CN104969139A - 太阳能发电系统 - Google Patents

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Abstract

太阳能发电系统(1)具备：多个太阳能电池群(2a、2b～2n)；与这些各太阳能电池群分别对应地设置的多个斩波器单元(3a、3b～3n)，该多个斩波器单元对从上述各太阳能电池群分别得到的直流电压进行升压；动作点控制单元(6a、6b～6n)，其对这些斩波器单元的输出电流分别进行控制来优化上述各太阳能电池群的动作点，以从该太阳能电池群得到最大输出；以及逆变器(4)，其被输入从上述多个斩波器单元得到的直流电压，将该直流电压变换为规定电压的交流电力并输出该交流电力。

Description

太阳能发电系统
技术领域
本发明涉及一种能够有效地利用太阳能电池所产生的直流电力、还能够将交流输出电压设定得高的太阳能发电系统。
背景技术
近来，将从太阳能电池得到的直流电力变换为交流电力的、与商用交流电源系统即所谓系统电源进行互联的太阳能发电系统受到关注。该太阳能发电系统一般来说构成为具备逆变器和变压器，该逆变器将从包括多个太阳能电池的太阳能电池群得到的直流电力变换为规定频率的交流电力，该变压器将该逆变器所输出的交流电力馈送到上述系统电源。
另外，从太阳能电池得到的电力根据各个太阳能电池的个体差异而不同。因此，从将多个太阳能电池分组而成的多个太阳能电池群分别得到的电力自然会产生差异，这是不可否认的。因此，提倡的是，将输出电压相接近的太阳能电池彼此并联连接来形成多个太阳能电池群，对于这些太阳能电池群，按每个太阳能电池群设置电压调整单元，由此使输入到上述逆变器的电压彼此相等(例如参照专利文献1)。
另外，在这种太阳能发电系统中，例如还通过对上述逆变器的输出电流进行控制来控制上述太阳能电池群的动作点，由此使从上述太阳能电池群得到的直流电力最大化。该太阳能电池群的动作点控制被称为最大功率点跟踪(MPPT；Maximum Power Point Tracking)控制。
专利文献1：日本特开2001-309560号公报
发明内容
发明要解决的问题
另外，从太阳能电池群得到的直流电力随着日照量、温度的变化而发生变动。因此，在太阳能电池群所产生的直流电力减少而其输出电压降低的情况下上述逆变器的动作变得不稳定。因此，以往，一般在上述太阳能电池群的输出电压小于上述逆变器的预先设定的输入电压时，主要是使上述逆变器的动作停止。因而，存在无法充分地利用上述太阳能电池群所产生的电力这样的问题。
本发明是考虑这种情况而完成的，其目的在于提供一种即使在太阳能电池所产生的电压小的情况下也能够使逆变器稳定地动作、还能够将上述逆变器的交流输出电压设定得高的太阳能发电系统。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明所涉及的太阳能发电系统基本上构成为具备：
斩波器单元，其对从太阳能电池得到的直流电压进行升压；
动作点控制单元，其对该斩波器单元的输出电流进行控制来优化上述太阳能电池的动作点，以从该太阳能电池得到最大输出；以及
逆变器，其被输入从上述斩波器单元得到的直流电压，将该直流电压变换为规定电压的交流电力并输出该交流电力。
优选的是，本发明所涉及的太阳能发电系统构成为具备：
将多个太阳能电池分组而成的多个太阳能电池群；
与上述多个太阳能电池群分别对应地设置的多个斩波器单元，该多个斩波器单元对从各上述太阳能电池群分别得到的直流电压进行升压；
动作点控制单元，其对这些斩波器单元的输出电流分别进行控制来优化各上述太阳能电池群的动作点，以从该太阳能电池群得到最大输出；以及
逆变器，其被输入从上述多个斩波器单元得到的直流电压，将该直流电压变换为规定电压的交流电力并输出该交流电力。
附带地说，上述逆变器以使其输入电压固定或成为规定的电压范围的方式对交流输出电流进行控制。
