JP4514914B2 - パワーコンディショナの起動方法、パワーコンディショナの起動装置および太陽光発電システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワーコンディショナ、該パワーコンディショナの起動方法、起動装置およびそれらを備える太陽光発電システムに関し、さらに詳しくは、太陽電池上に積もった雪や氷を融かす落雪（融雪）する落雪機能を備えるパワーコンディショナ、該パワーコンディショナの落雪運転の起動方法、起動装置および太陽光発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光発電システムには、太陽電池と、パワーコンディショナとを有し、このパワーコンディショナは、前記太陽電池の発電出力を交流変換する通常の電力変換機能と、系統電源を処理して前記太陽電池に発熱電流を供給して落雪するための落雪機能とを備えたものがある。
【０００３】
このパワーコンディショナは、一般に、ＤＣ／ＤＣコンバータと、平滑コンデンサと、インバータと、マイクロコンピュータ内蔵制御装置と、系統側開閉器とを少なくとも備えている。
【０００４】
このようなシステムにおいては、制御装置内のマイクロコンピュータ制御のもと、太陽電池の発電出力を、ＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧し、平滑コンデンサで平滑化し、インバータで交流電力に変換して負荷に供給し、この供給電力が余る場合には、系統側開閉器に接続されている系統電源にその余った電力を逆潮流させ、また、夜間とか雨天などで太陽電池の発電がないか不足して前記負荷に供給する交流電力が不足するときには、系統電源の電力を供給できるようにしている。
【０００５】
そして、太陽電池上の積雪あるいは氷によって日照が遮られている場合では、その雪とか氷とかを融かして落とす落雪運転を行うために、系統側開閉器をオンして前記インバータを全波整流回路として機能させることで、系統電源からの交流電力を全波整流し、その全波整流出力を平滑コンデンサで平滑し、ＤＣ／ＤＣコンバータを降圧回路として機能させることで前記平滑出力を降圧し、その降圧処理した出力により太陽電池を発熱させ、この発熱を利用して前記太陽電池上の積雪を融かして落雪させるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のパワーコンディショナにおいては、夜間には、太陽電池の発電出力が得られないために、パワーコンディショナそのものが制御電源を得られず、動作できなかったり、あるいは、内部のコンデンサが無充電状態となっているので、この状態で、系統側開閉器をオンにして系統電源を接続して落雪運転を開始させようとすると、充電電流（突入電流）が系統側開閉器を介してコンデンサに流れ込んでくる結果、その系統側開閉器が損傷することになり、このため、夜間における落雪運転を行うことができなかった。
【０００７】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、夜間の落雪運転を行えるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【０００９】
すなわち、本発明のパワーコンディショナの起動方法は、系統電源に接続されている系統側開閉器をオンにして系統電源の出力を処理して太陽電池に発熱電流を供給して該太陽電池上の氷雪を融かして落雪する落雪機能を備えたパワーコンディショナの落雪運転の起動方法であって、起動装置から起動用電源および落雪指令信号をパワーコンディショナに与え、前記パワーコンディショナは、前記落雪指令信号に応答して、内部のコンデンサが前記起動用電源によって充電されたことを検出して前記系統側開閉器をオンにして落雪運転を開始するものである。
【００１０】
ここで、氷雪とは、雪、凍結した氷あるいはその両者を含むものであり、落雪とは、氷雪を融かすことをいう。
【００１１】
