CN1933315B

CN1933315B - 太阳光发电装置

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Publication number: CN1933315B
Application number: CN2006100991404A
Authority: CN
Inventors: 武藤健一
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: CN1933315A

Abstract

本发明公开了一种即使在不均一日照条件下也总是可以最大效率从太阳能电池获得功率的太阳光发电装置，该太阳光发电装置10包括：太阳能电池元件串联或串并联连接形成的多个太阳能电池本体SC1、SC2、…；以及对太阳能电池本体逐个设置的且输入端与各个太阳能电池本体的正负两极连接而输出端与负载侧并联连接的多个电荷移送电路T1、T2、…。各电荷移送电路具备：将该太阳能电池本体的输出以电荷的形态蓄积的多个电容器C2～C8；切换其连接的多个半导体开关元件SW1a～、SW2a～、SW3a～、SW4a～、SW5a～、SW6、SW7；该太阳能电池本体的最大功率点跟踪控制部件M1；和输出控制部件M2，向负载侧移送电容器蓄积的电荷，使输出电压Vox跟踪成与负载侧的端子电压Vo大致相同。

Description

太阳光发电装置

技术领域

本发明涉及从太阳能电池有效地获得功率并向二次电池充电和与功率系统联系用的太阳光发电装置。

背景技术

太阳能电池元件(电池)是电流源和一个二极管(太阳能电池本体)的等价电路表现的发电的最小单位，其输出密度小，通常将多个太阳能元件统一地串联或串并联连接形成的结构作为基本单位。

实用上，例如图7所示的等价电路，采用由多个太阳能电池元件串联的太阳能电池本体SC(图7是七个太阳能电池元件串联的例子，用一个电流源和七个串联二极管表现。)和为防止出现不发电的元件而插入其中的旁路二极管Db以及逆流防止二极管Da连接而成的太阳能电池模块。

而且，一般的太阳光发电装置中，采用将多个上述太阳能电池模块串并联连接的太阳能电池阵列或太阳能电池面板。

上述太阳能电池阵列的典型的太阳光发电装置(或太阳光发电系统)，如图8所示的太阳光发电装置30，具备多个太阳能电池阵列21A、21B、21C、...和集电箱23以及功率变换装置26，各太阳能电池阵列21A、21B、21C、...由太阳能电池模块22矩阵状串并联连接而成，集电箱23将从各太阳能电池模块22通过太阳能电池阵列21A、21B、21C、...输出的直流输出集电，功率变换装置26，由将上述集电箱23集电的太阳能电池阵列21A、21B、21C、...的集电输出变换成交流以与功率系统27相联接的逆变器(DC/AC)24和控制该逆变器24的控制部25等构成，具有将转换的交流电流输出给与功率系统27相联接的负载28的构成。

另一方面，实用化的太阳能电池，有晶体硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池、有机半导体太阳能电池等的种类，不管是哪一种，该太阳能电池的输出特性(输出电流I-输出电压V曲线)大致为如图9 所示的I-V特性曲线，为了有效地从太阳能电池获得最大功率，重要的是尽可能使太阳能电池的实际的动作点P(动作电流I_ope×动作电压V_ope)在最大功率点P_max(最佳动作电流I_op×最佳动作电压V_op)动作。

另外，太阳能电池的输出特性(输出功率P-输出电压V曲线)为如图10所示的P-V曲线，该输出特性根据太阳能电池本体的温度、太阳光的照射条件、连接的负载(取出的电流)的阻抗等显著变化。而且，为了高效从太阳能电池获得功率，有必要控制输出电流I，使太阳能电池总是在最大功率点Pmax动作。

这一点，在包含上述太阳光发电装置30的现在的太阳光发电装置(系统)中，为了使太阳能电池阵列的输出总是在最大功率点P_max动作，往往采用跟踪控制输出电压、输出电流的所谓最大功率点跟踪(Maximum Power PointTracking：MPPT)控制。该MPPT控制中考虑了各种方法，例如扫描法，即，使太阳能电池阵列的输出电压从开路电压减少，扫描其间功率值，测定最大功率点P_max，使动作点移动到该最大功率点P_max。

但是，现实的太阳光发电装置(系统)中，太阳能电池整体不总是在均一条件的太阳光下照射，存在有隐藏在云或树木等的阴影部分而使得输出部分减弱的部分阴影照射的状态，或在因设置场所的朝向的差异、温度环境的差异导致的日照条件不同即不均一日照条件下的动作状态(更通常的说法)。