优选的是，上述多个斩波器单元具备直通功能或短路单元，该直通功能用于在上述太阳能电池群的输出电压超过上述逆变器的预先决定的输入电压时停止开关动作来直接输出该输入电压，该短路单元用于在上述太阳能电池群的输出电压超过上述逆变器的预先决定的输入电压时将该斩波器单元的输入输出之间短路。该短路单元例如包括整流二极管、机械触点开关或使用半导体开关元件的同步整流电路。
另外，优选的是，上述逆变器具备与上述斩波器单元的上述动作点控制单元分开的第二动作点控制单元，该第二动作点控制单元改变该逆变器的输入电压来优化各上述太阳能电池群的动作点。优选的是，上述第二动作点控制单元构成为：在即使改变上述逆变器的输入电压、从上述太阳能电池群得到的电力也不变化时，将上述输入电压设定为针对上述太阳能电池群的动作点搜索范围的下限值。
此外，还优选的是，在上述结构的太阳能发电系统中，还具备能够实现双向的电力流动的双向斩波器单元以及经由该双向斩波器单元而与上述逆变器的输入端连接的蓄电器。具体地说，上述双向斩波器单元起到以下作用：将从上述多个斩波器单元向上述逆变器供给的电力的剩余部分蓄积到上述蓄电器，在从上述多个斩波器单元向上述逆变器供给的电力不足时，将上述蓄电器中蓄积的电力输出到上述逆变器。
此时，期望的是，与上述逆变器中的上述第二动作点控制单元的控制相比，缓慢地执行经由上述双向斩波器单元进行的上述蓄电池的充放电控制。并且，优选的是，将上述多个斩波器单元和上述逆变器集中设置在直流集电盘内，该直流集电盘聚集来自上述多个太阳能电池群的电力。此时，期望的是，使上述逆变器起到执行交流变换和对系统电源的互联动作的作用。
发明的效果
根据上述结构的太阳能发电系统，将从太阳能电池群得到的直流电压通过斩波器单元进行升压后输入到逆变器，因此能够将该逆变器的输入电压的下限值设定得高。因而，即使在上述太阳能电池群所产生的直流电力减少而其输出电压降低的情况下，由于通过上述斩波器单元来提高上述逆变器的输入电压，因此也能够确保该逆变器的稳定的动作。因此，能够有效地利用上述太阳能电池所产生的直流电力。
另外，能够提高上述逆变器的输入电压，因此能够容易地将该逆变器的交流输出电压设定得高。其结果，相对于相同的输出电力，能够减少上述逆变器的输出电流。而且，能够与上述逆变器的输出电流的减少量相应地降低上述逆变器中的导通损耗，还实现了装置的小型化，并且能够使用于将输出电力馈送到系统电源的电线的直径变细。因此，起到能够简易且廉价地构建整个系统等效果。
另外，通过对斩波器单元设置短路单元，在上述太阳能电池群的输出电压高时能够绕过该斩波器单元而将上述太阳能电池群的输出电力输入到逆变器，从而能够抑制该斩波器单元中的损耗。并且，如果通过上述第二动作点控制单元来优化上述太阳能电池群的动作点，则随之上述斩波器单元中的动作点控制单元也进行跟踪。因而，能够同时执行对多个太阳能电池群的各动作点的优化。
另外，通过具备经由双向斩波器单元而与上述逆变器的输入端连接的蓄电器，来有效地利用从上述太阳能电池群得到的直流电力，在从该太阳能电池群得到的直流电力不足这样的情况下，能够以上述蓄电器中蓄积的电力来补充该不足的部分。因而，起到能够实现上述逆变器的交流输出电力的稳定化等效果。
另外，如果应用本发明所涉及的太阳能发电系统来构建所谓的巨型太阳能系统(mega solar system)，则起到在抑制其设备成本的同时能够进行稳定的电力供给等效果。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的太阳能发电系统的整体性的概要结构图。
图2是图1所示的太阳能发电系统中的斩波器单元的主要部分概要结构图。
图3是表示太阳能电池群的电压/电流特性的图。
图4是表示太阳能电池群的输出电压与输出电力的关系的图。
图5是用于说明对多个太阳能电池群的动作点控制的图。
图6是表示斩波器单元中的输出电压的限制控制的控制框图。
图7是用于说明图6所示的输出电压的限制控制及其效果的特性图。
图8是本发明的另一实施方式所涉及的太阳能发电系统的整体性的概要结构图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明所涉及的太阳能发电系统。
