JP3781538B2 - 太陽光発電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球温暖化等の環境問題が世界的規模で取り上げられる中、環境への負荷の少ないエネルギーシステムとして、太陽光発電システムが注目を集めている。例えば現在、一般家庭に普及しつつある住宅用太陽光発電システムを図１０に示す。住宅用太陽光発電システムは一般に、複数の太陽電池モジュールアレイ１、逆流防止ダイオード３を介して各太陽電池モジュールアレイ１を接続する接続箱２、接続箱で集められた直流電力を系統電圧に同期した交流電力に変換して系統５と連系運転を行う電力変換装置（系統連系インバータ装置４）から構成される。現在では接続箱２と系統連系インバータ装置を一体化したものも存在する。
【０００３】
太陽光発電を大きく分けると、発電した電力を様々な用途に使用することを目的とした電力用の発電システムと、電卓や時計等の決められた用途に用いる民生用の発電システムとがある。これまで、電力用の発電システムとしては、シリコン結晶系の太陽電池が主に用いられてきた。しかし、シリコン結晶系の太陽電池は、集積化が不可能なため、電圧値や電流値を自由に設計することができない、現在の状態以上の軽量化が困難、原材料となるシリコンのウエハーの供給量に限界がある等の問題点がある。そこで、現在、集積化、軽量化かつフレキシブル化が可能であり、少量の原料ガスで作製の可能なアモルファスシリコン薄膜太陽電池を用いた太陽光発電システムが開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
薄膜太陽電池は、集積化、軽量化、フレキシブル化が可能であり、少量の原料ガスを用いることで作製が可能であるという特徴を持ち、低コスト化も可能であるため、現在注目を集めているが、光に対する安定性が悪いという問題点がある。つまり、長時間光をあて続けると、次第に光電変換効率が低下し、最終的にはアモルファスシリコン薄膜太陽電池の作製直後の初期光電変換効率と比較して、１０〜２０％低下したところで安定化するという現象がおこる。この現象は、アモルファスシリコン薄膜太陽電池の光劣化と呼ばれ、様々な角度から光劣化現象の解明に向けての研究が行われているが、現在のところ光劣化現象の解明はされておらず、光劣化をなくす方法は見つかっていない。
【０００５】
このため、アモルファスシリコン薄膜太陽電池を用いた太陽光発電システムを作製した場合、システム設置時と数ヶ月間システムを使用した時点での総発電量が異なるという不安定な太陽光発電システムとなるという問題点があった。また、光劣化した後の光電変換効率を基準にして太陽光発電システムを設計すると、より大面積の太陽電池が必要となり、結果としてコストも上がるという問題点があった。これは、光劣化現象が顕著に現れるアモルファスシリコン薄膜太陽電池に限らず、多少の微結晶を含んだ結晶薄膜系太陽電池や、その他の薄膜系太陽電池にも共通して挙げられる問題点である。
【０００６】
このような光劣化はアモルファスシリコン薄膜太陽電池を熱処理することによりある程度回復することが知られており、特開平７−２０２２３０号公報において断熱材を用いた熱アニーリング方法が提案されているが、回復の程度は充分でなく、また、稼働時に太陽電池の温度が高くなり変換効率が低く、また、断熱材の使用によりコストが高くなる。
【０００７】
また、当社出願の特開昭６３−３０７７８２号公報では、太陽電池に逆バイアスを印加しながら近赤外光を照射する高効率モルファスシリコン薄膜太陽電池の製造方法が提案されているが、光劣化した太陽電池の回復に用いることは示されていないし、また、太陽光を照射することも示されていない。
【０００８】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、アモルファスシリコン薄膜太陽電池を用いた安定した電力供給が可能であり、かつ低コストである太陽光発電システムを供給することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、複数の太陽電池と、複数の太陽電池の出力をまとめて出力する出力用回路と、直流電圧を昇圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、複数の太陽電池の少なくとも１つの出力を選択してＤＣ／ＤＣコンバータに入力し得られる出力電圧を複数の太陽電池の他の少なくとも１つに逆バイアス電圧として印加する切換回路とを備える太陽光発電装置を提供するものである。
【００１０】
また、本発明においては、太陽電池に対して日射のある期間逆バイアス電圧を印加するようにしてもよい。これにより、太陽電池は逆バイアス状態で、太陽光を受光するため、太陽電池は光劣化を効率よく回復することができる。
【００１１】
太陽光を受光している太陽電池に対し、所定の期間逆バイアス電圧を印加して太陽電池の特性劣化を回復させる逆バイアス電圧印加手段を具備してなることを特徴とする太陽光発電装置によれば、太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加することにより太陽電池の特性劣化が回復する。
【００１２】
上記太陽電池が光劣化したものであることを特徴とする太陽光発電装置によれば、光劣化した太陽電池のみに太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加するので効率良く太陽電池の特性劣化の回復を行うことができる。
【００１３】
逆バイアス電圧印加手段が組み込まれた太陽光発電用電力変換装置によって、上記太陽電池に対し、所定の期間逆バイアス電圧を印加することを特徴とする太陽光発電装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置に光劣化回復機能を持たせることができる。
【００１４】
太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、該太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加して、太陽電池の特性劣化を回復させる逆バイアス印加手段を有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアス発生手段を構成し、該太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加することにより太陽電池の特性劣化が回復する。
【００１５】
また、前記太陽光発電用電力変換装置において、複数系統の太陽電池入力端子を有し、逆バイアス印加対象となる太陽電池の短絡電流が、逆バイアス発生用の他の太陽電池の短絡電流より小さくなるように該太陽電池入力端子に接続される太陽電池間の配線を切り替え、所定の太陽電池入力端子に対し、他の太陽電池入力端子に接続された太陽電池によって逆バイアス電圧を発生させ印加する逆バイアス印加手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス発生手段の構成にあたり、太陽光発電用電力変換装置に入力される複数系統の太陽電池モジュールアレイの接続配線をリレーもしくは半導体スイッチ素子で切替えて、所定の太陽電池モジュールアレイに逆バイアス電圧を印加する構成にする。この際、逆バイアス電圧は、残りの太陽電池モジュールアレイの結線により作成する。
【００１６】
例えば、逆バイアス電圧を発生用の太陽電池アレイのＩ（電流）−Ｖ（電圧）特性を図９（ａ）とし、逆バイアス印加対象の太陽電池アレイのＩ−Ｖ特性を図９（ｂ）の曲線２として、これらを結線すると、図９（ａ）の太陽電池アレイは、図９（ｂ）の太陽電池アレイの短絡電流値Ｉm2の電流値の位置が動作点となり、その時の電圧は図９（ａ）のＶBとなる。そしてこの電圧が逆バイアスとして図９（ｂ）の太陽電池アレイに印加され、これによって光劣化の回復が行われる。このとき図９からも明らかなように、逆バイアス発生用の太陽電池アレイの短絡電流Ｉm3は、逆バイアス印加対象の太陽電池アレイの短絡電流Ｉm2より大きくなるように結線されなければならない。
【００１７】
前記太陽光発電用電力変換装置において、複数系統の太陽電池入力端子を有し、該太陽電池入力端子に接続される太陽電池間の配線を切り替えて所定の太陽電池入力端子に対し逆バイアスを印加するためのスイッチ手段と、他の太陽電池入力端子に接続された太陽電池の直流電圧を昇圧して逆バイアス電圧を作成するＤＣ／ＤＣコンバータとを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス発生手段の構成にあたり、太陽光発電用電力変換装置に入力される複数系統の太陽電池の直流電力からＤＣ／ＤＣコンバータによって逆バイアス電圧を発生させ、スイッチ手段によって所定の太陽電池に逆バイアスを印加するようにしたため、太陽電池アレイからえられる電圧が低い場合にも、これを昇圧して必要な逆バイアス電圧値を得ることにより光劣化の回復特性を高めることできる。逆バイアス電圧値が制御により安定することから、逆バイアス時の供給電力に余裕があれば余剰電力でインバータ本体も系統連系動作が行える。
