JP5882845B2

JP5882845B2 - 電力貯蔵型太陽光発電システム

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Publication number: JP5882845B2
Application number: JP2012144103A
Authority: JP
Inventors: 雅博木下; 翔一阿部; 和法真田; 恵一押切
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: JP2014007929A

Description

この発明は電力貯蔵型太陽光発電システムに関し、特に、太陽電池で生成された直流電力のうちの余剰電力を電力貯蔵装置に蓄える直流変換器を備えた電力貯蔵型太陽光発電システムに関する。

たとえば特許文献１には、夜間は、電力系統からの交流電力を直流電力に変換して蓄電池に蓄え、昼間は、太陽電池および蓄電池からの直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する電力貯蔵型太陽光発電システムが開示されている。このシステムでは、余剰電力は、電力系統に逆潮流される。

特開２００２−１７１６７４号公報

ところで、電力系統とは接続されず、太陽電池の余剰電力のみを蓄電池に蓄え、太陽電池および蓄電池からの直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する電力貯蔵型太陽光発電システムも考えられる。

しかし、このようなシステムでは、太陽電池の余剰電力が過大になった場合、負荷に印加する電圧や蓄電池の端子間電圧が過大になり、負荷や蓄電池が破損するという問題がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、直流負荷および電力貯蔵装置が破損することを防止することが可能な電力貯蔵型太陽光発電システムを提供することである。

この発明に係る電力貯蔵型太陽光発電システムは、太陽光のエネルギーを直流電力に変換する太陽電池と、直流電力を蓄える電力貯蔵装置と、太陽電池で生成された直流電力を直流負荷に供給するとともに余剰電力を電力貯蔵装置に蓄える直流変換器とを備えたものである。直流変換器は、直流負荷に接続される出力端子と、出力端子と基準電圧のラインとの間に接続されたコンデンサと、第１の電流指令値に応じた値の電流を太陽電池から出力端子に流す第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、第２の電流指令値に応じた値の電流を出力端子と電力貯蔵装置の間に流す第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、太陽電池の出力電圧および出力電流に基づいて最大電力点追従制御を行ない、太陽電池の出力電圧が最適動作電圧になるように第１の電流指令値を生成する第１の制御部と、出力端子の電圧が参照電圧になるように第２の電流指令値を生成する第２の制御部と、出力端子の電圧が参照電圧よりも高い第１の上限電圧を超えた場合に第１の電流指令値を減少させる第１の電圧制限部と、電力貯蔵装置の充電中において電力貯蔵装置の端子間電圧が参照電圧よりも低い第２の上限電圧を超えた場合に第２の電流指令値を減少させる第２の電圧制限部とを含む。この電力貯蔵型太陽光発電システムは、さらに、直流負荷として出力端子に接続され、直流変換器から直流電力を受けるとともに商用交流電源から商用交流電力を受け、出力端子の電圧が参照電圧よりも低い下限電圧よりも高い場合は、出力端子から受けた直流電力を交流電力に変換して交流負荷に供給し、出力端子の電圧が下限電圧よりも低い場合は、出力端子から受けた直流電力を交流電力に変換することを停止するとともに商用交流電源から受けた商用交流電力を交流負荷に与える交流電力供給装置を備えたものである。

好ましくは、第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、電力貯蔵装置の端子間電圧が出力端子の電圧よりも高い場合に、電力貯蔵装置から出力端子に電流を流すダイオードを含む。

この発明に係る電力貯蔵型太陽光発電システムでは、直流変換器の出力端子の電圧が参照電圧よりも高い第１の上限電圧を超えた場合に第１の電流指令値を減少させる第１の電圧制限部と、電力貯蔵装置の充電中において電力貯蔵装置の端子間電圧が参照電圧よりも低い第２の上限電圧を超えた場合に第２の電流指令値を減少させる第２の電圧制限部とが設けられる。したがって、太陽電池の余剰電力が過剰になった場合でも、直流変換器の出力端子の電圧や電力貯蔵装置の端子間電圧が過大になるのを防止することができ、直流負荷および電力貯蔵装置が破損するのを防止することができる。

