本発明は、太陽電池にて発電された直流電力を交流に変換して出力するよう構成された太陽光発電システムに関する。 The present invention relates to a solar power generation system configured to convert DC power generated by a solar cell into AC and output the AC power.
太陽光は石油等の化石燃料に依存しない無限のエネルギーであり、この太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池を利用した太陽光発電システムは、地球温暖化防止対策の一つとして普及・拡大が期待されている。また、エネルギーセキュリティー上からもエネルギー源として重要である。 Sunlight is an infinite energy that does not depend on fossil fuels such as oil. Solar power generation systems using solar cells that convert sunlight into electrical energy are widely used as a measure to prevent global warming. Expected. It is also important as an energy source for energy security.
太陽光発電システムで用いられる太陽電池の最小単位である太陽電池セルは、それ単体では出力が小さいため、通常は、出力電圧を上げるために複数直列接続して太陽電池モジュールを構成したり、さらに出力電圧を上げるために太陽電池モジュールを複数直列接続して太陽電池ストリングを構成したり、出力電力を上げるために太陽電池モジュール又は太陽電池ストリングを複数並列接続して太陽電池アレイを構成する。 Solar cells, which are the smallest unit of solar cells used in a solar power generation system, have a small output, so that in order to increase the output voltage, multiple solar cells are usually connected in series to form a solar cell module. In order to increase the output voltage, a plurality of solar cell modules are connected in series to form a solar cell string, or in order to increase output power, a plurality of solar cell modules or solar cell strings are connected in parallel to form a solar cell array.
そして、一般によく知られている太陽光発電システムでは、これら太陽電池モジュール、太陽電池ストリング、又は太陽電池アレイから出力される直流の発電電力を、パワーコンディショナにて交流電力に変換して、負荷に供給したり交流系統に連系したりしている。特に近年、次世代の大規模な太陽光発電所の導入を目指して出力電力がメガワット級の大規模な太陽電池システムの構築や実証実験等も進められている。このような大規模な太陽電池システムでは、発電電力は電力会社の高電圧送電網に連系される。 In a generally well-known photovoltaic power generation system, a direct-current generated power output from these solar cell module, solar cell string, or solar cell array is converted into alternating current power by a power conditioner, and a load is generated. Are connected to the AC system. In particular, in recent years, construction of large-scale solar cell systems with output power of megawatts and demonstration experiments have been promoted with the aim of introducing next-generation large-scale solar power plants. In such a large-scale solar cell system, generated power is linked to a high-voltage power grid of an electric power company.
なお、以下の説明では、説明の簡略化のために「太陽電池ユニット」という用語を用いるが、本明細書において「太陽電池ユニット」とは、特に断りのない限り、太陽電池モジュール、太陽電池ストリング、又は太陽電池アレイの何れかを意味するものと定義する。また、本明細書で単に「太陽電池」というときは、特に断りのない限り、太陽電池セル、太陽電池モジュール、太陽電池ストリング及び太陽電池アレイを含む、太陽光受光により発電可能なあらゆる形態のものを示すものとする。 In the following description, the term “solar cell unit” is used for the sake of simplification. In this specification, the term “solar cell unit” means a solar cell module, a solar cell string, unless otherwise specified. Or a solar cell array. In addition, in the present specification, the term “solar battery” refers to any form capable of generating power by receiving sunlight unless otherwise specified, including solar battery cells, solar battery modules, solar battery strings, and solar battery arrays. It shall be shown.
太陽電池ユニットの一般的な電圧−発電出力（電力）特性（以下単に「発電特性」と称す）を、図６に示す。図６に示すように、太陽電池ユニットの発電出力は、太陽電池ユニットの出力電圧の上昇に伴って増加していき、ある電圧（最大出力電圧Ｖｍ）で発電出力が最大値（最大電力Ｐｍ）となり、そこから更に出力電圧が上昇すると発電電力は低下していく。 FIG. 6 shows a general voltage-power generation output (power) characteristic (hereinafter, simply referred to as “power generation characteristic”) of the solar cell unit. As shown in FIG. 6, the power generation output of the solar cell unit increases as the output voltage of the solar cell unit increases, and the power generation output reaches the maximum value (maximum power Pm) at a certain voltage (maximum output voltage Vm). As the output voltage further rises from there, the generated power decreases.
このような発電特性は、太陽電池の発電特性として一般に良く知られているものであるが、太陽電池ユニットを構成する太陽電池モジュールの種類（延いては太陽電池セルの種類）によって異なったり、また、同一種類の太陽電池ユニットであっても日射量、周囲温度、更には影の影響などによっても変化する。 Such power generation characteristics are generally well-known as power generation characteristics of solar cells, but may vary depending on the types of solar cell modules (and thus the types of solar cells) constituting the solar cell unit. Even with the same type of solar cell unit, it varies depending on the amount of solar radiation, ambient temperature, and the influence of shadows.
そこで、太陽電池ユニットから太陽光発電電力を有効に取り出すために、パワーコンディショナでは、通常、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御；Maximum Power Point Tracking制御）が行われる。ＭＰＰＴ制御とは、パワーコンディショナに接続された太陽電池ユニットのトータルの発電電力（動作点）が、その発電特性における発電電力が最大となる最大電力点（図６における、発電出力がＰｍとなる点）に追従するように制御するものである。 Therefore, in order to effectively extract the photovoltaic power from the solar cell unit, the power conditioner normally performs maximum power point tracking control (MPPT control; Maximum Power Point Tracking control). MPPT control is the maximum power point at which the total generated power (operating point) of the solar cell units connected to the power conditioner is the maximum in the power generation characteristics (the generated output in FIG. 6 is Pm). Point).
このようなＭＰＰＴ制御機能や系統連系機能を備えたパワーコンディショナは、例えば特許文献１，２に開示されているように、一般によく知られている。
図７（ａ）に、従来の太陽光発電システムの構成例を示す。図７（ａ）に示す太陽光発電システム１００は、必要な発電電力を得るために、第１太陽電池ユニット（モジュール、ストリング又はアレイ）１０１、第２太陽電池ユニット１０２及び第３太陽電池ユニット１０３を含む複数の太陽電池ユニットを有している。そして、これら各太陽電池ユニット１０１，１０２，１０３・・・が並列接続されることにより各太陽電池ユニット１０１，１０２，１０３・・・からの発電電力が合成されて、パワーコンディショナ１０４に入力されるよう構成されている。A power conditioner having such an MPPT control function and a grid interconnection function is generally well known as disclosed in Patent Documents 1 and 2, for example.
FIG. 7A shows a configuration example of a conventional solar power generation system. The solar power generation system 100 shown in FIG. 7A has a first solar cell unit (module, string or array) 101, a second solar cell unit 102, and a third solar cell unit 103 in order to obtain necessary generated power. A plurality of solar cell units. Then, these solar cell units 101, 102, 103... Are connected in parallel to synthesize the generated power from each of the solar cell units 101, 102, 103... And input it to the power conditioner 104. It is comprised so that.
パワーコンディショナ１０４は、各太陽電池ユニット１０１，１０２，１０３・・・からの合成された発電電力（直流電力）を交流電力に変換して系統側へ出力するという主たる機能を実現すべく、各太陽電池ユニット１０１，１０２，１０３・・・から合成されて入力される直流の入力電圧をその入力電圧よりも高い所定の直流電圧に昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１０７と、このＤＣ／ＤＣコンバータ１０７にて昇圧された直流電圧を所定電圧の交流電圧に変換するインバータ１０８とを備えている。 The power conditioner 104 converts each of the generated power (DC power) synthesized from the solar cell units 101, 102, 103,... Into AC power and outputs the AC power to the system side. A DC / DC converter 107 that boosts a DC input voltage synthesized and input from the solar cell units 101, 102, 103... To a predetermined DC voltage higher than the input voltage, and the DC / DC converter 107 And an inverter 108 that converts the boosted DC voltage into a predetermined AC voltage.
そして、パワーコンディショナ１０４から出力された交流電圧（交流電力）は、系統連系用変圧器１０５にて交流系統１０６と同じ交流電圧に変圧されて、交流系統１０６に連系される。 The AC voltage (AC power) output from the power conditioner 104 is transformed to the same AC voltage as the AC system 106 by the system connection transformer 105 and is connected to the AC system 106.
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７は、上述したＭＰＰＴ制御機能を備えている。即ち、各太陽電池ユニット１０１，１０２，１０３・・・からの合成された発電電力を有効に取り出すために、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７に入力される電圧を変動させながら、各太陽電池ユニット１０１，１０２，１０３・・・のトータルの発電電力が最大値となるように追従制御する。 Further, the DC / DC converter 107 has the MPPT control function described above. That is, each solar cell unit 101, 102 is varied while changing the voltage input to the DC / DC converter 107 in order to effectively extract the combined generated power from each solar cell unit 101, 102, 103. , 103... Follow-up control so that the total generated power becomes the maximum value.
ところで、大規模太陽光発電システムでは、多数の太陽電池ユニット（モジュール、ストリング又はアレイ）が使用され、これらが複数並列接続されて、一括して１つのパワーコンディショナに入力（詳しくはＤＣ／ＤＣコンバータに入力）される。 By the way, in a large-scale photovoltaic power generation system, a large number of solar cell units (modules, strings, or arrays) are used, and a plurality of these are connected in parallel and input to one power conditioner at a time (specifically, DC / DC Input to the converter).
そのため、同じＤＣ／ＤＣコンバータに接続された複数の太陽電池ユニットの中で、太陽電池ユニットを構成する太陽電池セルの種類や各種特性の異なるものや、太陽電池ユニットの設置条件（傾斜角、受光面の方位角、パワーコンディショナまでの配線距離など）の異なるものが混在していたりすると、複数の太陽電池ユニットの相互間で発電特性にバラツキが生じる。 Therefore, among the plurality of solar cell units connected to the same DC / DC converter, the types of solar cells constituting the solar cell unit and those having various characteristics differ, and the installation conditions of the solar cell unit (inclination angle, light reception) If different azimuths of planes, wiring distances to power conditioners, etc.) are mixed, power generation characteristics vary among a plurality of solar cell units.
このような場合に、これら発電特性の異なる複数の太陽電池ユニットが並列接続され、一括してパワーコンディショナに入力されて最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）が掛かると、出力が大きく特性の良い太陽電池ユニットからの出力が、特性の悪い他の太陽電池ユニットによって抑えられるなど、個々の太陽電池ユニットから本例取り出せるはずの発電電力が十分に取り出せず、結果としてトータルの発電電力が十分に得られなくなる。 In such a case, when a plurality of solar cell units having different power generation characteristics are connected in parallel and collectively input to the power conditioner and maximum power point tracking control (MPPT control) is applied, the output is large and the characteristics are good. Since the output from the solar cell unit is suppressed by other solar cell units with poor characteristics, the generated power that can be extracted from this individual solar cell unit cannot be extracted sufficiently, resulting in sufficient total generated power. It becomes impossible.
図７（ｂ）を用いて具体的に説明する。図７（ｂ）に示す例では、各太陽電池ユニット１０１，１０２，１０３の発電特性がそれぞれ異なっており、第１太陽電池ユニット１０１は、出力電圧がＶ１ｍのときに発電出力（電力）が最大となる特性を有し（つまり図中点ａが最大電力点）、第２太陽電池ユニット１０２は、出力電圧がＶ２ｍのときに発電出力が最大となる特性を有し（つまり図中点ｂが最大電力点）、第３太陽電池ユニット１０３は、出力電圧がＶ３ｍのときに発電出力が最大となる特性を有する（つまり図中点ｃが最大電力点）。つまり、発電電力が最大になる電圧は個々で異なっている。 This will be specifically described with reference to FIG. In the example shown in FIG. 7B, the power generation characteristics of the solar cell units 101, 102, and 103 are different from each other, and the first solar cell unit 101 has the maximum power generation output (power) when the output voltage is V1m. The second solar cell unit 102 has the characteristic that the power generation output is maximum when the output voltage is V2m (that is, the point b in the figure is the point b). Maximum power point), the third solar cell unit 103 has a characteristic that the power generation output becomes maximum when the output voltage is V3 m (that is, the point c in the figure is the maximum power point). In other words, the voltage at which the generated power is maximized is different.
