JP4253598B2

JP4253598B2 - 電力貯蔵機能を備えた太陽光発電システム

Info

Publication number: JP4253598B2
Application number: JP2004043845A
Authority: JP
Inventors: 一穂長谷川; 誠司原田; 利夫吉田; 勝清水; 喜三郎服部
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: JP2005237121A

Description

この発明は、電力貯蔵機能を備えた太陽光発電システムに関するものである。

図３に示す太陽光発電システムにおいて、昼間には、太陽電池１が発電した直流電力を蓄電池等からなる電力貯蔵手段２に貯蔵するとともに、順逆変換装置３を用いて直流電力を交流電力に変換し、商用系統４と連系してその電力を負荷５に供給し、夜間には、順逆変換装置３を用いて商用系統４からの交流電力を直流電力に変換して電力貯蔵手段２に直流電力を貯蔵するように構成したものである。なお、図中、６〜８は遮断器、９は逆流防止用ダイオード、１０は積算電力量計である。

上記のように構成された太陽光発電システムにおいては、太陽電池１の発電電力が負荷５の消費電力より小さい時には、発電電力は、すべて負荷５にて消費され、発電電力の不足分は商用系統４から供給される。

しかし、発電電力が負荷５の消費電力より大きい時には、余剰電力が発生するので、その余剰電力は、商用系統４に逆潮流電力として供給される手段が採られている。
特開平１１−０１８３１７号公報特許第３２３９１０６号特開２００２−１７１６７４号公報

上述した太陽光発電システムにおいて、余剰電力は、商用系統４に逆潮流電力として供給される手段が採られているが、近年、電力会社の電力料金の関係で、逆潮流電力が太陽電池１で得た発電電力であるのか、電力貯蔵手段２から得た電力であるのかを特定する必要がある.
しかし、従来の太陽光発電システムにおいては、上記逆潮流電力が太陽電池１で得た発電電力であるのか、電力貯蔵手段２から得た電力であるのかが判別できないために、電力料金算定を行なうに当たり困難を極めていた。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、逆潮流電力が太陽電池により得た発電電力であるものと明確に特定できるようにするとともに、太陽電池からの発電、電力貯蔵手段の充電放電の自由度を高め、システム効率、製品標準化度を高めた電力貯蔵機能を備えた太陽光発電システムを提供することを課題とする。

この発明は、上記の課題を達成するために、太陽電池と商用系統との間に接続され、負荷に交流電力を供給する逆変換装置と、この逆変換装置の交流出力端と商用系統に一端が接続され、他端が直流電力を貯蔵する電力貯蔵手段に接続された順逆変換装置と、負荷電流と順逆変換装置を流れる電力貯蔵手段からの電流が入力され、後者の電流が前者の電流より大きくならないようにチェックし、判定する差動アンプと、このアンプの判定出力、逆変換装置の出力電流と出力電圧及び順逆変換装置を流れる電流が供給され、これらを演算して逆変換装置と順逆変換装置の電流路に介挿された各別の開閉器を開放する出力を送出する連系保護機能部と、この連系保護機能部の出力が与えられて、前記逆変換装置を制御する第１制御部と、前記差動アンプの判定出力、負荷電流及び連系保護機能部の出力がそれぞれ与えられて演算を行いその値を出力として前記順逆変換装置に与える第２制御部とを有し、
前記第１制御部で制御される前記逆変換装置で太陽光発電出力制御を、
前記第２制御部で制御される前記順逆変換装置で電力貯蔵手段への充電・放電出力制御をそれぞれ同時刻に独立して行うことを特徴とするものである。

以上述べたように、この発明によれば、逆潮流電力が発生するエネルギー源は太陽光発電からのみと認識できるように電力貯蔵手段を回路から切り離す構成としたことにより、明確に逆潮流電力発生が太陽光発電からのものと特定できる。また、この発明によれば、太陽電池からの発電、電力貯蔵手段の充電放電の自由度を高め、システム効率、製品標準化度の向上を図ることができる。

以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明するに、図３と同一部分には同一符号を付して述べる。図１はこの発明の実施の第１形態を示す概略構成図で、太陽電池１とパワーコンディショナからなる順逆変換装置３とを結ぶ電路にはチョッパ１１を介挿する。

また、前記順逆変換装置３と蓄電池等からなる電力貯蔵手段２との電路には、商用系統４の電路に設けられる逆潮流継電器１２の動作により開閉制御される開閉器１３が介挿されている。なお、１４は電磁開閉器である。

