第１トランジスタ３１のベースに電流検出回路４からの出力が与えられる。第１トランジスタ３１のコレクタは太陽電池装置１の出力（＋）側のラインと抵抗３３を介して接続され、エミッタは太陽電池装置１の帰還（−）側ラインと接続されている。第１トランジスタ３１のエミッタ、コレクタ間は抵抗３９を介して接続されている。また、第１トランジスタ３１のコレクタと第２トランジスタ３２のベースとが接続されている。
【００５６】
この第２トランジスタ３２のコレクタは太陽電池装置１の出力側のラインと接続される。そして、この第２トランジスタ３２のエミッタは抵抗３７、抵抗３８を介して太陽電池装置１の帰還側ラインと接続されている。抵抗３７、抵抗３８で分圧された出力が電流供給回路５のダイオード５１に与えられる。
【００５７】
電流供給回路５は、太陽電池装置１からの電力を電力変換装置２に与えるために、太陽電池装置１の出力（＋）側のラインが電流供給回路５のサイリスタ（ＳＣＲ）５３に接続される。サイリスタ５３の出力が電力変換装置２に接続される。太陽電池装置１からの電流ＩＭはサイリスタ５３がオンしている時に、電力変換装置２へ供給される。
【００５８】
また、ダイオード５１の出力は、差動アンプ５２の−端子及び電力変換装置２に与えられる。また、差動アンプ５２の＋端子には抵抗３７、抵抗３８で分圧された出力が与えられる。この差動アンプ５２の出力電流ＩＧがサイリスタ５３のゲート電流として与えられる。
【００５９】
この差動アンプ５２は、太陽電池装置１で発電した電力が電源変換装置２の制御回路２２を十分駆動できるが、主回路２１を駆動するには十分でないとき、ダイオード５１のアノード、カソード間の電位差ではゲートトリガ電圧に達しないように増幅率が決められている。このため、サイリスタ５３は、日照強度が微弱なときにはオンしない。
【００６０】
また、ダイオード５１の出力電流ＩＳは、電力変換装置２に与えられる。サイリスタ５３がオフ、すなわち、太陽電池装置１と電力変換装置２との間が遮断された状態でも、太陽電池装置１が発電している間はダイオード５１から電力変換装置２の制御回路２２に電力が供給される。
【００６１】
上記抵抗３３、３９は、第１トランジスタ３１及び第２トランジスタ３２との特性等によりその抵抗値は適宜選択され、分圧抵抗３７、３８は、電流検出回路４は、前記した図２に示す回路と同様であるので、同じ部分には同じ符号を付し説明の重複を避けるために、ここではその説明を省略する。なお、逆流防止ダイオード４１の代わりに、ホール素子を用いた電流センサなどの検出手段を用いてもよい。
【００６２】
次に、この図７に示す回路の動作を説明する。
太陽電池装置１が発電を開始する前は、電力変換装置２は停止したままである。そして、逆流防止ダイオード４１からは電流が流れておらず、第１トランジスタ３１はオフである。第１トランジスタ３１がオフの時、第２トランジスタ３２はオンとなり、電流パス回路３が太陽電池装置１と接続された状態である。そして、サイリスタ５３もオフの状態であり、太陽電池装置１と電力変換装置２は遮断されている。
【００６３】
早朝、太陽電池装置に光が当たると太陽電池装置１から発電した電流は、電流パス回路３の分圧抵抗３７，３８により分圧された電流が逆流ダイオード４１を経て太陽電池装置１に戻る。電流検出回路４は流れる電流を検出している。一方、分圧された電流はダイオード５１から電流ＩＳとして、電力変換装置２の制御回路２２へ与えられる。上記したように、太陽電池装置１からの発電電力が電力変換装置２の制御回路２２は十分駆動できるが、主回路２１を駆動するには十分でないときは、サイリスタ５３はオンしない。すなわち、日照強度が微弱なとき、ダイオード５１のアノード、カソード間の電位差では、サイリスタ５３のゲートトリガ電圧に達しないように、差動アンプ５２の増幅率が決められている。このとき、太陽電池装置１で発電した電流は、電流パス回路３を通じて流れることにより、電圧降下が起こり、電圧の上昇を抑制する。
【００６４】
日照強度がさらに増加し、電流変換装置２の制御回路２２が主回路２１を起動させると、ダイオード５１からの電流ＩＳは大きく増加し、ダイオード５１の電位差により、差動アンプ５２の出力電圧がサイリスタ５３のゲートトリガ電圧を十分超え、サイリスタ５３がオンとなり、電力変換装置２には、電流ＩＭが供給される。
【００６５】
