JP5626798B2 - Photovoltaic power generation system, switching system, and bypass device - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池モジュールが複数直列に接続された太陽電池モジュール群に流れるモジュール群電流をバイパスさせるバイパス電流経路を備えた太陽光発電システム、電流経路の導通、非導通を切り替えるスイッチングシステム、およびバイパス装置に関する。 The present invention provides a photovoltaic power generation system having a bypass current path that bypasses a module group current flowing in a group of solar cell modules in which a plurality of solar cell modules are connected in series, a switching system that switches conduction and non-conduction of current paths, and The present invention relates to a bypass device.
太陽光を電気に変換する太陽電池セルが開発されている。しかし、太陽電池セル(太陽電池素子)1個の発電電力(発電電圧、発電電流)は小さいことから、多数の太陽電池セルを直列に、さらには並列に接続して太陽電池モジュールとして必要な電力を得るようにしている。また、太陽電池モジュールをさらに複数接続して太陽光発電システムが構成されている。 Solar cells that convert sunlight into electricity have been developed. However, since the generated power (generated voltage, generated current) of one solar cell (solar cell element) is small, a large number of solar cells are connected in series and in parallel, and the power required as a solar cell module Like to get. Further, a solar power generation system is configured by further connecting a plurality of solar cell modules.
太陽電池セル(太陽電池モジュール)は太陽光によって発電することから、太陽光が遮光されて太陽電池セル(太陽電池モジュール)の表面が影の状態とされた場合、発電に寄与しない太陽電池セル(太陽電池モジュール)が直列に接続されて通常の発電状態を維持している太陽電池セル(太陽電池モジュール)に対して電流の制限を及ぼすことになり、太陽光発電システムとしての発電効率が低下することになる。 Since solar cells (solar cell modules) generate electricity by sunlight, solar cells that do not contribute to power generation when sunlight is shielded and the surface of the solar cell (solar cell module) is shaded ( Solar cell modules) are connected in series to limit the current to the solar cells (solar cell modules) that maintain the normal power generation state, and the power generation efficiency as a solar power generation system decreases. It will be.
また、非発電状態の太陽電池セル(太陽電池モジュール)に対しても通常の発電状態を維持している太陽電池セル(太陽電池モジュール)からの電流が流れる。非発電状態の太陽電池セル(太陽電池モジュール)は、抵抗体として作用することから発熱作用によって例えばホットスポット現象を生じ、寿命および信頼性を低下させる虞が生じる。 In addition, a current from a solar battery cell (solar battery module) that maintains a normal power generation state flows to a non-power-generating solar battery cell (solar battery module). Since the solar cell (solar cell module) in a non-power generation state acts as a resistor, for example, a hot spot phenomenon occurs due to heat generation, and there is a possibility that the life and reliability may be reduced.
そこで従来の太陽光発電システムでは、適宜の個数の太陽電池セルで構成された太陽電池モジュールに対してバイパスダイオードを接続して上述した不都合を回避する構成とされている。図5A、図5Bに基づいて従来の太陽光発電システムについて説明する。 Therefore, in the conventional solar power generation system, a bypass diode is connected to a solar cell module configured with an appropriate number of solar cells to avoid the above-described disadvantages. A conventional solar power generation system will be described with reference to FIGS. 5A and 5B.
図5Aは、従来の太陽光発電システム101の概略ブロック構成を示すブロック図である。
FIG. 5A is a block diagram showing a schematic block configuration of a conventional photovoltaic
従来の太陽光発電システム101は、太陽光Lsを光電変換によって電気(電力)に変換する太陽電池セル112が複数直列に接続されて構成された太陽電池モジュール111を備える。太陽電池モジュール111は、さらに複数(例えば、太陽電池モジュール111fおよび太陽電池モジュール111s)直列に接続されて太陽電池モジュール群110を構成している。太陽電池モジュール群110は、さらに多くの太陽電池モジュール111を接続して構成することも可能であるが、説明の便宜上、2個の太陽電池モジュール111(太陽電池モジュール111fおよび太陽電池モジュール111s)が接続された場合について説明する。
A conventional solar
なお、2個の太陽電池モジュール111fおよび太陽電池モジュール111sを特に区別する必要がない場合は、単に太陽電池モジュール111とすることがある。また、太陽電池モジュール111fに配置された太陽電池セル112を太陽電池セル112fとし、太陽電池モジュール111sに配置された太陽電池セル112を太陽電池セル112sとする。両者(太陽電池セル112fおよび太陽電池セル112s)を特に区別する必要がない場合は、単に太陽電池セル112とすることがある。また、図5Aでは、太陽電池モジュール111の内側で両端に配置された太陽電池セル112を示し、中間に配置された太陽電池セル112については図示を省略している。
In addition, when it is not necessary to particularly distinguish the two
太陽光Lsが照射された太陽電池モジュール111は、それぞれ光電変換によって出力電圧を発電し、太陽電池モジュール111の直列接続によって加算された電圧が太陽電池モジュール群110の出力電圧としてDC/DCコンバータ130の入力端へ入力される。
The
直列接続された各太陽電池セル112には、共通のモジュール群電流Igが流れる。したがって、太陽電池モジュール群110は、太陽電池モジュール111fおよび太陽電池モジュール111sを電流経路としてモジュール群電流IgをDC/DCコンバータ130の入力端へ供給する。
A common module group current Ig flows through the
DC/DCコンバータ130は、予め設定された変換比率で太陽電池モジュール群110の出力電圧(直流電圧)を適宜の電圧(電力)に変換し、出力端から負荷(不図示)に向けて出力する。
The DC /
従来の太陽光発電システム101は、太陽電池モジュール111と並列に接続されたバイパス電流経路115、バイパス電流経路115に挿入されてバイパス電流経路115と共に単一方向の電流路を構成するバイパスダイオード116を備える。バイパス電流経路115、バイパスダイオード116は、太陽電池モジュール111に対応させて接続されることから、太陽電池モジュール111と同様に2個配置されている。
The conventional photovoltaic
太陽電池モジュール111fと並列に接続されたバイパス電流経路115をバイパス電流経路115f、太陽電池モジュール111sと並列に接続されたバイパス電流経路115をバイパス電流経路115sとし、バイパス電流経路115fおよびバイパス電流経路115sを特に区別する必要がない場合は、単にバイパス電流経路115とすることがある。
The bypass current path 115f connected in parallel with the
バイパス電流経路115fには、バイパスダイオード116fが挿入(配置)され、バイパス電流経路115sには、バイパスダイオード116sが挿入(配置)されている。バイパスダイオード116fおよびバイパスダイオード116sを特に区別する必要がない場合は、単にバイパスダイオード116とすることがある。
A
それぞれの太陽電池セル112は、同様な太陽光Lsが照射されている場合、太陽光Lsの照射を受けて同様な光電変換を行う。したがって、それぞれの太陽電池セル112は、仕様に応じた発電電圧でモジュール群電流Igを出力する。
Each
略均等に太陽光Lsが照射される通常の状態では、それぞれの太陽電池セル112は、同様に動作することから、太陽電池モジュール111全体で仕様に応じた出力電圧およびモジュール群電流Igを出力する。したがって、太陽電池セル112がn個直列に接続されている場合は、太陽電池セル112の発電電圧×nが太陽電池モジュール111の出力電圧となる。
In a normal state in which the sunlight Ls is irradiated substantially uniformly, each
バイパスダイオード116は、太陽電池モジュール111の出力(電圧、電流)が通常の発電状態で逆バイアスとなるように接続されている。つまり、バイパスダイオード116は、太陽電池モジュール111の発電電圧のプラス側にカソード側が、太陽電池モジュール111の発電電圧のマイナス側にアノード側が接続されている。したがって、通常の発電状態では、モジュール群電流Igは、太陽電池モジュール11を流れ、バイパスダイオード116には流れない。つまり、通常の発電状態では、バイパスダイオード116は、逆バイアスされていることから、電流は流れない状態となっている。
The
図5Bは、図5Aに示した従来の太陽光発電システム101でモジュール群電流Igがバイパスダイオード116sをバイパスして流れる状態での概略ブロック構成を示すブロック図である。
FIG. 5B is a block diagram showing a schematic block configuration in a state where the module group current Ig flows by bypassing the
基本的な構成は、図5Aと同様であるので、主に異なる事項について説明する。 Since the basic configuration is the same as that in FIG. 5A, different items will be mainly described.
太陽光Lsは、影などの発生によって遮光された状態の太陽光Lss(太陽電池モジュール111sに対応させて示す。)となることがある。太陽光Lssは、太陽光Lsに比較して遮光された状態を示すために太陽電池モジュール111sの外側でのみ図示されている。以下では、例えば太陽電池モジュール111s(太陽電池セル112s)が遮光されて発電しない状態となった場合について説明する。
The sunlight Ls may become sunlight Lss (shown corresponding to the
遮光された太陽電池モジュール111s(太陽電池セル112s)は、光電変換ができないことから太陽電池として発電しない。太陽電池として発電(機能)しない状態を示すために、図5Bでは、太陽電池モジュール111s(太陽電池セル112s)は、破線で示されている。
The light-shielded
遮光されて発電できない状態では、太陽電池モジュール111sは受動回路(抵抗回路)となる。つまり、直列に接続されている他の太陽電池モジュール111(ここでは、太陽電池モジュール111f)の発電によって流れるモジュール群電流Igが流れると抵抗負荷として作用し、発熱によってホットスポット現象を生じる虞がある。
In a state where power generation is not possible due to light shielding, the
発電しない状態で太陽電池モジュール111sにモジュール群電流Igが流れると、太陽電池モジュール111sの両端での電位は通常の発電状態とは異なって逆になる。つまり、バイパスダイオード116sのアノード側が高い電位となり、バイパスダイオード116のカソード側が低い電位となることから、バイパスダイオード116sに対して順方向の電圧が印加された状態となり、順方向電流としてのモジュール群電流Igがバイパス電流経路115s(バイパスダイオード116s)へ流れる状態となる。この状態では、太陽電池モジュール111sへのモジュール群電流Igの流入は解消されるので、ホットスポット現象は確実に防止され、太陽光発電システム101の信頼性を確保することができる。
When the module group current Ig flows through the
つまり、モジュール群電流Igは、バイパスダイオード116sを経由して太陽電池モジュール111fへ流れるようになり、バイパスダイオード116sの順方向電圧での電力消費が発生する。電力消費は太陽光発電システム101全体での発電効率を低下させることにつながることから、バイパスダイオード116sでの電力消費をできるだけ抑制するため、バイパスダイオード116としては、順方向電圧が小さいショットキーダイオードが一般的に適用される。ショットキーダイオードの順方向電圧は通常のダイオードに比較して小さいが、順方向電圧Vfが0.45V〜0.65Vある。
That is, the module group current Ig flows to the
順方向電圧Vfを0.5Vとした場合、例えばモジュール群電流Igを10Aとするとショットキーダイオードでの消費電力は10A×0.5V=5Wとなり、太陽電池モジュール群10の規模が大きくなるほど大きな損失となり無視できなくなるという問題がある。
When the forward voltage Vf is 0.5 V, for example, if the module group current Ig is 10 A, the power consumption of the Schottky diode is 10 A × 0.5 V = 5 W, and the loss increases as the scale of the solar
なお、端子ボックスに配置されたバイパスダイオードでの電力消費に伴う発熱への対策を施した技術として例えば特許文献1が知られている。
For example,
太陽電池セル、太陽電池モジュールでの発電状態、非発電状態の混在を解消する手段としてのバイパスダイオードの接続については、バイパスダイオード自体による電力消費の発生という問題があった。バイパスダイオードの電力消費に伴う発熱対策として特許文献1に記載されたような技術が提案されている。しかし、特許文献1に開示された技術は発生した熱への対応が開示されているのみで、バイパスダイオード自体の電力消費を低減させるものではなく、バイパスダイオードでの電力消費は依然として発生するという問題があった。
Regarding the connection of the bypass diode as a means for eliminating the mixture of the power generation state and the non-power generation state in the solar battery cell and the solar battery module, there is a problem of the occurrence of power consumption by the bypass diode itself. As a countermeasure against heat generation due to power consumption of the bypass diode, a technique as described in
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、バイパスダイオードを電力消費がほとんど生じないスイッチング素子に置き換えることによって、従来のバイパスダイオードで発生していた電力消費を低減(解消)した太陽光発電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation. By replacing the bypass diode with a switching element that hardly generates power, the solar power consumption that has been generated in the conventional bypass diode is reduced (eliminated). An object is to provide a photovoltaic system.
また、本発明は、スイッチング素子を適用して電流経路の導通、非導通を制御することによって、電流経路を必要に応じて機能させ、また、電流経路での消費電力を抑制したスイッチングシステムを提供することを他の目的とする。 In addition, the present invention provides a switching system that applies a switching element to control conduction and non-conduction of a current path so that the current path functions as necessary and suppresses power consumption in the current path. To do other purposes.
また、本発明は、ダイオードと2つの抵抗の3素子という簡単な構成の直列回路で制御部を構成することによって、太陽電池モジュールの出力状態を分圧端子からの信号(分圧電圧)として容易にかつ高精度に抽出し、分圧端子の電位(分圧電圧)に基づいてスイッチング素子の開閉を容易にかつ高精度に制御することができるバイパス装置を提供することを他の目的とする。 Further, in the present invention, the output state of the solar cell module can be easily set as a signal (divided voltage) from the voltage dividing terminal by configuring the control unit with a simple series circuit of a diode and two elements of two resistors. It is another object of the present invention to provide a bypass device that can be extracted with high accuracy and that can easily and accurately control the opening and closing of the switching element based on the potential (divided voltage) of the voltage dividing terminal.
本発明に係る太陽光発電システムは、複数の太陽電池セルを直列に接続した太陽電池モジュールが複数直列に接続された太陽電池モジュール群と、それぞれの前記太陽電池モジュールに並列に接続され前記太陽電池モジュールの出力電圧が予め特定された特定電圧より小さいときに前記太陽電池モジュール群に流れるモジュール群電流をバイパスさせるバイパス電流経路と、前記太陽電池モジュール群から出力された電力を直流−直流変換するDC/DCコンバータとを備えた太陽光発電システムであって、それぞれの前記バイパス電流経路に配置されて前記バイパス電流経路の導通および非導通を切り替えるスイッチング素子と、前記スイッチング素子のそれぞれに対応して配置され前記スイッチング素子の開閉を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記出力電圧が前記特定電圧より小さくなったとき、前記スイッチング素子を開から閉に切り替えて前記バイパス電流経路を導通させる構成とされ、前記制御部は、ダイオードと2つの抵抗を直列に接続した直列回路とされて前記太陽電池モジュールに並列に接続されてあり、前記2つの抵抗の間に接続されて前記太陽電池モジュールの出力電圧を分圧して出力する分圧端子を備え、前記分圧端子は、前記スイッチング素子の制御端子に接続されていることを特徴とする。 The solar power generation system according to the present invention includes a solar battery module group in which a plurality of solar battery modules in which a plurality of solar battery cells are connected in series, and a solar battery module connected in parallel to each of the solar battery modules. A bypass current path for bypassing a module group current flowing in the solar cell module group when the output voltage of the module is smaller than a specified voltage, and a DC for DC-DC conversion of the power output from the solar cell module group / DC converter comprising: a switching element that is disposed in each bypass current path and switches between conduction and non-conduction of the bypass current path, and is disposed corresponding to each of the switching elements And a control unit that controls opening and closing of the switching element. Wherein, when the output voltage is smaller than the specific voltage, the is a switching element from an open and configured to conduct the bypass current path is switched to the closed, the control unit includes a diode and two resistors A voltage dividing terminal that is connected in parallel to the solar cell module and that divides the output voltage of the solar cell module and outputs the divided voltage. The voltage dividing terminal is connected to a control terminal of the switching element .
