JP3781538B2

JP3781538B2 - Solar power plant

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Publication number: JP3781538B2
Application number: JP34774097A
Authority: JP
Inventors: 孝司富田; 政樹江口; 尉絵長野; 道酒井; 勝覚前; 克彦野元
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2017-12-17
Also published as: JPH11186581A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球温暖化等の環境問題が世界的規模で取り上げられる中、環境への負荷の少ないエネルギーシステムとして、太陽光発電システムが注目を集めている。例えば現在、一般家庭に普及しつつある住宅用太陽光発電システムを図１０に示す。住宅用太陽光発電システムは一般に、複数の太陽電池モジュールアレイ１、逆流防止ダイオード３を介して各太陽電池モジュールアレイ１を接続する接続箱２、接続箱で集められた直流電力を系統電圧に同期した交流電力に変換して系統５と連系運転を行う電力変換装置（系統連系インバータ装置４）から構成される。現在では接続箱２と系統連系インバータ装置を一体化したものも存在する。
【０００３】
太陽光発電を大きく分けると、発電した電力を様々な用途に使用することを目的とした電力用の発電システムと、電卓や時計等の決められた用途に用いる民生用の発電システムとがある。これまで、電力用の発電システムとしては、シリコン結晶系の太陽電池が主に用いられてきた。しかし、シリコン結晶系の太陽電池は、集積化が不可能なため、電圧値や電流値を自由に設計することができない、現在の状態以上の軽量化が困難、原材料となるシリコンのウエハーの供給量に限界がある等の問題点がある。そこで、現在、集積化、軽量化かつフレキシブル化が可能であり、少量の原料ガスで作製の可能なアモルファスシリコン薄膜太陽電池を用いた太陽光発電システムが開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
薄膜太陽電池は、集積化、軽量化、フレキシブル化が可能であり、少量の原料ガスを用いることで作製が可能であるという特徴を持ち、低コスト化も可能であるため、現在注目を集めているが、光に対する安定性が悪いという問題点がある。つまり、長時間光をあて続けると、次第に光電変換効率が低下し、最終的にはアモルファスシリコン薄膜太陽電池の作製直後の初期光電変換効率と比較して、１０〜２０％低下したところで安定化するという現象がおこる。この現象は、アモルファスシリコン薄膜太陽電池の光劣化と呼ばれ、様々な角度から光劣化現象の解明に向けての研究が行われているが、現在のところ光劣化現象の解明はされておらず、光劣化をなくす方法は見つかっていない。
【０００５】
このため、アモルファスシリコン薄膜太陽電池を用いた太陽光発電システムを作製した場合、システム設置時と数ヶ月間システムを使用した時点での総発電量が異なるという不安定な太陽光発電システムとなるという問題点があった。また、光劣化した後の光電変換効率を基準にして太陽光発電システムを設計すると、より大面積の太陽電池が必要となり、結果としてコストも上がるという問題点があった。これは、光劣化現象が顕著に現れるアモルファスシリコン薄膜太陽電池に限らず、多少の微結晶を含んだ結晶薄膜系太陽電池や、その他の薄膜系太陽電池にも共通して挙げられる問題点である。
【０００６】
このような光劣化はアモルファスシリコン薄膜太陽電池を熱処理することによりある程度回復することが知られており、特開平７−２０２２３０号公報において断熱材を用いた熱アニーリング方法が提案されているが、回復の程度は充分でなく、また、稼働時に太陽電池の温度が高くなり変換効率が低く、また、断熱材の使用によりコストが高くなる。
【０００７】
また、当社出願の特開昭６３−３０７７８２号公報では、太陽電池に逆バイアスを印加しながら近赤外光を照射する高効率モルファスシリコン薄膜太陽電池の製造方法が提案されているが、光劣化した太陽電池の回復に用いることは示されていないし、また、太陽光を照射することも示されていない。
【０００８】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、アモルファスシリコン薄膜太陽電池を用いた安定した電力供給が可能であり、かつ低コストである太陽光発電システムを供給することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、複数の太陽電池と、複数の太陽電池の出力をまとめて出力する出力用回路と、直流電圧を昇圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、複数の太陽電池の少なくとも１つの出力を選択してＤＣ／ＤＣコンバータに入力し得られる出力電圧を複数の太陽電池の他の少なくとも１つに逆バイアス電圧として印加する切換回路とを備える太陽光発電装置を提供するものである。
【００１０】
また、本発明においては、太陽電池に対して日射のある期間逆バイアス電圧を印加するようにしてもよい。これにより、太陽電池は逆バイアス状態で、太陽光を受光するため、太陽電池は光劣化を効率よく回復することができる。
【００１１】
太陽光を受光している太陽電池に対し、所定の期間逆バイアス電圧を印加して太陽電池の特性劣化を回復させる逆バイアス電圧印加手段を具備してなることを特徴とする太陽光発電装置によれば、太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加することにより太陽電池の特性劣化が回復する。
【００１２】
上記太陽電池が光劣化したものであることを特徴とする太陽光発電装置によれば、光劣化した太陽電池のみに太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加するので効率良く太陽電池の特性劣化の回復を行うことができる。
【００１３】
逆バイアス電圧印加手段が組み込まれた太陽光発電用電力変換装置によって、上記太陽電池に対し、所定の期間逆バイアス電圧を印加することを特徴とする太陽光発電装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置に光劣化回復機能を持たせることができる。
【００１４】
太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、該太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加して、太陽電池の特性劣化を回復させる逆バイアス印加手段を有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアス発生手段を構成し、該太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加することにより太陽電池の特性劣化が回復する。
【００１５】
また、前記太陽光発電用電力変換装置において、複数系統の太陽電池入力端子を有し、逆バイアス印加対象となる太陽電池の短絡電流が、逆バイアス発生用の他の太陽電池の短絡電流より小さくなるように該太陽電池入力端子に接続される太陽電池間の配線を切り替え、所定の太陽電池入力端子に対し、他の太陽電池入力端子に接続された太陽電池によって逆バイアス電圧を発生させ印加する逆バイアス印加手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス発生手段の構成にあたり、太陽光発電用電力変換装置に入力される複数系統の太陽電池モジュールアレイの接続配線をリレーもしくは半導体スイッチ素子で切替えて、所定の太陽電池モジュールアレイに逆バイアス電圧を印加する構成にする。この際、逆バイアス電圧は、残りの太陽電池モジュールアレイの結線により作成する。
【００１６】
例えば、逆バイアス電圧を発生用の太陽電池アレイのＩ（電流）−Ｖ（電圧）特性を図９（ａ）とし、逆バイアス印加対象の太陽電池アレイのＩ−Ｖ特性を図９（ｂ）の曲線２として、これらを結線すると、図９（ａ）の太陽電池アレイは、図９（ｂ）の太陽電池アレイの短絡電流値Ｉ_m2の電流値の位置が動作点となり、その時の電圧は図９（ａ）のＶ_Bとなる。そしてこの電圧が逆バイアスとして図９（ｂ）の太陽電池アレイに印加され、これによって光劣化の回復が行われる。このとき図９からも明らかなように、逆バイアス発生用の太陽電池アレイの短絡電流Ｉ_m3は、逆バイアス印加対象の太陽電池アレイの短絡電流Ｉ_m2より大きくなるように結線されなければならない。
【００１７】
前記太陽光発電用電力変換装置において、複数系統の太陽電池入力端子を有し、該太陽電池入力端子に接続される太陽電池間の配線を切り替えて所定の太陽電池入力端子に対し逆バイアスを印加するためのスイッチ手段と、他の太陽電池入力端子に接続された太陽電池の直流電圧を昇圧して逆バイアス電圧を作成するＤＣ／ＤＣコンバータとを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス発生手段の構成にあたり、太陽光発電用電力変換装置に入力される複数系統の太陽電池の直流電力からＤＣ／ＤＣコンバータによって逆バイアス電圧を発生させ、スイッチ手段によって所定の太陽電池に逆バイアスを印加するようにしたため、太陽電池アレイからえられる電圧が低い場合にも、これを昇圧して必要な逆バイアス電圧値を得ることにより光劣化の回復特性を高めることできる。逆バイアス電圧値が制御により安定することから、逆バイアス時の供給電力に余裕があれば余剰電力でインバータ本体も系統連系動作が行える。
