JP3832573B2 - 太陽光発電用パワーコンディショナ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽光発電用パワーコンディショナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光発電システムは、太陽電池の発電した直流電力をパワーコンディショナにて交流電力に変換し、一般に系統と連系して電力を負荷に供給するシステムである。本システムは太陽光という再生可能エネルギーを利用していることから、きわめてクリーンであり、資源の枯渇がないことから世界的に実用化がすすめられている。
【０００３】
図３は、このような太陽光発電システムの構成例で、１は太陽電池、２はパワーコンディショナ、３は負荷、４は系統である。本構成例では、パワーコンディショナ２にて太陽電池１の発電電力を交流電力に変換し、系統４と連系して負荷３に供給する。このとき、太陽電池１の発電電力が負荷３の消費電力より小さい場合は、発電電力はすべて負荷３にて消費され、不足分が系統４から供給されるが、発電電力が負荷３の消費電力より大きい場合は余剰電力が発生し、系統４に逆潮流電力として供給される。
【０００４】
図３において、パワーコンディショナ２は太陽電池１の直流電力を交流電力に変換し、負荷３および系統４に供給するために、インバータ等のスイッチング手段や保護装置等から構成されている。図４はこのようなパワーコンディショナの構成例で、２１、２２はノイズフィルタ、２３は保護ダイオード、２４はスイッチング手段、２５はリアクトル、２６は絶縁変圧器、２７は保護装置である。本構成例では、太陽電池１の直流電力は、スイッチング手段２４にて交流電力に変換され、リアクトル２５と絶縁変圧器２６を介して負荷３および系統４に供給される。保護装置２７は、系統４に障害が発生した場合にスイッチング手段２４を停止させるために設置している。また、保護ダイオード２３は、スイッチング手段２４から太陽電池１に電力が逆流するのを防止するために設置している。さらに、スイッチング手段２４のスイッチングにともなう高周波成分が太陽電池１または系統４に流出するのを防止するために、ノイズフィルタ２１、２２を内蔵している。
【０００５】
図５はパワーコンディショナの他の構成例で、太陽電池１の電圧を昇圧する場合を示している。絶縁変圧器を省略するために、昇圧チョッパとしてリアクトル２８および他のスイッチング手段２９を追加している。すなわち、系統４と直接連系するためには、系統４の電圧が２００Ｖの場合には、直流電圧として３００Ｖ以上の電圧が必要であり、太陽電池１の電圧がこれより低い場合にリアクトル２８およびスイッチング手段２９にて電圧を昇圧する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のシステムにおいて、太陽電池１の電圧は、システム効率を向上させるために通常２００Ｖ以上の比較的高い電圧が採用されている。また、太陽電池１の特性は図６に示すように定電流特性を有しており、その開放電圧Ｖｏｃが最大出力動作電圧Ｖａに比べて高いという特徴がある。
【０００７】
パワーコンディショナ２は、通常、太陽電池１から最大電力を得るために、その直流入力電圧が最大出力動作電圧Ｖａとなるようにスイッチング手段が制御される。この場合、万一、パワーコンディショナ２の直流入力端（イ）とスイッチング手段の入力端（ロ）に至る回路、すなわち図４におけるノイズフィルタ２１、保護ダイオード２３や図５におけるノイズフィルタ２１、保護ダイオード２３、リアクトル２８の接続部等に接続不良が発生すると、当該部分に前記開放電圧Ｖｏｃと最大出力電圧Ｖａとの差電圧（数十Ｖ）が瞬時に印加され、電流を流し続けようとする結果、接続不良部位にアーク放電が生じる。すなわち、通常、パワーコンディショナ２は、その入力電圧が図６のＡ点となるようにスイッチング手段が制御されるが、接続不良が発生するとアーク放電による電圧降下が発生し、太陽電池１の動作点がＢに移動する。
【０００８】
このとき、接続不良部位にはＢ点の電流Ｉｂと上記電圧降下分Ｖｄとの積に相当する電力が発生し、たとえばそれぞれが２０Ａ、２０Ｖであったとすると、その電力は４００Ｗとなり、相当量の発熱が生じる。また、周知のとおり、直流電流は電流のゼロ点がないため、一旦アーク放電が始まると、一定量の空間距離が確保されるまで消滅しないという問題がある。
【０００９】
したがって、このような事態が発生すると、瞬時にパワーコンディショナの内部が高温となり、安全上問題となる場合があった。