上記のように構成された実施の第１形態において、太陽電池１で発電された直流電力は、チョッパ１１を介して順逆変換装置３に供給されるとともに、電力貯蔵手段２へも開閉器１３を介して供給されている。なお、開閉器１３は、通常時は閉成されている。また、チョッパ１１は、電力貯蔵手段２の放電状態に応じて直流電圧値が変動するので、その変動に応じて太陽光発電出力を最大限取り出すために設けられている。

太陽電池１からの発電電力および電力貯蔵手段２からの合成直流電力が順逆変換装置３を介して交流電力に変換されて負荷５に供給される。

このとき、順逆変換装置３の出力電力は、負荷電流ｉ_lと交流電圧Ｖsを乗算部３１で乗算し、有効電力を求め、演算部３２に入力する。演算部３２は、演算誤差による逆潮流を防ぐため、ゲインを１．０未満とした値を設定として動作する。

この状態で負荷５の使用電力W_LOADが減少し、太陽電池１の出力（チョッパ１１の出力）Ｗ_PVが上回った場合（Ｗ_LOAD＜Ｗ_PV）余剰電力は、電力貯蔵手段２に充電電流として流れる。このため、この充電電流を検出器３３で検出した場合、開閉器１３を指令部３４からの指令で開放する。

また、制御装置３５の不具合にて、その交流電力が負荷５の消費電力より大きくなった場合には、逆潮流となって商用系統４に逆潮流電力が供給されるようになる。すると、逆潮流継電器１２が動作して、その動作信号で開閉器１３が開放される。

この構成とすることにより、逆潮流が発生している間は、逆潮流継電器１２が動作しているため、開閉器１３の開放により電力貯蔵手段２は、回路より切り離され、太陽電池１のみをエネルギー源とした運転が担保される。

この開閉器１３の開放により、電力貯蔵手段２からの直流電力は、順逆変換装置３には供給されなくなる。これにより、逆潮流が更に継続しているならば、開閉器１３の開放も継続するため、商用系統４への逆潮流電力は、自然エネルギー源である太陽電池１による太陽光発電だけになることが特定される。このため、逆潮流電力による電力料金算定も確実にできるようになる。

なお、実施の第１形態では、トータル効率を高めるため、太陽光発電の出力を優先する。すなわち、太陽光発電からの出力が有るときは、通常、電力貯蔵手段２への充電を避け（上記においては、電力貯蔵手段２に充電するように記載しているが）、夜間に太陽光発電出力が無いときにだけ、商用系統４から電力貯蔵手段２へ充電するようにしている。

しかし、電力貯蔵手段２の耐久性を維持するために、完全充電が必要であり、夜間だけでは、充電しきれないので、日中、太陽光発電出力が有る時間帯も電力貯蔵手段２に充電しなければならない。このため、実施の第１形態は、システムとしてのトータル効率が多少低下する虞がある。

図２はこの発明の実施の第２形態を示す概略構成図で、この実施の第２形態では、パワーコンデショナとして逆変換装置３ａと順逆変換装置３ｂの２台を使用するもので、逆変換装置３ａは太陽光発電電力を商用系統４の電力とともに、負荷５に供給するように制御され、順逆変換装置３ｂは商用電力と電力貯蔵手段２との間で充電、放電に利用するように制御される。

なお、上記制御動作は、逆変換装置３ａが制御部２１ａにより、順逆変換装置３ｂが制御部２１ｂにより、それぞれ行なわれる。

２２は系統連系のための連系保護機能部で、この連系保護機能部２２には、逆変換装置３ａの出力電流ｉ_p、順逆変換装置３ｂを流れる電流ｉ_bと順逆変換装置３ｂへの交流電圧Ｖs及び差動アンプ２３の出力が供給される。

連系保護機能部２２は、上記各電流、電圧値を演算して能動式単独運転検出用制御機能、過電流保護機能などの共通機能を得て、制御部２１ａ、２１ｂに信号を送って保護機能の共通化を図るようにしている。

差動アンプ２３は負荷電流ｉ_lと順逆変換装置３ｂに流れる電流ｉ_bを比較し、後者の電流が大きくならないようにチェックするものである。このため、差動アンプ２３の比率を設定することにより、負荷電流ｉ_lと電力貯蔵手段２からの放電電流ｉ_bの比率を変え、正負反転点を調整する。

差動アンプ２３からの状態信号（電流差、正負信号）出力は、制御部２１ｂと連系保護機能部２２に供給される。制御部２１ｂは入力される状態信号と電源電圧とを組み合せた負荷電力演算を行い、その値を出力命令として順逆変換装置３ｂに送り、電力貯蔵手段２の放電電力を制御することに使用する。