したがって、本発明に係る太陽光発電システムは、太陽電池モジュールが例えば太陽光の遮断などによって発電しない非発電状態となったとき、発電しない太陽電池モジュールと並列に配置されたバイパス電流経路を導通状態(短絡状態)として太陽電池モジュール群に流れるモジュール群電流をバイパスさせるので、バイパスダイオードを適用せずに非発電状態の太陽電池モジュールへのモジュール群電流の流入を防止して太陽電池モジュール(太陽電池セル)でのホットスポットの発生を防止することができ、また、バイパスダイオードを適用したときに生じる電力消費を抑制することができる。つまり、太陽光発電システム(太陽電池モジュール、太陽電池セル)でのホットスポット現象の発生を防止して信頼性を向上し、また、太陽光発電システム(太陽電池モジュール、太陽電池セル)の寿命を延ばし、発電効率を向上させることができる。また、ダイオードと2つの抵抗の3素子という簡単な構成の直列回路を制御部として太陽電池モジュールと並列に接続することから、太陽電池モジュールの出力状態を分圧端子からの信号(分圧電圧)として容易にかつ高精度に抽出できるので、分圧端子の電位(分圧電圧)に基づいてスイッチング素子の開閉を容易にかつ高精度に制御することができる。 Therefore, when the solar cell module according to the present invention enters a non-power generation state in which the solar cell module does not generate power due to, for example, interruption of sunlight, the bypass current path arranged in parallel with the solar cell module that does not generate power is in a conductive state. Since the module group current flowing in the solar cell module group as a (short circuit state) is bypassed, the inflow of the module group current to the solar cell module in the non-power generation state is prevented without applying the bypass diode, and the solar cell module (solar cell) The generation of hot spots in the cell) can be prevented, and the power consumption that occurs when the bypass diode is applied can be suppressed. In other words, the hot spot phenomenon in the solar power generation system (solar cell module, solar cell) is prevented to improve reliability, and the life of the solar power generation system (solar cell module, solar cell) is improved. The power generation efficiency can be improved. In addition, since a series circuit with a simple configuration of a diode and two elements of two resistors is connected in parallel with the solar cell module as a control unit, the output state of the solar cell module is a signal (divided voltage) from the voltage dividing terminal. Therefore, it is possible to easily and accurately control the opening and closing of the switching element based on the potential of the voltage dividing terminal (divided voltage).
また、本発明に係る太陽光発電システムでは、前記制御部は、前記太陽電池モジュールに接続されて前記出力電圧が入力される入力端子と、前記スイッチング素子の制御端子に接続され前記スイッチング素子の開閉を制御する出力端子とを備える比較器で構成されていることを特徴とする。 In the photovoltaic power generation system according to the present invention, the control unit is connected to the solar cell module and receives the output voltage, and is connected to the control terminal of the switching element to open and close the switching element. And a comparator having an output terminal for controlling the output.
したがって、本発明に係る太陽光発電システムは、太陽電池モジュールの非発電状態を高精度に、かつ迅速に検出してスイッチング素子の開閉(オンオフ)を制御するので、太陽電池モジュールでのホットスポット現象の発生を確実に防止することができる。 Therefore, the solar power generation system according to the present invention detects the non-power generation state of the solar cell module with high accuracy and speed and controls the opening / closing (on / off) of the switching element, so the hot spot phenomenon in the solar cell module Can be reliably prevented.
また、本発明に係る太陽光発電システムでは、前記制御部の電源は、前記DC/DCコンバータから供給されることを特徴とする。 In the photovoltaic power generation system according to the present invention, the power of the control unit is supplied from the DC / DC converter.
したがって、本発明に係る太陽光発電システムは、制御部の電源を安定化させ、また、太陽光発電システムのバイパス電流経路(制御部)の制御を高精度にすることができる。 Therefore, the photovoltaic power generation system according to the present invention can stabilize the power supply of the control unit and can control the bypass current path (control unit) of the photovoltaic power generation system with high accuracy.
また、本発明に係る太陽光発電システムでは、前記スイッチング素子は、MIS電界効果トランジスタであることを特徴とする。 In the photovoltaic power generation system according to the present invention, the switching element is a MIS field effect transistor.
したがって、本発明に係る太陽光発電システムは、スイッチング素子を抵抗が小さいMIS電界効果トランジスタで構成するので、バイパス電流経路(スイッチング素子)で生じる消費電力を低減し、バイパス電流経路での電力ロスを抑制して全体としての発電効率を向上させることができる。また、バイパス電流経路(スイッチング素子)で生じる消費電力を低減することから、消費電力に伴う発熱が抑制されるのでバイパスダイオードを適用したときにバイパス電流経路で必要であって放熱手段を不要とすることができる。 Therefore, in the photovoltaic power generation system according to the present invention, the switching element is configured by a MIS field effect transistor having a low resistance, so that power consumption generated in the bypass current path (switching element) is reduced and power loss in the bypass current path is reduced. It can suppress and can improve the power generation efficiency as a whole. Further, since power consumption generated in the bypass current path (switching element) is reduced, heat generation due to power consumption is suppressed, so that when the bypass diode is applied, it is necessary in the bypass current path and does not require heat dissipation means. be able to.
また、本発明に係るスイッチングシステムは、電流経路に配置されて前記電流経路の導通および非導通を切り替えるスイッチング素子と、前記スイッチング素子の開閉を制御する制御部とを備えるスイッチングシステムであって、前記制御部は、前記電流経路の両端間の電圧に基づいて前記スイッチング素子の開閉を制御する構成とされ、前記制御部は、ダイオードと2つの抵抗を直列に接続した直列回路とされて前記電流経路の前記両端に並列に接続されてあり、前記2つの抵抗の間に接続されて前記太陽電池モジュールの出力電圧を分圧して出力する分圧端子を備え、前記分圧端子は、前記スイッチング素子の制御端子に接続されていることを特徴とする。 The switching system according to the present invention is a switching system including a switching element that is disposed in a current path and switches between conduction and non-conduction of the current path, and a control unit that controls opening and closing of the switching element. The control unit is configured to control opening and closing of the switching element based on a voltage between both ends of the current path, and the control unit is a series circuit in which a diode and two resistors are connected in series to form the current path. A voltage dividing terminal connected in parallel between the two resistors to divide and output the output voltage of the solar cell module, and the voltage dividing terminal is connected to the switching element. It is connected to a control terminal .
したがって、本発明に係るスイッチングシステムは、電流経路の両端間の電圧(電位差)に応じてスイッチング素子の開閉を制御することから、電流経路の両端での電位の相関状態に応じて電流経路の導通、非導通を切り替えることができるので、電流経路を短絡(閉路)あるいは開放(開路)することで必要に応じて機能させることができ、また、スイッチング素子を適用することから電流経路を導通させたときの消費電力を抑制することができる。また、ダイオードと2つの抵抗の3素子という簡単な構成の直列回路を制御部として電流経路と並列に接続することから、電流経路の両端間の電位状態を分圧端子からの信号(分圧電圧)として容易にかつ高精度に抽出できるので、分圧端子の電位(分圧電圧)に基づいてスイッチング素子の開閉を容易にかつ高精度に制御することができる。 Therefore, since the switching system according to the present invention controls the opening and closing of the switching element according to the voltage (potential difference) between both ends of the current path, the conduction of the current path according to the correlation state of the potentials at both ends of the current path. Since it is possible to switch between non-conduction, the current path can be made to function as necessary by short-circuiting (closed) or opening (opening), and the current path is made conductive by applying a switching element. Power consumption at the time can be suppressed. In addition, since a series circuit having a simple configuration of three elements of a diode and two resistors is connected as a control unit in parallel with the current path, the potential state between both ends of the current path is expressed by a signal (divided voltage) from the voltage dividing terminal. ) Can be easily and highly accurately extracted, so that switching of the switching element can be easily and accurately controlled based on the potential (divided voltage) of the voltage dividing terminal.
また、本発明に係るスイッチングシステムでは、前記制御部は、第1入力端子、第2入力端子、および出力端子を備えた比較器であり、前記第1入力端子は、前記電流経路の第1端子に接続され、前記第2入力端子は、前記電流経路の第2端子に接続され、前記出力端子は、前記スイッチング素子の制御端子に接続されていることを特徴とする。 In the switching system according to the present invention, the control unit is a comparator including a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal, and the first input terminal is a first terminal of the current path. The second input terminal is connected to a second terminal of the current path, and the output terminal is connected to a control terminal of the switching element.
したがって、本発明に係るスイッチングシステムは、制御部を比較器で構成することから、電流経路の両端での電位状況を高精度に比較でき、高精度にスイッチング素子の開閉を制御することができる。 Therefore, since the switching system according to the present invention is configured by the comparator, the potential state at both ends of the current path can be compared with high accuracy, and the switching of the switching element can be controlled with high accuracy.
また、本発明に係るスイッチングシステムでは、前記スイッチング素子は、MIS電界効果トランジスタであり、前記MIS電界効果トランジスタのソースは前記第1端子に接続され、前記MIS電界効果トランジスタのドレインは前記第2端子に接続され、前記MIS電界効果トランジスタのゲートは前記制御端子として前記出力端子に接続されていることを特徴とする。 In the switching system according to the present invention, the switching element is a MIS field effect transistor, the source of the MIS field effect transistor is connected to the first terminal, and the drain of the MIS field effect transistor is the second terminal. The gate of the MIS field effect transistor is connected to the output terminal as the control terminal.
したがって、本発明に係るスイッチングシステムは、スイッチング素子としてMIS電界効果トランジスタを適用するので、スイッチング素子が導通したとき(電流経路が導通状態のとき)の電力消費を抑制して不要な消費電力の発生を防止し、効率の良いスイッチングシステムとなる。 Therefore, since the MIS field effect transistor is applied as the switching element in the switching system according to the present invention, generation of unnecessary power consumption is suppressed by suppressing power consumption when the switching element is conductive (when the current path is conductive). And an efficient switching system.
また、本発明に係るスイッチングシステムでは、前記制御部は、外部に配置された外部電源から電源電力を供給されることを特徴とする。 In the switching system according to the present invention, the control unit is supplied with power from an external power source disposed outside.
したがって、本発明に係るスイッチングシステムは、外部からの電源電力によって動作することから、安定した動作を実現することができる。 Therefore, since the switching system according to the present invention operates with external power supply power, stable operation can be realized.
また、本発明に係るスイッチングシステムでは、前記外部電源は、太陽電池モジュールの出力をDC/DC変換するDC/DCコンバータの出力であることを特徴とする。 In the switching system according to the present invention, the external power source is an output of a DC / DC converter that performs DC / DC conversion on the output of the solar cell module.
したがって、本発明に係るスイッチングシステムは、太陽電池モジュールの出力を調整するDC/DCコンバータの出力を利用することから、太陽電池モジュールの制御系への適用が可能となり、太陽電池モジュールのバイパス回路を構成するバイパスダイオードをスイッチング素子に置き換えてバイパスダイオードで問題とされる消費電力の発生を抑制することができる。 Therefore, since the switching system according to the present invention uses the output of the DC / DC converter that adjusts the output of the solar cell module, it can be applied to the control system of the solar cell module, and the bypass circuit of the solar cell module is provided. By replacing the constituent bypass diode with a switching element, it is possible to suppress the occurrence of power consumption, which is a problem with the bypass diode.
また、本発明に係る太陽電池システムでは、前記スイッチング素子および前記制御部は、単一の配線基板に実装されて前記太陽電池モジュールの出力ボックスに内蔵されていることを特徴とする。 In the solar cell system according to the present invention, the switching element and the control unit are mounted on a single wiring board and built in an output box of the solar cell module.
したがって、本発明に係る太陽光発電システムは、スイッチング素子および制御部(直列回路)を一つの配線基板に実装して出力ボックスへ内蔵するので、太陽電池モジュールに対するバイパス電流経路を高機能化することができる。 Therefore, since the photovoltaic power generation system according to the present invention mounts the switching element and the control unit (series circuit) on one wiring board and incorporates them in the output box, the bypass current path for the solar cell module is highly functionalized. Can do.
また、本発明に係るバイパス装置は、太陽電池モジュールの両端に接続されることによってバイパス電流経路を構成するバイパス装置であって、前記バイパス電流経路の導通および非導通を切り替えるスイッチング素子と、前記スイッチング素子に対応して配置され前記スイッチング素子の開閉を制御する制御部とを備え、前記制御部は、ダイオードと2つの抵抗を直列に接続した直列回路とされ、前記太陽電池モジュールに並列に接続された場合に、前記2つの抵抗の間から前記太陽電池モジュールの出力電圧を分圧して出力する分圧端子を備えてあり、前記分圧端子は、前記スイッチング素子の制御端子に接続されていることを特徴とする。 The bypass device according to the present invention is a bypass device that forms a bypass current path by being connected to both ends of the solar cell module, the switching element switching between conduction and non-conduction of the bypass current path, and the switching A control unit that is arranged corresponding to the element and controls opening and closing of the switching element, the control unit is a series circuit in which a diode and two resistors are connected in series, and is connected in parallel to the solar cell module. A voltage dividing terminal that divides and outputs the output voltage of the solar cell module from between the two resistors, and the voltage dividing terminal is connected to a control terminal of the switching element. It is characterized by.
したがって、本発明に係るバイパス装置は、ダイオードと2つの抵抗の3素子という簡単な構成の直列回路を制御部として太陽電池モジュールと並列に接続することから、太陽電池モジュールの出力状態を分圧端子からの信号(分圧電圧)として容易にかつ高精度に抽出できるので、分圧端子の電位(分圧電圧)に基づいてスイッチング素子の開閉を容易にかつ高精度に制御することができる。 Therefore, the bypass device according to the present invention connects the solar cell module in parallel with the solar cell module as a control unit using a series circuit of a simple configuration of a diode and two resistors as a control unit. Therefore, the switching element can be easily opened and closed with high accuracy based on the potential of the voltage dividing terminal (divided voltage).
また、本発明に係るバイパス装置では、前記制御部は、前記分圧端子と前記制御端子との間に配置されて前記スイッチング素子をオフからオンに切り替えたときの前記制御端子の電位状態を維持する切り替え状態維持回路を備えることを特徴とする。 In the bypass device according to the present invention, the control unit is disposed between the voltage dividing terminal and the control terminal and maintains a potential state of the control terminal when the switching element is switched from OFF to ON. The switching state maintaining circuit is provided.
したがって、本発明に係るバイパス装置は、スイッチング素子がオフからオンに切り替わったことによって、制御部に印加される電圧が低減した場合でも、制御端子の電位状態(信号状態。制御端子に印加される電圧)を維持するので、スイッチング素子のオン状態を維持することができる。 Therefore, in the bypass device according to the present invention, even when the voltage applied to the control unit is reduced due to the switching element being switched from OFF to ON, the potential state of the control terminal (signal state; applied to the control terminal). Voltage) is maintained, so that the ON state of the switching element can be maintained.
また、本発明に係るバイパス装置では、前記切り替え状態維持回路は、アノードが前記分圧端子に接続され、カソードが前記制御端子に接続されたダイオードと、一端が前記制御端子に接続され、他端が前記太陽電池モジュールの発電状態でプラス側となるモジュール端子に接続されたコンデンサとを備えることを特徴とする。 In the bypass device according to the present invention, the switching state maintaining circuit includes an anode connected to the voltage dividing terminal, a cathode connected to the control terminal, one end connected to the control terminal, and the other end Comprising a capacitor connected to the module terminal on the positive side in the power generation state of the solar cell module.
したがって、本発明に係るバイパス装置は、スイッチング素子をオフからオンに切り替えたことによって制御部に加わる電圧が低下した場合でも、ダイオードとコンデンサという簡単な組み合わせで制御端子の電位状態(制御端子に印加される電圧)をコンデンサへの充電電圧によって維持できるので、スイッチング素子のオン状態を簡単に維持することができる。 Therefore, even when the voltage applied to the control unit is reduced by switching the switching element from OFF to ON, the bypass device according to the present invention can be applied to the control terminal potential state (applied to the control terminal) with a simple combination of a diode and a capacitor. Can be maintained by the charging voltage to the capacitor, so that the ON state of the switching element can be easily maintained.
また、本発明に係るバイパス装置では、前記制御部は、アノードが前記コンデンサの前記一端に接続され、カソードが前記太陽電池モジュールの発電状態でマイナス側となるモジュール端子に接続された放電用ダイオードを備えることを特徴とする。 Further, in the bypass device according to the present invention, the control unit includes a discharge diode in which an anode is connected to the one end of the capacitor and a cathode is connected to a module terminal that is a negative side in the power generation state of the solar cell module. It is characterized by providing.
したがって、本発明に係るバイパス装置は、太陽電池モジュールが発電状態となったとき、コンデンサに蓄積された充電電荷を放電用ダイオードでマイナス側のモジュール端子へ放電するから、コンデンサを初期状態に戻すことができ、安定した切り替え状態維持回路を実現することができる。 Therefore, the bypass device according to the present invention discharges the charge stored in the capacitor to the negative module terminal with the discharge diode when the solar cell module is in the power generation state, so that the capacitor is returned to the initial state. Therefore, a stable switching state maintaining circuit can be realized.
また、本発明に係るバイパス装置では、前記スイッチング素子および前記制御部は、単一の配線基板に実装されていることを特徴とする。 In the bypass device according to the present invention, the switching element and the control unit are mounted on a single wiring board.
したがって、本発明に係るバイパス装置は、スイッチング素子および制御部(直列回路)を一つの配線基板に実装することから、小型化することができるので、太陽電池モジュールの出力ボックスへの内蔵が容易となる。 Therefore, since the bypass device according to the present invention mounts the switching element and the control unit (series circuit) on one wiring board and can be downsized, the solar cell module can be easily incorporated in the output box. Become.