本発明の目的は、このような接続不良を検知することにより、アーク放電を防止し、安全性の高いパワーコンディショナを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の太陽光発電用パワーコンディショナは、太陽電池の発電電力を交流電力に変換するスイッチング手段を有する太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、前記太陽電池の特性は前記最大出力動作電圧よりも開放電圧が高く、前記パワーコンディショナの直流入力端の電圧が最大出力動作電圧となるように前記スイッチング手段が制御され、このパワーコンディショナの直流入力端の電圧と前記スイッチング手段の入力端の電圧とを検出し、前記パワーコンディショナの直流入力端の電圧が前記スイッチング手段の入力端の電圧に比べて所定の値以上上昇した場合に、前記スイッチング手段をオフし、前記パワーコンディショナの直流入力端と前記スイッチング手段の入力端に至る回路に発生する接続不良部位に前記開放電圧と最大出力動作電圧との差電圧が瞬時に印加され生じるアーク放電を消滅するようにした。
【００１１】
また、本発明の他の太陽光発電用パワーコンディショナは、太陽電池の発電電力を昇圧する昇圧チョッパと、前記昇圧された発電電力を交流電力に変換するスイッチング手段とを有する太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、前記昇圧チョッパが他のスイッチング手段を備え、前記太陽電池の特性は前記最大出力動作電圧よりも開放電圧が高く、前記パワーコンディショナの直流入力端の電圧が最大出力動作電圧となるように前記スイッチング手段が制御され、このパワーコンディショナの直流入力端の電圧と前記他のスイッチング手段の入力端の電圧とを検出し、前記パワーコンディショナの直流入力端の電圧が前記他のスイッチング手段の入力端の電圧に比べて所定の値以上上昇した場合に、前記スイッチング手段および／または前記他のスイッチ手段をオフし、前記パワーコンディショナの直流入力端と前記他のスイッチング手段の入力端に至る回路に発生する接続不良部位に前記開放電圧と最大出力動作電圧との差電圧が瞬時に印加され生じるアーク放電を消滅するようにした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明では、パワーコンディショナの直流入力端の電圧とスイッチング手段の入力端の電圧を検出する。スイッチング手段の入力端の電圧がパルス幅変調されている場合はフィルタによりその平均値を求める。次に、これらの各電圧の差を求めて、所定の値と比較し、この値以上であればスイッチング手段を停止する。すなわち、通常、上記各電圧の差は、回路の直流抵抗とパワーコンディショナの直流電流の積で決まる値であり、パワーコンディショナの定格運転時であっても高々数Ｖ程度の値であるが、万一、接続不良が発生した場合は、この差電圧が数十Ｖまで上昇するので、容易に接続不良を検知することができる。
【００１３】
スイッチング手段としては、ＩＧＢＴやＦＥＴが適用でき、前記スイッチング手段で直流電力を交流電力に変換可能である。好ましくは、昇圧チョッパと組み合わせるのが良い。
【００１４】
上記昇圧チョッパとしては、ＩＧＢＴやＦＥＴを用いた他のスイッチング手段を備えたものが好ましく、より好ましくはリアクトルと前記他のスイッチング手段とから構成されたものがよい。前記他のスイッチング手段を備えた場合には、該他のスイッチング手段の入力端で電圧を検出する。そしてパワーコンディショナの直流入力端の電圧との比較を行う。
【００１５】
【実施例】
図１は本発明による実施例で、５１、５２は分圧回路、５３は定電圧ダイオード、５４は比較回路である。また、その他については従来の構成例と同様である。本実施例では、通常時、パワーコンディショナ２の直流入力端の電圧は直流電力を交流電力に変換するＩＧＢＴからなるスイッチング手段２４の入力端の電圧に対して数Ｖ高い程度であるので、この電圧が定電圧ダイオード５３の電圧（ここでは、１０Ｖを用いた）以下であれば、分圧回路５１の出力電圧は分圧回路５２の出力電圧より低く、比較回路５４の出力はＬとなっている。
【００１６】
万一、パワーコンディショナ２の直流回路に接続不良が生じ、この電圧降下が定電圧ダイオード５３の電圧を超えると、分圧回路５１の出力電圧が分圧回路５２の出力電圧より高くなり、比較回路５４の出力はＨとなってスイッチング手段２４が停止する。
【００１７】