【００１８】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池から出力される直流電力を入力して系統電圧に同期した交流電力に変換し系統との連系運転を行うインバータと、系統電圧を入力して前記逆バイアス電圧を発生させる直流電源回路と、所定の期間太陽電池に逆バイアスを印加するために前記直流電源の出力電圧を太陽電池に接続するスイッチ手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池を入力とする系統連系インバータにおいて、系統電圧を入力とする直流電源回路を構成して逆バイアス電圧を発生させることにより、逆バイアス印加に必要な電力が日射の影響で太陽電池から確保できない場合にも、逆バイアス電圧を供給できるようになる。
【００１９】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池から出力される直流電力を入力して系統電圧に同期した交流電力に変換し系統との連系運転を行う高周波絶縁方式インバータと、該高周波絶縁方式インバータの２次側直流ステージの電圧を入力して前記逆バイアス電圧を発生させるＤＣ／ＤＣコンバータと、所定の期間太陽電池に逆バイアスを印加するために該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を太陽電池に接続するスイッチ手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力を高周波絶縁方式系統連系インバータの２次側直流ステージから供給することにより、直流電源回路に必要な電力は、系統からインバータ主回路内の商用周波インバータブリッジのフライホイルダイオードを介し、整流されて供給されるので、直流電源回路の整流回路を削減することができる。
【００２０】
前記太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアスを発生する直流電源回路はその出力端に直列スイッチ手段を有し、該直流電源回路が起動して出力電圧確定後に前記直列スイッチを閉じ、該直流電源回路の停止前に前記直列スイッチを開いて、太陽電池による逆電圧が該直流電源回路の出力コンデンサに印加されることを防止することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス電圧を発生させる直流電源回路、もしくはＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力端に直列スイッチ手段を有し、これらの回路の直流電圧出力が確定後に前記直列スイッチを閉じて太陽電池に逆バイアスを印加し、直流電圧出力の停止前に前記直列スイッチを開いて逆バイアスを解除する構成とすることで太陽電池による逆電圧が該直流電源回路の出力コンデンサに印加されることを防止する作用がある。
直流電源に電力が供給されない場合に逆バイアスを太陽電池に印加しようと回路が閉じられると、太陽電池自体の起電力により電源回路の電解コンデンサが逆電位で充電されるが、これを防止できる。
【００２１】
前記太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアスを発生する直流電源回路の出力ライン間に逆バイアス接続の並列ダイオードを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアスを発生する直流電源回路の出力ライン間に逆バイアス接続の並列ダイオードを接続することにより、直流電源回路に電力が供給されない状態で、直流電源回路の出力が太陽電池アレイに接続された場合においても、太陽電池アレイは前記並列ダイオードを介した短絡状態になるため、電源回路の出力コンデンサに逆充電は行われない。
【００２２】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池が太陽光を受光しているかどうかを推定する手段を具備し、太陽光受光時の所定の期間において逆バイアスの印加を行うことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、該太陽電池に対して太陽光を受光している所定の期間を選択して逆バイアス電圧を印加することができる。
【００２３】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池が受光している日射強度を推定する手段を具備し、逆バイアス印加時に太陽電池に流れる電流値が小さく、かつ劣化回復の可能な範囲の低日射強度の期間を選択して、逆バイアスの印加を行うことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池の日射強度を推定する手段を具備し、逆バイアス印加時に太陽電池に流れる電流値が小さく、かつ劣化回復の可能な範囲の低日射強度の期間を選択して、逆バイアスの印加を行うことにより、逆バイアス印加に必要な電力を低く抑えることができる。逆バイアス印加時に太陽電池に与える日射量が少ない場合においても、日射量が多い場合と同等の回復効果が得られる。太陽電池への日射が減少すると、太陽電池のＩ−Ｖ特性は図９（ｂ）の曲線１から曲線２に移行する。このため日射が少ない時の方が短絡電流Ｉmが小さくなるため、逆バイアス時に必要な電力量を少なくすることができる。
【００２４】
前記太陽光発電用電力変換装置において、カレンダー装置を具備し、所定の朝夕の日時に太陽電池に逆バイアスを印加することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、カレンダー装置を具備し、所定の朝夕の日時に太陽電池に逆バイアスを印可する構成とすることにより、日射の少ない時間帯を選択して逆バイアスを印可することができるため、上述の通り逆バイアス時に必要な電力量を少なくすることができる。
【００２５】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池の変換効率を推定する手段を具備し、所定の基準以上の効率低下を検出したとき、太陽電池に逆バイアスを印加することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池の効率を推定する手段を具備し、所定の基準以上の効率低下を検出したとき、太陽電池に逆バイアスを印加する構成とすることにより、太陽電池の効率劣化が生じたときのみ逆バイアス動作を行うことができるので、システム効率の向上につながる。
【００２６】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池がアモルファスシリコン薄膜太陽電池であることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽光発電用電力変換装置において、発電する太陽電池がアモルファス太陽電池であるので、光劣化が大きいため回復の効果も大きい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の太陽光発電装置における出力回復方法の説明図であり、単数または複数の太陽電池２４よりなる太陽電池アレイ１は、逆バイアス印加手段２５により開閉スイッチ２７を閉じて逆バイアスが印加される。このとき、太陽電池アレイ１は太陽光を受光している。逆バイアス印加手段２５は、太陽光発電用電力変換装置２６の中に組み込まれていてもよい。太陽電池２４は、結晶薄膜系太陽電池であってもよいし、アモルファスシリコン太陽電池であつてもよいし、他の太陽電池であってもよい。
【００２８】
図２はこの発明による第１の実施の形態を示す太陽光発電システムの構成図であり、太陽光発電用電力変換装置２６の一例として系統連系インバータ装置９を示している。単数または複数の太陽電池アレイ１の直流電力が系統連系インバータ９に入力され系統連系インバータ９は系統電圧に同期した交流電力を商用系統５に出力している。太陽電池アレイ１1〜１nの直流電力は系統連系インバータ９内の逆流防止ダイオード３を介し、リレー８1〜８nに入力され、リレー８の出力は図２のごとく互いに結線されてインバータ主回路６に入力される。インバータ主回路６における電流波形制御や、最大電力追従制御、連系保護制御は制御回路７によって行われ、交流電力を商用系統５に出力している。制御回路７はさらにリレー信号Ｒによりリレー８の接点切替え制御を行っている。
【００２９】
図２においてリレー８がすべてａ接点側に接続される場合は、従来の系統連系インバータと同様の結線となり、通常の連系運転を行うことが出来る。ここで、リレー８nだけをｂ接点に接続した場合、太陽電池アレイ１の接続は図３に示すような結線となり、日射がある場合、太陽電池アレイ１nに逆バイアス電圧が印可される。この時の逆バイアス電圧は太陽電池アレイ１1〜１n-1の並列アレイで発生する。このように逆バイアスを印加したい場合、その太陽電池アレイが接続されているリレー８の接点をｂ接点に接続すればよい。さらに上述の並列アレイに電力の余裕が有れば、逆バイアスに必要な最低限の電圧値に並列アレイ出力が低下するまでの範囲内でインバータ主回路も連系運転を継続することが出来る。このように本実施の形態においては逆バイアス発生手段はｎ個のリレー８とその相互結線によって構成されている。
【００３０】
