TOP > 国内特許検索 > 電力制御システム

電力制御システム

国内特許コード P130010006
整理番号 S2013-0680-N0
掲載日 2013年10月22日
出願番号 特願2013-041334
公開番号 特開2014-170331
出願日 平成25年3月2日(2013.3.2)
公開日 平成26年9月18日(2014.9.18)
発明者
  • 松井幹彦
  • 崔通
出願人
  • 学校法人東京工芸大学
発明の名称 電力制御システム
発明の概要 【課題】各太陽電池モジュールやストリングごとに最大電力動作点を追尾するコンバータが設けられている従来のMPPTシステムにおいては、複雑な回路構成のコンバータを複数備えることにより故障のリスクを抱えていたのみならず、各コンバータにおいて電気を流すために生じるエネルギーのロスが大きかった。
【解決手段】ストリング状に直列接続された太陽電池モジュールと、ストリング電流を決定する電流決定装置と、決定された電流値にて各モジュールが最大電力を出力できるように出力電圧を制御する各モジュールに付加された電圧制御装置と、からなる電力制御システムを提供する。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要



近年、太陽光のエネルギーを利用して発電を行う太陽光発電は、自然環境に過度の負荷をかけない再生可能エネルギーとして注目度が高まっている。すなわち、太陽光発電は、太陽光のエネルギーを主にパネル状の太陽電池を用いて直接電力に変換する発電方法であり、従来の主要発電手段である火力発電や原子力発電により懸念される二酸化炭素や放射能による環境汚染というリスクを低減できる。





さらに太陽光は、石油のように将来枯渇が危惧される資源ではないため、将来に向けて、継続的かつ安定的な電力供給体制を構築できる可能性をも秘めている。このようなメリットに着目し、大量の太陽電池モジュールを用いて発電を行うメガソーラー発電に関する構想が様々な場面で練られている。





なお、太陽光発電においては、発電効率を高めるため、一般的に複数の太陽電池モジュール(太陽電池パネル)をストリング状に直列接続する方法が用いられることがある。現在実用化されている太陽光発電システムの多くは、前記ストリングを複数並列接続することで電流容量を増やし、出力電力を確保する構成となっており、同システムのもと発電された電力が電力会社あるいは一般消費者のもとに送電される仕組みがとられている。ちなみに、ここでいう「ストリング」とは、複数の太陽電池モジュール同士を、配線を用いてそれぞれ直列に接続した際の当該太陽電池モジュールの構成単位のことを意味している。





ところが、モジュールを直列に接続する前記方法をとると、一部の太陽電池モジュールの発電効率が低下し電流が抑圧された場合、その他のモジュールが良好な発電効率を維持可能な環境下にあっても、当該モジュールを備えるストリング全体の電流が抑制される結果、真に効率的な発電を実現できない。このことを具体例を挙げて説明する。





ここで、ストリング状になった太陽電池モジュールの一部のみの発電効率が低下する一例として図1を示す。ここで同図(a)(b)はともに、同一の太陽電池モジュールの構成を示すイメージ図である。同図(特に(b))において示されているように、天候等の変化に伴う太陽電池モジュールの設置場所による日射強度の違いや、落葉等の障害物による遮光等が太陽光発電における発電効率の低下の原因となりうる。例えば、複数の太陽電池モジュール0101が直列に接続されて構成されるストリングにおいて、うち1つのモジュール0110のみが何らかの「影」0100によってその表面を覆われてしまった場合を考える。この場合、影がかかってしまったモジュールにおける発電流量が、通常の供給能力の例えば3割程度に落ち込んでしまうとすると、たとえ残りのモジュール0111が全て通常どおりの供給能力を維持可能な環境下にあっても、当該ストリング全体において供給する電力は供給能力のわずか3割程度になってしまう。





このように、太陽光発電システムにおける発電量は自然環境の影響を受けることが必至であり、一部のモジュールのみの発電量が抑制されてしまったり、回復したりといった状況の変化は日常的に発生しうる。そこで、安定した発電量を確保するという観点から、上記状況の変化に対応できるような太陽光発電システムの構築が課題となっていた。





この点従来より、日照条件のアンバランスに対応した電力制御を行う技術としてモジュール集積化コンバータ(MIC)を利用する方法が広く知られている。この方法は、ストリング単位あるいはモジュール単位でDC/DCコンバータやPWM電圧形インバータ等の電力変換装置を配置接続し、当該装置を用いてストリング電圧を制御する手法である。なお、モジュール集積化コンバータ(MIC)を用いた代表的な電力供給システムとしては、例えば、日照条件、モジュール温度等の変化を監視し、その時どきで常に発電量が最大となるように制御を行う最大電力動作点追尾システムが知られている。





ここで、図2を用いて最大動作点追尾システムについてさらに詳しく説明する。同図上面において示されているように、発電電力[P]は、端子電圧値[VPV]の変化に伴い変化するところ、その変化は端子電圧値の変化に比例せず、同値が一定値を超えるとむしろ発電電力は減少する。このような発電電力と端子電圧値との関係において、真に効率的な発電電力を供給するためには、端子電圧値を発電電力が最大[P]となる(最大電力動作点に達する)ように定める必要がある。日照条件等の変化により最大電力動作点(Maximum Power Point、MPP)は常に変化し得ることから、最大電力供給のためには、当該変化し得る最大電力動作点がどこであるか、を常に探索し、追尾するシステムが必要であった。このようなシステムはMPPT(Maximum Power Point Tracking)システムと呼ばれ、特許文献1をはじめ、既に当該システムに関する技術が広く開示されている。

産業上の利用分野



本発明は、ストリング状に接続された太陽電池モジュールを用いた電力制御システムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ストリング状に直列接続された太陽電池モジュールと、ストリング電流を決定する電流決定装置と、
決定された電流値にて各モジュールが最大電力を出力できるように出力電圧を制御する各モジュールに付加された電圧制御装置と、からなる
電力制御システム。

【請求項2】
前記電流決定装置は、所定の基本波力率のもとで系統側出力電流の振幅を最大化できるように予め保持するストリング電流とストリングの出力電力との関係に基づいて前記ストリング電流を決定する条件決定手段を備える請求項1に記載の電力制御システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

※ 画像をクリックすると拡大します。

JP2013041334thum.jpg
出願権利状態 公開


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close