图1是本发明的实施方式所涉及的太阳能发电系统1的概要结构图，2是将规定数量的太阳能电池进行串并联连接而成的太阳能电池群。该太阳能电池群2包括接受太阳光来呈现光电变换作用以产生规定的电力P的、例如太阳能电池板。另外，在此示出了将多个太阳能电池群2a、2b～2n并联地设置的例子。
在此，本太阳能发电系统1的特征在于，与上述太阳能电池群2a、2b～2n相对应地设置有多个斩波器单元3a、3b～3n。这些斩波器单元3a、3b～3n起到对上述各太阳能电池群2a、2b～2n的输出电压(直流电压)分别进行升压的作用。而且，特征在于，在上述多个斩波器单元3a、3b～3n的后级设置有将从上述太阳能电池群2a、2b～2n分别得到的直流电力变换为规定电压的交流电力的逆变器4。换言之，特征在于，将上述逆变器4设置成被输入来自上述各斩波器单元3a、3b～3n的输出电力来进行动作。
此外，来自上述各斩波器单元3a、3b～3n的输出电流在被蓄积到电容器5之后，作为规定的直流电压E被提供给上述逆变器4。然后，上述逆变器4将所输入的直流电压E变换为规定电压的交流电力并输出该交流电力。附带地说，上述逆变器4基本上具备以下功能：以使其输入电压E固定或成为规定的电压范围的方式对交流输出电流Io进行控制。然后，从上述逆变器4输出的交流电力经由未图示的变压器被馈送到系统电源。
在此，上述各斩波器单元3a、3b～3n分别具备使上述太阳能电池群2a、2b～2n的输出电力最大化的动作点控制单元6a、6b～6n。这些各动作点控制单元6a、6b～6n由如下最大功率点跟踪(MPPT)控制单元构成：对该斩波器单元3a、3b～3n的输出电流Id进行控制来优化上述太阳能电池群2a、2b～2n的动作点，以从该太阳能电池群2a、2b～2n得到最大输出。
另外，上述各斩波器单元3a、3b～3n具备以下功能(直通模式，throughmode)：在上述太阳能电池群2a、2b～2n的输出电压、换言之该斩波器单元3a、3b～3n的输入电压Vin超过上述逆变器4的预先决定的输入电压E时，停止其开关动作来将输入电压Vin直接作为电压E输出。该功能(直通模式)起到防止斩波器单元3a、3b～3n中的开关损耗的产生的作用。
即，上述各斩波器单元3a、3b～3n例如像图2中示出的其主体部的概要结构那样，具备经由电感器32而与输入端子连接的半导体开关元件(MOS-FET)31。在此，33是与上述半导体开关元件31反并联地连接的续流二极管，34是将上述电感器32的输出引至输出端子的整流二极管。此外，35是与该斩波器单元3的输出端子连接的电容器。
这样构成的上述各斩波器单元3a、3b～3n在上述半导体开关元件31导通时将电磁能量蓄积到上述电感器32。而且，在上述半导体开关元件31截止时将上述输入电压与在上述电感器32处产生的反电动势电力进行合成后经由整流二极管34输出。由此，上述各斩波器单元3a、3b～3n将上述输入电压进行升压后输出。
另外，构成上述各斩波器单元3a、3b～3n的主体部的上述半导体开关元件(例如MOS-FET)31在其导通时呈现电阻特性。关于该电阻特性而言，例如，通过将多个上述半导体开关元件31并联连接，在理论上能够使其电阻值无限地接近零(0)。另外，在将上述整流二极管34替换为MOS-FET、通过其反向导通特性来用作整流元件的情况下，也同样如此。附带地说，即使将上述整流二极管34无限地并联来使用，由于二极管的正向压降相对于电流存在恒压成分，因此其压降也不会变为固定值以下。
另外，在上述各斩波器单元3a、3b～3n中，随着其开关动作而在上述半导体开关元件31中产生开关损耗，这是不可否认的。该开关损耗包括因上述半导体开关元件31的寄生电容引起的充放电损耗、寄生二极管的反向恢复损耗。而且，在如上所述那样将多个半导体开关元件31并联来使用以减小导通时的电阻的情况下，上述的充放电损耗和反向恢复损耗反而增大。其结果，上述各斩波器单元3a、3b～3n中的开关损耗会增大。
关于这一点，如果上述各斩波器单元3a、3b～3n具备前述的直通模式的功能，则在上述太阳能电池群2a、2b～2n的输出电压高的情况下，只需使其开关动作停止就能够消除上述半导体开关元件31中的开关损耗的问题。而且，能够将上述太阳能电池群2a、2b～2n的输出电压按原样高效地提供给上述逆变器4。
