太陽光発電装置
【課題】装置構成を大型化することなく、太陽電池の運転と二次電池の運転との切り替えを容易に行うことができる太陽光発電装置を得ることである。
【解決手段】制御装置１７は、太陽電池１１の運転のときはスイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオフしてインバータ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、二次電池１２の放電運転のときはスイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオンしてインバータ１５により二次電池１２の放電制御を行い、二次電池１２の充電運転のときはインバータ１５により直流系統１３の電圧を二次電池１２の定格電圧に調整してスイッチ回路１９のダイオード２１を介して二次電池１２の充電制御を行う。
【解決手段】制御装置１７は、太陽電池１１の運転のときはスイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオフしてインバータ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、二次電池１２の放電運転のときはスイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオンしてインバータ１５により二次電池１２の放電制御を行い、二次電池１２の充電運転のときはインバータ１５により直流系統１３の電圧を二次電池１２の定格電圧に調整してスイッチ回路１９のダイオード２１を介して二次電池１２の充電制御を行う。
【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８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Ｖ２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Ｖ２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Ｖ２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Ｖ２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】
また、図９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ている。
【０００８】
ここで、太陽電池の定電流特性によって蓄電池を充電する第１のモード、蓄電池を浮動充電する第２のモードおよび太陽電池から直流電力をインバータに供給し、太陽電池を系統に連系させる第３のモードで運転し、蓄電池を備えた太陽光発電装置の高性能化を図るようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、蓄電池から電力供給を行わない場合には、太陽電池の最大電力追従制御または直流定電圧制御を行い、蓄電池から電力供給を行う場合には、外部からの電力指令による制御を行い、蓄電池併用運転と太陽電池のみの運転を煩雑な切替操作なしに運転可能にしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−１５５２４２号公報
【特許文献２】特開２００２−３４１７５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、特許文献１及び特許文献２のものは、いずれも太陽電池の電圧が二次電池の電圧よりも大きく設定され、二次電池１２を単独で交流系統１６に連系して充放電制御ができないものであり、太陽電池の運転を止めることができない。二次電池の運転を止めて太陽電池の単独で運転している場合は問題はないが、太陽電池と二次電池とを並列運転した場合には、直流系統の直流電圧が二次電池の電圧に支配されてしまい、太陽電池のＭＰＰＴ制御を行うことができない。
【００１２】
その結果、太陽電池と二次電池との併用運転は、図８に示すようにＤＣチョッパ１８がないと効率的な運転を行うことはできない。ＤＣチョッパ１８を用いた場合には、システム全体が大型化しまた損失が増加する。
【００１３】
また、交流系統１６の系統周波数の上昇時などに二次電池１４を充電モードにした場合、二次電池１４の電圧Ｖ２が太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより小さいので、太陽電池１１は二次電池１４の電圧Ｖ２での運転となり、太陽電池１１の出力を零にすることができない。
【００１４】
このため、ゴールデンウィークや年末年始などの交流系統１６の余剰電力により周波数上昇が極めて厳しい状態に対応できない。これに対応させるためには，太陽電池１１側の直流系統に新たなスイッチＳＷを設け、そのスイッチＳＷをオフにして太陽電池１１の出力を止める必要があるが、そうすると装置が大型化する。
【００１５】
本発明の目的は、装置構成を大型化することなく、太陽電池の運転と二次電池の運転との切り替えを容易に行うことができる太陽光発電装置を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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、前記太陽電池に並列に接続され定格電圧が前記太陽電池の開放電圧より高い二次電池と、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、前記太陽電池の運転のときは前記二次電池から前記直流系統への放電を阻止し前記二次電池の放電運転のときは前記二次電池から前記直流系統への放電を許可するスイッチ素子及び前記直流系統から前記二次電池への充電を許可するダイオードを並列接続して形成されたスイッチ回路と、前記太陽電池の運転のときは前記スイッチ回路のスイッチ素子により前記二次電池から前記直流系統への放電を阻止して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二次電池の放電運転のときは前記スイッチ回路のスイッチ素子により前記二次電池から前記直流系統への放電を許可して前記インバータにより前記二次電池の放電制御を行い前記二次電池の充電運転のときは前記インバータにより前記直流系統の電圧を前記二次電池の定格電圧に調整して前記スイッチ回路のダイオードを介して前記二次電池の充電制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