本発明に係る太陽光発電システムは、複数の太陽電池セルを直列に接続した太陽電池モジュールが複数直列に接続された太陽電池モジュール群と、それぞれの前記太陽電池モジュールに並列に接続され前記太陽電池モジュールの出力電圧が予め特定された特定電圧より小さいときに前記太陽電池モジュール群に流れるモジュール群電流をバイパスさせるバイパス電流経路と、前記太陽電池モジュール群から出力された電力を直流−直流変換するDC/DCコンバータとを備えた太陽光発電システムであって、それぞれの前記バイパス電流経路に配置されて前記バイパス電流経路の導通および非導通を切り替えるスイッチング素子と、前記スイッチング素子のそれぞれに対応して配置され前記スイッチング素子の開閉を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記出力電圧が前記特定電圧より小さくなったとき、前記スイッチング素子を開から閉に切り替えて前記バイパス電流経路を導通させる構成とされていることを特徴とする。 The solar power generation system according to the present invention includes a solar battery module group in which a plurality of solar battery modules in which a plurality of solar battery cells are connected in series, and a solar battery module connected in parallel to each of the solar battery modules. A bypass current path for bypassing a module group current flowing in the solar cell module group when the output voltage of the module is smaller than a specified voltage, and a DC for DC-DC conversion of the power output from the solar cell module group / DC converter comprising: a switching element that is disposed in each bypass current path and switches between conduction and non-conduction of the bypass current path, and is disposed corresponding to each of the switching elements And a control unit that controls opening and closing of the switching element. Wherein, when the output voltage is smaller than the specific voltage, characterized in that it is configured to conduct the bypass current path is switched to the closed the switching device from the open.
したがって、本発明に係る太陽光発電システムは、太陽電池モジュールが例えば太陽光の遮断などによって発電しない非発電状態となったとき、発電しない太陽電池モジュールと並列に配置されたバイパス電流経路を導通状態(短絡状態)として太陽電池モジュール群に流れるモジュール群電流をバイパスさせるので、バイパスダイオードを適用せずに非発電状態の太陽電池モジュールへのモジュール群電流の流入を防止して太陽電池モジュール(太陽電池セル)でのホットスポットの発生を防止することができ、また、バイパスダイオードを適用したときに生じる電力消費を抑制することができる。つまり、太陽光発電システム(太陽電池モジュール、太陽電池セル)でのホットスポット現象の発生を防止して信頼性を向上し、また、太陽光発電システム(太陽電池モジュール、太陽電池セル)の寿命を延ばし、発電効率を向上させることができる。 Therefore, when the solar cell module according to the present invention enters a non-power generation state in which the solar cell module does not generate power due to, for example, interruption of sunlight, the bypass current path arranged in parallel with the solar cell module that does not generate power is in a conductive state. Since the module group current flowing in the solar cell module group as a (short circuit state) is bypassed, the inflow of the module group current to the solar cell module in the non-power generation state is prevented without applying the bypass diode, and the solar cell module (solar cell) The generation of hot spots in the cell) can be prevented, and the power consumption that occurs when the bypass diode is applied can be suppressed. In other words, the hot spot phenomenon in the solar power generation system (solar cell module, solar cell) is prevented to improve reliability, and the life of the solar power generation system (solar cell module, solar cell) is improved. The power generation efficiency can be improved.
また、本発明に係るスイッチングシステムは、電流経路に配置されて電流経路の導通および非導通を切り替えるスイッチング素子と、スイッチング素子の開閉を制御する制御部とを備えるスイッチングシステムであって、制御部は、電流経路の両端間の電圧に基づいてスイッチング素子の開閉を制御する構成とされている。 The switching system according to the present invention is a switching system including a switching element that is arranged in a current path and switches between conduction and non-conduction of the current path, and a control unit that controls opening and closing of the switching element. The opening and closing of the switching element is controlled based on the voltage across the current path.
したがって、本発明に係るスイッチングシステムは、電流経路の両端間の電圧(電位差)を検出した結果に応じてスイッチング素子の開閉を制御することから、電流経路の両端での電位の相関状態に応じて電流経路の導通、非導通を切り替えることができるので、電流経路を短絡(閉路)あるいは開放(開路)することで必要に応じて機能させることができ、また、スイッチング素子を適用することから電流経路を導通させたときの消費電力を抑制することができる。 Therefore, the switching system according to the present invention controls the opening and closing of the switching element according to the result of detecting the voltage (potential difference) between both ends of the current path, and therefore according to the correlation state of the potentials at both ends of the current path. Since the conduction and non-conduction of the current path can be switched, the current path can be made to function as necessary by short-circuiting (closing) or opening (opening), and since the switching element is applied, the current path It is possible to suppress power consumption when conducting the.
本発明に係るバイパス装置は、太陽電池モジュールの両端に接続されることによってバイパス電流経路を構成するバイパス装置であって、バイパス電流経路の導通および非導通を切り替えるスイッチング素子と、スイッチング素子に対応して配置されスイッチング素子の開閉を制御する制御部とを備え、制御部は、ダイオードと2つの抵抗を直列に接続した直列回路とされ、太陽電池モジュールに並列に接続された場合に、2つの抵抗の間から太陽電池モジュールの出力電圧を分圧して出力する分圧端子を備えてあり、分圧端子は、前記スイッチング素子の制御端子に接続されている。 A bypass device according to the present invention is a bypass device that forms a bypass current path by being connected to both ends of a solar cell module, and corresponds to the switching element that switches conduction and non-conduction of the bypass current path, and the switching element. And a control unit that controls the opening and closing of the switching element. The control unit is a series circuit in which a diode and two resistors are connected in series, and when connected in parallel to the solar cell module, the two resistors A voltage dividing terminal that divides and outputs the output voltage of the solar cell module is provided, and the voltage dividing terminal is connected to the control terminal of the switching element.
したがって、本発明に係るバイパス装置は、ダイオードと2つの抵抗の3素子という簡単な構成の直列回路を制御部として太陽電池モジュールと並列に接続することから、太陽電池モジュールの出力状態を分圧端子からの信号(分圧電圧)として容易にかつ高精度に抽出できるので、分圧端子の電位(分圧電圧)に基づいてスイッチング素子の開閉を容易にかつ高精度に制御することができる。 Therefore, the bypass device according to the present invention connects the solar cell module in parallel with the solar cell module as a control unit using a series circuit of a simple configuration of a diode and two resistors as a control unit. Therefore, the switching element can be easily opened and closed with high accuracy based on the potential of the voltage dividing terminal (divided voltage).
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<実施の形態1>
本発明の実施の形態1に係る太陽光発電システムおよびスイッチングシステムについて、図1Aないし図4を参照して説明する。なお、スイッチングシステムについては、説明の都合上、本実施の形態の最後にまとめて説明する。
<
A photovoltaic power generation system and a switching system according to
図1Aは、本発明の実施の形態1に係る太陽光発電システム1の概略ブロック構成を示すブロック図である。
FIG. 1A is a block diagram showing a schematic block configuration of a photovoltaic
なお、スイッチングシステム14の構成要素は、太陽光発電システム1の一部の構成要素として含まれる。例えば、バイパス電流経路15、スイッチング素子16、制御部20がスイッチングシステム14を構成する。
Note that the components of the
本実施の形態に係る太陽光発電システム1は、太陽光Lsを光電変換によって電気(電力)に変換する太陽電池セル12が複数直列に接続されて構成された太陽電池モジュール11を備える。太陽電池モジュール11は、さらに複数(例えば、太陽電池モジュール11fおよび太陽電池モジュール11s)直列に接続されて太陽電池モジュール群10を構成している。太陽電池モジュール群10は、さらに多くの太陽電池モジュール11を接続して構成することも可能であるが、説明の便宜上、2個の太陽電池モジュール11(太陽電池モジュール11fおよび太陽電池モジュール11s)が接続された場合について説明する。
The photovoltaic
なお、2個の太陽電池モジュール11fおよび太陽電池モジュール11sを特に区別する必要がない場合は、単に太陽電池モジュール11とすることがある。また、太陽電池モジュール11fに配置された太陽電池セル12を太陽電池セル12fとし、太陽電池モジュール11sに配置された太陽電池セル12を太陽電池セル12sとする。両者(太陽電池セル12fおよび太陽電池セル12s)を特に区別する必要がない場合は、単に太陽電池セル12とすることがある。また、図1Aでは、太陽電池モジュール11の内側で両端に配置された太陽電池セル12を示し、中間に配置された太陽電池セル12については図示を省略している。
In addition, when it is not necessary to particularly distinguish the two
太陽光Lsが照射された太陽電池モジュール11は、それぞれ光電変換によって出力電圧Vm(太陽電池モジュール11fの出力電圧Vmを出力電圧Vmf、太陽電池モジュール11sの出力電圧Vmを出力電圧Vmsとする。出力電圧Vmfおよび出力電圧Vmsを区別する必要がない場合は、単に出力電圧Vmとすることがある。)を発電し、太陽電池モジュール11の直列接続によって加算された電圧が太陽電池モジュール群10の出力電圧VgとしてDC/DCコンバータ30の入力端31へ入力される。
The
具体的には、太陽電池モジュール11fは、モジュール端子13fとモジュール端子13sとの間で出力電圧Vmfとなり、モジュール端子13fがプラス側、モジュール端子13sがマイナス側となってモジュール群電流Igがモジュール端子13fからDC/DCコンバータ30へ供給される。また、太陽電池モジュール11sは、モジュール端子13sとモジュール端子13tとの間で出力電圧Vmsとなり、モジュール端子13sがプラス側、モジュール端子13tがマイナス側となってモジュール群電流Igがモジュール端子13sから太陽電池モジュール11fを経由してDC/DCコンバータ30へ供給される。
Specifically, in the
なお、直列接続された各太陽電池セル12には、共通のモジュール群電流Igが流れる。したがって、太陽電池モジュール群10は、太陽電池モジュール11fおよび太陽電池モジュール11sを電流経路としてモジュール群電流IgをDC/DCコンバータ30の入力端31へ供給する。
A common module group current Ig flows through each of the
DC/DCコンバータ30は、予め設定された変換比率で太陽電池モジュール群10の出力電圧Vg(直流電圧)を出力電圧Vs(直流電圧)に変換し、出力端32から出力電圧Vsを負荷(不図示)に向けて出力する。
The DC /
本実施の形態に係る太陽光発電システム1は、太陽電池モジュール11と並列に接続されたバイパス電流経路15、バイパス電流経路15に挿入されてバイパス電流経路15の導通/非導通を切り替えるスイッチング素子16、スイッチング素子16の開閉(オンオフ。例えば、オン状態は閉状態に対応し、オフ状態は開状態に対応する。)を制御する制御部20を備える。
The photovoltaic
バイパス電流経路15は、太陽電池モジュール11に対応させて接続されることから、本実施の形態では太陽電池モジュール11と同様に2つ配置されている。
Since the bypass
太陽電池モジュール11fと並列に接続されたバイパス電流経路15をバイパス電流経路15f、太陽電池モジュール11sと並列に接続されたバイパス電流経路15をバイパス電流経路15sとする。バイパス電流経路15fおよびバイパス電流経路15sを特に区別する必要がない場合は、単にバイパス電流経路15とすることがある。
The bypass
バイパス電流経路15fには、スイッチング素子16fが挿入(配置)され、バイパス電流経路15sには、スイッチング素子16sが挿入(配置)されている。スイッチング素子16fおよびスイッチング素子16sを特に区別する必要がない場合は、単にスイッチング素子16とすることがある。
A switching
スイッチング素子16は、MIS(Metal−Insulator−Semiconductor)電界効果トランジスタで構成することが望ましい。さらに具体的には、エンハンスメント型nチャンネルのMOS(Metal−Oxide−Semiconductor)電界効果トランジスタである。MOS電界効果トランジスタのソースは、太陽電池モジュール11の出力のプラス(有効に発電している状態でのプラス。仕様の上でのプラス。)側に接続され、ドレインは、太陽電池モジュール11のマイナス(有効に発電している状態でのマイナス。仕様の上でのマイナス。)側に接続される。MOS電界効果トランジスタのゲートは、制御部20の出力端子23(スイッチング素子16fのゲートは、出力端子23fへ、スイッチング素子16sのゲートは、出力端子23s)に接続される。
The switching
スイッチング素子16の制御端子17(MOS電界効果素子のゲート)は、スイッチング素子16の動作状態を制御する。スイッチング素子16fに対応する制御端子17を制御端子17fとし、スイッチング素子16sに対応する制御端子17を制御端子17sとする。制御端子17fと制御端子17sとを区別する必要がない場合は、単に制御端子17とすることがある。
The
制御部20は、バイパス電流経路15およびスイッチング素子16と同様、太陽電池モジュール11に対応して接続されることからバイパス電流経路15およびスイッチング素子16と同様に2個配置されている。
Since the
太陽電池モジュール11fと並列に接続されスイッチング素子16fを制御する制御部20を制御部20fとし、太陽電池モジュール11sと並列に接続されスイッチング素子16sを制御する制御部20を制御部20sとする。制御部20fおよび制御部20sを特に区別する必要がない場合は、単に制御部20とすることがある。
The
制御部20は、2つの入力端子21、入力端子22を有する比較器で構成される。すなわち、入力端子21、入力端子22は、太陽電池モジュール11の両端に接続され、制御部20は、入力端子21に印加される電圧と入力端子22に印加される電圧と比較し、比較した結果に応じた出力を出力端子23から出力してスイッチング素子16のオンオフ(開閉)を制御する。
The
比較器(制御部20)の電源は、DC/DCコンバータ30の出力から供給されるので、安定した比較動作を実現することができる。制御部20の電源は、安定した電源であって、比較器として太陽電池モジュール11の両端の電位差を比較することができれば、DC/DCコンバータ30から供給しない形態とすることもできる。
Since the power supply of the comparator (control unit 20) is supplied from the output of the DC /
なお、太陽電池モジュール11fに接続された入力端子21を入力端子21f、同様に接続された入力端子22を入力端子22fとし、スイッチング素子16fに接続された出力端子23を出力端子23fとする。また、太陽電池モジュール11sに接続された入力端子21を入力端子21s、同様に接続された入力端子22を入力端子22sとし、スイッチング素子16sに接続された出力端子23を出力端子23sとする。入力端子21fおよび入力端子21s、入力端子22fおよび入力端子22s、出力端子23fおよび出力端子23sをそれぞれ区別する必要がない場合は、単に入力端子21、入力端子22、出力端子23とすることがある。
The
入力端子21に印加された電圧が入力端子22に印加された電圧より高い場合は、太陽電池モジュール11が通常の発電状態であるから、出力端子23からレベルL(スイッチング素子16をオフにするレベル)の信号をスイッチング素子16の制御端子17に出力してスイッチング素子16をオフ(開)の状態とし、バイパス電流経路15を非導通状態とする。
When the voltage applied to the
また、入力端子22に印加された電圧が入力端子21に印加された電圧より高い場合は、太陽電池モジュール11が非発電状態であるから、出力端子23からレベルH(スイッチング素子16をオンにするレベル)の信号をスイッチング素子16の制御端子17へ出力してスイッチング素子16をオン(閉)の状態とし、バイパス電流経路15を導通状態とする。
Further, when the voltage applied to the
上述したとおり、太陽電池モジュール11から入力端子22に印加された電圧が入力端子21に印加された電圧より高い場合は、太陽電池モジュール11での発電が行われず、太陽電池モジュール11は発電状態の太陽電池として作用せず抵抗体として作用することから、ホットスポット現象を生じる虞があるので、バイパス電流経路15を導通させてモジュール群電流Igをバイパス電流経路15にバイパスさせる。なお、非発電状態でのバイパス電流経路15の作用については、図2Aでさらに詳細を説明する。
As described above, when the voltage applied from the
図1Bは、図1Aに示した太陽光発電システム1での太陽電池モジュール11、太陽電池セル12の等価回路を示す等価回路図である。
FIG. 1B is an equivalent circuit diagram showing an equivalent circuit of the
基本的な構成は、図1Aと同様であるので、主に異なる事項について説明する。 Since the basic configuration is the same as that of FIG. 1A, different items will be mainly described.