本発明によると、起動装置から起動用電源および落雪指令信号をパワーコンディショナに与え、パワーコンディショナは、起動用電源で内部のコンデンサが充電されたことを検出して系統側開閉器をオンにして落雪運転を開始するので、内部のコンデンサが無充電状態となる夜間であっても、起動用電源でコンデンサが充電された後に落雪運転が開始されることになり、系統電源からの充電電流（突入電流）によって系統側開閉器が損傷するといったことがない。また、起動用電源を、パワーコンディショナの制御電源とすることもできるので、パワーコンディショナが動作できないといった不具合もない。
【００１２】
本発明の一実施態様においては、前記起動装置は、落雪運転開始のための操作に基づいて、起動用電源および落雪指令信号を出力し、前記パワーコンディショナは、内部のコンデンサが前記起動用電源によって充電されたことを検出して前記起動装置に対して起動用電源の供給停止信号を出力し、前記起動装置は、前記供給停止信号に応答して起動用電源の供給を停止するものである。
【００１３】
ここで、落雪運転開始のための操作は、落雪運転開始のためのスイッチ操作に限らず、落雪運転開始のためのタイマ設定操作などを含むものである。
【００１４】
本発明によると、起動装置に対して落雪運転開始のための操作を行うことにより、パワーコンディショナに起動用電源および落雪指令信号が与えられて落雪運転が開始され、また、起動用電源は、落雪運転の起動に必要なだけパワーコンディショナに供給されるようにすればよく、小型化が可能となる。
【００１５】
本発明のパワーコンディショナの起動装置は、系統電源に接続されている系統側開閉器をオンにして系統電源の出力を処理して太陽電池に発熱電流を供給して該太陽電池上の氷雪を融かして落雪する落雪機能を備えたパワーコンディショナの落雪運転の起動装置であって、前記パワーコンディショナの直流入力側に起動用電源を供給するとともに、該パワーコンディショナの制御部に落雪指令信号を出力するものである。
【００１６】
本発明によると、パワーコンディショナに対して起動用電源および落雪指令信号を与えることができ、本発明のパワーコンディショナでは、起動用電源で内部のコンデンサが充電された後に落雪運転が開始されることになり、系統電源からの充電電流（突入電流）によって系統側開閉器が損傷するといったことがない。
【００１７】
本発明の他の実施態様においては、落雪運転開始のために操作される操作部を有し、該操作部の操作に基づいて、前記起動用電源を供給するとともに、前記落雪指令信号を出力する一方、前記パワーコンディショナからの供給停止信号に応答して前記起動用電源の供給を停止するものである。
【００１８】
本発明によると、操作部の操作によって、パワーコンディショナに対して起動用電源および落雪指令信号を与えて落雪運転を行えることになり、また、パワーコンディショナからの供給停止信号に応答して起動用電源の供給を停止できるので、起動に必要なだけの電源を供給することができる。
【００２１】
本発明の太陽光発電システムは、太陽電池と、該太陽電池と系統電源との間に接続されるパワーコンディショナと、該パワーコンディショナに接続される本発明のパワーコンディショナの起動装置とを備え、前記パワーコンディショナは、系統電源に接続されている系統側開閉器をオンにして、系統電源に該パワーコンディショナを介して接続されている太陽電池に発熱電流を供給することにより、該太陽電池上の氷雪を融かして落雪するようにしたものであって、外部からの落雪指令信号に応答して内部のコンデンサが充電されていることを検出して前記系統側開閉器をオンにして落雪運転を開始する。
【００２２】
本発明によると、内部のコンデンサが無充電状態となる夜間であっても、系統側開閉器を損傷させるといったことなく、落雪運転を行えることになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る太陽光発電システムの構成図である。
【００２５】
この実施の形態の太陽光発電システムは、太陽電池１と、本発明に係るパワーコンディショナ２と、本発明に係るパワーコンディショナの起動装置としての落雪起動用ボックス４とを備えている。
【００２６】
パワーコンディショナ２は、太陽電池１と系統電源３との間において、太陽電池１の発電出力を交流変換して系統と連系する通常の電力変換機能と、系統電源３を処理して太陽電池１に発熱電流を供給して太陽電池１上の氷雪を落雪するための落雪機能とを備えている。
【００２７】
