JP2000112545A - 太陽光発電システム - Google Patents

太陽光発電システム

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JP2000112545A
JP2000112545A JP10277132A JP27713298A JP2000112545A JP 2000112545 A JP2000112545 A JP 2000112545A JP 10277132 A JP10277132 A JP 10277132A JP 27713298 A JP27713298 A JP 27713298A JP 2000112545 A JP2000112545 A JP 2000112545A
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Tetsuya Nagashima
鉄也 永島
Takeshi Hirano
剛 平野
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Daihen Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】製造コストを上昇を最小限に抑えつつ、電力変
換効率を高める。 【解決手段】太陽電池群（例えば、太陽電池アレイ２０
Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…）の出力それぞれを、太陽電池
群毎に設けられた最大電力点追従制御手段（ＤＣ／ＤＣ
コンバータ制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…およびコンバー
タ制御部４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、…）によって直流状態のま
まその最大電力点で追従制御する。そして、最大電力点
追従制御手段の出力を直流／交流変換手段（インバータ
５およびインバータ制御部６）により交流に変換する。
これにより、各太陽電池群毎に、その最大電力を精度よ
く取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光を光電変換
して直流電力を作成したうえで、その直流電力を交流電
力に変換する太陽光発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、太陽光発電システムとして図
５に示すものがある。この太陽光発電システムは、太陽
電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…と、集電箱２１
と、電力変換装置２２とを備えている。
【０００３】太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃそ
れぞれは、複数の太陽電池モジュール２３を敷きつめた
うえで、これら太陽電池モジュール２３を所望の接続状
態（直列／並列）に接続して構成されている。各太陽電
池モジュール２３は、所望の接続状態（直列／並列）に
接続してなる複数の太陽電池セル（太陽電池の最小単位
であって図示は省略している）を並列配置したうえで樹
脂やガラスで封止して構成されている。
【０００４】集電箱２１は各太陽電池モジュール２３，
…から、太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…を
通じて出力される直流出力を集電している。電力変換装
置２２は、集電箱２１で集電された太陽電池アレイ２０
Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の集電出力（直流）を系統に連
系させた状態で交流に変換するインバータ（直流／交流
変換装置）２４と、インバータ２４を制御するインバー
タ制御部２５と、各種保護装置（図示省略）とから構成
されており、変換した交流出力を系統２６に連系した状
態で負荷２７に供給している。
【０００５】ここで、各太陽電池セルの出力は太陽光の
照射強度（照射条件）、各太陽電池セルの温度環境等に
より変動し、太陽電池セルの出力の最大電力点（最も、
電力を取り出すことができる電流および電圧の相関値）
も太陽光の照射強度（照射条件）、各太陽電池セルの温
度条件等により変動することが知られている。そのた
め、電力変換装置２２では、集電箱２１の出力である集
電出力（太陽電池セルの各出力を総合してなる出力）か
らできるだけ多くの電力を取り出すために、この集電出
力が常時、最大電力点を追従するように制御（以下、こ
のような制御を最大電力点追従制御という）している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
太陽光発電システムでは、精度の高い最大電力点追従制
御を行うことができないために太陽電池から効率よく電
力を取り出せない、という問題があった。以下、説明す
る。
【０００７】太陽光発電システムに対しては供給電力増
大化の要望があり、このような要望に対しては、太陽電
池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の数を増やすこと
が一つの対応として実施されている。ところが、太陽電
池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の設置場所は、建
物の屋上部分といったような限られた領域であることが
多く、そのため、太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０
Ｃ、…の数が増加してくると、一部は東向きに、一部は
南向きに、また他の一部は北向きに設置するといったよ
うに、設置場所が各太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２
０Ｃ、…で互いに異なることが往々にして発生した。
【０００８】しかしながら、設置場所が互いに異なって
しまうと、各太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、
…間で設置条件（太陽光の入射条件等）に差がでてその
出力特性に違いが生じることは避けられない。これに対
して、従来の太陽光発電システムでは、複数の太陽電池
アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…に対して単一の電力
変換装置２２を設けており、太陽電池アレイ２０Ａ、２
０Ｂ、２０Ｃ、…の出力は単一の直流出力として集電さ
れたうえで、電力変換装置２２によって最大電力点追従
制御の基で交流に変換されるようになっている。そのた
め、このような従来の構成において電力変換装置２２が
行う最大電力点追従制御は、各太陽電池アレイ２０Ａ、
