JP2004200326A - Power conversion apparatus - Google Patents

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JP2004200326A JP2002365830A JP2002365830A JP2004200326A JP 2004200326 A JP2004200326 A JP 2004200326A JP 2002365830 A JP2002365830 A JP 2002365830A JP 2002365830 A JP2002365830 A JP 2002365830A JP 2004200326 A JP2004200326 A JP 2004200326A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion apparatus which can be connected to DC power supplies of different output voltages. <P>SOLUTION: The power conversion apparatus receives electric power sent from a plurality of DC power supplies including solar cells and converts them to output. The power conversion apparatus is equipped with a plurality of switches connected to corresponding DC power supplies 5, 6, and 7; a switching control circuit 16 driving the switches by signals synchronizing with a single signal source; a transformer 19 equipped with a plurality of primary windings connected to the corresponding switches and a secondary winding; and a plurality of switching circuits which connect the DC power supplies, the switches, and the primary windings so as to form an electrically independent current loop. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池を含む複数の直流電源から入力される各電力を変換し集合して出力する電力変換に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、太陽光発電による分散型電源と商用電源系統を連系し、分散型電源だけでは電力が賄えない場合に、その電力を系統側から供給するようにした太陽光発電システムが開発されている。
【0003】
図9はかかる従来の太陽光発電システム50の概略構成の一例を示す図である。太陽光発電システム50は、例えば一般住宅の屋根等に配設された複数の太陽電池モジュール55を図10に示すように直並列に接続して太陽電池アレイを構成し、この太陽電池アレイからの直流電力を商用電源と同期のとれた交流電力に変換すると共に、系統連系保護機能を備えるソーラインバータ51等を介して系統に連系するように構成されている。(例えば、特許文献1参照)
【0004】
図10は、図9の複数の太陽電池モジュール55とソーラインバータ51との接続構成を示す図である。この従来例では、8枚の太陽電池モジュール55が直列に接続された2つの太陽電池ストリング56−1、56−2が、それぞれ逆流防止ダイオード58−1、58−2を介して互いに並列にソーラインバータ51に接続されて構成されている。
【0005】
ソーラインバータ51内には、安全上の理由から出力電圧が抑えられ、かつ日射や温度により変動する太陽電池ストリング56−1、56−2の出力電圧を一定電圧に昇圧するDC/DCコンバータと、その出力を直交流変換するDC/ACコンバータが内蔵されており、ソーラインバータ51の出力は商用電源系統に連系される。
【0006】
ここで、太陽電池ストリング56−1、56−2の太陽電池モジュールの直列数は安全上の理由から電圧の上限すなわち直列数に制限があり、さらには各々の太陽電池ストリングの太陽電池モジュール枚数は同数にする必要がある。
【0007】
なぜならば、異なる枚数の太陽電池ストリングを並列接続すると、各ストリングの出力電圧が異なることになり、ソーラインバータ51には出力電圧の高いストリングからのみ電力供給され、出力電圧が低いストリングからは電力供給されなくなるためである。
【0008】
また、太陽電池モジュールの直列接続する枚数の上限を満たしながら、同じ直列枚数の太陽電池ストリングを複数屋根等に設置すると、半端な領域が発生する。つまり、数枚の太陽電池モジュールは設置できるものの、一つの太陽電池ストリングを設置するには不足な領域が発生する。
【0009】
通常このような半端な領域には、ダミーの太陽電池モジュールを施設する。つまり、美観上の観点から、半端な領域に、発電機能を有していない装飾目的のダミーの太陽電池モジュールを施設するのである。
【0010】
一方、このような半端な領域を減らすために、太陽電池ストリングの直列枚数を同一にせず、少ない直列枚数の太陽電池ストリングに昇圧コンバータを接続して、各太陽電池ストリングの電圧をすべて同一のものとして並列集電する方法が知られている。例えば、特許文献1では、図11,図12の如く、太陽電池モジュールの直列数が少ない太陽電池ストリング57に昇圧コンバータ59に接続して昇圧することにより、他の太陽電池ストリング56−1、56−2と同一電圧とすることにより並列集電する。
【0011】
しかしながら、上記従来技術には以下の様な問題点がある。
【0012】
まず、ダミーの太陽電池モジュールを施設する方式に関しては、太陽電池モジュールが設置可能な面積があるにも関わらず、発電しない領域があるために、その面積分の発電電力が得られず、設置面積あたりの発電量が減少してしまうという問題点がある。
【0013】
また、図11,図12に示す特許文献1のように、太陽電池モジュール55の直列数が少ない太陽電池ストリング57に昇圧コンバータ59を取り付ける方式では、ソーラインバータ51内に含まれるDC/DCコンバータ51−1以外に昇圧コンバータ59が必要となるこのことは、装置のコストアップ、やスペース増大の原因となりうる。
【0014】
また、別の問題点としては、太陽電池ストリング間(例えば図10Aの56−1と56−2間など)が絶縁されていないため、異なる太陽電池ストリング間の電位が異なる箇所で地絡が発生した場合に地絡循環電流が流れることにより発電量の損失が発生するという問題もあった。
【0015】
【特許文献1】
特開平9−261949号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記説明した従来技術の問題点を解決することを出発点としてなされたものでありその目的は、出力電圧が異なる直流電源を接続可能とする電力変換装置を提供することである。
【0017】
