太陽光発電装置
【課題】ＤＣチョッパを用いることなく、太陽電池の発電能力を最大限に発揮させつつ二次電池の充放電運転を効率よく行うことができる太陽光発電装置を提供することである。
【解決手段】制御装置１７は、定格電圧が同一または異なる複数個のいずれの二次電池１２も直流系統１３に接続されていないときはインバータ１５により太陽電池１１の出力電力が最大電力となるように最大電力追従制御を行い、最大電力追従制御中に二次電池１２の充放電制御が必要となったときは、最大電力追従制御による太陽電池１１の動作電圧に最も近い定格電圧の二次電池１２を直流系統１３の太陽電池１１に並列に接続し、その二次電池１２の定格電圧で太陽電池１１を運転するとともにインバータ１５により二次電池１２の充放電制御を行う。
【解決手段】制御装置１７は、定格電圧が同一または異なる複数個のいずれの二次電池１２も直流系統１３に接続されていないときはインバータ１５により太陽電池１１の出力電力が最大電力となるように最大電力追従制御を行い、最大電力追従制御中に二次電池１２の充放電制御が必要となったときは、最大電力追従制御による太陽電池１１の動作電圧に最も近い定格電圧の二次電池１２を直流系統１３の太陽電池１１に並列に接続し、その二次電池１２の定格電圧で太陽電池１１を運転するとともにインバータ１５により二次電池１２の充放電制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に並列に二次電池が設置され電力系統と連系運転を行う太陽光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電装置は、太陽電池の直流電力を交流に変換し、既存の電力系統に連系して運転するものであり、災害時や系統事故時にも運転が可能なように、太陽電池に並列に二次電池を設置したものがある。
【０００３】
図６は、太陽電池に並列に二次電池を設置した太陽光発電装置の構成図である。太陽電池１１に二次電池１２が並列に配置されて直流系統１３が形成されている。すなわち、二次電池１２は切替スイッチ１４を介して太陽電池１１に並列に接続され、直流系統１３はインバータ１５を介して交流系統１６に接続されている。この場合、二次電池１２の定格電圧Ｖｂは太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより小さく設定されている。また、太陽電池１１は直流系統１３からの電力供給を阻止するダイオードＤを介して直流系統１３に接続されている。
【０００４】
制御装置１７は、インバータ１５により太陽電池１１を運転制御したり、二次電池１２を充放電制御するものである。太陽電池１１の出力制御の際には、切替スイッチ１４を開いて、太陽電池１１を最大電力追従制御｛ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御｝し、太陽電池１１の出力を零にするときには直流系統１３の電圧を開放電圧Ｖｏに制御する。一方、二次電池１２を充放電制御する際には切替スイッチ１４を閉じ、充電のときは交流系統１６から二次電池１２に電力を供給する制御を行い、放電のときは二次電池１２から交流系統１６に電力を供給する制御を行う。
【０００５】
太陽電池１１と二次電池１２とを同時に並列接続して一台のインバータ１５で制御する場合、直流系統１３の直流電圧（インバータ１５の直流電圧）は二次電池１２の電圧Ｖｂに支配される。これは、二次電池１２は電圧源的特性を有し内部インピーダンスが非常に小さいためである。インバータ１５の直流電圧が二次電池１２の電圧Ｖｂに支配されると、太陽電池１１の電圧Ｖが二次電池１２の電圧Ｖｂに支配され、太陽電池１１の最大電力追従制御（ＭＰＰＴ制御）ができなくなる。
【０００６】
そのため、太陽電池１１を最大電力追従制御するときは、切替スイッチ１４を開いて太陽電池１１を最大電力追従制御し、二次電池１２をインバータ１５に接続するときは、太陽電池の運転を停止して切替スイッチ１４を閉じ、二次電池１２の充放電制御を行うようにしている。
【０００７】
そのため、太陽電池１１を最大電力追従制御するときは、切替スイッチ１４を開いて太陽電池１１を最大電力追従制御し、二次電池１２をインバータ１５に接続するときは、太陽電池の運転を停止して切替スイッチ１４を閉じ、二次電池１２の充放電制御を行うようにしている。
【０００８】
また、図７に示すように、切替スイッチ１４に代えて、直流系統１３の二次電池１２とインバータ１５との間にＤＣチョッパ１８を接続し、ＤＣチョッパ１８により二次電池１２の電圧を太陽電池１１の電圧に調整してインバータ１５の直流電圧（直流系統の直流電圧）を一定に制御するようにしたものもある。
【０００９】
すなわち、電力出力指令値に対応した電力を発生するインバータと太陽電池とを接続し、太陽電池とインバータとの接続点とバッテリとの間に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータブロックを挿入し、バッテリ放電指令発生時に太陽電池の発生電力が最大となるように太陽電池とインバータとの接続点の電圧を制御し、バッテリ充電指令発生時に太陽電池の発生電力が最大となるように太陽電池とインバータとの接続点の電圧を制御し、太陽電池の発電能力を最大限に発揮させ、日射エネルギーを有効に利用できるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−２６６４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１のものでは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータブロック（ＤＣチョッパ）を用いて、太陽電池とインバータとの接続点の電圧を制御するものであるので、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータブロックが必要となり、システム全体が大型化しまた損失が増加する。
【００１２】
本発明の目的は、ＤＣチョッパを用いることなく、太陽電池の発電能力を最大限に発揮させつつ二次電池の充放電運転を効率よく行うことができる太陽光発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明に係る太陽光発電装置は、太陽光により直流電力を発電する太陽電池と、定格電圧が同一または異なる複数個の二次電池と、複数個の前記二次電池のうち少なくとも一つまたは定格電圧が同じ複数個の二次電池を前記太陽電池に並列に接続するスイッチ回路と、前記太陽電池及び前記二次電池の直流系統の直流電力を交流に変換して交流系統に出力したり前記交流系統の交流電力を直流電力に変換して前記直流系統に出力するインバータと、前記二次電池が前記直流系統に接続されていないときは前記インバータにより前記太陽電池の出力電力が最大電力となるように最大電力追従制御を行い、前記最大電力追従制御中に前記二次電池の充放電制御が必要となったときは前記最大電力追従制御による前記太陽電池の動作電圧に最も近い定格電圧の二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続しその二次電池の定格電圧で前記太陽電池を運転するとともに前記インバータにより前記二次電池の充放電制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明に係る太陽光発電装置は、請求項１の発明において、複数個の前記二次電池を直列接続に切り替える切替回路を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明に係る太陽光発電装置は、請求項１または２の発明において、異なる定格電圧の前記二次電池は、少なくとも２の倍数の定格電圧の二次電池を含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明に係る太陽光発電装置は、請求項１乃至３の発明において、前記制御装置は、前記二次電池が前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続されているとき、前記スイッチ回路により定期的に