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JP2003134667A - 太陽光発電装置 - Google Patents

太陽光発電装置

Info

Publication number
JP2003134667A
JP2003134667A JP2001319568A JP2001319568A JP2003134667A JP 2003134667 A JP2003134667 A JP 2003134667A JP 2001319568 A JP2001319568 A JP 2001319568A JP 2001319568 A JP2001319568 A JP 2001319568A JP 2003134667 A JP2003134667 A JP 2003134667A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
solar cell
output
voltage
cell panels
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001319568A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Otake
宏之 大嶽
Koji Toyama
浩司 外山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2001319568A priority Critical patent/JP2003134667A/ja
Publication of JP2003134667A publication Critical patent/JP2003134667A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽電池パネルの発電特性が異なってもすべ
ての太陽電池パネルに対してＭＰＰＴ制御を行うことが
できる太陽光発電装置を提供する。 【解決手段】 複数ブロックの太陽電池パネルと、太陽
電池パネルのブロック毎の出力を個別に直流電圧変換し
て共通の所定電圧とした後、集電する接続箱と、集電し
た接続箱の直流出力を交流電力に逆変換するパワーコン
ディショナとを具備して電力系統と連系運転を行うこと
を特徴とし、直流電圧変換は、昇圧チョッパによって太
陽電池パネルのブロック毎の出力がそれぞれ最大電力点
となるように追従制御を行う。また、パワーコンディシ
ョナは、接続箱の直流出力を電力系統と連系可能な電圧
および周波数の交流電力に逆変換するインバータと、連
系運転において異常電流または異常電圧となったとき連
系を解除して保護する系統連系保護機能とを具備するこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、太陽光発電装置
に関し、特に複数ブロックの太陽電池パネルの出力を有
効に取り出して電力系統と連系運転を行う技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池による太陽光発電は、他の自然
エネルギー利用の発電方式と異なり、建築物の屋根や壁
面に容易に設置することができ、騒音その他の公害の心
配もないため、無公害発電システムとして期待されるよ
うになってきている。近年、電力系統と連系運転を行う
ことが可能となり、一般家庭で太陽光発電を行うときは
系統連系用インバータを使って商用交流電源と系統連系
を行うのが一般的になっている。
【０００３】太陽光発電装置の実際のシステムは、図５
に示すような構成が採られる。すなわち、複数ブロック
の太陽電池パネル１１、１２、・・・１ｎの出力を屋外
に設置した接続箱２０において逆流防止用のダイオード
２０１、２０２、・・・２０ｎを介して接続して集電
し、屋内に設置したパワーコンディショナ３０内の昇圧
チョッパ３０によって最大電力点追従制御（ Maximum P
ower Point Tracking 、以下ＭＰＰＴ制御という）を行
い、所定の直流電圧に昇圧した後、インバータ３０によ
って連系可能な周波数および電圧の交流電力に変換して
負荷４が接続された電力系統５と連系運転を行う。な
お、図５の接続箱２０およびパワーコンディショナ３０
では、開閉器類の図示を省略し、保護機能等についても
図示していない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが上述の方法で
は、複数ブロックの太陽電池パネルを異なる方角の屋根