ところが、図７（ａ）に示した太陽光発電システム１００では、これら３つの太陽電池ユニット１０１，１０２，１０３の発電出力が一括されてパワーコンディショナ１０４に入力されるため、図７（ｂ）に実線で示すように、３つトータルで電力が最大となる点Ｚ（電圧Ｖｐ、発電出力Ｐｍ）に動作点（動作電圧）が追従するようにＭＰＰＴ制御がなされることになる。 However, in the photovoltaic power generation system 100 shown in FIG. 7A, the power generation outputs of these three solar cell units 101, 102, and 103 are collectively input to the power conditioner 104, and therefore FIG. As shown by a solid line, MPPT control is performed so that the operating point (operating voltage) follows the point Z (voltage Vp, power generation output Pm) where the power becomes the maximum in total.
その結果、各太陽電池ユニット１０１〜１０３の個々の動作点は、それぞれ図中に示す点Ａ，Ｂ，Ｃとなり、自身以外の他の２つの影響を受けることによって自身の最大電力点からずれてしまう。特に、発電特性の優れた太陽電池ユニットほど、最も発電特性の悪い太陽電池ユニットに動作点が引っ張られて、優れた性能を出し切れずに遊んでしまうことになる。 As a result, the individual operating points of each of the solar cell units 101 to 103 are points A, B, and C shown in the figure, respectively, and are shifted from their own maximum power points by being affected by the other two effects other than themselves. End up. In particular, as the solar cell unit with excellent power generation characteristics, the operating point is pulled by the solar cell unit with the poorest power generation characteristics, and the performance is not fully achieved.
これに対し、太陽電池ユニット毎に個々にＤＣ／ＤＣコンバータを設けたり、太陽電池ユニット毎に個々にパワーコンディショナを設けたりして、太陽電池ユニット毎にＭＰＰＴ制御を行う構成にすれば、個々の太陽電池ユニットをそれぞれ最大電力点で動作させることができる。 On the other hand, if each solar cell unit is provided with a DC / DC converter, or each solar cell unit is provided with a power conditioner, MPPT control is performed for each solar cell unit. Each solar cell unit can be operated at the maximum power point.
しかし、太陽電池ユニット毎にＤＣ／ＤＣコンバータ或いはパワーコンディショナを設けることは、配線敷設の複雑化や、パワーコンディショナの大型化・高コスト化を招くなど、様々な面から効率的ではなく、現実的方法ではない。 However, providing a DC / DC converter or a power conditioner for each solar cell unit is not efficient from various aspects, such as complicated wiring construction and increased size and cost of the power conditioner. It is not a realistic method.
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、複数の太陽電池からの発電電力を、ＭＰＰＴ制御機能を備えたパワーコンディショナで交流電力に変換して出力するよう構成された太陽光発電システムにおいて、複数の太陽電池の発電特性にバラツキがあっても、ＭＰＰＴ制御によって各太陽電池が自身以外の他の太陽電池の発電特性の影響を受けて発電出力が抑えられてしまうのを抑制し、各太陽電池から効率的に発電電力を得られるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a photovoltaic power generation system configured to convert electric power generated from a plurality of solar cells into AC electric power by a power conditioner having an MPPT control function and output the AC electric power. Even if there are variations in the power generation characteristics of a plurality of solar cells, each solar cell is prevented from being affected by the power generation characteristics of other solar cells other than itself due to MPPT control, and the power generation output is suppressed. It aims at making it possible to obtain electric power generation efficiently from a solar cell.
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、太陽光を受光することにより直流の電力を発電する太陽電池を複数備えると共に、その複数の太陽電池の各々にて発電された直流の発電電力を交流電力に変換する電力変換装置を備え、複数の太陽電池は、予め決められた同等特性分類基準に基づいて発電特性が同等（完全一致を含む）であると認められる一又は複数の太陽電池を１つのグループとして、異なる２つ以上のグループに分類可能である。 The invention according to claim 1, which has been made in order to solve the above-described problem, includes a plurality of solar cells that generate direct-current power by receiving sunlight, and is generated by each of the plurality of solar cells. A plurality of solar cells including a power conversion device that converts direct-current generated power into alternating-current power are recognized as having the same power generation characteristics (including perfect match) based on a predetermined equivalent characteristic classification standard or A plurality of solar cells can be classified as one group into two or more different groups.
また、電力変換装置は、グループ毎に設けられた最大電力点追従制御手段と、直交変換手段とを備えている。このうち最大電力点追従制御手段は、対応するグループを構成する一又は複数の太陽電池からの発電電力が合成されて入力されると共に、その入力される発電電力に対する最大電力点追従制御を行うことによって、その入力される発電電力が最大値となるように制御する。そして、直交変換手段が、各グループから入力された発電電力を交流電力に変換する。 The power conversion device includes a maximum power point tracking control unit and an orthogonal conversion unit provided for each group. Among these, the maximum power point tracking control means performs combined power input from one or a plurality of solar cells constituting the corresponding group, and performs maximum power point tracking control on the input generated power. Thus, the input generated power is controlled so as to become the maximum value. And an orthogonal transformation means converts the generated electric power input from each group into alternating current power.
このように構成された太陽光発電システムでは、複数の太陽電池のうち、発電特性が同等な太陽電池がグループ化され、グループ毎に、最大電力点追従制御手段によって最大電力点追従制御が行われる。 In the solar power generation system configured as described above, solar cells having the same power generation characteristics among a plurality of solar cells are grouped, and maximum power point tracking control is performed by the maximum power point tracking control unit for each group. .
例えば、図７に示した従来の太陽光発電システム１００を用いて補足説明すると、３つの太陽電池ユニット１０１，１０２，１０３は互いに発電特性が異なるため、これらはいずれも別々のグループとする。一方、もし、例えば第２太陽電池ユニット１０２の発電特性が第１太陽電池ユニット１０１の発電特性と同等であるならば、第１太陽電池ユニット１０１と第２太陽電池ユニット１０２については同じグループとして、これら２つに対しては一括して最大電力点追従制御を行うようにするのである。 For example, when supplementary explanation is given using the conventional solar power generation system 100 shown in FIG. 7, since the three solar cell units 101, 102, and 103 have different power generation characteristics, they are all in separate groups. On the other hand, if the power generation characteristics of the second solar cell unit 102 are equivalent to the power generation characteristics of the first solar cell unit 101, for example, the first solar cell unit 101 and the second solar cell unit 102 are in the same group, For these two, maximum power point tracking control is performed collectively.
グループが違うと、グループを構成する太陽電池の発電特性も異なるが、同じグループならばそのグループ内の太陽電池の発電特性はいずれも同等である。そして、発電特性が同等であれば、それらを一括して最大電力点追従制御を行っても、個々の太陽電池における、他の太陽電池の発電特性の影響による動作点のずれ（最大電力点からのずれ）を抑制できる。仮に、同一グループ内の太陽電池が全て完全に同じ発電特性ならば、これらを一括して最大電力点追従制御を行っても、その動作点は、個々の太陽電池の最大電力点に一致することになる。 If the group is different, the power generation characteristics of the solar cells constituting the group are also different. However, if the group is the same, the power generation characteristics of the solar cells in the group are the same. And if the power generation characteristics are equivalent, even if they perform the maximum power point tracking control collectively, the deviation of the operating point due to the power generation characteristics of other solar cells (from the maximum power point) Deviation). If all the solar cells in the same group have completely the same power generation characteristics, even if they perform maximum power point tracking control collectively, their operating points must match the maximum power point of each solar cell. become.
従って、請求項１に記載の太陽光発電システムによれば、同等の発電特性を有する太陽電池同士でグループ化されると共に、グループ毎に最大電力点追従制御が行われるため、複数の太陽電池の発電特性にバラツキがあっても、最大電力点追従制御によって各太陽電池が自身以外の他の太陽電池の発電特性の影響を受けて発電出力が抑えられてしまうのを抑制でき、各太陽電池から効率的に発電電力を得ることができる。つまり、全体として発電電力を有効に取り出すことができる。 Therefore, according to the solar power generation system of claim 1, since the solar cells having the same power generation characteristics are grouped and the maximum power point tracking control is performed for each group, a plurality of solar cells Even if there are variations in the power generation characteristics, the maximum power point tracking control can prevent each solar cell from being affected by the power generation characteristics of other solar cells than itself and suppressing the power generation output from each solar cell. The generated power can be obtained efficiently. That is, the generated power can be effectively taken out as a whole.
なお、本発明における「太陽電池」とは、例えば太陽電池セル、太陽電池モジュール、太陽電池ストリング及び太陽電池アレイなど、太陽光を受光してその光エネルギーを電気エネルギーに変換（発電）することが可能なあらゆる形態のもの（光電変換手段）を含む。 The “solar cell” in the present invention refers to, for example, a solar cell, a solar cell module, a solar cell string, a solar cell array, or the like that receives sunlight and converts (generates power) the light energy into electric energy. Includes all possible forms (photoelectric conversion means).
ここで、発電特性が同等であるか否かの判断基準（延いてはグループ分けの基準）である同等特性分類基準の具体例は種々考えられ、例えば請求項２〜請求項５に記載したような各種分類基準が挙げられる。 Here, various specific examples of the equivalent characteristic classification standard that is a criterion for determining whether or not the power generation characteristics are equivalent (as a result, a grouping standard) are conceivable. For example, as described in claims 2 to 5 Various classification criteria.
まず、請求項２に記載の太陽光発電システムにおいては、同等特性分類基準として、少なくとも、太陽電池にて受光される太陽光の波長に対する発電電力の特性である波長−電力特性が所定の同等特性範囲内にあるか否かに基づいて分類可能な波長−電力特性分類基準を有している。そして、複数のグループのうち少なくとも２つは、それぞれ、波長−電力特性分類基準により分類された、波長−電力特性が同等特性範囲内にある太陽電池によって構成されていると共に、これら各グループに対応した同等特性範囲はそれぞれグループ毎に異なるように構成されている。 First, in the photovoltaic power generation system according to claim 2, as an equivalent characteristic classification standard, at least a wavelength-power characteristic that is a characteristic of generated power with respect to the wavelength of sunlight received by a solar cell is a predetermined equivalent characteristic. It has a wavelength-power characteristic classification standard that can be classified based on whether or not it is within the range. In addition, at least two of the plurality of groups are configured by solar cells that are classified according to the wavelength-power characteristic classification criteria, and the wavelength-power characteristics are within the same characteristic range, and correspond to these groups. The equivalent characteristic ranges are configured to be different for each group.
入射光のうちどの波長の光に対しては感度が良く（つまり発電電力が高く）てどの波長の光に対しては感度が悪い（つまり発電電力が低い）かといった、波長に対する感度は、太陽電池の種類（例えば材質、製造方法など）によって異なり、これにより発電特性も異なる。そのため、仮に、波長−電力特性の異なる複数の太陽電池を一括して最大電力点追従制御を行うと、上述した従来の問題（動作点のずれ及びそれによる発電出力の低下）が生じてしまう。 Sensitivity to wavelength, such as which wavelength of incident light is sensitive (that is, generated power is high) and sensitive to what wavelength light (that is, generated power is low) Depending on the type of battery (for example, material, manufacturing method, etc.), the power generation characteristics are also different. Therefore, if the maximum power point tracking control is performed collectively for a plurality of solar cells having different wavelength-power characteristics, the above-described conventional problem (shift of the operating point and a decrease in power generation output due thereto) occurs.
そこで、波長−電力特性の異なる太陽電池が複数用いられる場合には、その波長−電力特性が同等特性範囲内にある太陽電池同士でグループ化すれば、波長−電力特性の違いによる各太陽電池の動作点のずれ（最大電力点からのずれ）を抑制でき、各太陽電池から効率的に発電電力を得ることができて、全体として発電電力を有効に取り出すことができる。 Therefore, when a plurality of solar cells having different wavelength-power characteristics are used, if the solar cells whose wavelength-power characteristics are in the equivalent characteristic range are grouped together, The shift of the operating point (shift from the maximum power point) can be suppressed, the generated power can be efficiently obtained from each solar cell, and the generated power can be effectively taken out as a whole.