前記二次電池を前記直流系統から切り離し、その状態で前記インバータにより前記太陽電池の出力電力が最大電力となるように最大電力追従制御を行い、前記最大電力追従制御による前記太陽電池の動作電圧に最も近い定格電圧の二次電池または前記切替回路で直列接続された二次電池を選択して、その二次電池または直列接続された二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続することを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明に係る太陽光発電装置は、請求項１乃至３の発明において、前記制御装置は、充電量が少ない二次電池または前記切替回路で直列接続された二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続し、前記二次電池の充電制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明に係る太陽光発電装置は、請求項１乃至３の発明において、前記制御装置は、充電量が多い二次電池または前記切替回路で直列接続された二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続し、前記二次電池の放電制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、二次電池が直流系統に接続されていないときはインバータにより太陽電池の出力電力が最大電力となるように最大電力追従制御を行い、最大電力追従制御中に二次電池の充放電制御が必要となったときは最大電力追従制御による太陽電池の動作電圧に最も近い定格電圧の二次電池を直流系統の太陽電池に並列に接続し、その二次電池の定格電圧で太陽電池を運転するとともにインバータにより二次電池の充放電制御を行うので、太陽電池の発電能力を最大限に発揮させつつ二次電池の充放電運転を効率よく行うことができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、複数個の二次電池を切替回路により直列接続できるので、直列接続した二次電池を太陽電池に並列接続できる。従って、最大電力追従制御による太陽電池の動作電圧近傍の電圧を得やすくなり、太陽電池に二次電池を並列接続した場合であっても、太陽電池の発電能力を最大限に発揮させることができる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、少なくとも２の倍数の定格電圧の二次電池を設けるので、最も小さい定格電圧に対して２倍の定格電圧の二次電池だけでなく、例えば、１倍の定格電圧と２倍の定格電圧の二次電池とを直列接続した場合には３倍の定格電圧の二次電池を用意でき、また、２倍の定格電圧の二次電池同士を直列接続した場合には４倍の定格電圧の二次電池を用意できる。従って、太陽電池に並列に接続できる二次電池の定格電圧の幅が広がる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、二次電池が直流系統の太陽電池に並列に接続されているとき、定期的に二次電池を直流系統から切り離して、最大電力追従制御による太陽電池の動作電圧を求めるので、太陽電池の最大電力動作点が変化している場合であっても、太陽電池の最大電力動作点の近傍の定格電圧の二次電池を選択して、直流系統の太陽電池に並列に接続できる。これにより、太陽電池の発電能力を最大限に発揮させつつ二次電池の充放電運転を効率よく行うことができる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、充電量が少ない二次電池を直流系統の太陽電池に並列に接続して二次電池の充電制御を行うので、効率よく充電ができる。
【００２４】
また、請求項６の発明によれば、充電量が多い二次電池を直流系統の太陽電池に並列に接続して二次電池の放電制御を行うので、効率よく放電できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例１の構成図。
【図２】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の太陽電池と二次電池の出力電圧Ｖと出力電流Ｉとの関係を示したＶ−Ｉ特性及びＶ−Ｐ特性の一例を示すグラフ。
【図３】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例２の構成図。
【図４】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例３の構成図。
【図５】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例４の構成図
【図６】太陽電池に並列に二次電池を設置した従来の太陽光発電装置の一例の構成図。
【図７】太陽電池に並列に二次電池を設置した従来の太陽光発電装置の他の一例の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例１の構成図である。この実施例１に係る太陽光発電装置は、図６に示した従来の太陽光発電装置に対し、定格電圧が異なる２個の二次電池１２ａ、１２ｂを設け、二次電池１２ａ、１２ｂを直流系統１３に接続するためのスイッチ回路１９ａ、１９ｂを設けたものである。図１では、二次電池１２ａの定格電圧は２Ｖｂで、二次電池１２ｂの定格電圧はＶｂであり、二次電池１２ａの定格電圧は二次電池１２ｂの定格電圧の２倍の定格電圧である場合を示している。図６と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２７】
スイッチ回路１９ａ、１９ｂは、放電用スイッチ素子２０ａ、２０ｂ及び充電用スイッチ素子２１ａ、２１ｂが並列接続されて構成されている。制御装置１７は、二次電池１２ａを放電制御する場合には、充電用スイッチ素子２１ａをオフとし放電用スイッチ２０ａをオンとして直流系統１３の太陽電池１１に並列に二次電池１２ａを接続する。一方、二次電池１２ａを充電制御する場合には、放電用スイッチ２０ａをオフとし充電用スイッチ素子２１ａをオンとして直流系統１３の太陽電池１１に並列に二次電池１２ａを接続する。
【００２８】
同様に、制御装置１７は、二次電池１２ｂを放電制御する場合には、充電用スイッチ素子２１ｂをオフとし放電用スイッチ２０ｂをオンとして直流系統１３の太陽電池１１に並列に二次電池１２ｂを接続する。一方、二次電池１２ｂを充電制御する場合には、放電用スイッチ２０ｂをオフとし充電用スイッチ素子２１ｂをオンとして直流系統１３の太陽電池１１に並列に二次電池１２ｂを接続する。
【００２９】
この場合、二次電池１２ａ、１２ｂは定格電圧が２Ｖｂ、Ｖｂと異なるので、同時に直流系統１３に接続されることはなく、いずれか一方を直流系統１３に接続することになる。二次電池１２ａ、１２ｂを直流系統１３に接続すると、直流系統１３の直流電圧（インバータ１５の直流電圧）は二次電池１２ａ、１２ｂの電圧２Ｖｂ、Ｖｂに支配されるので、太陽電池１１は最大電力追従制御を行うことができなくなる。
【００３０】
そこで、制御装置１７は、二次電池１２ａ、１２ｂが直流系統１３に接続されていないときは、インバータ１５により太陽電池１１の出力電力が最大電力となるように最大電力追従制御を行い、その最大電力追従制御中に二次電池１２ａ、１２ｂの充放電制御が必要となったときは、最大電力追従制御による太陽電池の動作電圧に最も近い定格電圧の二次電池１２ａ、１２ｂを直流系統１３の太陽電池１１に並列に接続する。
【００３１】
例えば、最大電力追従制御による太陽電池１１の動作電圧が二次電池１２ａの定格電圧２Ｖｂの近傍であるときは、二次電池１２ａを直流系統１３の太陽電池１１に並列に接続する。この状態で、制御装置１７は、二次電池１２ａの定格電圧２Ｖｂで太陽電池１１を運転するとともに、インバータ１７により二次電池１２ａの充放電制御を行うことになる。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の太陽電池と二次電池の出力電圧Ｖと出力電流Ｉとの関係を示したＶ−Ｉ特性及びＶ−Ｐ特性の一例を示すグラフである。図２では、太陽電池１１の温度を一定とした場合の日射強度をパラメータとしたＶ−Ｉ特性曲線及びＶ−Ｐ特性曲線を示している。Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ１は日射強度が大きい場合の特性曲線、Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ２は日射強度が小さい場合の特性曲線である。
