JPH06197455A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 系統連系太陽光発電システムにおける系統連
系インバータや連系保護装置における夜間消費電力を減
少させ、システムの全日変換効率を向上させる。 【構成】 太陽電池１の直流出力は系統連系インバータ
２により交流電力に変換され、この交流電力は絶縁変圧
器６や開閉器８１を介して負荷３や連系保護装置４へ流
れ、更に連系保護装置４を介して商用系統５へ接続し、
時刻測定手段７は系統連系インバーター２や絶縁変圧器
６への供給電力を開閉する電力制御手段としての開閉器
８１、並びに連系保護装置４への供給電力を開閉する電
力制御手段としての開閉器８２を備えている。時刻測定
手段７と、開閉器８１、８２によって、太陽電池１が発
電を行わない夜間における系統連系インバーター２や連
系保護装置４へ商用系統５から流れ込む電力を減少もし
くは遮断する。これにより、太陽光発電システムの１日
当りの正味の交流出力電力が増え、全日変換効率が向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は太陽光発電システムに関
し、特に商用系統と連系する太陽光発電システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球の温暖化や原発事故による放
射能汚染等に伴い、環境とエネルギーに対する関心が急
速に高まっている。こうした中で、太陽電池は再生可能
かつ無尽蔵なクリーンエネルギー源として世界中から期
待されている。ところが太陽電池は、当然のことなが
ら、太陽のでている昼間しかエネルギーを取り出すこと
ができない。従って、太陽電池を安定したエネルギー源
として使うためには何らかの補助手段が必要である。

【０００３】このような補助手段として最良の方法は、
太陽電池から得られる直流出力をインバーター（系統連
系インバーター）により交流変換し、これを我々が日常
使用している商用交流系統と連系させることで、商用系
統と併用して使用する方法である。

【０００４】この方法は、太陽電池を屋根に設置すれば
設置用の土地も不要なため、太陽電池を使用したシステ
ム普及の本命と見られている。日本でも、最近になって
法制度の整備が進められ、いよいよ実際にこの種の商用
系統と連系する太陽光発電システムが実用できるように
なってきた。

【０００５】太陽光発電システムの一例を図５に示す。
複数の太陽電池を直並列に組み合わせて作られた太陽電
池アレイ１から出力される直流電力は、系統連系インバ
ーター２を介して交流電力に変換され、またこの交流出
力は絶縁トランス６を通して負荷３と系統連系保護装置
４に接続される。また商用系統５が、系統連系装置４を
介して、負荷３と系統連系インバーター２に接続されて
いる。系統連系インバーター２は、太陽電池最大出力点
追跡、力率１制御等の機能をもっている。

【０００６】以上の構成である太陽光発電システムにお
いては、一般用負荷における消費電力が系統連系インバ
ーターの出力よりも小さいときには余剰分が商用系統に
逆潮流され、また一般用負荷の消費電力が系統連系イン
バーターの出力よりも大きいときには不足分が商用系統
から供給される。そしてこのようにして安定なエネルギ
ー源として太陽電池発電設備を使用できる訳である。
尚、このための技術的な安全設備基準として、通産省で
は「系統連系ガイドライン」を定めている。

【０００７】また上記「ガイドライン」によれば、商用
系統が停電時には、その系統連系である太陽光発電シス
テムが単独運転しないように施設することが求められ
る。このため、保護継電器として不足電力継電器と不足
電圧継電器を組み合わせて単独運転防止機能をもたせる
と共に、系統連系インバーターの制御電源を商用系統側
から供給することで、系統停電中には系統連系インバー
ターが動作しないように構成している。また系統連系イ
ンバーターの制御装置および連系保護装置は、商用系統
が停電しない限りオンになっていて、常時システムを監
視する。