さらに図３の結線では光劣化の回復に必要な逆バイアス電圧が不足する場合には、図４に示すように太陽電池アレイを直並列に接続できるようにリレー８の結線を構成することもできる。さらに図２の構成では、カレンダー回路１０を有し、所定の日時に逆バイアス印加指令Ｔを制御回路に出力する。逆バイアス印可指令Ｔを受けた制御回路は所定期間順次リレー８の接点の切替えを行い各太陽電池アレイに逆バイアスを印加するとともに、所定の逆バイアス電圧が得られるレベルまでインバータ出力を低下させる。カレンダー回路１０はメモリ機能を有し、逆バイアス印加指令を出力する時間帯を日射の少ない朝夕の時刻を季節に応じて設定することが出来る。図２では結線の切替え手段としてリレーを用いているが、半導体スイッチでも同様に構成できる。
【００３１】
図５はこの発明による第２の実施の形態を示す太陽光発電用システムの構成図であり、太陽光発電用電力変換装置２６の一例として系統連系インバータ装置９を示している。第１の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態では逆バイアス発生手段がリレー８だけで構成されていたのに対し、図５ではリレー８で構成されるスイッチ手段とリレー８を介して入力された太陽電池の直流電力を入力とするＤＣ／ＤＣコンバータ１１から構成されている点である。
【００３２】
図５においてもリレー８がすべてａ接点に接続されているときは通常の系統連系インバータと同様の結線となる。ここでカレンダー回路から逆バイアス印加指令Ｔが出力されると、制御回路はＤＣ／ＤＣコンバータ１１を起動する。ＤＣ／ＤＣコンバータは太陽電池アレイからリレー８を介して直流電力をＶinに入力して逆バイアス電圧をＶoutから出力する。制御回路７はＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が設定値であることを確認後、順次リレー８の接点を切り替えて、各太陽電池アレイ１に逆バイアスを印加する。図５ではリレー８nだけがｂ接点に接続された状態であり、太陽電池アレイ１nに逆バイアスが印加される。さらに制御回路７は太陽電池の最大電力点追従制御を継続することにより、逆バイアス印加に使用する以外の電力はすべてインバータ主回路を介して系統側に出力できる。
【００３３】
図６はこの発明による第３の実施の形態を示す太陽光発電システムの構成図であり、太陽光発電用電力変換装置２６の一例として系統連系インバータ装置９を示している。第２の実施の形態と異なる点は、逆バイアス発生用のＤＣ／ＤＣコンバータの出力がインバータ主回路６へも入力されている点である。図６ではＤＣ／ＤＣコンバータ１１は昇圧チョッパ回路に並列ダイオード１３を加えたものである。この並列ダイオード１３は電解コンデンサ１４が太陽電池アレイにより逆電圧で充電されるのを防止している。この昇圧チョッパ回路はトランスレス方式の系統連系インバータの主回路の一部としてあるため、逆バイアス発生用ＤＣ／ＤＣコンバータと共用が可能であり、部品数を大幅に削減できる。図６においてもリレー８切替えの基本的な動作は図４における説明と同様なので省略する。
【００３４】
図７はこの発明による第４の実施の形態を示す太陽光発電システムの構成図であり、太陽光発電用電力変換装置２６の一例として系統連系インバータ装置９を示している。第３の実施例と異なる点は、逆バイアス発生用の直流電源回路１５の入力を商用系統５から供給している点である。このため逆バイアス発生のための電力供給が安定することから、太陽電池アレイ１すべてに同時にリレー８を介して逆バイアスを印加できるような構成としている。もちろん第１乃至第３の実施の形態のように複数のリレーを用いて順次切り替えながら逆バイアスを印加することもできる。また図７では直流電源回路の出力端に並列ダイオード１３が取り付けられており、リレー８をｂ接点に接続したときに、直流電源回路１５の出力の電解コンデンサ（図示されない）が逆充電されるのを防いでいる。
【００３５】
また、図７ではインバータ主回路から電流検出器１６で検出されるインバータ出力電流Ｉ0、電圧変成器１７を介して検出される出力電圧Ｖ0、インバータ入力電圧ＶIなどの信号によって、制御回路７により太陽電池の最大電力追従制御を行っている。したがって出力電流Ｉ0と出力電圧Ｖ0から求められるインバータ出力電力から現在の太陽電池に対する日射を推定できる。制御回路７はここで推定された日射強度が小さいときリレー８をｂ接点に接続し、直流電源回路１５を起動して太陽電池アレイ１に逆バイアスを印加する。このように図７では日射強度推定手段は、電流検出器１６、電圧変成器１７、制御回路７等から構成されている。
【００３６】
また日射量計２２を太陽電池アレイ１に設置して制御回路７にデータとして取り込めば、現在のインバータ出力電力と日射量データから太陽電池アレイの効率を推定することができる。こうして推定された効率が所定基準以下に低下すると、制御回路７はリレー８をｂ接点に接続し、直流電源回路１５を起動して太陽電池アレイ１に逆バイアスを印加するようにも構成できる。
【００３７】
図８はこの発明による第５の実施の形態を示す太陽光発電システムの構成図であり、太陽光発電用電力変換装置２６の一例として系統連系インバータ装置９を示している。第４の実施の形態と異なる点は、逆バイアス発生用のＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力を高周波絶縁方式系統連系インバータ１８のＤＣフィルタ部２３から供給している点である。
【００３８】
高周波絶縁方式系統連系インバータ１８は大まかには直流を高周波交流に変換する高周波インバータ１９と、高周波トランスで絶縁されたこの高周波交流を整流するダイオードブリッジ２１とＤＣフィルタ２３、および商用周波数の交流に変換する低周波インバータ２０から構成されている。逆バイアス発生用のＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力を高周波絶縁方式系統連系インバータ１８のＤＣフィルタ部２３から供給すれば、商用系統５からの電力は低周波インバータ２０の寄生ダイオードを介して整流されＤＣフィルタ２３のコンデンサを充電しているので、図７の直流電源回路１５の整流回路部分を省略することができる。その他の構成は上述の実施の形態で説明済みであるので省略する。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によれば、太陽電池に対して逆バイアス電圧を印加することにより太陽電池の特性劣化が回復するので、太陽光発電装置の効率が向上する。
【００４０】
上記太陽電池が劣化したものであることを特徴とする太陽光発電装置によれば、光劣化した太陽電池のみに太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加するので効率良く太陽電池の特性劣化の回復を行うことができるので、太陽光発電装置の効率がさらに向上する。
【００４１】
逆バイアス電圧印加手段が組み込まれた太陽光発電用電力変換装置によって、上記太陽電池に対し、所定の期間逆バイアス電圧を印加することを特徴とする太陽光発電装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置に光劣化回復機能を持たせることができるので、太陽光発電装置として維持管理ができる。
【００４２】
太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、該太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加して、太陽電池の特性劣化を回復させる逆バイアス印加手段を有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアス発生手段を構成し、該太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加することにより太陽電池の特性劣化が回復するので、太陽光発電装置の効率が向上する。また電力変換装置に逆バイアス印加機能を持たせることにより、保守作業が軽減される。
【００４３】
前記太陽光発電用電力変換装置において、複数系統の太陽電池入力端子を有し、逆バイアス印加対象となる太陽電池の短絡電流が、逆バイアス発生用の他の太陽電池の短絡電流より小さくなるように該太陽電池入力端子に接続される太陽電池間の配線を切り替え、所定の太陽電池入力端子に対し、他の太陽電池入力端子に接続された太陽電池によって逆バイアス電圧を発生させ印加する逆バイアス印加手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス発生手段の構成が、太陽電池モジュールアレイの結線切替えだけであるので低コストで実現できる。
【００４４】