連系保護機能部２２としては、太陽電池１、電力貯蔵手段２からの過電流監視や制御停止命令で、電磁開閉器１４、２４の開放を行なったり、単独運転検出のための能動式制御命令（無効電力などの変動量設定）送出をしたり、電磁開閉器２４の開放条件確認、成立時の開放指令送出などを行なう。この他、連系保護機能として、保護制御、連系保護用制御量設定など逆変換装置３ａ、順逆変換装置３ｂの系統連系に関する共通管理、制御を行なう。

この実施の第２形態では、逆変換装置３ａ、順逆変換装置３ｂが互いに独立しているので、一方の逆変換装置３ａは太陽光発電出力制御を、他方の順逆変換装置３ｂは電力貯蔵手段２への充電・放電出力制御をそれぞれ同時刻に独立して行なうことが可能となる。

このように、第２形態では、逆変換装置３ａとして太陽光発電用標準インバータを、順逆変換装置３ｂとして電池（電力貯蔵手段）充電用標準インバータを適用できるので、量産、コストメリットが得られる。

上記構成の第２形態では、日中、太陽電池１による太陽光発電出力がある時、その出力は、負荷５に逆変装置３ａを通して供給されると共に、電力貯蔵手段２からも順逆変換装置３ｂを通して、負荷５に供給される。

このとき、電力貯蔵手段２からの出力は、負荷電力と電力貯蔵手段２の電力とを比較して常に、負荷電力以上は、電力貯蔵手段２より供給しないようにする。すなわち、電力貯蔵手段２からの逆潮流が生じないようにする。

ここで、逆潮流時と電力料金計量について以下若干補足する。太陽光発電出力からの電力は逆潮流時に、発電電力として電力料金を計量しても良いが、商用系統から電力貯蔵手段２に充電した電力が逆潮流しているときは、発電電力として電力料金を計量することは好ましくない。

そこで、その状況を確認して、電力貯蔵手段２からの出力を停止し、電力料金を計量する。このため、順逆変換装置３ｂの電路に介挿されている電磁開閉器２４を開放して電力料金計量の誤りを防止する手段として、次の２段階にて行なう。

（ａ）負荷電流と電力貯蔵手段２からの電流との差が正でなくなったとき（即ち、負荷電力より電力貯蔵手段２の電力が大きくなったとき）、電磁開閉器２４を開放する（電力貯蔵手段からの放電が負荷電流を上まわったら開放する）。

（ｂ）電磁開閉器１４がＯＦＦの状態において、商用系統４への電源電流がマイナス（逆潮流）となった時、電磁開閉器２４を開放する。

上記第１形態は、計画システムや容量が小型の場合、コスト優先の場合に適する。第２形態は太陽光発電電力、電力貯蔵手段とも電力容量が大きい場合に適する。即ち、第２形態では、逆変換装置３ａ、順逆変換装置３ｂを個別に設置することで、（１）標準ユニット適用によるコストメリット、（２）制御の自由度、そして（３）太陽光からの電力優先取得というメリットが得られる。

この発明の実施の第１形態を示す概略構成図。この発明の実施の第２形態を示す概略構成図。従来の太陽光発電システムの概略構成図。

符号の説明

１…太陽電池
２…電力貯蔵手段
３，３ｂ…順逆変換装置
３ａ…逆変換装置
４…商用系統
５…負荷
１１…チョッパ
１２…逆潮流継電器
１３…開閉器
１４，２４…電磁開閉器
２１ａ，２１ｂ…制御部
２２…連系保護機能部
２３…差動アンプ

Claims

太陽電池と商用系統との間に接続され、負荷に交流電力を供給する逆変換装置と、
この逆変換装置の交流出力端と商用系統に一端が接続され、他端が直流電力を貯蔵する電力貯蔵手段に接続された順逆変換装置と、
負荷電流と順逆変換装置を流れる電力貯蔵手段からの電流が入力され、後者の電流が前者の電流より大きくならないようにチェックし、判定する差動アンプと、
このアンプの判定出力、逆変換装置の出力電流と出力電圧及び順逆変換装置を流れる電流が供給され、これらを演算して逆変換装置と順逆変換装置の電流路に介挿された各別の開閉器を開放する出力を送出する連系保護機能部と、
この連系保護機能部の出力が与えられて、前記逆変換装置を制御する第１制御部と、
前記差動アンプの判定出力、負荷電流及び連系保護機能部の出力がそれぞれ与えられて演算を行いその値を出力として前記順逆変換装置に与える第２制御部とを有し、
前記第１制御部で制御される前記逆変換装置で太陽光発電出力制御を、
前記第２制御部で制御される前記順逆変換装置で電力貯蔵手段への充電・放電出力制御をそれぞれ同時刻に独立して行うことを特徴とする電力貯蔵機能を備えた太陽光発電システム。