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、前記交流系統の周波数を検出する周波数検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記周波数検出器で検出された交流系統の周波数が上限値を超えたときは、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３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、前記交流系統の電圧を検出する電圧検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記電圧検出器で検出された交流系統の電圧が上限値を超えたときは、前記二次電池の充電制御を行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項４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、前記交流系統の周波数を検出する周波数検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記周波数検出器で検出された交流系統の周波数が下限値未満となったときは、前記二次電池の放電制御を行うことを特徴とする。
【００２０】
請求項５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、前記交流系統の電圧を検出する電圧検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記電圧検出器で検出された交流系統の電圧が下限値未満となったときは、前記二次電池の放電制御を行うことを特徴とする。
【００２１】
請求項６の発明に係る太陽光発電装置は、請求項４または５の発明において、前記二次電池の放電可能量を検出する放電可能量検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記二次電池の充電制御を行うにあたり、前記放電可能量検出器で検出された前記二次電池の放電可能量から前記二次電池の放電可能出力を求め、前記二次電池の放電可能出力が前記太陽電池の出力電力より大きいときに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】
【００２２】
請求項１の発明によれば、太陽電池の運転のときはスイッチ回路により二次電池から直流系統への放電を阻止し、太陽電池の電圧が直流系統の電圧を支配するので、インバータによる最大電力追従制御が可能となり、二次電池の運転のときはスイッチ回路により二次電池から前記直流系統への放電を許可し、太陽電池の開放電圧より高い二次電池の電圧が直流系統の電圧を支配するので、太陽電池の運転が停止し、インバータによる二次電池の充放電制御が可能となる。従って、ＤＣチョッパを用いることなく太陽電池の運転と二次電池の運転との切り替えを行うことができる。
【００２３】
請求項２の発明によれば、太陽電池の運転のときに、周波数検出器で検出された交流系統の周波数が上限値を超えたときは、二次電池の充電制御を行うので、交流系統の余剰電力を効率よく二次電池に充電できる。
【００２４】
請求項３の発明によれば、太陽電池の運転のときに、電圧検出器で検出された交流系統の電圧が上限値を超えたときは、二次電池の充電制御を行うので、交流系統の余剰電力を効率よく二次電池に充電できる。
【００２５】
請求項４の発明によれば、太陽電池の運転のときに、周波数検出器で検出された交流系統の周波数が下限値未満となったときは、二次電池の放電制御を行うので、二次電池から交流系統に効率よく不足電力を供給できる。
【００２６】
請求項５の発明によれば、太陽電池の運転のときに、電圧検出器で検出された交流系統の電圧が下限値未満となったときは、二次電池の放電制御を行うので、二次電池から交流系統に効率よく不足電力を供給できる。
【００２７】
請求項６の発明によれば、二次電池の放電可能出力が太陽電池の出力電力より大きいときに二次電池の放電制御を行うので、二次電池及び太陽電池のうち供給能力の高い方から交流系統１６に電力を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の一例の構成図。
【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特性の一例のグラフ。
【図３】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の定常時運転モードの一例を示す説明図。
【図４】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の他の一例の構成図。
【図５】交流系統の周波数が上限値を超えたときの太陽光発電装置の運転モードの一例を示す説明図。
【図６】交流系統の周波数が下限値未満となったときの太陽光発電装置の運転モードの一例を示す説明図。
【図７】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の別の他の一例の構成図。
【図８】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９】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】
【００２９】
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一例の構成図である。この実施の形態に係る太陽光発電装置は、図８に示した従来の太陽光発電装置に対し、定格電圧Ｖ２が太陽電池の開放電圧Ｖｏより高い二次電池１２（Ｖ２＞Ｖｏ）を太陽電池１１に並列に配置し、切替スイッチ１７に代えて、スイッチ素子２０及びダイオード２１を逆並列接続したスイッチ回路１９を設けたものである。図８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。
【００３０】
制御装置１７は、太陽電池１１の運転のときはスイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオフする。スイッチ素子２０がオフのときは二次電池１２の電圧Ｖ２が直流系統１３に印加されることがないので、二次電池１２から直流系統１３への放電が阻止される。この状態で制御装置１７は、インバータ１５を制御して太陽電池１１の最大電力追従制御を行う。
【００３１】
そして、二次電池１２の放電運転のときは、制御装置１７はスイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオンする。これにより、二次電池１２の電圧Ｖ２が直流系統１３に印加され、二次電池１２の電圧Ｖ２は太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより大きいので太陽電池１１の出力は零となる。この状態は、二次電池１２から直流系統１３への放電が許可された状態であるので、制御装置１７は、インバータ１５を制御して二次電池１２の放電制御を行い、直流系統１３から交流系統１６に交流電力を供給する。
【００３２】
一方、二次電池１２の放電運転のときは、制御装置１７はインバータ１５を制御して直流系統１３の電圧を二次電池１２の定格電圧に調整する。これにより、二次電池１２の電圧Ｖ２は太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより大きいので太陽電池１１の出力は零となる。この状態で、制御装置１７はインバータ１５を制御して二次電池１２への充電制御を行う。すなわち、制御装置１７は、交流系統１６の交流電力をインバータ１５で直流電力に変換し直流系統１３に供給する。スイッチ回路１９のダイオード２１は、直流系統１３から二次電池１２への充電を許可する方向に接続されているので、スイッチ回路１９のダイオード２１を介して二次電池１２に直流電力が充電される。