【００３３】
日射強度が大きい場合には、Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ１上の座標Ｃ１１（Ｖ１，Ｉ１）のときに出力電力が最大となる最適動作点であり、そのときの出力電力はＶ−Ｐ特性曲線Ｐ１の最大電力Ｐ１maxとなる。また、日射強度が小さい場合には、Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ２上の座標Ｃ２２（Ｖ２，Ｉ２）が出力電力が最大となる最適動作点であり、そのときの出力電力はＶ−Ｐ特性曲線Ｐ２の最大電力Ｐ２maxとなる。
【００３４】
このような最大電力を取り出す最適動作点を求めるには、太陽電池の出力が最大となる最適動作点に追従制御させる最大電力追従制御（ＭＰＰＴ制御）が用いられる。例えば、現状の動作点で得られる出力電力と、現状の動作点から少しだけ移動させた動作点で得られる出力電力とを比較して最適動作点への方向判断を行い、最適動作点へと追従させる山登り法などが用いられる。
【００３５】
従って、制御装置１７がインバータ１５を介して太陽電池１１の運転を行っているときは、日射強度により最大電力の動作点が変動している。この太陽電池１１の運転時、すなわち太陽電池１１を最大電力追従制御しているときは、二次電池１２ａ、１２ｂは直流系統１３に接続されることなく停止状態である。
【００３６】
いま、日射強度が大きく、最大追従制御による太陽電池１１の動作点がＣ１１であるとすると、直流系統１３の直流電圧は太陽電池１１の動作点Ｃ１１の電圧Ｖ１である。同様に、日射強度が小さく、最大追従制御による太陽電池１１の動作点がＣ２２であるとすると、直流系統１３の直流電圧は太陽電池１１の動作点Ｃ２２の電圧Ｖ２である。
【００３７】
制御装置１７は、最大電力追従制御中に二次電池１２ａ、１２ｂの充放電制御が必要となったときは、太陽電池１１の動作点電圧Ｖと二次電池１２ａ、１２ｂの定格電圧２Ｖｂ、Ｖｂとを比較し、太陽電池１１の動作点電圧Ｖが定格電圧２Ｖｂ、Ｖｂの近い方の二次電池１２ａ、１２ｂをスイッチ回路１９ａ、１９ｂにより直流系統に接続する。
【００３８】
例えば、日射強度が大きい状態では、動作点電圧Ｖ１と二次電池１２ａとの差分絶対値｜Ｖ１−２Ｖｂ｜が動作点電圧Ｖ１と二次電池１２ｂとの差分絶対値｜Ｖ１−Ｖｂ｜より小さいので、定格電圧２Ｖｂの二次電池１２ａをスイッチ回路１９ａにより直流系統に接続する。これにより、直流系統１３の直流電圧は二次電池１２ａの電圧２Ｖｂに支配され、太陽電池１１の動作点はＣ１１’となり、そのときの出力電力はＶ−Ｐ特性曲線Ｐ１のＰａとなる。太陽電池１１の出力は最大電力Ｐ１maxより小さいＰａであるが、動作点電圧Ｖ１と二次電池１２ａとの差分絶対値｜Ｖ１−２Ｖｂ｜が小さいときは、その差分電力｜Ｐ１max−Ｐａ｜も小さく、ほぼ最大電力Ｐ１max近傍での運転ができる。
【００３９】
この状態で、スイッチ回路１９ａの充電用スイッチ２１ａをオフのままで放電用スイッチ素子２０ａをオンしたときは二次電池１２ａから直流系統１３に電力を供給する放電モードとなる。一方、スイッチ回路１９ａの放電用スイッチ素子２０ａをオフのままで充電用スイッチ２１ａをオンしたときは直流系統１３から二次電池１２ａに電力が供給される充電モードとなる。
【００４０】
日射強度が小さいときも同様に、動作点電圧Ｖ２と二次電池１２ｂとの差分絶対値｜Ｖ１−Ｖｂ｜が動作点電圧Ｖ１と二次電池１２ａとの差分絶対値｜Ｖ１−２Ｖｂ｜より小さいので、制御装置１７は、定格電圧Ｖｂの二次電池１２ｂをスイッチ回路１９ｂにより直流系統に接続する。これにより、直流系統１３の直流電圧は二次電池１２ｂの電圧Ｖｂに支配され、太陽電池１１の動作点はＣ２２’となり、そのときの出力電力はＶ−Ｐ特性曲線Ｐ２のＰｂとなる。太陽電池１１の出力は最大電力Ｐ２maxより小さいＰｂであるが、動作点電圧Ｖ２と二次電池１２ｂとの差分絶対値｜Ｖ２−Ｖｂ｜が小さいときは、その差分電力｜Ｐ２max−Ｐｂ｜も小さく、ほぼ最大電力Ｐ２max近傍での運転ができる。
【００４１】
この状態で、スイッチ回路１９ｂの充電用スイッチ２１ｂをオフのままで放電用スイッチ素子２０ｂをオンしたときは二次電池１２ｂから直流系統１３に電力を供給する放電モードとなる。一方、スイッチ回路１９ｂの放電用スイッチ素子２０ｂをオフのままで充電用スイッチ２１ｂをオンしたときは直流系統１３から二次電池１２ｂに電力が供給される充電モードとなる。
【００４２】
このように、昼間は太陽電池１１を最大電力追従制御し、二次電池１２ａ、１２ｂの充放電制御が必要なときは、最大電力動作点に近い定格電圧の二次電池を直流系統１３に接続して、太陽電池の発電能力を最大限に発揮させつつ二次電池の充放電運転を行う。つまり、昼間はディジタル的に最大電力追従制御を行う。そして、夜間は太陽電池の出力が零であるので、インバータ１５の直流電圧調整制御により、直流系統１３の電圧を２Ｖｂ、Ｖｂに調整して、二次電池１２ａ、１２ｂを順番に充電する。これにより、適切なＳＯＣ（充電率）制御が可能となる。
【００４３】
次に、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例２について説明する。図３は本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例２の構成図である。この実施例２は、図１に示した実施例１に対し、二次電池１２ｃを追加して設けるとともに、二次電池１２ｃを直流系統１３に接続するためのスイッチ回路１９ｃを追加して設けたものである。図１では、追加した二次電池１２ｃの定格電圧は、二次電池１２ｂの定格電圧Ｖｂと同じである場合を示している。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４４】
例えば、太陽電池１１の動作点が図２のＣ２２であり、二次電池１２ａ、１２ｂの充放電制御が必要となったときは、前述したように、制御装置１７は、定格電圧Ｖｂの二次電池１２ｂ、１２ｃのいずれかまたは双方をスイッチ回路１９ｂにより直流系統に接続することになる。
【００４５】
いま、充電制御が必要であり二次電池１２ｂの方が二次電池１２ｃより充電量が少ない場合には、制御装置１７は、充電量が少ない二次電池１２ｂを直流系統１３の太陽電池１１に並列に接続し、二次電池１２ｂの充電制御を行う。二次電池１２ｂ、１２ｃの双方が同程度の充電量であるときは、双方を直流系統１３の太陽電池１１に並列に接続し放電制御を行う。
【００４６】
一方、放電制御が必要であり二次電池１２ｂの方が二次電池１２ｃより充電量が多い場合には、制御装置１７は、充電量が多い二次電池１２ｂを直流系統１３の太陽電池１１に並列に接続し、二次電池１２ｂの放電制御を行う。二次電池１２ｂ、１２ｃの双方が同程度の充電量であるときは、双方を直流系統１３の太陽電池１１に並列に接続し放電制御を行う。
【００４７】
これにより、二次電池１２ｂ、１２ｃの充電量が均一化される。このように、複数個の同じ定格電圧の二次電池がある場合には充電量が均一化されるように充放電制御を行う。
【００４８】
次に、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例３について説明する。図４は本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例３の構成図である。この実施例３は、図３に示した実施例２に対し、二次電池１２ｂ、１２ｃを直列接続に切り替える切替回路２２を備えたものである。
【００４９】
切替回路２２は、二次電池１２ｂをスイッチ回路１９ｂに接離するための接離スイッチ２３ｂ１、２３ｂ２と、二次電池１２ｃをスイッチ回路１９ｃに接離するための接離スイッチ２３ｃ１、２３ｃ２と、二次電池１２ｂと二次電池１２ｃとを直列接続するための直列接続スイッチ２４とを有する。