この発明の一実施の形態による電力貯蔵型太陽光発電システムの構成を示す回路ブロック図である。図１に示したチョッパの構成を示す回路ブロック図である。図１に示した制御部６の構成を示す回路ブロック図である。図３に示したＭＰＰＴ制御器の動作を説明するための図である。図１に示した制御部９の構成を示す回路ブロック図である。モード１における電力貯蔵型太陽光発電システムの動作を示す回路ブロック図である。モード２における電力貯蔵型太陽光発電システムの動作を示す回路ブロック図である。モード３における電力貯蔵型太陽光発電システムの動作を示す回路ブロック図である。モード４における電力貯蔵型太陽光発電システムの動作を示す回路ブロック図である。モード５における電力貯蔵型太陽光発電システムの動作を示す回路ブロック図である。モード６における電力貯蔵型太陽光発電システムの動作を示す回路ブロック図である。

本願発明の一実施の形態による電力貯蔵型太陽光発電システムは、図１に示すように、太陽電池１、蓄電池２、ＤＣ（Direct Current：直流）変換器３、およびＤＣ負荷１１を備える。太陽電池１は、太陽光のエネルギーを直流電力に変換する。太陽電池１の発電量は、日射強度に応じて増大する。蓄電池２は、直流電力の充電および放電が可能な電池である。ＤＣ負荷１１は、直流電力によって駆動される電気機器などである。

ＤＣ変換器３は、太陽電池１の出力電圧ＶＰＶおよび出力電流ＩＰＶに基づいて最大電力点追従制御を行ない、太陽電池１の出力電圧ＶＰＶが最適動作電圧になるように太陽電池１からＤＣ負荷１１に電流を流す。また、ＤＣ変換器３は、出力電圧ＶＤＣが所定の参照電圧ＶＤＣＲ（たとえば、４００Ｖ）よりも高い場合は太陽電池１からの直流電力を蓄電池２に供給し、出力電圧ＶＤＣが所定の参照電圧ＶＤＣＲよりも低い場合は蓄電池２からの直流電力をＤＣ負荷１１に供給する。

また、ＤＣ変換器３は、出力電圧ＶＤＣを上限電圧ＶＤＣＨ（たとえば、５００Ｖ）以下に制限するとともに、蓄電池２の端子間電圧ＶＢを上限電圧ＶＢＨ（たとえば、３００Ｖ）以下に制限する。また、ＤＣ変換器３は、出力電圧ＶＤＣが蓄電池ＶＢの端子間電圧ＶＢよりも低い場合は、蓄電池２からＤＣ負荷１１に電流を流す。

詳しく説明すると、ＤＣ変換器３は、端子Ｔ１〜Ｔ３、電流センサ４，７、チョッパ５，８、制御部６，９、および平滑コンデンサ１０を備える。端子Ｔ１〜Ｔ３は、それぞれ太陽電池１、蓄電池２、およびＤＣ負荷１１に接続される。平滑コンデンサ１０は、端子Ｔ３と基準電圧（たとえば、接地電圧）のラインとの間に接続される。

チョッパ５は、端子Ｔ１，Ｔ３間に接続されて制御部６によって制御され、太陽電池１で生成された直流電力を平滑コンデンサ１０に供給する。電流センサ４は、太陽電池１からチョッパ５に流れる直流電流ＩＰＶを検出し、検出値を示す信号を制御部６に与える。

制御部６は、太陽電池１の端子間電圧ＶＰＶと平滑コンデンサ１０の端子間電圧ＶＤＣを検出し、それらの検出値と電流センサ４の検出値とに基づいて、チョッパ５を制御する。制御部６は、太陽電池１の端子間電圧ＶＰＶが最適動作電圧ＶＰＶＲになるようにチョッパ５を制御するとともに、平滑コンデンサ１０の端子間電圧ＶＤＣが上限電圧ＶＤＣＨ以下になるようにチョッパ５を制御する。