面に設置したり、発電特性の異なる太陽電池パネルを使
用すると、図３に示すように太陽電池パネル毎に最適動
作電圧が異なり、逆流防止ダイオードによって電池電圧
が同一化されてしまうので最適なＭＰＰＴ制御を行うこ
とができないという課題があった。
【０００５】また、同一特性の太陽電池パネルを同位置
方向に向けて設置すればＭＰＰＴ制御を行うことができ
るが、樹木等による影の影響を排除せねばならず、設置
場所の制約を受けるという課題があった。
【０００６】本発明はこのような背景の下になされたも
ので、異なる方角の屋根面に複数ブロックの太陽電池パ
ネルを設置したり、発電特性の異なる太陽電池パネルを
使用してもすべての太陽電池パネルに対してＭＰＰＴ制
御を行うことができる太陽光発電装置を提供することを
目的とする。
【０００７】また、屋外に設置する前記接続箱を高機能
型とし、屋内に設置する前記パワーコンディショナを単
機能型として機器構成バランスを向上させた太陽光発電
装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、複数ブロックの太陽電池パネルと、屋外に設置し、
前記太陽電池パネルのブロック毎の出力を個別に直流電
圧変換して共通の所定電圧とした後、集電する接続箱
と、屋内に設置し、集電した前記接続箱の直流出力を交
流電力に逆変換するパワーコンディショナとを具備して
電力系統と連系運転を行うことを特徴とする太陽光発電
装置を提供する。
【０００９】この発明によれば、屋外に設置した接続箱
において複数ブロックの太陽電池パネルの出力を個別に
直流電圧変換して所定の共通電圧とした後、集電して共
通の所定電圧とし、屋内に設置したパワーコンディショ
ナで交流電力に変換して電力系統と連系運転を行うよう
にしているので、太陽電池ブロック間の日射強度が異な
ったり、特性の異なる太陽電池パネルであってもシステ
ムとして常に高い出力を得ることができる。
【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
太陽光発電装置において、前記直流電圧変換は、昇圧チ
ョッパによって前記太陽電池パネルのブロック毎の出力
がそれぞれ最大電力点となるように追従制御を行うこと
を特徴とする。
【００１１】この発明によれば、屋外に設置された接続
箱において複数ブロックの太陽電池パネルの出力を個別
に昇圧型チョッパを使ってＭＰＰＴ制御して共通の所定
電圧になるように直流電圧を制御した後、集電している
ので、太陽電池ブロック間の日射強度が異なったり、特
性の異なる太陽電池パネルであっても、それぞれの太陽
電池パネルの出力を有効に取り出すことができ、システ
ムとして高い出力を得ることができる。
【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２記載の太陽光発電装置において、前記パワーコンディ
ショナは、前記接続箱の直流出力を電力系統と連系可能
な電圧および周波数の交流電力に逆変換するインバータ
と、連系運転において異常電流または異常電圧となった
とき連系を解除して保護する系統連系保護機能とを具備
することを特徴とする。
【００１３】この発明によれば、接続箱で電圧変換を行
った後、集電した直流電力を屋内に設置されたパワーコ
ンディショナにおいて電力系統と連系可能な電圧および
周波数の交流電力に逆変換して電力系統と連系運転を行
うようにしているので、パワーコンディショナには昇圧
チョッパがなく、インバータおよび系統連系保護機能の
みが収納されており、屋内に設置されるパワーコンディ
ショナの負担を軽減することができる。
【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項１から３
のいずれか記載の太陽光発電装置において、屋外に設置
する前記接続箱を高機能型とし、屋内に設置する前記パ
ワーコンディショナを単機能型として機器構成バランス
を向上させたことを特徴とする。を提供する。
【００１５】この発明によれば、屋外に設置する前記接
続箱に昇圧チョッパ機能を持たせ、複数ブロックの太陽
電池パネルの出力をＭＰＰＴ制御して直流電圧変換した
後、集電する高機能接続箱とし、屋内に設置するパワー
コンディショナは交流電力に変換して電力系統と連系運
転を行うインバータと、連系運転のための系統連系保護
機能のみの単機能パワーコンディショナとしたので、こ
のパワーコンディショナのサイズを小さくすることがで
き、損失による発熱を押さえることができるので、装置
全体の機器構成バランスを向上させることができ、低コ