【００５０】
二次電池１２ｂ、１２ｃを直列接続して直流系統１３に接続する場合には、直列接続スイッチ２４を閉じ、接離スイッチ２３ｂ２及び接離スイッチ２３ｃ１を開き、接離スイッチ２３ｂ１及び接離スイッチ２３ｃ２を閉じる。これにより、直列接続された二次電池１２ｂ、１２ｃは、定格電圧が２Ｖｂの二次電池として直流系統１３に接続される。
【００５１】
従って、最大電力追従制御による太陽電池１１の動作電圧Ｖが２Ｖｂ近傍の電圧Ｖ１であるとき、定格電圧が２Ｖｂの二次電池１２ａだけでなく、直列接続された二次電池１２ｂ、１２ｃも直流系統１３に接続可能となる。
【００５２】
次に、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例４について説明する。図５は本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例４の構成図である。この実施例４は、図４に示した実施例３に対し、二次電池１２ａの定格電圧は１．５Ｖｂ、二次電池１２ｂの定格電圧はＶｂ、二次電池１２ｃの定格電圧は０．５Ｖｂとし、二次電池１２ａ、１２ｂ、１２ｃを直列接続に切り替える切替回路２２を備えたものである。
【００５３】
切替回路２２は、二次電池１２ａをスイッチ回路１９ａに接離するための接離スイッチ２３ａ１、２３ａ２と、二次電池１２ｂをスイッチ回路１９ｂに接離するための接離スイッチ２３ｂ１、２３ｂ２と、二次電池１２ｃをスイッチ回路１９ｃに接離するための接離スイッチ２３ｃ１、２３ｃ２と、二次電池１２ａと二次電池１２ｂとを直列接続するための直列接続スイッチ２４ａｂと、二次電池１２ｂと二次電池１２ｃとを直列接続するための直列接続スイッチ２４ｂｃと、二次電池１２ｃと二次電池１２ａとを直列接続するための直列接続スイッチ２４ｃａとを有する。
【００５４】
二次電池１２ａ、１２ｂを直列接続して直流系統１３に接続する場合には、直列接続スイッチ２４ａｂを閉じ、接離スイッチ２３ａ２及び接離スイッチ２３ｂ１を開き、接離スイッチ２３ａ１及び接離スイッチ２３ｂ２を閉じる。これにより、直列接続された二次電池１２ａ、１２ｂは、定格電圧が２．５Ｖｂの二次電池として直流系統１３に接続される。この場合、直列接続スイッチ２４ｂｃ、２４ｃａ、接離スイッチ２３ｃ１、２３ｃ２は開いておく。
【００５５】
二次電池１２ｂ、１２ｃを直列接続して直流系統１３に接続する場合には、直列接続スイッチ２４ｂｃを閉じ、接離スイッチ２３ｂ２及び接離スイッチ２３ｃ１を開き、接離スイッチ２３ｂ１及び接離スイッチ２３ｃ２を閉じる。これにより、直列接続された二次電池１２ｂ、１２ｃは、定格電圧が１．５Ｖｂの二次電池として直流系統１３に接続される。この場合、直列接続スイッチ２４ａｂ、２４ｃａ、接離スイッチ２３ａ１、２３ａ２は開いておく。
【００５６】
二次電池１２ｃ、１２ａを直列接続して直流系統１３に接続する場合には、直列接続スイッチ２４ｃａを閉じ、接離スイッチ２３ａ２及び接離スイッチ２３ｃ１を開き、接離スイッチ２３ａ１及び接離スイッチ２３ｃ２を閉じる。これにより、直列接続された二次電池１２ｃ、１２ａは、定格電圧が２Ｖｂの二次電池として直流系統１３に接続される。この場合、直列接続スイッチ２４ａｂ、２４ｂｃ、接離スイッチ２３ｂ１、２３ｂ２は開いておく。
【００５７】
二次電池１２ａ、１２ｂ、１２ｃを直列接続して直流系統１３に接続する場合には、直列接続スイッチ２４ａｂ、２４ｂｃを閉じ、直列接続スイッチ２４ａｂを開き、接離スイッチ２３ａ２及び接離スイッチ２３ｃ１を開くとともに接離スイッチ２３ｂ１、２３ｂ２を開き、接離スイッチ２３ａ１及び接離スイッチ２３ｃ２を閉じる。これにより、直列接続された二次電池１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、定格電圧が３Ｖｂの二次電池として直流系統１３に接続される。
【００５８】
これにより、二次電池１２ａ、１２ｂ、１２ｃの単独の定格電圧１．５Ｖｂ、Ｖｂ、０．５Ｖｂに加え、定格電圧が２Ｖｂ、２．５Ｖｂ、３Ｖｂの二次電池を等価的に直流系統１３に接続できる。従って、最大電力追従制御による太陽電池１１の動作電圧近傍の電圧を得やすくなり、太陽電池１１に二次電池１２を並列接続した場合であっても、太陽電池１１の発電能力を最大限に発揮させることができる。
【００５９】
このように、太陽電池１１と定格電圧が同一または異なる複数個の二次電池１２を配置し、最大電力追従制御に応じて二次電池１２を切り分けて直流系統１３に接続するので、ＤＣチョッパを用いることなく太陽電池１１のエネルギーを効率よく供給することができる。
【００６０】
二次電池１２の充放電時には直流系統１３の直流電圧は二次電池１２の定格電圧に支配されるので、断続的な最大電力追従制御となるが、切替回路２２を設けて複数個の二次電池１２の接続を切り替えることにより、連続的な最大電力追従制御が可能となる。また、二次電池１２の接続を切り離せば連続的な最大電力制御となる。
【符号の説明】
【００６１】
１１…太陽電池、１２…二次電池、１３…直流系統、１４…切替スイッチ、１５…インバータ、１６…交流系統、１７…制御装置、１８…ＤＣチョッパ、１９…スイッチ回路、２０…スイッチ素子、２１…ダイオード、２２…切替回路、２３…接離スイッチ、２４…直列接続スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に並列に二次電池が設置され電力系統と連系運転を行う太陽光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電装置は、太陽電池の直流電力を交流に変換し、既存の電力系統に連系して運転するものであり、災害時や系統事故時にも運転が可能なように、太陽電池に並列に二次電池を設置したものがある。
【０００３】
図６は、太陽電池に並列に二次電池を設置した太陽光発電装置の構成図である。太陽電池１１に二次電池１２が並列に配置されて直流系統１３が形成されている。すなわち、二次電池１２は切替スイッチ１４を介して太陽電池１１に並列に接続され、直流系統１３はインバータ１５を介して交流系統１６に接続されている。この場合、二次電池１２の定格電圧Ｖｂは太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより小さく設定されている。また、太陽電池１１は直流系統１３からの電力供給を阻止するダイオードＤを介して直流系統１３に接続されている。
【０００４】
制御装置１７は、インバータ１５により太陽電池１１を運転制御したり、二次電池１２を充放電制御するものである。太陽電池１１の出力制御の際には、切替スイッチ１４を開いて、太陽電池１１を最大電力追従制御｛ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御｝し、太陽電池１１の出力を零にするときには直流系統１３の電圧を開放電圧Ｖｏに制御する。一方、二次電池１２を充放電制御する際には切替スイッチ１４を閉じ、充電のときは交流系統１６から二次電池１２に電力を供給する制御を行い、放電のときは二次電池１２から交流系統１６に電力を供給する制御を行う。
【０００５】
太陽電池１１と二次電池１２とを同時に並列接続して一台のインバータ１５で制御する場合、直流系統１３の直流電圧（インバータ１５の直流電圧）は二次電池１２の電圧Ｖｂに支配される。これは、二次電池１２は電圧源的特性を有し内部インピーダンスが非常に小さいためである。インバータ１５の直流電圧が二次電池１２の電圧Ｖｂに支配されると、太陽電池１１の電圧Ｖが二次電池１２の電圧Ｖｂに支配され、太陽電池１１の最大電力追従制御（ＭＰＰＴ制御）ができなくなる。
【０００６】
そのため、太陽電池１１を最大電力追従制御するときは、切替スイッチ１４を開いて太陽電池１１を最大電力追従制御し、二次電池１２をインバータ１５に接続するときは、太陽電池の運転を停止して切替スイッチ１４を閉じ、二次電池１２の充放電制御を行うようにしている。
【０００７】