なお、同等特性範囲を具体的にどのような範囲に設定するか、また、異なる同等特性範囲をいくつ設定するか、などについては、使用する太陽電池の波長−電力特性に基づいて適宜決めることができる。 In addition, what kind of range the equivalent characteristic range is specifically set and how many different equivalent characteristic ranges are set can be appropriately determined based on the wavelength-power characteristics of the solar cell to be used. it can.
また、請求項３に記載の太陽光発電システムにおいては、同等特性分類基準として、少なくとも、太陽電池が設置される場所の地面に対するその太陽電池の受光面の角度である傾斜角が所定の同等傾斜角範囲内にあるか否かに基づいて分類可能な傾斜角分類基準を有している。そして、複数のグループのうち少なくとも２つは、それぞれ、傾斜角分類基準により分類された、傾斜角が同等傾斜角範囲内にある太陽電池によって構成されていると共に、これら各グループに対応した同等傾斜角範囲はそれぞれグループ毎に異なるように構成されている。 Further, in the photovoltaic power generation system according to claim 3, as an equivalent characteristic classification standard, at least an inclination angle which is an angle of a light receiving surface of the solar cell with respect to a ground where the solar cell is installed is a predetermined equivalent inclination. An inclination angle classification criterion that can be classified based on whether the angle is within the angular range is included. In addition, at least two of the plurality of groups are configured by solar cells that are classified according to the inclination angle classification standard and whose inclination angles are within the equivalent inclination angle range, and equivalent inclinations corresponding to these groups. The angular range is configured to be different for each group.
太陽電池の傾斜角によって、発電特性も異なる。そのため、仮に、傾斜角の異なる複数の太陽電池を一括して最大電力点追従制御を行うと、上述した従来の問題が生じてしまう。 The power generation characteristics vary depending on the inclination angle of the solar cell. Therefore, if the maximum power point tracking control is performed collectively for a plurality of solar cells having different inclination angles, the above-described conventional problem occurs.
そこで、傾斜角の異なる太陽電池が複数用いられる場合には、その傾斜角が同等傾斜角範囲内にある太陽電池同士でグループ化すれば、傾斜角の違いによる各太陽電池の動作点のずれ（最大電力点からのずれ）を抑制でき、各太陽電池から効率的に発電電力を得ることができて、全体として発電電力を有効に取り出すことができる。 Therefore, when a plurality of solar cells having different inclination angles are used, if the inclination angles are grouped with solar cells within the same inclination angle range, the deviation of the operating point of each solar cell due to the difference in inclination angle ( Deviation from the maximum power point) can be suppressed, and the generated power can be efficiently obtained from each solar cell, and the generated power can be effectively taken out as a whole.
なお、同等傾斜角範囲を具体的にどのような範囲に設定するか、また、異なる同等傾斜角範囲をいくつ設定するか、などについては、使用する太陽電池がそれぞれどのような傾斜角で設置されているかに基づいて適宜決めることができる。 Note that the specific inclination angle range should be set to what range, and how many different equivalent inclination angle ranges should be set. It can be determined as appropriate based on whether or not
また、請求項４に記載の太陽光発電システムにおいては、同等特性分類基準として、少なくとも、太陽電池の受光面の法線方向が示す方位角が所定の同等方位角範囲内にあるか否かに基づいて分類可能な方位角分類基準を有している。そして、複数のグループのうち少なくとも２つは、それぞれ、方位角分類基準により分類された、方位角が同等方位角範囲内にある太陽電池によって構成されていると共に、これら各グループに対応した同等方位角範囲はそれぞれグループ毎に異なるように構成されている。 Further, in the photovoltaic power generation system according to claim 4, as an equivalent characteristic classification standard, at least whether the azimuth indicated by the normal direction of the light receiving surface of the solar cell is within a predetermined equivalent azimuth range. It has azimuth classification criteria that can be classified based on it. In addition, at least two of the plurality of groups are configured by solar cells whose azimuth is within the equivalent azimuth range, each classified according to the azimuth classification criteria, and equivalent azimuths corresponding to these groups. The angular range is configured to be different for each group.
太陽電池の方位角によっても、発電特性は異なる。そのため、仮に、方位角の異なる複数の太陽電池を一括して最大電力点追従制御を行うと、上述した従来の問題が生じてしまう。 The power generation characteristics vary depending on the azimuth angle of the solar cell. Therefore, if the maximum power point tracking control is performed collectively for a plurality of solar cells having different azimuth angles, the above-described conventional problem occurs.
そこで、方位角の異なる太陽電池が複数用いられる場合には、その方位角が同等方位角範囲内にある太陽電池同士でグループ化すれば、方位角の違いによる各太陽電池の動作点のずれ（最大電力点からのずれ）を抑制でき、各太陽電池から効率的に発電電力を得ることができて、全体として発電電力を有効に取り出すことができる。 Therefore, when a plurality of solar cells having different azimuth angles are used, if the azimuth angles are grouped with solar cells within the same azimuth angle range, the operating point shift of each solar cell due to the difference in azimuth angle ( Deviation from the maximum power point) can be suppressed, and the generated power can be efficiently obtained from each solar cell, and the generated power can be effectively taken out as a whole.
なお、同等方位角範囲を具体的にどのような範囲に設定するか、また、異なる同等方位角範囲をいくつ設定するか、などについては、使用する太陽電池がそれぞれどのような方位角で設置されているかに基づいて適宜決めることができる。 Regarding the specific range of equivalent azimuth ranges and the number of different equivalent azimuth ranges, etc., the azimuth angle of each solar cell used is set. It can be determined as appropriate based on whether or not
また、請求項５に記載の太陽光発電システムにおいては、同等特性分類基準として、少なくとも、太陽電池の発電電力を電力変換装置に入力するためにその太陽電池と電力変換装置の間に配線された電線の配線距離が所定の同等配線距離範囲内にあるか否かに基づいて分類可能な配線距離分類基準を有している。そして、複数のグループのうち少なくとも２つは、それぞれ、配線距離分類基準により分類された、配線距離が同等配線距離範囲内にある太陽電池によって構成されていると共に、これら各グループに対応した同等配線距離範囲はそれぞれグループ毎に異なるように構成されている。 Further, in the photovoltaic power generation system according to claim 5, as an equivalent characteristic classification standard, at least the generated power of the solar cell is wired between the solar cell and the power conversion device so as to be input to the power conversion device. There is a wiring distance classification standard that can be classified based on whether or not the wiring distance of the electric wires is within a predetermined equivalent wiring distance range. At least two of the plurality of groups are configured by solar cells that are classified according to the wiring distance classification standard and whose wiring distance is within the equivalent wiring distance range, and equivalent wiring corresponding to each of these groups. The distance ranges are different for each group.
太陽電池から電力変換装置までの配線距離が異なると、配線による損失（電力損失、電圧降下等）の相違によって発電特性は異なる。そのため、仮に、配線距離の異なる複数の太陽電池を一括して最大電力点追従制御を行うと、上述した従来の問題が生じてしまう。 When the wiring distance from the solar cell to the power conversion device is different, the power generation characteristics are different depending on the loss (power loss, voltage drop, etc.) due to the wiring. Therefore, if the maximum power point tracking control is performed collectively on a plurality of solar cells having different wiring distances, the above-described conventional problem occurs.
そこで、配線距離の異なる太陽電池が複数用いられる場合には、その配線距離が同等配線距離範囲内にある太陽電池同士でグループ化すれば、配線距離の違いによる各太陽電池の動作点のずれ（最大電力点からのずれ）を抑制でき、各太陽電池から効率的に発電電力を得ることができて、全体として発電電力を有効に取り出すことができる。 Therefore, when a plurality of solar cells having different wiring distances are used, if the solar cells having the wiring distances within the equivalent wiring distance range are grouped with each other, the deviation of the operating point of each solar cell due to the difference in wiring distance ( Deviation from the maximum power point) can be suppressed, and the generated power can be efficiently obtained from each solar cell, and the generated power can be effectively taken out as a whole.
なお、同等配線距離範囲を具体的にどのような範囲に設定するか、また、異なる同等配線距離範囲をいくつ設定するか、などについては、使用する太陽電池の各々の配線距離に基づいて適宜決めることができる。 It should be noted that the specific range of equivalent wiring distances to be set and the number of different equivalent wiring distance ranges to be set are appropriately determined based on the respective wiring distances of the solar cells to be used. be able to.
また、１つの太陽光発電システムにおいて、上述した各同等特性分類基準（波長−電力特性分類基準、傾斜角分類基準、方位角分類基準、及び配線距離分類基準）のうちどの分類基準を用いて幾つのグループに分けるかについては適宜決めることができる。例えば、何れか１つの分類基準のみに基づいて全ての太陽電池をグループ分けしてもよいし、何れか２つ（或いは３つ又は４つ全て）の分類基準に基づいて、システムを構成する各太陽電池を適宜グループ分けするようにしてもよい。更には上記各分類基準以外の他の分類基準も含めて多種多様のグループが混在するようにしてもよい。 Further, in one photovoltaic power generation system, how many of the above-mentioned equivalent characteristic classification standards (wavelength-power characteristic classification standard, inclination angle classification standard, azimuth angle classification standard, and wiring distance classification standard) are used. Whether to divide into groups can be determined as appropriate. For example, all the solar cells may be grouped based on only one classification criterion, or each of the systems constituting the system based on any two (or all three or all four) classification criteria. The solar cells may be appropriately grouped. Furthermore, a wide variety of groups may be mixed including other classification standards other than the above-mentioned classification standards.
グループ分けの基準やグループの数にかかわらず、同一グループ内の太陽電池であれば同等の発電特性を有しているため、グループ毎に最大電力点追従制御を行うようにすることで、各太陽電池から効率的に発電電力を得ることができ、システム全体として発電電力を有効に取り出すことができる。 Regardless of the grouping criteria and the number of groups, solar cells in the same group have the same power generation characteristics, so by performing maximum power point tracking control for each group, The generated power can be efficiently obtained from the battery, and the generated power can be effectively taken out as the entire system.
次に、請求項６に記載の太陽光発電システムは、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の太陽光発電システムであって、電力変換装置は、グループ毎に設けられた直流電圧変換手段を備えている。この直流電圧変換手段は、対応するグループを構成する各太陽電池からの発電電力が合成されて入力されると共に、その入力された直流電圧を異なる値の直流電圧に変換する。また、各最大電力点追従制御手段は、それぞれ、同じグループに対応した各直流電圧変換手段に備えられている。そして、直交変換手段は、各直流電圧変換手段により直流電圧が変換されて出力された直流電力を交流電力に変換する。 Next, the photovoltaic power generation system according to claim 6 is the photovoltaic power generation system according to any one of claims 1 to 5, wherein the power conversion device is a direct current provided for each group. Voltage conversion means is provided. This DC voltage conversion means combines and inputs the generated power from the solar cells constituting the corresponding group, and converts the input DC voltage into a DC voltage of a different value. Each maximum power point tracking control means is provided in each DC voltage conversion means corresponding to the same group. Then, the orthogonal transform means converts the DC power that is output by converting the DC voltage by each DC voltage conversion means into AC power.
電力変換装置の構成も種々考えられ、例えば各グループからの直流の発電電力をそのまま直交変換手段で交流電圧に変換するようにしてもよいが、そのようにすると、入力電圧が変動した場合に、その変動幅や直交変換手段の性能（入力電圧の定格等）によっては、直交変換手段で効率良く交流電力に変換できなくなるおそれがある。 Various configurations of the power conversion device are also conceivable, for example, direct current generated power from each group may be converted as it is into an AC voltage by an orthogonal conversion unit, but in that case, when the input voltage fluctuates, Depending on the fluctuation range and the performance of the orthogonal transform means (input voltage rating, etc.), there is a risk that the orthogonal transform means cannot efficiently convert to AC power.