【発明が解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の電力変換装置は、以下の構成を有する。すなわち、太陽電池を含む複数の直流電源に並列接続され、各直流電源から入力される電力を変換し、集合して出力する電力変換装置であって、前記複数の直流電源に対応する複数のスイッチと、前記複数のスイッチを単一の信号源に同期した信号により駆動するスイッチング制御回路と、前記複数の直流電源に対応する複数の1次巻線と、単一の2次巻線とを少なくとも有するトランスとを有し、前記複数の直流電源の数分の、前記直流電源、前記スイッチおよび前記1次巻線を結ぶ電流ループを形成することを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明は、太陽電池を含む複数の直流電源に並列接続され、各直流電源から入力される電力を変換し、集合して出力する電力変換装置であって、複数の直流電源に対応する複数のスイッチと、複数のスイッチを単一の信号源に同期した信号により駆動するスイッチング制御回路と、複数の直流電源に対応する複数の1次巻線と、単一の2次巻線とを少なくとも有するトランスとを有し、複数の直流電源の数分の、直流電源、スイッチおよび1次巻線を結ぶ電流ループを形成することを特徴とする。
【0019】
このような本発明は、具体的に図1〜図12に示す構成において、以下の第1から第4の実施形態と対応して実現できる。
【0020】
[第1の実施形態]
本発明の実施の形態を、図面をもとに詳細に説明する。
【0021】
本発明を採用した太陽光発電システムのシステム構成図を図1に示す。
【0022】
[太陽光発電システムのシステム構成:図1]
図1のシステムは、太陽光を受けて電力エネルギーを出力する太陽電池部1と、太陽電池部1の発電電力を集電し商用系統周波数に変換する集電/電力変換部2と、集電/電力変換部の出力した電力を商用系統に流し込む系統連系部3に大別できる。以下その構成を、順を追って説明する。
【0023】
(構成)
[太陽電池部1]
本実施形態の太陽電池部1は、住宅の屋根に設置することとし、以下の如く構成される。
【0024】
●太陽電池モジュール4
本発明に使用する太陽電池セルとしては、光電変換部にアモルファスシリコン系を用いたものや、多結晶シリコン、結晶シリコンを用いたものが好適に使用される。これらの太陽電池セルを複数枚直列接続して、太陽電池モジュール4を構成する。本実施形態においては、アモルファス太陽電池モジュール4(公称出力50W、最大出力動作電圧=25V)を使用し、これを直列接続して太陽電池ストリング5、6、7を構成する。
【0025】
●太陽電池ストリング5、6、7
複数の太陽電池モジュール4を直列接続することにより、太陽電池ストリング5、6、7を構成する。太陽電池ストリングを構成する太陽電池の直列数は、太陽光発電装置として必要な電圧が得られるように適宜設定すればよいが、個人住宅向けシステムでは、200V程度の電圧が出せるように設定されることが多い。
【0026】
本実施形態における太陽電池を設置する屋根は、太陽電池モジュール4が20枚設置できる面積を有しており、また、太陽電池ストリングの上限電圧を200V程度にしたいことから、太陽電池ストリングの構成を、8直列の太陽電池ストリングを2つと4直列の太陽電池ストリング1つとする構成とした。
【0027】
太陽電池ストリング5、6は各々、太陽電池モジュール4を8個直列接続することにより出力電圧を200Vとする。(出力400W)
太陽電池ストリング7は、屋根に残された半端なスペースに残された4つの太陽電池モジュールを直列接続することにより構成され出力電圧は100V、出力200Wとなる。
【0028】
このようにして、集電/電力変換部2には太陽電池ストリング5、6、7あわせて合計1kW分(400W×2+200W)の太陽電池が設置され、集電/電力変換部2に発電電力が送出される。
【0029】
[集電/電力変換部2]
集電/電力変換部2は、図1の如く複数の太陽電池ストリング5、6、7からなる太陽電池部1の発電電力を集電し、商用交流周波数に変換して、系統連系部3に出力する。集電/電力変換部2の動作は、別途詳細に説明する。
【0030】
[系統連系部3]
系統連系部3は太陽光発電システムが出力する商用周波数の交流電力を商用系統に売電または家庭内の電力負荷に送電したり、また電力負荷で使用する電力を太陽光発電システムの発電電力でまかないきれない場合には、商用系統から買電したりして、負荷に供給する役目を担う。
【0031】
配電盤8は建築物(需要家)内に設置され、配電盤8から建築部内の照明器具や、コンセント9などに接続される家庭内負荷10に電力を供給すべく、配電盤8から屋内配線が分岐されている。配電盤3には商用電力系統12と屋内配線を切り離す目的の主幹ブレーカ8−1が設置され、また、配電盤8から分岐する屋内配線のそれぞれに分岐ブレーカ8−2が設置されている。
【0032】
商用電力系統12は電力路を介して建築物内に供給され、その途中には売買電メータ11が設置されている。売買電メータ11の内部には、電力路から建築物内に供給される電力量を積算する買電メータ11−1、および、太陽光発電装置から商用電力系統12に逆潮流される電力量を積算する売電メータ11−2が直列に接続されている。
【0033】
[集電/電力変換部2の構成:図2]
集電/電力変換部2の構成を図2に示す。
【0034】
太陽電池ストリング5、6、7の発電電力は、それぞれ絶縁された状態で集電/電力変換部2に入力される。それらは、それぞれスイッチング回路13−1、13−2,13−3を介してそれぞれ、異なる巻線P1、P2、P3によりトランス19に磁気結合される。
【0035】
各太陽電池ストリング5、6、7と対応するトランス巻線の各スイッチング回路13−1、13−2,13−3には、それぞれトランス巻線と直列に逆流防止ダイオード14−1,14−2,14−3、スイッチング素子18−1,18−2,18−3が、トランス巻線と並列に平滑コンデンサ15−1,15−2,15−3がそれぞれ接続される。
【0036】
図2のスイッチング回路13−1,13−2,13−3にはそれぞれ図示しないリセット巻線とリセット電流放出用のダイオードを有し、フォーワード回路を構成している。
【0037】
各巻線は、トランス19の鉄心によって互いに磁気的結合がなされており、巻線P1、P2、P3は、それぞれ巻数比2:2:1の比率でそれぞれ巻かれている。これは、太陽電池ストリングの出力電圧と、巻線数の間には下記(1)式が成立するようにするためである。
【0038】
V1:V2:V3=P1:P2:P3 --(1)
V1:太陽電池ストリング5の出力電圧(200V)
V2:太陽電池ストリング6の出力電圧(200V)
V3:太陽電池ストリング7の出力電圧(100V)
P1:太陽電池ストリング5が接続された回路の巻線数
P2:太陽電池ストリング6が接続された回路の巻線数
P3:太陽電池ストリング7が接続された回路の巻線数
[トランスの構成:図3]
図3にトランス19の構成を示す。
【0039】
トランス19には太陽電池ストリング5が接続された巻線P1、太陽電池ストリング6が接続された巻線P2、太陽電池ストリング7が接続された巻線P3、そしてそれらのエネルギーを取り出す巻線Sが同一の鉄心に巻かれることにより、磁気結合される。各巻線間は相間テープ40により絶縁が保たれる。
【0040】
また、巻線P1〜P3は(1)式の関係を満たす巻線数で巻かれ、V1:V2:V3が200V:200V:100Vの比であることからP1:P2:P3の巻線比は2:2:1となる。またトランス出力電圧が320Vであることから、V1:出力電圧=200V:320Vとなり、P1:Sの比は5:8の比となる巻線数で巻かれる。本実施形態においては、トランスのコアロスと巻線導通損の関係から巻線数を以下の様に設定した。
【0041】
P1=200ターン、P2=200ターン、
P3=100ターン、S=320ターン
各スイッチング素子18は、例えばFETやバイポーラトランジスタで構成され、スイッチング制御回路16によって互いに同期してそのオン/オフがスイッチング制御される。また、スイッチング制御回路16からの駆動信号は、各回路の絶縁を維持するために、フォトカプラ17で絶縁する構成とした。