前記太陽光発電用電力変換装置において、複数系統の太陽電池入力端子を有し、該太陽電池入力端子に接続される太陽電池間の配線を切り替えて所定の太陽電池入力端子に対し逆バイアスを印加するためのスイッチ手段と、他の太陽電池入力端子に接続された太陽電池の直流電圧を昇圧して逆バイアス電圧を作成するＤＣ／ＤＣコンバータとを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス発生手段の構成にあたり、太陽光発電用電力変換装置に入力される複数系統の太陽電池の直流電力からＤＣ／ＤＣコンバータによって逆バイアス電圧を発生させ、スイッチ手段によって所定の太陽電池に逆バイアスを印加するようにしたため、太陽電池アレイからえられる電圧が低い場合にも、これを昇圧して必要な逆バイアス電圧値を得ることにより光劣化の回復特性を高めることできる。さらに逆バイアス時の供給電力に余裕があれば余剰電力でインバータ本体も系統連系動作可能であるので、システム効率も向上する。またＤＣ／ＤＣコンバータをトランスレス方式の系統連系インバータの昇圧チョッパ回路と兼用すれば低コストとなる。
【００４５】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池から出力される直流電力を入力して系統電圧に同期した交流電力に変換し系統との連系運転を行うインバータと、系統電圧を入力して前記逆バイアス電圧を発生させる直流電源回路と、所定の期間太陽電池に逆バイアスを印加するために前記直流電源の出力電圧を太陽電池に接続するスイッチ手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池を入力とする系統連系インバータにおいて、系統電圧を入力とする直流電源回路を構成して逆バイアス電圧を発生させることにより、逆バイアス印加に必要な電力が日射の影響で太陽電池から確保できない場合にも、逆バイアス電圧を供給できるようになる。
【００４６】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池から出力される直流電力を入力して系統電圧に同期した交流電力に変換し系統との連系運転を行う高周波絶縁方式インバータと、該高周波絶縁方式インバータの２次側直流ステージの電圧を入力して前記逆バイアス電圧を発生させるＤＣ／ＤＣコンバータと、所定の期間太陽電池に逆バイアスを印加するために該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を太陽電池に接続するスイッチ手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力を高周波絶縁方式系統連系インバータの２次側直流ステージから供給することにより、直流電源回路の整流回路を削減することができるため低コストとなる。
【００４７】
前記太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアスを発生する直流電源回路はその出力端に直列スイッチ手段を有し、該直流電源回路が起動して出力電圧確定後に前記直列スイッチを閉じ、該直流電源回路の停止前に前記直列スイッチを開いて、太陽電池による逆電圧が該直流電源回路の出力コンデンサに印加されることを防止することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス電圧を発生させる直流電源回路、もしくはＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力端に直列スイッチ手段を有し、これらの回路の直流電圧出力が確定後に前記直列スイッチを閉じて太陽電池に逆バイアスを印加し、直流電圧出力の停止前に前記直列スイッチを開いて逆バイアスを解除する構成とすることで太陽電池による逆電圧が該直流電源回路の出力の電解コンデンサに印加されることを防止し電解コンデンサの破壊を防ぐ効果がある。
【００４８】
前記太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアスを発生する直流電源回路の出力ライン間に逆バイアス接続の並列ダイオードを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアスを発生する直流電源回路の出力ライン間に逆バイアス接続の並列ダイオードを接続することにより、直流電源回路に電力が供給されない状態で、直流電源回路の出力が太陽電池アレイに接続された場合においても、太陽電池アレイは前記並列ダイオードを介した短絡状態になるため、電源回路の出力コンデンサに逆充電は行われず、直流電源回路の出力の電解コンデンサの破壊を防ぐ効果がある。
【００４９】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池が太陽光を受光しているかどうかを推定する手段を具備し、太陽光受光時の所定の期間において逆バイアスの印加を行うことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、該太陽電池に対して太陽光を受光している所定の期間を選択して逆バイアス電圧を印加することができるのでシステムの効率が向上する。
【００５０】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池が受光している日射強度を推定する手段を具備し、逆バイアス印加時に太陽電池に流れる電流値が小さく、かつ劣化回復の可能な範囲の低日射強度の期間を選択して、逆バイアスの印加を行うことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池の日射強度を推定する手段を具備し、逆バイアス印加時に太陽電池に流れる電流値が小さく、かつ劣化回復の可能な範囲の低日射強度の期間を選択して、逆バイアスの印加を行うことにより、逆バイアス印加に必要な電力を低く抑えることができるので装置の効率がさらに向上する。
【００５１】
前記太陽光発電用電力変換装置において、カレンダー装置を具備し、所定の朝夕の日時に太陽電池に逆バイアスを印加することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、カレンダー装置を具備し、所定の朝夕の日時に太陽電池に逆バイアスを印加する構成とすることにより、日射の少ない時間帯を選択して逆バイアスを印加することができるため、逆バイアス時に必要な電力量を少なくすることができるので装置の効率向上効果がある。
【００５２】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池の変換効率を推定する手段を具備し、所定の基準以上の効率低下を検出したとき、太陽電池に逆バイアスを印加することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池の効率を推定する手段を具備し、所定の基準以上の効率低下を検出したとき、太陽電池に逆バイアスを印加する構成とすることにより、太陽電池の効率劣化が生じたときのみ逆バイアス動作を行うことができるので、装置の効率の向上につながる。
【００５３】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池がアモルファスシリコン薄膜太陽電池であることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、発電する太陽電池がアモルファス薄膜太陽電池であるので、光劣化が大きいため回復の程度が大きく効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の出力回復方法の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図３】本発明の太陽電池アレイの接続の説明図である。
【図４】本発明の太陽電池アレイの接続の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図９】本発明の太陽電池アレイの電流電圧の特性図である
【図１０】従来の太陽光発電システムの構成図である。
【符号の説明】
１ 太陽電池アレイ
２ 接続箱
３ 逆流防止ダイオード
４ インバータ装置
５ 商用系統
６ インバータ主回路
７ 制御回路
８ リレー
９ 系統連系インバータ
１０ カレンダー回路
１１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３ 並列ダイオード
１４ 電解コンデンサ
１５ 直流電源回路
１６ 電流検出器
１７ 電圧変成器
１８ 高周波絶縁方式インバータ主回路
１９ 高周波インバータ
２０ 低周波インバータ
２１ ダイオードブリッジ
２２ 日射量計
２３ ＤＣフィルタ
２４ 太陽電池
２５ 逆バイアス印加手段
２６ 太陽光発電用電力変換装置
２７ 開閉スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球温暖化等の環境問題が世界的規模で取り上げられる中、環境への負荷の少ないエネルギーシステムとして、太陽光発電システムが注目を集めている。例えば現在、一般家庭に普及しつつある住宅用太陽光発電システムを図１０に示す。住宅用太陽光発電システムは一般に、複数の太陽電池モジュールアレイ１、逆流防止ダイオード３を介して各太陽電池モジュールアレイ１を接続する接続箱２、接続箱で集められた直流電力を系統電圧に同期した交流電力に変換して系統５と連系運転を行う電力変換装置（系統連系インバータ装置４）から構成される。現在では接続箱２と系統連系インバータ装置を一体化したものも存在する。