２０Ｂ、２０Ｃ、…の出力特性に対して最適なもの、す
なわち、各太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…
の最大電力点を追従したものとはならず、単に、各太陽
電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の出力を平均化
してなる集電出力に対する最大電力点追従制御にしか過
ぎず、これでは、太陽電池出力を効率よく取り出してい
るとはいえなかった。
【０００９】このような問題を解決するためには、設置
条件（出力特性）が同一となる太陽電池アレイ毎に集電
箱と電力変換装置とを設けることが考えられる。そうす
れば、同一の出力特性となる出力毎に集電したうえで、
最大電力点追従制御の基で交流に変換することが可能と
なり、設置条件（出力特性）それぞれに対して最適とな
る最適電力点追従制御を行うことができて、太陽電池出
力を効率よく取り出すことができる。
【００１０】しかしながら、このような構成では、複数
の電力変換装置が必要となる。一般に電力変換装置は高
価な部品であるインバータを含んだものであるため、こ
のように高価な電力変換装置を複数設けなれればならな
い構成では、太陽発電システムの製造コストを大幅に上
昇させるという新たな問題を生じさせることになり、上
記問題の解決策として適しているとはいえなかった。
【００１１】したがって、本発明においては、製造コス
トを上昇を最小限に抑えつつ、電力変換効率を高めるこ
とを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、次のような手
段によって、上述した課題を解決している。
【００１３】本発明の請求項１の記載の発明は、複数設
けられた太陽電池を同等の出力特性を有するグループ毎
に分けることで構成された太陽電池群と、前記太陽電池
群毎に設けられて、対応する太陽電池群の直流出力を直
流状態のままその最大電力点の追従制御を行う最大電力
点追従制御手段と、前記最大電力点追従制御手段の出力
を交流に変換する直流／交流変換手段とを有することに
特徴を有しており、これにより次のような作用を有す
る。すなわち、同等の出力特性を有する太陽電池群毎に
最大電力点追従制御を行うことができるので、各太陽電
池群毎に、その最大電力を精度よく取り出すことが可能
となる。
【００１４】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１に係る太陽光発電システムであって、前記最大電力点
追従制御手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータを備えているこ
とに特徴を有しており、これにより次のような作用を有
する。すなわち、最大電力点追従制御手段は太陽電池群
毎に設ける必要があるので、その設置点数は太陽電池群
の数に応じて複数個必要となる。これに対して、ＤＣ／
ＤＣコンバータはインバータに比べて比較的安価な部品
である。そのため、最大電力点追従制御手段をＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータを備えて構成すれば、最大電力点追従制御
手段を各太陽電池群毎に設ける必要があるにもかかわら
ず、太陽光発電システム全体の製造コストの上昇を最小
限に抑えることができる。
【００１５】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１または２に係る太陽光発電システムであって、前記直
流／交流変換手段は、前記最大電力点追従制御手段の出
力を一括して交流に変換するものであることに特徴を有
しており、これにより次のような作用を有する。すなわ
ち、複数ある最大電力点追従制御手段の出力を一括して
直流／交流変換するので、直流／交流変換手段は単一設
ければよくなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。
【００１７】第１の実施の形態 図１は、本発明の第１の実施の形態の太陽光発電システ
ムの構成を示す図である。この太陽光発電システムは、
太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…と、集電箱
１Ａ、２Ｂ、２Ｃと、電力変換装置２とを備えている。
【００１８】太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、
…は従来の同等の構成を備えている。すなわち、太陽電
池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…それぞれは、複数
の太陽電池モジュール２３を敷きつめたうえで、これら
太陽電池モジュール２３を所望の接続状態（直列／並
列）に接続して構成されている。各太陽電池モジュール
２３は、所望の接続状態（直列／並列）に接続してなる
複数の太陽電池セル（太陽電池の最小単位であって図示
は省略している）を並列配置したうえで樹脂やガラスで
封止して構成されている。
【００１９】本実施の形態では、説明を分かりやすくす
るために各太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…
は、図示はしないが、それぞれ設置条件が異なる位置に
設置されており、その出力特性は各太陽電池アレイ２０
Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…で異なったものとなっていると
して、以下の説明を行う。したがって、本実施の形態で
は、これら太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…
から請求項における太陽電池群が構成されることにな
る。
【００２０】集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…は各太陽電池
モジュール２３…から太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、
２０Ｃ、…を通じて出力される直流出力を集電してい
る。各集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、太陽電池アレイ２０
Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…毎に設けられており、それぞれ
対応する太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の
出力（含まれる太陽電池モジュール２３から出力され
る）を集電している。
【００２１】電力変換装置２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…と、コンバータ制御部４Ａ、４
Ｂ、４Ｃ、…と、インバータ５と、インバータ制御部６