上述的不均一日照条件下，对设置的太阳能电池整体进行单一的MPPT控制当然难以有效地获得功率。

这一点，为了解决上述不均一日照条件下(例如，上述部分阴影条件下的场合)的太阳能电池发电装置的无效率的问题，提出了多个解决方案。

例如，下述日本[专利文献1]中，公开了通过由对每个太阳能电池群(太阳能电池阵列)设置的DC-DC变换器进行MPPT控制，可有效获得太阳能电池的输出的技术。

另外，下述日本[专利文献2]提出了这样构成的太阳能电池模块，即，在基板上具有串并联连接的多个太阳能电池元件组成的太阳能电池模块和对上述太阳能电池模块的多个太阳能电池元件发电的直流功率进行降压的变换器，由上述变换器进行MPPT控制。

另外，下述日本[专利文献3]提出了对太阳能电池面板的多个块逐一设置升压变换电路，逐块地通过MPPT控制个别进行直流电压变换并综合后流向系统的太阳光发电装置。

而且，下述日本[专利文献4]提出了在多个太阳能电池阵列并联后输入的系统联动逆变器中，由DC-DC变换器独立地对各太阳能电池阵列进行MPPT控制以实现发电效率的提高的太阳光发电用功率变换装置。

[专利文献1]特开2000-112545号公报

[专利文献2]特开2003-124492号公报

[专利文献3]特开2003-134667号公报

[专利文献4]特开2004-194500号公报

最近报告在使多个太阳能电池模块串并联连接的太阳能电池阵列在不均一日照条件下动作时，其输出特性出现多个功率极大点的所谓复峰性(IEEJTrans.IA.Vol.124，No.8，2004、鷹野一朗等)。

即，如图11所示，若纵轴为太阳能电池的电流I或功率P，横轴为太阳能电池的电压V，则图7所示的太阳能电池模块多个并联所得的太阳能电池阵列的电流-电压特性、功率-电压特性中，出现了多个(图11中是2个)的功率极大点P1、P2。该复峰性在串联的场合也出现，它们的特性曲线因不均一日照条件而多样地变化。例如，在部分阴影条件下，阴影区域的变化千差万别，功率极大点也不限于2个，而可能出现多个。

本发明人查明，图7所示的太阳能电池模块2个串联时，各个电流源中产生电流差(光的强度差)时，电流小的一方的太阳能电池模块中的电流不终止，流向了对逐个太阳能电池模块设置的旁路二极管Db，该原因导致在输出特性呈现显著的复峰性。另外，上述太阳能电池模块2个并联时，各个模块间因两者的温度差导致出现电压差时也呈现复峰性，该原因查明是逆流防止二极管Da的影响。

因而，在传统的太阳能电池模块多个串并联连接形成的太阳能电池阵列的场合，由于各个模块的电流、电压的变化的影响，有可能出现多个功率极大点。

本发明人的研究表明，在上述不均一条件下不可避免出现复峰性的传统的太阳光发电装置(系统)中，若通过对太阳能电池阵列或太阳能电池模块进行单纯的最大功率点跟踪(MPPT)控制，或者考虑了复峰性改善的高精度MPPT控制，则在图11的功率极大点P2，即使控制收敛，在太阳能电池阵列或太阳能电池模块内部也会产生损失，无法获得真正的最大功率，在最差条件下可能发生约60％的损失。

这样，在部分阴影等的不均一条件下在太阳能电池阵列的输出特性中呈现的上述复峰性，是由图7的太阳能电池模块中的逆流防止二极管Da和旁路二极管Db引起的，为了即使在出现这样的复峰性的部分阴影条件下等也总是能从太阳能电池中获得最大的功率，考虑对由传统的多个太阳能电池模块构成的太阳能电池阵列或太阳能电池模块进行最大功率点跟踪(MPPT)控制的手段或者提高其精度的手段是困难的。

发明内容

本发明鉴于上述问题而提出，其目的是提供一种即使在不均一日照条件下(例如，云或树木的阴影等导致的部分阴影条件下或不均一温度条件下等)，也总是可有效地从太阳能电池中获得最大的功率且以最佳条件向负载侧输出的几乎不产生损失的太阳光发电装置。

本发明通过提供以下装置，解决上述问题。

(1)一种太阳光发电装置，其特征为，包括：多个太阳能电池元件串联或串并联形成的多个太阳能电池本体；对每个上述太阳能电池本体设置的且其输入端与各太阳能电池本体的正负两极连接而其输出端并联连接到负载侧的多个电荷移送电路。各个太阳能电池本体中设置的上述电荷移送电路包括：多个电容器，将该太阳能电池本体的输出功率以电荷的形式蓄积；多个半导体开关元件，切换上述多个电容器的连接；控制部，通过上述多个半导体开关元件的开关控制，进行对该太阳能电池本体的输出的最大功率点的跟踪控制，以及，向负载侧移送上述电容蓄积器的电荷的输出控制，使电路的输出电压跟踪成与负载侧的端子电压大致相同。