【００１８】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池から出力される直流電力を入力して系統電圧に同期した交流電力に変換し系統との連系運転を行うインバータと、系統電圧を入力して前記逆バイアス電圧を発生させる直流電源回路と、所定の期間太陽電池に逆バイアスを印加するために前記直流電源の出力電圧を太陽電池に接続するスイッチ手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池を入力とする系統連系インバータにおいて、系統電圧を入力とする直流電源回路を構成して逆バイアス電圧を発生させることにより、逆バイアス印加に必要な電力が日射の影響で太陽電池から確保できない場合にも、逆バイアス電圧を供給できるようになる。
【００１９】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池から出力される直流電力を入力して系統電圧に同期した交流電力に変換し系統との連系運転を行う高周波絶縁方式インバータと、該高周波絶縁方式インバータの２次側直流ステージの電圧を入力して前記逆バイアス電圧を発生させるＤＣ／ＤＣコンバータと、所定の期間太陽電池に逆バイアスを印加するために該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を太陽電池に接続するスイッチ手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力を高周波絶縁方式系統連系インバータの２次側直流ステージから供給することにより、直流電源回路に必要な電力は、系統からインバータ主回路内の商用周波インバータブリッジのフライホイルダイオードを介し、整流されて供給されるので、直流電源回路の整流回路を削減することができる。
【００２０】
前記太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアスを発生する直流電源回路はその出力端に直列スイッチ手段を有し、該直流電源回路が起動して出力電圧確定後に前記直列スイッチを閉じ、該直流電源回路の停止前に前記直列スイッチを開いて、太陽電池による逆電圧が該直流電源回路の出力コンデンサに印加されることを防止することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス電圧を発生させる直流電源回路、もしくはＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力端に直列スイッチ手段を有し、これらの回路の直流電圧出力が確定後に前記直列スイッチを閉じて太陽電池に逆バイアスを印加し、直流電圧出力の停止前に前記直列スイッチを開いて逆バイアスを解除する構成とすることで太陽電池による逆電圧が該直流電源回路の出力コンデンサに印加されることを防止する作用がある。
直流電源に電力が供給されない場合に逆バイアスを太陽電池に印加しようと回路が閉じられると、太陽電池自体の起電力により電源回路の電解コンデンサが逆電位で充電されるが、これを防止できる。
【００２１】
前記太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアスを発生する直流電源回路の出力ライン間に逆バイアス接続の並列ダイオードを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアスを発生する直流電源回路の出力ライン間に逆バイアス接続の並列ダイオードを接続することにより、直流電源回路に電力が供給されない状態で、直流電源回路の出力が太陽電池アレイに接続された場合においても、太陽電池アレイは前記並列ダイオードを介した短絡状態になるため、電源回路の出力コンデンサに逆充電は行われない。
【００２２】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池が太陽光を受光しているかどうかを推定する手段を具備し、太陽光受光時の所定の期間において逆バイアスの印加を行うことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、該太陽電池に対して太陽光を受光している所定の期間を選択して逆バイアス電圧を印加することができる。
【００２３】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池が受光している日射強度を推定する手段を具備し、逆バイアス印加時に太陽電池に流れる電流値が小さく、かつ劣化回復の可能な範囲の低日射強度の期間を選択して、逆バイアスの印加を行うことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池の日射強度を推定する手段を具備し、逆バイアス印加時に太陽電池に流れる電流値が小さく、かつ劣化回復の可能な範囲の低日射強度の期間を選択して、逆バイアスの印加を行うことにより、逆バイアス印加に必要な電力を低く抑えることができる。逆バイアス印加時に太陽電池に与える日射量が少ない場合においても、日射量が多い場合と同等の回復効果が得られる。太陽電池への日射が減少すると、太陽電池のＩ−Ｖ特性は図９（ｂ）の曲線１から曲線２に移行する。このため日射が少ない時の方が短絡電流Ｉ_mが小さくなるため、逆バイアス時に必要な電力量を少なくすることができる。
【００２４】
前記太陽光発電用電力変換装置において、カレンダー装置を具備し、所定の朝夕の日時に太陽電池に逆バイアスを印加することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、カレンダー装置を具備し、所定の朝夕の日時に太陽電池に逆バイアスを印可する構成とすることにより、日射の少ない時間帯を選択して逆バイアスを印可することができるため、上述の通り逆バイアス時に必要な電力量を少なくすることができる。
【００２５】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池の変換効率を推定する手段を具備し、所定の基準以上の効率低下を検出したとき、太陽電池に逆バイアスを印加することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池の効率を推定する手段を具備し、所定の基準以上の効率低下を検出したとき、太陽電池に逆バイアスを印加する構成とすることにより、太陽電池の効率劣化が生じたときのみ逆バイアス動作を行うことができるので、システム効率の向上につながる。
【００２６】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池がアモルファスシリコン薄膜太陽電池であることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽光発電用電力変換装置において、発電する太陽電池がアモルファス太陽電池であるので、光劣化が大きいため回復の効果も大きい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の太陽光発電装置における出力回復方法の説明図であり、単数または複数の太陽電池２４よりなる太陽電池アレイ１は、逆バイアス印加手段２５により開閉スイッチ２７を閉じて逆バイアスが印加される。このとき、太陽電池アレイ１は太陽光を受光している。逆バイアス印加手段２５は、太陽光発電用電力変換装置２６の中に組み込まれていてもよい。太陽電池２４は、結晶薄膜系太陽電池であってもよいし、アモルファスシリコン太陽電池であつてもよいし、他の太陽電池であってもよい。
【００２８】
図２はこの発明による第１の実施の形態を示す太陽光発電システムの構成図であり、太陽光発電用電力変換装置２６の一例として系統連系インバータ装置９を示している。単数または複数の太陽電池アレイ１の直流電力が系統連系インバータ９に入力され系統連系インバータ９は系統電圧に同期した交流電力を商用系統５に出力している。太陽電池アレイ１₁〜１_nの直流電力は系統連系インバータ９内の逆流防止ダイオード３を介し、リレー８₁〜８_nに入力され、リレー８の出力は図２のごとく互いに結線されてインバータ主回路６に入力される。インバータ主回路６における電流波形制御や、最大電力追従制御、連系保護制御は制御回路７によって行われ、交流電力を商用系統５に出力している。制御回路７はさらにリレー信号Ｒによりリレー８の接点切替え制御を行っている。
【００２９】
図２においてリレー８がすべてａ接点側に接続される場合は、従来の系統連系インバータと同様の結線となり、通常の連系運転を行うことが出来る。ここで、リレー８_nだけをｂ接点に接続した場合、太陽電池アレイ１の接続は図３に示すような結線となり、日射がある場合、太陽電池アレイ１_nに逆バイアス電圧が印可される。この時の逆バイアス電圧は太陽電池アレイ１₁〜１_n-1の並列アレイで発生する。このように逆バイアスを印加したい場合、その太陽電池アレイが接続されているリレー８の接点をｂ接点に接続すればよい。さらに上述の並列アレイに電力の余裕が有れば、逆バイアスに必要な最低限の電圧値に並列アレイ出力が低下するまでの範囲内でインバータ主回路も連系運転を継続することが出来る。このように本実施の形態においては逆バイアス発生手段はｎ個のリレー８とその相互結線によって構成されている。
【００３０】