スト、小型化を実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図を参照しながら説明する。図１はこの発明の一
実施の形態による太陽光発電装置の構成を示すブロック
図である。この図において、符号１１、１２、・・・１
ｎは太陽電池パネルであり、これらの出力はそれぞれ接
続箱２の昇圧チョッパ２１、２２、・・・２ｎの入力端
子に接続されている。
【００１７】昇圧チョッパ２１、２２、・・・２ｎの出
力側は接続して１つの出力とし、パワーコンディショナ
３のインバータ３１に入力している。インバータ３１で
は直流電力を交流電力に逆変換して出力し、負荷４の接
続された電力系統５と連系運転を行っている。系統連系
保護機能３２では連系を行うため、各部の電圧、電流、
周波数または温度等を検出して保護を行うが、詳細な機
能と保護のための各部の開閉器等は説明と図示を省略し
ている。
【００１８】次に図２から図４を参照して実際に設置し
た太陽電池パネル１１、１２、・・・１ｎの特性と電力
系統と連系運転を行う昇圧チョッパ２１、２２、・・・
２ｎおよびインバータ３１の制御について説明する。図
２（ａ）は同一特性の太陽電池パネル１１、１２、１３
および１４を寄せ棟屋根の家屋の東面、北面、西面およ
び南面の屋根面に設置したことを示している。また、図
２（ｂ）に示すように各屋根面が水平面となす角度はそ
れぞれ２５°となっている。
【００１９】図３は、図２に示した各屋根面に設置した
太陽電池パネルの発生電圧対出力電力特性を表した図で
ある。この特性図は午前１２:００（正午）ごろの出力
電力特性を示している。最大出力電力は南面に設置した
太陽電池パネル１４の出力電力Ｐ１４の最大電力Ｐ１４
０が一番大きく、北面に設置した太陽電池パネル１２の
出力電力Ｐ１２の最大電力Ｐ１２０が一番小さく、東面
および西面に設置した太陽電池パネル１１および１３の
出力電力Ｐ１１およびＰ１３の最大電力Ｐ１１０および
Ｐ１３０は中間の値を示している。
【００２０】図３からわかるようにそれぞれの太陽電池
パネルが最大電力を出力するときの電圧が異なっている
ので、図１に示したように太陽電池パネル毎の昇圧チョ
ッパによって個別にＭＰＰＴ制御を行い、インバータ３
１から交流２００Ｖを出力するための共通の所定電圧に
昇圧することによってシステムとして常に最大電力を得
る制御を行うことができる。
【００２１】図４は、図２に示した各屋根面に設置した
太陽電池パネルが出力する最大電力の時刻毎の推移を示
した図である。この図において東面に設置した太陽電池
パネル１１の出力Ｐ１１０は１１：３０前後に最大電力
Ｐ１１００が得られる。同様に南面に設置した太陽電池
パネル１４の出力Ｐ１４０は１３：００前後に最大電力
Ｐ１４００が得られ、西面に設置した太陽電池パネル１
３の出力Ｐ１３０は１４：００前後に最大電力Ｐ１３０
０が得られている。また、北面に設置した太陽電池パネ
ル１２の出力Ｐ１２０は１３：００前後に最大電力Ｐ１
２００が得られるが、この最大電力値Ｐ１２００は他の
面に設置した太陽電池パネルの最大電力値よりも小さ
く、散乱光の影響によって比較的ブロードな出力特性と
なっている。
【００２２】図１の接続箱２の昇圧チョッパ２１、２
２、・・・２ｎは、各太陽電池パネルによって同時刻に
得られる電力をそれぞれ取得するようにＭＰＰＴ制御を
行って、トータルで最大電力をパワーコンディショナ３
のインバータ３１に与え、電力系統５と連系運転を行
う。
【００２３】以上、本発明の一実施の形態の動作を図面
を参照して詳述してきたが、本発明はこの実施の形態に
限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
の設計変更等があっても本発明に含まれる。たとえば、
上述の実施の形態では、同一特性の太陽電池パネルを異
なった屋根面に設置する場合について説明してきたが、
本発明は同一特性の太陽電池に限られるものではなく、
特性の異なる太陽電池パネルが混在するものであっても
よい。したがって、アモルファス太陽電池と結晶型太陽
電池を混在して使用することもできる。また、樹木の影
によって太陽電池パネル直射光が当たらない場合でも常
に最適な制御を行うことができる。
【００２４】
【発明の効果】これまでに説明したように、本発明によ
れば以下に示す効果が得られる。請求項１の発明によれ
ば、屋外に設置した接続箱において複数ブロックの太陽
電池パネルの出力を個別に直流電圧変換して所定の共通
電圧とした後、集電して共通の所定電圧とし、屋内に設