そのため、太陽電池１１を最大電力追従制御するときは、切替スイッチ１４を開いて太陽電池１１を最大電力追従制御し、二次電池１２をインバータ１５に接続するときは、太陽電池の運転を停止して切替スイッチ１４を閉じ、二次電池１２の充放電制御を行うようにしている。
【０００８】
また、図７に示すように、切替スイッチ１４に代えて、直流系統１３の二次電池１２とインバータ１５との間にＤＣチョッパ１８を接続し、ＤＣチョッパ１８により二次電池１２の電圧を太陽電池１１の電圧に調整してインバータ１５の直流電圧（直流系統の直流電圧）を一定に制御するようにしたものもある。
【０００９】
すなわち、電力出力指令値に対応した電力を発生するインバータと太陽電池とを接続し、太陽電池とインバータとの接続点とバッテリとの間に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータブロックを挿入し、バッテリ放電指令発生時に太陽電池の発生電力が最大となるように太陽電池とインバータとの接続点の電圧を制御し、バッテリ充電指令発生時に太陽電池の発生電力が最大となるように太陽電池とインバータとの接続点の電圧を制御し、太陽電池の発電能力を最大限に発揮させ、日射エネルギーを有効に利用できるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−２６６４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１のものでは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータブロック（ＤＣチョッパ）を用いて、太陽電池とインバータとの接続点の電圧を制御するものであるので、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータブロックが必要となり、システム全体が大型化しまた損失が増加する。
【００１２】
本発明の目的は、ＤＣチョッパを用いることなく、太陽電池の発電能力を最大限に発揮させつつ二次電池の充放電運転を効率よく行うことができる太陽光発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明に係る太陽光発電装置は、太陽光により直流電力を発電する太陽電池と、定格電圧が同一または異なる複数個の二次電池と、複数個の前記二次電池のうち少なくとも一つまたは定格電圧が同じ複数個の二次電池を前記太陽電池に並列に接続するスイッチ回路と、前記太陽電池及び前記二次電池の直流系統の直流電力を交流に変換して交流系統に出力したり前記交流系統の交流電力を直流電力に変換して前記直流系統に出力するインバータと、前記二次電池が前記直流系統に接続されていないときは前記インバータにより前記太陽電池の出力電力が最大電力となるように最大電力追従制御を行い、前記最大電力追従制御中に前記二次電池の充放電制御が必要となったときは前記最大電力追従制御による前記太陽電池の動作電圧に最も近い定格電圧の二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続しその二次電池の定格電圧で前記太陽電池を運転するとともに前記インバータにより前記二次電池の充放電制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明に係る太陽光発電装置は、請求項１の発明において、複数個の前記二次電池を直列接続に切り替える切替回路を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明に係る太陽光発電装置は、請求項１または２の発明において、異なる定格電圧の前記二次電池は、少なくとも２の倍数の定格電圧の二次電池を含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明に係る太陽光発電装置は、請求項１乃至３の発明において、前記制御装置は、前記二次電池が前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続されているとき、前記スイッチ回路により定期的に前記二次電池を前記直流系統から切り離し、その状態で前記インバータにより前記太陽電池の出力電力が最大電力となるように最大電力追従制御を行い、前記最大電力追従制御による前記太陽電池の動作電圧に最も近い定格電圧の二次電池または前記切替回路で直列接続された二次電池を選択して、その二次電池または直列接続された二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続することを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明に係る太陽光発電装置は、請求項１乃至３の発明において、前記制御装置は、充電量が少ない二次電池または前記切替回路で直列接続された二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続し、前記二次電池の充電制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明に係る太陽光発電装置は、請求項１乃至３の発明において、前記制御装置は、充電量が多い二次電池または前記切替回路で直列接続された二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続し、前記二次電池の放電制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、二次電池が直流系統に接続されていないときはインバータにより太陽電池の出力電力が最大電力となるように最大電力追従制御を行い、最大電力追従制御中に二次電池の充放電制御が必要となったときは最大電力追従制御による太陽電池の動作電圧に最も近い定格電圧の二次電池を直流系統の太陽電池に並列に接続し、その二次電池の定格電圧で太陽電池を運転するとともにインバータにより二次電池の充放電制御を行うので、太陽電池の発電能力を最大限に発揮させつつ二次電池の充放電運転を効率よく行うことができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、複数個の二次電池を切替回路により直列接続できるので、直列接続した二次電池を太陽電池に並列接続できる。従って、最大電力追従制御による太陽電池の動作電圧近傍の電圧を得やすくなり、太陽電池に二次電池を並列接続した場合であっても、太陽電池の発電能力を最大限に発揮させることができる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、少なくとも２の倍数の定格電圧の二次電池を設けるので、最も小さい定格電圧に対して２倍の定格電圧の二次電池だけでなく、例えば、１倍の定格電圧と２倍の定格電圧の二次電池とを直列接続した場合には３倍の定格電圧の二次電池を用意でき、また、２倍の定格電圧の二次電池同士を直列接続した場合には４倍の定格電圧の二次電池を用意できる。従って、太陽電池に並列に接続できる二次電池の定格電圧の幅が広がる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、二次電池が直流系統の太陽電池に並列に接続されているとき、定期的に二次電池を直流系統から切り離して、最大電力追従制御による太陽電池の動作電圧を求めるので、太陽電池の最大電力動作点が変化している場合であっても、太陽電池の最大電力動作点の近傍の定格電圧の二次電池を選択して、直流系統の太陽電池に並列に接続できる。これにより、太陽電池の発電能力を最大限に発揮させつつ二次電池の充放電運転を効率よく行うことができる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、充電量が少ない二次電池を直流系統の太陽電池に並列に接続して二次電池の充電制御を行うので、効率よく充電ができる。
【００２４】
また、請求項６の発明によれば、充電量が多い二次電池を直流系統の太陽電池に並列に接続して二次電池の放電制御を行うので、効率よく放電できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例１の構成図。