(2)根据上述(1)所述的太阳光发电装置，其特征为，各个太阳能电池本体中设置的电荷移送电路中的多个电容器，连接成：分别通过第一和第二半导体开关元件群与该太阳能电池本体的正负两极间并联，通过各电容器间插入的第三半导体开关元件群串联连接，通过串联的各电容器间和电荷移送电路的正输出端插入的第四半导体开关元件群和/或串联的各电容器间和电荷移送电路的负输出端之间插入的第五半导体开关元件群，将各电容器中充电的电荷选择性地向负载侧移送，可通过上述太阳能电池本体的正极和接地间插入的第六半导体开关元件或太阳能电池本体的负极和接地间插入的第七半导体开关元件将串联的电容器的一端设定成接地电位。

(3)根据上述(2)所述的太阳光发电装置，其特征为，上述电荷移送电路中的控制部，进行上述太阳能电池本体的最大功率点的跟踪控制，监视上述太阳能电池本体的输出电压和输出电流，通过上述半导体开关元件的开关控制上述多个电容器的充放电的定时，使电路的输入电压与上述太阳能电池本体的最大功率点的电压一致，且进行输出控制，监视电荷移送电路的输出电压，通过上述半导体开关元件的选择的开关控制，向负载侧移送上述电容器蓄积的电荷，使电路的输出电压跟踪成与负载侧的端子电压大致相同。

(4)一种太阳光发电装置，其特征为，包括：多个太阳能电池元件串联或串并联形成的多个太阳能电池本体；对每个上述太阳能电池本体设置的且其输入端与各个太阳能电池本体的正负两极连接而其输出端串联连接到负载侧的多个电荷移送电路。各个太阳能电池本体中设置的上述电荷移送电路具备控制部，进行对该太阳能电池本体的输出的最大功率点的跟踪控制及使电路的输出电流在各电荷移送电路中成为共同的规定值的电流控制。

(5)根据上述(4)所述的太阳光发电装置，其特征为，所述各个太阳能电池本体中设置的电荷移送电路，由具备所述控制部的变换电路构成，所述变换电路进一步具备半导体开关元件；所述控制部通过进行所述半导体开关元件的开关控制监视所述太阳能电池本体的输出电压、输出电流和/或温度以使所述太阳能电池本体输出最大功率，并使得所述各电荷移送电路的输出电流成为共同的规定值。

(6)根据上述(5)的太阳光发电装置，其特征为，所述电荷移送电路进一步包括二极管和电感器；所述二极管的正极与所述太阳能电池本体的负极相连接，二极管的负极与所述半导体开关元件相连接；所述电感器与所述二极管的负极和负载的一端相连接。

(7)根据上述(5)的太阳光发电装置，其特征在于，所述电荷移送电路进一步包括连接在所述控制部和负载之间的同步整流电路。

(8)根据上述(4)-(7)中任一的太阳光发电装置，其特征在于，包括开关周期同步动作或不同步动作的串联连接的多个太阳能电池本体。

(9)根据上述(5)的太阳光发电装置，其特征在于，包括多个串联连接的太阳能电池本体及与所述串联连接的多个电池本体串联连接的电感。

(10)根据上述(4)-(7)中任一所述的太阳光发电装置，其特征在于，包括多个并联连接的多个太阳能电池本体串及连接在所述每个太阳能电池本体串的正极和负载之间的二极管；所述二极管的正极与所述每个太阳能电池本体串的正极相连接；所述太阳能电池本体串包括串联连接的多个太阳能电池本体。

本发明的太阳光发电装置由于具备上述的构成，因此其具有如下的发明效果：(1)即使对太阳能电池为不均一的日照条件下(例如，云或树木的阴影等导致的部分阴影照射条件下或不均一温度条件下)，也总是能够从太阳能电池本体取出最大的功率，且可从电荷移送电路的输出无损失地以与负载对应的最佳输出电压或者输出电流来移送功率。

(2)对与传统的太阳能电池模块中具备的逆流防止二极管或旁路二极管未连接的太阳能电池本体逐个设置电荷移送电路，联动控制其输出电压或电流使之一定，因此在输出特性中原理上不出现复峰性，进行对各个太阳能电池本体无损失地取出真正的最大功率的MPPT控制。