【００３３】
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特性の一例のグラフである。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Ｃ及びＶ−Ｐ特性曲線Ｐを示している。
【００３４】
Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ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、Ｖ−Ｐ特性曲線Ｐが最大電力Ｐmaxとなる。最大電力Ｐmaxは最大電力追従制御（ＭＰＰＴ）により求められる。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が太陽電池１１の運転を行っているときは、最大電力追従制御により動作点が座標Ｃ１１（Ｖ１，Ｉ１）での運転となる。この太陽電池１１の運転のときは二次電池１２は停止状態であり、インバータ１５の最大電力追従制御により直流系統の直流電圧は太陽電池１１の動作点電圧Ｖ１である。このとき、二次電池１２の定格電圧Ｖ２は太陽電池１１の動作点電圧Ｖ１より大きいので、二次電池１２側のダイオード２１はオフ状態である。従って、二次電池１２からインバータ１５へ電力は供給されない。
【００３６】
この状態で、制御装置１７が二次電池１２の充放電運転を行う際には、直流系統１３の電圧は、太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより大きい二次電池１２の定格電圧Ｖ２に支配されるので、太陽電池１１の出力は零となる。この状態で二次電池１２の充放電制御を行う。
【００３７】
図３は、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の定常時運転モードの一例を示す説明図である。午前０時から午前６時までの交流系統１６に余剰電力が発生している時期においては、スイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオフ状態としたままで、制御装置１７はインバータ１５を制御して直流系統１３の電圧を二次電池１２の定格電圧Ｖ２に調整し、交流系統１６の交流電力を直流電力に変換してスイッチ回路１９のダイオード２１を介して二次電池１２を充電する。つまり、二次電池１２の充電制御を行う。
【００３８】
次に、太陽が昇り始めた午前６時過ぎに太陽電池１１の運転を開始する。この場合、制御装置１７はスイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオフ状態のままで、インバータ１５を制御して太陽電池１１の最大電力追従制御を行う。太陽電池１１の最大電力追従制御は日没の１８時前まで行われる。
【００３９】
そして、１８時から２４時までの交流系統１６に不足電力が発生している時期においては、制御装置１７は、スイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオン状態とし、直流系統１３の電圧を太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより大きい二次電池１２の定格電圧Ｖ２とする。この状態で、制御装置１７はインバータ１５を制御して、二次電池１２から直流系統１３に放電される直流電力を交流電力に変換して交流系統１６に交流電力を供給する。つまり、二次電池１２の放電制御を行う。
【００４０】
このように、本発明の実施の形態では、太陽電池１１の動作電圧Ｖ１と二次電池１２の動作電圧Ｖ２とを意図的に分離し、直流系統１３の電圧を調整することにより、太陽電池１１の運転と二次電池１２の運転とを切替制御できるようにしている。従って、ＤＣチョッパを必要とせず電力損失も低減でき、装置のコンパクト化が期待できる。また、太陽電池１１の運転を停止して二次電池１２の充電運転のみも実現可能となる。
【００４１】
図４は、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の他の一例の構成図である。この一例は、図１に示した一例に対し、交流系統の周波数を検出する周波数検出器２２を設け、制御装置１７は、太陽電池１１の運転のときに、周波数検出器２２で検出された交流系統１６の周波数が上限値を超えたときは、二次電池１２の充電制御を行い、交流系統６の周波数が下限値未満となったときは二次電池１２の放電制御を行うようにしたものである。
【００４２】
図５は、交流系統の周波数が上限値を超えたときの太陽光発電装置の運転モードの一例を示す説明図である。午前０時から午前６時までの二次電池１２の充電制御及び１８時から２４時までの二次電池１２の放電制御は、図３に示した定常時運転モードと同じである。
【００４３】
いま、交流系統１６の周波数が午前１１時に上限値を超えたとすると、図５に示すように、二次電池１２の充電制御を行う。制御装置１７は、太陽電池１１の運転中の午前１１時に周波数検出器２２で検出された交流系統の周波数が上限値を超えたと判断したときは、スイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオフ状態としたままで、インバータ１５を制御して直流系統１３の電圧を二次電池１２の定格電圧Ｖ２に調整する。
【００４４】
直流系統１３の電圧が太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより大きい二次電池１２の定格電圧Ｖ２に調整されると、太陽電池１１の出力は零となり太陽電池１１は運転を停止する。この状態で、制御装置１７は、交流系統１６の交流電力を直流電力に変換してスイッチ回路１９のダイオード２１を介して二次電池１２を充電する。つまり、二次電池１２の充電制御を行う。
【００４５】
そして、交流系統１６の周波数が１３時に正常範囲に復帰したとすると、スイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオフ状態のままで、インバータ１５を制御して太陽電池１１の最大電力追従制御を再開し、最大電力追従制御を日没の１８時前まで行う。
【００４６】
図６は、交流系統の周波数が下限値未満となったときの太陽光発電装置の運転モードの一例を示す説明図である。午前０時から午前６時までの二次電池１２の充電制御及び１８時から２４時までの二次電池１２の放電制御は、図５に示した定常時運転モードと同じである。
【００４７】
いま、交流系統１６の周波数が午前１１時に下限値未満となったとすると、図６に示すように、二次電池１２の放電制御を行う。制御装置１７は、太陽電池１１の運転中の午前１１時に周波数検出器２２で検出された交流系統の周波数が下限値未満となったと判断したときは、スイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオン状態とし、直流系統１３の電圧を太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより大きい二次電池１２の定格電圧Ｖ２とする。この状態で、制御装置１７はインバータ１５を制御して、二次電池１２から直流系統１３に放電される直流電力を交流電力に変換して交流系統１６に交流電力を供給する。