また、チョッパ８は、端子Ｔ１，Ｔ３間に接続されて制御部９によって制御され、平滑コンデンサ１０から蓄電池２に直流電力を供給するか、逆に蓄電池２の直流電力を平滑コンデンサ１０に供給する。電流センサ７は、チョッパ８と蓄電池２の間に流れる電流ＩＢを検出し、検出値を示す信号を制御部９に与える。

制御部９は、蓄電池２の端子間電圧ＶＢと平滑コンデンサ１０の端子間電圧ＶＤＣを検出し、それらの検出値と電流センサ７の検出値とに基づいて、チョッパ８を制御する。制御部９は、平滑コンデンサ１０の端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣＲ（＜ＶＤＣＨ）になるようにチョッパ８を制御するとともに、蓄電池２の端子間電圧ＶＢが上限電圧ＶＢＨ以下になるようにチョッパ８を制御する。

図２は、チョッパ５，８の構成を示す回路ブロック図である。図２において、チョッパ５は、コンデンサ２１、インダクタ２２、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）２３、およびダイオード２４，２５を含む。コンデンサ２１は、端子Ｔ１と基準電圧のラインとの間に接続される。インダクタ２２およびＩＧＢＴ２３は、端子Ｔ１と基準電圧のラインとの間に直列接続される。ダイオード２４は、ＩＧＢＴ２３に逆並列に接続される。ダイオード２５のアノードはＩＧＢＴ２３のコレクタに接続され、そのカソードは端子Ｔ３に接続される。

ＩＧＢＴ２３は、制御部６によってＰＷＭ（pulse width modulation：パルス幅変調）制御され、所定の周期でオンおよびオフされる。ＩＧＢＴ２３をオンさせると、太陽電池１からインダクタ２２およびＩＧＢＴ２３を介して基準電圧のラインに電流が流れ、インダクタ２２に電磁エネルギーが蓄えられる。ＩＧＢＴ２３をオフさせると、インダクタ２２に蓄えられた電磁エネルギーが放出され、インダクタ２２からダイオード２５を介して平滑コンデンサ１０に電流が流れる。このとき、ダイオード２５のアノードの電圧は、太陽電池１の端子間電圧ＶＰＶにインダクタ２２の端子間電圧を加算した電圧となる。

つまり、チョッパ５は、太陽電池１の端子間電圧ＶＰＶを昇圧して平滑コンデンサ１０に供給する。ＩＧＢＴ２３のオン時間を長くすると平滑コンデンサ１０の端子間電圧ＶＤＣの上昇速度が速くなり、ＩＧＢＴ２３のオン時間を短くすると平滑コンデンサ１０の端子間電圧ＶＤＣの上昇速度が遅くなる。

また、チョッパ８は、コンデンサ３１、インダクタ３２、ＩＧＢＴ３３、およびダイオード３４，３５を含む。コンデンサ３１は、端子Ｔ２と基準電圧のラインとの間に接続される。ＩＧＢＴ３３およびインダクタ３２は、端子Ｔ３，Ｔ２間に直列接続される。ダイオード３４は、ＩＧＢＴ３３に逆並列に接続される。ダイオード３５のアノードは基準電圧のラインに接続され、そのカソードはＩＧＢＴ３３のエミッタに接続される。

ＩＧＢＴ３３は、制御部９によってＰＷＭ制御される。ＩＧＢＴ３３は、ＶＤＣ＞ＶＢである場合は、所定の周期でオンおよびオフされる。ＩＧＢＴ３３をオンさせると、平滑コンデンサ１０からＩＧＢＴ３３およびインダクタ３２を介して蓄電池２に電流が流れ、インダクタ３２に電磁エネルギーが蓄えられる。ＩＧＢＴ３３をオフさせると、インダクタ３２に蓄えられた電磁エネルギーが放出され、インダクタ３２、蓄電池２、ダイオード３５の経路に電流が流れる。このとき、蓄電池２の端子間電圧ＶＢは、平滑コンデンサ１０の端子間電圧ＶＤＣからインダクタ３２の端子間電圧を減算した電圧になる。