落雪起動用ボックス４は、逆流防止ダイオード７を介してパワーコンディショナ２の直流入力側に接続されるとともに、制御信号線を介してパワーコンディショナ２に接続されている。
【００２８】
この落雪起動用ボックス４は、太陽電池１の発電出力が得られない夜間などにおいて、パワーコンディショナ２に対して落雪運転を行わせるためのものであり、落雪運転を開始させる際に操作される落雪開始スイッチ５を有し、この落雪開始スイッチ５が操作されると、後述のように系統電源６からの交流電力を整流平滑して落雪運転の起動用電源としてパワーコンディショナ２の直流入力側に供給するとともに、落雪運転指令信号を制御線を介してパワーコンディショナ２に出力するものである。
【００２９】
図２は、図１のパワーコンディショナ２および落雪起動用ボックス４の詳細回路図である。
【００３０】
パワーコンディショナ２は、第１フィルタ２ａ、第１平滑コンデンサＣ３、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ｂ、第２平滑コンデンサＣ４、インバータ２ｃ、第２フィルタ２ｄ、系統側開閉器２ｅおよびマイクロコンピュータからなる制御回路２ｆを備えている。
【００３１】
制御回路２ｆは、通常の電力変換を行う連系運転では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ｂ内のトランジスタＴＲ２をオフにし、トランジスタＴＲ１をスイッチング駆動し、インバータ２ｃ内の各トランジスタＴＲ３〜ＴＲ６をスイッチング駆動するとともに、系統側開閉器２ｅを必要に応じてオンまたはオフに駆動する。
【００３２】
このような通常の連系運転状態において、太陽電池１の発電出力は、第１フィルタ２ａを介し、第１平滑コンデンサＣ３で平滑化された後、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ｂ内のトランジスタＴＲ１のスイッチング動作によって、昇圧される。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ｂは昇圧チョッパとして機能する。このＤＣ／ＤＣコンバータ２ｂで昇圧された太陽電池１の発電出力は、第２平滑コンデンサＣ４で平滑化されて、インバータ２ｃに入力され、このインバータ２ｃより、交流に変換される。交流に変換された太陽電池１の発電出力は、第２フィルタ２ｄで正弦波にされて不図示の負荷に供給されたり、あるいは、系統側開閉器２ｅを介し、系統電源３側に逆潮流される。この場合、制御回路２ｆは、太陽電池１の発電出力とインバータ２ｃ出力とを監視し、所要の制御動作を行うようになっている。
【００３３】
制御回路２ｆは、後述の落雪運転指令入力があると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ｂ内のトランジスタＴＲ２をスイッチング駆動するとともに、系統側開閉器２ｅをオンに駆動する。
【００３４】
このような落雪運転状態において、系統電源３が、系統側開閉器２ｅおよび第２フィルタ２ｄを介し、インバータ２ｃに入力される。インバータ２ｃ内の各トランジスタＴＲ３〜ＴＲ６それぞれはオフのため、各トランジスタＴＲ３〜ＴＲ６それぞれに並列のダイオードＤ３〜Ｄ６で系統電源３の出力は全波整流され、この後、第２平滑コンデンサＣ４で平滑化される。なお、ダイオードＤ３〜Ｄ６による全波整流に代えて各トランジスタＴＲ３〜ＴＲ６を動作させてもよい。
【００３５】
この平滑化された落雪用電源出力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ｂ内のトランジスタＴＲ２のスイッチング動作で降圧される。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ｂは降圧チョッパとして機能する。こうしてＤＣ／ＤＣコンバータ２ｂで降圧された系統電源３出力は、第１平滑コンデンサＣ３および第１フィルタ２ａを介し、太陽電池１に与えられる。太陽電池１は、系統電源３出力によって発熱し発熱体として落雪する。なお、図示省略しているが、太陽電池１の発電出力は、逆流防止ダイオードを介してパワーコンディショナ２に取り込まれるようになっており、落雪運転時には、この逆流防止ダイオードに並列なスイッチをオンして降圧された系統電源３出力を太陽電池１に供給して太陽電池１を発熱させるのである。
