太陽光発電システムの仕組みについて

質問

太陽光発電でパネルが発電しているときは、そのシステムにぶら下がっている負荷には発電した電気が供給されますが、パネルが発電をしないとき、今度は、商用電源からの電気供給に切り替わることになると思います。

それは、何を基準にどういう仕組みで切り替わっているのでしょうか？

教えてください。

回答No.7

poohhoop · ベストアンサー

>>売電、買電の変更は発電量と需要量の差でしかありません。
>これは、具体的には何の差ですか？　電流の流れる向きが変わるのだから電圧差のような気がしますが・・・。

正確に回答するのは非常に難しいのですが、「電圧の差」と考えていただければ理解しやすいと思います。
その電圧の差によって電流が系統側に流れ出るということです。

パワコンは自分パネルの発電量をすべて系統（宅内負荷（需要）＋系統）へ流れるようにきめられた範囲内で電圧を上げていきます。
その結果パワコンから宅内へ電流（正確には潮流or電力）を流します。
宅内で消費できない分が宅外の系統へ流れます。
逆に宅内の負荷（需要）を賄いきれない場合は宅外系統から電力が流入します。

電圧が高いほうから低いほうへ流れると理解していただければよいと思います。

売電時は
パワコン（高）　→　宅内（中）　→　売電メーター　→　系統（低）

買電時
パワコン（高）　→　宅内（低)　←　買電メーター　←　系統（高）

矢印は電力の流れ、（　）は電圧の高さ（比較）

というようになります。

>パワコンの電源は系統から取っているので、系統が停電すれば、当然、送り出しは停まるのではないでしょうか？

たぶん、前の別の質問レスからの誤解かと思います。
前の質問が閉め切られていますので解答はできませんのでこちらで回答します。

パワコンの電源とは何かという点ですが、

直流から交流への返還は直流側が発電されている限り系統電源が無くても行われています。
したがってパワコンは自立運転している状態です。
ただし負荷（需要）が接続されされていないので、いわば「アイドリング状態」になっています。

系統電源が喪失しているときにパワコンの制御電源が無くなっているのではなく、
系統電源が喪失しているときは系統連系動作（系統との接続動作）が行われないということです。

ところが一旦、系統連系がなされた状態で系統電源が喪失しても、発電所と需要がバランスする状態で安定してしまう場合が発生します。

それは「発電量＝需要」となった場合です。

この場合にパワコンからみた系統側の電圧が、系統電源なのか、自電源なのか、区別がつかなくなり、自立運転状態が継続されます。この場合、完全に「発電量＝需要」とはならず、電圧、周波数は安定しません。
非常に危険な状態です。

系統連系保護装置は、系統電源が喪失した瞬間の、電圧変動や周波数変動、位相の変移のわずかな変化を検出して、系統から離れるという動作をすることで、上記の自立運転を回避します。
自立運転がなされると、配電線の

もちろん、系統電源が復帰した場合、それを検出して連系を復帰させるという動作も行われます。

系統電源な無くなると制御電源を失うのではなく、系統電源を監視していて復帰動作をさせるという制御をおこなっています。

回答No.9

foobar

家庭用のパワーコンディショナでは配電系統から切り離しての単独運転と、配電系統につないでの連携運転は手動切り替えになっていることもあります。
（私のところのは手動切り替えのタイプ。パワーコンディショナの繋がっているブレーカを手動で落として、パワーコンを配電線から切り離して単独運転にする。）
単独運転と連携運転ではパワーコンディショナの運転制御方法も変わります。単独運転の時には、一定電圧、一定周波数の運転で、供給電力は繋がっている負荷できまりますが、連携運転時には、パネルで発電した電力全量を配電系統に流す電力制御に切り替わっています。（周波数や電圧も配電系統に合わせて調整する。）

配電系統の電圧が上がってきた場合には、私のところのパワコンではまず電流位相の調節で電圧上昇を抑えます（無効電力による電圧制御が働く）。それでも電圧上昇を抑えられなくなったら、系統への電力を絞る制御に移行します。（そのとき、ソーラパネルからは送り出せる分だけの電力が発生している状況になる。）

ちなみに、交流電力系統の電力の流れは電圧の差よりも電圧の位相差の影響が大きかったりします。

回答No.8

poohhoop

前の回答の一部が途切れてましたので補足します。

下から５行目くらいの文章

自立運転がなされると、配電線の

　　　↓

自立運転がなされると、配電線の安全管理上の問題も発生します。
停電しているはずの配電線に電圧があったり、復電したときに、自立区間と復帰した系統電源との位相調整が行われないため、大電流が流れる等の問題です。

お礼

ご丁寧な回答ありがとうございます。

>パワコンは自分パネルの発電量をすべて系統（宅内負荷（需要）＋系統）へ流れるよう
>にきめられた範囲内で電圧を上げていきます。

パワコンが決められた範囲内で電圧をいっぱいまで上げても、系統側がそれよりも高ければ、いくらパネルが発電しても売電はできないということですよね？
ということは、極端な話、太陽光発電を導入した最初の頃はいいとしても、そのうちその系統に同じような発電設備がどんどんぶら下がってくると、最初の頃のように売電ができなくなってくるような気がするのですが・・・・

>直流から交流への返還は直流側が発電されている限り系統電源が無くても行われて
>います。
>したがってパワコンは自立運転している状態です。

つまり、DC→ACへの変換動作は、系統電源には関係なく、パネルが発電している（パネル発電電圧がパワコンの運転可能電圧範囲にある）限り、常時行われているということですね。