スイッチング制御回路16からは数十〜数百kHzの高周波信号が送出され、各スイッチング素子18−1,18−2,18−3は同一周波数、同一DUTYの信号により高速スイッチングされ、トランス19に発電エネルギーが伝送される。
【0042】
(集電/電力変換部2の動作)
太陽電池の最適動作点は、日射、温度によって変化する。
太陽電池モジュール直列枚数が4枚の太陽電池ストリング7の最適動作点電圧は、太陽電池モジュール直列枚数が8枚である太陽電池ストリング5、6の最適動作点電圧の1/2となる。これは、同一屋根面に配置された太陽電池モジュールに照射される日射量、および太陽電池モジュール温度が等しいためである。
【0043】
[太陽電池モジュールの直列枚数、最適動作電圧、巻線数の関係:図4]
図4に太陽電池モジュール4の直列枚数と最適動作点電圧及び、トランス巻線数の関係を示す模式図を示す。
【0044】
そこで、同一スイッチング信号でスイッチング素子18−1,18−2,18−3を動作させ、巻線比を太陽電池ストリング電圧の比と同一にしたことで、各太陽電池ストリング5、6、7の電力をそれぞれ最適動作点電圧で動作させることが可能となる。
【0045】
トランスで変圧、集電された太陽電池の発電電力は、各スイッチング回路13−1,13−2,13−3で高周波スイッチングされたのち、整流回路20で整流される。
【0046】
トランス19の2次側巻線は、整流回路20、インバータ回路21を介し単相200Vの商用電力系統に出力される。
【0047】
この様に、この装置では、簡易な構成でありながら、各スイッチング素子のスイッチング信号を同一とすることにより、(1)式の比を保ちながら太陽電池ストリングの出力電圧が動作するので、太陽電池モジュールの直列数が異なるため出力電圧の異なる太陽電池ストリング5,6,7を最適動作点電圧で動作させることが可能となる。
【0048】
このような構成により、出力電圧の異なる太陽電池ストリング5,6,7の発電電力を、集電/電力変換部2によって集電し出力することが可能である。
【0049】
このように本発明の第1の実施形態における電力変換装置では、複数の直流電源の各直流電源がすべて太陽電池から構成されていることが好ましい。
【0050】
また例えば、太陽電池は、出力電圧が略等しい太陽電池モジュールを直列に複数個接続した太陽電池ストリングにより構成されていることが好ましい。
【0051】
また例えば、太陽電池ストリングには異なる数の太陽電池モジュールが直列にそれぞれ接続され、かつ各太陽電池ストリングに接続される1次巻線の巻線数は、該接続される太陽電池モジュールの数に応じて決定されることが好ましい。
【0052】
また例えば、出力を商用電力系統と連系して使用することが好ましい。
【0053】
なお、本発明は、例えばシステムとしての実施態様をとることも可能である。具体的には、本発明は、太陽電池を含む複数の直流電源と、複数の直流電源に接続され各直流電源から入力される電力を変換し集合して出力する電力変換装置とを備える太陽光発電システムであって、電力変換装置は、複数の直流電源に対応する複数のスイッチと、複数のスイッチを単一の信号源に同期した信号により駆動するスイッチング制御回路と、複数の直流電源に対応する複数の1次巻線と、単一の2次巻線とを少なくとも有するトランスとを有し、複数の直流電源の数分の、直流電源、スイッチおよび1次巻線を結ぶ電流ループを形成することを特徴とする。
【0054】
本実施形態の電力変換装置は、出力電圧の異なる太陽電池をも入力巻線比を太陽電池ストリングの電圧比とすることにより、並列集電し、出力することが可能となる。そのため、複数の太陽電池ストリングの出力電圧がそれぞれ異なる場合でも、ダミーの太陽電池モジュールや昇圧コンバータを用いて各太陽電池ストリングの出力電圧を同じにする必要が無くなる。
【0055】
以上に説明した本実施形態に対応する本発明によれば、例えば、出力電圧が異なる直流電源を接続可能とする電力変換装置を提供することができるという効果が得られる。
【0056】
[第2の実施形態]
次に、第1の実施形態で説明したのと類似する構成の集電/電力変換部65を、太陽電池の絶縁被覆を簡略化してコストダウンを図った場合のシステム(以下簡易被覆システム)に適用する実施形態について説明する。
【0057】
本実施形態では、使用者が誤って太陽電池に接触する危険性のない環境(以下管理環境化と呼ぶ)において、簡易被覆システムに本発明の集電/電力変換部65を接続した太陽光発電システムについて説明する。
【0058】
なお以下の説明では、第1の実施形態で説明したのと共通する説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。また以下の図面の説明では、第1の実施形態で説明で使用した図中の同じ部品については同じ符号を付けることとし、それらの説明は省略する。
【0059】
[従来の簡易被覆システムの問題点:図5]
まず、従来の簡易被覆システムの問題点について説明する。
【0060】
簡易被覆システムは、高価な太陽電池モジュールの絶縁被覆を簡略し、システムのコストダウンを図ったものである。このため、太陽電池モジュールのコストダウンが図られるが、一方で、太陽電池モジュールの活電部が経年変化で露出する危険性が高く、地絡の確率が高くなるという欠点がある。
【0061】
太陽電池ストリングを電気的に並列接続した従来の簡易被覆システムの一例を図5に示す。経年変化で太陽電池ストリング61のA点がR1Ωで、太陽電池ストリング62のB点がR2Ωで地絡した場合を想定する。この様な場合では、太陽電池アレイ全体が(R1+R2)Ωで閉回路が形成されてしまう。太陽電池アレイの出力電圧を200Vとすると、このケースでは200(V)×200(V)/(R1+R2)の電力損失が常に発生してしまう。
【0062】
[簡易被覆システムへの適用:図6]
一方、簡易被覆システムに本発明の集電/電力変換部65を適用した例を図6に示す。図6の例では、出力電圧の等しい複数(2つ)の太陽電池ストリング(5と6)がそれぞれ電気的に独立した電流ループが形成されるようにして集電/電力変換部65に接続される。
【0063】
なお、本実施形態の集電/電力変換部65が集電/電力変換部2と異なるのは、2つの太陽電池ストリングに対応するように2つのスイッチング回路(13−1と13−2)から構成されている点と、各太陽電池ストリング5,6の太陽電池モジュールの直列数が等しい(各8個ずつ)ため、P4、P5の巻線比が等しいことのみである。
【0064】
図6の構成では、各太陽電池ストリング5,6は、絶縁が維持されたまま磁気的に並列接続され、集電出力される。そのため、たとえ、図6のA、B点がそれぞれ地絡した場合でも、各太陽電池ストリング5,6は絶縁が維持されているため、図5に示したように太陽電池アレイ全体で閉回路を形成されることはない。そのため、A、B点がそれぞれ地絡した場合でも閉回路の形成による電力損失の発生がないため太陽電池の発電電力を効率よく電力変換することが可能となる。
【0065】
このように本発明の第2の実施形態における電力変換装置では、太陽電池ストリングには同数の太陽電池モジュールが直列にそれぞれ接続され、かつ各太陽電池ストリングに接続される1次巻線の巻線数は全て等しくてもよい。
【0066】
以上説明した本実施形態に対応する本発明の電力変換装置を使用することにより、たとえ太陽電池の絶縁被覆を簡略化してコストダウンした場合に複数の太陽電池ストリングの箇所で地絡が発生しても、太陽電池ストリング間でこの地絡に起因する発電量の損失の度合いを低減できるという効果が得られる。
【0067】
[第3の実施形態]
