JP6536552B2 - 太陽光発電システム - Google Patents
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Description
VTL(Irr,T)は、使用光量Irr、温度Tにおける目標出力電圧の下限値であり、VOC(Irr,T)は使用光量Irr、温度Tにおける太陽電池モジュールの開放電圧であり、nは直列接続された複数の太陽電池セルの枚数であり、VBD(T)は、温度Tにおける1枚の太陽電池セルの逆方向降伏電圧の正値であり、αは許容誤差である。
[太陽光発電システム100の構成]
図1は、第一実施形態に係る太陽光発電システム100を示すブロック図である。図2は、図1の太陽電池モジュール1を示す平面図である。太陽光発電システム100は、太陽光を用いて発電し、その電力を蓄電するシステムである。図1及び図2に示されるように、太陽光発電システム100は、太陽電池モジュール1、電圧計2、電流計3、DC−DCコンバータ4(電力変換部の一例)、蓄電池5及び制御部6を備える。
ここで、VTL(Irr,T)は、使用光量Irr、温度Tにおける目標出力電圧の下限値であり、VOC(Irr,T)は使用光量Irr、温度Tにおける太陽電池モジュールの開放電圧であり、nは直列接続された複数の太陽電池セルの枚数であり、VBD(T)は、温度Tにおける1枚の太陽電池セルの逆方向降伏電圧の正値であり、αは許容誤差である。このような下限値を採用する理由は、日陰となった太陽電池セル10が発熱することを回避するためである。詳細については後述する。
太陽電池セル10が異常発熱する条件を説明する。太陽電池モジュール1がバイパスダイオードを有していない場合、異常発熱の発生条件は、2つの条件を満たしたときとなる。第一条件は、太陽電池モジュール1の少なくとも1つの太陽電池セル10の受光面の一部領域又は全領域が日陰となることである。日陰とは、日光のあたる状況下において日光が遮られ、影となることをいう。一部の太陽電池セル10の日光が遮られる原因は、例えば、天候、鳥類の糞などの遮蔽物の付着、飛来物の衝突などによるセル表面層の破損や改質などが考えられる。なお、太陽電池セル10の全てが日陰となる場合は、当然に異常発熱は発生しない。以下では、太陽電池セル10の全てが日陰となる場合は除外して説明する。
上述したとおり、目標出力電圧が第二電圧範囲RV2内に設定された場合には、発熱する。制御部6は、目標出力電圧の下限値を上述した数式(1)を用いて設定することにより、目標出力電圧が第二電圧範囲RV2内に設定されることを回避する。これにより、異常発熱の発生条件である第二条件が満たされることが無くなる。図3の例では、第一電力点M1は選択されず、第二電力点M2が選択される。このように、太陽光発電システム100は、制御により太陽電池セル10の異常発熱を抑制することができる。
図4は、太陽光発電システム100の出力決定処理を説明するフローチャートである。図4に示されるフローチャートは、太陽電池モジュール1から出力を得る際に、制御部6により実行される。
太陽電池モジュール1は、その一部が日陰となった太陽電池セル直列群11の入出力をバイパスさせる手段を備えていてもよい。図5は、変形例1に係る太陽電池モジュール1Aを示す平面図である。図5に示されるように、太陽電池モジュール1Aは、太陽電池モジュール1と比べて、バイパスダイオード12A〜12Cを備える点で相違し、その他の構成は同一である。なお、以下では、バイパスダイオード12A〜12Cは、バイパスダイオード12と総称する場合がある。
以上、第一実施形態に係る太陽光発電システム100によれば、数式(1)を用いて目標出力電圧の下限値が設定される。太陽電池セル10の少なくとも一部が日陰となり、かつ、数式(1)を用いて設定された下限値より下回る目標出力電圧の場合、日陰となった太陽電池セル10が逆方向降伏状態で通電する。この場合、日陰となった太陽電池セル10にて電力が消費され、発熱してしまう。数式(1)を用いて目標出力電圧の下限値が設定されることにより、太陽電池セル10が逆方向降伏状態で通電することを回避することができる。よって、この太陽光発電システム100は、制御により太陽電池セル10の異常発熱を抑制することができる。
第一実施形態に係る太陽光発電システム100では、制御部6が数式(1)を用いて目標出力電圧の下限値を常に設定している。しかし、日陰となる太陽電池セル10が存在しない場合には、数式(1)を用いて設定される下限値以下に目標出力電圧を決定したとしても異常発熱は発生しない。したがって、異常発熱が発生する可能性があるときに限り下限値を設定することができれば、異常発熱が発生する可能性がないときには目標出力電圧の設定可能な電圧範囲を拡大することができる。結果として、太陽光発電システム100の総発電量が向上する場合がある。第二実施形態に係る太陽光発電システム100Aでは、異常発熱が発生する可能性があるときに目標出力電圧の下限値を設定した上で目標出力電圧を決定し、異常発熱が発生する可能性がないときには目標出力電圧の下限値を設定することなく目標出力電圧を決定する。