そこで、各グループからの直流電力を、グループ毎に、一旦直流電圧変換手段によって所定の電圧値に変換する。この場合、例えば、直交変換手段における適切な入力電圧に変換するのが望ましい。そして、直流電圧変換手段により電圧変換された後の直流電力を直交変換手段にて交流電力に変換するようにすれば、直交変換手段への入力電圧を適切な値にできると共にその変動も抑えることができるため、直交変換手段は効率良く交流電力への変換を行うことができる。 Therefore, the DC power from each group is once converted into a predetermined voltage value by the DC voltage conversion means for each group. In this case, for example, it is desirable to convert to an appropriate input voltage in the orthogonal transform means. If the DC power after voltage conversion by the DC voltage conversion means is converted to AC power by the orthogonal conversion means, the input voltage to the orthogonal conversion means can be set to an appropriate value and its fluctuation can be suppressed. Therefore, the orthogonal transform means can efficiently convert to AC power.
また、上述した本発明の太陽光発電システムは、更に、請求項７に記載のように、直交変換手段からの交流電力が、そのままの電圧で、または所定の交流電圧に変圧されて、交流系統に連系されるよう構成してもよい。このようにすれば、発電効率の高い系統連系太陽光発電システムを構築することができる。 Further, in the above-described photovoltaic power generation system of the present invention, as described in claim 7, the AC power from the orthogonal transformation means is transformed as it is or into a predetermined AC voltage, and the AC system You may comprise so that it may be linked to. In this way, a grid-connected solar power generation system with high power generation efficiency can be constructed.
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１に、第１実施形態の太陽光発電システム８の概略構成を表す。本実施形態の太陽光発電システム８は、３つの太陽電池ユニット１ａ，１ｂ，１ｃを有すると共に各々が並列接続されることにより各々の出力電力が合成（加算）されて出力されるよう構成された第１グループ１と、３つの太陽電池ユニット２ａ，２ｂ，２ｃを有すると共に各々が並列接続されることにより各々の出力電力が合成（加算）されて出力されるよう構成された第２グループ２と、３つの太陽電池ユニット３ａ，３ｂ，３ｃを有すると共に各々が並列接続されることにより各々の出力電力が合成（加算）されて出力されるよう構成された第３グループ３と、これら各グループ１，２，３からの発電出力（直流の発電電力）を交流電力に変換するパワーコンディショナ４と、このパワーコンディショナ４からの出力電圧（交流電圧）を交流系統６と同じ交流電圧に変圧して交流系統６に連系するための系統連系用変圧器５と、を備えている。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
In FIG. 1, schematic structure of the solar power generation system 8 of 1st Embodiment is represented. The photovoltaic power generation system 8 of the present embodiment has three solar cell units 1a, 1b, and 1c, and is configured such that each output power is combined (added) and output by being connected in parallel. The first group 1 and the second group 2 having three solar cell units 2a, 2b, 2c and each output power being combined (added) and output by being connected in parallel. A third group 3 having three solar cell units 3a, 3b, and 3c, and each output power being combined (added) and output by being connected in parallel, and each of these groups 1 , 2 and 3, a power conditioner 4 for converting the generated power output (DC generated power) into AC power, and the output voltage (AC voltage) from the power conditioner 4 A system interconnection transformer 5 for interconnection to AC system 6 and the transformer to the same AC voltage and the AC system 6, and a.
各グループ１，２，３の各太陽電池ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，２ａ，２ｂ，２ｃ，３ａ，３ｂ，３ｃは、太陽電池セルが複数直列接続されてなる太陽電池モジュール、太陽電池モジュールが複数直列接続されてなる太陽電池ストリング、又は、太陽電池モジュール若しくは太陽電池ストリングが複数並列接続されてなる太陽電池アレイである。 Each of the solar cell units 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, and 3c of each group 1, 2, 3 includes a plurality of solar cell modules in which a plurality of solar cells are connected in series, and a plurality of solar cell modules. It is a solar cell string formed by connecting a plurality of solar cell strings or solar cell strings connected in series.
そして、これら各太陽電池ユニット１ａ，１ｂ・・・が、予め定められた分類基準によって、第１〜第３グループの３つのグループにグループ化（分類）されている。本実施形態の分類基準は、各太陽電池ユニット１ａ，１ｂ・・・の傾斜角である。 These solar cell units 1a, 1b,... Are grouped (classified) into three groups of first to third groups according to predetermined classification criteria. The classification standard of this embodiment is the inclination angle of each solar cell unit 1a, 1b.
各太陽電池ユニット１ａ，１ｂ・・・は、いずれも、図示しない架台を用いて、受光面と地面とのなす角である傾斜角が所定の角度となるように地上に配置されている。但し、全ての太陽電池ユニットが同じ傾斜角で配置されているのではなく、傾斜角Ｄａで配置されているもの（太陽電池ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ）もあれば、これとは異なる傾斜角Ｄｂで配置されているもの（太陽電池ユニット２ａ，２ｂ，２ｃ）、更に異なる傾斜角Ｄｃで配置されているもの（太陽電池ユニット３ａ，３ｂ，３ｃ）もある。 Each of the solar cell units 1a, 1b,... Is arranged on the ground by using a gantry (not shown) so that an inclination angle formed by the light receiving surface and the ground is a predetermined angle. However, not all the solar cell units are arranged at the same inclination angle, but if there are those arranged at the inclination angle Da (solar cell units 1a, 1b, 1c), the inclination angle Db is different from this. (Solar cell units 2a, 2b, 2c) and those arranged at different inclination angles Dc (solar cell units 3a, 3b, 3c).
傾斜角が異なると、太陽電池ユニットの受光面に入射する太陽光の入射角度が異なるため、太陽電池ユニットの発電出力も異なる。つまり、傾斜角以外の他の特性等が同等であっても傾斜角が異なれば発電出力も異なり、逆に、傾斜角が同じならば、他の特性等も同等である限り、発電出力も同等となる。 When the inclination angle is different, the incident angle of sunlight incident on the light receiving surface of the solar cell unit is different, so that the power generation output of the solar cell unit is also different. In other words, even if the other characteristics other than the tilt angle are the same, the power generation output is different if the tilt angle is different. Conversely, if the tilt angle is the same, the power generation output is the same as long as other characteristics are the same. It becomes.
そこで本実施形態では、傾斜角が同等の太陽電池ユニット同士をまとめてグループ化し、同一グループ内の各太陽電池ユニットを並列接続して出力電力を合成し、パワーコンディショナ４へ出力するようにしている。即ち、傾斜角がＤａのもの、傾斜角がＤｂのもの、及び傾斜角がＤｃのもの、という分類基準（本発明の傾斜角分類基準に相当）に従って分類・グループ分けしており、具体的には、図１に示すように、傾斜角がＤａである３つの太陽電池ユニット１ａ，１ｂ，１ｃを第１グループ１とし、傾斜角がＤｂである３つの太陽電池ユニット２ａ，２ｂ，２ｃを第２グループ２とし、傾斜角がＤｃである３つの太陽電池ユニット３ａ，３ｂ，３ｃを第３グループ３としている。 Therefore, in the present embodiment, solar cell units having the same inclination angle are grouped together, and the solar cell units in the same group are connected in parallel to synthesize output power and output to the power conditioner 4. Yes. That is, they are classified and grouped according to the classification criteria (corresponding to the inclination angle classification criteria of the present invention) of the inclination angle Da, the inclination angle Db, and the inclination angle Dc. As shown in FIG. 1, three solar cell units 1a, 1b, 1c with an inclination angle Da are grouped as a first group 1, and three solar cell units 2a, 2b, 2c with an inclination angle Db are The second group 2 and the three solar cell units 3a, 3b, 3c having the inclination angle Dc are the third group 3.
尚、本実施形態の各太陽電池ユニット１ａ，１ｂ・・・は、傾斜角以外の他の特性等（例えば材質、製造工程、後述する方位角や配線距離など）についてはいずれも同等である。つまり、傾斜角が同じであれば発電出力も同等である。 Each of the solar cell units 1a, 1b,... Of the present embodiment has the same characteristics other than the inclination angle (for example, material, manufacturing process, azimuth angle and wiring distance described later). That is, if the inclination angle is the same, the power generation output is also equivalent.
また、３つの分類基準である傾斜角Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃは、必ずしもこれら角度に完全に一致している必要は必ずしもなく、ある程度の誤差は許容する。例えば傾斜角Ｄａの第１グループ１については、必ずしも傾斜角Ｄａに完全に一致しているもののみが第１グループに分類されるというわけではなく、例えばＤａ±１０度の範囲（本発明の同等傾斜角範囲に相当）内に入っていれば第１グループに分類される。他の第２グループ２，第３グループ３についても同様である。 In addition, the inclination angles Da, Db, and Dc, which are the three classification criteria, do not necessarily coincide with these angles, and a certain amount of error is allowed. For example, for the first group 1 of the inclination angle Da, only those that completely match the inclination angle Da are not necessarily classified into the first group. For example, a range of Da ± 10 degrees (equivalent to the present invention) If it falls within the range of the tilt angle), it is classified into the first group. The same applies to the other second group 2 and third group 3.
図３（ａ）に、各グループ１，２，３の、１日の時間経過に対する発電出力の特性を示す。１日の日射量は、図３（ａ）に示すように、朝から増加し始めて昼に最大となり、その後夕方に向けて減少していくが、この日射量の変化に応じて各太陽電池ユニット１ａ，１ｂ・・・からの発電出力も同じ傾向で変化する。しかし、いずれも同じ発電出力となるのではなく、傾斜角によって発電出力は異なる。 FIG. 3 (a) shows the characteristics of the power generation output of each group 1, 2, 3 with respect to the time of one day. As shown in FIG. 3A, the daily solar radiation amount starts to increase in the morning, reaches the maximum in the daytime, and then decreases toward the evening. Each solar cell unit is changed according to the change in the solar radiation amount. The power generation output from 1a, 1b... Changes with the same tendency. However, they do not have the same power generation output, and the power generation output varies depending on the inclination angle.
即ち、傾斜角Ｄａの太陽電池ユニット１ａ，１ｂ，１ｃを有する第１グループ１からの発電出力は、１日を通して、他の第２，第３グループよりも大きい。逆に、傾斜角Ｄｃの太陽電池ユニット３ａ，３ｂ，３ｃを有する第３グループ３からの発電出力は、１日を通して、他の第１，第２グループよりも小さい。傾斜角Ｄｂの太陽電池ユニット２ａ，２ｂ，２ｃを有する第２グループ２からの発電出力は、他の第１，第３グループの中間である。 That is, the power generation output from the first group 1 having the solar cell units 1a, 1b, and 1c having the inclination angle Da is larger than the other second and third groups throughout the day. Conversely, the power generation output from the third group 3 having the solar cell units 3a, 3b, 3c with the inclination angle Dc is smaller than the other first and second groups throughout the day. The power generation output from the second group 2 having the solar cell units 2a, 2b, 2c having the inclination angle Db is intermediate between the other first and third groups.
そのため、各グループ１，２，３の発電特性（電圧−発電出力特性）についても、図３（ｂ）に示すようにグループ毎に異なっており、第１グループ１は電圧Ｖ１ｍのときに発電出力が最大値Ｐ１ｍとなるような特性（最大電力点Ａ）を有し、第２グループ２は電圧Ｖ１ｍより低い電圧Ｖ２ｍのときに発電出力が最大値Ｐ２ｍ（＜Ｐ１ｍ）となるような特性（最大電力点Ｂ）を有し、第３グループは電圧Ｖ２ｍより低い電圧Ｖ３ｍのときに発電出力が最大値Ｐ３ｍ（＜Ｐ２ｍ）となるような特性（最大電力点Ｃ）を有する。 Therefore, the power generation characteristics (voltage-power generation output characteristics) of the groups 1, 2, and 3 are also different for each group as shown in FIG. 3B, and the first group 1 generates power when the voltage is V1m. Is the maximum value P1m (maximum power point A), and the second group 2 has a characteristic (maximum power generation output P2m (<P1m) when the voltage V2m is lower than the voltage V1m). The third group has a characteristic (maximum power point C) such that the power generation output becomes the maximum value P3m (<P2m) when the voltage V3m is lower than the voltage V2m.