【００４８】
そして、交流系統１６の周波数が１３時に正常範囲に復帰したとすると、スイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオフ状態とし、インバータ１５を制御して太陽電池１１の最大電力追従制御を再開し、最大電力追従制御を日没の１８時前まで行う。
【００４９】
図７は、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の別の他の一例の構成図である。この一例は、図１に示した一例に対し、二次電池１２の放電可能量を検出する放電可能量検出器２３を設け、制御装置１７は、太陽電池１１の運転のときに、二次電池１２の充電制御を行うにあたり、放電可能量検出器２３で検出された二次電池１２の放電可能量から二次電池の放電可能出力を求め、二次電池１２の放電可能出力が太陽電池１１の出力電力より大きいときに二次電池１２の放電制御を行うようにしたものである。図４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。
【００５０】
図６に示すように、いま、交流系統１６の周波数が午前１１時に下限値未満となったとする。制御装置１７は、太陽電池１１の運転中の午前１１時に周波数検出器２２で検出された交流系統の周波数が下限値未満となったと判断したときは、まず、放電可能量検出器２３で検出された二次電池１２の放電可能量から二次電池の放電可能出力を求める。そして、二次電池１２の放電可能出力が、その時点の太陽電池１１の最大電力追従制御による出力電力より大きいか否かを判定し、二次電池１２の放電可能出力が太陽電池１１の出力電力より大きいと判定したときは、二次電池１２の放電制御を行う。
【００５１】
すなわち、制御装置１７は、スイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオン状態とし、直流系統１３の電圧を太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより大きい二次電池１２の定格電圧Ｖ２とするとともに、インバータ１５を制御して、二次電池１２から直流系統１３に放電される直流電力を交流電力に変換して交流系統１６に交流電力を供給する。
【００５２】
一方、二次電池１２の放電可能出力が太陽電池１１の出力電力以下であると判定したときは、二次電池１２から交流系統１６に交流電力を供給する制御は行わない。これにより、二次電池１２及び太陽電池１１のうち供給能力の高い方から交流系統１６に電力を供給できる。
【００５３】
以上の説明では、交流系統１６の周波数を検出する周波数検出器２２を設け、周波数検出器２２で検出された交流系統１６の周波数が上限値を超えたとき、あるいは下限値未満となったときに、充放電制御を行うようにしたが、周波数検出器２２に代えて、交流系統の電圧を検出する電圧検出器を設け、電圧検出器で検出された交流系統の電圧が上限値を超えたとき、あるいは下限値未満となったときに、充放電制御を行うようにしてもよい。
【００５４】
すなわち、制御装置１７は、太陽電池１１の運転のときに、電圧検出器で検出された交流系統１６の電圧が上限値を超えたときは、交流系統１６に余剰電力が発生していると判断して二次電池の充電制御を行う。一方、電圧検出器で検出された交流系統１６の電圧が下限値未満であるときは、交流系統１６は電力が不足していると判断して二次電池の放電制御を行う。
【００５５】
これにより、ゴールデンウィークや年末年始など余剰電力により系統周波数あるいは系統電圧が上昇した場合、太陽電池１１の出力を零にして二次電池１２の単独で充電運転を行うので、系統周波数あるいは系統電圧の正常範囲への制御を効率的に行える。逆に、交流系統１６の電力が不足したときも、二次電池１２の単独で放電運転を行うので、系統周波数あるいは系統電圧の正常範囲への制御を効率的に行える。
【符号の説明】
【００５６】
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…周波数検出器、２３…放電可能量検出器
【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８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Ｖ２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Ｖ２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Ｖ２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Ｖ２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】
また、図９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ている。
【０００８】
ここで、太陽電池の定電流特性によって蓄電池を充電する第１のモード、蓄電池を浮動充電する第２のモードおよび太陽電池から直流電力をインバータに供給し、太陽電池を系統に連系させる第３のモードで運転し、蓄電池を備えた太陽光発電装置の高性能化を図るようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、蓄電池から電力供給を行わない場合には、太陽電池の最大電力追従制御または直流定電圧制御を行い、蓄電池から電力供給を行う場合には、外部からの電力指令による制御を行い、蓄電池併用運転と太陽電池のみの運転を煩雑な切替操作なしに運転可能にしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−１５５２４２号公報
【特許文献２】特開２００２−３４１７５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、特許文献１及び特許文献２のものは、いずれも太陽電池の電圧が二次電池の電圧よりも大きく設定され、二次電池１２を単独で交流系統１６に連系して充放電制御ができないものであり、太陽電池の運転を止めることができない。二次電池の運転を止めて太陽電池の単独で運転している場合は問題はないが、太陽電池と二次電池とを並列運転した場合には、直流系統の直流電圧が二次電池の電圧に支配されてしまい、太陽電池のＭＰＰＴ制御を行うことができない。
【００１２】
その結果、太陽電池と二次電池との併用運転は、図８に示すようにＤＣチョッパ１８がないと効率的な運転を行うことはできない。ＤＣチョッパ１８を用いた場合には、システム全体が大型化しまた損失が増加する。
【００１３】
また、交流系統１６の系統周波数の上昇時などに二次電池１４を充電モードにした場合、二次電池１４の電圧Ｖ２が太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより小さいので、太陽電池１１は二次電池１４の電圧Ｖ２での運転となり、太陽電池１１の出力を零にすることができない。