次に、第1の実施形態で説明したのと類似する構成の集電/電力変換部66を、光波長感度の異なる2種類の太陽電池を積層かつ絶縁して、直列接続せずに別個の太陽電池として出力を取り出す太陽電池セルに適用する実施形態について説明する。
【0068】
なお以下の説明では、第1の実施形態で説明したのと共通する説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。また以下の図面の説明では、第1の実施形態で説明で使用した図中の同じ部品については同じ符号を付けることとし、それらの説明は省略する。
【0069】
本実施形態においては、光波長感度の異なる2種類の太陽電池を積層かつ絶縁して、直列接続せずに別個の太陽電池として出力を取り出すことができる太陽電池セル100に、本発明の集電/電力変換部66を接続した太陽光発電システムについて説明する。
【0070】
[異なる出力電圧を有する太陽電池への適用:図7]
図7(a)に示された断面図の如く2つの発電層101、111を有し、発電層101の両面に電極102、103を設け、発電層111の両面に電極112、113を設け、電極103と電極112の間に絶縁層115を設けて積層した構成をとる。発電層101と発電層102は絶縁層115により電気的絶縁される。
【0071】
2つの発電層101、111の材料は波長感度の異なる材料を用いることで光スペクトルの有効利用が図れる。この様な太陽電池100においては、2種類の太陽電池セル(発電層101,111)を直列接続しないで別々に集電/電力変換部66と接続できるので、IVミスマッチは発生せず、発電層101、111の電流バランスを考慮する必要はない。すなわち、図7(b)に示すように2種類の太陽電池(発電層101,111)を異なる最適な動作点電圧で使用することが可能となる。
【0072】
従ってこの様な太陽電池に本発明を適用する場合は、2種類の太陽電池の最適動作点電圧の比を第一の巻線の巻線比とすることで、常に両太陽電池を最適動作点電圧で動作させることが可能となる。
【0073】
[集電/電力変換部:図8]
図8の集電/電力変換部66は101、111の最適動作点電圧の比を巻数P6、P7の比とし、DC/DC出力する構成とした。その他のスイッチング素子を同一駆動信号で駆動する等の構成は第1実施形態および第2実施形態の構成と同一である。
【0074】
このように本発明の第3の実施形態における電力変換装置では、太陽電池は、光波長に対する光電変換感度が異なる発電層を有する太陽電池を積層して形成されたものであり、該発電層から異なる出力電圧を別々に取り出して各直流電源として使用することが好ましい。
【0075】
また例えば、各直流電源にそれぞれ接続される1次巻線の巻線数は、発電層から出力される出力電圧に応じて決定されることが好ましい。
【0076】
以上説明した如く、光波長感度の異なる2種類の太陽電池を積層かつ絶縁して、直列接続せずに別個の太陽電池として出力を取り出す太陽電池セルにおいても、本発明を適用することで、1つの電力変換装置において、並列集電して出力可能な装置を提供することが可能となる。
【0077】
[第4の実施形態]
第1の実施形態で説明した構成の集電/電力変換部を、太陽電池とその他のエネルギー源、例えば蓄電池と組み合わせて並列集電する構成に適用することも可能である。例えば、太陽電池と蓄電池を組み合わせる場合では、太陽電池と蓄電池とを絶縁し、第1の実施形態で説明したように各々の電圧比を第一の巻線比とすることで、1台の集電/電力変換部で絶縁を維持したまま並列集電するシステムを構成できる。なお集電/電力変換部のスイッチング回路の構成(スイッチング回路の数、巻線数など)は、並列集電する太陽電池と蓄電池の数に応じて適宜変更すればよい。
【0078】
以上説明したように、第1〜第4に示した実施形態の電力変換装置は、出力電圧の異なる太陽電池をも入力巻線比を太陽電池ストリングの電圧比とすることにより、並列集電し、出力することが可能となる。そのため、複数の太陽電池ストリングの出力電圧がそれぞれ異なる場合でも、ダミーの太陽電池モジュールや昇圧コンバータを用いて各太陽電池ストリングの出力電圧を同じにする必要が無くなる。
【0079】
また、複数の太陽電池ストリングの絶縁を維持したまま集電出力することが可能なため、例えば、太陽電池の被覆を簡易とし、地絡が複数の太陽電池ストリングで発生した場合でも、地絡循環電流が流れることがないために、電力損失を低減することができる。
【0080】
また、複数の太陽電池の絶縁を保ったまま一つの集電/電力変換部で並列集電することにより、複数の集電/電力変換部で電力変換する装置よりも、小型低コストとすることができる。さらにスイッチ手段の駆動信号を同一とすることで、さらなるコストダウンを図ることもできる。
【0081】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電力変換装置によれば、出力電圧が異なる直流電源を接続可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る一実施形態の太陽光発電システムの構成図である。
【図2】集電/電力変換部の詳細を示す図である。
【図3】トランスの構成を示す図である。
【図4】太陽電池モジュールの直列数と巻線比の関係を示す概略図である。
【図5】従来の太陽光発電システムにおける並列接続時の問題点を示す図である。
【図6】本発明に係る一実施形態の太陽光発電システム(実施形態2)の構成図である。
【図7】本発明に係る一実施形態の太陽光発電システム(実施形態3)に使用される太陽電池セルの断面図である。
【図8】本発明に係る一実施形態の太陽光発電システム(実施形態3)の構成図である。
【図9】従来の太陽光発電システムの概略を示す図である。
【図10】従来の太陽光発電システムの概略を示す図である。
【図11】従来の太陽光発電システムの概略を示す図である。
【図12】従来の太陽光発電システムの概略を示す図である。
【符号の説明】
1…太陽電池部
2…集電/電力変換部
3…系統連系部
4…太陽電池モジュール
5、6、7…太陽電池ストリング
8…分電盤
9…コンセント
10…家庭内負荷
11…売買電メータ
12…商用系統
14…逆流防止ダイオード
15…入力平滑コンデンサ
16…スイッチング制御部
17…フォトカプラ
18…スイッチング素子
19…絶縁トランス
20…二次側整流回路
21…インバータ回路
51…ソーラインバータ
55…太陽電池モジュール
56−1、56−2…太陽電池ストリング
58−1、58−2…逆流防止ダイオード
65、66…電力変換装置
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to power conversion for converting powers input from a plurality of DC power supplies including solar cells, collecting the powers, and outputting the collected powers.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a photovoltaic power generation system has been developed in which a distributed power supply using solar power and a commercial power supply system are interconnected, and when the power cannot be provided solely by the distributed power supply, the power is supplied from the grid side. I have.