つまり、チョッパ８は、平滑コンデンサ１０の端子間電圧ＶＤＣを降圧して蓄電池２に供給する。ＩＧＢＴ３３のオン時間を長くすると蓄電池２の端子間電圧ＶＢの上昇速度が速くなり、ＩＧＢＴ３３のオン時間を短くすると蓄電池２の端子間電圧ＶＢの上昇速度が遅くなる。また、ＶＤＣ＜ＶＢである場合は、ＩＧＢＴ３３はオフ状態に固定され、蓄電池２からインダクタ３２およびダイオード３４を介して平滑コンデンサ１０に直流電流が流れる。

図３は、制御部６の構成を示す回路ブロック図である。図３において、制御部６は、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking：最大電力点追従）制御器５０、減算器５１，５３，５８、電圧制御器５２，５４、リミッタ５５、加算器５７、電流制御器５９、およびＰＷＭ制御器６０を含む。

ＭＰＰＴ制御器５０は、太陽電池１の最大電力点追従制御を行ない、太陽電池１の出力電圧ＶＰＶおよび出力電流ＩＰＶに基づいて、太陽電池１の出力が最大になる最適動作電圧を求め、参照電圧ＶＰＶＲをその最適動作電圧に設定する。図４は、太陽電池１の最大電力点追従制御を説明するための図である。図４において、太陽電池１においては、出力電流ＩＰＶが増加すると端子間電圧ＶＰＶが低下するという特性があり、太陽電池１の出力は端子間電圧ＶＰＶに応じてなだらかな山状の曲線に沿って変化する。太陽電池１の出力が最大になる点は最大電力点と呼ばれ、そのときの太陽電池１の端子間電圧ＶＰＶは最適動作電圧と呼ばれる。

換言すると、太陽電池１の端子間電圧ＶＰＶが最適動作電圧に一致するように電流ＩＰＶを取り出すと、太陽電池１から最大電力を取り出すことができる。日射強度が変化すると、最大電力点および最適動作電圧も変化する。このため、ＭＰＰＴ制御器５０は、太陽電池１の出力電圧ＶＰＶおよび出力電流ＩＰＶに基づいて、最適動作電圧に一致するように参照電圧ＶＰＶＲを調整する。

具体的に説明すると、ＭＰＰＴ制御器５０は、所定周期で参照電圧ＶＰＶＲを微小電圧ΔＶだけ増加および減少させ、太陽電池１の出力が増加する方向に参照電圧ＶＰＶＲをΔＶだけ変化させる。ΔＶだけ増加させた場合に太陽電池１の出力が増加し、ΔＶだけ減少させた場合に太陽電池１の出力が減少した場合は、ＶＰＶが図４の曲線の左斜面に位置しているので、参照電圧ＶＰＶＲをΔＶだけ増加させる。また、ΔＶだけ増加させた場合に太陽電池１の出力が減少し、ΔＶだけ減少させた場合に太陽電池１の出力が増加した場合は、ＶＰＶが図４の曲線の右斜面に位置しているので、参照電圧ＶＰＶＲをΔＶだけ減少させる。

図３に戻って、減算器５１は、太陽電池１の出力電圧ＶＰＶの検出値からＭＰＰＴ制御器５０で生成された参照電圧ＶＰＶＲを減算し、減算結果ＶＰＶ−ＶＰＶＲを示す信号を電圧制御器５２に与える。電圧制御器５２は、ＶＰＶ−ＶＰＶＲを０にするための電流指令値を生成し、その電流指令値を加算器５７に与える。

また、減算器５３は、上限電圧ＶＤＣＨ（たとえば、５００Ｖ）から平滑コンデンサ１０の端子間電圧ＶＤＣを減算し、その減算結果ＶＤＣＨ−ＶＤＣを示す信号を電圧制御器５４に与える。電圧制御器５４は、ＶＤＣＨ-ＶＤＣを０にするための電流指令値を生成し、その電流指令値をリミッタ５５に与える。リミッタ５５は、電圧制御器５４からの電流指令値が負の場合はその電流指令値を通過させ、電圧制御器５４からの電流指令値が正の場合はその電流指令値を０に設定する。減算器５３、電圧制御器５４、およびリミッタ５５は、平滑コンデンサ１０の端子間電圧ＶＤＣを上限電圧ＶＤＣＨ以下の電圧に制限する電圧制限部５６を構成する。