【図２】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の太陽電池と二次電池の出力電圧Ｖと出力電流Ｉとの関係を示したＶ−Ｉ特性及びＶ−Ｐ特性の一例を示すグラフ。
【図３】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例２の構成図。
【図４】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例３の構成図。
【図５】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例４の構成図
【図６】太陽電池に並列に二次電池を設置した従来の太陽光発電装置の一例の構成図。
【図７】太陽電池に並列に二次電池を設置した従来の太陽光発電装置の他の一例の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例１の構成図である。この実施例１に係る太陽光発電装置は、図６に示した従来の太陽光発電装置に対し、定格電圧が異なる２個の二次電池１２ａ、１２ｂを設け、二次電池１２ａ、１２ｂを直流系統１３に接続するためのスイッチ回路１９ａ、１９ｂを設けたものである。図１では、二次電池１２ａの定格電圧は２Ｖｂで、二次電池１２ｂの定格電圧はＶｂであり、二次電池１２ａの定格電圧は二次電池１２ｂの定格電圧の２倍の定格電圧である場合を示している。図６と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２７】
スイッチ回路１９ａ、１９ｂは、放電用スイッチ素子２０ａ、２０ｂ及び充電用スイッチ素子２１ａ、２１ｂが並列接続されて構成されている。制御装置１７は、二次電池１２ａを放電制御する場合には、充電用スイッチ素子２１ａをオフとし放電用スイッチ２０ａをオンとして直流系統１３の太陽電池１１に並列に二次電池１２ａを接続する。一方、二次電池１２ａを充電制御する場合には、放電用スイッチ２０ａをオフとし充電用スイッチ素子２１ａをオンとして直流系統１３の太陽電池１１に並列に二次電池１２ａを接続する。
【００２８】
同様に、制御装置１７は、二次電池１２ｂを放電制御する場合には、充電用スイッチ素子２１ｂをオフとし放電用スイッチ２０ｂをオンとして直流系統１３の太陽電池１１に並列に二次電池１２ｂを接続する。一方、二次電池１２ｂを充電制御する場合には、放電用スイッチ２０ｂをオフとし充電用スイッチ素子２１ｂをオンとして直流系統１３の太陽電池１１に並列に二次電池１２ｂを接続する。
【００２９】
この場合、二次電池１２ａ、１２ｂは定格電圧が２Ｖｂ、Ｖｂと異なるので、同時に直流系統１３に接続されることはなく、いずれか一方を直流系統１３に接続することになる。二次電池１２ａ、１２ｂを直流系統１３に接続すると、直流系統１３の直流電圧（インバータ１５の直流電圧）は二次電池１２ａ、１２ｂの電圧２Ｖｂ、Ｖｂに支配されるので、太陽電池１１は最大電力追従制御を行うことができなくなる。
【００３０】
そこで、制御装置１７は、二次電池１２ａ、１２ｂが直流系統１３に接続されていないときは、インバータ１５により太陽電池１１の出力電力が最大電力となるように最大電力追従制御を行い、その最大電力追従制御中に二次電池１２ａ、１２ｂの充放電制御が必要となったときは、最大電力追従制御による太陽電池の動作電圧に最も近い定格電圧の二次電池１２ａ、１２ｂを直流系統１３の太陽電池１１に並列に接続する。
【００３１】
例えば、最大電力追従制御による太陽電池１１の動作電圧が二次電池１２ａの定格電圧２Ｖｂの近傍であるときは、二次電池１２ａを直流系統１３の太陽電池１１に並列に接続する。この状態で、制御装置１７は、二次電池１２ａの定格電圧２Ｖｂで太陽電池１１を運転するとともに、インバータ１７により二次電池１２ａの充放電制御を行うことになる。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の太陽電池と二次電池の出力電圧Ｖと出力電流Ｉとの関係を示したＶ−Ｉ特性及びＶ−Ｐ特性の一例を示すグラフである。図２では、太陽電池１１の温度を一定とした場合の日射強度をパラメータとしたＶ−Ｉ特性曲線及びＶ−Ｐ特性曲線を示している。Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ１は日射強度が大きい場合の特性曲線、Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ２は日射強度が小さい場合の特性曲線である。
【００３３】
日射強度が大きい場合には、Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ１上の座標Ｃ１１（Ｖ１，Ｉ１）のときに出力電力が最大となる最適動作点であり、そのときの出力電力はＶ−Ｐ特性曲線Ｐ１の最大電力Ｐ１maxとなる。また、日射強度が小さい場合には、Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ２上の座標Ｃ２２（Ｖ２，Ｉ２）が出力電力が最大となる最適動作点であり、そのときの出力電力はＶ−Ｐ特性曲線Ｐ２の最大電力Ｐ２maxとなる。
【００３４】
このような最大電力を取り出す最適動作点を求めるには、太陽電池の出力が最大となる最適動作点に追従制御させる最大電力追従制御（ＭＰＰＴ制御）が用いられる。例えば、現状の動作点で得られる出力電力と、現状の動作点から少しだけ移動させた動作点で得られる出力電力とを比較して最適動作点への方向判断を行い、最適動作点へと追従させる山登り法などが用いられる。
【００３５】
従って、制御装置１７がインバータ１５を介して太陽電池１１の運転を行っているときは、日射強度により最大電力の動作点が変動している。この太陽電池１１の運転時、すなわち太陽電池１１を最大電力追従制御しているときは、二次電池１２ａ、１２ｂは直流系統１３に接続されることなく停止状態である。
【００３６】
いま、日射強度が大きく、最大追従制御による太陽電池１１の動作点がＣ１１であるとすると、直流系統１３の直流電圧は太陽電池１１の動作点Ｃ１１の電圧Ｖ１である。同様に、日射強度が小さく、最大追従制御による太陽電池１１の動作点がＣ２２であるとすると、直流系統１３の直流電圧は太陽電池１１の動作点Ｃ２２の電圧Ｖ２である。
【００３７】
制御装置１７は、最大電力追従制御中に二次電池１２ａ、１２ｂの充放電制御が必要となったときは、太陽電池１１の動作点電圧Ｖと二次電池１２ａ、１２ｂの定格電圧２Ｖｂ、Ｖｂとを比較し、太陽電池１１の動作点電圧Ｖが定格電圧２Ｖｂ、Ｖｂの近い方の二次電池１２ａ、１２ｂをスイッチ回路１９ａ、１９ｂにより直流系統に接続する。
【００３８】
例えば、日射強度が大きい状態では、動作点電圧Ｖ１と二次電池１２ａとの差分絶対値｜Ｖ１−２Ｖｂ｜が動作点電圧Ｖ１と二次電池１２ｂとの差分絶対値｜Ｖ１−Ｖｂ｜より小さいので、定格電圧２Ｖｂの二次電池１２ａをスイッチ回路１９ａにより直流系統に接続する。これにより、直流系統１３の直流電圧は二次電池１２ａの電圧２Ｖｂに支配され、太陽電池１１の動作点はＣ１１’となり、そのときの出力電力はＶ−Ｐ特性曲線Ｐ１のＰａとなる。太陽電池１１の出力は最大電力Ｐ１maxより小さいＰａであるが、動作点電圧Ｖ１と二次電池１２ａとの差分絶対値｜Ｖ１−２Ｖｂ｜が小さいときは、その差分電力｜Ｐ１max−Ｐａ｜も小さく、ほぼ最大電力Ｐ１max近傍での運転ができる。
【００３９】
この状態で、スイッチ回路１９ａの充電用スイッチ２１ａをオフのままで放電用スイッチ素子２０ａをオンしたときは二次電池１２ａから直流系統１３に電力を供給する放電モードとなる。一方、スイッチ回路１９ａの放電用スイッチ素子２０ａをオフのままで充電用スイッチ２１ａをオンしたときは直流系統１３から二次電池１２ａに電力が供給される充電モードとなる。
【００４０】
日射強度が小さいときも同様に、動作点電圧Ｖ２と二次電池１２ｂとの差分絶対値｜Ｖ１−Ｖｂ｜が動作点電圧Ｖ１と二次電池１２ａとの差分絶対値｜Ｖ１−２Ｖｂ｜より小さいので、制御装置１７は、定格電圧Ｖｂの二次電池１２ｂをスイッチ回路１９ｂにより直流系統に接続する。これにより、直流系統１３の直流電圧は二次電池１２ｂの電圧Ｖｂに支配され、太陽電池１１の動作点はＣ２２’となり、そのときの出力電力はＶ−Ｐ特性曲線Ｐ２のＰｂとなる。太陽電池１１の出力は最大電力Ｐ２maxより小さいＰｂであるが、動作点電圧Ｖ２と二次電池１２ｂとの差分絶対値｜Ｖ２−Ｖｂ｜が小さいときは、その差分電力｜Ｐ２max−Ｐｂ｜も小さく、ほぼ最大電力Ｐ２max近傍での運転ができる。