此外，对上述各斩波器单元3a、3b～3n分别设置短路单元7a、7b～7n也是有用的，该短路单元7a、7b～7n将该斩波器单元3a、3b～3n的输入输出端子之间短路，由此将上述输入电压Vin直接作为上述电压E输出。这些短路单元7a、7b～7n如图2所例示的那样包括低频用的整流二极管71、机械触点开关72以及使用半导体开关元件的同步整流电路73中的任一个或者它们的组合。上述短路单元7a、7b～7n起到绕过(直通)该斩波器单元3a、3b～3n而将施加于上述输入端子的电压Vin直接引至输出端子的作用。
这种短路单元7a、7b～7n不进行开关动作，而单纯地绕过上述斩波器单元3a、3b～3n的主体部来使直流电力从输入侧直通到输出侧。因而，根据具备上述短路单元7a、7b～7n的上述各斩波器单元3a、3b～3n，不会招致前述的开关损耗的问题。
另外，上述逆变器4如前所述那样具备以下功能：以使输入电压E固定或成为规定的电压范围的方式对交流输出电流Io进行控制。除了该功能以外，上述逆变器4还具备第二动作点控制单元8，该第二动作点控制单元8改变该逆变器4的输入电压E来优化上述各太阳能电池群2a、2b～2n的动作点。该第二动作点控制单元8由与上述斩波器单元3a、3b～3n中的上述动作点控制单元(MPPT)6a、6b～6n分开的最大功率点跟踪(MPPT)控制单元构成，该最大功率点跟踪(MPPT)控制单元以使被设定了上述直通模式的系统的太阳能电池群2a、2b～2n的输出电力最大的方式改变其动作点。
在此，在说明上述动作点控制单元6a、6b～6n和上述第二动作点控制单元8对上述太阳能电池群2a、2b～2n的动作点的优化控制、即最大功率点跟踪(MPPT)控制之前，简单地说明上述太阳能电池群2(2a、2b～2n)的特性。上述太阳能电池群2例如具有如图3所示的输出电压/输出电流特性(V-I特性)，其输出电流I根据日照量、温度而变化。此外，在图3中X表示在固定的日照量下(光源下)的V-I特性，当输出电压V在某种程度上变高时，其输出电流I急剧地减少。在此，Is是太阳能电池群2的短路电流，Vo是太阳能电池群2的开路电压。
根据图3所示的V-I特性X可以明确的是，当使太阳能电池群2的输出电压V高时来自该太阳能电池群2的输出电流I降低。反之当使来自太阳能电池群2的输出电流I多时该太阳能电池群2的输出电压V降低。而且，太阳能电池群2的与输出电压V相对的输出电力P例如像图4中作为V-P特性Y而示出的那样变化。因此，如果优化太阳能电池群2的动作点(输出电压)V，则能够从太阳能电池群2取出的电力P变为最大。
此外，太阳能电池群2的V-I特性X和V-P特性Y根据日照量、温度等动作条件而变化，因此其最佳动作点Vp也变化。因而，前述的最大功率点跟踪(MPPT)控制基本上是通过以下方式执行的：一边改变太阳能电池群2的输出电压(动作点电压)V一边监视其输出电力P，以使输出电力P变高的方式改变输出电压(动作点)V。
那么，如下那样执行上述动作点控制单元6a、6b～6n和上述第二动作点控制单元8对上述太阳能电池群2a、2b～2n的动作点的优化控制。即，上述动作点控制单元6a、6b～6n根据上述太阳能电池群2a、2b～2n的特性来个别地执行最大功率点跟踪(MPPT)控制。然后，分别优化上述各太阳能电池群2a、2b～2n的动作点，由此从上述各太阳能电池群2a、2b～2n分别引出最大的电力P。
此时，在上述各太阳能电池群2a、2b～2n的最佳动作点电压、即上述各斩波器单元3a、3b～3n的输入电压Vin超过上述逆变器4的输入电压E的情况下，上述斩波器单元3a、3b～3n如前所述那样设定直通模式。然后，上述斩波器单元3a、3b～3n将从上述太阳能电池群2a、2b～2n得到的输入电压Vin按原样输出。