さらに図３の結線では光劣化の回復に必要な逆バイアス電圧が不足する場合には、図４に示すように太陽電池アレイを直並列に接続できるようにリレー８の結線を構成することもできる。さらに図２の構成では、カレンダー回路１０を有し、所定の日時に逆バイアス印加指令Ｔを制御回路に出力する。逆バイアス印可指令Ｔを受けた制御回路は所定期間順次リレー８の接点の切替えを行い各太陽電池アレイに逆バイアスを印加するとともに、所定の逆バイアス電圧が得られるレベルまでインバータ出力を低下させる。カレンダー回路１０はメモリ機能を有し、逆バイアス印加指令を出力する時間帯を日射の少ない朝夕の時刻を季節に応じて設定することが出来る。図２では結線の切替え手段としてリレーを用いているが、半導体スイッチでも同様に構成できる。
【００３１】
図５はこの発明による第２の実施の形態を示す太陽光発電用システムの構成図であり、太陽光発電用電力変換装置２６の一例として系統連系インバータ装置９を示している。第１の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態では逆バイアス発生手段がリレー８だけで構成されていたのに対し、図５ではリレー８で構成されるスイッチ手段とリレー８を介して入力された太陽電池の直流電力を入力とするＤＣ／ＤＣコンバータ１１から構成されている点である。
【００３２】
図５においてもリレー８がすべてａ接点に接続されているときは通常の系統連系インバータと同様の結線となる。ここでカレンダー回路から逆バイアス印加指令Ｔが出力されると、制御回路はＤＣ／ＤＣコンバータ１１を起動する。ＤＣ／ＤＣコンバータは太陽電池アレイからリレー８を介して直流電力をＶ_inに入力して逆バイアス電圧をＶ_outから出力する。制御回路７はＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が設定値であることを確認後、順次リレー８の接点を切り替えて、各太陽電池アレイ１に逆バイアスを印加する。図５ではリレー８_nだけがｂ接点に接続された状態であり、太陽電池アレイ１_nに逆バイアスが印加される。さらに制御回路７は太陽電池の最大電力点追従制御を継続することにより、逆バイアス印加に使用する以外の電力はすべてインバータ主回路を介して系統側に出力できる。
【００３３】
図６はこの発明による第３の実施の形態を示す太陽光発電システムの構成図であり、太陽光発電用電力変換装置２６の一例として系統連系インバータ装置９を示している。第２の実施の形態と異なる点は、逆バイアス発生用のＤＣ／ＤＣコンバータの出力がインバータ主回路６へも入力されている点である。図６ではＤＣ／ＤＣコンバータ１１は昇圧チョッパ回路に並列ダイオード１３を加えたものである。この並列ダイオード１３は電解コンデンサ１４が太陽電池アレイにより逆電圧で充電されるのを防止している。この昇圧チョッパ回路はトランスレス方式の系統連系インバータの主回路の一部としてあるため、逆バイアス発生用ＤＣ／ＤＣコンバータと共用が可能であり、部品数を大幅に削減できる。図６においてもリレー８切替えの基本的な動作は図４における説明と同様なので省略する。
【００３４】
図７はこの発明による第４の実施の形態を示す太陽光発電システムの構成図であり、太陽光発電用電力変換装置２６の一例として系統連系インバータ装置９を示している。第３の実施例と異なる点は、逆バイアス発生用の直流電源回路１５の入力を商用系統５から供給している点である。このため逆バイアス発生のための電力供給が安定することから、太陽電池アレイ１すべてに同時にリレー８を介して逆バイアスを印加できるような構成としている。もちろん第１乃至第３の実施の形態のように複数のリレーを用いて順次切り替えながら逆バイアスを印加することもできる。また図７では直流電源回路の出力端に並列ダイオード１３が取り付けられており、リレー８をｂ接点に接続したときに、直流電源回路１５の出力の電解コンデンサ（図示されない）が逆充電されるのを防いでいる。
【００３５】
また、図７ではインバータ主回路から電流検出器１６で検出されるインバータ出力電流Ｉ₀、電圧変成器１７を介して検出される出力電圧Ｖ₀、インバータ入力電圧Ｖ_Iなどの信号によって、制御回路７により太陽電池の最大電力追従制御を行っている。したがって出力電流Ｉ₀と出力電圧Ｖ₀から求められるインバータ出力電力から現在の太陽電池に対する日射を推定できる。制御回路７はここで推定された日射強度が小さいときリレー８をｂ接点に接続し、直流電源回路１５を起動して太陽電池アレイ１に逆バイアスを印加する。このように図７では日射強度推定手段は、電流検出器１６、電圧変成器１７、制御回路７等から構成されている。
【００３６】
また日射量計２２を太陽電池アレイ１に設置して制御回路７にデータとして取り込めば、現在のインバータ出力電力と日射量データから太陽電池アレイの効率を推定することができる。こうして推定された効率が所定基準以下に低下すると、制御回路７はリレー８をｂ接点に接続し、直流電源回路１５を起動して太陽電池アレイ１に逆バイアスを印加するようにも構成できる。
【００３７】
図８はこの発明による第５の実施の形態を示す太陽光発電システムの構成図であり、太陽光発電用電力変換装置２６の一例として系統連系インバータ装置９を示している。第４の実施の形態と異なる点は、逆バイアス発生用のＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力を高周波絶縁方式系統連系インバータ１８のＤＣフィルタ部２３から供給している点である。
【００３８】
高周波絶縁方式系統連系インバータ１８は大まかには直流を高周波交流に変換する高周波インバータ１９と、高周波トランスで絶縁されたこの高周波交流を整流するダイオードブリッジ２１とＤＣフィルタ２３、および商用周波数の交流に変換する低周波インバータ２０から構成されている。逆バイアス発生用のＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力を高周波絶縁方式系統連系インバータ１８のＤＣフィルタ部２３から供給すれば、商用系統５からの電力は低周波インバータ２０の寄生ダイオードを介して整流されＤＣフィルタ２３のコンデンサを充電しているので、図７の直流電源回路１５の整流回路部分を省略することができる。その他の構成は上述の実施の形態で説明済みであるので省略する。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によれば、太陽電池に対して逆バイアス電圧を印加することにより太陽電池の特性劣化が回復するので、太陽光発電装置の効率が向上する。
【００４０】
上記太陽電池が劣化したものであることを特徴とする太陽光発電装置によれば、光劣化した太陽電池のみに太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加するので効率良く太陽電池の特性劣化の回復を行うことができるので、太陽光発電装置の効率がさらに向上する。
【００４１】
逆バイアス電圧印加手段が組み込まれた太陽光発電用電力変換装置によって、上記太陽電池に対し、所定の期間逆バイアス電圧を印加することを特徴とする太陽光発電装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置に光劣化回復機能を持たせることができるので、太陽光発電装置として維持管理ができる。
【００４２】
太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、該太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加して、太陽電池の特性劣化を回復させる逆バイアス印加手段を有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアス発生手段を構成し、該太陽電池に対して所定の期間逆バイアス電圧を印加することにより太陽電池の特性劣化が回復するので、太陽光発電装置の効率が向上する。また電力変換装置に逆バイアス印加機能を持たせることにより、保守作業が軽減される。
【００４３】
前記太陽光発電用電力変換装置において、複数系統の太陽電池入力端子を有し、逆バイアス印加対象となる太陽電池の短絡電流が、逆バイアス発生用の他の太陽電池の短絡電流より小さくなるように該太陽電池入力端子に接続される太陽電池間の配線を切り替え、所定の太陽電池入力端子に対し、他の太陽電池入力端子に接続された太陽電池によって逆バイアス電圧を発生させ印加する逆バイアス印加手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス発生手段の構成が、太陽電池モジュールアレイの結線切替えだけであるので低コストで実現できる。
【００４４】
前記太陽光発電用電力変換装置において、複数系統の太陽電池入力端子を有し、該太陽電池入力端子に接続される太陽電池間の配線を切り替えて所定の太陽電池入力端子に対し逆バイアスを印加するためのスイッチ手段と、他の太陽電池入力端子に接続された太陽電池の直流電圧を昇圧して逆バイアス電圧を作成するＤＣ／ＤＣコンバータとを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス発生手段の構成にあたり、太陽光発電用電力変換装置に入力される複数系統の太陽電池の直流電力からＤＣ／ＤＣコンバータによって逆バイアス電圧を発生させ、スイッチ手段によって所定の太陽電池に逆バイアスを印加するようにしたため、太陽電池アレイからえられる電圧が低い場合にも、これを昇圧して必要な逆バイアス電圧値を得ることにより光劣化の回復特性を高めることできる。さらに逆バイアス時の供給電力に余裕があれば余剰電力でインバータ本体も系統連系動作可能であるので、システム効率も向上する。またＤＣ／ＤＣコンバータをトランスレス方式の系統連系インバータの昇圧チョッパ回路と兼用すれば低コストとなる。