と、図示しない保護装置とを備えている。
【００２２】ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、
…は太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…毎に設
けられており、各集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の出力
（直流）を、直流状態のまま最大電力点追従制御を行っ
ている。このようなＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、
３Ｃ、…の制御は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、
３Ｃ、…の入力側に設けられた電圧センサ７Ａ、７Ｂ、
７Ｃ、…および電流センサ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、…の検出
結果に基づいてコンバータ制御部４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、…
により行われる。なお、コンバータ制御部４Ａ、４Ｂ、
４Ｃ、…としては、高周波絶縁型のフルブリッジ方式Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータで構成してもよいし、非絶縁型の降
圧チョッパ方式や昇圧チョッパ方式のＤＣ／ＤＣコンバ
ータで構成してもよい。
【００２３】インバータ５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３
Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…に対して単一設けられており、各Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…の出力を系統
２６に連系した状態で交流に変換して負荷２７に供給し
ている。このようなインバータ５の制御はインバータ制
御部６により行われる。
【００２４】なお、本実施の形態では、ＤＣ／ＤＣコン
バータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…とコンバータ制御部４Ａ、
４Ｂ、４Ｃ、…とから最大電力点追従制御手段が構成さ
れており、インバータ５とインバータ制御部６とから直
流／交流変換手段が構成されている。
【００２５】また、本実施の形態では、コンバータ各Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…、およびイン
バータ５毎にコンバータ制御部４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、…お
よびインバータ制御部６を設けるように構成している
が、コンバータ制御部４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、…、とインバ
ータ制御部６とを統合して一つの制御部として構成して
もよいのはいうまでもない。
【００２６】次に、この太陽光発電システムの動作を説
明する。各太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…
の太陽電池モジュール２３から出力された直流出力は、
太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…毎に、各集
電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…で集電されたのち、各集電箱
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…に対応して設けられたＤＣ／ＤＣ
コンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…に入力される。
【００２７】各コンバータ制御部４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、…
は、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、
…において入力される各集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の
出力電力（各太陽電流アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、
…の出力電力）が最大点を追従するように制御する。す
なわち、太陽電池セルの出力特性は天候（日射量）や太
陽電池セルの温度環境等により大きく変動するため、各
太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…からその時
の発電環境（入射条件、セル温度等）における最大電力
を取り出すためには、各太陽電池アレイ２０Ａ、２０
Ｂ、２０Ｃ、…の出力特性に合わせて、太陽電池動作電
圧を変動させる必要がある。そこで、各コンバータ制御
部４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、…では、対応する集電箱１Ａ、１
Ｂ、１Ｃ、…の出力電力（対応する太陽電池アレイ２０
Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の出力電力）を、電圧センサ７
Ａ、７Ｂ、７Ｃ、…、電流センサ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、…
によりモニタしてその電力増減を比較し、その比較結果
に基づいて集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…（太陽電池アレ
イ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…）の最大電力動作点に動
作電圧が追従するように各ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、
３Ｂ、３Ｃ、…を制御している。
【００２８】すなわち、コンバータ制御部４Ａ、４Ｂ、
４Ｃ、…は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３
Ｃ、…の入力側に設けられた電圧センサ７Ａ、７Ｂ、７
Ｃ、…、電流センサ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、…のモニタ結果
からその時点での集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の出力
（直流）の電力値を求め、求めた電力値が常時最大電力
となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３
Ｃ、…の出力電力を増減制御している。
【００２９】具体的には、図２に示す太陽電池の電力−
電圧特性において、現時点の電圧、電力の値がそれそれ
Ｖ０、Ｗ０であったとする。コンバータ制御部４Ａ、４
Ｂ、４Ｃ、…はまず現時点での電力Ｗ０を、電圧センサ
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、…および電流センサ８Ａ、８Ｂ、８
Ｃ、…のモニタ結果から算出して記憶しておく。そして
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…を制
御して集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の出力電圧（太陽電
池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の出力電圧）をＶ
０より若干低圧値であるＶ１に変化させ、この時の電力
値（Ｗ１）を電圧センサ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、…、電流セ
ンサ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、…のモニタ結果から算出して記
憶する。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３
Ｃ、…を制御して集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の出力電
圧（太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の出力
電圧）をＶ０より若干高圧値であるＶ２に変化させ、こ
の時の電力値（Ｗ２）を電圧センサ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、
…、電流センサ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、…のモニタ結果から
算出して記憶する。そして、記憶している電力値Ｗ０、
Ｗ１、Ｗ２の比較検討を行い、当初の電力値Ｗ０より電
力値が増加する電圧変動方向（この場合には、電圧を上
昇させる方向）を選択し、選択した電圧変動方向に沿っ
て集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の出力電圧（太陽電池ア
レイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の出力電圧）が変動す
るように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…
を制御する。このような電圧変動制御を連続して行うこ
とで、集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の出力電力（太陽電
池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の出力電力）がそ
の最大点を追従するように制御する。
【００３０】以上のようなＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、
３Ｂ、３Ｃ、…の動作を介してその最大電力点で取り出
された集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の出力電力（太陽電
池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の出力電力）は、
インバータ５により交流に変換される。その際、インバ
ータ制御部６は、インバータ５の出力電力を調整するこ
とで、インバータ５の入力点での電圧（電圧センサ９に
よりモニタされている）が所定の電圧（例えば、直流バ
ス電圧）となるようにインバータ５を制御する。さらに
は、インバータ制御部６は、インバータ５の出力電圧が
所定の値（例えば系統２６と同電圧）となるようにイン
バータ５を制御している。そして、インバータ制御部６
は、インバータ５の入力点での電圧が常に一定になるよ
うに、インバータ５の出力電力を素早く増減制御させる
ことで、各集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の出力電力（各
太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の出力電
力）の最大電力点に応じた交流出力をインバータ５から
出力している。
【００３１】次に、本発明の太陽光発電システムによる
最大電力点の追従制御精度と、従来の最大電力点追従制
御精度とを比較した結果を説明する。ここでは、本発明
として図１の構成を、従来例として図５の構成を参照し
て説明するが、理解を容易にするために、２つの太陽電
池アレイ２０Ａ、２０Ｂを備えた太陽光発電システムに
おいて、両者の電力取り出し効率を比較した。
【００３２】すなわち、ある時刻において、太陽光発電
システムを構成する一方の太陽電池アレイ２０Ａの最大
電力点が（６００Ｖ，８Ａ）であり、そのときの最大電
力が４８００Ｗであった。そして、他方の太陽電池アレ
イ２０Ｂの最大電力点が（４５０Ｖ，１２Ａ）であり、
最大電力が５４００Ｗであり、さらには、インバータ８
の入力電圧を直流バス電圧（＝４００Ｖ）とした場合を
例にして説明する。
【００３３】このとき、本発明の構成では、各ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ３Ａ、３Ｂは、それぞれ最大電力点で動作
し、ＤＣ／ＤＣコンバータでの損失を、理解を容易にす
るために０と仮定すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａの
出力は（４００Ｖ，１２Ａ）となり、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ３Ｂの出力は（４００Ｖ，１３.５Ａ）となり、イ
ンバータ５には、４８００Ｗ＋５４００Ｗ＝１０２００
Ｗが入力されて交流に変換される。
【００３４】これに対して、従来の構成では、電力変換
装置２２から見た最大電力点の電圧は出力電圧の低い方
の太陽電池アレイ２０Ｂの最大電力点電圧４５０Ｖ近傍
となる。この状態、すなわち、４５０Ｖ付近の動作電圧
で電力変換装置２２が動作すると、太陽電池アレイ２０
Ｂではほぼその最大電力点（４５０Ｖ，１２Ａ，５４０
０Ｗ）で動作するものの、太陽電池２０Ａはその最大電
力点（６００Ｖ，８Ａ）からずれた電力点（４５０Ｖ，
９Ａ）で動作するため、このときの太陽電池アレイ２０