【００１４】
このため、ゴールデンウィークや年末年始などの交流系統１６の余剰電力により周波数上昇が極めて厳しい状態に対応できない。これに対応させるためには，太陽電池１１側の直流系統に新たなスイッチＳＷを設け、そのスイッチＳＷをオフにして太陽電池１１の出力を止める必要があるが、そうすると装置が大型化する。
【００１５】
本発明の目的は、装置構成を大型化することなく、太陽電池の運転と二次電池の運転との切り替えを容易に行うことができる太陽光発電装置を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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、前記太陽電池に並列に接続され定格電圧が前記太陽電池の開放電圧より高い二次電池と、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、前記太陽電池の運転のときは前記二次電池から前記直流系統への放電を阻止し前記二次電池の放電運転のときは前記二次電池から前記直流系統への放電を許可するスイッチ素子及び前記直流系統から前記二次電池への充電を許可するダイオードを並列接続して形成されたスイッチ回路と、前記太陽電池の運転のときは前記スイッチ回路のスイッチ素子により前記二次電池から前記直流系統への放電を阻止して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二次電池の放電運転のときは前記スイッチ回路のスイッチ素子により前記二次電池から前記直流系統への放電を許可して前記インバータにより前記二次電池の放電制御を行い前記二次電池の充電運転のときは前記インバータにより前記直流系統の電圧を前記二次電池の定格電圧に調整して前記スイッチ回路のダイオードを介して前記二次電池の充電制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
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、前記交流系統の周波数を検出する周波数検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記周波数検出器で検出された交流系統の周波数が上限値を超えたときは、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３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、前記交流系統の電圧を検出する電圧検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記電圧検出器で検出された交流系統の電圧が上限値を超えたときは、前記二次電池の充電制御を行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項４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、前記交流系統の周波数を検出する周波数検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記周波数検出器で検出された交流系統の周波数が下限値未満となったときは、前記二次電池の放電制御を行うことを特徴とする。
【００２０】
請求項５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、前記交流系統の電圧を検出する電圧検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記電圧検出器で検出された交流系統の電圧が下限値未満となったときは、前記二次電池の放電制御を行うことを特徴とする。
【００２１】
請求項６の発明に係る太陽光発電装置は、請求項４または５の発明において、前記二次電池の放電可能量を検出する放電可能量検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記二次電池の充電制御を行うにあたり、前記放電可能量検出器で検出された前記二次電池の放電可能量から前記二次電池の放電可能出力を求め、前記二次電池の放電可能出力が前記太陽電池の出力電力より大きいときに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】
【００２２】
請求項１の発明によれば、太陽電池の運転のときはスイッチ回路により二次電池から直流系統への放電を阻止し、太陽電池の電圧が直流系統の電圧を支配するので、インバータによる最大電力追従制御が可能となり、二次電池の運転のときはスイッチ回路により二次電池から前記直流系統への放電を許可し、太陽電池の開放電圧より高い二次電池の電圧が直流系統の電圧を支配するので、太陽電池の運転が停止し、インバータによる二次電池の充放電制御が可能となる。従って、ＤＣチョッパを用いることなく太陽電池の運転と二次電池の運転との切り替えを行うことができる。
【００２３】
請求項２の発明によれば、太陽電池の運転のときに、周波数検出器で検出された交流系統の周波数が上限値を超えたときは、二次電池の充電制御を行うので、交流系統の余剰電力を効率よく二次電池に充電できる。
【００２４】
請求項３の発明によれば、太陽電池の運転のときに、電圧検出器で検出された交流系統の電圧が上限値を超えたときは、二次電池の充電制御を行うので、交流系統の余剰電力を効率よく二次電池に充電できる。
【００２５】
請求項４の発明によれば、太陽電池の運転のときに、周波数検出器で検出された交流系統の周波数が下限値未満となったときは、二次電池の放電制御を行うので、二次電池から交流系統に効率よく不足電力を供給できる。
【００２６】
請求項５の発明によれば、太陽電池の運転のときに、電圧検出器で検出された交流系統の電圧が下限値未満となったときは、二次電池の放電制御を行うので、二次電池から交流系統に効率よく不足電力を供給できる。
【００２７】
請求項６の発明によれば、二次電池の放電可能出力が太陽電池の出力電力より大きいときに二次電池の放電制御を行うので、二次電池及び太陽電池のうち供給能力の高い方から交流系統１６に電力を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の一例の構成図。
【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特性の一例のグラフ。
【図３】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の定常時運転モードの一例を示す説明図。
【図４】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の他の一例の構成図。
【図５】交流系統の周波数が上限値を超えたときの太陽光発電装置の運転モードの一例を示す説明図。
【図６】交流系統の周波数が下限値未満となったときの太陽光発電装置の運転モードの一例を示す説明図。
【図７】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の別の他の一例の構成図。