【０００８】ところで太陽光発電システムの性能を表す
指標の一つに、全日変換効率がある。全日変換効率は、
次式で表される。

【０００９】全日変換効率＝（発電電力−待機時消費電
力）／全日射量 …（１） この全日変換効率には通常は負荷の消費電力は含めず、
発電に寄与する部分だけが考慮される。よってこの全日
変換効率を高めるためには、系統連系インバーターの瞬
時変換効率を高め、また太陽電池の変換効率を高めると
いう方法、即ち上記式の発電電力を大きくすることが主
として行われてきた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、太陽光
発電システムは、当然のことながら昼間しか発電しない
ため、いかに変換効率を高めても、夜間の消費電力を減
らさなければ、全日変換効率はあげられない。しかしな
がら従来の太陽光発電システムは、夜間の消費電力を減
らすということに対して、何等の工夫は見られなかっ
た。

【００１１】本発明は上記問題点に鑑みなされたもの
で、系統連系太陽光発電システムにおける制御部分、す
なわち系統インバーターおよび連系保護装置の夜間消費
電力を減少させ、システムの全日変換効率を向上させる
ことを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、太
陽電池と、前記太陽電池によって発電された直流を交流
に変換し商用系統に供給する系統連系インバーターと、
連系保護装置と、時刻測定手段と、並びに前記時刻測定
手段の出力に基づいて前記系統連系インバーターまたは
前記連系保護装置へ前記商用系統から流れ込む電力を制
御する電力制御手段を具備した太陽光発電システムによ
って、完全に達成される。

【００１３】

【作用】本発明の太陽光発電システムでは、時刻測定手
段によって時刻を計測し、あらかじめ決められた時刻の
間、より具体的には夜間、電力制御手段によって系統連
系インバーターや連系保護装置へ商用系統から流れ込む
電力を減少もしくは遮断する。

【００１４】また制御系の電力を減少もしくは遮断して
も、太陽電池は昼間しか発電しないから、システムの動
作および安全性には全く影響がない。また、時刻計測に
よって遮断動作を行うので極めて安定に動作でき、チャ
タリング等の不安定動作を起こすことがない。そしてこ
のようにして夜間におけるシステムの消費電力を減らす
ことができ、全日変換効率を上げることができる。

【００１５】

【実施例】以後、実施例に基づいて本発明をより詳細に
説明する。

【００１６】（実施例１）図１に本発明に係る太陽光発
電システムの実施例を示した。

【００１７】この実施例では太陽電池１としてＵＳＳＣ
社製ＵＰＭ８８０を用いて１．２ＫＷｐのアレイを構成
した。この太陽電池１はアモルファスシリコンを光電変
換半導体として用いており、結晶シリコンの電池よりも
軽いという特徴がある。当然のこのではあるが、本発明
の構成にあたり太陽電池は結晶シリコンや化合物半導体
等を使用したものでも全く問題はない。

【００１８】太陽電池１から出力される直流電力は、系
統連系インバーター２に導かれ、交流に変換される。系
統連系インバーターとしては、日本電池製の２ＫＶＡイ
ンバーターを用いた。このインバーターの待機時電力は
４０Ｗであった。変換された交流電力は、絶縁変圧器６
ならびに開閉器８１を通って、負荷３ならびに連系保護
装置４へ流れ、また連系保護装置４を介して商用系統５
へ接続される。連系保護装置４には、ＯＭＲＯＮ社製の
系統連系用保護継電器を使用した。連系保護装置の消費
電力は１０Ｗであった。また、絶縁変圧器６の損失は１
０Ｗであった。

【００１９】時刻測定手段７は、制御出力を有してい
る。この制御出力は、系統連系インバーター２及び絶縁
変圧器６への供給電力を開閉する電力制御手段としての
開閉器８１、並びに連系保護装置４への供給電力を開閉
する電力制御手段としての開閉器８２に入力される。時
刻測定手段７は、リアルタイムクロックと比較回路等を
組み合わせたもので、例えば図２のように構成される。
図２において、リアルタイムクロック７１は時刻を出力
し、この出力時刻とメモリ７２ａに蓄えられた動作停止
時刻が比較器７３ａで比較される。比較器７３ａの出力
は、ＲＳフリップフロップ７４のリセット端子に入力さ
れ、フリップフロップ７４がリセットされる。メモリ７
２ｂには動作開始時刻が書き込まれており、比較器７３
ｂを用いてフリップフロップ７４の出力をセットする。
このようにして、時刻測定手段７は動作停止設定時刻か
ら動作開始時刻までの間ＯＦＦとなり、また動作開始時
刻から動作停止時刻までの間ＯＮとなる。