Ａから取り出される電力は４０５０Ｗとなる。したがっ
て、インバータ５には、４０５０Ｗ＋５４００Ｗ＝９４
５０Ｗの電力しか入力されず、本発明で取り出せる電力
（１０２００Ｗ）から大きく劣った値となる。このこと
から明らかなように、本願発明は、従来例に比べて電力
を有効に取り出すことができる。
【００３５】また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、
３Ｃ、…は太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…
毎に設ける必要があるので、その設置点数は太陽電池ア
レイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の数に応じて複数個必
要となるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、
…は、フルブリッジ型方式のコンバータや降圧チョッパ
方式や昇圧チョッパ方式とといった、インバータ５に比
べて比較的安価な構成にすることができるので、ＤＣ／
ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…を各太陽電池アレ
イ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…毎に設ける必要があるに
もかかわらず、太陽光発電システム全体の製造コストの
上昇を最小限に抑えることができる。
【００３６】さらには、各ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、
３Ｂ、３Ｃ、…の出力を一括してインバータ５で交流に
変換するので、インバータ５も単一設ければよいので、
その分でも太陽光発電システム全体の製造コストの上昇
を抑えることができる。
【００３７】第２の実施の形態 図３は本発明の第２の実施の形態のの太陽光発電システ
ムの構成を示す図である。この太陽光発電システムは、
基本的には第１の実施の形態と同様の構成を備えてお
り、同一ないし同様の部分には同一の符号を付し、それ
らについての詳細な説明は省略する。
【００３８】この太陽光発電システムは、電力変換装置
１０の構成が若干、第１の実施の形態と異なっている。
電力変換装置１０は、第１の実施の形態における電力変
換装置２の構成に加えて、バイパス路１１Ａ、１１Ｂ、
１１Ｃ、…と、短絡スイッチ回路１２Ａ、１２Ｂ、１２
Ｃ、…とを備えるとともに、これらの追加構成部品の動
作を制御するために、コンバータ制御部１３Ａ、１３
Ｂ、１３Ｃ、…の構成を備えている。
【００３９】バイパス路１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、…
は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…を通
すことなく、各集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の直流出力
をインバータ５に入力するために設けられた導通路であ
る。短絡スイッチ回路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…はこ
れらバイパス路１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、…の中途に設
けられて、その導通を入切制御することで、バイパス路
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、…と、ＤＣ／ＤＣコンバータ
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…の動作路とを選択制御している。
コンバータ制御部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、…は、コン
バータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…の動作の制御に加えて、電
圧センサ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、…の検出結果に基づいて、
各短絡スイッチ回路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…の入切
制御を行っている。
【００４０】以下、この太陽光発電システムの動作を説
明するが、基本的な動作は第１の実施の形態と同様であ
るので、その特徴的な動作のみ説明する。まず、この太
陽光発電システムの制御の概要を説明する。すなわち、
太陽電池セルの出力特性は太陽電池の設置条件や日射条
件の変動等により変動する。このような出力特性の変動
は、太陽の位置の変化により一日の間にも、さらには１
年の間でも生じる。このようにして太陽電池の出力特性
が変動する場合には、ある期間においては、集電箱１
Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の出力（各太陽電池アレイ２０Ａ、
２０Ｂ、２０Ｃ、…の出力）における最大電力点の電圧
と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…の出力
電圧（直流バス電圧等であって、常時一定となるように
インバータ５により制御されている）がほぼ同一になる
ことがある。このような状態になった期間では、ＤＣ／
ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…による電圧調整は
不要になり、その際にＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３
Ｂ、３Ｃ、…を駆動すれば、駆動による電力損だけが生
じることになる。そこで、本実施の形態では、集電箱１
Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の出力（各太陽電池アレイ２０Ａ、
２０Ｂ、２０Ｃ、…の出力）における最大電力点の電圧
と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…の出力
電圧がほぼ同一になったことをコンバータ制御部１４
Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…が検出すると、バイパス路１４
Ａ、１４Ｂ、１１Ｃ、…を導通させることで、ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…の駆動を停止させ
て、上記電力損の発生を防止している。以下、具体的に
動作を説明する。
【００４１】コンバータ制御部１４Ａ、１４Ｂ、１４
Ｃ、…には、電圧センサ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、…から、各