(3)通过取出功率可降低太阳能电池元件的温度，从而可防止太阳能电池发电系统的部分温度的上升。

(4)由于太阳能电池元件的寿命显著依赖于温度，因此，通过从太阳能电池元件有效地取出功率可使元件温度降低，从而延长太阳能电池的寿命。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的太阳光发电装置的框图；

图2是本发明的第一实施例的太阳光发电装置的各个太阳能电池本体中设置的电荷移送电路的优选例的电路图；

图3是上述电荷移送电路输出时的电路的连接状态的电路图；

图4是每个开关周期的移送电荷量的示意图，移送电荷量为在上述电荷移送电路的输出中可获得的连接对象的系统(交流电源)的电压变化所对应的输出电流；

图5是本发明的第二实施例的太阳光发电装置的框图；

图6是本发明的第二实施例的太阳光发电装置的各个太阳能电池本体中设置的变换电路的优选例的电路图；

图7是传统的太阳能电池模块的电路图；

图8是传统的典型太阳能发电装置的构成示意图；

图9是太阳能电池的输出特性(输出电流I-输出电压V曲线)的说明图；

图10是太阳能电池的输出特性(输出功率P-输出电压V曲线)的说明图；

图11是多个太阳能电池模块形成的太阳能电池阵列在不均匀日照条件下动作时的输出特性的复峰性的说明图；

图12是本发明的第二实施例的太阳光发电装置的各个太阳能电池本体中设置的变换电路的另一优选例的电路图；

图13是本发明的第二实施例的太阳光发电装置的各个太阳能电池本体中设置的变换电路的另一优选例的电路图；

图14是本发明的第二实施例的太阳光发电装置的各个太阳能电池本体中设置的变换电路的另一优选例的电路图；

图15是本发明的第二实施例的太阳光发电装置的各个太阳能电池本体中设置的变换电路的另一优选例的电路图；

图16是串联连接的多个太阳能电池本体模块的开关周期同步动作的系统；

图17是串联连接的多个太阳能电池本体模块的开关周期不同步动作的系统；

图18是多个图16所示系统都与负载并联时，逐个串(串联的模块的一列)使开关周期具有时间差的系统；

图19是多个图16所示系统都与负载并联时，逐个串(串联的模块的一列)都与逆流防止用二极管连接的系统；

图20是为了保持本发明的系统的输出电压足够低，对大电容的电容器或二次电池充电后用升压变压器输出的系统；

图21是将串联成串的本发明一实施例的各太阳能电池本体模块串联的电感L1除去，逐个串通过串联一公共的电感动作的系统；

图22是如图21所示的系统，当负载是感性负载时，将所述公用的电感省略后的示意图。

其中，附图标记如下：

8 控制部

10、20 太阳光发电装置

C2～C8 电容器

SC、SC1、SC2、SC3、... 太阳能电池本体

T1、T2、T3、... 电荷移送电路

CONV1、CONV2、CONV3 电荷移送电路(变换电路)

E 太阳能电池本体的输出电压

f C2～C8的充放电的频率

Io 各电荷移送电路的输出电流的共同的规定值

Iox 电荷移送电路的输出电流

Vo 负载的端子电压

Vox 电荷移送电路的输出电压

Vx 最大功率点Pmax的电压

M1 最大功率点跟踪控制部件。

M2 输出控制部件

Pmax 最大功率点

SW1a～SW1g 第一半导体开关元件群

SW2a～SW2g 第二半导体开关元件群

SW3a～SW3f 第三半导体开关元件群

SW4a～SW4g 第四半导体开关元件群

SW5a～SW5g 第五半导体开关元件群

SW6 第六半导体开关元件

SW7 第七半导体开关元件

L1 线圈

PV 太阳能光伏电池

D 极管

A 电流计

V 电压计

SYNC 同步整流电路

具体实施方式

参照附图说明本发明的太阳光发电装置的实施例。

图1是本发明的第一实施例的太阳光发电装置的框图。图2是本发明的第一实施例的太阳光发电装置的各个太阳能电池本体中设置的电荷移送电路的优选例的电路图。图3是上述电荷移送电路输出时的电路的连接状态的电路图。图4是每个开关周期的移送电荷量的示意图，移送电荷量为在上述电荷移送电路的输出中可获得的连接对象的系统(交流电源)的电压变化所对应的输出电流。图5是本发明的第二实施例的太阳光发电装置的框图。图6是本发明的第二实施例的太阳光发电装置的各个太阳能电池本体中设置的电荷移送电路的优选例的电路图。