【０００３】
太陽光発電を大きく分けると、発電した電力を様々な用途に使用することを目的とした電力用の発電システムと、電卓や時計等の決められた用途に用いる民生用の発電システムとがある。これまで、電力用の発電システムとしては、シリコン結晶系の太陽電池が主に用いられてきた。しかし、シリコン結晶系の太陽電池は、集積化が不可能なため、電圧値や電流値を自由に設計することができない、現在の状態以上の軽量化が困難、原材料となるシリコンのウエハーの供給量に限界がある等の問題点がある。そこで、現在、集積化、軽量化かつフレキシブル化が可能であり、少量の原料ガスで作製の可能なアモルファスシリコン薄膜太陽電池を用いた太陽光発電システムが開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
薄膜太陽電池は、集積化、軽量化、フレキシブル化が可能であり、少量の原料ガスを用いることで作製が可能であるという特徴を持ち、低コスト化も可能であるため、現在注目を集めているが、光に対する安定性が悪いという問題点がある。つまり、長時間光をあて続けると、次第に光電変換効率が低下し、最終的にはアモルファスシリコン薄膜太陽電池の作製直後の初期光電変換効率と比較して、１０〜２０％低下したところで安定化するという現象がおこる。この現象は、アモルファスシリコン薄膜太陽電池の光劣化と呼ばれ、様々な角度から光劣化現象の解明に向けての研究が行われているが、現在のところ光劣化現象の解明はされておらず、光劣化をなくす方法は見つかっていない。
【０００５】
このため、アモルファスシリコン薄膜太陽電池を用いた太陽光発電システムを作製した場合、システム設置時と数ヶ月間システムを使用した時点での総発電量が異なるという不安定な太陽光発電システムとなるという問題点があった。また、光劣化した後の光電変換効率を基準にして太陽光発電システムを設計すると、より大面積の太陽電池が必要となり、結果としてコストも上がるという問題点があった。これは、光劣化現象が顕著に現れるアモルファスシリコン薄膜太陽電池に限らず、多少の微結晶を含んだ結晶薄膜系太陽電池や、その他の薄膜系太陽電池にも共通して挙げられる問題点である。
【０００６】
このような光劣化はアモルファスシリコン薄膜太陽電池を熱処理することによりある程度回復することが知られており、特開平７−２０２２３０号公報において断熱材を用いた熱アニーリング方法が提案されているが、回復の程度は充分でなく、また、稼働時に太陽電池の温度が高くなり変換効率が低く、また、断熱材の使用によりコストが高くなる。
【０００７】
また、当社出願の特開昭６３−３０７７８２号公報では、太陽電池に逆バイアスを印加しながら近赤外光を照射する高効率モルファスシリコン薄膜太陽電池の製造方法が提案されているが、光劣化した太陽電池の回復に用いることは示されていないし、また、太陽光を照射することも示されていない。
【０００８】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、アモルファスシリコン薄膜太陽電池を用いた安定した電力供給が可能であり、かつ低コストである太陽光発電システムを供給することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、複数の太陽電池と、複数の太陽電池の出力をまとめて出力する出力用回路と、直流電圧を昇圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、複数の太陽電池の少なくとも１つの出力を選択してＤＣ／ＤＣコンバータに入力し得られる出力電圧を複数の太陽電池の他の少なくとも１つに逆バイアス電圧として印加する切換回路とを備える太陽光発電装置を提供するものである。
【００１０】
また、本発明においては、太陽電池に対して日射のある期間逆バイアス電圧を印加するようにしてもよい。これにより、太陽電池は逆バイアス状態で、太陽光を受光するため、太陽電池は光劣化を効率よく回復することができる。
【００１１】
太陽光を受光している太陽電池に対し、所定の期間逆バイアス電圧を印加して太陽電池の特性劣化を回復させる逆バイアス電圧印加手段を具備してなることを特徴とする太陽光発電装置によれば、太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加することにより太陽電池の特性劣化が回復する。
【００１２】
上記太陽電池が光劣化したものであることを特徴とする太陽光発電装置によれば、光劣化した太陽電池のみに太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加するので効率良く太陽電池の特性劣化の回復を行うことができる。
【００１３】
逆バイアス電圧印加手段が組み込まれた太陽光発電用電力変換装置によって、上記太陽電池に対し、所定の期間逆バイアス電圧を印加することを特徴とする太陽光発電装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置に光劣化回復機能を持たせることができる。
【００１４】
太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、該太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加して、太陽電池の特性劣化を回復させる逆バイアス印加手段を有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアス発生手段を構成し、該太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加することにより太陽電池の特性劣化が回復する。
【００１５】
また、前記太陽光発電用電力変換装置において、複数系統の太陽電池入力端子を有し、逆バイアス印加対象となる太陽電池の短絡電流が、逆バイアス発生用の他の太陽電池の短絡電流より小さくなるように該太陽電池入力端子に接続される太陽電池間の配線を切り替え、所定の太陽電池入力端子に対し、他の太陽電池入力端子に接続された太陽電池によって逆バイアス電圧を発生させ印加する逆バイアス印加手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス発生手段の構成にあたり、太陽光発電用電力変換装置に入力される複数系統の太陽電池モジュールアレイの接続配線をリレーもしくは半導体スイッチ素子で切替えて、所定の太陽電池モジュールアレイに逆バイアス電圧を印加する構成にする。この際、逆バイアス電圧は、残りの太陽電池モジュールアレイの結線により作成する。
【００１６】
例えば、逆バイアス電圧を発生用の太陽電池アレイのＩ（電流）−Ｖ（電圧）特性を図９（ａ）とし、逆バイアス印加対象の太陽電池アレイのＩ−Ｖ特性を図９（ｂ）の曲線２として、これらを結線すると、図９（ａ）の太陽電池アレイは、図９（ｂ）の太陽電池アレイの短絡電流値Ｉm2の電流値の位置が動作点となり、その時の電圧は図９（ａ）のＶBとなる。そしてこの電圧が逆バイアスとして図９（ｂ）の太陽電池アレイに印加され、これによって光劣化の回復が行われる。このとき図９からも明らかなように、逆バイアス発生用の太陽電池アレイの短絡電流Ｉm3は、逆バイアス印加対象の太陽電池アレイの短絡電流Ｉm2より大きくなるように結線されなければならない。
【００１７】
前記太陽光発電用電力変換装置において、複数系統の太陽電池入力端子を有し、該太陽電池入力端子に接続される太陽電池間の配線を切り替えて所定の太陽電池入力端子に対し逆バイアスを印加するためのスイッチ手段と、他の太陽電池入力端子に接続された太陽電池の直流電圧を昇圧して逆バイアス電圧を作成するＤＣ／ＤＣコンバータとを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス発生手段の構成にあたり、太陽光発電用電力変換装置に入力される複数系統の太陽電池の直流電力からＤＣ／ＤＣコンバータによって逆バイアス電圧を発生させ、スイッチ手段によって所定の太陽電池に逆バイアスを印加するようにしたため、太陽電池アレイからえられる電圧が低い場合にも、これを昇圧して必要な逆バイアス電圧値を得ることにより光劣化の回復特性を高めることできる。逆バイアス電圧値が制御により安定することから、逆バイアス時の供給電力に余裕があれば余剰電力でインバータ本体も系統連系動作が行える。
【００１８】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池から出力される直流電力を入力して系統電圧に同期した交流電力に変換し系統との連系運転を行うインバータと、系統電圧を入力して前記逆バイアス電圧を発生させる直流電源回路と、所定の期間太陽電池に逆バイアスを印加するために前記直流電源の出力電圧を太陽電池に接続するスイッチ手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池を入力とする系統連系インバータにおいて、系統電圧を入力とする直流電源回路を構成して逆バイアス電圧を発生させることにより、逆バイアス印加に必要な電力が日射の影響で太陽電池から確保できない場合にも、逆バイアス電圧を供給できるようになる。