【００４５】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池から出力される直流電力を入力して系統電圧に同期した交流電力に変換し系統との連系運転を行うインバータと、系統電圧を入力して前記逆バイアス電圧を発生させる直流電源回路と、所定の期間太陽電池に逆バイアスを印加するために前記直流電源の出力電圧を太陽電池に接続するスイッチ手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池を入力とする系統連系インバータにおいて、系統電圧を入力とする直流電源回路を構成して逆バイアス電圧を発生させることにより、逆バイアス印加に必要な電力が日射の影響で太陽電池から確保できない場合にも、逆バイアス電圧を供給できるようになる。
【００４６】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池から出力される直流電力を入力して系統電圧に同期した交流電力に変換し系統との連系運転を行う高周波絶縁方式インバータと、該高周波絶縁方式インバータの２次側直流ステージの電圧を入力して前記逆バイアス電圧を発生させるＤＣ／ＤＣコンバータと、所定の期間太陽電池に逆バイアスを印加するために該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を太陽電池に接続するスイッチ手段とを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力を高周波絶縁方式系統連系インバータの２次側直流ステージから供給することにより、直流電源回路の整流回路を削減することができるため低コストとなる。
【００４７】
前記太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアスを発生する直流電源回路はその出力端に直列スイッチ手段を有し、該直流電源回路が起動して出力電圧確定後に前記直列スイッチを閉じ、該直流電源回路の停止前に前記直列スイッチを開いて、太陽電池による逆電圧が該直流電源回路の出力コンデンサに印加されることを防止することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアス電圧を発生させる直流電源回路、もしくはＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力端に直列スイッチ手段を有し、これらの回路の直流電圧出力が確定後に前記直列スイッチを閉じて太陽電池に逆バイアスを印加し、直流電圧出力の停止前に前記直列スイッチを開いて逆バイアスを解除する構成とすることで太陽電池による逆電圧が該直流電源回路の出力の電解コンデンサに印加されることを防止し電解コンデンサの破壊を防ぐ効果がある。
【００４８】
前記太陽光発電用電力変換装置において、逆バイアスを発生する直流電源回路の出力ライン間に逆バイアス接続の並列ダイオードを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、逆バイアスを発生する直流電源回路の出力ライン間に逆バイアス接続の並列ダイオードを接続することにより、直流電源回路に電力が供給されない状態で、直流電源回路の出力が太陽電池アレイに接続された場合においても、太陽電池アレイは前記並列ダイオードを介した短絡状態になるため、電源回路の出力コンデンサに逆充電は行われず、直流電源回路の出力の電解コンデンサの破壊を防ぐ効果がある。
【００４９】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池が太陽光を受光しているかどうかを推定する手段を具備し、太陽光受光時の所定の期間において逆バイアスの印加を行うことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池で発電した直流電力を入力とする太陽光発電用電力変換装置において、該太陽電池に対して太陽光を受光している所定の期間を選択して逆バイアス電圧を印加することができるのでシステムの効率が向上する。
【００５０】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池が受光している日射強度を推定する手段を具備し、逆バイアス印加時に太陽電池に流れる電流値が小さく、かつ劣化回復の可能な範囲の低日射強度の期間を選択して、逆バイアスの印加を行うことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池の日射強度を推定する手段を具備し、逆バイアス印加時に太陽電池に流れる電流値が小さく、かつ劣化回復の可能な範囲の低日射強度の期間を選択して、逆バイアスの印加を行うことにより、逆バイアス印加に必要な電力を低く抑えることができるので装置の効率がさらに向上する。
【００５１】
前記太陽光発電用電力変換装置において、カレンダー装置を具備し、所定の朝夕の日時に太陽電池に逆バイアスを印加することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、カレンダー装置を具備し、所定の朝夕の日時に太陽電池に逆バイアスを印加する構成とすることにより、日射の少ない時間帯を選択して逆バイアスを印加することができるため、逆バイアス時に必要な電力量を少なくすることができるので装置の効率向上効果がある。
【００５２】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池の変換効率を推定する手段を具備し、所定の基準以上の効率低下を検出したとき、太陽電池に逆バイアスを印加することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、太陽電池の効率を推定する手段を具備し、所定の基準以上の効率低下を検出したとき、太陽電池に逆バイアスを印加する構成とすることにより、太陽電池の効率劣化が生じたときのみ逆バイアス動作を行うことができるので、装置の効率の向上につながる。
【００５３】
前記太陽光発電用電力変換装置において、上記太陽電池がアモルファスシリコン薄膜太陽電池であることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置によれば、発電する太陽電池がアモルファス薄膜太陽電池であるので、光劣化が大きいため回復の程度が大きく効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の出力回復方法の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図３】本発明の太陽電池アレイの接続の説明図である。
【図４】本発明の太陽電池アレイの接続の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図９】本発明の太陽電池アレイの電流電圧の特性図である
【図１０】従来の太陽光発電システムの構成図である。
【符号の説明】
１太陽電池アレイ
２接続箱
３逆流防止ダイオード
４インバータ装置
５商用系統
６インバータ主回路
７制御回路
８リレー
９系統連系インバータ
１０カレンダー回路
１１ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３並列ダイオード
１４電解コンデンサ
１５直流電源回路
１６電流検出器
１７電圧変成器
１８高周波絶縁方式インバータ主回路
１９高周波インバータ
２０低周波インバータ
２１ダイオードブリッジ
２２日射量計
２３ＤＣフィルタ
２４太陽電池
２５逆バイアス印加手段
２６太陽光発電用電力変換装置
２７開閉スイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photovoltaic power generation system.
[0002]
[Prior art]
As environmental problems such as global warming are taken up on a global scale, a photovoltaic power generation system is attracting attention as an energy system with a low environmental impact. For example, FIG. 10 shows a residential solar power generation system that is currently spreading to ordinary households. In general, a residential solar power generation system synchronizes a DC voltage collected in a connection box with a system voltage by connecting a plurality of solar cell module arrays 1, a connection box 2 for connecting each solar cell module array 1 via a backflow prevention diode 3, and the system voltage. It is comprised from the power converter device (system connection inverter device 4) which converts into the alternating current power which performs the system 5 and connection operation. At present, there is an integrated connection box 2 and a grid-connected inverter device.