ＶＤＣ＜ＶＤＣＨである場合は、電圧制限部５６から出力される電流指令値の値は０になる。また、ＶＤＣ＞ＶＤＣＨである場合は、電圧制限部５６から出力される電流指令値はＶＤＣ−ＶＤＣＨに応じた値となる。

加算器５７は、電圧制御器５２からの電流指令値と電圧制限部５６からの電流指令値とを加算して参照電流値ＩＰＶＲを生成する。減算器５８は、参照電流値ＩＰＶＲから太陽電池１の出力電流ＩＰＶの検出値を減算し、その減算結果ＩＰＶＲ−ＩＰＶを示す信号を電流制御器５９に与える。電流制御器５９は、減算器５８で求められた電流ＩＰＶＲ−ＩＰＶを流すための電流指令値を生成する。ＰＷＭ制御器６０は、電流制御器５９からの電流指令値に応じた値の電流が太陽電池１からＤＣ負荷１１に流れるようにチョッパ５を制御する。チョッパ５およびＰＷＭ制御器６０は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータを構成する。これにより、ＤＣ変換器３の出力電圧ＶＤＣは、上限電圧ＶＤＣＨ以下に制限される。

図５は、制御部９の構成を示す回路ブロック図である。図５において、制御部９は、減算器６１，６６，７０、電圧制御器６２，６７、リミッタ６３，６８、加算器６５、電流制御器７１、およびＰＷＭ制御器７２を含む。

減算器６１は、平滑コンデンサ１０の端子間電圧ＶＤＣから参照電圧ＶＤＣＲ（たとえば、４００Ｖ）を減算し、その減算結果ＶＤＣ−ＶＤＣＲを示す信号を電圧制御器６２に与える。参照電圧ＶＤＣＲは、上限電圧ＶＤＣＨよりも低い電圧に設定される。電圧制御器６２は、ＶＤＣＲ−ＶＤＣを０にするための電流指令値を生成し、その電流指令値をリミッタ６３に与える。

リミッタ６３は、電圧制御器６２からの電流指令値が正の上限値と負の下限値との間の値である場合はその電流指令値を通過させる。また、リミッタ６３は、電圧制御器６２からの電流指令値が正の上限値よりも正側にある場合は、その電流指令値を正の上限値に設定する。また、リミッタ６３は、電圧制御器６２からの電流指令値が負の下限値よりも負側にある場合は、その電流指令値を負の下限値に設定する。減算器６１、電圧制御器６２、およびリミッタ６３は、平滑コンデンサ１０の端子間電圧ＶＤＣを一定電圧ＶＤＣＲに制御する電圧制御部６４を構成する。

また、減算器６６は、上限電圧ＶＢＨ（たとえば、３００Ｖ）から蓄電池２の端子間電圧ＶＢを減算し、その減算結果ＶＢＨ−ＶＢを示す信号を電圧制御器６７に与える。電圧制御器６７は、ＶＢＨ−ＶＢを０にするための電流指令値を生成し、その電流指令値をリミッタ６８に与える。リミッタ６８は、電圧制御器６７からの電流指令値が負の場合はその電流指令値を通過させ、電圧制御器５４からの電流指令値が正の場合はその電流指令値を０に設定する。減算器５３、電圧制御器６７、およびリミッタ６８は、蓄電池２の端子間電圧ＶＢを上限電圧ＶＢＨ以下の電圧に制限する電圧制限部６９を構成する。

ＶＢ＜ＶＢＨである場合は、電圧制限部６９から出力される電流指令値の値は０になる。また、ＶＢ＞ＶＢＨである場合は、電圧制限部６９から出力される電流指令値はＶＢ−ＶＢＨに応じた値となる。