[0003]
FIG. 9 is a diagram showing an example of a schematic configuration of such a conventional solar power generation system 50. The photovoltaic power generation system 50 configures a photovoltaic cell array by connecting a plurality of photovoltaic modules 55 arranged in, for example, a roof of a general house in series and parallel as shown in FIG. It is configured to convert DC power into AC power synchronized with a commercial power supply and to be connected to the grid via a solar inverter 51 having a grid connection protection function. (For example, see Patent Document 1)
[0004]
FIG. 10 is a diagram showing a connection configuration between the plurality of solar cell modules 55 of FIG. 9 and the solar inverter 51. In this conventional example, two solar cell strings 56-1 and 56-2 in which eight solar cell modules 55 are connected in series are connected in parallel to each other via backflow prevention diodes 58-1 and 58-2. It is configured to be connected to the inverter 51.
[0005]
In the solar inverter 51, a DC / DC converter in which the output voltage is suppressed for safety reasons and the output voltage of the solar cell strings 56-1 and 56-2 that fluctuates due to solar radiation and temperature is increased to a constant voltage; A DC / AC converter for converting the output into a cross-current is built in, and the output of the solar inverter 51 is connected to a commercial power supply system.
[0006]
Here, the upper limit of the voltage, that is, the number of series solar cell modules of the solar cell strings 56-1 and 56-2 is limited for safety reasons, and the number of solar cell modules of each solar cell string is also limited. Must be the same.
[0007]
This is because, when different numbers of solar cell strings are connected in parallel, the output voltage of each string is different, and the solar inverter 51 is supplied with power only from the string with the higher output voltage and supplied with power from the string with the lower output voltage. It is because it is not done.
[0008]
In addition, when a plurality of solar cell strings of the same serial number are installed on a roof or the like while satisfying the upper limit of the number of solar cell modules connected in series, an odd region is generated. That is, although several solar cell modules can be installed, an area insufficient for installing one solar cell string occurs.
[0009]
Usually, dummy solar cell modules are installed in such an odd area. That is, from an aesthetic point of view, a dummy solar cell module for decorative purposes having no power generation function is installed in an odd area.
[0010]
On the other hand, in order to reduce such an odd area, the boost converter is connected to a small number of solar cell strings in series without using the same number of solar cell strings in series, and the voltage of each solar cell string is the same. A method of collecting current in parallel is known. For example, in Patent Literature 1, as shown in FIGS. 11 and 12, by connecting a solar cell string 57 having a small number of solar cell modules to a boost converter 59 and boosting the voltage, other solar cell strings 56-1 and 56 are obtained. The current is collected in parallel by setting the same voltage as -2.
[0011]
However, the above prior art has the following problems.
[0012]
First, regarding the method of installing a dummy solar cell module, despite the area where the solar cell module can be installed, there is an area that does not generate electricity, so that the generated power cannot be obtained for that area. There is a problem that the power generation per unit is reduced.
[0013]
In addition, as in Patent Document 1 shown in FIGS. 11 and 12, in a system in which the boost converter 59 is attached to a solar cell string 57 having a small number of solar cell modules 55 in series, the DC / DC converter 51 included in the solar inverter 51 is used. This necessitates the use of the boost converter 59 in addition to −1, which may cause an increase in the cost of the device and an increase in space.
[0014]
Another problem is that since the solar cell strings are not insulated (for example, between 56-1 and 56-2 in FIG. 10A), a ground fault occurs at a place where the potential between different solar cell strings is different. In this case, there is also a problem that a power generation loss occurs due to a ground fault circulating current flowing.
[0015]
[Patent Document 1]
JP-A-9-261949
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems of the related art, and an object of the present invention is to provide a power conversion device capable of connecting a DC power supply having a different output voltage.
[0017]
Means for Solving the Invention
The power converter of one embodiment according to the present invention for achieving the above object has the following configuration. That is, a power converter that is connected in parallel to a plurality of DC power supplies including a solar cell, converts power input from each DC power supply, collectively outputs the plurality of switches, and a plurality of switches corresponding to the plurality of DC power supplies. A switching control circuit that drives the plurality of switches with a signal synchronized with a single signal source; a plurality of primary windings corresponding to the plurality of DC power supplies; and a single secondary winding. And forming a current loop connecting the DC power supply, the switch, and the primary winding for several of the plurality of DC power supplies.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention is a power converter that is connected in parallel to a plurality of DC power supplies including a solar cell, converts power input from each DC power supply, and collectively outputs the plurality of DC power supplies. At least a switch, a switching control circuit that drives the plurality of switches with signals synchronized with a single signal source, a plurality of primary windings corresponding to a plurality of DC power supplies, and a single secondary winding And a current loop connecting the DC power supply, the switch, and the primary winding for several DC power supplies.
[0019]
The present invention as described above can be specifically realized in the configuration shown in FIGS. 1 to 12 in correspondence with the following first to fourth embodiments.
[0020]
[First Embodiment]
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 shows a system configuration diagram of a photovoltaic power generation system employing the present invention.
[0022]
[System configuration of solar power generation system: Fig. 1]
The system of FIG. 1 includes a solar cell unit 1 that receives sunlight and outputs power energy, a power collection / power conversion unit 2 that collects power generated by the solar cell unit 1 and converts the power to a commercial system frequency, / The power output from the power conversion unit can be broadly classified into a system interconnection unit 3 for flowing into a commercial system. Hereinafter, the configuration will be described step by step.
[0023]
(Constitution)
[Solar cell part 1]
The solar cell unit 1 according to the present embodiment is installed on the roof of a house, and is configured as follows.
[0024]
Solar cell module 4
As the solar battery cell used in the present invention, those using an amorphous silicon-based photoelectric conversion unit, those using polycrystalline silicon, or crystalline silicon are preferably used. A solar cell module 4 is configured by connecting a plurality of these solar cells in series. In the present embodiment, the amorphous solar cell modules 4 (nominal output 50 W, maximum output operating voltage = 25 V) are used and connected in series to form solar cell strings 5, 6 and 7.