图5分别示出了四个太阳能电池群2a、2b～2n的V-I特性，特性A表示在上述斩波器单元3a、3b～3n中被设定了直通模式的太阳能电池群的V-I特性。另外，特性B、C、D分别表示输出电压比上述被设定了直通模式的太阳能电池群低、在上述斩波器单元3a、3b～3n中被升压到k倍的电压的太阳能电池群的V-I特性。
此外，通过上述斩波器单元3a、3b～3n被升压的上述太阳能电池群2a、2b～2n的得到最大电力的动作点本身不会因上述升压而变化。因而，只是通过上述斩波器单元3a、3b～3n被升压后输出的电压被变换为k倍。另外，在不存在被设定直通模式的太阳能电池群的情况下，全部太阳能电池群2a、2b～2n的输出电压分别被升压到k倍，这是不言而喻的。
另一方面，上述第二动作点控制单元8以使被设定了直通模式的太阳能电池群的输出电压成为最大的方式对上述逆变器4的输出电流进行调整，由此改变该逆变器4的输入电压E。于是，在执行着升压动作的上述斩波器单元3a、3b～3n中，随着上述输入电压E的变化而执行上述最大功率点跟踪(MPPT)控制。
于是，通过该最大功率点跟踪(MPPT)控制，从上述太阳能电池群2a、2b～2n得到的电压Vin发生变化。因而，上述斩波器单元3a、3b～3n为了生成并输出上述逆变器4的输入电压E而改变其输入输出电压比、即电压变换率k。其结果，上述斩波器单元3a、3b～3n的输出电压追随于上述逆变器4的输入电压E的变化而变化。因而，对于上述太阳能电池群2a、2b～2n，利用上述逆变器4的上述第二动作点控制单元8并通过上述斩波器单元3a、3b～3n进行最大功率点跟踪(MPPT)控制。
此外，在不存在被设定了直通模式的太阳能电池群的情况下，上述第二动作点控制单元8改变上述逆变器4的输入电压E使其成为前述的最大功率点跟踪(MPPT)控制中的动作点搜索范围内的某个值。附带地说，在上述斩波器单元3a、3b～3n全部执行着对上述太阳能电池群2a、2b～2n的最大功率点跟踪(MPPT)控制的情况下，即使改变上述输入电压E，上述太阳能电池群2a、2b～2n的输出电压也不会由此变化。其结果，存在上述输入电压E变得不定的担忧。
因此，在即使改变上述输入电压E、从上述太阳能电池群2a、2b～2n得到的电力也几乎不变化的情况下，上述第二动作点控制单元8如上所述那样将上述逆变器4的输入电压E设定为在上述最大功率点跟踪(MPPT)控制中的动作点搜索范围内预先决定的某个值。能够将该值例如设为动作点搜索范围的下限值。其结果，能够增加有可能在上述斩波器单元3a、3b～3n中被设定直通模式的太阳能电池群，还能够避免如上述的输入电压E变得不定那样的不良状况。而且，通过设定上述直通模式，能够降低该斩波器单元3a、3b～3n中的开关损耗。
因而，根据上述第二动作点控制单元8，能够设定以直通模式进行动作的斩波器单元3a、3b～3n来降低其开关损耗。另外，与此同时，能够由上述逆变器4来接替执行该斩波器单元3a、3b～3n对上述太阳能电池群2a、2b～2n的最大功率点跟踪(MPPT)控制。因而，能够使上述动作点控制单元6a、6b～6n与上述第二动作点控制单元8协调动作，从而能够从上述太阳能电池群2a、2b～2n高效地引出最大电力。
另外，在上述斩波器单元3a、3b～3n中分别执行了最大功率点跟踪(MPPT)控制的情况下，上述逆变器4的输入电力与该逆变器的输入电压E无关地固定。而且，如果在该状态下由上述逆变器4的上述第二动作点控制单元8执行最大功率点跟踪(MPPT)控制，则如前所述那样上述输入电压E变得不定。
因此，在例如图6所示那样的控制下进行上述斩波器单元3a(3b～3n)的输出电压(逆变器4的输入电压)E的限制来由此避免上述的不良状况也是有用的。即，利用差分器61来求出上述斩波器单元3a(3b～3n)的输出电压E与其限制值Elim之差。然后，利用电压限制器62，根据由上述差分器61求出的电压差(E-Elim)来求出针对最大功率点跟踪(MPPT)控制的系数α。