【００４１】
この状態で、スイッチ回路１９ｂの充電用スイッチ２１ｂをオフのままで放電用スイッチ素子２０ｂをオンしたときは二次電池１２ｂから直流系統１３に電力を供給する放電モードとなる。一方、スイッチ回路１９ｂの放電用スイッチ素子２０ｂをオフのままで充電用スイッチ２１ｂをオンしたときは直流系統１３から二次電池１２ｂに電力が供給される充電モードとなる。
【００４２】
このように、昼間は太陽電池１１を最大電力追従制御し、二次電池１２ａ、１２ｂの充放電制御が必要なときは、最大電力動作点に近い定格電圧の二次電池を直流系統１３に接続して、太陽電池の発電能力を最大限に発揮させつつ二次電池の充放電運転を行う。つまり、昼間はディジタル的に最大電力追従制御を行う。そして、夜間は太陽電池の出力が零であるので、インバータ１５の直流電圧調整制御により、直流系統１３の電圧を２Ｖｂ、Ｖｂに調整して、二次電池１２ａ、１２ｂを順番に充電する。これにより、適切なＳＯＣ（充電率）制御が可能となる。
【００４３】
次に、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例２について説明する。図３は本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例２の構成図である。この実施例２は、図１に示した実施例１に対し、二次電池１２ｃを追加して設けるとともに、二次電池１２ｃを直流系統１３に接続するためのスイッチ回路１９ｃを追加して設けたものである。図１では、追加した二次電池１２ｃの定格電圧は、二次電池１２ｂの定格電圧Ｖｂと同じである場合を示している。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４４】
例えば、太陽電池１１の動作点が図２のＣ２２であり、二次電池１２ａ、１２ｂの充放電制御が必要となったときは、前述したように、制御装置１７は、定格電圧Ｖｂの二次電池１２ｂ、１２ｃのいずれかまたは双方をスイッチ回路１９ｂにより直流系統に接続することになる。
【００４５】
いま、充電制御が必要であり二次電池１２ｂの方が二次電池１２ｃより充電量が少ない場合には、制御装置１７は、充電量が少ない二次電池１２ｂを直流系統１３の太陽電池１１に並列に接続し、二次電池１２ｂの充電制御を行う。二次電池１２ｂ、１２ｃの双方が同程度の充電量であるときは、双方を直流系統１３の太陽電池１１に並列に接続し放電制御を行う。
【００４６】
一方、放電制御が必要であり二次電池１２ｂの方が二次電池１２ｃより充電量が多い場合には、制御装置１７は、充電量が多い二次電池１２ｂを直流系統１３の太陽電池１１に並列に接続し、二次電池１２ｂの放電制御を行う。二次電池１２ｂ、１２ｃの双方が同程度の充電量であるときは、双方を直流系統１３の太陽電池１１に並列に接続し放電制御を行う。
【００４７】
これにより、二次電池１２ｂ、１２ｃの充電量が均一化される。このように、複数個の同じ定格電圧の二次電池がある場合には充電量が均一化されるように充放電制御を行う。
【００４８】
次に、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例３について説明する。図４は本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例３の構成図である。この実施例３は、図３に示した実施例２に対し、二次電池１２ｂ、１２ｃを直列接続に切り替える切替回路２２を備えたものである。
【００４９】
切替回路２２は、二次電池１２ｂをスイッチ回路１９ｂに接離するための接離スイッチ２３ｂ１、２３ｂ２と、二次電池１２ｃをスイッチ回路１９ｃに接離するための接離スイッチ２３ｃ１、２３ｃ２と、二次電池１２ｂと二次電池１２ｃとを直列接続するための直列接続スイッチ２４とを有する。
【００５０】
二次電池１２ｂ、１２ｃを直列接続して直流系統１３に接続する場合には、直列接続スイッチ２４を閉じ、接離スイッチ２３ｂ２及び接離スイッチ２３ｃ１を開き、接離スイッチ２３ｂ１及び接離スイッチ２３ｃ２を閉じる。これにより、直列接続された二次電池１２ｂ、１２ｃは、定格電圧が２Ｖｂの二次電池として直流系統１３に接続される。
【００５１】
従って、最大電力追従制御による太陽電池１１の動作電圧Ｖが２Ｖｂ近傍の電圧Ｖ１であるとき、定格電圧が２Ｖｂの二次電池１２ａだけでなく、直列接続された二次電池１２ｂ、１２ｃも直流系統１３に接続可能となる。
【００５２】
次に、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例４について説明する。図５は本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の実施例４の構成図である。この実施例４は、図４に示した実施例３に対し、二次電池１２ａの定格電圧は１．５Ｖｂ、二次電池１２ｂの定格電圧はＶｂ、二次電池１２ｃの定格電圧は０．５Ｖｂとし、二次電池１２ａ、１２ｂ、１２ｃを直列接続に切り替える切替回路２２を備えたものである。
【００５３】
切替回路２２は、二次電池１２ａをスイッチ回路１９ａに接離するための接離スイッチ２３ａ１、２３ａ２と、二次電池１２ｂをスイッチ回路１９ｂに接離するための接離スイッチ２３ｂ１、２３ｂ２と、二次電池１２ｃをスイッチ回路１９ｃに接離するための接離スイッチ２３ｃ１、２３ｃ２と、二次電池１２ａと二次電池１２ｂとを直列接続するための直列接続スイッチ２４ａｂと、二次電池１２ｂと二次電池１２ｃとを直列接続するための直列接続スイッチ２４ｂｃと、二次電池１２ｃと二次電池１２ａとを直列接続するための直列接続スイッチ２４ｃａとを有する。
【００５４】
二次電池１２ａ、１２ｂを直列接続して直流系統１３に接続する場合には、直列接続スイッチ２４ａｂを閉じ、接離スイッチ２３ａ２及び接離スイッチ２３ｂ１を開き、接離スイッチ２３ａ１及び接離スイッチ２３ｂ２を閉じる。これにより、直列接続された二次電池１２ａ、１２ｂは、定格電圧が２．５Ｖｂの二次電池として直流系統１３に接続される。この場合、直列接続スイッチ２４ｂｃ、２４ｃａ、接離スイッチ２３ｃ１、２３ｃ２は開いておく。
【００５５】
二次電池１２ｂ、１２ｃを直列接続して直流系統１３に接続する場合には、直列接続スイッチ２４ｂｃを閉じ、接離スイッチ２３ｂ２及び接離スイッチ２３ｃ１を開き、接離スイッチ２３ｂ１及び接離スイッチ２３ｃ２を閉じる。これにより、直列接続された二次電池１２ｂ、１２ｃは、定格電圧が１．５Ｖｂの二次電池として直流系統１３に接続される。この場合、直列接続スイッチ２４ａｂ、２４ｃａ、接離スイッチ２３ａ１、２３ａ２は開いておく。
【００５６】
二次電池１２ｃ、１２ａを直列接続して直流系統１３に接続する場合には、直列接続スイッチ２４ｃａを閉じ、接離スイッチ２３ａ２及び接離スイッチ２３ｃ１を開き、接離スイッチ２３ａ１及び接離スイッチ２３ｃ２を閉じる。これにより、直列接続された二次電池１２ｃ、１２ａは、定格電圧が２Ｖｂの二次電池として直流系統１３に接続される。この場合、直列接続スイッチ２４ａｂ、２４ｂｃ、接離スイッチ２３ｂ１、２３ｂ２は開いておく。
【００５７】
二次電池１２ａ、１２ｂ、１２ｃを直列接続して直流系統１３に接続する場合には、直列接続スイッチ２４ａｂ、２４ｂｃを閉じ、直列接続スイッチ２４ａｂを開き、接離スイッチ２３ａ２及び接離スイッチ２３ｃ１を開くとともに接離スイッチ２３ｂ１、２３ｂ２を開き、接離スイッチ２３ａ１及び接離スイッチ２３ｃ２を閉じる。これにより、直列接続された二次電池１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、定格電圧が３Ｖｂの二次電池として直流系統１３に接続される。
【００５８】