この状態で、系統が停電したときの切り離し制御及び、復帰時の再連携制御なども「パネルが発電した電気」を使って行なっているのですね？

では、系統からパワコンに供給される電源は、なんのためでしょうか？

ちなみに、小さいクラス（数ｋW）のパワコンは、系統から電源は供給されてないようです・・・。

回答No.6

poohhoop

系統連系についいてイメージできていらっしゃらないようですので、
正確な答えから若干はずれることを承知の上でわかりやすいように解答します。

パワーコンディショナーは発電量については全く制御していません。
家の中の電力の需要量についても制御はされてません。
売電、買電の変更は発電量と需要量の差でしかありません。

発電量＞需要量となれば　売電、　その差の分だけ家の外へ出ていきます。
発電量＜需要量となれば　買電、　その差の分だけ外部から入ってきます。

単純にこの差がプラスかマイナスかだけの結果でしかありません。

では、パワーコンディショナーは何をしているかというと、
パネルが発電した分をすべて（100%に近くなるよう)交流に変換する仕事をしています。

では発電と需要のバランスは誰がやっているかというと、「電力会社」です。

発電機のある需要家から垂れ流された電力と勝手に吸い込んでいく電力を電力会社がバランスさせています。

で、方法はと言いますと、

勝手に発電している発電所と勝手に使用している需要家の電力を計測しながら瞬時にバランスさせるのではありません。

需要量と発電量のバランスが崩れると電圧と周波数が変化するという現象が起きることを利用して、電圧と周波数を一定に保つように自社の発電所をコントロールしています。
周波数、電圧が下がってくると発電量が不足しているため、自社発電所の出力を上げ、電圧、周波数が上昇してくると自社発電所の出力を下げるという制御をしています。
この制御に利用する発電所は主に火力発電所で行い、水力発電所なども併用されます。

質問者さまの趣旨からは外れますがパワーコンデショナーの機能にもう一つあります。
電力会社の系統が停電した場合に電力会社の系統から自動的に切り離れる機能です。
これは停電時に配電線に電気を送りだすことで起こる危険を防止するためです。
これも周波数や電圧の変動を監視することで行います。

お礼

ご回答ありがとうございます。

パワコンの役目は理解できました。

>売電、買電の変更は発電量と需要量の差でしかありません。

これは、具体的には何の差ですか？　電流の流れる向きが変わるのだから電圧差のような気がしますが・・・。

>電力会社の系統が停電した場合に電力会社の系統から自動的に切り離れる機能です。
>これは停電時に配電線に電気を送りだすことで起こる危険を防止するためです。
>これも周波数や電圧の変動を監視することで行います。

パワコンの電源は系統から取っているので、系統が停電すれば、当然、送り出しは停まるのではないでしょうか？

回答No.5

foobar

＃２お礼欄に関連して。

（とりあえず、家庭用の数kWクラスのものを想定しています。大容量のになるとまたちょっと様相が変わるところもあるので。）

配電線と太陽光パネルをつなぐパワーコンディショナでは、「配電線とつないで電力を送る」ためにいろいろな制御をしています。（例えば、出力の電圧や周波数を屋内配電線と合わせたり、太陽電池が発電した電力を過不足なく配電線に送り出すための制御、配電線側が停電したら自動的に停止する、配電線の電圧や周波数が規定値からはずれたら停止する（停止する前に若干の電圧調節の制御が入ることも）、といった制御がされています。）
この「配電線とつないで電力を送る」制御で太陽電池が発電した電力を屋内配電線に送り出す以外は、（電圧や周波数の変動などで停止する以外には）特には制御はしていません。家庭内配電での電力の過不足分は、電力会社の配電線とつながっている線を通して勝手に出し入れされています。

回答No.4

nerimaok

あれ? URL貼り忘れたかな?
http://kaden.watch.impress.co.jp/docs/column/solar/

回答No.3

nerimaok

系統連携は系統連係の誤変換です

家庭用のシステムだとパワーコンディショナーと呼ばれる装置が
この手の処理を一括で請け負います。

こちらの連載でも読んでください。
(2013年のか表示されてますが年の所を押して古いのもちゃんと
読んでください)

回答No.2

foobar

特に切り替えているわけではありません。
太陽光システムは、電力系統にぶら下がっているほかの発電機と同様に、配電系統に並列に繋がって、発電しただけの電気を家庭内の配電線に流しています。
家庭内で使う分が発電量より少ないと、余った分は勝手に家庭内から屋外の配電線に流れ出しますし、発電量より多く使うと屋外の配電線から流れ込みます。

電力量計は、家庭内と屋外の境に流れ込み用と流れ出しを計るためのとが別個についていて、それぞれ総量を記録し、それに応じた課金、支払いがされています。

お礼

ご回答ありがとうございます。

単純に、配電系統に並列に負荷部と発電部をぶら下げておけば、それらが勝手に電気の出し入れをしてくれるので、なにも制御機構などは必要ないということでしょうか。。

回答No.1

nerimaok

太陽光からの電力と商用電力はON/OFFで切り替わるわけじゃ有りません。
太陽光からの出力が不足している場合には不足分だけを商用電力から
賄います。

売電しているか、また、売電を主にして余った分を自家用にするか、
自家用を主にして余った分を売電するかなど、設定によってどちらを
優先するかは変わります。

こういう制御をするのが系統連携です。

お礼

ご回答ありがとうございます。

「こういう制御をするのが系統連携です」の「制御」とは、何がどこで行なっているのでしょうか？