加算器６５は、電圧制御部６４からの電流指令値と電圧制限部６９からの電流指令値とを加算して参照電流値ＩＢＲを生成する。減算器７０は、参照電流値ＩＢＲから蓄電池２の充電電流ＩＢの検出値を減算し、その減算結果ＩＢＲ−ＩＢを示す信号を電流制御器７１に与える。電流制御器７１は、減算器７０で求められた電流ＩＢＲ−ＩＢを流すための電流指令値を生成する。ＰＷＭ制御器７２は、電流制御器７１からの電流指令値に応じた値の電流が平滑コンデンサ１０と蓄電池２との間に流れるようにチョッパ８を制御する。チョッパ８およびＰＷＭ制御器７１は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータを構成する。

図６は、図１〜図５に示した電力貯蔵型太陽光発電システムの動作を示す回路ブロック図である。図６では、太陽電池１と端子Ｔ１の間にブレーカＢ１が接続され、蓄電池２と端子Ｔ２の間にブレーカＢ２が接続されている。ブレーカＢ１は、太陽電池１の交換時などにオフされ、通常はオンされる。ブレーカＢ２は、蓄電池２の交換時などにオフされ、通常はオンされる。

また、端子Ｔ１とチョッパ５の入力端子との間にスイッチＳ１が接続され、端子Ｔ２とチョッパ８の入力端子との間にスイッチＳ２が接続される。スイッチＳ１，Ｓ２は、ＤＣ変換器３の停止時にオフされ、ＤＣ変換器３の運転時にオンされる。

ＤＣ負荷１１としてＵＰＳ(Uninterruptible Power Supply：無停電電源装置)８１が使用される。端子Ｔ３とＵＰＳ８１の直流端子８１ａとの間にブレーカＢ３が接続される。ブレーカＢ３は、ＵＰＳ８１の交換時などにオフされ、通常はオンされる。ＵＰＳ８１の交流端子８１ｂは商用交流電源８０に接続され、出力端子８１ｃはＡＣ（alternating current：交流）負荷８２に接続される。

ＵＰＳ８１は、たとえば、交流電力を直流電力に変換するインバータと、端子８１ｂ，８１ｃ間に接続されたスイッチと、直流端子８１ａの電圧を検出する電圧検出器と、電圧検出器の検出結果に基づいてインバータおよびスイッチを制御する制御部とを含む。

ＵＰＳ８１は、ＤＣ変換器３の出力電圧ＶＤＣが下限電圧ＶＤＣＬ（たとえば、２００Ｖ）よりも高い場合は、ＤＣ変換器３からの直流電力を商用周波数の交流電力に変換してＡＣ負荷８２に供給する。下限電圧ＶＤＣＬは、参照電圧ＶＤＣＲよりも低い電圧に設定される。また、ＵＳＰ８１は、ＤＣ変換器３の出力電圧ＶＤＣが下限電圧ＶＤＣＬよりも低い場合は、ＤＣ変換器３からの直流電力を商用周波数の交流電力に変換することを停止し、商用交流電源８０からの交流電力をＡＣ負荷８２に供給する。

この電力貯蔵型太陽光発電システムは、太陽電池１の発電量などに応じて、６つのモードのうちのいずれかのモードで動作する。太陽電池１の発電量がＵＰＳ８１が必要とする電力量よりも大きい場合、図６で示すように、発電システムはモード１で動作する。モード１では、太陽電池１で生成された直流電力がチョッパ５によってＵＰＳ８１に供給されるとともに、余剰電力がチョッパ８によって蓄電池２に供給される。ＵＰＳ８１は、ＤＣ変換器３からの直流電力を交流電力に変換してＡＣ負荷８２に供給する。余剰電力は、蓄電池２に蓄えられる。

このとき、太陽電池１の出力電圧ＶＰＶは最適動作電圧に設定され、太陽電池１からチョッパ５を介してＵＰＳ８１に電流が流される。また、ＤＣ変換器３の出力電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣＲになるように、出力端子Ｔ３からチョッパ８を介して蓄電池２に電流が流される。たとえば晴天が続いて、蓄電池２の端子間電圧ＶＢが上限電圧ＶＢＨに到達した場合は、チョッパ８の運転が停止され、蓄電池２の充電が停止される。さらに、たとえばＡＣ負荷８２における消費電力が低下して余剰電力が増大し、ＤＣ変換器３の出力電圧ＶＤＣが上限電圧ＶＤＣＨに到達した場合は、チョッパ５に流れる電流が低減される。