[0025]
● Solar cell strings 5, 6, 7
By connecting a plurality of solar cell modules 4 in series, solar cell strings 5, 6, 7 are configured. The number of series solar cells constituting the solar cell string may be appropriately set so as to obtain a voltage required for a solar power generation device, but in a system for a private house, a voltage of about 200 V is set. Often.
[0026]
The roof on which the solar cells are installed in the present embodiment has an area where 20 solar cell modules 4 can be installed, and the upper limit voltage of the solar cell string is set to about 200 V. , 8 solar cell strings in series and 2 solar cell strings in 4 series.
[0027]
Each of the solar cell strings 5 and 6 has an output voltage of 200 V by connecting eight solar cell modules 4 in series. (Output 400W)
The solar cell string 7 is configured by connecting four solar cell modules left in an odd space left on the roof in series, and has an output voltage of 100 V and an output of 200 W.
[0028]
In this way, solar cells of a total of 1 kW (400 W × 2 + 200 W) for the solar cell strings 5, 6, and 7 are installed in the power collection / power conversion unit 2, and the generated power is supplied to the power collection / power conversion unit 2. Sent out.
[0029]
[Current collection / power conversion unit 2]
The power collection / power conversion unit 2 collects the power generated by the solar cell unit 1 including a plurality of solar cell strings 5, 6, 7 as shown in FIG. Output to The operation of the power collection / power conversion unit 2 will be described in detail separately.
[0030]
[System interconnection section 3]
The grid interconnection unit 3 sells AC power of the commercial frequency output from the photovoltaic power generation system to the commercial grid or transmits the power to the home power load, and also uses the power used by the power load as the power generated by the photovoltaic power generation system. In the event that it cannot be covered, it is responsible for purchasing power from the commercial system and supplying it to the load.
[0031]
The switchboard 8 is installed in a building (consumer), and indoor wiring is branched from the switchboard 8 so as to supply power from the switchboard 8 to lighting equipment in the building section and a domestic load 10 connected to an outlet 9 or the like. ing. A main breaker 8-1 for separating the indoor wiring from the commercial power system 12 is installed on the switchboard 3, and a branch breaker 8-2 is installed on each of the indoor wiring branches off from the switchboard 8.
[0032]
The commercial power system 12 is supplied into the building via a power path, and a power trading meter 11 is installed on the way. Inside the power buying and selling meter 11, a power buying meter 11-1 for integrating the amount of power supplied from the power path into the building, and an amount of power flowing backward from the photovoltaic power generator to the commercial power system 12 are stored. The power selling meters 11-2 to be integrated are connected in series.
[0033]
[Configuration of power collection / power conversion unit 2: FIG. 2]
FIG. 2 shows the configuration of the power collection / power conversion unit 2.
[0034]
The power generated by the solar cell strings 5, 6, 7 is input to the power collection / power conversion unit 2 in an insulated state. They are magnetically coupled to the transformer 19 by different windings P1, P2, P3, respectively, via switching circuits 13-1, 13-2, 13-3, respectively.
[0035]
Each switching circuit 13-1, 13-2, 13-3 of the transformer winding corresponding to each solar cell string 5, 6, 7 has a backflow prevention diode 14-1, 14-2 in series with the transformer winding, respectively. , 14-3, switching elements 18-1, 18-2, 18-3, and smoothing capacitors 15-1, 15-2, 15-3 connected in parallel with the transformer windings, respectively.
[0036]
Each of the switching circuits 13-1, 13-2, and 13-3 in FIG. 2 has a reset winding and a diode for emitting a reset current, not shown, and constitutes a forward circuit.
[0037]
The windings are magnetically coupled to each other by an iron core of a transformer 19, and the windings P1, P2, and P3 are wound at a turn ratio of 2: 2: 1. This is because the following equation (1) is established between the output voltage of the solar cell string and the number of windings.
[0038]
V1: V2: V3 = P1: P2: P3-(1)
V1: Output voltage of solar cell string 5 (200V)
V2: output voltage of solar cell string 6 (200 V)
V3: output voltage of solar cell string 7 (100 V)
P1: the number of windings of the circuit to which the solar cell string 5 is connected
P2: the number of windings of the circuit to which the solar cell string 6 is connected
P3: number of windings of the circuit to which the solar cell string 7 is connected
[Transformer configuration: Fig. 3]
FIG. 3 shows the configuration of the transformer 19.
[0039]
The transformer 19 has a winding P1 to which the solar cell string 5 is connected, a winding P2 to which the solar cell string 6 is connected, a winding P3 to which the solar cell string 7 is connected, and a winding S for extracting the energy thereof. By being wound around the same iron core, it is magnetically coupled. The insulation between the windings is maintained by the interphase tape 40.
[0040]
Further, the windings P1 to P3 are wound with the number of windings satisfying the relationship of the expression (1), and since the ratio of V1: V2: V3 is 200V: 200V: 100V, the winding ratio of P1: P2: P3 is 2: 2: 1. In addition, since the transformer output voltage is 320 V, V1: output voltage = 200 V: 320 V, and the windings are wound with the number of windings at a ratio of P1: S of 5: 8. In the present embodiment, the number of windings is set as follows from the relationship between the core loss of the transformer and the winding conduction loss.
[0041]
P1 = 200 turns, P2 = 200 turns,
P3 = 100 turns, S = 320 turns
Each of the switching elements 18 is constituted by, for example, an FET or a bipolar transistor, and is switched on / off in synchronization with each other by a switching control circuit 16. Further, the drive signal from the switching control circuit 16 is configured to be insulated by the photocoupler 17 in order to maintain the insulation of each circuit.
A high frequency signal of several tens to several hundreds of kHz is transmitted from the switching control circuit 16, and the switching elements 18-1, 18-2, and 18-3 are switched at high speed by the same frequency and the same duty signal, and the transformer 19 generates power. Energy is transmitted.
[0042]
(Operation of power collection / power conversion unit 2)
The optimal operating point of the solar cell changes depending on the solar radiation and the temperature.
The optimal operating point voltage of the solar cell string 7 having four solar cell module series is の of the optimal operating point voltage of the solar cell strings 5 and 6 having eight solar cell module series. This is because the amount of solar radiation applied to the solar cell modules arranged on the same roof surface and the solar cell module temperature are equal.
[0043]
[Relationship between series number of solar cell modules, optimum operating voltage, and number of windings: FIG. 4]
FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the number of solar cell modules 4 connected in series, the optimum operating point voltage, and the number of transformer windings.