太陽電池セル12は、照射光としての太陽光Lsが照射されている場合、太陽光Lsを光電変換して光発電する光電変換電流源Iphを備え、その他の回路要素としてダイオードDi、リーク電流に起因する並列抵抗Rsh、接続部の抵抗に起因する直列抵抗Rsを備える。
The
それぞれの太陽電池セル12は、同様な太陽光Lsが照射されている場合、太陽光Lsの照射を受けて同様な光電変換(光発電)を行う。したがって、それぞれの太陽電池セル12は、光電変換電流源Iphが機能して発電電流Ic(モジュール群電流Ig)、発電電圧Vcを出力する。
When the same sunlight Ls is irradiated, each
略均等に太陽光Lsが照射される通常の状態では、それぞれの太陽電池セル12は、同様に動作することから、太陽電池モジュール11全体で出力電圧Vm、モジュール群電流Igを出力する。太陽電池セル12がn個直列に接続されている場合は、発電電圧Vc×n=出力電圧Vmとなる。
In a normal state in which the sunlight Ls is irradiated substantially uniformly, each
図2Aは、図1Aに示した太陽光発電システム1でバイパス電流経路15sを導通させて機能させたときの概略ブロック構成を示すブロック図である。
FIG. 2A is a block diagram showing a schematic block configuration when the
基本的な構成は、図1Aと同様であるので、主に異なる事項について説明する。 Since the basic configuration is the same as that of FIG. 1A, different items will be mainly described.
太陽光Lsは、影などの発生によって遮光された状態の太陽光Lss(太陽電池モジュール11sに対応した状態を示す。)となることがある。太陽光Lssは、太陽光Lsに比較して遮光された状態を示すために太陽電池モジュール11sの外側でのみ図示されている。以下では、例えば太陽電池モジュール11s(太陽電池セル12s)が遮光されて発電しない状態となった場合について説明する。
The sunlight Ls may become sunlight Lss (showing a state corresponding to the
遮光された太陽電池モジュール11s(太陽電池セル12s)は、光電変換ができないことから太陽電池として発電しない。太陽電池として発電(機能)しない状態を示すために、図2Aでは、太陽電池モジュール11s(太陽電池セル12s)は、破線で示されている。
Since the light-shielded
通常の発電状態では、太陽電池モジュール11sのプラス側端子であるモジュール端子13sとマイナス側端子であるモジュール端子13tとの間に出力電圧Vmsが生じる。つまり、通常の発電状態では、モジュール端子13sの電位がモジュール端子13tの電位より高い状態となる。
In a normal power generation state, an output voltage Vms is generated between the
しかし、遮光されて発電できない状態では、太陽電池モジュール11sは直列抵抗Rs、並列抵抗Rshを含む受動回路となる(図1B、図2B参照)。つまり、直列に接続されている他の太陽電池モジュール11(ここでは、太陽電池モジュール11f)の発電によって流れるモジュール群電流Igが流れると太陽電池モジュール11sは抵抗負荷として作用し、モジュール端子13sの電位に対してモジュール端子13tの電位が高くなり、モジュール端子13sとモジュール端子13tとの間の電位差が発電状態の場合に対して逆方向になる。また、この状態が継続されるとホットスポット現象を生じる虞がある。
However, in a state where power generation is not possible due to light shielding, the
従来技術では、太陽電池モジュール11sが非発電状態の場合は、モジュール端子13sとモジュール端子13tとの間に接続されたバイパスダイオードが順方向バイアスとなることからモジュール群電流Igを太陽電池モジュール11sに流さずにバイパスダイオードに流し、非発電状態の影響(例えばホットスポット現象)を防止していた。しかし、バイパスダイオードでの電力消費が生じ、発電効率を低下させることから、本実施の形態では、バイパスダイオードの代わりに電力消費が問題とならないスイッチング素子16をバイパス電流経路15に配置している。
In the prior art, when the
つまり、モジュール端子13sとモジュール端子13tとの間の電位差(出力電圧Vms)が、通常の発電状態と異なる逆方向となった場合(モジュール端子13tの電位がモジュール端子13sの電位に比較して高くなった場合)を制御部20sで検出する。換言すれば、出力電圧Vms(図1A参照)が予め特定された特定電圧(例えば、出力電圧Vms=0)より小さくなったこと(例えば、通常の発電状態と異なる方向の出力電圧Vmsとなったとき)を制御部20sで検出する。
That is, when the potential difference (output voltage Vms) between the
具体的には、制御部20sは、例えば、2つの入力端子21s、入力端子22sを有する比較器で構成され、一方の入力端子21sがモジュール端子13sに接続され、他方の入力端子22sがモジュール端子13tに接続されていることから、出力電圧Vmsが特定電圧(例えば、出力電圧Vms=0V)より小さくなったことを検出することができる。
Specifically, the
比較器で構成された制御部20sは、入力端子21sおよび入力端子22sの間に入力された出力電圧Vmsが特定電圧より小さい場合(通常の発電時での電圧に対して例えば逆方向の電圧となった場合)は、スイッチング素子16sを開(オフ)状態から閉(オン)状態に切り替える信号(電圧)を出力端子23sからスイッチング素子16s(制御端子17s)へ出力し、スイッチング素子16sをオン(閉)として、バイパス電流経路15sを導通状態とする。
When the output voltage Vms input between the
導通状態とされたバイパス電流経路15s(オン状態とされたスイッチング素子16s)は、モジュール群電流Igが流れる電流経路を太陽電池モジュール11sからバイパス電流経路15sへ切り替えてバイパスさせるので、モジュール群電流Igが太陽電池モジュール11sに流れることを防止する。
The bypass
つまり、バイパス電流経路15sは、太陽電池モジュール11sに並列に接続され太陽電池モジュール11sの出力電圧Vmsが予め特定された特定電圧(例えば、出力電圧Vms=0Vを特定電圧とすることができる。)より小さいときに太陽電池モジュール群10に流れるモジュール群電流Igをバイパスさせる。また、制御部20sは、出力電圧Vm(Vms)が特定電圧より小さくなったとき、出力電圧Vm(Vms)が特定電圧より小さいことを検出し、スイッチング素子16sを開(オフ)から閉(オン)に切り替えてバイパス電流経路15sを導通させる構成とされている。制御部20sとして適用される比較器の動作は一般的な比較器と同様であるので詳細な説明は省略する。
That is, the bypass
なお、特定電圧として出力電圧Vms=0Vとした場合を例示したが、これに限らず適宜の電圧値を設定することができる。 Although the case where the output voltage Vms = 0 V is exemplified as the specific voltage, the present invention is not limited to this, and an appropriate voltage value can be set.
また、スイッチング素子16sとしてMOS電界効果トランジスタを適用した場合、スイッチング素子16(MOS電界効果トランジスタ)をオン(導通状態)とするためには、モジュール端子13s(ソース)に比較してMOS電界効果トランジスタの閾値(例えば2V)より高い電圧を出力端子23sから出力して制御端子17s(ゲート)に印加すれば良い。また、スイッチング素子16(MOS電界効果トランジスタ)をオフ(非導通状態)とするためには、モジュール端子13s(ソース)に比較してMOS電界効果トランジスタの閾値(例えば2V)より低い電圧を出力端子23sから出力して制御端子17s(ゲート)に印加すれば良い。
When a MOS field effect transistor is applied as the switching
図2Bは、図2Aに示した太陽光発電システム1での太陽電池モジュール11s、太陽電池セル12sの等価回路を示す等価回路図である。
FIG. 2B is an equivalent circuit diagram showing an equivalent circuit of the
基本的な構成は、図1B、図2Aと同様であるので、主に異なる事項について説明する。 Since the basic configuration is the same as that in FIGS. 1B and 2A, different items will be mainly described.
太陽電池セル12sは、照射光としての太陽光Lsが照射されずに遮光された太陽光Lssとなっている。したがって、太陽光Lssは、太陽電池モジュール11sに照射されず、太陽電池セル12sは、光電変換電流源Iphが発生しない。図2Bでは、光電変換電流源Iphが機能しない状態を破線で示している。
The
つまり、非発電状態の太陽電池セル12sは、光電変換電流源Iphが動作しないことから、ダイオードDi、ダイオードDiと並列に配置された並列抵抗Rsh、並列抵抗Rshと直列に配置された直列抵抗Rsを備える状態となっている。この状態では、太陽電池セル12sの等価回路は、抵抗回路(直列抵抗Rsおよび並列抵抗Rshの直列抵抗回路)で構成され、通常の発電状態で得られる発電電圧Vcは得られない。図2Bでは、通常の発電電圧Vcが得られないことを破線で示す。
That is, in the
非発電状態の太陽電池セル12sは、発電電圧Vcを生じない。したがって、複数の太陽電池セル12sが直列に接続された太陽電池モジュール11sは、出力電圧Vmsを生じない。図2Bでは、太陽電池セル12sでの発電電圧Vcが得られないことから太陽電池モジュール11sでの出力電圧Vmsが得られないことを破線で示す。
The
太陽電池モジュール11sが非発電状態となった場合、バイパス電流経路15sが導通されていない状態では、太陽電池セル12sには、直列接続された他の太陽電池モジュール11(ここでは太陽電池モジュール11f)によって発電されたモジュール群電流Igが流れる。
When the
したがって、太陽電池モジュール11sは、抵抗(直列抵抗Rs、並列抵抗Rsh)に流れるモジュール群電流Igによって電圧降下を生じる。太陽電池セル12sは多数接続されているので、太陽電池モジュール11sでの電圧降下は太陽電池セル12sでの電圧降下に比較して無視できない大きな値となる。
Therefore, the
モジュール群電流Igによる抵抗(直列抵抗Rs、並列抵抗Rsh)での電圧降下が生じることから、モジュール端子13tとモジュール端子13sとの間の電圧の関係は、モジュール端子13sに比較してモジュール端子13tの方が高い電圧となる。
Since a voltage drop occurs in the resistance (series resistance Rs, parallel resistance Rsh) due to the module group current Ig, the voltage relationship between the
つまり、太陽電池モジュール11sが非発電状態となったとき、他の太陽電池モジュール11によってモジュール群電流Igが流れることから、モジュール端子13sとモジュール端子13tとの間での電位差が反転する。すなわち、通常の発電状態では、モジュール端子13sの電位がモジュール端子13tの電位より高い電位となるのに対し、非発電状態では、モジュール端子13sの電位がモジュール端子13tの電位より低くなる。
That is, when the
発電状態の場合は、モジュール端子13sとモジュール端子13tとの間の電位差は、出力電圧Vmsとなるが、非発電状態の場合は、抵抗による電圧降下となる。説明の便宜上、非発電状態であってもモジュール端子13sとモジュール端子13tとの間の電位差を出力電圧Vmsとする。換言すれば、太陽電池モジュール11sが非発電状態となったとき、出力電圧Vms(モジュール端子13sとモジュール端子13tとの間の電位差)は、予め特定された特定電圧(例えば、出力電圧Vms=0V)より小さくなる。
In the power generation state, the potential difference between the
発電状態から非発電状態への変動によってモジュール端子13sとモジュール端子13tとの間での電位差が変化したとき(例えば、出力電圧Vmsが発電状態の電圧から非発電状態を示す0Vとなったとき)、制御部20s(比較器)は、入力端子21sおよび入力端子22sの間での入力の変動を検出する。制御部20sは、入力端子21sおよび入力端子22sでの入力の変動を検出したとき、出力端子23sから出力していた信号を変換する。
When the potential difference between the
つまり、発電状態のときの制御部20sは、スイッチング素子16s(MOS電界効果トランジスタ)をオフ(開)とする信号を出力端子23sから出力して制御端子17s(ゲート)へ印加する。また、非発電状態のときの制御部20sは、スイッチング素子16s(MOS電界効果トランジスタ)をオン(閉)とする信号(電圧)を出力端子23sから制御端子17s(ゲート)へ印加する。
That is, the
したがって、制御部20sは、太陽電池モジュール11sが発電状態から非発電状態へ移行したとき、スイッチング素子16sを非導通状態から導通状態へ切り替え、バイパス電流経路15sを非導通状態から導通状態へ切り替えてモジュール群電流Igをバイパスさせる。
Therefore, when the
制御部20s(出力端子23s)によってスイッチング素子16sが切り替えられた後は、モジュール群電流Igは、バイパス電流経路15sを流れ、太陽電池モジュール11sには流れない。図2Bでは、太陽電池モジュール11sにモジュール群電流Igが流れなくなった状態を破線で示す。
After the
モジュール群電流Igは、バイパス経路として構成されたバイパス電流経路15sを流れるので、太陽電池モジュール11sは、太陽電池モジュール群10から実質的に分離された状態となり、モジュール群電流Igが流れることはない。また、スイッチング素子16sは、等価的には単純なスイッチで置き換えられることから、電力消費は生じない(図3Aないし図3C参照)。したがって、ホットスポット現象が生じる虞はなく、バイパスダイオードと同様に作用し、バイパスダイオードで問題となった電力消費を防止することができる。
Since the module group current Ig flows through the bypass
なお、制御部20sが検出する出力電圧Vmsの変動の閾値は、制御部20sの回路定数を適宜設定して入力端子21s、入力端子22sでの検出レベルを変更することで調整できる。つまり、出力電圧Vmsがそれまでの発電電圧から、出力電圧Vms=0Vと変動した場合に出力端子23sから出力される信号を切り替えることとして説明したが、素子定数を更に厳密に検討して更に適切な値とすることが可能である。
Note that the threshold of fluctuation of the output voltage Vms detected by the
上記説明では、太陽電池モジュール11sが発電状態から非発電状態へ変動した場合にバイパス電流経路15sが非導通状態から導通状態へ切り替えられる場合について説明したが、太陽電池モジュール11sが非発電状態から発電状態へ変動した場合にバイパス電流経路15sを導通状態から非導通状態へ戻す場合についても同様に制御することができる。つまり、制御部20sは、出力電圧Vmsが通常の発電状態の電圧になったこと(例えば、出力電圧Vmsが正方向の電圧となったこと)を検出したとき、バイパス電流経路15sを導通状態から非導通状態へ戻すことが可能である。
In the above description, the case where the bypass
図2A、図2Bでは、太陽電池モジュール11sが非発電状態の場合におけるバイパス電流経路15s、スイッチング素子16s、制御部20sの動作状態について説明したが、太陽電池モジュール11fが非発電状態の場合におけるバイパス電流経路15f、スイッチング素子16f、制御部20fの動作も同様であるので説明は省略する。
In FIG. 2A and FIG. 2B, the operation state of the bypass
図3Aは、図1Aに示した太陽光発電システム1でのスイッチング素子16の具体例であるMIS電界効果トランジスタの回路記号を示す回路記号図である。
FIG. 3A is a circuit symbol diagram showing a circuit symbol of a MIS field effect transistor which is a specific example of the switching
図3Bは、図3Aに示したMIS電界効果トランジスタのオフ状態(開状態)を等価的なスイッチ記号で示す等価回路図である。 FIG. 3B is an equivalent circuit diagram showing an off state (open state) of the MIS field effect transistor shown in FIG. 3A with an equivalent switch symbol.
図3Cは、図3Aに示したMIS電界効果トランジスタのオン状態(閉状態)を等価的なスイッチ記号で示す等価回路図である。 FIG. 3C is an equivalent circuit diagram illustrating an ON state (closed state) of the MIS field effect transistor illustrated in FIG. 3A with an equivalent switch symbol.
スイッチング素子16をMOS電界効果トランジスタ(MIS電界効果トランジスタ)で構成した場合、MOS電界効果トランジスタのソース、ドレインはバイパス電流経路15に接続され、ゲートは出力端子23に接続される。
When the switching
MOS電界効果トランジスタのオフ状態(図3B)では、バイパス電流経路15は、切断された状態、つまり開状態となり、モジュール群電流Igは流れない。また、MOS電界効果トランジスタのオン状態(図3C)では、バイパス電流経路15は、導通された状態、つまり閉状態となり、モジュール群電流Igが流れる。
In the off state (FIG. 3B) of the MOS field effect transistor, the bypass
したがって、MOS電界効果トランジスタをオン状態とすることによって、バイパス電流経路15を導通させてモジュール群電流Igをバイパスさせることができる。
Therefore, by turning on the MOS field effect transistor, the bypass
なお、モジュール群電流Igが例えば、8.4A(アンペア)のとき、使用するMOS電界効果トランジスタの特性にもよるが、本実施の形態で用いたMOS電界効果トランジスタでの電圧降下は、例えば、0.1V(ボルト)程度であり、消費電力は、0Wに限りなく近づけることが可能となり、実質的に電圧降下(電力消費)が生じないスイッチとなる。 When the module group current Ig is 8.4 A (ampere), for example, the voltage drop in the MOS field effect transistor used in the present embodiment is, for example, depending on the characteristics of the MOS field effect transistor used. It is about 0.1 V (volt), and the power consumption can be as close as possible to 0 W, so that the switch does not substantially cause a voltage drop (power consumption).