このように、傾斜角が同等のもの同士でグループ化することで、後述するように、パワーコンディショナ４にて各太陽電池ユニット１ａ，１ｂ・・・から発電電力を効率良く取り出すことができる。 In this way, by grouping those having the same inclination angle, the power conditioner 4 can efficiently extract the generated power from each of the solar cell units 1a, 1b,.
パワーコンディショナ４は、第１グループ１からの直流の発電出力（各太陽電池ユニット１ａ，１ｂ，１ｃの合成電力）が入力されてその直流の入力電圧をそれよりも高い所定の直流電圧に昇圧して出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａと、第２グループ２からの直流の発電出力（各太陽電池ユニット２ａ，２ｂ，２ｃの合成電力）が入力されてその直流の入力電圧をそれよりも高い所定の直流電圧に昇圧して出力する第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂと、第３グループ３からの直流の発電出力（各太陽電池ユニット３ａ，３ｂ，３ｃの合成電力）が入力されてその直流の入力電圧をそれよりも高い所定の直流電圧に昇圧して出力する第３ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｃと、を備えている。尚、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａ，４ｂ，４ｃの出力電圧は何れも同じである。 The power conditioner 4 receives the DC power generation output from the first group 1 (the combined power of the solar cell units 1a, 1b, and 1c) and boosts the DC input voltage to a predetermined DC voltage higher than that. The first DC / DC converter 4a to be output and the DC power generation output from the second group 2 (the combined power of the solar cell units 2a, 2b, 2c) are input, and the DC input voltage is higher than that. The second DC / DC converter 4b that boosts and outputs the voltage to a predetermined DC voltage and the DC power generation output (the combined power of the solar cell units 3a, 3b, and 3c) from the third group 3 are input and the DC input A third DC / DC converter 4c that boosts the voltage to a predetermined DC voltage higher than that and outputs it. The output voltages of the DC / DC converters 4a, 4b, and 4c are all the same.
更に、パワーコンディショナ４は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａ，４ｂ，４ｃから出力された直流電圧が一括して入力されると共にその直流電圧を所定電圧値の交流電圧に変換するインバータ７を備えている。 Further, the power conditioner 4 includes an inverter 7 that receives the DC voltage output from each of the DC / DC converters 4a, 4b, and 4c in a lump and converts the DC voltage into an AC voltage having a predetermined voltage value. Yes.
また、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａ，４ｂ，４ｃがそれぞれ、後述するように最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）機能を備えており、対応する各グループからの発電電力が最大値となるように制御する。 Each DC / DC converter 4a, 4b, 4c has a maximum power point tracking control (MPPT control) function as will be described later, and control is performed so that the generated power from each corresponding group becomes the maximum value. To do.
なお、図１に示した構成は、説明の簡素化のために太陽光発電システムの構成のうち主要な構成のみを抜粋したものであり、実際の太陽光発電システムでは、図１に示した構成の他、各太陽電池ユニット１ａ，１ｂ・・・からの発電出力をグループ毎に並列接続（合成）する接続箱が設けられるなど、仕様に応じた種々の装置等が用いられる。 The configuration shown in FIG. 1 is an extract of only the main configuration of the configuration of the photovoltaic power generation system for the sake of simplification. In an actual photovoltaic power generation system, the configuration shown in FIG. In addition, various devices and the like according to specifications are used, such as a connection box for parallelly connecting (combining) the power generation outputs from the solar cell units 1a, 1b,.
また、パワーコンディショナ４の機能についても、上述した電力変換機能やＭＰＰＴ制御機能はあくまでも主な機能の１つであって、実際には、例えば系統連系保護機能や出力電圧安定化機能など、仕様に応じた種々の機能を有している。 As for the function of the power conditioner 4, the power conversion function and the MPPT control function described above are only one of the main functions. In practice, for example, the grid connection protection function, the output voltage stabilization function, etc. It has various functions according to specifications.
ここで、パワーコンディショナ４のより具体的な構成について、図２を用いて説明する。第１グループ１からの発電電力が入力される第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａは、一端が入力電圧の正極に接続されて他端が負極に接続されたコンデンサＣ１と、一端が入力電圧の正極に接続されたリアクトルＬｄ１と、一端がリアクトルＬｄ１の他端に接続されて他端が負極に接続されたスイッチＳＷ１と、このスイッチＳＷ１のオン・オフを制御する制御部１５と、アノードがリアクトルＬｄ１の他端に接続されたダイオードＤ１とを備えた、いわゆる非絶縁型昇圧チョッパとして構成されている。 Here, a more specific configuration of the power conditioner 4 will be described with reference to FIG. The first DC / DC converter 4a to which the generated power from the first group 1 is input has a capacitor C1 having one end connected to the positive electrode of the input voltage and the other end connected to the negative electrode, and one end connected to the positive electrode of the input voltage. Reactor Ld1, a switch SW1 having one end connected to the other end of the reactor Ld1 and the other end connected to the negative electrode, a control unit 15 for controlling on / off of the switch SW1, and an anode other than the reactor Ld1 This is configured as a so-called non-insulated boost chopper having a diode D1 connected to the end.
制御部１５は、当該第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａからの出力電圧・電流をフィードバックしつつその出力電圧が所定の直流電圧となるようにスイッチＳＷ１を制御する機能に加え、入力電力（即ち第１グループ１の発電出力）が最大値となるようにＭＰＰＴ制御を行う機能を備えている。 The control unit 15 feeds back the output voltage / current from the first DC / DC converter 4a and controls the switch SW1 so that the output voltage becomes a predetermined DC voltage, in addition to the input power (that is, the first group). 1 has a function of performing MPPT control so that the power generation output (1) becomes the maximum value.
ＭＰＰＴ制御の具体的内容は既によく知られているため、ここでは詳細説明を省略するが、その一例を簡単に説明する。即ち、制御部１５は、スイッチＳＷ１等を制御するなど所定の動作を行うことによって第１グループ１から出力される直流電圧を微小変化させながら、第１グループ１の発電電力（又は第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａからの出力電力）を検出し、直流電圧を微小増加させたときに検出値（電力）が増加すればさらに直流電圧を微小増加させて同様に検出値の増減を判断する。逆に、直流電圧を微小増加させたときに検出値が減少した場合は、直流電圧を微小減少させてそのときの検出値の変化量を判断し、検出値が増加すれば更に直流電圧を微小減少させる。そして、検出値が減少に転じれば再び直流電圧を微小増加させていく。つまり、よく知られている、山登り法によって最適解を見つける方法と同様に行っている。 Since the specific contents of the MPPT control are already well known, detailed description thereof is omitted here, but an example thereof will be briefly described. That is, the control unit 15 performs a predetermined operation such as controlling the switch SW1 and the like to slightly change the direct current voltage output from the first group 1, while generating power (or first DC / DC) of the first group 1. If the detected value (power) increases when the DC voltage is slightly increased by detecting the output power from the converter 4a), the DC voltage is further increased slightly to determine the increase or decrease of the detected value. Conversely, if the detected value decreases when the DC voltage is slightly increased, the DC voltage is decreased slightly to determine the amount of change in the detected value, and if the detected value increases, the DC voltage is further decreased. Decrease. When the detected value starts to decrease, the direct current voltage is slightly increased again. In other words, it is performed in the same way as the well-known method of finding the optimal solution by hill climbing.
第２グループ２に対して設けられた第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂ、及び第３グループ３に対して設けられた第３ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｃについても、いずれも上述した第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａと同じ構成である。即ち、いずれも絶縁型昇圧チョッパとして構成され、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａと同じ値の直流電圧を出力する。また、いずれも、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａの制御部１５と同じ機能を持つ制御部（制御部２５，制御部３５）を備え、上述したようにスイッチ制御及びＭＰＰＴ制御などを行っている。そして、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａ，４ｂ，４ｃが並列接続されることによりその出力電力が合成されて、インバータ７に入力される。 The second DC / DC converter 4b provided for the second group 2 and the third DC / DC converter 4c provided for the third group 3 both have the same configuration as the first DC / DC converter 4a described above. It is. That is, both are configured as an insulation type step-up chopper and output a DC voltage having the same value as that of the first DC / DC converter 4a. Each includes a control unit (control unit 25, control unit 35) having the same function as the control unit 15 of the first DC / DC converter 4a, and performs switch control and MPPT control as described above. Then, the DC / DC converters 4 a, 4 b and 4 c are connected in parallel, so that the output power is synthesized and input to the inverter 7.
尚、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａ，４ｂ，４ｃからの出力電圧は、インバータ７において交流電力への変換を最適な効率で行うことが可能な値、即ちインバータ７の最適入力電圧値（定格入力電圧値）に設定されている。 The output voltage from each of the DC / DC converters 4a, 4b, 4c is a value at which the inverter 7 can perform conversion to AC power with optimum efficiency, that is, the optimum input voltage value (rated input voltage) of the inverter 7. Value).
インバータ７は、入力電圧の正極と負極の間に直列接続された２つのコンデンサＣ４，Ｃ５からなる入力平滑回路と、２つのハイサイドスイッチＳＷｐ１，ＳＷｐ２及び２つのローサイドスイッチＳＷｎ１，ＳＷｎ２からなる、いわゆる２アーム構成のブリッジ回路と、各アームの出力側に設けられて各アームの出力に含まれる各スイッチＳＷｐ１，ＳＷｐ２，ＳＷｎ１，ＳＷｎ２のスイッチングリプルを除去するための出力ＬＣフィルタとを備えた、いわゆるＶ結線方式の２アーム型インバータとして構成されている。 The inverter 7 is a so-called input smoothing circuit including two capacitors C4 and C5 connected in series between a positive electrode and a negative electrode of an input voltage, two high-side switches SWp1 and SWp2, and two low-side switches SWn1 and SWn2. A so-called two-arm bridge circuit and an output LC filter provided on the output side of each arm and for removing a switching ripple of each switch SWp1, SWp2, SWn1, SWn2 included in the output of each arm It is configured as a V-connection type two-arm inverter.
なお、出力ＬＣフィルタは、一方のアームにおける各スイッチＳＷｐ１及びＳＷｐ２の接続点と出力点との間に設けられたリアクトルＬｗ及びこのリアクトルＬｗの出力点側とグランド電位との間に接続されたコンデンサＣｗからなるものと、他方のアームにおける各スイッチＳＷｎ１及びＳＷｎ２の接続点と出力点との間に設けられたリアクトルＬｕ及びこのリアクトルＬｕの出力点側とグランド電位との間に接続されたコンデンサＣｕからなるものと、の２つからなる。また、入力側において入力電圧の正極と負極の間に直列接続された２つのコンデンサＣ４，Ｃ５の接続点は、グランド電位に接続されている。 The output LC filter includes a reactor Lw provided between a connection point of each switch SWp1 and SWp2 and an output point in one arm, and a capacitor connected between the output point side of the reactor Lw and the ground potential. A reactor Lu provided between the connection point of the switches SWn1 and SWn2 and the output point in the other arm, and a capacitor Cu connected between the output point side of the reactor Lu and the ground potential It consists of two things. Further, the connection point of two capacitors C4 and C5 connected in series between the positive electrode and the negative electrode of the input voltage on the input side is connected to the ground potential.
このような構成により、インバータ７からは、三相の交流電圧（Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗ）が出力される。そして、この三相交流出力が、系統連系用変圧器５にて変圧されて交流系統６に連系されることとなる。 With such a configuration, the inverter 7 outputs a three-phase AC voltage (Eu, Ev, Ew). The three-phase AC output is transformed by the grid interconnection transformer 5 and linked to the AC grid 6.
このように構成された本実施形態の太陽光発電システム８では、傾斜角が同等であることにより同等の発電特性を有する太陽電池ユニットを集めてグループ化している。つまり、同じグループ内の太陽電池ユニットは、いずれも発電特性が同等であって最大電力点もあまり変わらず、グループ全体のトータルの最大電力点ともあまり変わらない。 In the solar power generation system 8 of the present embodiment configured as described above, solar cell units having the same power generation characteristics are collected and grouped due to the equal inclination angles. That is, all the solar cell units in the same group have the same power generation characteristics, the maximum power point does not change much, and the total maximum power point of the entire group does not change much.