[0044]
Therefore, the switching elements 18-1, 18-2, 18-3 are operated with the same switching signal, and the winding ratio is made equal to the ratio of the solar cell string voltage, so that the solar cell strings 5, 6, 7 The power can be operated at the respective optimum operating point voltages.
[0045]
The generated power of the solar cell transformed and collected by the transformer is subjected to high-frequency switching in each of the switching circuits 13-1, 13-2, and 13-3, and then rectified by the rectifier circuit 20.
[0046]
The secondary winding of the transformer 19 is output to a single-phase 200V commercial power system via a rectifier circuit 20 and an inverter circuit 21.
[0047]
As described above, in this device, the output voltage of the solar cell string operates while maintaining the ratio of the expression (1) by making the switching signal of each switching element the same while having a simple configuration. Since the series number of the modules is different, it is possible to operate the solar cell strings 5, 6, 7 having different output voltages at the optimum operating point voltage.
[0048]
With such a configuration, it is possible to collect and output the power generated by the solar cell strings 5, 6, and 7 having different output voltages by the power collection / power conversion unit 2.
[0049]
As described above, in the power conversion device according to the first embodiment of the present invention, it is preferable that each of the plurality of DC power supplies be composed of a solar cell.
[0050]
Further, for example, the solar cell is preferably constituted by a solar cell string in which a plurality of solar cell modules having substantially the same output voltage are connected in series.
[0051]
Further, for example, different numbers of solar cell modules are connected in series to the solar cell strings, respectively, and the number of turns of the primary winding connected to each solar cell string is equal to the number of the connected solar cell modules. Preferably, it is determined accordingly.
[0052]
Further, for example, it is preferable to use the output in connection with a commercial power system.
[0053]
Note that the present invention can take an embodiment as a system, for example. Specifically, the present invention provides a solar light including a plurality of DC power supplies including a solar cell, and a power converter connected to the plurality of DC power supplies, converting power input from each DC power supply, and collecting and outputting the combined power. A power generation system, wherein the power conversion device supports a plurality of switches corresponding to a plurality of DC power supplies, a switching control circuit driving the plurality of switches by a signal synchronized with a single signal source, and a plurality of DC power supplies Having a plurality of primary windings and a transformer having at least a single secondary winding, and forming a current loop connecting the DC power supply, the switch, and the primary winding for several DC power supplies. It is characterized by doing.
[0054]
The power converter of the present embodiment can collect and output power in parallel even for solar cells having different output voltages by setting the input winding ratio to the voltage ratio of the solar cell string. Therefore, even when the output voltages of the plurality of solar cell strings are different from each other, it is not necessary to use the dummy solar cell module or the boost converter to equalize the output voltages of the respective solar cell strings.
[0055]
According to the present invention corresponding to the above-described embodiment, for example, there is obtained an effect that it is possible to provide a power converter capable of connecting DC power supplies having different output voltages.
[0056]
[Second embodiment]
Next, the power collection / power conversion unit 65 having a configuration similar to that described in the first embodiment is replaced with a system (hereinafter, a simple coating system) in which the insulation coating of the solar cell is simplified to reduce the cost. An embodiment to be applied will be described.
[0057]
In the present embodiment, in an environment where there is no risk of a user accidentally contacting a solar cell (hereinafter referred to as a management environment), a photovoltaic power generation system in which the current collection / power conversion unit 65 of the present invention is connected to a simple coating system. The system will be described.
[0058]
In the following description, the description common to that described in the first embodiment will be omitted, and only different points will be described. In the following description of the drawings, the same components in the drawings used in the description of the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
[0059]
[Problems of conventional simple coating system: FIG. 5]
First, problems of the conventional simple coating system will be described.
[0060]
The simple coating system simplifies the insulating coating of an expensive solar cell module to reduce the cost of the system. For this reason, the cost of the solar cell module can be reduced, but on the other hand, there is a high risk that the live parts of the solar cell module are exposed over time and the probability of a ground fault increases.
[0061]
FIG. 5 shows an example of a conventional simple coating system in which solar cell strings are electrically connected in parallel. It is assumed that a point A of the solar cell string 61 is R1Ω and a point B of the solar cell string 62 is R2Ω due to aging. In such a case, a closed circuit is formed with (R1 + R2) Ω for the entire solar cell array. Assuming that the output voltage of the solar cell array is 200 V, a power loss of 200 (V) × 200 (V) / (R1 + R2) always occurs in this case.
[0062]
[Application to simple coating system: Fig. 6]
On the other hand, FIG. 6 shows an example in which the current collection / power conversion unit 65 of the present invention is applied to a simple coating system. In the example of FIG. 6, a plurality (two) of solar cell strings (5 and 6) having the same output voltage are connected to the current collecting / power converting unit 65 such that current loops that are electrically independent of each other are formed. You.
[0063]
Note that the power collection / power conversion unit 65 of the present embodiment is different from the power collection / power conversion unit 2 because the two switching circuits (13-1 and 13-2) correspond to the two solar cell strings. The only difference is that the number of solar cell modules in each of the solar cell strings 5 and 6 is equal in series (eight in each case), so that the turns ratios of P4 and P5 are equal.
[0064]
In the configuration of FIG. 6, each of the solar cell strings 5 and 6 is magnetically connected in parallel while maintaining insulation, and power is collected and output. Therefore, even if the points A and B in FIG. 6 are respectively grounded, the solar cell strings 5 and 6 are kept insulated, and a closed circuit is formed in the entire solar cell array as shown in FIG. It is not formed. Therefore, even when the points A and B are grounded, there is no power loss due to the formation of a closed circuit, so that the power generated by the solar cell can be efficiently converted.
[0065]
As described above, in the power converter according to the second embodiment of the present invention, the same number of solar cell modules are connected in series to the solar cell strings, and the primary windings connected to the respective solar cell strings are wound. The numbers may all be equal.
[0066]
By using the power converter of the present invention corresponding to the above-described embodiment, even if the insulation coating of the solar cell is simplified and the cost is reduced, a ground fault occurs at a plurality of solar cell strings. Also, the effect of reducing the degree of power generation loss caused by the ground fault between the solar cell strings can be obtained.
[0067]
[Third Embodiment]
Next, the current collecting / power conversion unit 66 having a configuration similar to that described in the first embodiment is formed by stacking and insulating two types of solar cells having different light wavelength sensitivities, and without using a separate series connection. An embodiment in which the present invention is applied to a solar cell from which output is taken as a solar cell will be described.
[0068]
In the following description, the description common to that described in the first embodiment will be omitted, and only different points will be described. In the following description of the drawings, the same components in the drawings used in the description of the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
[0069]
In the present embodiment, the solar cell 100 according to the present invention is configured such that two types of solar cells having different light wavelength sensitivities are stacked and insulated, and an output can be taken out as a separate solar cell without being connected in series. The photovoltaic power generation system to which the / power conversion unit 66 is connected will be described.