图1的电路图的太阳光发电装置10包括：多个太阳能电池元件串联或串并联连接形成的用虚线框包围的并简略表示的多个太阳能电池本体SC1、SC2、SC3、...；以及对上述太阳能电池本体SC1、SC2、SC3、...逐个地设置的且输入端与各个太阳能电池本体的正负两极连接而输出端与负载侧并联连接的多个电荷移送电路T1、T2、T3、...。对各个太阳能电池本体SC1、SC2、SC3、...设置的上述电荷移送电路T1、T2、T3、...，如图2所示，具备：将该太阳能电池本体SC的输出功率以电荷的形态蓄积的多个电容器C2～C8(图2是相同电容(0.1μF)的电容器为7个的场合)；切换上述多个电容器C2～C8的连接的多个半导体开关元件SW1a～SW1g、SW2a～SW2g、SW3a～SW3f、SW4a～SW4g、SW5a～SW5g、SW6、SW7；控制部8(具备最大功率点跟踪控制部件M1和输出控制部件M2)，通过上述多个半导体开关元件SW1a～SW1g、SW2a～SW2g、SW3a～SW3f、SW4a～SW4g、SW5a～SW5g、SW6、SW7的开关控制，进行对该太阳能电池本体SC的输出的最大功率点的跟踪控制，以及，向负载侧移送上述电容C2～C8蓄积的电荷的输出控制，使电路的输出电压Vox(x＝1，2，3，...)跟踪成与负载侧的端子电压Vo大致相同。

上述的电荷移送电路T1、T2、T3、...并联时，各个太阳能电池本体SC1、SC2、SC3、...的最大功率点电压为V1、V2、V3、...，此时的电流即使是不同的I1、I2、I3，各个电荷移送电路T1、T2、T3、...的输出电压Vo1、Vo2、 V03也为一定的共同的规定值Vo，从而各个电荷移送电路T1、T2、T3、...的输出电流I01、I02、I03的和构成综合输出电流Io(＝Io1+Io2+Io3+...)。

接着，以下详细描述上述太阳光发电装置10的构成要素即各太阳能电池本体SC1、SC2、SC3、...中设置的电荷移送电路T1、T2、T3、...。

如图2所示，上述多个电容器C2～C8连接成：可分别经由第一/第二半导体开关元件群SW1a～SW1g、SW2a～SW2g与上述太阳能电池本体SC的正负两极间并联，可经由插入各电容器C2～C8间的第三半导体开关元件群SW3a～SW3f形成电容器C2～C8串联连接的电荷移送电路输出的状态，可通过串联的各电容器C2～C8间和电荷移送电路的正输出端或负输出端之间插入的第四或第五半导体开关元件群SW4a～SW4g、SW5a～SW5g，将各电容器C2～C8充电的电荷选择性地输出，可通过太阳能电池本体SC的正极和接地间插入的第六半导体开关元件SW6或太阳能电池本体SC的负极和接地间插入的第七半导体开关元件SW7将串联的电容器C2～C8的一端设定成接地电位，上述电荷移送电路T1、T2、T3、...的控制部8，其中作为对上述太阳能电池本体SC的最大功率点跟踪控制部件M1具有如下功能，监视上述太阳能电池本体SC的输出电压、输出电流，通过上述半导体开关元件SW的开关来控制上述多个电容C2～C8的充放电的定时，使电荷移送电路T的输入电压与上述太阳能电池本体SC的最大功率点Pmax的电压Vx(x＝1，2，3，...)一致，且其中的输出控制部件M2，监视上述电荷移送电路T1、T2、T3、...的输出电压Vox，通过上述半导体开关元件SW的选择的开关控制，向负载侧移送上述电容器C2～C8蓄积的电荷，使电路T的输出电压Vox跟踪成与负载侧的端子电压Vo大致相同，进行输出控制。

具体地说，对电荷移送电路T1、T2、T3、...输入时，来自太阳能电池本体SC的功率为了对电容C2～C8充电，开关SW1a～SW1g及SW2a～SW2g成为闭状态，其他开关SW3a～SW3f、SW4a～SW4g、SW5a～SW5g、SW6、SW7成为开状态。该状态下，来自太阳能电池本体SC的电荷相等，对相同电容的电容器C2～C8充电。

接着，SW1a～SW1g及SW2a～SW2g的开关群成为开后，SW3a～SW3f的开关群成为闭的电荷移送电路T1、T2、T3、...输出时的形态如图3。

本图中，C2～C8通过SW3a～SW3f串联。即，若太阳能电池本体SC的输出电压为E，则从C2的负极到C8的正极的电位差成为8×E。另外，若增加电容C和半导体开关元件SW的数，增加串联数量，则取出的电位差更大。