図4は、図1Aに示した太陽光発電システム1での発電特性、バイパス電流経路15の作用を説明する電力特性図である。
FIG. 4 is a power characteristic diagram for explaining the power generation characteristics and the operation of the bypass
横軸を電圧(V)、縦軸を電流(A)として太陽光発電システム1での発電特性を示す。つまり、横軸は出力電圧Vmに相当し、縦軸はモジュール群電流Igに相当する。
The power generation characteristics in the photovoltaic
太陽光Lsの照射状態が等しく、太陽電池モジュール11fおよび太陽電池モジュール11sでの発電状態が等しい場合を想定すると、太陽電池モジュール11fの電力特性曲線PCf、太陽電池モジュール11sの電力特性曲線PCsは、同様な等しい曲線として得られる。
Assuming that the irradiation state of the sunlight Ls is equal and the power generation states in the
太陽光発電システム1は、太陽電池モジュール11fおよび太陽電池モジュール11sを直列に接続して構成されているから、全体として得られる電力(太陽光発電システム1の電力)は、モジュール群電流Ig一定で、出力電圧Vm(出力電圧Vmf、出力電圧Vms)を加算した出力電圧Vgとなり、電力特性曲線PCt(電力特性曲線PCf+電力特性曲線PCs)で表わされる。
Since the solar
最大電力(最大電力点)を矩形電力面積で示すと、太陽電池モジュール11fについては、矩形電力面積RAf、太陽電池モジュール11sについては、矩形電力面積RAsとして示される。矩形電力面積RAfおよび矩形電力面積RAsは、同一の発電状態であるから、同一の面積を有する矩形電力面積RAf、矩形電力面積RAsとなる。したがって、太陽電池モジュール群10の矩形電力面積は、太陽電池モジュール11fの矩形電力面積RAfおよび太陽電池モジュール11sの矩形電力面積RAsを加算した面積(矩形電力面積RAt)となる。
When the maximum power (maximum power point) is indicated by a rectangular power area, the
なお、矩形電力面積RAf、矩形電力面積RAsは、最大電力(最大電力点)での出力電圧Vmが約13.5Vであり、最大電力でのモジュール群電流Igが約8.4Aであるから、それぞれで得られる電力(最大電力)は、約113.4Wとなる。 The rectangular power area RAf and the rectangular power area RAs are such that the output voltage Vm at the maximum power (maximum power point) is about 13.5 V, and the module group current Ig at the maximum power is about 8.4 A. The power (maximum power) obtained by each is about 113.4W.
太陽光発電システム1において、DC/DCコンバータ30の電力変換効率を100%と仮定すると、DC/DCコンバータ30の出力(出力電力)は、DC/DCコンバータ30への入力(入力電力)と等しい。
In the photovoltaic
DC/DCコンバータ30の出力電圧Vsが太陽電池モジュール11の出力電圧Vm(約13.5V)に調整されるとした場合、DC/DCコンバータ30の出力電力としての矩形電力面積RAtを電流方向に置き換えることができる。つまり、矩形電力面積RAtは、矩形電力面積RAfおよび矩形電力面積RAsを電流方向で積み重ねた状態での矩形電力面積RAtc(縦軸方向。電圧を出力電圧Vm=13.5Vに調整して電流を倍にした状態)となる。
When the output voltage Vs of the DC /
矩形電力面積RAtc(DC/DCコンバータ30の出力電力)は、約226.8W(113.4Wを2倍)となる。 The rectangular power area RAtc (output power of the DC / DC converter 30) is approximately 226.8W (twice 113.4W).
矩形電力面積RAtc(DC/DCコンバータ30の出力電力)は、出力電圧Vmを約13.5Vとして縦軸方向(電流方向)に変換したことから、置き換えられた電流は、電力(約226.8W)と電圧13.5Vとから逆算して約16.8A(約8.4A×2)となる。 Since the rectangular power area RAtc (output power of the DC / DC converter 30) is converted in the vertical axis direction (current direction) with the output voltage Vm being about 13.5 V, the replaced current is power (about 226.8 W). ) And a voltage of 13.5 V, the result is approximately 16.8 A (approximately 8.4 A × 2).
バイパス電流経路15に従来のバイパスダイオードを適用した場合について、太陽電池モジュール11sが非発電状態となって太陽電池モジュール11sに対してバイパスダイオードが動作し、太陽電池モジュール11fのみが発電状態となったときを想定する。このとき、太陽電池モジュール11fのみによる発電であるから、モジュール群電流Igは、約8.4Aとなる。このときのバイパスダイオードでの消費電力は次のように求められる。
When a conventional bypass diode is applied to the bypass
一般的に、バイパスダイオードとしては順方向電圧の低いショットキーダイオードが適用される。ショットキーダイオードの順方向電圧は、通常、約0.45V〜0.65Vである。順方向電圧を約0.55としたとき、ショットキーダイオードには、モジュール群電流Ig=8.4Aが流れ、ショットキーダイオードでの消費電力は、約8.4A×0.55V=4.6Wとなる。 Generally, a Schottky diode with a low forward voltage is applied as the bypass diode. The forward voltage of the Schottky diode is usually about 0.45V to 0.65V. When the forward voltage is about 0.55, the module group current Ig = 8.4 A flows through the Schottky diode, and the power consumption of the Schottky diode is about 8.4 A × 0.55 V = 4.6 W. It becomes.
太陽電池モジュール11sが非発電状態の場合、太陽光発電システム1全体での出力電力は、約113.4W(太陽電池モジュール11fのみの出力)であるから、ショットキーダイオードの消費電力の割合は、4.6W/113.4W=0.04(4%)となる。つまり、バイパスダイオードでの消費電力は4%と大きく、また絶対値としても無視できない大きい値である。
When the
また、ショットキーダイオードでの消費電力(約4.6W)は、太陽電池モジュール11fの発電電力に対する損失となる。消費電力4.6Wを矩形電力面積RAf(矩形電力面積RAs)に重ねると矩形電力面積RAbpd(4.6W/13.5V=0.34A。つまり、矩形電力面積RAfの上端の値である8.4Aから0.34Aを引いた8.06Aと8.4Aとの間の面積と等しい値。)として示される。
Further, the power consumption (about 4.6 W) in the Schottky diode is a loss with respect to the generated power of the
バイパスダイオードでの電力消費は、太陽電池モジュール11の規模が大きくなるほど大きくなり、無視できなくなる。また、損失に対する放熱設計、実際の放熱部材の採用などが必要になる。また、放熱設計をしたとしても、熱の発生は回避できない。太陽電池セル12の発電効率は、温度の上昇に伴って低下することが知られており、熱の発生に伴って太陽電池セル12の発電効率が低下する。したがって、バイパスダイオードの採用は不要な電力消費を生じることからマイナス要因ともなっている。
The power consumption of the bypass diode increases as the scale of the
本実施の形態に係る太陽光発電システム1では、バイパスダイオードの代わりに制御部20によって制御されるスイッチング素子16を適用することから、バイパス電流経路15(スイッチング素子16)での電力消費を大幅に低減することができる。特に、スイッチング素子16としてMIS電界効果トランジスタ(MOS電界効果トランジスタ)を適用することによって、スイッチング素子16での消費電力をほとんど解消し、更に大きな効果を奏することができる。
In the photovoltaic
MOS電界効果トランジスタを適用したときのMOS電界効果トランジスタでの電力消費は、具体的には、例えば0.84W(例えば8.4A×0.1V)であり、バイパスダイオードでの電力消費(4.6W)に比較して大幅(1/5.5)に消費電力を抑制している。 Specifically, the power consumption in the MOS field effect transistor when the MOS field effect transistor is applied is, for example, 0.84 W (for example, 8.4 A × 0.1 V), and the power consumption in the bypass diode (4. Compared to 6W), the power consumption is significantly reduced (1 / 5.5).
図1Aないし図4を用いて説明したとおり、本実施の形態に係る太陽光発電システム1は、複数の太陽電池セル12を直列に接続した太陽電池モジュール11が複数直列に接続された太陽電池モジュール群10と、それぞれの太陽電池モジュール11に並列に接続され太陽電池モジュール11の出力電圧が予め特定された特定電圧より小さいときに太陽電池モジュール群10に流れるモジュール群電流Igをバイパスさせるバイパス電流経路15と、太陽電池モジュール群10から出力された電力を直流−直流変換するDC/DCコンバータ30とを備えた太陽光発電システム1であって、それぞれのバイパス電流経路15に配置されてバイパス電流経路15の導通および非導通を切り替えるスイッチング素子16と、スイッチング素子16のそれぞれに対応して配置されスイッチング素子16の開閉を制御する制御部20とを備え、制御部20は、太陽電池モジュール11の出力電圧が特定電圧より小さくなったとき、スイッチング素子16を開から閉に切り替えてバイパス電流経路15を導通させる構成とされていることを特徴とする。
As described with reference to FIGS. 1A to 4, the solar
したがって、本実施の形態に係る太陽光発電システム1は、太陽電池モジュール11が例えば太陽光Lsの遮断などによって発電しない非発電状態となったとき、発電しない太陽電池モジュール11と並列に配置されたバイパス電流経路15を導通状態(短絡状態)として太陽電池モジュール群10に流れるモジュール群電流Igをバイパスさせるので、バイパスダイオード(従来技術)を適用せずに非発電状態の太陽電池モジュール11へのモジュール群電流Igの流入を防止して太陽電池モジュール11(太陽電池セル12)でのホットスポットの発生を防止することができ、また、バイパスダイオードを適用したときに生じる電力消費を抑制することができる。つまり、太陽光発電システム1(太陽電池モジュール11、太陽電池セル12)でのホットスポット現象の発生を防止して信頼性を向上し、また、太陽光発電システム1(太陽電池モジュール11、太陽電池セル12)の寿命を延ばし、発電効率を向上させることができる。
Therefore, the solar
また、本実施の形態に係る太陽光発電システム1では、制御部20(制御部20f、制御部20s)は、太陽電池モジュール11(太陽電池モジュール11f、太陽電池モジュール11s)に接続されて出力電圧Vm(出力電圧Vmf、出力電圧Vms)が入力される入力端子(入力端子21および入力端子22。例えば、太陽電池モジュール11fに対する入力端子21fおよび入力端子22f。太陽電池モジュール11sに対する入力端子21sおよび入力端子22s。)と、スイッチング素子16(スイッチング素子16f、スイッチング素子16s)の制御端子17(スイッチング素子16fについて制御端子17f、スイッチング素子16sについて制御端子17s)に接続されスイッチング素子16の開閉を制御する出力端子23(制御端子17fに対する出力端子23f。制御端子17sに対する出力端子23s)とを備える比較器で構成されていることを特徴とする。
Moreover, in the solar
したがって、本実施の形態に係る太陽光発電システム1は、太陽電池モジュール11の非発電状態を高精度に、かつ迅速に検出してスイッチング素子16の開閉(オンオフ)を制御するので、太陽電池モジュール11でのホットスポット現象の発生を確実に防止することができる。
Therefore, the solar
また、本実施の形態に係る太陽光発電システム1では、制御部20の電源は、DC/DCコンバータ30から供給されることを特徴とする。したがって、本実施の形態に係る太陽光発電システム1は、制御部20の電源を安定化させ、また、太陽光発電システム1のバイパス電流経路15(制御部20)の制御を高精度にすることができる。
Moreover, in the solar
また、本実施の形態に係る太陽光発電システム1では、スイッチング素子16は、MIS電界効果トランジスタであることを特徴とする。したがって、本実施の形態に係る太陽光発電システム1は、スイッチング素子16を抵抗が小さいMIS電界効果トランジスタ(一般的には、MOS電界効果トランジスタ)で構成するので、バイパス電流経路15(スイッチング素子16)で生じる消費電力を低減し、バイパス電流経路15での電力ロスを抑制して全体としての発電効率を向上させることができる。また、バイパス電流経路15(スイッチング素子16)で生じる消費電力を低減することから、消費電力に伴う発熱が抑制されるのでバイパスダイオードを適用したときにバイパス電流経路15で必要であって放熱手段を不要とすることができる。
In the photovoltaic
以上、主として太陽光発電システム1について説明したが、バイパス電流経路15(電流経路)、スイッチング素子16、制御部20を太陽光発電システム1から抽出して本実施の形態(本発明)に係るスイッチングシステム14として説明する。
Although the solar
以下、スイッチングシステム14について、上述した太陽光発電システム1との関係を適用して説明するが、本実施の形態に係るスイッチングシステム14は、太陽光発電システム1に適用される場合に限るものではなく、一般的な電流経路でのスイッチングが要請される他の場合についても適用できる。
Hereinafter, although the
以下に説明するとおり、本実施の形態に係るスイッチングシステム14は、太陽電池モジュール11(太陽電池モジュール11f、太陽電池モジュール11s)に対応させて2個配置されている。太陽電池モジュール11fに対応する場合、太陽電池モジュール11sに対応する場合、いずれについても構成は全く同一であるので特に区別することなく単にスイッチングシステム14として説明する。
As described below, two
本実施の形態に係るスイッチングシステム14は、電流経路(例えばバイパス電流経路15を例示できる。また、バイパス電流経路15f、バイパス電流経路15sも同様に例示できる。)に配置されて電流経路(バイパス電流経路15)の導通および非導通を切り替えるスイッチング素子16(バイパス電流経路15fの場合は、スイッチング素子16f。バイパス電流経路15sの場合は、スイッチング素子16s)と、スイッチング素子16の開閉を制御する制御部20とを備えるスイッチングシステム14である。
The switching
また、本実施の形態に係るスイッチングシステム14では、制御部20は、電流経路(バイパス電流経路15)の両端間(バイパス電流経路15fの場合は、モジュール端子13fおよびモジュール端子13sの間。バイパス電流経路15sの場合は、モジュール端子13sおよびモジュール端子13tの間)の電圧(太陽光発電システムの場合の出力電圧Vmに相当。バイパス電流経路15fの場合は、出力電圧Vmfに相当。バイパス電流経路15sの場合は、出力電圧Vmsに相当)に基づいてスイッチング素子16の開閉を制御する構成とされている。
Further, in the
したがって、本実施の形態に係るスイッチングシステム14は、電流経路(例えばバイパス電流経路15)の両端間の電圧(電位差)に応じてスイッチング素子16の開閉を制御することから、電流経路の両端での電位の相関状態に応じて電流経路の導通、非導通を切り替えることができるので、電流経路を短絡(閉路)あるいは開放(開路)することで必要に応じて機能させることができ、また、スイッチング素子16を適用することから電流経路を導通させたときの消費電力を抑制することができる。
Therefore, the switching
本実施の形態に係るスイッチングシステム14では、制御部20は、第1入力端子(入力端子21)、第2入力端子(入力端子22)、および出力端子23を備えた比較器であり、第1入力端子(入力端子21)は、電流経路の第1端子(電流経路を例えばバイパス電流経路15fとしたときは、モジュール端子13f。電流経路を例えばバイパス電流経路15sとしたときは、モジュール端子13s)に接続され、第2入力端子(入力端子22)は、電流経路の第2端子(電流経路を例えばバイパス電流経路15fとしたときは、モジュール端子13s。電流経路を例えばバイパス電流経路15sとしたときは、モジュール端子13t)に接続され、出力端子(出力端子23)は、スイッチング素子16の制御端子(制御端子17)に接続されている。
In the
したがって、本実施の形態に係るスイッチングシステム14は、制御部20を比較器で構成することから、電流経路(バイパス電流経路15)の両端(バイパス電流経路15fでのモジュール端子13fおよびモジュール端子13s。バイパス電流経路15sでのモジュール端子13sおよびモジュール端子13t)での電位状況を高精度に比較でき、高精度にスイッチング素子16の開閉を制御することができる。
Therefore, since the
本実施の形態に係るスイッチングシステム14では、スイッチング素子16は、MIS電界効果トランジスタ(具体的には、例えばMOS電界効果トランジスタ)であり、MIS電界効果トランジスタのソースは第1端子(バイパス電流経路15fの場合は、モジュール端子13f。バイパス電流経路15sの場合は、モジュール端子13s)に接続され、MIS電界効果トランジスタのドレインは第2端子(バイパス電流経路15fの場合は、モジュール端子13s。バイパス電流経路15sの場合は、モジュール端子13t)に接続され、MIS電界効果トランジスタのゲートは制御端子(制御端子17。スイッチング素子16fの場合は、制御端子17f。スイッチング素子16sの場合は、制御端子17s)として出力端子(出力端子23)に接続されている。
In the
したがって、本実施の形態に係るスイッチングシステム14は、スイッチング素子16としてMIS電界効果トランジスタを適用するので、スイッチング素子16が導通したとき(電流経路が導通状態のとき)の電力消費を抑制して不要な消費電力の発生を防止し、効率の良いスイッチングシステムとなる。
Therefore, since the
本実施の形態に係るスイッチングシステム14では、制御部20は、外部に配置された外部電源(例えば、DC/DCコンバータ30)から電源電力を供給される。
In the
したがって、本実施の形態に係るスイッチングシステム14は、外部からの電源電力によって動作することから、安定した動作を実現することができる。
Therefore, since the
本実施の形態に係るスイッチングシステム14では、外部電源は、太陽電池モジュール(太陽電池モジュール11)の出力をDC/DC変換するDC/DCコンバータ(DC/DCコンバータ30)の出力である。
In the
したがって、本実施の形態に係るスイッチングシステム14は、太陽電池モジュール(太陽電池モジュール11)の出力を調整するDC/DCコンバータ(DC/DCコンバータ30)の出力を利用することから、太陽電池モジュールが備える制御系への適用が可能となり、太陽電池モジュールのバイパス回路を構成するバイパスダイオードをスイッチング素子16に置き換えてバイパスダイオードで問題とされる消費電力の発生を抑制することができる。
Therefore, the switching
なお、スイッチング素子16、制御部20は、共通のプリント基板(不図示)へ実装して太陽電池モジュール11の端子ボックス(不図示)などに実装することが可能である。
The switching
<実施の形態2>
以下、本発明の実施の形態2に係る太陽光発電システム、スイッチングシステム、およびバイパス装置について、図6Aないし図7Cを参照して説明する。なお、本実施の形態に係る太陽光発電システム、スイッチングシステムの基本的な構成は、先に説明した実施の形態1(図1Aないし図4)と同様であるので、符号を援用し、主に異なる事項について説明する。
<Embodiment 2>
Hereinafter, a photovoltaic power generation system, a switching system, and a bypass device according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A to 7C. Since the basic configuration of the photovoltaic power generation system and the switching system according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment described above (FIGS. 1A to 4), the reference numerals are used mainly, Explain the different points.