关于该系数α，例如在[E≤Elim]时赋值为(α＝1)，在[Emax<E]时赋值为(α＝0)，在[Elim<E≤Emax]时赋值为与上述电压差(E-Elim)成正比地在(0～1)的范围内减少的值。然后，使该系数α乘以由MPPT控制部64根据输入电力P求出的电流指令值，来求出输入电流指令值66。此外，上述输入电力P是利用乘法器63使对斩波器单元3a(3b～3n)的输入电压与输入电流相乘而求出的。另外，上述输入电流指令值66是利用乘法器65使由上述MPPT控制部64求出的电流指令值与上述系数α相乘而求出的。
然后，利用差分器67来求出这样求出的上述输入电流指令值66与上述对斩波器单元3a(3b～3n)的输入电流之差。之后，通过电流调节器68根据上述差分器67的输出来生成针对开关控制部69的控制信息，在该开关控制部69的控制下对上述斩波器单元3a(3b～3n)的动作进行控制。
根据这种输出电压E的限制控制，能够将上述斩波器单元3a(3b～3n)的输出特性如图7所示那样扩大为上述逆变器4能够执行最大功率点跟踪(MPPT)控制的电压范围。而且，在上述斩波器单元3a(3b～3n)的输出电压E超过上述限制值Elim时，能够限制该斩波器单元3a(3b～3n)的输出电力。
其结果，能够将从上述逆变器4侧看时的上述斩波器单元3a(3b～3n)的最大输出功率点转移(引导)至该逆变器4中的最大功率点跟踪(MPPT)控制的搜索范围内。因而，在上述逆变器4中执行了最大功率点跟踪(MPPT)控制的情况下，也能够避免上述各斩波器单元3a、3b～3n的输出电压E变得不定、进而上述逆变器4的输入电压E变得不定这样的不良状况。
另外，如果执行这种控制，则即使发生例如由于上述逆变器4的控制延迟、系统电源侧的不良状况等而上述逆变器4无法输出足够的电力的事态，也能够避免上述各斩波器单元3a、3b～3n的输出电压E异常地上升这样的不良状况。即，存在以下担忧：在上述逆变器4无法输出电力的情况下，该逆变器4的输入电压E由于从上述斩波器单元3a、3b～3n强制性地送来的电力而异常地上升。但是，由于能够通过前述的控制来进行上述斩波器单元3a、3b～3n的输出电力的限制，因此能够将上述输出电压E的异常上升防范于未然，起到能够有效防止成为过电压状态等效果。
接着，参照图8来说明本发明的第二实施方式所涉及的太阳能发电系统。
该太阳能发电系统10在前述的第一实施方式所涉及的太阳能发电系统1的基础上还具备能够实现双向的电力流动的双向斩波器单元11以及经由该双向斩波器单元11而与上述逆变器4的输入端连接的蓄电器(电池)12。此外，在图6中，对与图1所示的太阳能发电系统1相同的部分标注相同的标记来表示，省略其重复说明。另外，当然也能够将上述双向斩波器单元11和上述蓄电器12并联设置多组。
上述双向斩波器单元11起到将从上述多个斩波器单元3a、3b～3n向上述逆变器4供给的电力的剩余部分蓄积到上述蓄电器12的作用。上述双向斩波器单元11还起到以下作用：在从上述多个斩波器单元3a、3b～3n向上述逆变器4供给的电力不足时，将上述蓄电器12中蓄积的电力输出到上述逆变器4，由此补充上述不足部分的电力。
通过与上述逆变器4的信息通信来控制经由上述双向斩波器单元11进行的上述蓄电器12的充放电。即，上述逆变器4的控制部例如在从上述太阳能电池群2a、2b～2n得到的电力超过该逆变器4中的稳定时的输出电力时，对上述双向斩波器单元11发出充电指令。然后，对上述双向斩波器单元11进行充电驱动，将从上述斩波器单元3a、3b～3n输出的电力的剩余部分蓄积到上述蓄电器12。
另外，例如在上述系统电源的负荷为峰值而若仅利用此时从上述太阳能电池群2a、2b～2n得到的电力则输出到上述系统电源的电力不足这样的情况下，上述逆变器4的控制部对上述双向斩波器单元11发出放电指令。然后，对上述双向斩波器单元11进行放电驱动，使上述蓄电器12中蓄积的电力输出到上述逆变器4。其结果，上述逆变器4能够将从上述太阳能电池群2a、2b～2n得到的电力与从上述蓄电器12得到的电力相加所得的电力变换为规定电压的交流电力并将该交流电力输出到上述系统电源。换言之，上述逆变器4能够输出超过此时间点的上述太阳能电池群2a、2b～2n的发电量的交流电力。