【００２０】本発明においては、時刻測定手段は上記実
施例のものに限られず、２つの設定時刻とそれに応じた
ＯＮ／ＯＦＦの信号を発生できるものであればどんな形
式のものでも良く、これにより本発明の意図するところ
は達成できる。但し、消費電力が小さいものを選ぶ必要
がある。多くの場合、時刻測定手段の消費電力は極めて
小さくなるように設計でき、数１０ｍＷ程度のごくわず
かの消費電力で動作する。特に、カレンダつきのリアル
タイムクロックならば、季節にあわせて動作開始ならび
に終了時刻を自動的に変えることも可能なので、より一
層本発明の効果を高めることができる。即ち、季節によ
って日の出や日の入りの時刻が変化するので、これにあ
わせて停止時刻、開始時刻を変更するのである。時刻測
定手段７の電源は系統側から供給してもよいし、場合に
よっては電池でも良い。円筒型のリチウム電池ならば、
１０年程度もたせることができる。

【００２１】開閉器８１，８２としては、機械的なコン
タクタ、あるいは半導体リレーやパワーリレー等が用い
られる。これら開閉器８１、８２は、機械的な接点の場
合には電気パルス信号で駆動されるパルス駆動タイプの
ものが望ましい。パルス駆動タイプは、１パルスで開閉
の状態を変えるので、全体としての消費電力が抑えられ
る。また、フォトモスリレーとよばれる半導体リレー
は、安価で低損失かつ高信頼性であり、しかも上述のよ
うな時刻測定手段と直結が可能なので、本発明に好適で
ある。本実施例においては、ＯＭＲＯＮ社製のフォトモ
スリレーを使用した。

【００２２】以上の構成である本実施例の動作について
次に説明する。本実施例において、動作停止時刻を１８
時００分００秒、動作開始時刻を６時００分００秒と設
定した場合、１８時００分００秒になると比較器７３ａ
が１秒間の時間幅を有したＯＮパルスを出力し、これに
より時刻測定手段７の出力がＯＦＦとなって開閉器８１
および８２が開かれる。この時、絶縁変圧器６、系統連
系インバーター２、連系保護装置４への電力供給が断た
れ、電力が節減される。当然のことながら、上記時間に
は太陽電池出力が０近くになっているので、系統連系イ
ンバーター等を待機させておく必要もない。更に、時刻
が６時００分００秒になると時刻測定手段７の出力がＯ
Ｎとなり、開閉器８１および８２が閉路される。

【００２３】系統連系インバーター２、連系保護装置４
（保護継電器）、絶縁変圧器６の待機時消費電力の合計
は６０Ｗであるから、この実施例の構成とすることで１
日あたり６０×１２時間＝７２０Ｗｈもの電気を節約で
きる。また本実施例のような１．２ｋＷｐ程度の太陽光
発電システムにおける１日あたりの発電量は快晴日であ
っても高々６ｋＷｈ程度に過ぎないから、本発明の実施
によって１割以上全日変換効率を改善できることにな
る。また曇の日等太陽電池出力の小さい日には発電量が
もっと小さくなるため、改善効果は更に大きい。

【００２４】尚、本発明に類するものとして例えば明る
さによって、系統連系インバータの制御電源をＯＮ／Ｏ
ＦＦする構成が考えられるが、この構成では明るさの検
出器の設置場所によって誤動作を起こしたり、あるいは
ＯＮ／ＯＦＦ動作の閾値によってはチャタリング動作
（ＯＮ／ＯＦＦの急激な繰り返し）を起こす等の問題が
ある。この点、本発明では、時刻測定手段を使用してい
るため、動作が安定しており、チャタリング等の不安定
動作を絶対に起こさない。