そして、グループ毎にＤＣ／ＤＣコンバータを設け、グループ毎にＭＰＰＴ制御を行っている。そのため、グループ毎に、発電出力がそのグループにおける最大電力点に追従するように制御されることになり、これは即ち、グループ毎に、グループを構成する個々の太陽電池ユニットが自身の最大電力点と同等の動作点にて動作することになる。そのため、グループ毎に発電出力を有効に取り出すことができる。 A DC / DC converter is provided for each group, and MPPT control is performed for each group. Therefore, for each group, the power generation output is controlled to follow the maximum power point in the group. That is, for each group, the individual solar cell units constituting the group have their own maximum power points. Will operate at the same operating point. Therefore, the power generation output can be effectively taken out for each group.
即ち、図３（ｂ）に示すように、第１グループ１のトータルの発電特性は、図示のように点Ａ（電圧Ｖ１ｍ、発電出力Ｐ１ｍ）が最大電力点であって、この最大電力点Ａは、第１グループ１の各太陽電池ユニット１ａ，１ｂ，１ｃの各最大電力点と同等である。そして、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａでは、第１グループ１の動作点が最大電力点ＡとなるようにＭＰＰＴ制御される。 That is, as shown in FIG. 3B, the total power generation characteristic of the first group 1 is that the point A (voltage V1m, power generation output P1m) is the maximum power point as shown in the figure, and this maximum power point A Is equivalent to the maximum power point of each solar cell unit 1a, 1b, 1c of the first group 1. In the first DC / DC converter 4a, MPPT control is performed so that the operating point of the first group 1 becomes the maximum power point A.
同様に、第２グループ２のトータルの発電特性は、図示のように点Ｂ（電圧Ｖ２ｍ、発電出力Ｐ２ｍ）が最大電力点であって、この最大電力点Ｂは、第２グループ２の各太陽電池ユニット２ａ，２ｂ，２ｃの各最大電力点と同等である。そして、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂでは、第２グループ２の動作点が最大電力点ＢとなるようにＭＰＰＴ制御される。 Similarly, the total power generation characteristics of the second group 2 are such that the point B (voltage V2m, power generation output P2m) is the maximum power point, as shown in the figure. It is equivalent to each maximum power point of the battery units 2a, 2b, 2c. Then, in the second DC / DC converter 4b, MPPT control is performed so that the operating point of the second group 2 becomes the maximum power point B.
また同様に、第３グループ３のトータルの発電特性は、図示のように点Ｃ（電圧Ｖ３ｍ、発電出力Ｐ３ｍ）が最大電力点であって、この最大電力点Ｃは、第３グループ３の各太陽電池ユニット３ａ，３ｂ，３ｃの各最大電力点と同等である。そして、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｃでは、第３グループ３の動作点が最大電力点ＣとなるようにＭＰＰＴ制御される。 Similarly, the total power generation characteristics of the third group 3 are such that the point C (voltage V3m, power generation output P3m) is the maximum power point as shown in the figure. It is equivalent to each maximum power point of the solar cell units 3a, 3b, 3c. In the third DC / DC converter 4c, MPPT control is performed so that the operating point of the third group 3 becomes the maximum power point C.
そのため、次式（１）に示すように、各グループ１，２，３の発電出力の合計（Ｐ１ｍ＋Ｐ２ｍ＋Ｐ３ｍ）は、図７に示した従来の太陽光発電システム１００のように各太陽電池ユニットを一括してＭＰＰＴ制御する場合の発電出力の合計Ｐｍ（＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３）（図７（ｂ）参照）よりも大きくなり、有効に発電出力を取り出すことができる。 Therefore, as shown in the following formula (1), the total power generation output (P1m + P2m + P3m) of each group 1, 2 and 3 is set for each solar cell unit as in the conventional solar power generation system 100 shown in FIG. Then, the power generation output becomes larger than the total Pm (= P1 + P2 + P3) (see FIG. 7B) when MPPT control is performed, and the power generation output can be taken out effectively.
Ｐ１ｍ＋Ｐ２ｍ＋Ｐ３ｍ ＞ Ｐｍ（＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３） ・・・（１）
ここまでは、複数の太陽電池ユニットをその傾斜角に基づいてグループ分けした場合について説明したが、傾斜角以外にも、種々の分類基準によって分類・グループ分けすることができる。P1m + P2m + P3m> Pm (= P1 + P2 + P3) (1)
Up to this point, the case where a plurality of solar cell units are grouped based on the inclination angle has been described, but other than the inclination angle, the solar cell units can be classified and grouped according to various classification criteria.
例えば、太陽電池ユニットにて受光される太陽光の波長に対する感度、即ち波長に対する発電電力の特性である波長−電力特性が同等であるか否かに基づく分類基準（本発明の波長−電力特性分類基準に相当）によってグループ分けすることができる。 For example, the sensitivity to the wavelength of sunlight received by the solar cell unit, that is, the classification standard based on whether or not the wavelength-power characteristic that is the characteristic of the generated power with respect to the wavelength is equivalent (the wavelength-power characteristic classification of the present invention) Can be grouped according to criteria).
よく知られているように、太陽光には、図４（ａ）に示すスペクトル（エネルギー分布）のように、様々な波長の光（電磁波）が含まれている。一方、太陽電池の種類も多種多様であり、材料や製造方法、製造工程、製造メーカなどによって波長に対する感度も様々である。そして、たとえ傾斜角等の設置条件が同じだとしても、波長に対する感度が異なれば、当然ながら発電特性も異なる。 As is well known, sunlight includes various wavelengths of light (electromagnetic waves) as in the spectrum (energy distribution) shown in FIG. On the other hand, there are various types of solar cells, and the sensitivity to wavelengths varies depending on materials, manufacturing methods, manufacturing processes, manufacturers, and the like. Even if the installation conditions such as the inclination angle are the same, if the sensitivity to the wavelength is different, the power generation characteristics are naturally different.
そこで、波長に対する感度の異なる太陽電池ユニットが複数用いられている場合には、その感度（波長−電力特性）が同等の太陽電池ユニット同士をまとめてグループ化し、グループ毎にＭＰＰＴ制御を行うようにするとよい。 Therefore, when a plurality of solar cell units having different sensitivities to wavelengths are used, the solar cell units having the same sensitivity (wavelength-power characteristics) are grouped together and MPPT control is performed for each group. Good.
図４（ａ）は、短波長領域の光に対して良好な発電特性を有するような感度（感度α）の太陽電池ユニットが複数集められた第１グループと、中波長領域の光に対して良好な発電特性を有するような感度（感度β）の太陽電池ユニットが複数集められた第２グループと、長波長領域の光に対して良好な発電特性を有するような感度（感度γ）の太陽電池ユニットが複数集められた第３グループと、の３つのグループにグループ分けした場合の、各グループの波長に対する発電出力の特性例を示している。 FIG. 4 (a) shows a first group in which a plurality of solar cell units having a sensitivity (sensitivity α) that has good power generation characteristics with respect to light in the short wavelength region, and light in the middle wavelength region. A second group in which a plurality of solar cell units having sensitivity (sensitivity β) having good power generation characteristics are collected, and the sun having sensitivity (sensitivity γ) having good power generation characteristics for light in a long wavelength region. The example of the characteristic of the electric power generation output with respect to the wavelength of each group at the time of dividing into 3 groups of the 3rd group with which the battery unit was collected in multiple groups is shown.
なお、各感度α、β、γは、必ずしもこれら感度に完全に一致している必要は必ずしもなく、ある程度のずれは許容する。例えば感度αの第１グループについては、必ずしも感度αに完全一致している太陽電池ユニットのみが第１グループに分類されるというわけではなく、多少のずれがあってもその発電特性（特に最大電力点）が同等であるような範囲（本発明の同等特性範囲に相当）内に入っていれば第１グループに分類される。他の第２グループ，第３グループについても同様である。 Note that the sensitivities α, β, and γ are not necessarily required to completely match these sensitivities, and a certain degree of deviation is allowed. For example, for the first group of sensitivity α, only the solar cell units that completely match the sensitivity α are not necessarily classified into the first group. Even if there is a slight deviation, the power generation characteristics (particularly the maximum power) If it falls within a range (corresponding to the equivalent characteristic range of the present invention) in which the (point) is equivalent, it is classified into the first group. The same applies to the other second group and third group.
また、波長に対する感度に基づく分類以外にも、例えば、太陽電池ユニットの受光面の法線方向が示す方位角が同等であるか否かに基づく分類基準（本発明の方位角分類基準に相当）によってグループ分けすることができる。 In addition to the classification based on the sensitivity to the wavelength, for example, a classification standard based on whether or not the azimuth angle indicated by the normal direction of the light receiving surface of the solar cell unit is equivalent (corresponding to the azimuth angle classification standard of the present invention). Can be grouped by.
言うまでもなく、太陽光の入射方角は時間帯によって異なり、日射量も、図４（ｂ）に示すように時間帯によって異なる。そのため、たとえ全く同じ太陽電池ユニットであって傾斜角や波長に対する感度等の条件も同じだとしても、方位角が異なればその発電特性も異なる。そこで、方位角の異なる複数の太陽電池ユニットが用いられている場合には、その方位角が同等の太陽電池ユニット同士をまとめてグループ化し、グループ毎にＭＰＰＴ制御を行うようにするとよい。 Needless to say, the incident direction of sunlight varies depending on the time zone, and the amount of solar radiation also varies depending on the time zone as shown in FIG. Therefore, even if the solar cell units are exactly the same and have the same conditions such as the inclination angle and sensitivity to the wavelength, the power generation characteristics are different if the azimuth is different. Therefore, when a plurality of solar cell units having different azimuth angles are used, it is preferable to group the solar cell units having the same azimuth angle together and perform MPPT control for each group.
図４（ｂ）は、方位角が東となるように配置された太陽電池ユニットが複数集められた第１グループと、方位角が南となるように配置された太陽電池ユニットが複数集められた第２グループと、方位角が西となるように配置された太陽電池ユニットが複数集められた第３グループと、の３つのグループにグループ分けした場合の、各グループの１日の時間経過に対する発電出力の特性例を示している。 FIG. 4B shows a first group in which a plurality of solar cell units arranged so that the azimuth angle is east, and a plurality of solar cell units arranged so that the azimuth angle is south. Power generation with respect to the time lapse of one day in each group when grouped into three groups: a second group and a third group in which a plurality of solar cell units arranged so that the azimuth angle is west are collected An example of output characteristics is shown.
図４（ｂ）から明らかなように、方位角が東の第１グループは朝から正午頃の時間帯を中心に大きな発電出力が得られ、方位角が南の第２グループは正午を中心とする所定の時間帯で大きな発電出力が得られ、方位角が西の第３グループでは正午頃から夕刻の時間帯にかけて大きな発電出力が得られる。また、方位角が東及び西の場合に比べて、南の方が、１日を通した全体の発電量は大きい。 As is clear from FIG. 4B, the first group with the azimuth angle east has a large power output centered around the time zone from morning to noon, and the second group with the azimuth angle south is centered on noon. A large power generation output is obtained in a predetermined time zone, and in the third group with the azimuth angle west, a large power generation output is obtained from about noon to the evening time zone. Moreover, compared with the case where an azimuth angle is east and west, the total amount of electric power generation through the day is larger in the south.
なお、これら３つの方位角（東、南、西）は、必ずしもこれら方位角に完全に一致している必要は必ずしもなく、ある程度の誤差は許容する。例えば方位角が南の第２グループについては、必ずしも真南に完全に一致しているもののみが第２グループに分類されるというわけではなく、例えば真南を中心とする±１０度の範囲（本発明の同等方位角範囲に相当）内に入っていれば第２グループに分類される。他の第１グループ，第３グループについても同様である。 Note that these three azimuth angles (east, south, west) are not necessarily required to be completely coincident with these azimuth angles, and a certain degree of error is allowed. For example, with respect to the second group with the south azimuth, only those that completely coincide with true south are not necessarily classified into the second group. For example, a range of ± 10 degrees centered on true south ( If it falls within the equivalent azimuth angle range of the present invention, it is classified into the second group. The same applies to the other first and third groups.