[0003]
Solar power generation can be broadly divided into power generation systems for the purpose of using the generated power for various purposes, and consumer power generation systems used for predetermined purposes such as calculators and watches. Until now, silicon crystal solar cells have been mainly used as power generation systems for electric power. However, since silicon crystal solar cells cannot be integrated, voltage and current values cannot be freely designed, it is difficult to reduce the weight more than the current state, and supply of silicon wafers as raw materials There are problems such as the amount being limited. Therefore, a photovoltaic power generation system using an amorphous silicon thin film solar cell that can be integrated, reduced in weight and made flexible and can be manufactured with a small amount of source gas has been developed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Thin-film solar cells are currently attracting attention because they can be integrated, reduced in weight, made flexible, and can be manufactured by using a small amount of raw material gas. However, there is a problem that the stability to light is poor. That is, if light is kept on for a long time, the photoelectric conversion efficiency gradually decreases, and finally stabilizes when it is reduced by 10 to 20% compared with the initial photoelectric conversion efficiency immediately after the production of the amorphous silicon thin film solar cell. This happens. This phenomenon is called photo-degradation of amorphous silicon thin-film solar cells, and research is being conducted to elucidate the photo-degradation phenomenon from various angles, but currently the photo-degradation phenomenon has not been elucidated. No method has been found to eliminate photodegradation.
[0005]
For this reason, when a photovoltaic power generation system using amorphous silicon thin-film solar cells is manufactured, it becomes an unstable photovoltaic power generation system in which the total amount of power generation at the time of system installation and when the system is used for several months is different. There was a problem. In addition, when a photovoltaic power generation system is designed based on photoelectric conversion efficiency after photodegradation, a solar cell having a larger area is required, resulting in an increase in cost. This is not limited to amorphous silicon thin film solar cells in which the photodegradation phenomenon appears prominently, but is a problem that is common to crystal thin film solar cells containing some microcrystals and other thin film solar cells. .
[0006]
It is known that such photodegradation is recovered to some extent by heat-treating the amorphous silicon thin film solar cell. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-202230 proposes a thermal annealing method using a heat insulating material. However, the temperature of the solar cell is high during operation and the conversion efficiency is low, and the use of a heat insulating material increases the cost.
[0007]
In addition, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-307782 filed by our company, a method for manufacturing a high-efficiency morphous silicon thin film solar cell that irradiates near infrared light while applying a reverse bias to the solar cell is proposed. It is not shown to be used for the recovery of a solar cell, nor is it shown to irradiate sunlight.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a solar power generation system that can stably supply power using an amorphous silicon thin film solar cell and is low in cost. And
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention provides a plurality of solar cells, an output circuit that collectively outputs outputs of the plurality of solar cells, a DC / DC converter that boosts and outputs a DC voltage, and at least one output of the plurality of solar cells. There is provided a photovoltaic power generation apparatus including a switching circuit that applies an output voltage that can be selected and input to a DC / DC converter to at least one other solar cell as a reverse bias voltage.
[0010]
  In addition, this departureClearlyIn, ThickSunlight against the positive batteryPeriodApply reverse bias voltageYou may do. As a result, since the solar cell receives sunlight in a reverse bias state, the solar cell does not degrade light.EfficientlyCan be recovered.
[0011]
  A solar power generation apparatus comprising reverse bias voltage applying means for applying a reverse bias voltage for a predetermined period to a solar cell receiving sunlight to recover characteristic deterioration of the solar cellAccording to the above, by applying a reverse bias voltage for a predetermined period to the solar cell, the characteristic deterioration of the solar cell is recovered.
[0012]
  A solar power generation device, wherein the solar cell is light-deterioratedAccording to the above, since the reverse bias voltage is applied to the solar cell for a predetermined period only to the photodegraded solar cell, the characteristic deterioration of the solar cell can be efficiently recovered.
[0013]
  A photovoltaic power generation apparatus, wherein a reverse bias voltage is applied to the solar cell for a predetermined period by a photovoltaic power generation conversion apparatus incorporating a reverse bias voltage application means.According to the above, it is possible to provide a photovoltaic power conversion device that receives direct-current power generated by a solar cell as an input to have a light degradation recovery function.
[0014]
  In a photovoltaic power conversion apparatus using DC power generated by a solar cell as an input, reverse bias applying means for applying a reverse bias voltage to the solar cell for a predetermined period to recover characteristic deterioration of the solar cell A power conversion device for photovoltaic power generation, comprising:According to the present invention, in the power converter for photovoltaic power generation using DC power generated by the solar cell as an input, the reverse bias generating means is configured and the reverse bias voltage is applied to the solar cell for a predetermined period. Battery characteristic recovery is restored.
[0015]
  Also,In the photovoltaic power conversion device, the short-circuit current of a solar cell having a plurality of systems of solar cell input terminals and subjected to reverse bias application is smaller than the short-circuit current of other solar cells for generating reverse bias. Switching the wiring between the solar cells connected to the solar cell input terminal, and generating a reverse bias voltage and applying the reverse bias voltage to the predetermined solar cell input terminal by the solar cell connected to the other solar cell input terminal And a power conversion device for photovoltaic power generation, characterized by comprising:According to the configuration of the reverse bias generating means, the connection wiring of the solar cell module array of a plurality of systems input to the photovoltaic power conversion device is switched by a relay or a semiconductor switch element to obtain a predetermined solar cell module array. A reverse bias voltage is applied. At this time, the reverse bias voltage is created by connecting the remaining solar cell module arrays.
[0016]
For example, FIG. 9A shows the I (current) -V (voltage) characteristics of the solar cell array for generating the reverse bias voltage, and FIG. 9B shows the IV characteristics of the solar cell array to which the reverse bias is applied. When these are connected as curve 2 in FIG. 9, the solar cell array in FIG. 9A is the short-circuit current value I of the solar cell array in FIG. 9B._m2The position of the current value becomes the operating point, and the voltage at that time is V in FIG._BIt becomes. Then, this voltage is applied as a reverse bias to the solar cell array of FIG. 9B, thereby recovering light degradation. At this time, as is apparent from FIG. 9, the short-circuit current I of the solar cell array for generating reverse bias_m3Is the short-circuit current I of the solar cell array subject to reverse bias application_m2It must be wired to be larger.
[0017]
  In the photovoltaic power conversion device, the solar cell input terminal has a plurality of systems, and the wiring between the solar cells connected to the solar cell input terminal is switched to apply a reverse bias to the predetermined solar cell input terminal. And a DC / DC converter for boosting a DC voltage of a solar cell connected to another solar cell input terminal to create a reverse bias voltage. apparatusIn the configuration of the reverse bias generation means, the reverse bias voltage is generated by the DC / DC converter from the DC power of the plurality of solar cells input to the photovoltaic power converter, and the predetermined solar power is generated by the switch means. Since the reverse bias is applied to the battery, even when the voltage obtained from the solar cell array is low, the recovery characteristic of photodegradation can be enhanced by boosting the voltage to obtain a necessary reverse bias voltage value. Since the reverse bias voltage value is stabilized by the control, if there is a margin in the power supplied at the time of reverse bias, the inverter main body can also perform system interconnection operation with surplus power.
[0018]
  In the photovoltaic power conversion apparatus, an inverter that inputs DC power output from the solar cell, converts the DC power into AC power synchronized with the system voltage and performs interconnection operation with the system, and system voltage is input. A photovoltaic power generation comprising: a DC power supply circuit for generating the reverse bias voltage; and switch means for connecting an output voltage of the DC power supply to the solar cell in order to apply a reverse bias to the solar cell for a predetermined period. Power converterTherefore, in a grid-connected inverter with a solar cell as an input, a DC power supply circuit with a grid voltage as an input is configured to generate a reverse bias voltage, so that the power required for reverse bias application is affected by solar radiation. The reverse bias voltage can be supplied even when it cannot be secured from the solar cell.
[0019]
  In the photovoltaic power conversion apparatus, a high-frequency insulation type inverter that inputs DC power output from the solar cell, converts the DC power into AC power synchronized with a system voltage, and performs interconnection operation with the system, and the high-frequency insulation A DC / DC converter for generating the reverse bias voltage by inputting the voltage of the secondary DC stage of the inverter, and the output voltage of the DC / DC converter for applying a reverse bias to the solar cell for a predetermined period of time Power conversion device for photovoltaic power generation, characterized by comprising switch means for connecting to a batteryAccording to the above, by supplying the input of the DC / DC converter from the secondary side DC stage of the high frequency insulation system interconnection inverter,straightSince the electric power required for the flow power supply circuit is rectified and supplied from the system via the flywheel diode of the commercial frequency inverter bridge in the inverter main circuit, the rectifier circuit of the DC power supply circuit can be reduced.