该状态下，令SW2a和SW7闭合，从SW4a～SW4g的开关群中选择必要的电压的开关，通过令其闭合，获得正的电位差。另外，令SW1a和SW6闭合，通过从SW5a～SW5g的开关群中选择必要的电压的开关，获得负的电位差。

将这样的电荷移送电路T1、T2、T3、...的输出端并联的太阳光发电装置10与未图示的交流电源等的功率系统连接，可使其跟踪成与系统的电压Vo大致相同，并通过选择更高一级的电压，可以以期望的电流Iox移送电荷(供给功率)。

另外，电荷移送电路T1、T2、T3、...的电路中流动的电流Ix由单位时间中对电容器C2～C8充放电的次数决定。即，开关频率f变高则流动电流也上升。

而且，如前述，太阳能电池本体SC的动作点P随着连接的负载的大小即取出的电流Ix而变化。具体地，如图10所示的输出特性图，若调节输出的电流I以达到功率最大点Pmax的电压Vx，则可从该太阳能电池获得最大的功率Pmax。

因而，在图1的太阳光发电装置10的电路中，控制电容C2～C8的充放电的频率f，使太阳能电池本体SC的输出电压即电荷移送电路T的输入电压与太阳能电池的最大功率点Pmax的电压Vx一致。

接着，电荷移送电路T输出时，若连接对象的负载的端子电压相对于太阳能电池本体SC的输出电压E成为3×E，则电荷移送电路T的输出电压Vox为(3+1)E，从而可以从输出侧流出电流。

具体地说，上述的场合中由于使用4个的电容器C2～C5，因此SW3的开关群内SW3a～SW3c闭合，SW4d闭合，从而，输出侧可流过1个电容C5的电荷即电流。另外，假定连接的负载是交流电源系统，由于考虑是阻抗非常低的电压源，输出侧的电压Vox被限制成负载的端子电压。(连接处的负载的端子电压Vo和电荷移送电路T的输出电压Vox成为相等。)

通过依次进行这样的动作，相对于连接处的端子电压的交流电压波形，可输出与图4的涂黑部分的电荷量相当的电流。这里，一个块的量相当于一个电容蓄积的电荷。此时，电容器的充放电的频率f相对于输出侧的电压的频率的变化(图4的正弦波形)，预计会从数百变成数万倍的频率。

另外，负载为电池等的场合，由于连接处的电压确定为正电位或负电位，因此该场合，可仅仅用半导体开关元件SW4的开关群或SW5的开关群之一的开关群实现。

接着，图5是第二实施例的太阳光发电装置20的电路图，包括：多个太阳能电池元件串联或串并联连接形成的由虚线框包围的简略表示的多个(图中是3个)太阳能电池本体SC1、SC2、SC3；对每个上述太阳能电池本体SC1、SC2、SC3设置且输入端与各个太阳能电池本体SC1、SC2、SC3的正负两极连接而输出端与负载侧串联连接的多个(图中是3个)电荷移送电路CONV1、CONV2、CONV3，对各个太阳能电池本体SC1、SC2、SC3设置的上述电荷移送电路CONV1、CONV2、CONV3具备控制部(具备最大功率点跟踪控制部件M1和输出控制部件M2)，其进行对该太阳能电池本体SC1、SC2、SC3输出的最大功率点的跟踪控制(MPPT控制)，以及进行使各电荷移送电路的输出电流成为共同的规定值Io的电流控制。

上述电荷移送电路CONV1、CONV2、CONV3串联时，各个太阳能电池本体SC1、SC2、SC3的最大功率点电压Vx(x＝1，2，3)为V1、V2、V3，输出电流Ix即使成为不同的I1、I2、I3，各个电荷移送电路CONV1、CONV2、CONV3的输出电流Iox也成为一定的共同的规定值Io，从而各个电荷移送电路的输出电压Vo1、Vo2、Vo3的和为综合输出电压Vo(＝Vo1+Vo2+Vo3)。