【００３６】
上述のように、夜間においては、太陽電池１の発電出力が得られないために、パワーコンディショナ２そのものが制御電源を得られず、動作できなかったり、あるいは、内部の平滑コンデンサＣ４が無充電状態となっているので、この状態で、系統側開閉器２ｅをオンして系統電源３を接続して落雪運転を開始させようとすると、充電電流（突入電流）が系統側開閉器２ｅを介して平滑コンデンサＣ４に流れ込んでくる結果、その系統側開閉器２ｅが損傷するといった問題があった。
【００３７】
そこで、この実施の形態では、落雪起動用ボックス４を設けて夜間における落雪運転を行えるようにしている。
【００３８】
この落雪起動用ボックス４は、パワーコンディショナ２の直流入力側に起動用電源を供給する際にオンにされる開閉器８と、コイルＬ６と、トランジスタＴＲ７と、コンデンサＣ６と、全波整流回路９と、トランス１０と、制御回路１１と、上述の落雪開始スイッチ５とを備えている。
【００３９】
マイクロコンピュータからなる制御回路１１は、落雪開始スイッチ５が操作されると、系統電源６の出力をトランス１０を介して全波整流回路９で全波整流し、平滑コンデンサＣ６で平滑して直流に変換するとともに、トランジスタＴＲ７および開閉器８をオンにしてパワーコンディショナ２の直流入力側に起動用電源を供給する一方、パワーコンディショナ２の制御回路２ｆに対しては、落雪運転指令信号を出力するものである。
【００４０】
すなわち、この落雪起動用ボックス４は、夜間などに落雪運転開始スイッチ５が操作されると、パワーコンディショナ２に起動用電源を供給するとともに、落雪運転指令信号を出力するのである。
【００４１】
一方、パワーコンディショナ２は、太陽電池１の発電出力が得られない夜間において、落雪起動用ボックス４から供給される起動用電源によって平滑コンデンサＣ４が充電されるとともに、制御電源が得られることになって制御回路２ｆが動作を開始し、落雪運転指令信号を受けて平滑コンデンサＣ４が充電されたか否かを、入力電圧が設定電圧以上になったか否かによって検出し、設定電圧以上になったときは、平滑コンデンサＣ４の充電が終了したとして、落雪起動用ボックス４に対して起動用電源の供給停止信号を出力する一方、系統側開閉器２ｅをオンにして系統電源３を上述のように処理して太陽電池１に供給して落雪運転を開始するのである。
【００４２】
図３は、以上の動作説明に供するフローチャートであり、同図（ａ）は落雪起動用ボックス４の動作を、同図（ｂ）はパワーコンディショナ２の動作をそれぞれ示している。
【００４３】
同図（ａ）に示されるように、先ず、落雪起動用ボックス４の落雪開始スイッチ５が操作されると（ステップｎ１）、系統電源６の出力を整流平滑した起動用電源を、トランジスタＴＲ７および開閉器８を介してパワーコンディショナ２に供給するとともに、落雪運転指令信号をパワーコンディショナ２に出力する（ステップｎ２）。
【００４４】
パワーコンディショナ２は、同図（ｂ）に示されるように、起動用電源が供給されることで、該起動用電源に基づく制御電源による制御動作が開始され（ステップｎ６）、落雪運転指令信号の入力があるか否かを判断し（ステップｎ７）、落雪運転指令信号の入力があったときには、平滑コンデンサＣ４が充電されたか否かを、入力電圧が設定電圧以上になったか否かで判断し（ステップｎ８）、設定電圧以上になったときには、平滑コンデンサＣ４の充電が終了したとして系統側開閉器２ｅをオンにして系統電源３を接続し（ステップｎ９）、落雪起動用ボックス４に対して起動用電源の供給停止信号を出力し（ステップｎ１０）、落雪運転を開始する（ステップｎ１１）。なお、ステップｎ７においては、落雪運転指令信号の入力がないときには、通常の連系運転を行う（ステップｎ１２）。すなわち、落雪運転指令信号の有無に基づいて、落雪運転か通常の連系運転かを判別できることになる。
【００４５】
落雪起動用ボックス４は、同図（ａ）に示されるように、起動用電源の供給停止信号の入力があるか否かを判断し（ステップｎ４）、入力があったときには、開閉器８をオフにして起動用電源の供給を停止する（ステップｎ５）。