図6Aは、本発明の実施の形態2に係る太陽光発電システム1の概略ブロック構成を示すブロック図である。
FIG. 6A is a block diagram showing a schematic block configuration of the photovoltaic
なお、スイッチングシステム14の構成要素は、太陽光発電システム1の一部の構成要素として含まれる。例えば、バイパス電流経路15、スイッチング素子16、制御部26がスイッチングシステム14を構成する。太陽電池モジュール11fに対して制御部26f、太陽電池モジュール11sに対して制御部26sが配置されている。以下、制御部26fと制御部26sとを特に区別する必要が無い場合は、単に制御部26とすることがある。
Note that the components of the
なお、スイッチング素子16は、実施の形態1と同様MOS電界効果トランジスタ(エンハンス型nチャンネル)で構成されている。
The switching
実施の形態1では、制御部20は、比較器で構成されたが、本実施の形態に係る制御部26は、ダイオードDs、抵抗R1、抵抗R2(以下、抵抗R1、抵抗R2を特に区別する必要が無い場合は、単に抵抗Rとすることがある。)の直列回路で構成されている。
In the first embodiment, the
本実施の形態に係る太陽光発電システム1は、太陽光Lsを光電変換によって電気(電力)に変換する太陽電池セル12が複数直列に接続されて構成された太陽電池モジュール11を備える。太陽電池モジュール11は、さらに複数(例えば、太陽電池モジュール11fおよび太陽電池モジュール11s)直列に接続されて太陽電池モジュール群10を構成している。太陽電池モジュール群10は、さらに多くの太陽電池モジュール11を接続して構成することも可能であるが、説明の便宜上、2個の太陽電池モジュール11(太陽電池モジュール11fおよび太陽電池モジュール11s)が接続された場合について説明する。
The photovoltaic
太陽光Lsが照射された太陽電池モジュール11は、それぞれ光電変換によって出力電圧Vm(太陽電池モジュール11fの出力電圧Vmを出力電圧Vmf、太陽電池モジュール11sの出力電圧Vmを出力電圧Vmsとする。出力電圧Vmfおよび出力電圧Vmsを区別する必要がない場合は、単に出力電圧Vmとすることがある。)を発電し、太陽電池モジュール11の直列接続によって加算された電圧が太陽電池モジュール群10の出力電圧VgとしてDC/DCコンバータ30の入力端31へ入力される。
The
なお、直列接続された各太陽電池セル12には、共通のモジュール群電流Igが流れる。したがって、太陽電池モジュール群10は、太陽電池モジュール11fおよび太陽電池モジュール11sを電流経路としてモジュール群電流IgをDC/DCコンバータ30の入力端31へ供給する。
A common module group current Ig flows through each of the
太陽光発電システム1は、太陽電池モジュール11と並列に接続されたバイパス電流経路15、バイパス電流経路15に挿入されてバイパス電流経路15の導通/非導通を切り替えるスイッチング素子16、スイッチング素子16の開閉(オンオフ。例えば、オン状態は閉状態に対応し、オフ状態は開状態に対応する。)を制御する制御部26を備える。
The photovoltaic
バイパス電流経路15は、太陽電池モジュール11に対応させて接続されることから、太陽電池モジュール11と同様に2つ(太陽電池モジュール11fに対応させたバイパス電流経路15f、太陽電池モジュール11sに対応させたバイパス電流経路15s)配置されている。以下、バイパス電流経路15fとバイパス電流経路15sとを特に区別する必要が無い場合は、単にバイパス電流経路15とすることがある。
Since the bypass
バイパス電流経路15fは、太陽電池モジュール11fに対して並列に接続され、バイパス電流経路15sは、太陽電池モジュール11sに対して並列に接続されている。つまり、バイパス電流経路15fは、モジュール端子13fとモジュール端子13sとの間に接続され、バイパス電流経路15sは、モジュール端子13sとモジュール端子13tとの間に接続されている。
The bypass
バイパス電流経路15fには、スイッチング素子16fが挿入(配置)され、バイパス電流経路15sには、スイッチング素子16sが挿入(配置)されている。スイッチング素子16fおよびスイッチング素子16sを特に区別する必要がない場合は、単にスイッチング素子16とすることがある。
A switching
また、制御部26は、太陽電池モジュール11、バイパス電流経路15に対応させて接続されることから、太陽電池モジュール11と同様に2つ(太陽電池モジュール11f、バイパス電流経路15fに対応させた制御部26f、太陽電池モジュール11s、バイパス電流経路15sに対応させた制御部26s)配置されている。つまり、制御部26fは、モジュール端子13fとモジュール端子13sとの間に接続され、制御部26sは、モジュール端子13sとモジュール端子13tとの間に接続されている。以下、制御部26fと制御部26sとを特に区別する必要が無い場合は、単に制御部26とすることがある。
Moreover, since the
制御部26f、制御部26sは同一の構成とされている。具体的には、制御部26fは、ダイオードDsf(ダイオードDs)、抵抗R1f(抵抗R1)、抵抗R2f(抵抗R2)の直列回路で構成されている。また、制御部26sは、ダイオードDss(ダイオードDs)、抵抗R1s(抵抗R1)、抵抗R2s(抵抗R2)の直列回路で構成されている。
The control unit 26f and the
以下、ダイオードDsfとダイオードDssとを特に区別する必要が無い場合は、単にダイオードDsとすることがある。また、抵抗R1fと抵抗R1sとを特に区別する必要が無い場合は、単に抵抗R1とすることがある。また、抵抗R2fと抵抗R2sとを特に区別する必要が無い場合は、単に抵抗R2とすることがある。 Hereinafter, the diode Dsf and the diode Dss may be simply referred to as the diode Ds when it is not necessary to distinguish between them. In addition, when there is no need to distinguish between the resistor R1f and the resistor R1s, the resistor R1 may be simply used as the resistor R1. In addition, when there is no need to distinguish between the resistor R2f and the resistor R2s, the resistor R2 may be simply used as the resistor R2.
つまり、制御部26は、ダイオードDs、抵抗R1、抵抗R2の直列回路として構成されている。なお、ダイオードDs、抵抗R1、抵抗R2の配置関係(接続関係)については、種々の変形例を適用できる。変形例については図7Aないし図7Cで説明する。
That is, the
ダイオードDsfは、カソード側がモジュール端子13fへ接続され、アノード側がモジュール端子13sへ接続されている。ダイオードDssは、カソード側がモジュール端子13sへ、アノード側がモジュール端子13tへ接続されている。ダイオードDsに対して抵抗R1および抵抗R2が直列に接続されている。抵抗R1および抵抗R2は、直列に接続されていることから、同一の電流が流れ、抵抗(抵抗値)に応じた電圧降下を生じることから、抵抗値を適宜の値に設定することによって、外部から印加される電圧を所望の比率を有する電圧に分圧することができる。
The diode Dsf has a cathode side connected to the
制御部26は、分圧された電圧が出力される分圧端子27を備える。つまり、抵抗R1と抵抗R2との間には、分圧端子27(制御部26fでは分圧端子27f、制御部26sでは分圧端子27s)が接続され、抵抗R1および抵抗R2の抵抗値の比率で定まる分圧電圧Vdを出力する構成とされている。制御部26fでは、分圧端子27fが出力端子とされて分圧電圧Vdfが出力され、制御部26sでは、分圧端子27sが出力端子とされて分圧電圧Vdsが出力される。以下、分圧端子27fと分圧端子27sとを特に区別する必要が無い場合は、単に分圧端子27とすることがある。また、分圧電圧Vdfと分圧電圧Vdsとを特に区別する必要が無い場合は、単に分圧電圧Vdとすることがある。
The
分圧端子27は、制御端子17へ接続されている。分圧端子27fは、制御端子17fへ、分圧端子27sは、制御端子17sへ接続される。したがって、分圧端子27f、分圧端子27sは、それぞれに出力された電位(分圧電圧Vd)によってスイッチング素子16を制御することができる。以下、制御端子17fと制御端子17sとを特に区別する必要が無い場合は、単に制御端子17とすることがある。
The
なお、本実施の形態では、制御部26fの分圧端子27fに出力される分圧電圧Vdfは、太陽電池モジュール11fのモジュール端子13fを基準として設定され、制御部26sの分圧端子27sに出力される分圧電圧Vdsは、太陽電池モジュール11sのモジュール端子13sを基準として設定される。
In the present embodiment, the divided voltage Vdf output to the voltage dividing terminal 27f of the control unit 26f is set with reference to the
また、分圧電圧Vdは、制御端子17に印加される電圧(電位)とスイッチング素子16の動作状態を説明するために便宜上規定するものに過ぎず、他方の抵抗(抵抗R2)側を基準に規定する(太陽電池モジュール11fのモジュール端子13sを基準とし、太陽電池モジュール11sのモジュール端子13tを基準とする)ことも可能である。
The divided voltage Vd is merely defined for convenience in order to explain the voltage (potential) applied to the
太陽電池モジュール11fが通常の発電状態の場合、モジュール端子13fとモジュール端子13sとの間の出力電圧Vmfは、モジュール端子13sに対してモジュール端子13fがプラスになる。つまり、モジュール端子13fの電位がモジュール端子13sの電位より高くなるので、ダイオードDsfは逆バイアスされ、直列回路(制御部26f)には電流が流れない。したがって、通常の発電状態では、分圧電圧Vdfとしては、モジュール端子13fの電位に対してモジュール端子13sの電位が出力される。つまり、分圧電圧Vdf(分圧端子27fの電位)は、モジュール端子13fの電位に対してマイナスとなる。
When the
上述したとおり、スイッチング素子16fはMOS電界効果トランジスタで構成されてあり、MOS電界効果トランジスタのソースは、モジュール端子13fに接続され、ドレインはモジュール端子13sに接続され、ゲート(制御端子17f)は分圧端子27fに接続されている。したがって、通常の発電状態では、ゲートの電位(分圧電圧Vdf:分圧端子27fの電位)は、ソースの電位(モジュール端子13fの電位)に対してマイナスとなり、MOS電界効果トランジスタすなわちスイッチング素子16fは開(オフ)とされ、バイパス電流経路15fは機能しない状態(電流が流れない状態)となる。
As described above, the switching
太陽電池モジュール11sが通常の発電状態の場合、モジュール端子13sとモジュール端子13tとの間の出力電圧Vmsは、モジュール端子13tに対してモジュール端子13sがプラスになる。つまり、モジュール端子13sの電位がモジュール端子13tの電位より高くなるので、ダイオードDssは逆バイアスされ、直列回路(制御部26s)には電流が流れない。したがって、通常の発電状態では、分圧電圧Vdsとしては、モジュール端子13sの電位に対してモジュール端子13tの電位が出力される。つまり、分圧電圧Vds(分圧端子27sの電位)は、モジュール端子13sの電位に対してマイナスとなる。
When the
スイッチング素子16sはMOS電界効果トランジスタで構成されてあり、MOS電界効果トランジスタのソースは、モジュール端子13sに接続され、ドレインはモジュール端子13tに接続され、ゲート(制御端子17s)は分圧端子27sに接続されている。したがって、通常の発電状態では、ゲートの電位(分圧電圧Vds:分圧端子27sの電位)は、ソースの電位(モジュール端子13sの電位)に対してマイナスとなり、MOS電界効果トランジスタすなわちスイッチング素子16sは開(オフ)とされ、バイパス電流経路15sは機能しない状態(電流が流れない状態)となる。
The switching
ダイオードDs(ダイオードDsf、ダイオードDss)の逆方向耐圧は、通常の発電状態の出力電圧Vm(出力電圧Vmf、出力電圧Vms)を越える値であれば良い。つまり、ダイオードDsの逆方向耐圧が出力電圧Vmを越える値であれば、ダイオードDsは、逆方向の電流を阻止できるので、制御部26(直列回路)に電流が流れることはない。 The reverse breakdown voltage of the diode Ds (diode Dsf, diode Dss) may be a value that exceeds the output voltage Vm (output voltage Vmf, output voltage Vms) in a normal power generation state. That is, if the reverse breakdown voltage of the diode Ds exceeds the output voltage Vm, the diode Ds can block the reverse current, so that no current flows through the control unit 26 (series circuit).
図6Bは、図6Aに示した太陽光発電システム1でバイパス電流経路15sを導通させて機能させたときの概略ブロック構成を示すブロック図である。
6B is a block diagram showing a schematic block configuration when the bypass
基本的な構成は、図6Aと同様であるので、主にバイパス電流経路15s、制御部26sを動作させるときの態様について説明する。なお、バイパス電流経路15f、制御部26fは、バイパス電流経路15s、制御部26sと同様に動作するので、バイパス電流経路15f、制御部26fが動作する場合の説明は省略する。
Since the basic configuration is the same as that in FIG. 6A, a mode when the bypass
太陽光Lsは、影などの発生によって遮光された状態の太陽光Lss(太陽電池モジュール11sに対応した状態を示す。)となることがある。太陽光Lssは、太陽光Lsに比較して遮光された状態を示すために太陽電池モジュール11sの外側でのみ図示されている。以下では、例えば太陽電池モジュール11s(太陽電池セル12s)が遮光されて発電しない状態となった場合について説明する。
The sunlight Ls may become sunlight Lss (showing a state corresponding to the
遮光された太陽電池モジュール11s(太陽電池セル12s)は、光電変換ができないことから太陽電池として発電しない。太陽電池として発電(機能)しない状態を示すために、図6Bでは、太陽電池モジュール11s(太陽電池セル12s)は、破線で示されている。
Since the light-shielded
通常の発電状態では、上述したとおり、太陽電池モジュール11sのプラス側端子であるモジュール端子13sとマイナス側端子であるモジュール端子13tとの間に出力電圧Vmsが生じる。つまり、通常の発電状態では、モジュール端子13sの電位がモジュール端子13tの電位より高い状態となる。
In a normal power generation state, as described above, the output voltage Vms is generated between the
しかし、遮光されて発電できない状態では、太陽電池モジュール11sは受動回路となる(図1B、図2B参照)。つまり、直列に接続されている他の太陽電池モジュール11(ここでは、太陽電池モジュール11f)の発電によって流れるモジュール群電流Igが流れると太陽電池モジュール11sは抵抗負荷として作用し、モジュール端子13sの電位に対してモジュール端子13tの電位が高くなり、モジュール端子13sとモジュール端子13tとの間の電位差が発電状態の場合に対して逆方向になる。
However, in a state where power generation is not possible due to light shielding, the
つまり、非発電状態では、モジュール端子13sに比較してモジュール端子13tが高い電位になり、ダイオードDssは順方向の電流を流す状態となる。したがって、ダイオードDss、抵抗R1s、抵抗R2sの直列回路(制御部26s)には、モジュール端子13sとモジュール端子13tとの間の電位差に応じた電流(分流電流Igb)が流れる。
That is, in the non-power generation state, the
制御部26s(直列回路)では、分流電流Igbによって抵抗R1s、抵抗R2sでの電圧降下と、ダイオードDssでの順方向電圧降下とが発生し、分圧電圧Vdsが生成される。太陽電池モジュール11sが非発電状態(図6B)の場合の直列回路(制御部26)では、分圧電圧Vdsは、ダイオードDssの順方向電圧降下と抵抗R1sでの電圧降下で定まる値となる。なお、制御部26fについても同様に分圧電圧Vdfを定義することができる。以下、分圧電圧Vdsと分圧電圧Vdfとを特に区別する必要がない場合は、単に分圧電圧Vdとすることがある。
In the
分圧電圧Vdsの値がスイッチング素子16sをオン状態(閉状態)とするに十分な値(具体的には、スイッチング素子16s(MOS電界効果トランジスタ)の閾値を越える値)となるように回路設計(素子定数の設定)をすることによって、制御部26sで分圧電圧Vdsを生成する。また、分圧電圧Vdsは、分圧端子27sから制御端子17s(ゲート)へ印加され、スイッチング素子16s(MOS電界効果トランジスタ)をオン(閉)とするので、バイパス電流経路15sが導通状態となる。
The circuit design is such that the value of the divided voltage Vds is a value sufficient to bring the
なお、直列回路(制御部26)を構成する抵抗R1s、抵抗R2s、ダイオードDssの具体的な数値は適宜設定することができる。 In addition, the concrete numerical value of resistance R1s, resistance R2s, and diode Dss which comprise a series circuit (control part 26) can be set suitably.