【００１９】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池から出力される直流電力を入力して系統電圧に同期した交流電力に変換し系統との連系運転を行う高周波絶縁方式インバータと、該高周波絶縁方式インバータの２次側直流ステージの電圧を入力して前記逆バイアス電圧を発生させるＤＣ／ＤＣコンバータと、所定の期間太陽電池に逆バイアスを印加するために該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を太陽電池に接続するスイッチ手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力を高周波絶縁方式系統連系インバータの２次側直流ステージから供給することにより、直流電源回路に必要な電力は、系統からインバータ主回路内の商用周波インバータブリッジのフライホイルダイオードを介し、整流されて供給されるので、直流電源回路の整流回路を削減することができる。
【００２０】
前記太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアスを発生する直流電源回路はその出力端に直列スイッチ手段を有し、該直流電源回路が起動して出力電圧確定後に前記直列スイッチを閉じ、該直流電源回路の停止前に前記直列スイッチを開いて、太陽電池による逆電圧が該直流電源回路の出力コンデンサに印加されることを防止することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス電圧を発生させる直流電源回路、もしくはＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力端に直列スイッチ手段を有し、これらの回路の直流電圧出力が確定後に前記直列スイッチを閉じて太陽電池に逆バイアスを印加し、直流電圧出力の停止前に前記直列スイッチを開いて逆バイアスを解除する構成とすることで太陽電池による逆電圧が該直流電源回路の出力コンデンサに印加されることを防止する作用がある。
直流電源に電力が供給されない場合に逆バイアスを太陽電池に印加しようと回路が閉じられると、太陽電池自体の起電力により電源回路の電解コンデンサが逆電位で充電されるが、これを防止できる。
【００２１】
前記太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアスを発生する直流電源回路の出力ライン間に逆バイアス接続の並列ダイオードを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアスを発生する直流電源回路の出力ライン間に逆バイアス接続の並列ダイオードを接続することにより、直流電源回路に電力が供給されない状態で、直流電源回路の出力が太陽電池アレイに接続された場合においても、太陽電池アレイは前記並列ダイオードを介した短絡状態になるため、電源回路の出力コンデンサに逆充電は行われない。
【００２２】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池が太陽光を受光しているかどうかを推定する手段を具備し、太陽光受光時の所定の期間において逆バイアスの印加を行うことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、該太陽電池に対して太陽光を受光している所定の期間を選択して逆バイアス電圧を印加することができる。
【００２３】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池が受光している日射強度を推定する手段を具備し、逆バイアス印加時に太陽電池に流れる電流値が小さく、かつ劣化回復の可能な範囲の低日射強度の期間を選択して、逆バイアスの印加を行うことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池の日射強度を推定する手段を具備し、逆バイアス印加時に太陽電池に流れる電流値が小さく、かつ劣化回復の可能な範囲の低日射強度の期間を選択して、逆バイアスの印加を行うことにより、逆バイアス印加に必要な電力を低く抑えることができる。逆バイアス印加時に太陽電池に与える日射量が少ない場合においても、日射量が多い場合と同等の回復効果が得られる。太陽電池への日射が減少すると、太陽電池のＩ−Ｖ特性は図９（ｂ）の曲線１から曲線２に移行する。このため日射が少ない時の方が短絡電流Ｉmが小さくなるため、逆バイアス時に必要な電力量を少なくすることができる。
【００２４】
前記太陽光発電用電力変換装置において、カレンダー装置を具備し、所定の朝夕の日時に太陽電池に逆バイアスを印加することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、カレンダー装置を具備し、所定の朝夕の日時に太陽電池に逆バイアスを印可する構成とすることにより、日射の少ない時間帯を選択して逆バイアスを印可することができるため、上述の通り逆バイアス時に必要な電力量を少なくすることができる。
【００２５】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池の変換効率を推定する手段を具備し、所定の基準以上の効率低下を検出したとき、太陽電池に逆バイアスを印加することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池の効率を推定する手段を具備し、所定の基準以上の効率低下を検出したとき、太陽電池に逆バイアスを印加する構成とすることにより、太陽電池の効率劣化が生じたときのみ逆バイアス動作を行うことができるので、システム効率の向上につながる。
【００２６】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池がアモルファスシリコン薄膜太陽電池であることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽光発電用電力変換装置において、発電する太陽電池がアモルファス太陽電池であるので、光劣化が大きいため回復の効果も大きい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の太陽光発電装置における出力回復方法の説明図であり、単数または複数の太陽電池２４よりなる太陽電池アレイ１は、逆バイアス印加手段２５により開閉スイッチ２７を閉じて逆バイアスが印加される。このとき、太陽電池アレイ１は太陽光を受光している。逆バイアス印加手段２５は、太陽光発電用電力変換装置２６の中に組み込まれていてもよい。太陽電池２４は、結晶薄膜系太陽電池であってもよいし、アモルファスシリコン太陽電池であつてもよいし、他の太陽電池であってもよい。
【００２８】
図２はこの発明による第１の実施の形態を示す太陽光発電システムの構成図であり、太陽光発電用電力変換装置２６の一例として系統連系インバータ装置９を示している。単数または複数の太陽電池アレイ１の直流電力が系統連系インバータ９に入力され系統連系インバータ９は系統電圧に同期した交流電力を商用系統５に出力している。太陽電池アレイ１1〜１nの直流電力は系統連系インバータ９内の逆流防止ダイオード３を介し、リレー８1〜８nに入力され、リレー８の出力は図２のごとく互いに結線されてインバータ主回路６に入力される。インバータ主回路６における電流波形制御や、最大電力追従制御、連系保護制御は制御回路７によって行われ、交流電力を商用系統５に出力している。制御回路７はさらにリレー信号Ｒによりリレー８の接点切替え制御を行っている。
【００２９】
図２においてリレー８がすべてａ接点側に接続される場合は、従来の系統連系インバータと同様の結線となり、通常の連系運転を行うことが出来る。ここで、リレー８nだけをｂ接点に接続した場合、太陽電池アレイ１の接続は図３に示すような結線となり、日射がある場合、太陽電池アレイ１nに逆バイアス電圧が印可される。この時の逆バイアス電圧は太陽電池アレイ１1〜１n-1の並列アレイで発生する。このように逆バイアスを印加したい場合、その太陽電池アレイが接続されているリレー８の接点をｂ接点に接続すればよい。さらに上述の並列アレイに電力の余裕が有れば、逆バイアスに必要な最低限の電圧値に並列アレイ出力が低下するまでの範囲内でインバータ主回路も連系運転を継続することが出来る。このように本実施の形態においては逆バイアス発生手段はｎ個のリレー８とその相互結線によって構成されている。
【００３０】
さらに図３の結線では光劣化の回復に必要な逆バイアス電圧が不足する場合には、図４に示すように太陽電池アレイを直並列に接続できるようにリレー８の結線を構成することもできる。さらに図２の構成では、カレンダー回路１０を有し、所定の日時に逆バイアス印加指令Ｔを制御回路に出力する。逆バイアス印可指令Ｔを受けた制御回路は所定期間順次リレー８の接点の切替えを行い各太陽電池アレイに逆バイアスを印加するとともに、所定の逆バイアス電圧が得られるレベルまでインバータ出力を低下させる。カレンダー回路１０はメモリ機能を有し、逆バイアス印加指令を出力する時間帯を日射の少ない朝夕の時刻を季節に応じて設定することが出来る。図２では結線の切替え手段としてリレーを用いているが、半導体スイッチでも同様に構成できる。
【００３１】