作为包括上述电荷移送电路CONV的太阳光发电装置20的具体实施例，有电荷移送电路2个串联的例子，如图6所示，由虚线框包围的2个变换电路构成，该变换电路具备：半导体开关元件SW1、SW2；监视上述太阳能电池本体SC1、SC2的输出电压及输出电流，分别进行上述半导体开关元件SW1、SW2的开关控制(占空控制)以达到最大功率且使电路的输出电流在各电荷移送电路CONV1、CONV2中达到共同的规定值Io的未图示的控制部；二极管D1、D2；以及电感L1、L2。在图6中，太阳能电池本体SC1的负极与太阳能电池本体SC2的正极相连接。太阳能电池本体SC1(或SC2)的正极与半导体开关元件SW1(或SW2)的一端相连接。半导体开关元件SW1(或SW2)的另一端与二极管D1(或D2)的负极相连接。二极管D1(或D2)的正极与太阳能电池本体SC1(或SC2)的负极相连接。电感L1(或L2)的一端与二极管D1(或D2)的负极相连接。电感L1的另一端与负载相连接。电感L2的另一端与太阳能电池本体SC1的负极相连接。另外，电容C1及C2为降低各个连接的太阳能电池本体SC1、SC2的端子电压的波动而设，不是必要要素。

根据上述构成，用太阳能电池可有效地对二次电池以恒流Io进行充电，伴随着充电，端子电压Vo逐渐上升。

图12～图15是本发明第二实施例的太阳光发电装置的各个太阳能电池本体中设置的变换电路的不同优选例的电路图，其分别基于太阳能电池本体的输出电压、输出电流和/或太阳能电池本体的温度来进行最大功率的追随，其采用了基于半导体开关的同步整流方式。图12～图15中采用的太阳能电池本体为太阳能光伏电池模块(PV模块)。

图12所示变换电路利用电压计V测定各太阳能电池本体的电压，并基于该测定的电压进行最大功率点的追随，其具备控制部和半导体开关元件SW1、SW2，控制部监视上述太阳能电池本体SC的输出电压，并进行上述半导体开关元件SW1、SW2的开关控制(占空控制)以达到最大功率且使电路的输出电流在各电荷移送电路中达到共同的规定值Io的控制部。其还具备电感L1、二极管D及电容C2，以构成基于半导体开关的同步整流方式。在图12中，半导体开关元件SW1为常开开关，半导体开关SW2为常闭开关。PV模块的正极端与SW1的一端相连接，负极端与SW2相连接，且SW1和SW2串联连接。控制部与电压计V、半导体开关SW1和SW2相连接。二极管D与半导体开关SW2并联，其正极与PV模块的负极端相连接。电感L1的一端与二极管D的负极，其另一端与负载相连接。电容C2与负载并联连接。电容C1与PV模块并联连接，为降低各个连接的太阳能电池本体SC1、SC2的端子电压的波动而设，不是必要要素。

图13所示变换电路利用电流计A、电压计V可测定各太阳能电池本体的输出电压及输出电流，其控制部基于测定的该输出电压和输出电流进行最大功率点的追随。

图14所示变换电路可测定各太阳能电池本体的输出电压及其温度，其控制部基于测定的该输出电压和温度进行最大功率点的追随。所述太阳能电池本体的温度可通过一温度测定装置来测得。

图15所示变换电路可测定各太阳能电池本体的输出电流及其温度，其控制部基于测定的该输出电流和温度进行最大功率点的追随。

图16是串联连接的多个太阳能电池本体模块的开关周期同步动作的系统。图17是串联连接的多个太阳能电池本体模块的开关周期不同步动作的系统。在图16、17中通过利用太阳能光伏模块具有的同步控制端(SYNC端)来实现系统同步动作或不同步动作。图18是多个图16所示系统都与负载并联时，逐个串(串联的模块的一列)使开关周期具有时间差的太阳能发电系统。

图20是为了保持本发明的系统的输出电压足够低，对大电容的电容器或二次电池充电后用升压变压器输出的系统。

图21是将串联成串的本发明一实施例的各太阳能电池本体模块串联的电感L1除去，逐个串通过串联一公共的电感动作的系统。

如上所述，太阳光发电装置10、20中具有这样的结构，即，没有传统的太阳能电池模块具备的旁路二极管Db或逆流防止二极管Da，对原理上不产生复峰性的多个太阳能电池本体SC分别设置电荷移送电路T或CONV，对各太阳能电池本体SC分别进行MPPT控制，跟踪最大功率点Pmax并集电，联动控制使各个电荷移送电路T或CONV的输出电流或电压适合于负载，因此电荷移送电路间不发生损失，即使在不均一日照条件下(例如，部分阴影条件下)，也可作为系统而总是在最佳条件下获得最大功率。

另外，通过取出功率可降低太阳能电池元件的温度，从而可防止太阳能电池发电系统的部分温度的上升，并从而延长太阳能电池的寿命。

另外，如本发明，由于对各个小规模的太阳能电池本体SC设置的图2的电荷移送电路T只流过微小的功率，传统的汇总控制方式的变换器中采用的大且重的线圈成为不必要，可以实现小型化尤其是集成电路化。