例えば、分流電流Igbが20mA流れたときに分圧電圧VdsがMOS電界効果トランジスタ(スイッチング素子16)の閾値となってスイッチング素子16がオンとなるように設定する場合、MOS電界効果トランジスタの閾値を例えば2Vとし、簡単のためダイオードDssの順方向電圧を無視して計算すると抵抗R1sに要求される抵抗値は2V/20mA=100Ωとなる。なお、簡単のため抵抗R1と抵抗R2との分圧比を1とすれば、抵抗R2sは、抵抗R1と同一の抵抗値とすることができる。
For example, when the divided voltage Vds is set to be the threshold value of the MOS field effect transistor (switching element 16) and the switching
つまり、太陽電池モジュール11sが非発電状態になって、分流電流Igb(当初は、過渡的に過渡状態のモジュール群電流Igが分流電流Igbとして流れる)が流れ出し、分流電流Igbが20mAとなったとき、分圧電圧Vdsは2Vを越える(実際には更にダイオードDssの順方向電圧降下が加わる。)。なお、このときのモジュール端子13tとモジュール端子13sとの間の電位差は、抵抗R1での電圧降下(2V)、抵抗R2での電圧降下(2V)、ダイオードDssでの準方向電圧降下(Vf:Vfは例えば0.5V)を加えた値となる。
That is, when the
分流電流Igbが20mAとなって抵抗R1sでの電圧降下が2Vになると、制御端子17sに分圧電圧Vds(2V+0.5V=2.5V)が印加され、スイッチング素子16sが確実にオンされる。スイッチング素子16sがオンとなった後は、バイパス電流経路15sにモジュール群電流Igが流れることから、実施の形態1と同様の作用効果が得られる。
When the shunt current Igb becomes 20 mA and the voltage drop at the resistor R1s becomes 2V, the divided voltage Vds (2V + 0.5V = 2.5V) is applied to the
分流電流Igbは、スイッチング素子16sがオンとなるまでは、太陽電池モジュール11sが非発電状態のときに太陽電池モジュール群10に流れるモジュール群電流Igが過渡的な状態で流れる。また、スイッチング素子16sがオンとなる直前の状態では、過渡的な状態のモジュール群電流Igがそのまま分流電流Igbとして流れる。
As for the shunt current Igb, the module group current Ig flowing in the solar
スイッチング素子16sがオンとなった後は、分流電流Igbは、モジュール端子13sとモジュール端子13tとの間での電圧に応じてモジュール群電流Igの一部が流れる。つまり、スイッチング素子16sには、モジュール群電流Igから分流電流Igbを引いた値の電流(モジュール群電流Ig−分流電流Igb)が流れる。
After the
分流電流Igbは、スイッチング素子16sをオンとするために、分圧電圧Vdsを発生させるだけで良いことから、抵抗R(抵抗R1、抵抗R2)での電力消費を抑制できるように小さい値とされている。具体的には、分流電流Igbは、スイッチング素子16sがオン状態に切り替わった後のモジュール群電流Igに対して例えば1/100〜1/500程度(例えば、モジュール群電流Igが8.4Aのとき、分流電流Igbは例えば20mA)とすることができる。
Since the shunt current Igb only needs to generate the divided voltage Vds to turn on the
一旦オン状態にされた後のスイッチング素子16が、オン状態を維持する素子構成とされ、太陽電池モジュール11が通常の発電状態に戻ったときにスイッチング素子16がオフ状態となる素子構成とされている場合は、制御部26(直列回路)の分圧端子27を制御端子17に接続する構成とすることでスイッチング素子16のオンオフ(開閉)を制御することが可能である。
The switching
本実施の形態では、スイッチング素子16をMOS電界効果トランジスタ(MIS電界効果トランジスタ)で構成していることから、スイッチング素子16(MOS電界効果トランジスタ)がオン状態となったとき、ソース・ドレイン間電圧は、略0V(例えば、0.1V)となり、ソース・ドレイン間の電圧はそのまま直列回路(制御部26)の両端の電圧(電位差)となる。このときの分圧端子27は、ソース・ドレイン間電圧である略0V(例えば、0.1V)を分圧して出力することから、略0V(0.1V)より小さい値となる。
In this embodiment, since the switching
つまり、MOS電界効果トランジスタの閾値電圧は、上述したとおり、例えば2Vであることから、スイッチング素子16がオン状態となったとき、ゲート電圧(分圧端子27の電圧、制御端子17の電圧)が閾値より小さくなり、MOS電界効果トランジスタはオフ状態に復帰してしまうことになる。
That is, as described above, the threshold voltage of the MOS field-effect transistor is 2 V, for example. Therefore, when the switching
したがって、本実施の形態に係る太陽光発電システム1、スイッチングシステム14では、スイッチング素子16としてMOS電界効果トランジスタ(MIS電界効果トランジスタ)を適用することから、MOS電界効果トランジスタのオン状態を維持する回路(スイッチング素子16をオフからオンに切り替えたときの制御端子17の電位状態を維持する切り替え状態維持回路26c(図8参照))が別途必要となる。説明の便宜上、切り替え状態維持回路26cについては、図8を参照して別途説明する。
Therefore, in the photovoltaic
以上説明したとおり、本実施の形態に係る太陽光発電システム1では、制御部26は、ダイオードDsと2つの抵抗R(抵抗R1、抵抗R2)を直列に接続した直列回路とされて太陽電池モジュール11に並列に接続されてあり、2つの抵抗R1、抵抗R2の間に接続されて太陽電池モジュール11の出力電圧Vmを分圧して出力する分圧端子27を備え、分圧端子27は、スイッチング素子16の制御端子17に接続されている。
As described above, in the photovoltaic
したがって、太陽光発電システム1は、ダイオードDsと2つの抵抗R(抵抗R1、抵抗R2)の3素子という簡単な構成の直列回路を制御部26として太陽電池モジュール11と並列に接続することから、太陽電池モジュール11の出力状態を分圧端子27からの信号(分圧電圧Vd)として容易にかつ高精度に抽出できるので、分圧端子27の電位(分圧電圧Vd)に基づいてスイッチング素子16の開閉を容易にかつ高精度に制御することができる。
Therefore, the solar
また、直列回路とした制御部26を太陽電池モジュール11に並列に接続することから、外部の電源(太陽電池モジュール11以外の電源)を用いずにスイッチング素子16の開閉を制御する信号を直列回路(制御部26)の分圧端子27から出力(分圧電圧Vd)として容易に得ることができる。
Further, since the
太陽光発電システム1では、スイッチング素子16および制御部26は、単一の配線基板40に実装されて太陽電池モジュール11の出力ボックス60に内蔵されている。したがって、太陽光発電システム1は、スイッチング素子16および制御部26(直列回路)を一つの配線基板40に実装して出力ボックス60へ内蔵するので、太陽電池モジュール11に対するバイパス電流経路15を高機能化することができる。出力ボックス60は、通常は、太陽電池モジュール11の裏面(受光面とは反対側の面)などに配置され、他の太陽電池モジュール11との接続に必要なケーブルが接続されている。
In the solar
本実施の形態では、実施の形態1と同様、スイッチングシステム14を備えている。本実施の形態では、スイッチングシステム14は、実施の形態1と同様、太陽電池モジュール11(太陽電池モジュール11f、太陽電池モジュール11s)に対応させて2個配置されている。構成は全く同一であるので特に区別することなく単にスイッチングシステム14として説明する。
In the present embodiment, the switching
スイッチングシステム14は、太陽電池モジュール11への適用に限らず、一般的な電流経路のオンオフに対して適用することができる。本実施の形態では、スイッチングシステム14は、バイパス電流経路15、スイッチング素子16、制御部26を備える。実施の形態1でのスイッチングシステム14に対して異なるのは、制御部20の代わりに制御部26を適用していることである。したがって、主に制御部26について説明する。
The switching
本実施の形態に係るスイッチングシステム14では、制御部26は、ダイオードDsと2つの抵抗(抵抗R1、抵抗R2)を直列に接続した直列回路とされて電流経路(バイパス電流経路15)の両端に並列に接続されてあり、2つの抵抗R1、抵抗R2の間に接続されて太陽電池モジュール11の出力電圧Vmを分圧して出力する分圧端子27を備え、分圧端子27は、スイッチング素子16の制御端子17に接続されている。
In the
したがって、本実施の形態に係るスイッチングシステム14は、ダイオードDsと2つの抵抗R1、抵抗R2の3素子という簡単な構成の直列回路を制御部26として電流経路(バイパス電流経路15)と並列に接続することから、電流経路の両端間の電位状態を分圧端子27からの信号(分圧電圧Vd)として容易にかつ高精度に抽出できるので、分圧端子27の電位(分圧電圧Vd)に基づいてスイッチング素子16の開閉を容易にかつ高精度に制御することができる。
Therefore, the switching
また、直列回路とした制御部26を電流経路に並列に接続することから、外部の電源(電流経路以外の電源)を用いずにスイッチング素子16の開閉を制御する信号を直列回路(制御部26)の分圧端子27から出力(分圧電圧Vd)として容易に得ることができる。
Further, since the
なお、本実施の形態では、制御部26sに対する外部からの電源が不要となる(制御対象としてのバイパス電流経路15sの両端に接続するだけで良い)ので、バイパス電流経路15s、スイッチング素子16s、および制御部26sを含む自己動作型(自立型)のバイパス装置25sを個別の装置として抽出することができる。
In the present embodiment, an external power supply is not required for the
また、制御部26sと同様に制御部26fが配置されている。つまり、本実施の形態では、制御部26fに対する外部からの電源が不要となる(制御対象としてのバイパス電流経路15fの両端に接続するだけで良い)ので、バイパス電流経路15f、スイッチング素子16f、および制御部26fを含む自己動作型(自立型)のバイパス装置25fを個別の装置として抽出することができる。
Further, the control unit 26f is arranged in the same manner as the
以下、バイパス装置25fとバイパス装置25sとを特に区別する必要がない場合は、単にバイパス装置25とすることがある。 Hereinafter, when there is no particular need to distinguish between the bypass device 25f and the bypass device 25s, the bypass device 25 may be simply referred to as the bypass device 25.
本実施の形態に係るバイパス装置25は、太陽電池モジュール11の両端に接続されることによってバイパス電流経路15を構成するバイパス装置25であって、バイパス電流経路15の導通および非導通を切り替えるスイッチング素子16と、スイッチング素子16に対応して配置されスイッチング素子16の開閉を制御する制御部26とを備え、制御部26は、ダイオードDsと2つの抵抗R1、抵抗R2を直列に接続した直列回路とされ、太陽電池モジュール11に並列に接続された場合に、2つの抵抗R1、抵抗R2の間から太陽電池モジュール11の出力電圧Vmを分圧して出力する分圧端子27を備えてあり、分圧端子27は、スイッチング素子16の制御端子17に接続されている。
The bypass device 25 according to the present embodiment is a bypass device 25 that configures the bypass
したがって、本実施の形態に係るバイパス装置25は、ダイオードDsと2つの抵抗R1、抵抗R2の3素子という簡単な構成の直列回路を制御部26として太陽電池モジュール11と並列に接続することから、太陽電池モジュール11の出力状態を分圧端子27からの信号(分圧電圧Vd)として容易にかつ高精度に抽出できるので、分圧端子27の電位(分圧電圧Vd)に基づいてスイッチング素子16の開閉を容易にかつ高精度に制御することができる。
Therefore, the bypass device 25 according to the present embodiment connects a series circuit having a simple configuration of three elements of the diode Ds and the two resistors R1 and R2 in parallel with the
バイパス装置25は、スイッチング素子16、制御部26をバイパス電流経路15の両端に接続するだけで良く、個別の電源も不要であるので、単一の配線基板へ実装することができる。つまり、バイパス装置25は、スイッチング素子16および制御部26は、単一の配線基板40に実装されている。また、単一の配線基板へ実装できることから、単一のパッケージに収納することが可能となり、生産性、信頼性を向上させることができる。
The bypass device 25 only needs to connect the switching
したがって、本実施の形態に係るバイパス装置25は、スイッチング素子16および制御部26(直列回路)を一つの配線基板40に実装することから、小型化することができるので、太陽電池モジュール11の出力ボックス60への内蔵が容易となる。
Therefore, since the bypass device 25 according to the present embodiment mounts the switching
本実施の形態では、配線基板40、出力ボックス60は、太陽電池モジュール11(太陽電池モジュール11f、太陽電池モジュール11s)に対応させて2個配置されている。構成は全く同一であるので特に区別することなく単に配線基板40、出力ボックス60として説明する。
In the present embodiment, two wiring boards 40 and output boxes 60 are arranged corresponding to the solar cell module 11 (
ブロック図(図6A、図6B)では、モジュール端子13sをバイパス電流経路15f(制御部26f)側と、バイパス電流経路15s(制御部26s)側とで共通に記載している。しかし、配線基板40、出力ボックス60は、太陽電池モジュール11に対して配置されるので、バイパス電流経路15fの側でのモジュール端子13sに対する配線と、バイパス電流経路15sでのモジュール端子13sに対する配線とは、それぞれ独自に配置されることがあるが、図の簡略化のため共通にして記載している。
In the block diagrams (FIGS. 6A and 6B), the
図7Aないし図7Cを参照して制御部26(直列回路)の変形例(変形回路例1ないし変形回路例3)について説明する。なお、基本的な構成は図6A、図6Bの場合と同様であるので、主に異なる事項について説明する。 A modified example (modified circuit example 1 to modified circuit example 3) of the control unit 26 (series circuit) will be described with reference to FIGS. 7A to 7C. Since the basic configuration is the same as in the case of FIGS. 6A and 6B, different items will be mainly described.
図7Aは、図6Aに示した太陽光発電システム1での制御部26(直列回路)の変形回路例1を示す回路図である。
FIG. 7A is a circuit diagram showing a modified circuit example 1 of the control unit 26 (series circuit) in the photovoltaic
図7Bは、図6Aに示した太陽光発電システム1での制御部26(直列回路)の変形回路例2を示す回路図である。
FIG. 7B is a circuit diagram illustrating a modified circuit example 2 of the control unit 26 (series circuit) in the photovoltaic
図7Cは、図6Aに示した太陽光発電システム1での制御部26(直列回路)の変形回路例3を示す回路図である。
FIG. 7C is a circuit diagram illustrating a modified circuit example 3 of the control unit 26 (series circuit) in the photovoltaic
変形回路例1ないし変形回路例3では、説明を簡略化するため、太陽電池モジュール11と制御部26とがそれぞれ1つとして説明する。したがって、2つの太陽電池モジュール11を配置した場合のモジュール端子13f、モジュール端子13s、モジュール端子13tを太陽電池モジュール11が1つの場合に簡略化し、通常の発電状態でプラス側となる端子(モジュール端子13p)とマイナス側となる端子(モジュール端子13m)として示す。つまり、太陽電池モジュール11の通常の発電状態では、モジュール端子13pがプラス側となり、モジュール端子13mがマイナス側となる。なお、「通常の発電状態」とは、バイパス電流経路15およびスイッチング素子16をオン状態(閉状態)とする必要がない状態をいう。
In the modified circuit example 1 to the modified circuit example 3, in order to simplify the description, the
制御部26は、モジュール端子13p(例えば、太陽電池モジュール11sに対しては、モジュール端子13sが相当する。)とモジュール端子13m(例えば、太陽電池モジュール11sに対しては、モジュール端子13tが相当する。)との間に接続されている。分圧電圧Vdは、モジュール端子13pに対する分圧端子27の電位(分圧電圧Vd)で画定される。
The
変形回路例1では、モジュール端子13pの側からモジュール端子13mへ向けて、抵抗R1、ダイオードDs、抵抗R2の順に直列に接続(配置)されて直列回路(制御部26)が形成されている(図6Aと比較してダイオードDsの位置が異なる。)。また、分圧端子27は、抵抗R1とダイオードDs(カソード側)との間から取り出されている。したがって、分圧電圧Vdは、分流電流Igbによる抵抗R1での電圧降下と、分流電流IgbによるダイオードDsでの順方向電圧降下および分流電流Igbによる抵抗R2での電圧降下の和との比率で画定される。
In the modified circuit example 1, a resistor R1, a diode Ds, and a resistor R2 are connected in series in this order from the
なお、抵抗R1および抵抗R2による分圧比を図6Aでは、1として説明したが、分流電流Igb、分圧電圧Vd、抵抗R、ダイオードDsの順方向電圧降下を参酌して、適宜分圧比を設定することができる。 Although the voltage dividing ratio by the resistors R1 and R2 has been described as 1 in FIG. 6A, the voltage dividing ratio is set appropriately in consideration of the forward voltage drop of the divided current Igb, the divided voltage Vd, the resistor R, and the diode Ds. can do.