【図８】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９】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】
【００２９】
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一例の構成図である。この実施の形態に係る太陽光発電装置は、図８に示した従来の太陽光発電装置に対し、定格電圧Ｖ２が太陽電池の開放電圧Ｖｏより高い二次電池１２（Ｖ２＞Ｖｏ）を太陽電池１１に並列に配置し、切替スイッチ１７に代えて、スイッチ素子２０及びダイオード２１を逆並列接続したスイッチ回路１９を設けたものである。図８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。
【００３０】
制御装置１７は、太陽電池１１の運転のときはスイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオフする。スイッチ素子２０がオフのときは二次電池１２の電圧Ｖ２が直流系統１３に印加されることがないので、二次電池１２から直流系統１３への放電が阻止される。この状態で制御装置１７は、インバータ１５を制御して太陽電池１１の最大電力追従制御を行う。
【００３１】
そして、二次電池１２の放電運転のときは、制御装置１７はスイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオンする。これにより、二次電池１２の電圧Ｖ２が直流系統１３に印加され、二次電池１２の電圧Ｖ２は太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより大きいので太陽電池１１の出力は零となる。この状態は、二次電池１２から直流系統１３への放電が許可された状態であるので、制御装置１７は、インバータ１５を制御して二次電池１２の放電制御を行い、直流系統１３から交流系統１６に交流電力を供給する。
【００３２】
一方、二次電池１２の放電運転のときは、制御装置１７はインバータ１５を制御して直流系統１３の電圧を二次電池１２の定格電圧に調整する。これにより、二次電池１２の電圧Ｖ２は太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより大きいので太陽電池１１の出力は零となる。この状態で、制御装置１７はインバータ１５を制御して二次電池１２への充電制御を行う。すなわち、制御装置１７は、交流系統１６の交流電力をインバータ１５で直流電力に変換し直流系統１３に供給する。スイッチ回路１９のダイオード２１は、直流系統１３から二次電池１２への充電を許可する方向に接続されているので、スイッチ回路１９のダイオード２１を介して二次電池１２に直流電力が充電される。
【００３３】
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特性の一例のグラフである。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Ｃ及びＶ−Ｐ特性曲線Ｐを示している。
【００３４】
Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ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、Ｖ−Ｐ特性曲線Ｐが最大電力Ｐmaxとなる。最大電力Ｐmaxは最大電力追従制御（ＭＰＰＴ）により求められる。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が太陽電池１１の運転を行っているときは、最大電力追従制御により動作点が座標Ｃ１１（Ｖ１，Ｉ１）での運転となる。この太陽電池１１の運転のときは二次電池１２は停止状態であり、インバータ１５の最大電力追従制御により直流系統の直流電圧は太陽電池１１の動作点電圧Ｖ１である。このとき、二次電池１２の定格電圧Ｖ２は太陽電池１１の動作点電圧Ｖ１より大きいので、二次電池１２側のダイオード２１はオフ状態である。従って、二次電池１２からインバータ１５へ電力は供給されない。
【００３６】
この状態で、制御装置１７が二次電池１２の充放電運転を行う際には、直流系統１３の電圧は、太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより大きい二次電池１２の定格電圧Ｖ２に支配されるので、太陽電池１１の出力は零となる。この状態で二次電池１２の充放電制御を行う。
【００３７】
図３は、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の定常時運転モードの一例を示す説明図である。午前０時から午前６時までの交流系統１６に余剰電力が発生している時期においては、スイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオフ状態としたままで、制御装置１７はインバータ１５を制御して直流系統１３の電圧を二次電池１２の定格電圧Ｖ２に調整し、交流系統１６の交流電力を直流電力に変換してスイッチ回路１９のダイオード２１を介して二次電池１２を充電する。つまり、二次電池１２の充電制御を行う。
【００３８】
次に、太陽が昇り始めた午前６時過ぎに太陽電池１１の運転を開始する。この場合、制御装置１７はスイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオフ状態のままで、インバータ１５を制御して太陽電池１１の最大電力追従制御を行う。太陽電池１１の最大電力追従制御は日没の１８時前まで行われる。
【００３９】
そして、１８時から２４時までの交流系統１６に不足電力が発生している時期においては、制御装置１７は、スイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオン状態とし、直流系統１３の電圧を太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより大きい二次電池１２の定格電圧Ｖ２とする。この状態で、制御装置１７はインバータ１５を制御して、二次電池１２から直流系統１３に放電される直流電力を交流電力に変換して交流系統１６に交流電力を供給する。つまり、二次電池１２の放電制御を行う。
【００４０】
このように、本発明の実施の形態では、太陽電池１１の動作電圧Ｖ１と二次電池１２の動作電圧Ｖ２とを意図的に分離し、直流系統１３の電圧を調整することにより、太陽電池１１の運転と二次電池１２の運転とを切替制御できるようにしている。従って、ＤＣチョッパを必要とせず電力損失も低減でき、装置のコンパクト化が期待できる。また、太陽電池１１の運転を停止して二次電池１２の充電運転のみも実現可能となる。
【００４１】
図４は、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の他の一例の構成図である。この一例は、図１に示した一例に対し、交流系統の周波数を検出する周波数検出器２２を設け、制御装置１７は、太陽電池１１の運転のときに、周波数検出器２２で検出された交流系統１６の周波数が上限値を超えたときは、二次電池１２の充電制御を行い、交流系統６の周波数が下限値未満となったときは二次電池１２の放電制御を行うようにしたものである。