また、図２は本発明による他の実施例で、パワーコンディショナ２に発電電力を昇圧するためのリアクトル２８とＩＧＢＴからなる他のスイッチング手段２９とから構成される昇圧チョッパを内蔵した場合である。この場合の構成は図１とほぼ同様であるが、昇圧チョッパにおける他のスイッチング手段２９の入力がパルス幅変調されているので、分圧回路５２に簡単なフィルタコンデンサ５５を追加している。これにより、他のスイッチング手段２９の入力端の平均電圧を検知することができ、同様に接続不良による電圧降下を検知してスイッチング手段２４または他のスイッチング手段２９の少なくとも一方を停止することができる。
【００１８】
なお、以上のように、スイッチング手段を停止すれば、太陽電池からの電流経路が絶たれ、アーク放電を消滅させることができる。また、接続不良を検知する差電圧、すなわち定電圧ダイオードの値としては、５〜２０Ｖが好ましく、より好ましくは１０Ｖ程度が適当であることを確認している。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、パワーコンディショナの直流入力端の電圧とスイッチング手段の入力端の電圧とを検出し、パワーコンディショナの直流入力端の電圧がスイッチング手段の入力端の電圧に比べて所定の値以上上昇した場合に、スイッチング手段をオフするようにしたので、接続不良が発生した場合でもアーク放電による発熱を未然に防止することができ、きわめて安全性の高いパワーコンディショナを構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる太陽光発電用パワーコンディショナの一実施形態を示す図。
【図２】本発明にかかる太陽光発電用パワーコンディショナの他の一実施形態を示す図。
【図３】太陽光発電システムの概略を示す図。
【図４】従来の太陽光発電用パワーコンディショナの一例を示す図。
【図５】従来の太陽光発電用パワーコンディショナの他の一例を示す図。
【図６】太陽電池の出力特性を示す図。
【符号の説明】
１ 太陽電池
２ パワーコンディショナ
３ 負荷
４ 系統
２１、２２ ノイズフィルタ
２３ 保護ダイオード
２４、２９ スイッチング手段
２５、２８ リアクトル
２６ 絶縁変圧器
２７ 保護装置
５１、５２ 分圧回路
５３ 定電圧ダイオード
５４ 比較回路
５５ フィルタコンデンサ
Claims (2)
- 太陽電池の発電電力を交流電力に変換するスイッチング手段を有する太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、前記太陽電池の特性は前記最大出力動作電圧よりも開放電圧が高く、前記パワーコンディショナの直流入力端の電圧が最大出力動作電圧となるように前記スイッチング手段が制御され、このパワーコンディショナの直流入力端の電圧と前記スイッチング手段の入力端の電圧とを検出し、前記パワーコンディショナの直流入力端の電圧が前記スイッチング手段の入力端の電圧に比べて所定の値以上上昇した場合に、前記スイッチング手段をオフし、前記パワーコンディショナの直流入力端と前記スイッチング手段の入力端に至る回路に発生する接続不良部位に前記開放電圧と最大出力動作電圧との差電圧が瞬時に印加され生じるアーク放電を消滅することを特徴とする太陽光発電用パワーコンディショナ。
- 太陽電池の発電電力を昇圧する昇圧チョッパと、前記昇圧された発電電力を交流電力に変換するスイッチング手段とを有する太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、前記昇圧チョッパが他のスイッチング手段を備え、前記太陽電池の特性は前記最大出力動作電圧よりも開放電圧が高く、前記パワーコンディショナの直流入力端の電圧が最大出力動作電圧となるように前記スイッチング手段が制御され、このパワーコンディショナの直流入力端の電圧と前記他のスイッチング手段の入力端の電圧とを検出し、前記パワーコンディショナの直流入力端の電圧が前記他のスイッチング手段の入力端の電圧に比べて所定の値以上上昇した場合に、前記スイッチング手段および／または前記他のスイッチ手段をオフし、前記パワーコンディショナの直流入力端と前記他のスイッチング手段の入力端に至る回路に発生する接続不良部位に前記開放電圧と最大出力動作電圧との差電圧が瞬時に印加され生じるアーク放電を消滅することを特徴とする太陽光発電用パワーコンディショナ。
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