此时，关于从上述逆变器4对上述双向斩波器单元11的充放电指令，期望的是，花费与该逆变器4中的前述的最大功率点跟踪控制相比足够长的时间来缓慢地执行。根据这种针对上述双向斩波器单元11的缓慢的充放电控制，从上述逆变器4的角度来看能够将上述蓄电器12视作恒电力源。于是，相对于上述逆变器4的输入电压E的变化，从上述双向斩波器单元11得到的电力几乎不变化。其结果，影响不会波及到对上述太阳能电池群2a、2b～2n的前述的最大功率点跟踪控制。因而，能够与基于上述最大功率点跟踪控制的上述太阳能电池群2a、2b～2n的高效运用相辅地，有效利用上述蓄电器12来进行无浪费的稳定的电力供给。
此外，在如上所述那样使上述蓄电器12进行充放电时，例如从上述双向斩波器单元11向上述逆变器4的控制部通知使上述蓄电器12充放电的电力量也是有用的。如果这样，则在上述逆变器4中能够根据从上述双向斩波器单元11通知的电力量来改变用于改变上述输入电压E的对上述输出电流Io的控制量。因而，能够与上述蓄电器12的充放电分开地执行通过上述输入电压E的可变控制而进行的前述的对太阳能电池群2a、2b～2n的上述最大功率点跟踪控制。
另外，也可以取代将上述蓄电器12的充放电电力量提供给上述逆变器4，而向上述逆变器4提供电力指令值来控制其动作。在该情况下，关于由上述双向斩波器单元11生成的上述电力指令值，期望的是，限制在上述蓄电器12在该时间点能够充放电的电力量的范围内。如果使用这种电力指令值，则在上述逆变器4中只要基于上述电力指令值来控制其输出电流量即可，因此能够减轻其控制处理负担。
另外，在构建被称为巨型太阳能系统的大规模的太阳能发电系统10的情况下，为了设置上述太阳能电池群2a、2b～2n，一般来说每1MW的发电量大致需要2公顷的平坦的地面。附带地说，在地面不平坦的情况下，上述太阳能电池群2a、2b～2n的发电特性根据其设置场所而大不相同。于是，可设想到，难以统一控制巨型太阳能系统(太阳能发电系统10)中的多个太阳能电池群2a、2b～2n。
关于这一点，如果将多个上述太阳能电池群2a、2b～2n按其特性分割为所包括的太阳能电池群的特性一致的各个群来分别设置上述斩波器单元3a(3b～3n)，则即使在平坦的地面以外之处也能够实现上述巨型太阳能系统。另外，同时还可考虑对上述特性一致的各个群设置上述逆变器4。然而，若像这样构建巨型太阳能系统，则需要进行用于使各群协作的复杂控制，而且还需要多个用于检测各群的三相电压、电流的检测系统、用于控制各自的电流的控制系统，因此变得复杂。另外，交流部中的配电设备等也被分割，因此其结构变得大规模，这是不可否认的。并且，交流部中的电力传输线缆变长，还产生因其电感引起的电压变动的问题。
关于这一点，根据前述的结构的本发明所涉及的太阳能发电系统10，对上述斩波器单元3a(3b～3n)的控制是单纯而可靠的，其控制系统和检测系统的结构也能够简单且较廉价地构建。因而，不会招致如上所述的不良状况。而且，以直流来进行从上述太阳能电池群2a、2b～2n到上述逆变器4的供电，因此也不会招致前述的因电感引起的电压变动的问题。
而且，在这种巨型太阳能系统中，专门采用了使其供电系统本身分散配置、通过集电箱盘进行合流的结构。因此，只要在上述集电箱盘中设置上述斩波器单元3a(3b～3n)来分别独立地控制上述太阳能电池群2a、2b～2n、再通过一台逆变器4来进行交流变换，就能够将其所需的设备负担抑制到最小限度。
特别是作为开关元件，如果例如使用SiC元件等来进行高频开关动作，则能够实现上述斩波器单元3a(3b～3n)的小型化，该SiC元件是使用碳化硅(SiC)的功率半导体元件。因而，还能够将上述斩波器单元3a(3b～3n)等收纳到现有的集电箱盘中。另外，斩波器单元3a(3b～3n)中的损耗也能够减小到几乎可以忽略的程度，因此也几乎不存在招致变换效率降低等不良状况的担忧。因此，通过使用本发明所涉及的太阳能发电系统10，能够起到在不平坦的地面上也能够容易且廉价地构建巨型太阳能系统等实用上的巨大效果。