【００４２】
図５は、交流系統の周波数が上限値を超えたときの太陽光発電装置の運転モードの一例を示す説明図である。午前０時から午前６時までの二次電池１２の充電制御及び１８時から２４時までの二次電池１２の放電制御は、図３に示した定常時運転モードと同じである。
【００４３】
いま、交流系統１６の周波数が午前１１時に上限値を超えたとすると、図５に示すように、二次電池１２の充電制御を行う。制御装置１７は、太陽電池１１の運転中の午前１１時に周波数検出器２２で検出された交流系統の周波数が上限値を超えたと判断したときは、スイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオフ状態としたままで、インバータ１５を制御して直流系統１３の電圧を二次電池１２の定格電圧Ｖ２に調整する。
【００４４】
直流系統１３の電圧が太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより大きい二次電池１２の定格電圧Ｖ２に調整されると、太陽電池１１の出力は零となり太陽電池１１は運転を停止する。この状態で、制御装置１７は、交流系統１６の交流電力を直流電力に変換してスイッチ回路１９のダイオード２１を介して二次電池１２を充電する。つまり、二次電池１２の充電制御を行う。
【００４５】
そして、交流系統１６の周波数が１３時に正常範囲に復帰したとすると、スイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオフ状態のままで、インバータ１５を制御して太陽電池１１の最大電力追従制御を再開し、最大電力追従制御を日没の１８時前まで行う。
【００４６】
図６は、交流系統の周波数が下限値未満となったときの太陽光発電装置の運転モードの一例を示す説明図である。午前０時から午前６時までの二次電池１２の充電制御及び１８時から２４時までの二次電池１２の放電制御は、図５に示した定常時運転モードと同じである。
【００４７】
いま、交流系統１６の周波数が午前１１時に下限値未満となったとすると、図６に示すように、二次電池１２の放電制御を行う。制御装置１７は、太陽電池１１の運転中の午前１１時に周波数検出器２２で検出された交流系統の周波数が下限値未満となったと判断したときは、スイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオン状態とし、直流系統１３の電圧を太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより大きい二次電池１２の定格電圧Ｖ２とする。この状態で、制御装置１７はインバータ１５を制御して、二次電池１２から直流系統１３に放電される直流電力を交流電力に変換して交流系統１６に交流電力を供給する。
【００４８】
そして、交流系統１６の周波数が１３時に正常範囲に復帰したとすると、スイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオフ状態とし、インバータ１５を制御して太陽電池１１の最大電力追従制御を再開し、最大電力追従制御を日没の１８時前まで行う。
【００４９】
図７は、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置の別の他の一例の構成図である。この一例は、図１に示した一例に対し、二次電池１２の放電可能量を検出する放電可能量検出器２３を設け、制御装置１７は、太陽電池１１の運転のときに、二次電池１２の充電制御を行うにあたり、放電可能量検出器２３で検出された二次電池１２の放電可能量から二次電池の放電可能出力を求め、二次電池１２の放電可能出力が太陽電池１１の出力電力より大きいときに二次電池１２の放電制御を行うようにしたものである。図４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。
【００５０】
図６に示すように、いま、交流系統１６の周波数が午前１１時に下限値未満となったとする。制御装置１７は、太陽電池１１の運転中の午前１１時に周波数検出器２２で検出された交流系統の周波数が下限値未満となったと判断したときは、まず、放電可能量検出器２３で検出された二次電池１２の放電可能量から二次電池の放電可能出力を求める。そして、二次電池１２の放電可能出力が、その時点の太陽電池１１の最大電力追従制御による出力電力より大きいか否かを判定し、二次電池１２の放電可能出力が太陽電池１１の出力電力より大きいと判定したときは、二次電池１２の放電制御を行う。
【００５１】
すなわち、制御装置１７は、スイッチ回路１９のスイッチ素子２０をオン状態とし、直流系統１３の電圧を太陽電池１１の開放電圧Ｖｏより大きい二次電池１２の定格電圧Ｖ２とするとともに、インバータ１５を制御して、二次電池１２から直流系統１３に放電される直流電力を交流電力に変換して交流系統１６に交流電力を供給する。
【００５２】
一方、二次電池１２の放電可能出力が太陽電池１１の出力電力以下であると判定したときは、二次電池１２から交流系統１６に交流電力を供給する制御は行わない。これにより、二次電池１２及び太陽電池１１のうち供給能力の高い方から交流系統１６に電力を供給できる。
【００５３】
以上の説明では、交流系統１６の周波数を検出する周波数検出器２２を設け、周波数検出器２２で検出された交流系統１６の周波数が上限値を超えたとき、あるいは下限値未満となったときに、充放電制御を行うようにしたが、周波数検出器２２に代えて、交流系統の電圧を検出する電圧検出器を設け、電圧検出器で検出された交流系統の電圧が上限値を超えたとき、あるいは下限値未満となったときに、充放電制御を行うようにしてもよい。
【００５４】
すなわち、制御装置１７は、太陽電池１１の運転のときに、電圧検出器で検出された交流系統１６の電圧が上限値を超えたときは、交流系統１６に余剰電力が発生していると判断して二次電池の充電制御を行う。一方、電圧検出器で検出された交流系統１６の電圧が下限値未満であるときは、交流系統１６は電力が不足していると判断して二次電池の放電制御を行う。
【００５５】
これにより、ゴールデンウィークや年末年始など余剰電力により系統周波数あるいは系統電圧が上昇した場合、太陽電池１１の出力を零にして二次電池１２の単独で充電運転を行うので、系統周波数あるいは系統電圧の正常範囲への制御を効率的に行える。逆に、交流系統１６の電力が不足したときも、二次電池１２の単独で放電運転を行うので、系統周波数あるいは系統電圧の正常範囲への制御を効率的に行える。
【符号の説明】
【００５６】
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…周波数検出器、２３…放電可能量検出器
【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、
前記太陽電池に並列に接続され定格電圧が前記太陽電池の開放電圧より高い二次電池と、
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、