図6は、第二実施形態に係る太陽光発電システム100Aを示すブロック図である。太陽光発電システム100Aは、第一実施形態に係る太陽光発電システム100と比較して、撮像装置7及び日陰判定部8を備える点、及び制御部の機能が相違し、その他の構成は同一である。
図7は、太陽光発電システム100Aの出力決定処理を説明するフローチャートである。図7に示されるフローチャートは、太陽電池モジュール1から出力を得る際に、日陰判定部8及び制御部6Aにより実行される。
以上、第二実施形態に係る太陽光発電システム100Aによれば、日陰判定部8により太陽電池セル10の少なくとも一部が日陰になっていると判定されたときに、つまり、異常発熱の発生条件を満たす可能性があるときに、数式(1)を用いて目標出力電圧の下限値が設定される。太陽光発電システム100Aは、下限値の設定を動的に行うことにより、制御により太陽電池セル10の異常発熱を抑制しつつ、太陽光発電システム100Aの総発電量を向上させることができる。
第一実施形態に係る太陽光発電システム100では、バイパスダイオードを備える太陽電池モジュール1Aを採用した場合であっても、制御部6が数式(1)を用いて目標出力電圧の下限値を常に設定している。しかし、バイパスダイオードがオープン故障していない場合には、数式(1)を用いて設定される下限値以下に目標出力電圧を決定したとしても異常発熱は発生しない。したがって、異常発熱が発生する可能性があるときに限り下限値を設定することができれば、異常発熱が発生する可能性がないときには目標出力電圧の設定可能な電圧範囲を拡大することができる。結果として、太陽光発電システム100の総発電量が向上する場合がある。第三実施形態に係る太陽光発電システム100Bでは、第二実施形態と同様に、異常発熱が発生する可能性があるときに目標出力電圧の下限値を設定した上で目標出力電圧を決定し、異常発熱が発生する可能性がないときには目標出力電圧の下限値を設定することなく目標出力電圧を決定する。
図8は、第三実施形態に係る太陽光発電システム100Bを示すブロック図である。太陽光発電システム100Bは、第一実施形態に係る太陽光発電システム100の変形例1(バイパスダイオードを含む太陽電池モジュール1Aを備える例)と比較して、故障判定部9を備える点、及び制御部の機能が相違し、その他の構成は同一である。
図9は、太陽光発電システム100Bの出力決定処理を説明するフローチャートである。図9に示されるフローチャートは、太陽電池モジュール1Aから出力を得る際に、故障判定部9及び制御部6Bにより実行される。
以上、第三実施形態に係る太陽光発電システム100Bによれば、故障判定部9によりバイパスダイオード12A〜12Cの少なくとも1つがオープン故障していると判定されたときに、つまり、異常発熱の発生条件を満たす可能性があるときに、数式(1)を用いて目標出力電圧の下限値が設定される。太陽光発電システム100Bは、下限値の設定を動的に行うことにより、制御により太陽電池セル10の異常発熱を抑制しつつ、太陽光発電システム100Bの総発電量を向上させることができる。
Claims (3)
- 複数の太陽電池セルが直列接続された太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールに接続され、前記太陽電池モジュールの出力電圧を目標出力電圧に制御する電力変換部と、
前記目標出力電圧を決定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記目標出力電圧の下限値を数式(1)を用いて設定する、
太陽光発電システム。
VTL(Irr,T)は、使用光量Irr、温度Tにおける前記目標出力電圧の前記下限値であり、VOC(Irr,T)は使用光量Irr、温度Tにおける前記太陽電池モジュールの開放電圧であり、nは直列接続された前記複数の太陽電池セルの枚数であり、VBD(T)は、温度Tにおける1枚の前記太陽電池セルの逆方向降伏電圧の正値であり、αは許容誤差である。 - 前記太陽電池セルの少なくとも一部が日陰になっているか否かを判定する日陰判定部を備え、
前記制御部は、前記日陰判定部により前記太陽電池セルの少なくとも一部が日陰になっていると判定された場合、前記目標出力電圧の前記下限値を数式(1)を用いて設定する、請求項1に記載の太陽光発電システム。 - 第一ダイオードと、
第二ダイオードと、
前記第一ダイオード及び前記第二ダイオードの少なくとも一方がオープン故障しているか否かを判定する故障判定部と、
を備え、
直列接続された前記複数の太陽電池セルは、第一太陽電池セル直列群と第二太陽電池セル直列群とに少なくとも分けられ、
前記第一ダイオードと前記第一太陽電池セル直列群とが並列接続され、
前記第二ダイオードと前記第二太陽電池セル直列群とが並列接続されており、
前記制御部は、前記故障判定部により前記第一ダイオード及び前記第二ダイオードの少なくとも一方がオープン故障していると判定された場合、前記目標出力電圧の前記下限値を数式(1)を用いて設定する、請求項1又は2に記載の太陽光発電システム。
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