[0070]
[Application to solar cells having different output voltages: FIG. 7]
As shown in the cross-sectional view of FIG. 7A, the power generation layer 101 has two power generation layers 101 and 111, electrodes 102 and 103 are provided on both surfaces of the power generation layer 101, and electrodes 112 and 113 are provided on both surfaces of the power generation layer 111. A structure in which an insulating layer 115 is provided and stacked between the electrode 103 and the electrode 112 is employed. The power generation layer 101 and the power generation layer 102 are electrically insulated by the insulating layer 115.
[0071]
By using materials having different wavelength sensitivities for the materials of the two power generation layers 101 and 111, the optical spectrum can be effectively used. In such a solar cell 100, the two types of solar cells (power generation layers 101 and 111) can be separately connected to the current collection / power conversion unit 66 without being connected in series, so that no IV mismatch occurs and the power generation layer It is not necessary to consider the current balance of 101 and 111. That is, as shown in FIG. 7B, two types of solar cells (power generation layers 101 and 111) can be used at different optimum operating point voltages.
[0072]
Therefore, when the present invention is applied to such a solar cell, by setting the ratio of the optimum operating point voltage of the two types of solar cells to the winding ratio of the first winding, both solar cells are always operated at the optimum operating point. It is possible to operate with a voltage.
[0073]
[Current collection / power conversion unit: Fig. 8]
The power collection / power conversion unit 66 in FIG. 8 is configured to output DC / DC by setting the ratio of the optimum operating point voltages of 101 and 111 to the ratio of the number of turns P6 and P7. The configuration such as driving the other switching elements with the same drive signal is the same as the configuration of the first embodiment and the second embodiment.
[0074]
As described above, in the power conversion device according to the third embodiment of the present invention, the solar cell is formed by stacking solar cells having power generation layers having different photoelectric conversion sensitivities to light wavelengths. It is preferable to take out different output voltages separately and use them as each DC power supply.
[0075]
Further, for example, it is preferable that the number of windings of the primary winding connected to each DC power supply is determined according to the output voltage output from the power generation layer.
[0076]
As described above, the present invention is applied to a solar cell in which two types of solar cells having different light wavelength sensitivities are stacked and insulated, and output is obtained as a separate solar cell without being connected in series. In one power converter, it is possible to provide a device capable of collecting and outputting power in parallel.
[0077]
[Fourth embodiment]
The power collection / power conversion unit having the configuration described in the first embodiment can be applied to a configuration in which current collection is performed in parallel by combining a solar cell and another energy source, for example, a storage battery. For example, in the case where a solar cell and a storage battery are combined, the solar cell and the storage battery are insulated, and as described in the first embodiment, each voltage ratio is set to the first winding ratio, so that one unit is collected. A system for collecting current in parallel while maintaining insulation in the power / power conversion unit can be configured. Note that the configuration of the switching circuit (the number of switching circuits, the number of windings, and the like) of the power collection / power conversion unit may be appropriately changed according to the number of solar cells and storage batteries that collect current in parallel.
[0078]
As described above, the power converters according to the first to fourth embodiments collect parallel currents even for solar cells having different output voltages by setting the input winding ratio to the voltage ratio of the solar cell string. , Can be output. Therefore, even when the output voltages of the plurality of solar cell strings are different from each other, it is not necessary to use the dummy solar cell module or the boost converter to equalize the output voltages of the respective solar cell strings.
[0079]
In addition, since it is possible to collect and output power while maintaining the insulation of a plurality of solar cell strings, for example, it is possible to simplify the covering of the solar cell, and even if a ground fault occurs in a plurality of Since no current flows, power loss can be reduced.
[0080]
In addition, by collecting current in parallel with a single current collection / power conversion unit while maintaining the insulation of a plurality of solar cells, the size and cost can be reduced compared to a device that performs power conversion with multiple current collection / power conversion units. Can be. Further, by using the same drive signal for the switch means, it is possible to further reduce the cost.
[0081]
【The invention's effect】
As described above, according to the power converter of the present invention, it is possible to connect DC power supplies having different output voltages.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating details of a current collection / power conversion unit.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a transformer.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the number of series solar cell modules and the turn ratio.
FIG. 5 is a diagram showing a problem at the time of parallel connection in a conventional solar power generation system.
FIG. 6 is a configuration diagram of a solar power generation system (Embodiment 2) according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a solar cell used in a solar power generation system (Embodiment 3) according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of a photovoltaic power generation system (Embodiment 3) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram schematically showing a conventional solar power generation system.
FIG. 10 is a diagram schematically showing a conventional solar power generation system.
FIG. 11 is a view schematically showing a conventional solar power generation system.
FIG. 12 is a diagram schematically showing a conventional solar power generation system.
[Explanation of symbols]
1. Solar cell part
2. Power collection / power conversion unit
3: Grid connection
4: Solar cell module
5, 6, 7 ... solar cell string
8. Distribution board
9… Outlet
10… Home load
11 ... Trading meter
12 ... Commercial system
14 ... Backflow prevention diode
15 ... Input smoothing capacitor
16 Switching control unit
17 ... Photo coupler
18 Switching element
19 ... Insulation transformer
20: Secondary side rectifier circuit
21 ... Inverter circuit
51… Solar inverter
55… Solar cell module
56-1, 56-2 ... solar cell string
58-1, 58-2 ... Backflow prevention diode
65, 66 ... power conversion device

Claims (1)

太陽電池を含む複数の直流電源に並列接続され、各直流電源から入力される電力を変換し、集合して出力する電力変換装置であって、
前記複数の直流電源に対応する複数のスイッチと、
前記複数のスイッチを単一の信号源に同期した信号により駆動するスイッチング制御回路と、
前記複数の直流電源に対応する複数の1次巻線と、単一の2次巻線とを少なくとも有するトランスとを有し、
前記複数の直流電源の数分の、前記直流電源、前記スイッチおよび前記1次巻線を結ぶ電流ループを形成することを特徴とする電力変換装置。
A power converter that is connected in parallel to a plurality of DC power supplies including solar cells, converts power input from each DC power supply, and collectively outputs the power.
A plurality of switches corresponding to the plurality of DC power supplies;
A switching control circuit that drives the plurality of switches with a signal synchronized with a single signal source;
A plurality of primary windings corresponding to the plurality of DC power supplies, and a transformer having at least a single secondary winding,
A power converter, comprising: a current loop connecting the DC power supply, the switch, and the primary winding for several of the plurality of DC power supplies.
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