図５はこの発明による第２の実施の形態を示す太陽光発電用システムの構成図であり、太陽光発電用電力変換装置２６の一例として系統連系インバータ装置９を示している。第１の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態では逆バイアス発生手段がリレー８だけで構成されていたのに対し、図５ではリレー８で構成されるスイッチ手段とリレー８を介して入力された太陽電池の直流電力を入力とするＤＣ／ＤＣコンバータ１１から構成されている点である。
【００３２】
図５においてもリレー８がすべてａ接点に接続されているときは通常の系統連系インバータと同様の結線となる。ここでカレンダー回路から逆バイアス印加指令Ｔが出力されると、制御回路はＤＣ／ＤＣコンバータ１１を起動する。ＤＣ／ＤＣコンバータは太陽電池アレイからリレー８を介して直流電力をＶinに入力して逆バイアス電圧をＶoutから出力する。制御回路７はＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が設定値であることを確認後、順次リレー８の接点を切り替えて、各太陽電池アレイ１に逆バイアスを印加する。図５ではリレー８nだけがｂ接点に接続された状態であり、太陽電池アレイ１nに逆バイアスが印加される。さらに制御回路７は太陽電池の最大電力点追従制御を継続することにより、逆バイアス印加に使用する以外の電力はすべてインバータ主回路を介して系統側に出力できる。
【００３３】
図６はこの発明による第３の実施の形態を示す太陽光発電システムの構成図であり、太陽光発電用電力変換装置２６の一例として系統連系インバータ装置９を示している。第２の実施の形態と異なる点は、逆バイアス発生用のＤＣ／ＤＣコンバータの出力がインバータ主回路６へも入力されている点である。図６ではＤＣ／ＤＣコンバータ１１は昇圧チョッパ回路に並列ダイオード１３を加えたものである。この並列ダイオード１３は電解コンデンサ１４が太陽電池アレイにより逆電圧で充電されるのを防止している。この昇圧チョッパ回路はトランスレス方式の系統連系インバータの主回路の一部としてあるため、逆バイアス発生用ＤＣ／ＤＣコンバータと共用が可能であり、部品数を大幅に削減できる。図６においてもリレー８切替えの基本的な動作は図４における説明と同様なので省略する。
【００３４】
図７はこの発明による第４の実施の形態を示す太陽光発電システムの構成図であり、太陽光発電用電力変換装置２６の一例として系統連系インバータ装置９を示している。第３の実施例と異なる点は、逆バイアス発生用の直流電源回路１５の入力を商用系統５から供給している点である。このため逆バイアス発生のための電力供給が安定することから、太陽電池アレイ１すべてに同時にリレー８を介して逆バイアスを印加できるような構成としている。もちろん第１乃至第３の実施の形態のように複数のリレーを用いて順次切り替えながら逆バイアスを印加することもできる。また図７では直流電源回路の出力端に並列ダイオード１３が取り付けられており、リレー８をｂ接点に接続したときに、直流電源回路１５の出力の電解コンデンサ（図示されない）が逆充電されるのを防いでいる。
【００３５】
また、図７ではインバータ主回路から電流検出器１６で検出されるインバータ出力電流Ｉ0、電圧変成器１７を介して検出される出力電圧Ｖ0、インバータ入力電圧ＶIなどの信号によって、制御回路７により太陽電池の最大電力追従制御を行っている。したがって出力電流Ｉ0と出力電圧Ｖ0から求められるインバータ出力電力から現在の太陽電池に対する日射を推定できる。制御回路７はここで推定された日射強度が小さいときリレー８をｂ接点に接続し、直流電源回路１５を起動して太陽電池アレイ１に逆バイアスを印加する。このように図７では日射強度推定手段は、電流検出器１６、電圧変成器１７、制御回路７等から構成されている。
【００３６】
また日射量計２２を太陽電池アレイ１に設置して制御回路７にデータとして取り込めば、現在のインバータ出力電力と日射量データから太陽電池アレイの効率を推定することができる。こうして推定された効率が所定基準以下に低下すると、制御回路７はリレー８をｂ接点に接続し、直流電源回路１５を起動して太陽電池アレイ１に逆バイアスを印加するようにも構成できる。
【００３７】
図８はこの発明による第５の実施の形態を示す太陽光発電システムの構成図であり、太陽光発電用電力変換装置２６の一例として系統連系インバータ装置９を示している。第４の実施の形態と異なる点は、逆バイアス発生用のＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力を高周波絶縁方式系統連系インバータ１８のＤＣフィルタ部２３から供給している点である。
【００３８】
高周波絶縁方式系統連系インバータ１８は大まかには直流を高周波交流に変換する高周波インバータ１９と、高周波トランスで絶縁されたこの高周波交流を整流するダイオードブリッジ２１とＤＣフィルタ２３、および商用周波数の交流に変換する低周波インバータ２０から構成されている。逆バイアス発生用のＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力を高周波絶縁方式系統連系インバータ１８のＤＣフィルタ部２３から供給すれば、商用系統５からの電力は低周波インバータ２０の寄生ダイオードを介して整流されＤＣフィルタ２３のコンデンサを充電しているので、図７の直流電源回路１５の整流回路部分を省略することができる。その他の構成は上述の実施の形態で説明済みであるので省略する。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によれば、太陽電池に対して逆バイアス電圧を印加することにより太陽電池の特性劣化が回復するので、太陽光発電装置の効率が向上する。
【００４０】
上記太陽電池が劣化したものであることを特徴とする太陽光発電装置によれば、光劣化した太陽電池のみに太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加するので効率良く太陽電池の特性劣化の回復を行うことができるので、太陽光発電装置の効率がさらに向上する。
【００４１】
逆バイアス電圧印加手段が組み込まれた太陽光発電用電力変換装置によって、上記太陽電池に対し、所定の期間逆バイアス電圧を印加することを特徴とする太陽光発電装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置に光劣化回復機能を持たせることができるので、太陽光発電装置として維持管理ができる。
【００４２】
太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、該太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加して、太陽電池の特性劣化を回復させる逆バイアス印加手段を有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアス発生手段を構成し、該太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加することにより太陽電池の特性劣化が回復するので、太陽光発電装置の効率が向上する。また電力変換装置に逆バイアス印加機能を持たせることにより、保守作業が軽減される。
【００４３】
前記太陽光発電用電力変換装置において、複数系統の太陽電池入力端子を有し、逆バイアス印加対象となる太陽電池の短絡電流が、逆バイアス発生用の他の太陽電池の短絡電流より小さくなるように該太陽電池入力端子に接続される太陽電池間の配線を切り替え、所定の太陽電池入力端子に対し、他の太陽電池入力端子に接続された太陽電池によって逆バイアス電圧を発生させ印加する逆バイアス印加手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス発生手段の構成が、太陽電池モジュールアレイの結線切替えだけであるので低コストで実現できる。
【００４４】
前記太陽光発電用電力変換装置において、複数系統の太陽電池入力端子を有し、該太陽電池入力端子に接続される太陽電池間の配線を切り替えて所定の太陽電池入力端子に対し逆バイアスを印加するためのスイッチ手段と、他の太陽電池入力端子に接続された太陽電池の直流電圧を昇圧して逆バイアス電圧を作成するＤＣ／ＤＣコンバータとを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス発生手段の構成にあたり、太陽光発電用電力変換装置に入力される複数系統の太陽電池の直流電力からＤＣ／ＤＣコンバータによって逆バイアス電圧を発生させ、スイッチ手段によって所定の太陽電池に逆バイアスを印加するようにしたため、太陽電池アレイからえられる電圧が低い場合にも、これを昇圧して必要な逆バイアス電圧値を得ることにより光劣化の回復特性を高めることできる。さらに逆バイアス時の供給電力に余裕があれば余剰電力でインバータ本体も系統連系動作可能であるので、システム効率も向上する。またＤＣ／ＤＣコンバータをトランスレス方式の系統連系インバータの昇圧チョッパ回路と兼用すれば低コストとなる。