[0020]
  In the photovoltaic power conversion apparatus, a DC power supply circuit that generates a reverse bias has series switch means at an output end thereof, and after the DC power supply circuit is activated and an output voltage is determined, the series switch is closed, A power converter for photovoltaic power generation, wherein the series switch is opened before the power circuit is stopped to prevent a reverse voltage due to the solar cell from being applied to the output capacitor of the DC power circuit.According to the present invention, the DC power supply circuit for generating the reverse bias voltage or the DC / DC converter circuit has the series switch means at the output terminal, and after the DC voltage output of these circuits is determined, the series switch is closed to the solar cell. By applying a reverse bias and opening the series switch to release the reverse bias before stopping the DC voltage output, the reverse voltage due to the solar cell is prevented from being applied to the output capacitor of the DC power supply circuit. There is an effect.
          When power is not supplied to the DC power supply and the circuit is closed to apply a reverse bias to the solar cell, the electrolytic capacitor of the power supply circuit is charged with a reverse potential by the electromotive force of the solar cell itself.ThisThis can be prevented.
[0021]
  In the photovoltaic power conversion apparatus, the photovoltaic power conversion apparatus includes a reverse-biased parallel diode between output lines of a DC power supply circuit that generates a reverse bias.According to the above, by connecting a reverse-biased parallel diode between the output lines of the DC power supply circuit that generates the reverse bias, the output of the DC power supply circuit is supplied to the solar cell array in a state where no power is supplied to the DC power supply circuit. Even when connected, the solar cell array is short-circuited via the parallel diode, so that the output capacitor of the power supply circuit is not reversely charged.
[0022]
  The photovoltaic power conversion apparatus includes a means for estimating whether the solar cell is receiving sunlight, and applies a reverse bias during a predetermined period when receiving sunlight. Power converter for photovoltaic power generationAccording to the present invention, in a solar power generation power conversion device using DC power generated by a solar cell as an input, a predetermined period during which sunlight is received is selected and a reverse bias voltage is applied to the solar cell. be able to.
[0023]
  The photovoltaic power converter includes a means for estimating the solar radiation intensity received by the solar cell, the current value flowing through the solar cell when a reverse bias is applied is small, and a low recovery range is possible. A solar power generation power converter characterized by selecting a period of solar radiation intensity and applying a reverse biasAccording to the present invention, there is provided a means for estimating the solar radiation intensity of the solar cell, and the reverse bias is selected by selecting a period of low solar radiation intensity within a range in which the current value flowing through the solar cell when the reverse bias is applied is small and recovery from deterioration is possible. By applying this, it is possible to keep the power required for reverse bias application low. Even when the amount of solar radiation applied to the solar cell when applying a reverse bias is small, a recovery effect equivalent to that when the amount of solar radiation is large can be obtained. When the solar radiation to the solar cell decreases, the IV characteristic of the solar cell shifts from the curve 1 to the curve 2 in FIG. Therefore, the short-circuit current I_mTherefore, the amount of power required at the time of reverse bias can be reduced.
[0024]
  The photovoltaic power converter, comprising a calendar device, and applying a reverse bias to the solar cell on a predetermined morning and evening date and timeAccording to the present invention, it is possible to select a time zone with less solar radiation and apply a reverse bias by providing a calendar device and applying a reverse bias to the solar cell at a predetermined morning and evening date and time. As described above, the amount of power required at the time of reverse bias can be reduced.
[0025]
  The solar power conversion device includes a means for estimating the conversion efficiency of the solar cell, and a reverse bias is applied to the solar cell when an efficiency decrease equal to or greater than a predetermined reference is detected. Photovoltaic power converterAccording to the present invention, there is provided a means for estimating the efficiency of the solar cell, and when a decrease in efficiency exceeding a predetermined standard is detected, the configuration in which a reverse bias is applied to the solar cell causes a deterioration in the efficiency of the solar cell. Only when the reverse bias operation can be performed, the system efficiency is improved.
[0026]
  In the photovoltaic power conversion device, the photovoltaic cell is an amorphous silicon thin film solar cell.According to the above, in the solar power generation power conversion device, since the solar cell to generate power is an amorphous solar cell, the effect of recovery is great because the photodegradation is large.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an explanatory view of an output recovery method in a photovoltaic power generation apparatus of the present invention. A solar cell array 1 composed of one or a plurality of solar cells 24 is closed by an open / close switch 27 by a reverse bias applying means 25 so that a reverse bias is applied. Applied. At this time, the solar cell array 1 receives sunlight. The reverse bias applying means 25 may be incorporated in the solar power generation power converter 26. The solar cell 24 may be a crystalline thin film solar cell, an amorphous silicon solar cell, or another solar cell.
[0028]
FIG. 2 is a configuration diagram of the photovoltaic power generation system showing the first embodiment according to the present invention, and shows a grid interconnection inverter device 9 as an example of the photovoltaic power conversion device 26. The DC power of one or a plurality of solar cell arrays 1 is input to the grid interconnection inverter 9, and the grid interconnection inverter 9 outputs AC power synchronized with the grid voltage to the commercial grid 5. Solar cell array 1₁~ 1_nThe DC power of the relay 8 is connected to the relay 8 via the backflow prevention diode 3 in the grid interconnection inverter 9.₁~ 8_nThe outputs of the relay 8 are connected to each other and input to the inverter main circuit 6 as shown in FIG. Current waveform control, maximum power tracking control, and interconnection protection control in the inverter main circuit 6 are performed by the control circuit 7, and AC power is output to the commercial system 5. The control circuit 7 further performs contact switching control of the relay 8 by the relay signal R.
[0029]
In FIG. 2, when all the relays 8 are connected to the “a” contact side, the connection is the same as that of a conventional grid-connected inverter, and a normal grid operation can be performed. Here, relay 8_n3 is connected to the contact b, the connection of the solar cell array 1 is connected as shown in FIG. 3, and when there is solar radiation, the solar cell array 1_nA reverse bias voltage is applied to. The reverse bias voltage at this time is the solar cell array 1₁~ 1_n-1Occurs in parallel arrays. When it is desired to apply a reverse bias in this way, the contact of the relay 8 to which the solar cell array is connected may be connected to the b contact. Furthermore, if the above-mentioned parallel array has a margin of power, the inverter main circuit can also continue the interconnection operation until the parallel array output is reduced to the minimum voltage value necessary for the reverse bias. Thus, in the present embodiment, the reverse bias generating means is constituted by n relays 8 and their interconnections.
[0030]
Further, when the reverse bias voltage necessary for recovery of light degradation is insufficient in the connection of FIG. 3, the connection of the relay 8 can be configured so that the solar cell arrays can be connected in series and parallel as shown in FIG. . Further, the configuration of FIG. 2 includes a calendar circuit 10 and outputs a reverse bias application command T to the control circuit at a predetermined date and time. Upon receiving the reverse bias application command T, the control circuit sequentially switches the contacts of the relay 8 for a predetermined period, applies a reverse bias to each solar cell array, and lowers the inverter output to a level at which a predetermined reverse bias voltage is obtained. The calendar circuit 10 has a memory function, and can set a time zone in which the reverse bias application command is output according to the season in the morning and evening when there is little solar radiation. Although a relay is used as the connection switching means in FIG. 2, a semiconductor switch can be similarly configured.
[0031]
FIG. 5 is a configuration diagram of a solar power generation system showing a second embodiment according to the present invention, and shows a grid interconnection inverter device 9 as an example of the solar power generation power converter 26. The difference from the first embodiment is that, in the first embodiment, the reverse bias generating means is constituted by only the relay 8, whereas in FIG. 5, the switch means constituted by the relay 8 and the relay 8 are provided. It is the point comprised from the DC / DC converter 11 which uses as input the direct-current power of the solar cell input through the.