【００２５】（実施例２）本発明の実施例の他の実施例
を図３に示した。本実施例において、太陽電池１、絶縁
変圧器６、並びに連系保護装置４は実施例１と同一の構
成のものであるが、時刻測定手段７と電力制御用の開閉
器９１を連系インバーター２に内蔵させた点が実施例１
と相違する。連系用インバーター２は制御用マイクロコ
ンピューターを内蔵しており、これを利用してソフトウ
ェア的に時刻測定手段７が実現される。また開閉器９１
としては、金属接点を有するキープリレーを用いた。キ
ープリレーは、電気的なパルスで駆動でき、実施例１に
おけるフリップフロップの機能も兼ねる。また、当然の
ことながら、金属接点を有しているので、ＯＮ時の抵抗
が小さく損失が非常に小さいという特徴がある。この構
成では連系保護装置４と絶縁変圧器６の損失分は節減で
きないが、系統連系インバーター２だけで機能させるこ
とができるので、連系保護装置や絶縁変圧器が系統連系
インバーターの保護機能だけで構成され得る場合には非
常に有効である。

【００２６】（実施例３）本発明の更に他の実施例を図
４に示した。本実施例は、実施例２の構成において、電
力制御手段として開閉器９１を用いるのではなく、制御
回路へのクロック信号開閉手段１０１で構成したことに
特徴がある。クロック信号開閉手段１０１には、通常ト
ライステートＴＴＬゲート等が用いられる。この構成
は、制御系がデジタル制御系かつスタティック動作する
ものであることが必須であり、そのような構成において
のみ使用可能である。またこの構成では電力線に対する
開閉手段が不必要なので、例えば制御用マイクロプロセ
ッサボード上に実装したり、ＩＣ化することもできる。

【００２７】

【発明の効果】以上の通り、本発明は、太陽電池と、太
陽電池によって発電された直流を交流に変換し商用系統
に供給する系統連系インバーターと、連系保護装置と、
時刻測定手段と、並びに時刻測定手段の出力に基づき系
統連系インバーターないし連系保護装置へ商用系統から
流れ込む電力を制御する電力制御手段を具備した太陽光
発電システムであり、以下のような優れた効果を有し、
産業上の利用価値がきわめて高い。

【００２８】（１）太陽電池が発電を行わない夜間、系
統連系インバーターや連系保護装置への電力を極小にで
きる。このため、太陽光発電システムの１日あたりの正
味の交流出力電力が増え、全日効率が向上する。特に個
人住宅等の小規模システムや曇天日での効果は高い。

【００２９】（２）システムの安全性や動作に対する影
響がなく、ユーザーに対して何等負担や危険を与えな
い。

【００３０】（３）時刻測定手段や電力制御手段等が比
較的安価であるため、システムのコスト上昇はわずかで
あり、また節電効果は極めて大きい。

【００３１】（４）時間計測によって遮断動作を行うの
で、動作が極めて安定しており、チャタリング等の不安
定動作を絶対に起こさない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る太陽光発電システムの実施例の説
明図である。

【図２】図１の実施例における時刻測定手段の構成例の
説明図である。

【図３】本発明に係る太陽光発電システムの他の実施例
の説明図である。

【図４】本発明に係る太陽光発電システムのさらに他の
実施例の説明図である。

【図５】従来の太陽光発電システムの一例の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 太陽電池 ２ 連系用インバーター ３ 負荷 ４ 連系保護装置 ５ 商用系統 ６ 絶縁変圧器 ７ 時刻測定手段 ８１、８２、９１ 開閉器 １０１ クロック信号開閉手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽電池と、前記太陽電池によって発電
   された直流を交流に変換し商用系統に供給する系統連系
   インバーターと、連系保護装置と、時刻測定手段と、前
   記時刻測定手段の出力に基づいて前記系統連系インバー
   ターまたは前記連系保護装置へ前記商用系統から流れ込
   む電力を制御する電力制御手段を具備したことを特徴と
   する太陽光発電システム。
2. 【請求項２】 前記電力制御手段が、電気パルス信号で
   駆動される機械的開閉手段である請求項１記載の太陽光
   発電システム。
3. 【請求項３】 前記電力制御手段が、制御回路へのクロ
   ック信号開閉手段である請求項１記載の太陽光発電シス
   テム。