【００４６】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、落雪開始スイッチ５の操作に応答してパワーコンディショナ２に起動用電源を供給するとともに、落雪運転指令信号を出力したけれども、本発明の他の実施の形態として、タイマを設け、タイマ設定によって夜間に自動的に落雪運転を開始するようにしてもよいし、センサによって暗くなって夜間になったことを検出して自動的に起動用電源を供給するとともに、落雪運転指令信号を出力するようにしてもよい。
【００４７】
上述の実施の形態では、系統電源６を整流平滑して起動用電源としたけれども、本発明の他の実施の形態として、バッテリを設け、該バッテリから起動用電源を供給するようにしてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、起動装置から起動用電源および落雪指令信号をパワーコンディショナに与え、パワーコンディショナは、起動用電源で内部のコンデンサが充電されたことを検出して系統側開閉器をオンにして落雪運転を開始するので、内部のコンデンサが無充電状態となる夜間であっても、系統電源からの充電電流（突入電流）によって系統側開閉器が損傷することなく、落雪運転を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る太陽光発電システムの構成図である。
【図２】図１のパワーコンディショナおよび落雪起動用ボックスの詳細回路図である。
【図３】動作説明に供するフローチャートである。
【符号の説明】
１ 太陽電池
２ パワーコンディショナ
２ｆ，１１ 制御回路
３，６ 系統電源
４ 落雪起動用ボックス（起動装置）
５ 落雪開始スイッチ

Claims (5)

1. 系統電源に接続されている系統側開閉器をオンにして、系統電源にパワーコンディショナを介して接続されている太陽電池に発熱電流を供給することにより、該太陽電池上の氷雪を融かして落雪するようにしたパワーコンディショナの落雪運転の起動方法であって、
   起動装置から起動用電源および落雪指令信号を前記パワーコンディショナに与え、
   前記パワーコンディショナは、前記落雪指令信号に応答して、内部のコンデンサが前記起動用電源によって充電されたことを検出して前記系統側開閉器をオンにして落雪運転を開始することを特徴とするパワーコンディショナの起動方法。
2. 前記起動装置は、落雪運転開始のための操作に基づいて、起動用電源および落雪指令信号を出力し、前記パワーコンディショナは、内部のコンデンサが前記起動用電源によって充電されたことを検出して前記起動装置に対して起動用電源の供給停止信号を出力し、前記起動装置は、前記供給停止信号に応答して起動用電源の供給を停止する請求項１記載のパワーコンディショナの起動方法。
3. 系統電源に接続されている系統側開閉器をオンにして、系統電源にパワーコンディショナを介して接続されている太陽電池に発熱電流を供給することにより、該太陽電池上の氷雪を融かして落雪するようにしたパワーコンディショナの落雪運転の起動装置であって、
   前記パワーコンディショナの直流入力側に起動用電源を供給するとともに、該パワーコンディショナの制御部に落雪指令信号を出力することを特徴とするパワーコンディショナの起動装置。
4. 落雪運転開始のために操作される操作部を有し、該操作部の操作に基づいて、前記起動用電源を供給するとともに、前記落雪指令信号を出力する一方、前記パワーコンディショナからの供給停止信号に応答して前記起動用電源の供給を停止する請求項３記載のパワーコンディショナの起動装置。
5. 太陽電池と、該太陽電池と系統電源との間に接続されるパワーコンディショナと、該パワーコンディショナに接続される請求項３または４記載のパワーコンディショナの起動装置とを備え、
   前記パワーコンディショナは、系統電源に接続されている系統側開閉器をオンにして、系統電源に該パワーコンディショナを介して接続されている太陽電池に発熱電流を供給することにより、該太陽電池上の氷雪を融かして落雪するようにしたものであって、外部からの落雪指令信号に応答して内部のコンデンサが充電されていることを検出して前記系統側開閉器をオンにして落雪運転を開始する、ことを特徴とする太陽光発電システム。

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