[0032]
Also in FIG. 5, when all the relays 8 are connected to the contact a, the connection is the same as that of a normal grid-connected inverter. Here, when the reverse bias application command T is output from the calendar circuit, the control circuit activates the DC / DC converter 11. The DC / DC converter converts DC power from the solar cell array via the relay 8 to V._inThe reverse bias voltage to V_outOutput from. After confirming that the output voltage of the DC / DC converter is a set value, the control circuit 7 sequentially switches the contacts of the relay 8 and applies a reverse bias to each solar cell array 1. In FIG. 5, relay 8_nIs connected to the b contact, and the solar cell array 1_nA reverse bias is applied to. Further, the control circuit 7 continues the maximum power point tracking control of the solar cell, so that all the power other than that used for reverse bias application can be output to the system side via the inverter main circuit.
[0033]
FIG. 6 is a configuration diagram of a photovoltaic power generation system showing a third embodiment according to the present invention, and shows a grid interconnection inverter device 9 as an example of the photovoltaic power conversion device 26. The difference from the second embodiment is that the output of the DC / DC converter for generating reverse bias is also input to the inverter main circuit 6. In FIG. 6, the DC / DC converter 11 is obtained by adding a parallel diode 13 to a step-up chopper circuit. The parallel diode 13 prevents the electrolytic capacitor 14 from being charged with a reverse voltage by the solar cell array. Since this step-up chopper circuit is part of the main circuit of the transformerless system interconnection inverter, it can be shared with the DC / DC converter for generating reverse bias, and the number of parts can be greatly reduced. Also in FIG. 6, the basic operation of switching the relay 8 is the same as the description in FIG.
[0034]
FIG. 7 is a configuration diagram of a photovoltaic power generation system showing a fourth embodiment according to the present invention, and shows a grid interconnection inverter device 9 as an example of the photovoltaic power conversion device 26. The difference from the third embodiment is that the input of the DC power supply circuit 15 for generating a reverse bias is supplied from the commercial system 5. For this reason, since the power supply for generating the reverse bias is stabilized, the configuration is such that the reverse bias can be simultaneously applied to all the solar cell arrays 1 via the relay 8. Of course, as in the first to third embodiments, a reverse bias can be applied while sequentially switching using a plurality of relays. In FIG. 7, a parallel diode 13 is attached to the output terminal of the DC power supply circuit, and when the relay 8 is connected to the b contact, the electrolytic capacitor (not shown) output from the DC power supply circuit 15 is reversely charged. Is preventing.
[0035]
In FIG. 7, the inverter output current I detected by the current detector 16 from the inverter main circuit.₀, Output voltage V detected via voltage transformer 17₀, Inverter input voltage V_IThe maximum power follow-up control of the solar cell is performed by the control circuit 7 based on the signals such as. Therefore, the output current I₀And output voltage V₀The solar radiation for the present solar cell can be estimated from the inverter output power obtained from When the solar radiation intensity estimated here is small, the control circuit 7 connects the relay 8 to the b contact, activates the DC power supply circuit 15 and applies a reverse bias to the solar cell array 1. As described above, in FIG. 7, the solar radiation intensity estimating means includes the current detector 16, the voltage transformer 17, the control circuit 7, and the like.
[0036]
Moreover, if the solar radiation meter 22 is installed in the solar cell array 1 and taken into the control circuit 7 as data, the efficiency of the solar cell array can be estimated from the current inverter output power and solar radiation data. When the efficiency thus estimated falls below a predetermined reference, the control circuit 7 can be configured to connect the relay 8 to the b-contact and activate the DC power supply circuit 15 to apply a reverse bias to the solar cell array 1.
[0037]
FIG. 8 is a configuration diagram of a photovoltaic power generation system showing a fifth embodiment according to the present invention, and shows a grid interconnection inverter device 9 as an example of the photovoltaic power conversion device 26. The difference from the fourth embodiment is that the input of the DC / DC converter 11 for generating a reverse bias is supplied from the DC filter unit 23 of the high frequency insulation system interconnection inverter 18.
[0038]
The high-frequency insulation system interconnection inverter 18 is roughly divided into a high-frequency inverter 19 that converts direct current into high-frequency alternating current, a diode bridge 21 that rectifies the high-frequency alternating current insulated by a high-frequency transformer, a DC filter 23, and alternating current of commercial frequency. It consists of a low frequency inverter 20 for conversion. If the input of the DC / DC converter 11 for generating reverse bias is supplied from the DC filter unit 23 of the high frequency insulation system interconnection inverter 18, the power from the commercial system 5 is rectified via the parasitic diode of the low frequency inverter 20. Since the capacitor of the DC filter 23 is charged, the rectifier circuit portion of the DC power supply circuit 15 in FIG. 7 can be omitted. Since other configurations have been described in the above-described embodiment, they are omitted.
[0039]
【The invention's effect】
  According to this invention, the solar cellReverseSince the deterioration of solar cell characteristics is restored by applying a bias voltage,EquipmentEfficiency is improved.
[0040]
  A solar power generation device, wherein the solar cell is deterioratedAccording to the above, since the reverse bias voltage is applied to the solar cell for a predetermined period only to the light-deteriorated solar cell, it is possible to efficiently recover the characteristic deterioration of the solar cell.EquipmentEfficiency is further improved.
[0041]
  A photovoltaic power generation apparatus, wherein a reverse bias voltage is applied to the solar cell for a predetermined period by a photovoltaic power generation conversion apparatus incorporating a reverse bias voltage application means.According to the present invention, it is possible to provide a light degradation recovery function to a photovoltaic power conversion device that uses DC power generated by a solar cell as an input.apparatusCan be maintained.
[0042]
  In a photovoltaic power conversion apparatus using DC power generated by a solar cell as an input, reverse bias applying means for applying a reverse bias voltage to the solar cell for a predetermined period to recover characteristic deterioration of the solar cell A power conversion device for photovoltaic power generation, comprising:According to the present invention, in the power converter for photovoltaic power generation using DC power generated by the solar cell as an input, the reverse bias generating means is configured and the reverse bias voltage is applied to the solar cell for a predetermined period. As the battery characteristics recover, the solar power generationEquipmentEfficiency is improved. Further, by providing the power converter with a reverse bias application function, maintenance work is reduced.
[0043]
  In the photovoltaic power conversion device, the short-circuit current of a solar cell having a plurality of systems of solar cell input terminals and subjected to reverse bias application is smaller than the short-circuit current of other solar cells for generating reverse bias. Switching the wiring between the solar cells connected to the solar cell input terminal, and generating a reverse bias voltage and applying the reverse bias voltage to the predetermined solar cell input terminal by the solar cell connected to the other solar cell input terminal And a power conversion device for photovoltaic power generation, characterized by comprising:Therefore, since the configuration of the reverse bias generation means is only switching the connection of the solar cell module array, it can be realized at low cost.
[0044]
  In the photovoltaic power conversion device, the solar cell input terminal has a plurality of systems, and the wiring between the solar cells connected to the solar cell input terminal is switched to apply a reverse bias to the predetermined solar cell input terminal. And a DC / DC converter for boosting a DC voltage of a solar cell connected to another solar cell input terminal to create a reverse bias voltage. apparatusIn the configuration of the reverse bias generation means, the reverse bias voltage is generated by the DC / DC converter from the DC power of the plurality of solar cells input to the photovoltaic power converter, and the predetermined solar power is generated by the switch means. Since the reverse bias is applied to the battery, even when the voltage obtained from the solar cell array is low, the recovery characteristic of photodegradation can be enhanced by boosting the voltage to obtain a necessary reverse bias voltage value. Furthermore, if there is a margin in the power supplied at the time of reverse bias, the inverter main body can be connected to the grid with surplus power, so that the system efficiency is improved. If the DC / DC converter is also used as a step-up chopper circuit for a transformer-less system interconnection inverter, the cost is reduced.