更に、方位角に基づく分類以外にも、例えば、太陽電池ユニットとパワーコンディショナとの間に配線された電線の配線距離が同等か否かに基づく分類基準（本発明の配線距離分類基準に相当）によってグループ分けすることができる。 Further, in addition to the classification based on the azimuth, for example, a classification standard based on whether or not the wiring distance of the wires wired between the solar cell unit and the power conditioner is equivalent (corresponding to the wiring distance classification standard of the present invention) ).
太陽電池ユニットからパワーコンディショナまでの配線距離が異なると、たとえ全く同じ太陽電池ユニットであって方位角や傾斜角等の条件も同じだとしても、配線による損失（電力損失、電圧降下等）の相違によって発電特性は異なる。そこで、太陽電池ユニットによって配線距離が異なっているような場合には、その配線距離が同等の太陽電池ユニット同士をまとめてグループ化し、グループ毎にＭＰＰＴ制御を行うようにするとよい。 If the wiring distance from the solar cell unit to the inverter is different, even if the solar cell unit is exactly the same and the conditions such as azimuth and inclination are the same, the loss due to wiring (power loss, voltage drop, etc.) The power generation characteristics differ depending on the difference. Therefore, when the wiring distance is different depending on the solar cell units, it is preferable that the solar cell units having the same wiring distance are grouped together and MPPT control is performed for each group.
図４（ｃ）は、配線距離が短い太陽電池ユニットが複数集められた第１グループと、配線距離が中程度の太陽電池ユニットが複数集められた第２グループと、配線距離が長い太陽電池ユニットが複数集められた第３グループと、の３つのグループにグループ分けした場合の、各グループの１日の時間経過に対する発電出力の特性例を示している。 FIG. 4C shows a first group in which a plurality of solar cell units having a short wiring distance are collected, a second group in which a plurality of solar cell units having a medium wiring distance are collected, and a solar cell unit having a long wiring distance. The example of the characteristic of the electric power generation output with respect to the time passage of one day of each group at the time of dividing into 3 groups of the 3rd group by which two or more were collected is shown.
図４（ｃ）から明らかなように、配線距離が短いほど、配線による損失が小さく、発電出力は大きい。逆に、配線距離が長くなるほど、配線による損失が大きくなって発電出力は小さくなる。 As is clear from FIG. 4C, the shorter the wiring distance, the smaller the loss due to wiring and the larger the power generation output. Conversely, as the wiring distance increases, the loss due to wiring increases and the power generation output decreases.
なお、これら３種類の配線距離（短、中、長）について、それぞれ具体的にどのような長さの範囲（本発明の同等配線距範囲に相当）に設定するかについては適宜決めることができる。 Note that each of these three types of wiring distances (short, medium and long) can be appropriately determined as to what specific length range (corresponding to the equivalent wiring distance range of the present invention) is set. .
そして、図４（ａ）〜図４（ｃ）に例示した何れのグループ分けにおいても、図１に示した太陽光発電システム８と同様に、グループ毎に個別にＤＣ／ＤＣコンバータを設けてグループ毎にＭＰＰＴ制御を行うことで、各太陽電池ユニットの動作点のずれ（最大電力点からのずれ）を抑制できる。 And in any grouping illustrated in Drawing 4 (a)-Drawing 4 (c), similarly to photovoltaic power generation system 8 shown in Drawing 1, it provided a DC / DC converter for every group, and was a group. By performing the MPPT control every time, the deviation of the operating point of each solar cell unit (deviation from the maximum power point) can be suppressed.
以上説明した第１実施形態の太陽光発電システム８によれば、同等の発電特性を有する太陽電池ユニット同士がグループ化されると共に、グループ毎に個別に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータにてグループ毎にＭＰＰＴ制御が行われる。そのため、システム全体としては複数の太陽電池ユニット間で発電特性にバラツキがあっても、発電特性の良い太陽電池ユニットが発電特性の悪いユニットの影響を受けて出力が抑えられてしまうのを抑制でき、各太陽電池ユニットから効率的に発電電力を得ることができる。そして、システム全体として発電電力を有効に取り出すことができる。 According to the solar power generation system 8 of the first embodiment described above, the solar cell units having equivalent power generation characteristics are grouped, and each group is provided by a DC / DC converter provided individually for each group. Then, MPPT control is performed. Therefore, even if the power generation characteristics vary among multiple solar cell units as a whole system, it is possible to suppress the output of solar cell units with good power generation characteristics from being affected by the units with poor power generation characteristics. The generated power can be efficiently obtained from each solar cell unit. And the generated electric power can be taken out effectively as the whole system.
また、グループ毎にＤＣ／ＤＣコンバータを設けてＭＰＰＴ制御を行っているため、例えば天候変動などの種々の要因によって部分的に太陽電池ユニットからの出力変動があっても、それによるシステム全体の出力への影響が最小限に食い止められ、出力の平滑化・平準化も実現される。 In addition, since the MPPT control is performed by providing a DC / DC converter for each group, even if there is a partial fluctuation in output from the solar cell unit due to various factors such as weather fluctuation, the output of the entire system due to it The output is smoothed and leveled.
また、パワーコンディショナからの出力電力の安定度や系統側の規模などによっては、出力電力平滑化のためにＮＡＳ電池（ナトリウム硫黄電池）などの蓄電装置をパワーコンディショナと系統の間に設けることもあるが、本実施形態の太陽光発電システム８では、そういった蓄電装置を設けなくても、上述のように出力の平滑化・平準化も可能である。そのため、従来は蓄電装置を設ける必要があった太陽光発電システムに対して本発明を適用すれば、蓄電装置を省いたり或いは小容量化したりすることも可能となる。 In addition, depending on the stability of the output power from the power conditioner or the scale on the grid side, a power storage device such as a NAS battery (sodium sulfur battery) may be provided between the power conditioner and the grid for smoothing the output power. However, in the photovoltaic power generation system 8 of the present embodiment, the output can be smoothed and leveled as described above without providing such a power storage device. Therefore, if the present invention is applied to a photovoltaic power generation system that conventionally requires a power storage device, the power storage device can be omitted or the capacity can be reduced.
尚、第１実施形態において、パワーコンディショナ４は本発明の電力変換装置に相当し、ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａ，４ｂ，４ｃはいずれも本発明の直流電圧変換手段に相当し、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａ，４ｂ，４ｃが備える各制御部１５，２５，３５はいずれも本発明の最大電力点追従制御手段に相当し、インバータ７は本発明の直交変換手段に相当する。 In the first embodiment, the power conditioner 4 corresponds to the power converter of the present invention, and the DC / DC converters 4a, 4b, 4c all correspond to the DC voltage converting means of the present invention, and each DC / DC Each of the control units 15, 25, and 35 included in the converters 4a, 4b, and 4c corresponds to the maximum power point tracking control unit of the present invention, and the inverter 7 corresponds to the orthogonal transform unit of the present invention.
［第２実施形態］
図５に、第２実施形態の太陽光発電システム９０の概略構成を表す。本実施形態の太陽光発電システム９０は、第１実施形態の太陽光発電システム８と同様、複数の太陽電池ユニットのうち、発電特性が同等である太陽電池ユニットを集めてグループ化すると共に、グループ毎に個別にＤＣ／ＤＣコンバータを設けてＭＰＰＴ制御を行うようにしている。[Second Embodiment]
In FIG. 5, schematic structure of the solar power generation system 90 of 2nd Embodiment is represented. Similar to the photovoltaic power generation system 8 of the first embodiment, the photovoltaic power generation system 90 of the present embodiment collects and groups solar cell units having the same power generation characteristics among a plurality of solar cell units, A DC / DC converter is individually provided for each to perform MPPT control.
より詳しくは、本実施形態では、発電特性が同等の複数の太陽電池ユニット１１，１２・・・を有する第１グループ１０と、発電特性が同等の複数の太陽電池ユニット２１，２２・・・を有する第２グループ２０と、発電特性が同等の複数の太陽電池ユニット３１，３２・・・を有する第３グループ３０と、発電特性が同等の複数の太陽電池ユニット４１，４２・・・を有する第４グループ４０と、発電特性が同等の複数の太陽電池ユニット５１，５２・・・を有する第５グループ５０と、発電特性が同等の複数の太陽電池ユニット６１，６２・・・を有する第６グループ６０と、発電特性が同等の複数の太陽電池ユニット７１，７２・・・を有する第７グループ７０と、発電特性が同等の複数の太陽電池ユニット８１，８２・・・を有する第８グループ８０とにグループ分けされている。 More specifically, in the present embodiment, the first group 10 having a plurality of solar cell units 11, 12... Having the same power generation characteristics and the plurality of solar cell units 21, 22. The second group 20 having, the third group 30 having a plurality of solar cell units 31, 32... Having the same power generation characteristics, and the third group 30 having a plurality of solar cell units 41, 42. A fourth group 40, a fifth group 50 having a plurality of solar cell units 51, 52... Having the same power generation characteristics, and a sixth group having a plurality of solar cell units 61, 62. .., A seventh group 70 having a plurality of solar cell units 71, 72... Having the same power generation characteristics, and a plurality of solar cell units 81, 82. They are grouped in the 8 group 80.
これらのグループ分けは、太陽電池ユニットの傾斜角や方位角、波長に対する感度、パワーコンディショナまでの配線長の違いに基づいて行われており、具体的には、次の表１に示す通りである。 These groupings are based on the inclination angle and azimuth angle of the solar cell unit, the sensitivity to the wavelength, and the difference in the wiring length to the power conditioner. Specifically, as shown in Table 1 below. is there.
そして、図５に示すように、各グループ１０〜８０毎に、個別にＤＣ／ＤＣコンバータが設けられている。そして、各ＤＣ／ＤＣコンバータにて個別にＭＰＰＴ制御を行うようにしている。 And as shown in FIG. 5, the DC / DC converter is provided individually for each group 10-80. Each DC / DC converter performs MPPT control individually.
本実施形態では、第１パワーコンディショナ９１と第２パワーコンディショナ９２の２台のパワーコンディショナを用いおり、このうち第１パワーコンディショナ９１には配線距離の長い第１〜第４グループからの発電電力が入力され、第２パワーコンディショナ９２には配線距離が短いか又は中程度である第５〜第８グループの発電電力が入力される。 In the present embodiment, two power conditioners, the first power conditioner 91 and the second power conditioner 92, are used, and among these, the first power conditioner 91 includes the first to fourth groups having a long wiring distance. The second power conditioner 92 receives the fifth to eighth group of generated power having a short or medium wiring distance.
そして、第１パワーコンディショナ９１は、第１グループ１０からの発電電力が入力されてこれを昇圧する第１ＤＣ／ＤＣコンバータ９１ａと、第２グループ２０からの発電電力が入力されてこれを昇圧する第２ＤＣ／ＤＣコンバータ９１ｂと、第３グループ３０からの発電電力が入力されてこれを昇圧する第３ＤＣ／ＤＣコンバータ９１ｃと、第４グループ４０からの発電電力が入力されてこれを昇圧する第４ＤＣ／ＤＣコンバータ９１ｄとを備え、これら各ＤＣ／ＤＣコンバータ９１ａ〜９１ｄが並列接続されることによって各々の出力電力が合成されて第１インバータ９３に入力される。 The first power conditioner 91 receives the generated power from the first group 10 and boosts the first DC / DC converter 91a, and receives the generated power from the second group 20 and boosts it. The second DC / DC converter 91b, the third DC / DC converter 91c that receives the generated power from the third group 30 and boosts it, and the fourth DC that receives the generated power from the fourth group 40 and boosts it. / DC converter 91d, and these DC / DC converters 91a to 91d are connected in parallel, whereby the respective output powers are combined and input to the first inverter 93.