また、太陽電池１の発電量がＵＰＳ８１が必要とする電力量よりも小さい場合、図７に示すように、発電システムはモード２で動作する。モード２では、太陽電池１で生成された直流電力がチョッパ５によってＵＰＳ８１に供給されるとともに、蓄電池２の直流電力がチョッパ８によってＵＰＳ８１に供給される。ＵＰＳ８１は、ＤＣ変換器３からの直流電力を交流電力に変換してＡＣ負荷８２に供給する。

このとき、太陽電池１の出力電圧ＶＰＶは最適動作電圧に設定され、太陽電池１からチョッパ５を介してＵＰＳ８１に電流が流される。また、ＤＣ変換器３の出力電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣＲになるように、蓄電池２からチョッパ８を介して出力端子Ｔ３に電流が流される。

また、たとえば夜になって、太陽電池１の発電量が０になった場合、図８に示すように、発電システムはモード３で動作する。モード３では、チョッパ５の運転は停止され、蓄電池２の直流電力がチョッパ８によってＵＰＳ８１に供給される。ＵＰＳ８１は、ＤＣ変換器３からの直流電力を交流電力に変換してＡＣ負荷８２に供給する。

このとき、ＤＣ変換器３の出力電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣＲになるように、蓄電池２からチョッパ８を介して出力端子Ｔ３に電流が流される。ＤＣ変換器３の出力電圧ＶＤＣが低下して下限電圧ＶＤＣＬよりも低下した場合、ＵＰＳ８１は、ＤＣ変換器３からの直流電力を交流電力に変換することを停止し、商用交流電源８０からの交流電力をＡＣ負荷８２に供給する。なお、蓄電池２の端子間電圧ＶＢが下限電圧ＶＢＬになった場合は、蓄電池２の過放電を防止するために蓄電池２の放電が停止される。

また、太陽電池１の発電量がＵＰＳ８１が必要とする電力量よりも大きいが、たとえば蓄電池２のメンテナンスを行なうために蓄電池２が端子Ｔ２から切り離されている場合、図９に示すように、発電システムはモード４で動作する。モード４では、チョッパ８の運転は停止され、太陽電池１で生成された直流電力がチョッパ５によってＵＰＳ８１に供給される。ＵＰＳ８１は、ＤＣ変換器３からの直流電力を交流電力に変換してＡＣ負荷８２に供給する。

このとき、太陽電池１の出力電圧ＶＰＶは最適動作電圧に設定され、太陽電池１からチョッパ５を介してＵＰＳ８１に電流が流される。また、たとえばＡＣ負荷８２における消費電力が低下して余剰電力が増大し、ＤＣ変換器３の出力電圧ＶＤＣが上限電圧ＶＤＣＨに到達した場合は、ＶＤＣが一定の電圧ＶＤＣＨになるようにチョッパ５が制御される。

また、太陽電池１の発電量がＵＰＳ８１が必要とする電力量よりも小さく、ＤＣ変換器３の出力電圧ＶＤＣが下限電圧ＶＤＣＬよりも低下し、ＤＣ変換器３からＵＰＳ８１への電力供給が停止した場合、図１０に示すように、発電システムはモード５で動作する。モード５では、太陽電池１で生成された直流電力がチョッパ５，８によって蓄電池８に供給される。

このとき、太陽電池１の出力電圧ＶＰＶは最適動作電圧に設定され、太陽電池１からチョッパ５を介してチョッパ８に電流が流される。また、ＤＣ変換器３の出力電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣＲになるように、出力端子Ｔ３からチョッパ８を介して蓄電池２に電流が流される。

また、太陽電池１の発電量が０であり、蓄電池２の放電もできない場合は、図１１に示すように、発電システムはモード６に設定される。モード６では、チョッパ５，８の運転は停止される。