【００４５】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池から出力される直流電力を入力して系統電圧に同期した交流電力に変換し系統との連系運転を行うインバータと、系統電圧を入力して前記逆バイアス電圧を発生させる直流電源回路と、所定の期間太陽電池に逆バイアスを印加するために前記直流電源の出力電圧を太陽電池に接続するスイッチ手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池を入力とする系統連系インバータにおいて、系統電圧を入力とする直流電源回路を構成して逆バイアス電圧を発生させることにより、逆バイアス印加に必要な電力が日射の影響で太陽電池から確保できない場合にも、逆バイアス電圧を供給できるようになる。
【００４６】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池から出力される直流電力を入力して系統電圧に同期した交流電力に変換し系統との連系運転を行う高周波絶縁方式インバータと、該高周波絶縁方式インバータの２次側直流ステージの電圧を入力して前記逆バイアス電圧を発生させるＤＣ／ＤＣコンバータと、所定の期間太陽電池に逆バイアスを印加するために該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を太陽電池に接続するスイッチ手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力を高周波絶縁方式系統連系インバータの２次側直流ステージから供給することにより、直流電源回路の整流回路を削減することができるため低コストとなる。
【００４７】
前記太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアスを発生する直流電源回路はその出力端に直列スイッチ手段を有し、該直流電源回路が起動して出力電圧確定後に前記直列スイッチを閉じ、該直流電源回路の停止前に前記直列スイッチを開いて、太陽電池による逆電圧が該直流電源回路の出力コンデンサに印加されることを防止することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス電圧を発生させる直流電源回路、もしくはＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力端に直列スイッチ手段を有し、これらの回路の直流電圧出力が確定後に前記直列スイッチを閉じて太陽電池に逆バイアスを印加し、直流電圧出力の停止前に前記直列スイッチを開いて逆バイアスを解除する構成とすることで太陽電池による逆電圧が該直流電源回路の出力の電解コンデンサに印加されることを防止し電解コンデンサの破壊を防ぐ効果がある。
【００４８】
前記太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアスを発生する直流電源回路の出力ライン間に逆バイアス接続の並列ダイオードを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアスを発生する直流電源回路の出力ライン間に逆バイアス接続の並列ダイオードを接続することにより、直流電源回路に電力が供給されない状態で、直流電源回路の出力が太陽電池アレイに接続された場合においても、太陽電池アレイは前記並列ダイオードを介した短絡状態になるため、電源回路の出力コンデンサに逆充電は行われず、直流電源回路の出力の電解コンデンサの破壊を防ぐ効果がある。
【００４９】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池が太陽光を受光しているかどうかを推定する手段を具備し、太陽光受光時の所定の期間において逆バイアスの印加を行うことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、該太陽電池に対して太陽光を受光している所定の期間を選択して逆バイアス電圧を印加することができるのでシステムの効率が向上する。
【００５０】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池が受光している日射強度を推定する手段を具備し、逆バイアス印加時に太陽電池に流れる電流値が小さく、かつ劣化回復の可能な範囲の低日射強度の期間を選択して、逆バイアスの印加を行うことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池の日射強度を推定する手段を具備し、逆バイアス印加時に太陽電池に流れる電流値が小さく、かつ劣化回復の可能な範囲の低日射強度の期間を選択して、逆バイアスの印加を行うことにより、逆バイアス印加に必要な電力を低く抑えることができるので装置の効率がさらに向上する。
【００５１】
前記太陽光発電用電力変換装置において、カレンダー装置を具備し、所定の朝夕の日時に太陽電池に逆バイアスを印加することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、カレンダー装置を具備し、所定の朝夕の日時に太陽電池に逆バイアスを印加する構成とすることにより、日射の少ない時間帯を選択して逆バイアスを印加することができるため、逆バイアス時に必要な電力量を少なくすることができるので装置の効率向上効果がある。
【００５２】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池の変換効率を推定する手段を具備し、所定の基準以上の効率低下を検出したとき、太陽電池に逆バイアスを印加することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池の効率を推定する手段を具備し、所定の基準以上の効率低下を検出したとき、太陽電池に逆バイアスを印加する構成とすることにより、太陽電池の効率劣化が生じたときのみ逆バイアス動作を行うことができるので、装置の効率の向上につながる。
【００５３】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池がアモルファスシリコン薄膜太陽電池であることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、発電する太陽電池がアモルファス薄膜太陽電池であるので、光劣化が大きいため回復の程度が大きく効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の出力回復方法の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図３】本発明の太陽電池アレイの接続の説明図である。
【図４】本発明の太陽電池アレイの接続の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図９】本発明の太陽電池アレイの電流電圧の特性図である
【図１０】従来の太陽光発電システムの構成図である。
【符号の説明】
１ 太陽電池アレイ
２ 接続箱
３ 逆流防止ダイオード
４ インバータ装置
５ 商用系統
６ インバータ主回路
７ 制御回路
８ リレー
９ 系統連系インバータ
１０ カレンダー回路
１１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３ 並列ダイオード
１４ 電解コンデンサ
１５ 直流電源回路
１６ 電流検出器
１７ 電圧変成器
１８ 高周波絶縁方式インバータ主回路
１９ 高周波インバータ
２０ 低周波インバータ
２１ ダイオードブリッジ
２２ 日射量計
２３ ＤＣフィルタ
２４ 太陽電池
２５ 逆バイアス印加手段
２６ 太陽光発電用電力変換装置
２７ 開閉スイッチ
Claims (6)
- 複数の太陽電池と、複数の太陽電池の出力をまとめて出力する出力用回路と、直流電圧を昇圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、複数の太陽電池の少なくとも１つの出力を選択してＤＣ／ＤＣコンバータに入力し得られる出力電圧を複数の太陽電池の他の少なくとも１つに逆バイアス電圧として印加する切換回路とを備える太陽光発電装置。
- 請求項１記載の太陽光発電装置において、上記太陽電池が太陽光を受光しているかどうかを推定する手段を具備し、太陽光受光時の所定の期間において逆バイアスの印加を行うことを特徴とする太陽光発電装置。
- 請求項１記載の太陽光発電装置において、複数の太陽電池が受光している日射強度を推定する手段を具備し、切換回路は所定の低日射強度の期間を選択して、逆バイアス電圧の印加を行うことを特徴とする太陽光発電装置。
- 請求項１記載の太陽光発電装置において、カレンダー装置を具備し、切換回路は所定の朝夕の日時に逆バイアス電圧の印加を行うことを特徴とする太陽光発電装置。
- 請求項１記載の太陽光発電装置において、上記太陽電池の変換効率を推定する手段を具備し、所定の低効率を検出したとき、切換回路は逆バイアス電圧の印加を行うことを特徴とする太陽光発電装置。
- 請求項１記載の太陽光発電装置において、上記太陽電池がアモルファスシリコン薄膜太陽電池であることを特徴とする太陽光発電装置。
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