前記太陽電池の運転のときは前記二次電池から前記直流系統への放電を阻止し前記二次電池の放電運転のときは前記二次電池から前記直流系統への放電を許可するスイッチ素子及び前記直流系統から前記二次電池への充電を許可するダイオードを並列接続して形成されたスイッチ回路と、
前記太陽電池の運転のときは前記スイッチ回路のスイッチ素子により前記二次電池から前記直流系統への放電を阻止して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二次電池の放電運転のときは前記スイッチ回路のスイッチ素子により前記二次電池から前記直流系統への放電を許可して前記インバータにより前記二次電池の放電制御を行い前記二次電池の充電運転のときは前記インバータにより前記直流系統の電圧を前記二次電池の定格電圧に調整して前記スイッチ回路のダイオードを介して前記二次電池の充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】
前記交流系統の周波数を検出する周波数検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記周波数検出器で検出された交流系統の周波数が上限値を超えたときは、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記載の太陽光発電装置。
【請求項３】
前記交流系統の電圧を検出する電圧検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記電圧検出器で検出された交流系統の電圧が上限値を超えたときは、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記載の太陽光発電装置。
【請求項４】
前記交流系統の周波数を検出する周波数検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記周波数検出器で検出された交流系統の周波数が下限値未満となったときは、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記載の太陽光発電装置。
【請求項５】
前記交流系統の電圧を検出する電圧検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記電圧検出器で検出された交流系統の電圧が下限値未満となったときは、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記載の太陽光発電装置。
【請求項６】
前記二次電池の放電可能量を検出する放電可能量検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記二次電池の充電制御を行うにあたり、前記放電可能量検出器で検出された前記二次電池の放電可能量から前記二次電池の放電可能出力を求め、前記二次電池の放電可能出力が前記太陽電池の出力電力より大きいときに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２または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、
前記太陽電池に並列に接続され定格電圧が前記太陽電池の開放電圧より高い二次電池と、
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、
前記太陽電池の運転のときは前記二次電池から前記直流系統への放電を阻止し前記二次電池の放電運転のときは前記二次電池から前記直流系統への放電を許可するスイッチ素子及び前記直流系統から前記二次電池への充電を許可するダイオードを並列接続して形成されたスイッチ回路と、
前記太陽電池の運転のときは前記スイッチ回路のスイッチ素子により前記二次電池から前記直流系統への放電を阻止して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二次電池の放電運転のときは前記スイッチ回路のスイッチ素子により前記二次電池から前記直流系統への放電を許可して前記インバータにより前記二次電池の放電制御を行い前記二次電池の充電運転のときは前記インバータにより前記直流系統の電圧を前記二次電池の定格電圧に調整して前記スイッチ回路のダイオードを介して前記二次電池の充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】
前記交流系統の周波数を検出する周波数検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記周波数検出器で検出された交流系統の周波数が上限値を超えたときは、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記載の太陽光発電装置。
【請求項３】
前記交流系統の電圧を検出する電圧検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記電圧検出器で検出された交流系統の電圧が上限値を超えたときは、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記載の太陽光発電装置。
【請求項４】
前記交流系統の周波数を検出する周波数検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記周波数検出器で検出された交流系統の周波数が下限値未満となったときは、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記載の太陽光発電装置。
【請求項５】
前記交流系統の電圧を検出する電圧検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記電圧検出器で検出された交流系統の電圧が下限値未満となったときは、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記載の太陽光発電装置。
【請求項６】
前記二次電池の放電可能量を検出する放電可能量検出器を設け、前記制御装置は、前記太陽電池の運転のときに、前記二次電池の充電制御を行うにあたり、前記放電可能量検出器で検出された前記二次電池の放電可能量から前記二次電池の放電可能出力を求め、前記二次電池の放電可能出力が前記太陽電池の出力電力より大きいときに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２または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８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１６０６１０（Ｐ２０１１−１６０６１０Ａ）
【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２０１０−２１９０６（Ｐ２０１０−２１９０６）
【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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