なお、チョッパ５が故障した場合、発電システムはモード３またはモード６に設定される。また、チョッパ８が故障した場合、発電システムはモード４またはモード６に設定される。また、起動前にＤＣ変換器３が重故障して停止している場合、発電システムはモード６に設定される。

この実施の形態では、ＤＣ変換器３の出力電圧ＶＤＣが上昇して上限電圧ＶＤＣＨを超えた場合は、太陽電池１からチョッパ５を介して出力端子Ｔ３に流れる電流を減少させる。また、蓄電池２の端子間電圧ＶＢが上限電圧ＶＢＨを超えた場合は、出力端子Ｔ３からチョッパ８を介して蓄電池２に流れる電流を減少させる。したがって、太陽電池１の余剰電力が過剰になった場合でも、出力端子Ｔ３の電圧ＶＤＣや蓄電池２の端子間電圧ＶＢが過大になるのを防止することができ、ＤＣ負荷１１および蓄電池２が破損するのを防止することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１太陽電池、２蓄電池、３ＤＣ変換器、Ｔ１〜Ｔ３端子、４，７電流センサ、５，８チョッパ、６，９制御部、１０平滑コンデンサ、１１ＤＣ負荷、２１，３１コンデンサ、２２，３２インダクタ、２３，３３ＩＧＢＴ、２４，２５，３４，３５ダイオード、５０ＭＰＰＴ制御器、５１，５３，５８，６１，６６，７０減算器、５２，５４，６２，６７電圧制御器、５５，６３，６８リミッタ、５６，６９電圧制限部、５７，６５加算器、５９，７１電流制御器、６０，７２ＰＷＭ制御器、６４電圧制御部、８０商用交流電源、８１ＵＰＳ、８２ＡＣ負荷。

Claims

太陽光のエネルギーを直流電力に変換する太陽電池と、
直流電力を蓄える電力貯蔵装置と、
前記太陽電池で生成された直流電力を直流負荷に供給するとともに余剰電力を前記電力貯蔵装置に蓄える直流変換器とを備え、
前記直流変換器は、
前記直流負荷に接続される出力端子と、
前記出力端子と基準電圧のラインとの間に接続されたコンデンサと、
第１の電流指令値に応じた値の電流を前記太陽電池から前記出力端子に流す第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、
第２の電流指令値に応じた値の電流を前記出力端子と前記電力貯蔵装置の間に流す第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記太陽電池の出力電圧および出力電流に基づいて最大電力点追従制御を行ない、前記太陽電池の出力電圧が最適動作電圧になるように前記第１の電流指令値を生成する第１の制御部と、
前記出力端子の電圧が参照電圧になるように前記第２の電流指令値を生成する第２の制御部と、
前記出力端子の電圧が前記参照電圧よりも高い第１の上限電圧を超えた場合に前記第１の電流指令値を減少させる第１の電圧制限部と、
前記電力貯蔵装置の充電中において前記電力貯蔵装置の端子間電圧が前記参照電圧よりも低い第２の上限電圧を超えた場合に前記第２の電流指令値を減少させる第２の電圧制限部とを含み、
さらに、前記直流負荷として前記出力端子に接続され、前記直流変換器から直流電力を受けるとともに商用交流電源から商用交流電力を受け、前記出力端子の電圧が前記参照電圧よりも低い下限電圧よりも高い場合は、前記出力端子から受けた直流電力を交流電力に変換して交流負荷に供給し、前記出力端子の電圧が前記下限電圧よりも低い場合は、前記出力端子から受けた直流電力を交流電力に変換することを停止するとともに前記商用交流電源から受けた商用交流電力を前記交流負荷に与える交流電力供給装置を備える、電力貯蔵型太陽光発電システム。
前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記電力貯蔵装置の端子間電圧が前記出力端子の電圧よりも高い場合に、前記電力貯蔵装置から前記出力端子に電流を流すダイオードを含む、請求項１に記載の電力貯蔵型太陽光発電システム。