置したパワーコンディショナで交流電力に変換して電力
系統と連系運転を行うようにしているので、太陽電池ブ
ロック間の日射強度が異なったり、特性の異なる太陽電
池パネルであってもシステムとして常に高い出力を得る
ことができる。
【００２５】請求項２の発明によれば、屋外に設置され
た接続箱において複数ブロックの太陽電池パネルの出力
を個別に昇圧型チョッパを使ってＭＰＰＴ制御して共通
の所定電圧になるように直流電圧を制御した後、集電し
ているので、太陽電池ブロック間の日射強度が異なった
り、特性の異なる太陽電池パネルであっても、それぞれ
の太陽電池パネルの出力を有効に取り出すことができ、
システムとして高い出力を得ることができる。
【００２６】請求項３の発明によれば、接続箱で電圧変
換を行った後、集電した直流電力を屋内に設置されたパ
ワーコンディショナにおいて電力系統と連系可能な電圧
および周波数の交流電力に逆変換して電力系統と連系運
転を行うようにしているので、パワーコンディショナに
は昇圧チョッパがなく、インバータおよび系統連系保護
機能のみが収納されており、屋内に設置されるパワーコ
ンディショナの負担を軽減することができる。
【００２７】請求項４の発明によれば、屋外に設置する
前記接続箱に昇圧チョッパ機能を持たせ、複数ブロック
の太陽電池パネルの出力をＭＰＰＴ制御して直流電圧変
換した後、集電する高機能接続箱とし、屋内に設置する
パワーコンディショナは交流電力に変換して電力系統と
連系運転を行うインバータと、連系運転のための系統連
系保護機能のみの単機能パワーコンディショナとしたの
で、このパワーコンディショナのサイズを小さくするこ
とができ、損失による発熱を押さえることができるの
で、装置全体の機器構成バランスを向上させることがで
き、低コスト、小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態による太陽光発電装置
の構成を示すブロック図。
【図２】 寄せ棟屋根の各面に設置した太陽電池パネル
を示す図。
【図３】 図２の太陽電池パネルの出力特性を示した
図。
【図４】 図２の太陽電池パネルの時刻による出力特性
の変化を示した図。
【図５】 従来の技術による太陽光発電装置の構成を示
すブロック図。
【符号の説明】
１１、１２、・・・１ｎ…太陽電池パネル ２…接続箱 ２０…接続箱 ２０１、２０２、・・・２０ｎ…ダイオード ２１、２２、・・・２ｎ…昇圧チョッパ ３…パワーコンディショナ ３０…パワーコンディショナ ３０１…昇圧チョッパ ３０２…インバータ ３１…インバータ ３２…系統連系保護機能 ４…負荷 ５…電力系統
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F051 JA07 KA04 KA05 KA10 5G066 HA13 HA30 HB06 5H420 BB03 BB14 CC03 DD03 DD09 EB04 EB09 EB10 EB39 KK06 KK10

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数ブロックの太陽電池パネルと、 屋外に設置し、前記太陽電池パネルのブロック毎の出力
    を個別に直流電圧変換して共通の所定電圧とした後、集
    電する接続箱と、 屋内に設置し、集電した前記接続箱の直流出力を交流電
    力に逆変換するパワーコンディショナとを具備して電力
    系統と連系運転を行うことを特徴とする太陽光発電装
    置。
  2. 【請求項２】 前記直流電圧変換は、昇圧チョッパによ
    って前記太陽電池パネルのブロック毎の出力がそれぞれ
    最大電力点となるように追従制御を行うことを特徴とす
    る請求項１記載の太陽光発電装置。
  3. 【請求項３】 前記パワーコンディショナは、 前記接続箱の直流出力を電力系統と連系可能な電圧およ
    び周波数の交流電力に逆変換するインバータと、 連系運転において異常電流または異常電圧となったとき
    連系を解除して保護する系統連系保護機能とを具備する
    ことを特徴とする請求項１または２記載の太陽光発電装
    置。
  4. 【請求項４】 屋外に設置する前記接続箱を高機能型と
    し、屋内に設置する前記パワーコンディショナを単機能
    型として機器構成バランスを向上させたことを特徴とす
    る請求項１から３のいずれか記載の太陽光発電装置。
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