[0045]
  In the photovoltaic power conversion apparatus, an inverter that inputs DC power output from the solar cell, converts the DC power into AC power synchronized with the system voltage and performs interconnection operation with the system, and system voltage is input. A photovoltaic power generation comprising: a DC power supply circuit for generating the reverse bias voltage; and switch means for connecting an output voltage of the DC power supply to the solar cell in order to apply a reverse bias to the solar cell for a predetermined period. Power converterTherefore, in a grid-connected inverter with a solar cell as an input, a DC power supply circuit with a grid voltage as an input is configured to generate a reverse bias voltage, so that the power required for reverse bias application is affected by solar radiation. The reverse bias voltage can be supplied even when it cannot be secured from the solar cell.
[0046]
  In the photovoltaic power conversion apparatus, a high-frequency insulation type inverter that inputs DC power output from the solar cell, converts the DC power into AC power synchronized with a system voltage, and performs interconnection operation with the system, and the high-frequency insulation A DC / DC converter for generating the reverse bias voltage by inputting the voltage of the secondary DC stage of the inverter, and the output voltage of the DC / DC converter for applying a reverse bias to the solar cell for a predetermined period of time Power conversion device for photovoltaic power generation, characterized by comprising switch means for connecting to a batteryAccording to the above, by supplying the input of the DC / DC converter from the secondary side DC stage of the high frequency insulation system interconnection inverter,straightSince the rectifier circuit of the current supply circuit can be reduced, the cost is reduced.
[0047]
  In the photovoltaic power conversion apparatus, a DC power supply circuit that generates a reverse bias has series switch means at an output end thereof, and after the DC power supply circuit is activated and an output voltage is determined, the series switch is closed, A power converter for photovoltaic power generation, wherein the series switch is opened before the power circuit is stopped to prevent a reverse voltage due to the solar cell from being applied to the output capacitor of the DC power circuit.According to the present invention, the DC power supply circuit for generating the reverse bias voltage or the DC / DC converter circuit has the series switch means at the output terminal, and after the DC voltage output of these circuits is determined, the series switch is closed to the solar cell. By applying a reverse bias and opening the series switch before stopping the DC voltage output to release the reverse bias, a reverse voltage generated by the solar cell is applied to the electrolytic capacitor at the output of the DC power supply circuit. This has the effect of preventing the destruction of the electrolytic capacitor.
[0048]
  In the photovoltaic power conversion apparatus, the photovoltaic power conversion apparatus includes a reverse-biased parallel diode between output lines of a DC power supply circuit that generates a reverse bias.According to the above, by connecting a reverse-biased parallel diode between the output lines of the DC power supply circuit that generates the reverse bias, the output of the DC power supply circuit is supplied to the solar cell array in a state where no power is supplied to the DC power supply circuit. Even when connected, the solar cell array is short-circuited through the parallel diode, so that the output capacitor of the power supply circuit is not reverse-charged and has the effect of preventing the electrolytic capacitor at the output of the DC power supply circuit from being destroyed. .
[0049]
  The photovoltaic power conversion apparatus includes a means for estimating whether the solar cell is receiving sunlight, and applies a reverse bias during a predetermined period when receiving sunlight. Power converter for photovoltaic power generationAccording to the present invention, in a solar power generation power conversion device using DC power generated by a solar cell as an input, a predetermined period during which sunlight is received is selected and a reverse bias voltage is applied to the solar cell. Can improve the efficiency of the system.
[0050]
  The photovoltaic power converter includes a means for estimating the solar radiation intensity received by the solar cell, the current value flowing through the solar cell when a reverse bias is applied is small, and a low recovery range is possible. A solar power generation power converter characterized by selecting a period of solar radiation intensity and applying a reverse biasAccording to the present invention, there is provided a means for estimating the solar radiation intensity of the solar cell, and the reverse bias is selected by selecting a period of low solar radiation intensity within a range in which the current value flowing through the solar cell when the reverse bias is applied is small and recovery from deterioration is possible. By applying this, the power required for reverse bias application can be kept low.EquipmentEfficiency is further improved.
[0051]
  The photovoltaic power converter, comprising a calendar device, and applying a reverse bias to the solar cell on a predetermined morning and evening date and timeAccording to the present invention, it is possible to select a time zone with less solar radiation and apply a reverse bias by providing a calendar device and applying a reverse bias to the solar cell at a predetermined morning and evening date and time. Since the amount of power required at the time of bias can be reducedEquipmentThere is an efficiency improvement effect.
[0052]
  The solar power conversion device includes a means for estimating the conversion efficiency of the solar cell, and a reverse bias is applied to the solar cell when an efficiency decrease equal to or greater than a predetermined reference is detected. Photovoltaic power converterAccording to the present invention, there is provided a means for estimating the efficiency of the solar cell, and when a decrease in efficiency exceeding a predetermined standard is detected, the configuration in which a reverse bias is applied to the solar cell causes a deterioration in the efficiency of the solar cell. Since reverse bias operation can be performed only whenEquipmentIt leads to improvement of efficiency.
[0053]
  In the photovoltaic power conversion device, the photovoltaic cell is an amorphous silicon thin film solar cell.According to the above, since the solar cell to generate power is an amorphous thin film solar cell, the degree of recovery is large and the effect is great because the photodegradation is large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an output recovery method of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of the photovoltaic power generation system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of connection of the solar cell array of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of connection of the solar cell array of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a photovoltaic power generation system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a photovoltaic power generation system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of a photovoltaic power generation system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of a photovoltaic power generation system according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a current-voltage characteristic diagram of the solar cell array of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional photovoltaic power generation system.
[Explanation of symbols]
1 Solar cell array
2 Connection box
3 Backflow prevention diode
4 Inverter device
5 Commercial systems
6 Inverter main circuit
7 Control circuit
8 Relay
9 Grid-connected inverter
10 Calendar circuit
11 DC / DC converter
13 Parallel diode
14 Electrolytic capacitor
15 DC power supply circuit
16 Current detector
17 Voltage transformer
18 High frequency isolation inverter main circuit
19 High frequency inverter
20 Low frequency inverter
21 Diode bridge
22 Solar radiation meter
23 DC filter
24 Solar cell
25 Reverse bias applying means
26 Power converter for photovoltaic power generation
27 Open / close switch

Claims

A plurality of solar cells, an output circuit that collectively outputs the outputs of the plurality of solar cells, a DC / DC converter that boosts and outputs a direct current voltage, and a DC that selects at least one output of the plurality of solar cells A photovoltaic power generation apparatus comprising: a switching circuit that applies an output voltage obtained by being input to a DC converter to at least one other solar cell as a reverse bias voltage.

The solar power generation device according to claim 1 , further comprising means for estimating whether or not the solar cell is receiving sunlight, and applying a reverse bias during a predetermined period when receiving sunlight. Solar power generator.

Oite the photovoltaic power device according to claim 1, comprising means for estimating the solar radiation intensity in which a plurality of solar cells are received, switching circuit selects a predetermined period of low solar radiation intensity, reverse bias solar onset electrical location which is characterized in that the application of voltage.

In solar onset electrical location according to claim 1, comprising a calender device, switching circuit solar onset electrical location which is characterized in that the application of the reverse bias voltage to a predetermined morning and evening time.

In solar onset electrical location according to claim 1, comprising means for estimating the conversion efficiency of the solar cell, when detecting a predetermined low efficiency, switching circuit and performs the application of the reverse bias voltage solar onset electrical location.

In solar onset electrical location according to claim 1, solar onset electrical location, wherein the solar cell is an amorphous silicon thin film solar cell.