変形回路例2では、モジュール端子13pの側からモジュール端子13mへ向けて、抵抗R1、ダイオードDs、抵抗R2の順に直列に接続(配置)されて直列回路(制御部26)が形成されている(変形回路例1と同様)。また、分圧端子27は、抵抗R1とダイオードDs(アノード側)との間から取り出されている(変形回路例1とは分圧端子27の取り出し位置が異なる。)。したがって、分圧電圧Vdは、分流電流Igbによる抵抗R1での電圧降下および分流電流IgbによるダイオードDsでの順方向電圧降下の和と、分流電流Igbによる抵抗R2での電圧降下との比率で画定される。
In the modified circuit example 2, the resistor R1, the diode Ds, and the resistor R2 are connected in series in this order from the
変形回路例3では、モジュール端子13pの側からモジュール端子13mへ向けて、抵抗R1、抵抗R2、ダイオードDsの順に直列に接続(配置)されて直列回路(制御部26)が形成されている(図6A、変形回路例1、変形回路例2に比較してダイオードDsの位置が異なり、ダイオードDsはモジュール端子13mの側に配置されている。)。また、分圧端子27は、抵抗R1と抵抗R2との間から取り出されている(図6Aと同様)。したがって、分圧電圧Vdは、分流電流Igbによる抵抗R1での電圧降下と、分流電流Igbによる抵抗R2での電圧降下および分流電流IgbによるダイオードDsでの順方向電圧降下の和との比率で画定される。
In the modified circuit example 3, the resistor R1, the resistor R2, and the diode Ds are connected (arranged) in order from the
本実施の形態に係る太陽光発電システム1、スイッチングシステム14は、実施の形態1と同様に作用する。また、バイパス装置25は、上述したとおりに作用する。つまり、図4で説明したとおりの作用効果を奏する。
The photovoltaic
図8は、図6Aに示した太陽光発電システム1での制御部26の更に具体的な回路例を示す回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a more specific circuit example of the
上述したとおり、本実施の形態では、スイッチング素子16は、MOS電界効果トランジスタ(MIS電界効果トランジスタ)で構成されている。したがって、スイッチング素子16がオン状態(閉状態)となったとき、太陽電池モジュール11の両端での電位差がスイッチング素子16のオン電圧と等しくなる。一般的に、MOS電界効果トランジスタのオン電圧は略0V(例えば、0.1V)と極めて低い値となる。つまり、スイッチング素子16をオン状態へ切り替えるときに作用した分圧電圧Vdが低下してスイッチング素子16(MOS電界効果トランジスタ)の閾値より小さくなり、スイッチング素子16が再度オフになる。したがって、スイッチング素子16のオン状態を維持するための回路(切り替え状態維持回路26c)が必要となる場合について説明する。
As described above, in the present embodiment, the switching
スイッチング素子16、制御部26(ダイオードDs、抵抗R1、抵抗R2の直列回路)は、上述したとおりであるので適宜説明を省略することがある。
Since the switching
制御部26は、分圧端子27と制御端子17との間に切り替え状態維持回路26cを備える。切り替え状態維持回路26cは、アノードが分圧端子27に接続され、カソードが制御端子17に接続されたダイオードDcと、一端が制御端子17に接続され、他端が太陽電池モジュール11の発電状態でプラス側となるモジュール端子13pに接続されたコンデンサCgとを備える。
The
スイッチング素子16がオフ状態からオン状態へ切り替わるとき、分流電流Igbが制御部26へ流れるが、分流電流Igbの一部は、ダイオードDcを介してコンデンサCgへ流れ、コンデンサCgを充電する。充電によってコンデンサCgの充電電圧は、分圧電圧Vdと等しい充電電圧Vh(維持電圧)となる。なお、実際には、ダイオードDcの順方向電圧Vfが介在するから、分圧電圧Vd=充電電圧Vh+Vfとなる。充電電圧Vhがスイッチング素子16(MOS電界効果トランジスタ)の閾値以上になれば、スイッチング素子16はオフ状態からオン状態へスイッチングされる。
When the switching
スイッチング素子16がオフ状態からオン状態へ切り替わるとスイッチング素子16の両端の電位差(モジュール端子13pとモジュール端子13mとの間の電位差)は略0V(例えば、0.1V)となる。したがって、分圧電圧Vdは、スイッチング素子16の両端の電位差を分圧することから、略0V(例えば、0.1V)以下となる。このとき、制御端子17と分圧端子27との間に接続されたダイオードDcは、逆バイアスの状態となることから、略0Vの分圧電圧Vdに対して制御端子17は、充電電圧Vhを維持することができる。なお、ダイオードDcの逆耐圧は、受電電圧Vhより大きいことが必要である。
When the switching
切り替え状態維持回路26cは、コンデンサCgに蓄積された充電電荷によって、スイッチング素子16をオフからオンへ切り替えたときの電位(充電電圧Vh)を確保することが可能となるので、制御端子17の電位状態(制御端子17に印加される電圧つまり充電電圧Vh)を維持することが可能となる。つまり、切り替え状態維持回路26cは、ダイオードDcの順方向で分圧端子27の電位(分圧電圧Vd)に応じた充電をコンデンサCgに対して実行し、コンデンサCgに充電された電荷の放電をダイオードDcの逆方向耐圧によって防止する。したがって、切り替え状態維持回路26cは、コンデンサCgの充電電圧Vhを高精度に維持して制御端子17の電位状態を維持することができる。
Since the switching
つまり、スイッチング素子16がオフからオンへ切り替わったことによる分圧電圧Vdの低下による影響(充電電圧Vhと分圧電圧Vdとの電位差の発生による影響)は、ダイオードDcの逆方向耐圧によって無視することが可能となり、コンデンサCgの充電電荷はそのまま維持されるので、スイッチング素子16のオン状態を維持することができる。換言すれば、ダイオードDcおよびコンデンサCgで構成された切り替え状態維持回路26cは、スイッチング素子16をオフからオンに切り替えたときの制御端子17の電位状態を維持するので、スイッチング素子16のオン状態を維持することができる。
That is, the influence caused by the decrease in the divided voltage Vd due to the switching
なお、制御部26は、切り替え状態維持回路26cに加えて更に放電用ダイオードDdcを備える。放電用ダイオードDdcは、アノードを制御端子17に接続され、カソードをモジュール端子13mに接続されている。
The
したがって、コンデンサCgが充電電圧Vhで充電された状態で、太陽電池モジュール11が通常の発電状態へ復帰し、モジュール端子13pがモジュール端子13mに対してプラスとなったとき、コンデンサCgに充電された電荷は、放電用ダイオードDdcによってモジュール端子13mへ放電される。つまり、切り替え状態維持回路26cは、放電用ダイオードDdcが配置されていることから、コンデンサCgの充電電荷を確実に放電し、安定した信頼性の高い切り替えを実行することができる。
Therefore, when the
上述したとおり、本実施の形態に係るバイパス装置25において、制御部26は、分圧端子27と制御端子17との間に配置されてスイッチング素子16をオフからオンに切り替えたときの制御端子17の電位状態を維持する切り替え状態維持回路26cを備える。
As described above, in the bypass device 25 according to the present embodiment, the
したがって、バイパス装置25は、スイッチング素子16がオフからオンに切り替わったことによって、制御部26に印加される電圧(分圧電圧Vd)が低減した場合でも、制御端子17の電位状態(信号状態。制御端子17に印加される電圧)を維持するので、スイッチング素子16のオン状態を維持することができる。
Therefore, the bypass device 25 has the potential state (signal state) of the
また、切り替え状態維持回路26cは、アノードが分圧端子27に接続され、カソードが制御端子17に接続されたダイオードDcと、一端が制御端子17に接続され、他端が太陽電池モジュール11の発電状態でプラス側となるモジュール端子13pに接続されたコンデンサCgとを備える。
The switching
したがって、バイパス装置25は、スイッチング素子16をオフからオンに切り替えたことによって制御部26に加わる電圧が低下した場合でも、ダイオードDcとコンデンサCgという簡単な組み合わせで制御端子17の電位状態(制御端子17に印加される電圧。スイッチング素子16に対する制御用の入力信号)をコンデンサCgへの充電電圧Vhによって維持できるので、スイッチング素子16のオン状態を簡単に維持することができる。
Therefore, even when the voltage applied to the
なお、制御部26は、アノードがコンデンサCgの一端に接続され、カソードが太陽電池モジュール11の発電状態でマイナス側となるモジュール端子13mに接続された放電用ダイオードDdcを備える。
The
したがって、バイパス装置25は、太陽電池モジュール11が発電状態となったとき、コンデンサCgに蓄積された充電電荷を放電用ダイオードDdcでマイナス側のモジュール端子13mへ放電するから、コンデンサCgを初期状態(スイッチング素子16がオフ状態でのコンデンサCgの状態)に戻すことができ、安定した切り替え状態維持回路26cを実現することができる。
Therefore, when the
なお、図8に示した切り替え状態維持回路26c、放電用ダイオードDdcは、図7Aないし図7Cの変形回路例1ないし変形回路例3に対しても同様に適用できる。
The switching
1 太陽光発電システム
10 太陽電池モジュール群
11、11f、11s 太陽電池モジュール
12、12f、12s 太陽電池セル
13f、13s、13t モジュール端子(スイッチングシステムでの第1端子、第2端子)
14 スイッチングシステム
15、15f、15s バイパス電流経路(スイッチングシステムでの電流経路)
16、16f、16s スイッチング素子(MIS電界効果トランジスタ)
17、17f、17s 制御端子
20、20f、20s 制御部(比較器)
21、21f、21s 入力端子(第1入力端子)
22、22f、22s 入力端子(第2入力端子)
23、23f、23s 出力端子
25、25f、25s バイパス装置
26、26f、26s 制御部(直列回路)
26c 切り替え状態維持回路
27、27f、27s 分圧端子
30 DC/DCコンバータ
31 入力端
32 出力端
40 配線基板
60 出力ボックス
Cg コンデンサ
Dc ダイオード
Ddc 放電用ダイオード
Di ダイオード
Ds、Dsf、Dss ダイオード(直列回路)
Ic 発電電流
Ig モジュール群電流
Igb 分流電流
Iph 光電変換電流源
Ls、Lss 太陽光
PCf、PCs、PCt 電力特性曲線
R1、R1f、R1s、R2、R2f、R2s 抵抗
RAf、RAs、RAt、RAtc、RAbpd 矩形電力面積
Rs 直列抵抗
Rsh 並列抵抗
Vc 発電電圧
Vd、Vdf、Vds 分圧電圧
Vg、Vs 出力電圧
Vh 受電電圧
Vm、Vmf、Vms 出力電圧(スイッチングシステムでの電流経路の両端間の電圧)
DESCRIPTION OF
14
16, 16f, 16s switching element (MIS field effect transistor)
17, 17f,
21, 21f, 21s Input terminal (first input terminal)
22, 22f, 22s Input terminal (second input terminal)
23, 23f, 23s Output terminal 25, 25f,
26c switching
Ic Power generation current Ig Module group current Igb Shunt current Iph Photoelectric conversion current source Ls, Lss Sunlight PCf, PCs, PCt Power characteristic curve R1, R1f, R1s, R2, R2f, R2s Resistance RAf, RAs, RAt, RAtc, RAbpd Rectangle Power area Rs Series resistance Rsh Parallel resistance Vc Generated voltage Vd, Vdf, Vds Divided voltage Vg, Vs Output voltage Vh Received voltage Vm, Vmf, Vms Output voltage (voltage across the current path in the switching system)
Claims (4)
それぞれの前記バイパス電流経路に配置されて前記バイパス電流経路の導通および非導通を切り替えるスイッチング素子と、前記スイッチング素子のそれぞれに対応して配置され前記スイッチング素子の開閉を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記出力電圧が前記特定電圧より小さくなったとき、前記スイッチング素子を開から閉に切り替えて前記バイパス電流経路を導通させる構成とされ、
前記制御部は、ダイオードと2つの抵抗を直列に接続した直列回路とされて前記太陽電池モジュールに並列に接続されてあり、前記2つの抵抗の間に接続されて前記太陽電池モジュールの出力電圧を分圧して出力する分圧端子を備え、
前記分圧端子は、前記スイッチング素子の制御端子に接続されていること
を特徴とする太陽光発電システム。 A plurality of solar cell modules in which a plurality of solar cells are connected in series, and a specification in which the output voltage of the solar cell module connected in parallel to each of the solar cell modules is specified in advance Photovoltaic power generation comprising a bypass current path for bypassing a module group current flowing in the solar cell module group when the voltage is smaller than a voltage, and a DC / DC converter for DC-DC conversion of the power output from the solar cell module group A system,
A switching element that is arranged in each of the bypass current paths and switches between conduction and non-conduction of the bypass current path, and a control unit that is arranged corresponding to each of the switching elements and controls opening and closing of the switching elements,
When the output voltage is lower than the specific voltage, the control unit is configured to switch the switching element from open to closed and to conduct the bypass current path ,
The control unit is a series circuit in which a diode and two resistors are connected in series and is connected in parallel to the solar cell module, and is connected between the two resistors to output the output voltage of the solar cell module. It has a voltage dividing terminal that divides and outputs,
The solar power generation system , wherein the voltage dividing terminal is connected to a control terminal of the switching element .
前記スイッチング素子および前記制御部は、単一の配線基板に実装されて前記太陽電池モジュールの出力ボックスに内蔵されていること The switching element and the control unit are mounted on a single wiring board and built in the output box of the solar cell module.
を特徴とする太陽光発電システム。 A solar power generation system characterized by
前記制御部は、前記電流経路の両端間の電圧に基づいて前記スイッチング素子の開閉を制御する構成とされ、
前記制御部は、ダイオードと2つの抵抗を直列に接続した直列回路とされて前記電流経路の前記両端に並列に接続されてあり、前記2つの抵抗の間に接続されて前記太陽電池モジュールの出力電圧を分圧して出力する分圧端子を備え、
前記分圧端子は、前記スイッチング素子の制御端子に接続されていること
を特徴とするスイッチングシステム。 A switching system comprising a switching element that is arranged in a current path and switches between conduction and non-conduction of the current path, and a control unit that controls opening and closing of the switching element,
The control unit is configured to control opening and closing of the switching element based on a voltage between both ends of the current path ,
The control unit is a series circuit in which a diode and two resistors are connected in series, and is connected in parallel to both ends of the current path, and is connected between the two resistors to output the solar cell module. It has a voltage dividing terminal that divides the voltage and outputs it,
The switching system , wherein the voltage dividing terminal is connected to a control terminal of the switching element .
前記バイパス電流経路の導通および非導通を切り替えるスイッチング素子と、前記スイッチング素子に対応して配置され前記スイッチング素子の開閉を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、ダイオードと2つの抵抗を直列に接続した直列回路とされ、前記太陽電池モジュールに並列に接続された場合に、前記2つの抵抗の間から前記太陽電池モジュールの出力電圧を分圧して出力する分圧端子を備えてあり、
前記分圧端子は、前記スイッチング素子の制御端子に接続されていること
を特徴とするバイパス装置。 A bypass device that forms a bypass current path by being connected to both ends of a solar cell module,
A switching element that switches between conduction and non-conduction of the bypass current path, and a control unit that is arranged corresponding to the switching element and controls opening and closing of the switching element,
The control unit is a series circuit in which a diode and two resistors are connected in series, and when connected in parallel to the solar cell module, the control unit divides the output voltage of the solar cell module from between the two resistors. Voltage divider terminal to output
The bypass device, wherein the voltage dividing terminal is connected to a control terminal of the switching element.
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