集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の出力電圧（各ＤＣ／ＤＣ
コンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…の入力電圧）のデータ
が送信されている。コンバータ制御部１３Ａ、１３Ｂ、
１３Ｃ、…では、送信される集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、
…の出力電圧データＤ１と、記憶しているＤＣ／ＤＣコ
ンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…の出力電圧ｄ１（常時一
定となる）とを比較し、両者の差Ｅ（＝｜Ｄ１−ｄ１
｜）が閾値Ｆ（例えば、５Ｖ）以下であれば（｜Ｄ１−
ｄ１｜≦Ｆ）、集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の出力電圧
データＤ１が、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３
Ｃ、…の出力電圧ｄ１とはほぼ同一の値であると判断し
て、対応する短絡スイッチ回路１２Ａ、１２Ｂ、１２
Ｃ、…が閉操作するように制御する。これにより、ＤＣ
／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…は動作を停止
し、集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の出力は、最大電力を
維持した状態でバイパス路１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、…
を通って、インバータ５に入力されて、交流に変換され
る。この際、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、
…は駆動しないので、電力損は生じない。
【００４２】電力損無発生状態でのインバータ駆動［短
絡スイッチ回路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…が閉状態
（ＤＣ／ＤＣコンバータ３停止状態）でのインバータ５
の駆動］を行っている場合、日射条件等の変動により最
大電力点が変動すると、最大電力点の追従が不可能にな
ってしまう。そこで、コンバータ制御部１３Ａ、１３
Ｂ、１３Ｃ、…は次のような制御を行っている。すなわ
ち、コンバータ制御部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、…は日
射条件等の変動により最大電力点が変動するか否かを検
出する。最大電力点の変動は、集電箱１Ａ、１Ｂ、１
Ｃ、…の出力（太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０
Ｃ、…の出力）電流が変動するか否かを電流センサ８
Ａ、８Ｂ、８Ｃ、…でモニタすることで検出できる。電
流センサ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、…のモニタ結果により最大
電力点が変動したことを検出すると、コンバータ制御部
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、…は、短絡スイッチ回路１２
Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…が開操作するように制御する。
これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、
…は最大電力点追従制御動作を再開する。
【００４３】なお、上述した第１、第２の実施の形態で
は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…を電力
変換装置２、１０に組み込んで構成したが、図４に示す
ように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４Ａ、１４Ｂ、１４
Ｃ、…と、コンバータ制御部１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、
…と、集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…とを一体に構成して
もよい。なお、図４中、符号１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、
…は、集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…とＤＣ／ＤＣコンバ
ータ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…とコンバータ制御部１
５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、…とで構成された集電ユニット
であり、１７は、インバータ５とインバータ制御部６と
から構成された電力変換装置である。
【００４４】ＤＣ／ＤＣコンバータ１４Ａ、１４Ｂ、１
４Ｃ、…と、コンバータ制御部１５Ａ、１５Ｂ、１５
Ｃ、…と、集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…とを一体に構成
するのは次のような理由によっている。すなわち、太陽
電池アレイの数が増えてくると、太陽電池アレイと電力
変換装置との間の離間距離が大きくなってくる。このよ
うな場合において、第１、第２の実施の形態のように、
ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…を電力変換
装置２、１０に組み込むと、次のような不都合が生じ
る。すなわち、第１、第２の実施の形態の構成では、各
太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の出力を集
電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…で集電したのち電力変換装置
２、１０まで配線する必要がある。しかしながら、太陽
電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の出力は低電
圧、高電流であるという特徴を有しており、そのため、
集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…と電力変換装置２、１０と
の間の離間距離が長くなると、その間の配線が長くなる
分、配線損失も大きくなってしまうという不都合が生じ
る。
【００４５】これに対して、図４に示すように、ＤＣ／