另外，本发明的太阳光发电装置10或20，可将取出的功率直接对二次电池充电，而可直接与交流电源系统联动。其应用范围涉及从室内用的小规模太阳光发电系统到室外用的大规模太阳光发电系统。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种太阳光发电装置，包括：

多个太阳能电池元件串联或串并联形成的多个太阳能电池本体；及

对每个所述太阳能电池本体设置且输入端与各个太阳能电池本体的正负两极连接、输出端并联连接到负载侧的多个电荷移送电路；

其中，所述各个太阳能电池本体中设置的所述电荷移送电路具备：

多个电容器，用于将所述太阳能电池本体的输出功率以电荷的形式蓄积；

多个半导体开关元件，用于切换所述多个电容器的连接；

控制部，通过所述多个半导体开关元件的开关控制，进行对所述太阳能电池本体的输出的最大功率点的跟踪控制，以及，向负载侧移送所述电容器蓄积的电荷的输出控制，使电路的输出电压跟踪成与负载侧的端子电压相同。

2.根据权利要求1所述的太阳光发电装置，其特征在于，所述各个太阳能电池本体中设置的电荷移送电路中的多个电容器，连接成：分别经由第一或第二半导体开关元件群与所述太阳能电池本体的正负两极间并联，经由各电容间插入的第三半导体开关元件群串联连接，通过串联的各电容器和电荷移送电路的正输出端之间插入的第四半导体开关元件群和/或串联的各电容器和电荷移送电路的负输出端之间插入的第五半导体开关元件群，将各电容器中充电的电荷选择性地向负载侧移送，通过上述太阳能电池本体的正极和接地间插入的第六半导体开关元件或太阳能电池本体的负极和接地间插入的第七半导体开关元件将串联的电容器的一端设定成接地电位。

3.根据权利要求1或2所述的太阳光发电装置，其特征在于，所述电荷移送电路中的控制部，用于进行对上述太阳能电池本体的最大功率点的跟踪控制，监视所述太阳能电池本体的输出电压和输出电流，通过所述半导体开关元件的开关控制所述多个电容器的充放电的定时，使所述电荷移送电路的输入电压与所述太阳能电池本体的最大功率点的电压一致，并进行输出控制，监视所述电荷移送电路的输出电压，通过所述半导体开关元件的选择性的开关控制，向负载侧移送上述电容器蓄积的电荷，使所述发电装置的输出电压跟踪成与负载侧的端子电压相同。

4.一种太阳光发电装置，包括：

对每个上述太阳能电池本体设置且输入端与各个太阳能电池本体的正负两极连接而输出端串联连接到负载侧的多个电荷移送电路；

其中，所述各个太阳能电池本体中设置的所述电荷移送电路具备控制部，进行对该太阳能电池本体的输出的最大功率点的跟踪控制及使各电荷移送电路的输出电流成为共同的规定值的电流控制。

5.根据权利要求4所述的太阳光发电装置，其特征在于，所述各个太阳能电池本体中设置的电荷移送电路，由具备所述控制部的变换电路构成，所述变换电路进一步具备半导体开关元件；所述控制部通过进行所述半导体开关元件的开关控制监视所述太阳能电池本体的输出电压、输出电流和/或温度以使所述太阳能电池本体输出最大功率，并使得所述各电荷移送电路的输出电流成为共同的规定值。

6.根据权利要求5所述的太阳光发电装置，其特征在于，所述电荷移送电路进一步包括二极管和电感器；所述二极管的正极与所述太阳能电池本体的负极相连接，二极管的负极与所述半导体开关元件相连接；所述电感器与所述二极管的负极和负载的一端相连接。

7.根据权利要求5所述的太阳光发电装置，其特征在于，所述电荷移送电路进一步包括连接在所述控制部和负载之间的同步整流电路。

8.根据权利要求4-7中任一所述的太阳光发电装置，其特征在于，包括开关周期同步动作或不同步动作的串联连接的多个太阳能电池本体。

9.根据权利要求5所述的太阳光发电装置，其特征在于，包括多个串联连接的太阳能电池本体及与所述串联连接的多个电池本体串联连接的电感。

10.根据权利要求4-7中任一所述的太阳光发电装置，其特征在于，包括多个并联连接的多个太阳能电池本体串及连接在所述每个太阳能电池本体串的正极和负载之间的二极管；所述二极管的正极与所述每个太阳能电池本体串的正极相连接；所述太阳能电池本体串包括串联连接的多个太阳能电池本体。