電力変換装置２が起動すると、太陽電池装置１の電流は次第に増大し、太陽電池装置１の最適動作点Ｐｍａｘ付近で運転される。このとき逆流防止ダイオード４１に流れる電流もＩｐｍａｘに増加し、電流検出回路４から与えられる出力により、第１トランジスタ３１がオンになる。第１トランジスタ３１がオンになると第２トランジスタ３２がオフになり、電流パス回路３が切り放される。電流パス回路３が切り離されると、ダイオード５２からの出力電流ＩＳは０になる。また、サイリスタ５３へのゲート電流ＩＧもオフになるが、サイリスタ５３はオン状態を維持する。そして、太陽電池装置１からの直流電流ＩＭが電力変換回路２に与えられ、太陽電池装置１の出力を最大限利用できる。
【００６６】
上記したように、この実施形態では、太陽電池装置１が発電を開始した状態から、電流パス回路３及び電流供給回路５を介して電流が流れていくので、電圧が過電圧になるのが防止できる。例えば、電流を流さない場合には、図３の点線のように、開放電圧は上昇し、電力変換装置２の起動時に最大電圧となる。これに対して、この発明では、太陽電池装置１の直流出力電力が大きくなるときに電圧も大きくなるが、電流は電流パス回路３及び電流供給回路５を介して流れているので、電圧が動作電圧以上になるのを抑制できる。この結果、最適動作電圧を高く設計しても耐圧は確保できる。
【００６７】
そして、何らかの原因により、太陽電池装置１の発電が突然停止すると、第１トランジスタ３１がオフになり、第２トランジスタ３２がオンし、電流パス回路３が接続される。さらに、このとき、ゲート電流ＩＧはオフであるが、ダイオード５１の出力電流ＩＳがサイリスタ５３をショートするように働き、サイリスタ５３をオフする。この結果、太陽電池装置１と電力変換装置２との間が遮断される。
【００６８】
太陽電池装置１が発電を再開すると、上記したように、サイリスタ５３がオンし、電流パス回路３が切り離され、太陽電池装置１から電力変換装置２に電力が供給される。
【００６９】
そして、日の入りに近づき、太陽電池装置１の発電出力が小さくなると、電流検出回路４からの電流出力も小さくなり、第１トランジスタ３１はオフ、第２トランジスタ３２はオンとなり、電流パス回路３が接続状態となる。このとき、電力変換装置２の主回路２１が出力を停止寸前まで低下させながらも運転を継続できる程度に、太陽電池装置１が電流を供給する時がある。この状態では、差動アンプ５２の出力電圧がゲートトリガ電圧を越えて、サイリスタ５３がオンとなって、太陽電池装置１からサイリスタ５３を介して電力が電力変化装置２に供給される状態となる。このときは、太陽電池装置１の動作電圧がＶｐｍａｘで開放電圧よりも相当低いため、高い電圧が電力変換装置２に供給されることはない。
【００７０】
さらに、日照強度が低下して、電力変換装置２の主回路２１が停止すると、ＩＳも制御回路２２を駆動する程度しか流れず、差動アンプ５２の出力電圧もゲートトリガ電圧を下回り、ゲートオフとなる。また、ＩＳが流れることにより、サイリスタ５３はショート状態となり、サイリスタ５３はオフとなる。このとき、電力変換装置２へは分圧抵抗３７，３８を通して分圧された電圧しか供給されず開放電圧が電力変換装置２に加わることが抑制される。
【００７１】
その後、さらに、日照強度が低下すると、制御回路２２も運転を停止し、全ての素子は太陽電池装置１が発電する前の状態に復帰する。
【００７２】
上記した実施の形態においては、電力変換装置２の停止時及び起動開始時には、電力変換装置２の制御回路２２に電力供給回路５のダイオード５１から電流ＩＳが供給される。また、電力変換装置２の運転時には、サイリスタ５３に与えられる電流ＩＭが電力変換装置２の制御回路２２に供給される。この供給される電力により、電力変換装置２の制御回路２２が駆動される。
【００７３】
上記した図７に示す回路において、太陽電池装置１の開放電圧が３５０Ｖ、運転中の太陽電池装置１の電圧が２００Ｖとし、抵抗３３を１００ｋΩ、抵抗３７を１ｋΩ、抵抗３６を１５０Ｗ、３００Ω、抵抗３７を１ｋΩのものを用いる。このとき、電力変換装置２が停止している状態では、電流が、ダイオード５１へ０．１Ａ、抵抗３８へ０．３５Ａ流れる。このときの電力変換装置２側の電圧は２７０Ｖとなる。そして、起動開始時には、太陽電池装置２の電圧は２６０Ｖになり、電流ＩＳは０．１Ａとなる。そして、運転中は太陽電池装置１及び電力変換装置２の電圧は２００Ｖとなる。このときの電流ＩＭは１５Ａである。