此外，本发明并不限定于上述的各实施方式。例如上述太阳能电池群2a、2b～2n的数量、各太阳能电池群2a、2b～2n的额定只要与太阳能发电系统1、10的电力规格相应即可。另外，关于上述斩波器单元3a、3b～3n、上述逆变器4，也能够根据该电力规格来适当采用以往以来提倡的各种方式。总之，本发明能够在不脱离其宗旨的范围内进行各种变形来实施。
附图标记说明
1、10：太阳能发电系统；2a、2b～2n：太阳能电池群；3a、3b～3n：斩波器单元；4：逆变器；5：电容器；6a、6b～6n：动作点控制单元(MPPT控制)；7a、7b～7n：短路单元；8：第二动作点控制单元(MPPT控制)；11：双向斩波器单元；12：蓄电器(电池)；31：半导体开关元件(MOS-FET)；32：电感器；33：续流二极管；34：开关二极管；35：电容器；71：低频用的整流二极管；72：机械触点开关；73：同步整流电路。

Claims (12)

1.一种太阳能发电系统，其特征在于，具备：
斩波器单元，其对从太阳能电池得到的直流电压进行升压；
动作点控制单元，其对该斩波器单元的输出电流进行控制来优化上述太阳能电池的动作点，以从该太阳能电池得到最大输出；以及
逆变器，其被输入从上述斩波器单元得到的直流电压，将该直流电压变换为规定电压的交流电力并输出该交流电力。
2.一种太阳能发电系统，其特征在于，具备：
将多个太阳能电池分组而成的多个太阳能电池群；
与上述多个太阳能电池群分别对应地设置的多个斩波器单元，该多个斩波器单元对从各上述太阳能电池群分别得到的直流电压进行升压；
动作点控制单元，其对这些斩波器单元的输出电流分别进行控制来优化各上述太阳能电池群的动作点，以从该太阳能电池群得到最大输出；以及
逆变器，其被输入从上述多个斩波器单元得到的直流电压，将该直流电压变换为规定电压的交流电力并输出该交流电力。
3.根据权利要求2所述的太阳能发电系统，其特征在于，
上述逆变器以使其输入电压固定或成为规定的电压范围的方式对交流输出电流进行控制。
4.根据权利要求2所述的太阳能发电系统，其特征在于，
上述多个斩波器单元分别具备直通模式功能或短路单元，该直通模式功能用于在上述太阳能电池群的输出电压超过上述逆变器的预先决定的输入电压时停止开关动作而直接输出该输入电压，该短路单元用于在上述太阳能电池群的输出电压超过上述逆变器的预先决定的输入电压时将该斩波器单元的输入输出端子之间短路。
5.根据权利要求4所述的太阳能发电系统，其特征在于，
上述短路单元包括整流二极管、机械触点开关以及使用半导体开关元件的同步整流电路中的任一个或者它们的组合。
6.根据权利要求2所述的太阳能发电系统，其特征在于，
上述逆变器具备与上述斩波器单元的上述动作点控制单元分开的第二动作点控制单元，该第二动作点控制单元改变该逆变器的输入电压来优化各上述太阳能电池群的动作点。
7.根据权利要求6所述的太阳能发电系统，其特征在于，
在即使改变上述逆变器的输入电压、从上述太阳能电池群得到的电力也不变化时，上述第二动作点控制单元将上述输入电压设定为针对上述太阳能电池群的动作点搜索范围内的固定值。
8.根据权利要求2～7中的任一项所述的太阳能发电系统，其特征在于，
还具备能够实现双向的电力流动的双向斩波器单元以及经由该双向斩波器单元而与上述逆变器的输入端连接的蓄电器。
9.根据权利要求8所述的太阳能发电系统，其特征在于，
上述双向斩波器单元将从上述多个斩波器单元向上述逆变器供给的电力的剩余部分蓄积到上述蓄电器，在从上述多个斩波器单元向上述逆变器供给的电力不足时，将上述蓄电器中蓄积的电力输出到上述逆变器。
10.根据权利要求9所述的太阳能发电系统，其特征在于，
与上述逆变器中的上述第二动作点控制单元的控制相比，缓慢地执行经由上述双向斩波器单元进行的上述蓄电池的充放电控制。
11.根据权利要求2所述的太阳能发电系统，其特征在于，
上述多个斩波器单元和上述逆变器集中设置在直流集电盘内，该直流集电盘聚集来自上述多个太阳能电池群的电力。
12.根据权利要求11所述的太阳能发电系统，其特征在于，
设置于直流集电盘的上述逆变器起到执行交流变换和对系统电源的互联动作的作用。
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