ＤＣコンバータ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…と、コンバ
ータ制御部１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、…と、集電箱１
Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…とを一体に構成した場合には、低電
圧、高電流である集電箱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…の出力
（太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の出力）
を送電する配線の長さが短くなり、その分、配線損失を
低減することができるという利点がある。さらには、配
線長を短くできる分、配線工事を簡略化して、設置コス
トを低減できるという利点もある。
【００４６】なお、上述した第１、第２の実施の形態お
よびその変形例では、各太陽電池アレイ２０Ａ、２０
Ｂ、２０Ｃ、…で出力特性が異なる（設置条件や太陽電
池の種類が異なる）ことを前提にして、太陽電池アレイ
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…それぞれに対応して、一つ
ずつＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、…を設け
るように構成していた。しかしながら、本発明はこのよ
うな構成に限るものではなく、次のように構成してもよ
い。すなわち、複数設けられた太陽電池アレイ２０Ａ、
２０Ｂ、２０Ｃ、…の中で、出力特性がほぼ同一（設置
条件等がほぼ同一）な太陽電池アレイ２０Ａ、２０Ｂ、
２０Ｃ、…を組み合わせ、組み合わせた太陽電池アレイ
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、…の組それぞれに対して一つ
の集電箱と、一つのＤＣ／ＤＣコンバータとを設ける。
そして、各太陽電池アレイの組それぞれにおいて集電箱
で集電し、さらにその集電出力を各ＤＣ／ＤＣコンバー
タに入力し、ここで、最大電力点追従制御を行う。この
ように構成すれば、集電箱およびＤＣ／ＤＣコンバータ
の数も最小限でよくなり、その分、太陽電池システムの
設置コストを低減することができる。
【００４７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、次のよう
な効果を奏する。
【００４８】請求項１によれば、同等の出力特性を有す
る太陽電池群毎に最大電力点追従制御を行うことができ
るので、各太陽電池群毎に、その最大電力を精度よく取
り出すことが可能となり、その分、電力変換効率が向上
した。
【００４９】請求項２によれば、最大電力点追従制御手
段を各太陽電池群毎に設ける必要があるにもかかわら
ず、太陽光発電システム全体の設置コストの上昇を最小
限に抑えることができた。
【００５０】請求項３によれば、集電手段で集電した集
電出力を直流／交流変換手段により一括して直流／交流
変換するので、直流／交流変換手段を単一設ければ、全
ての太陽電池群の出力を交流に変換することが可能とな
り、その分、部品点数を最小限とすることができて、太
陽光発電システム全体の設置コストの上昇をさらに抑え
ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電シ
ステムの構成を示す図である。
【図２】最大電力点の追従制御の説明に供する図であ
る。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る太陽光発電シ
ステムの構成を示す図である。
【図４】本発明の変形例を示す図である。
【図５】従来例の太陽光発電システムの構成を示す図で
ある。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、… 集電箱 ２ 電力変換装置 ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、… ＤＣ／ＤＣコンバータ ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、… コンバータ制御部 ５ インバータ ６ インバータ制御部 １０ 電力変換装置 １１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、… バイパス路 １２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、… 短絡スイッチ回路 １３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、… コンバータ制御部 １４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、… ＤＣ／ＤＣコンバー
タ １５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、… コンバータ制御部 １６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、… 集電ユニット １７ 電力変換装置 ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、… 太陽電池アレイ ２３ 太陽電池モジュール

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数設けられた太陽電池を同等の出力特
    性を有するグループ毎に分けることで構成された太陽電
    池群と、 前記太陽電池群毎に設けられて、対応する太陽電池群の
    直流出力を直流状態のままその最大電力点の追従制御を
    行う最大電力点追従制御手段と、 前記最大電力点追従制御手段の出力を交流に変換する直
    流／交流変換手段と、 を有することを特徴とする太陽光発電システム。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の太陽光発電システムであ
    って、 前記最大電力点追従制御手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータ
    を備えていることを特徴とする太陽光発電システム。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載の太陽光発電シス
    テムであって、 前記直流／交流変換手段は、前記最大電力点追従制御手
    段の出力を一括して交流に変換するものであることを特
    徴とする太陽光発電システム。
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