【００７４】
次に、この実施の形態の異なる具体的回路を図８に示す。なお、図７と同じ構成については、同じ符号付し、説明を省略する。この図８は、電力変換装置２の停止時と、起動時に電流を与える電力供給回路５の部分を変更したものである。すなわち、図７に示す回路においては、抵抗３７，３８で分圧して、電流ＩＳを与えるように構成した。これに対して、この図８に示すものは、ツェナーダイオード３８ａとトランジスタ５４に置き換えたものである。すなわち、抵抗３８の変わりにツェナーダイオード３８ａを用い、トランジスタ３２のエミッタとトランジスタ５４のコレクタと接続し、トランジスタ５４のエミッタをダイオード５１と接続している。
【００７５】
このように構成することで、僅かなＩＳ電流を供給できるとともに、抵抗分圧に比べて抵抗でのＩ2Ｒ損がなく、抵抗３７にワット（Ｗ）数の小さい抵抗が使える。
【００７６】
次に、この実施の形態の異なる具体的回路を図９に示す。なお、図７と同じ構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。この図９に示すものは、サイリスタ５３の変わりに、自己保持型リレー５５を用いたものである。このよに構成しても、前述した動作が行える。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では、太陽電池装置からの発電した電流が所定値以下の場合には、電流パス回路を介して若干の電流が流れるように構成しているので、電力変換装置が停止状態でも太陽電池装置は開放電圧とならず、電圧上昇を抑制でき、最適動作電圧を高く設計しても耐圧は確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の参考形態を示すブロック図である。
【図２】 この発明の参考形態の具体例を示す回路図である
【図３】 太陽電池装置の特性に応じた電力変換装置の運転状態を示す特性図である。
【図４】 この発明の太陽電池装置の電圧電流特性図である。
【図５】 この発明に用いられる電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図６】 この発明の実施形態を示すブロック図である。
【図７】 この発明の実施形態の具体例を示す回路図である。
【図８】 この発明の実施形態の異なる具体例を示す回路図である。
【図９】 この発明の実施形態のさらに異なる具体例を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 太陽電池装置
２ 電力変換装置
３ 電流パス回路
４ 電流検出回路
Claims (6)
- 太陽電池装置と、この太陽電池装置からの出力を交流電力に変換する電力変換装置と、前記太陽電池装置と電力変換装置間に並列に接続された電流パス回路と、前記電流パス回路と電力変換装置との間に設けられ、電流パス回路からの出力により制御されると共に前記電力変換装置の制御回路へ電力を供給するための電力供給回路と、太陽電池装置へ帰還する電流を検出する電流検出回路と、を備え、前記電流検出回路にて検出する電流が所定の電流値以上になると、前記電流パス回路が切り放されることを特徴とする太陽光発電装置。
- 前記電流検出回路は逆流防止ダイオードからの出力に基づいて電流を検出することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
- 前記電力供給回路は、電流パス回路を分圧した電流と、太陽電池装置からの電流を切り替えて前記電力変換装置の制御回路へ供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電装置。
- 前記電力供給回路は、太陽電池装置と電力変換装置との間に流れる電流をオン／オフする手段と、前記電流パス回路から与えられる電流を電力変換装置に与える手段と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電装置。
- 前記オン／オフする手段は、サイリスタである請求項４記載の太陽光発電装置。
- 前記オン／オフする手段は、自己保持型リレーである請求項５記載の太陽光発電装置
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