そして、第１インバータ９３にて交流電力に変換され、さらに系統連系用変圧器９５にて交流系統９７と同じ交流電圧に変圧されて、交流系統９７に連系される。
第２パワーコンディショナ９２も同様であり、第５グループ５０からの発電電力が入力されてこれを昇圧する第５ＤＣ／ＤＣコンバータ９２ａと、第６グループ６０からの発電電力が入力されてこれを昇圧する第６ＤＣ／ＤＣコンバータ９２ｂと、第７グループ７０からの発電電力が入力されてこれを昇圧する第７ＤＣ／ＤＣコンバータ９２ｃと、第８グループ８０からの発電電力が入力されてこれを昇圧する第８ＤＣ／ＤＣコンバータ９２ｄとを備え、これら各ＤＣ／ＤＣコンバータ９２ａ〜９２ｄが並列接続されることによって各々の出力電力が合成されて第２インバータ９４に入力される。Then, it is converted into AC power by the first inverter 93, further transformed to the same AC voltage as that of the AC system 97 by the grid interconnection transformer 95, and linked to the AC system 97.
The same applies to the second power conditioner 92. The fifth DC / DC converter 92a that receives and boosts the generated power from the fifth group 50, and the generated power from the sixth group 60 and boosts this. The sixth DC / DC converter 92b, the seventh DC / DC converter 92c that receives the generated power from the seventh group 70 and boosts it, and the generated power from the eighth group 80 that boosts this. 8 DC / DC converter 92d, and these DC / DC converters 92a to 92d are connected in parallel, so that respective output powers are combined and input to second inverter 94.
そして、第２インバータ９４にて交流電力に変換され、さらに系統連系用変圧器９６にて交流系統９７と同じ交流電圧に変圧されて、交流系統９７に連系される。
このように構成された第２実施形態の太陽光発電システム９０によっても、発電特性が同等の太陽電池ユニット同士でグループ化され、グループ毎にＤＣ／ＤＣコンバータにてＭＰＰＴ制御されるため、第１実施形態と同様の効果が得られる。Then, it is converted into AC power by the second inverter 94, further transformed to the same AC voltage as that of the AC system 97 by the grid interconnection transformer 96, and linked to the AC system 97.
Also with the solar power generation system 90 of the second embodiment configured as described above, the solar cell units having the same power generation characteristics are grouped and MPPT controlled by the DC / DC converter for each group. The same effect as the embodiment can be obtained.
［変形例］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。[Modification]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention. Needless to say.
例えば、上記各実施形態では、グループ分けのための分類基準として、傾斜角、方位角、波長に対する感度、及びパワーコンディショナまでの配線距離の４種類を例示したが、これらはあくまでも一例であり、使用材料、製造方法、製造工程、サイズ（受光面積）、設置場所の温度、製造メーカなど、発電特性に影響を与える様々なものを分類基準としてもよく、結果として同等の発電特性を有する太陽電池ユニットのみが同一のグループに属するように分類・グループ化できればよい。 For example, in each of the above embodiments, as the classification standard for grouping, four types of inclination angle, azimuth angle, sensitivity to wavelength, and wiring distance to the power conditioner are illustrated, but these are only examples, Various materials that affect power generation characteristics such as materials used, manufacturing method, manufacturing process, size (light-receiving area), installation location temperature, manufacturer, etc. may be used as classification criteria, and as a result, solar cells having equivalent power generation characteristics It is only necessary to classify and group so that only units belong to the same group.
また、上記各実施形態では、グループ毎にＤＣ／ＤＣコンバータを設け、このＤＣ／ＤＣコンバータにＭＰＰＴ制御機能を持たせるようにしたが、ＤＣ／ＤＣコンバータにＭＰＰＴ制御機能を持たせることは必須ではない。即ち、グループ毎に個別にＭＰＰＴ制御を行うことができる構成である限り、ＭＰＰＴ制御機能をどこに持たせるかについては特に限定されるものではない。 In each of the above embodiments, a DC / DC converter is provided for each group, and the DC / DC converter is provided with an MPPT control function. However, it is not essential that the DC / DC converter is provided with an MPPT control function. Absent. In other words, as long as the MPPT control can be performed individually for each group, the MPPT control function is not particularly limited.
また、上記各実施形態では、パワーコンディショナ内のインバータの構成として、Ｖ結線方式の２アーム型インバータを示したが（図２参照）、このような構成はあくまでも一例であり、ＤＣ／ＤＣコンバータからの直流電力を所望の電圧の交流電力に適切に変換できる限り、インバータの具体的構成は適宜決めることができる。例えば、３つのアームからなる三相フルブリッジ結線のインバータを用いてもよい。三相フルブリッジインバータは、電力容量が大きい場合によく用いられる周知のインバータである。 In each of the above embodiments, a V-connection type two-arm inverter is shown as the configuration of the inverter in the power conditioner (see FIG. 2). However, such a configuration is merely an example, and a DC / DC converter is used. As long as the DC power from can be appropriately converted into AC power having a desired voltage, the specific configuration of the inverter can be determined as appropriate. For example, a three-phase full-bridge connection inverter composed of three arms may be used. The three-phase full-bridge inverter is a well-known inverter that is often used when the power capacity is large.
また、上記各実施形態では、各グループからの発電電力をＤＣ／ＤＣコンバータにて一旦昇圧した上でインバータに入力するようにしたが、ＤＣ／ＤＣコンバータを設けることは必ずしも必要ではなく、システムの仕様によっては各グループからの発電電力をそのままインバータに入力することもできる。その場合、複数のグループの発電電力を一括して１つのインバータに入力するようにしてもよいし、グループ毎に個別にインバータを設けるようにしてもよい。但し、何れの場合も、ＭＰＰＴ制御についてはグループ毎に個別に行われるよう構成することは必須である。 In each of the above embodiments, the generated power from each group is once boosted by the DC / DC converter and then input to the inverter. However, it is not always necessary to provide a DC / DC converter. Depending on the specifications, the generated power from each group can be directly input to the inverter. In that case, the generated power of a plurality of groups may be input to one inverter at a time, or an inverter may be provided for each group. However, in any case, it is essential to configure the MPPT control to be performed individually for each group.
また、上記第２実施形態では、第１インバータ９３の出力と第２インバータ９４の出力をそれぞれ個別に系統連系用変圧器で変圧するようにしたが（図５参照）、このようにインバータ毎に個別に系統連系用変圧器を設けて変圧する構成はあくまでも一例であり、各インバータ９３，９４の出力を適切に変圧・系統連系できる限り、他の構成をとってもよい。例えば、第１インバータ９３と第２インバータ９４を並列接続して両者の出力を合成し、両出力をまとめて１つの系統連系用変圧器で変圧して、交流系統９７に連系するようにしてもよい。このように複数のインバータの出力をまとめて１つの系統連系用変圧器で変圧する構成は、コスト低減や省スペースの面で有利である。 In the second embodiment, the output of the first inverter 93 and the output of the second inverter 94 are individually transformed by the grid interconnection transformer (see FIG. 5). The configuration in which a system interconnection transformer is individually provided for voltage transformation is merely an example, and other configurations may be adopted as long as the outputs of the inverters 93 and 94 can be appropriately transformed and system interconnection. For example, the first inverter 93 and the second inverter 94 are connected in parallel to synthesize the outputs of both, and the outputs are combined and transformed by a single grid interconnection transformer to be linked to the AC grid 97. May be. The configuration in which the outputs of a plurality of inverters are collectively transformed by one grid interconnection transformer is advantageous in terms of cost reduction and space saving.
また、太陽光発電システム全体でいくつのパワーコンディショナを用いるか、１つのパワーコンディショナ内にいくつのＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータを設けるか、などの構成については、システムの仕様等に応じて適宜決めることができる。 In addition, the number of power conditioners used in the entire photovoltaic power generation system, the number of DC / DC converters and inverters provided in one power conditioner, etc. are appropriately determined according to the system specifications. I can decide.
また、本発明の適用は、上記各実施形態のような交流系統への連系を前提とした太陽光発電システムに限定されるものではなく、例えばパワーコンディショナからの出力を系統連系せずに直接負荷等へ供給する独立型の太陽光発電システムにも適用可能であるなど、様々な形態の太陽光発電システムに対して本発明を適用することができる。 Further, the application of the present invention is not limited to the photovoltaic power generation system based on the connection to the AC system as in each of the above embodiments. For example, the output from the power conditioner is not connected to the system. The present invention can be applied to various types of solar power generation systems, such as being applicable to an independent solar power generation system that supplies power directly to a load.
また、上記各実施形態では、本発明の太陽電池に相当するものとして、太陽電池ユニット、即ち太陽電池モジュール、太陽電池ストリング、又は太陽電池アレイの何れかであるものとして説明したが、これらモジュール、ストリング、アレイに限定されるものではなく、最小単位である太陽電池セルが様々な形態で組み合わされてなるあらゆる形態のもの、延いては、太陽光を受光してその光エネルギーを電気エネルギーに変換（発電）することが可能なあらゆる形態のものに対して本発明を適用可能である。 Further, in each of the above embodiments, the solar cell unit, that is, the solar cell module, the solar cell string, or the solar cell array has been described as the solar cell of the present invention. It is not limited to strings and arrays, but any form in which solar cells, the smallest unit, are combined in various forms. In other words, it receives sunlight and converts the light energy into electrical energy. The present invention can be applied to all forms capable of (power generation).
１，１０…第１グループ、１ａ，１ｂ，１ｃ，２ａ，２ｂ，２ｃ，３ａ，３ｂ，３ｃ，１１，１２，２１，２２，３１，３２，４１，４２，５１，５２，６１，６２，７１，７２，８１，８２，１０１，１０２，１０３…太陽電池ユニット、２，２０…第２グループ、３，３０…第３グループ、４，１０４…パワーコンディショナ、４ａ，９１ａ…第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、４ｂ，９１ｂ…第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、４ｃ，９１ｃ…第３ＤＣ／ＤＣコンバータ、５，９５，９６，１０５…系統連系用変圧器、６，９７，１０６…交流系統、７，１０８…インバータ、８，９０，１００…太陽光発電システム、１５，２５，３５…制御部、４０…第４グループ、５０…第５グループ、６０…第６グループ、７０…第７グループ、８０…第８グループ、９１…第１パワーコンディショナ、９１ｄ…第４ＤＣ／ＤＣコンバータ、９２…第２パワーコンディショナ、９２ａ…第５ＤＣ／ＤＣコンバータ、９２ｂ…第６ＤＣ／ＤＣコンバータ、９２ｃ…第７ＤＣ／ＤＣコンバータ、９２ｄ…第８ＤＣ／ＤＣコンバータ、９３…第１インバータ、９４…第２インバータ、１０７…ＤＣ／ＤＣコンバータ、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃｕ，Ｃｗ…コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…ダイオード、Ｌｄ１，Ｌｄ２，Ｌｄ３…リアクトル、Ｌｕ，Ｌｗ…リアクトル、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３…スイッチ、ＳＷｎ１，ＳＷｎ２…ローサイドスイッチ、ＳＷｐ１，ＳＷｐ２…ハイサイドスイッチ 1, 10 ... 1st group, 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c, 11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62, 71, 72, 81, 82, 101, 102, 103 ... solar cell unit, 2, 20 ... second group, 3, 30 ... third group, 4, 104 ... power conditioner, 4a, 91a ... first DC / DC Converter, 4b, 91b ... 2nd DC / DC converter, 4c, 91c ... 3rd DC / DC converter, 5, 95, 96, 105 ... Transformer for system interconnection, 6, 97, 106 ... AC system, 7, 108 ... Inverter, 8, 90, 100 ... solar power generation system, 15, 25, 35 ... control unit, 40 ... fourth group, 50 ... fifth group, 60 ... sixth group, 70 ... seventh group, 80 ... eighth Loop, 91 ... 1st power conditioner, 91d ... 4th DC / DC converter, 92 ... 2nd power conditioner, 92a ... 5th DC / DC converter, 92b ... 6th DC / DC converter, 92c ... 7th DC / DC converter, 92d ... 8th DC / DC converter, 93 ... 1st inverter, 94 ... 2nd inverter, 107 ... DC / DC converter, C1, C2, C3, C4, C5, Cu, Cw ... capacitor, D1, D2, D3 ... diode , Ld1, Ld2, Ld3 ... reactor, Lu, Lw ... reactor, SW1, SW2, SW3 ... switch, SWn1, SWn2 ... low side switch, SWp1, SWp2 ... high side switch
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