これにより、二次電池１２ａ、１２ｂ、１２ｃの単独の定格電圧１．５Ｖｂ、Ｖｂ、０．５Ｖｂに加え、定格電圧が２Ｖｂ、２．５Ｖｂ、３Ｖｂの二次電池を等価的に直流系統１３に接続できる。従って、最大電力追従制御による太陽電池１１の動作電圧近傍の電圧を得やすくなり、太陽電池１１に二次電池１２を並列接続した場合であっても、太陽電池１１の発電能力を最大限に発揮させることができる。
【００５９】
このように、太陽電池１１と定格電圧が同一または異なる複数個の二次電池１２を配置し、最大電力追従制御に応じて二次電池１２を切り分けて直流系統１３に接続するので、ＤＣチョッパを用いることなく太陽電池１１のエネルギーを効率よく供給することができる。
【００６０】
二次電池１２の充放電時には直流系統１３の直流電圧は二次電池１２の定格電圧に支配されるので、断続的な最大電力追従制御となるが、切替回路２２を設けて複数個の二次電池１２の接続を切り替えることにより、連続的な最大電力追従制御が可能となる。また、二次電池１２の接続を切り離せば連続的な最大電力制御となる。
【符号の説明】
【００６１】
１１…太陽電池、１２…二次電池、１３…直流系統、１４…切替スイッチ、１５…インバータ、１６…交流系統、１７…制御装置、１８…ＤＣチョッパ、１９…スイッチ回路、２０…スイッチ素子、２１…ダイオード、２２…切替回路、２３…接離スイッチ、２４…直列接続スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光により直流電力を発電する太陽電池と、定格電圧が同一または異なる複数個の二次電池と、複数個の前記二次電池のうち少なくとも一つまたは定格電圧が同じ複数個の二次電池を前記太陽電池に並列に接続するスイッチ回路と、前記太陽電池及び前記二次電池の直流系統の直流電力を交流に変換して交流系統に出力したり前記交流系統の交流電力を直流電力に変換して前記直流系統に出力するインバータと、前記二次電池が前記直流系統に接続されていないときは前記インバータにより前記太陽電池の出力電力が最大電力となるように最大電力追従制御を行い、前記最大電力追従制御中に前記二次電池の充放電制御が必要となったときは前記最大電力追従制御による前記太陽電池の動作電圧に最も近い定格電圧の二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続しその二次電池の定格電圧で前記太陽電池を運転するとともに前記インバータにより前記二次電池の充放電制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項２】
複数個の前記二次電池を直列接続に切り替える切替回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の太陽光発電装置。
【請求項３】
異なる定格電圧の前記二次電池は、少なくとも２の倍数の定格電圧の二次電池を含む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。
【請求項４】
前記制御装置は、前記二次電池が前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続されているとき、前記スイッチ回路により定期的に前記二次電池を前記直流系統から切り離し、その状態で前記インバータにより前記太陽電池の出力電力が最大電力となるように最大電力追従制御を行い、前記最大電力追従制御による前記太陽電池の動作電圧に最も近い定格電圧の二次電池または前記切替回路で直列接続された二次電池を選択して、その二次電池または直列接続された二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続することを特徴とする請求項１乃至３記載の太陽光発電装置。
【請求項５】
前記制御装置は、充電量が少ない二次電池または前記切替回路で直列接続された二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続し、前記二次電池の充電制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３記載の太陽光発電装置。
【請求項６】
前記制御装置は、充電量が多い二次電池または前記切替回路で直列接続された二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続し、前記二次電池の放電制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３記載の太陽光発電装置。
【請求項１】
太陽光により直流電力を発電する太陽電池と、定格電圧が同一または異なる複数個の二次電池と、複数個の前記二次電池のうち少なくとも一つまたは定格電圧が同じ複数個の二次電池を前記太陽電池に並列に接続するスイッチ回路と、前記太陽電池及び前記二次電池の直流系統の直流電力を交流に変換して交流系統に出力したり前記交流系統の交流電力を直流電力に変換して前記直流系統に出力するインバータと、前記二次電池が前記直流系統に接続されていないときは前記インバータにより前記太陽電池の出力電力が最大電力となるように最大電力追従制御を行い、前記最大電力追従制御中に前記二次電池の充放電制御が必要となったときは前記最大電力追従制御による前記太陽電池の動作電圧に最も近い定格電圧の二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続しその二次電池の定格電圧で前記太陽電池を運転するとともに前記インバータにより前記二次電池の充放電制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項２】
複数個の前記二次電池を直列接続に切り替える切替回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の太陽光発電装置。
【請求項３】
異なる定格電圧の前記二次電池は、少なくとも２の倍数の定格電圧の二次電池を含む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。
【請求項４】
前記制御装置は、前記二次電池が前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続されているとき、前記スイッチ回路により定期的に前記二次電池を前記直流系統から切り離し、その状態で前記インバータにより前記太陽電池の出力電力が最大電力となるように最大電力追従制御を行い、前記最大電力追従制御による前記太陽電池の動作電圧に最も近い定格電圧の二次電池または前記切替回路で直列接続された二次電池を選択して、その二次電池または直列接続された二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続することを特徴とする請求項１乃至３記載の太陽光発電装置。
【請求項５】
前記制御装置は、充電量が少ない二次電池または前記切替回路で直列接続された二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続し、前記二次電池の充電制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３記載の太陽光発電装置。
【請求項６】
前記制御装置は、充電量が多い二次電池または前記切替回路で直列接続された二次電池を前記直流系統の前記太陽電池に並列に接続し、前記二次電池の放電制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３記載の太陽光発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１５９１９４（Ｐ２０１１−１５９１９４Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１９４７（Ｐ２０１０−２１９４７）
【出願日】平成２２年２月３日（２０１０．２．３）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月３日（２０１０．２．３）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
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