JP2012199519A - 太陽電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、回路構成を簡単にして、電力の取り出し効率の高い太陽電池システムを提供することにある。
【解決手段】太陽電池システム１０は、複数の太陽電池アレイ１２が備えられている。制御モジュール１４は、太陽電池アレイ１２に接続された電力計測回路１６、電力計測回路１６の出力を受けるＤＣ−ＤＣコンバータ１８、ＭＴＴＰ制御をおこなう制御回路２０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の出力に接続されたインピーダンス２２を備える。制御モジュール１４の出力が１つのインバータ回路２４に入力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の太陽電池アレイから電力を出力する太陽電池システムに関するものである。

近年、化石燃料に代わる新エネルギーとして、ほとんど無尽蔵でクリーンな太陽光を電気に変える太陽電池の開発が盛んである。その中で、電力の取り出し効率を高めるために最大電力点追従（MPPT：Maximum Power Point Tracking）制御を利用した太陽電池システムがある（下記の特許文献１や非特許文献１など）。全ての太陽電池アレイに対して一括にＭＰＰＴ制御をおこなうのではなく、個々の太陽電池アレイに対しておこなっている。

しかし、ＭＰＰＴ制御を太陽電池アレイごとにおこなったとしても、太陽電池アレイごとの電力は最大であるが、それらの電力が合成されたときのことも考慮する必要がある。そのため、ＭＰＰＴ制御をおこなう制御回路が、出力後のインバータに太陽電池アレイの電力の情報を送り、インバータのスイッチングを制御している。ＭＰＰＴ制御が複雑になっている。ＭＰＰＴ制御をおこなうための回路が複雑になり、高価になるおそれもある。

特開平７−３０２１３０号公報 http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2010/pr20100614/pr20100614.html

本発明の目的は、回路構成を簡単にして、電力の取り出し効率の高い太陽電池システムを提供することにある。

本発明の太陽電池システムは、複数の太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイごとに備えられた制御モジュールと、前記制御モジュールとは独立して動作し、複数の制御モジュールの出力を受けて直流電力を交流電力に変換するインバータ回路とを備える。

前記制御モジュールは、前記太陽電池アレイの出力電圧および出力電流を計測する電力計測回路と、スイッチング素子を備え、スイッチングによって前記太陽電池アレイの直流電力を最大出力にするＤＣ−ＤＣコンバータと、前記電力計測回路で計測した電圧と電流のＶＩ特性の変動から、ＤＣ−ＤＣコンバータの直流電力の最大出力を求め、該最大出力となるようにスイッチング素子をスイッチングする制御回路とを備える。

太陽電池アレイの出力電圧と電流が電力計測回路で計測され、そのＶＩ特性から制御回路が最大電力点を求める。制御回路は、求めた最大電力点になるようにＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子を制御する。ＤＣ−ＤＣコンバータの出力は最大電力となっており、その最大電力を受けて電圧と電流とが反比例する。

前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、出力電圧を一定電圧にするフィードバック制御をせずに、制御回路からスイッチングがおこなわれる。前記制御回路は、インバータ回路に通信接続されず、制御回路とインバータ回路とが独立動作する。

前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力にインピーダンスが接続されている。インピーダンスは、電解コンデンサを含む。

本発明によると、各制御モジュールの最大電力が出力されており、インバータ回路から出力される電力は最大になる。ＤＣ−ＤＣコンバータはフィードバック制御をおこなわず、また制御回路とインバータとが通信をおこなわず、複雑な回路構成とはならない。そのため、安価に太陽電池システムを構成することができる。

本発明の太陽電池システムの構成を示すブロック図である。 太陽電池アレイのＶＩ特性を示す図である。 電圧と電流とが反比例された特性を示す図である。

本発明の太陽電池システムについて図面を使用して説明する。

図１に示す太陽電池システム１０は、複数の太陽電池アレイ１２が備えられている。太陽電池アレイ１２ごとに制御モジュール１４が構成される。各太陽電池アレイ１２は、例えば約５０〜１００Ｗの出力である。制御モジュール１４同士は、直列、並列、または直列と並列を組み合わせて接続する。

制御モジュール１４は、太陽電池アレイ１２に接続された電力計測回路１６、電力計測回路１６の出力を受けるＤＣ−ＤＣコンバータ１８、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８を制御する制御回路２０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の出力に接続されたインピーダンス２２を備える。

電力計測回路１６は、太陽電池アレイ１２の出力電圧および出力電流を計測する回路である。電力計測回路１６は、電圧計と電流計が含まれる。計測された出力電圧および出力電流は制御回路２０に入力される。電流値は、シャント抵抗などで電流を測定し、電流値に応じた電圧値に変換し、その電圧値を制御回路２０で利用しても良い。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は、太陽電池アレイ１２が出力した直流電力の値を変換する回路である。ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は、スイッチング素子を備える。スイッチング素子が制御回路２０によってスイッチングされる。このスイッチングによって太陽電池アレイ１２の直流電力が最大出力になるようにする。スイッチング素子としては、例えばパワーＭＯＳＦＥＴが挙げられる。パワーＭＯＳＦＥＴのゲートにパルスが入力されて、スイッチングされる。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８には、リアクトルを設け、スイッチング素子のスイッチングによって、電気エネルギーの蓄電と放電をおこなう。さらに、ダイオードを介してインピーダンス２２に最大電力を出力するようにする。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は、出力電圧を一定電圧にするためのフィードバック制御をおこなわない。ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は独立制御され、スイッチング素子を制御するための制御回路２０を単純にすることができる。

制御回路２０は、電力計測回路１６で計測された電圧と電流のＶＩ特性の変化を検出し、このＶＩ特性における最大電力点を検出する（図２）。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の出力がこの最大電力点になるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８のスイッチング素子に対してパルス幅変調（PWM：Pulse Width Modulation）されたパルスを入力する。すなわち、制御回路２０はＭＰＰＴ制御をおこなう回路であり、制御モジュール１４ごとにＭＰＰＴ制御をおこなっている。各太陽電池アレイ１２への光量が変化しても、その光量において最大電力となるように制御される。

制御回路２０の制御によって、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の出力は、太陽電池アレイ１２のＶＩ特性における電圧と電流との関係が反比例する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の出力は、電圧と電流の関係が図２から図３になる。図３では、どの値がインバータ回路２４に入力されても最大電力となる。

図３においては、光量の異なる特性が示されているが、４つの太陽電池アレイ１２への光量が図３のようにそれぞれ異なるとする。制御モジュール１４が直列接続されている場合、直列動作点を選択すれば各制御モジュール１４の電流値は同じになる。制御モジュール１４が並列接続されている場合、並列動作点を選択すれば各制御モジュール１４の電圧値は同じになる。電圧値または電流値の一方によって他方が決定されるが、上記のように図３においては、決定された電圧値と電流値とから得られる電力は最大値である。最大電力がインバータ回路２４に入力される。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の出力にインピーダンス２２が接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の出力に含まれる交流成分を除去する働きがある。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の出力が変化する時間を長くし、変化率を小さくできる。安全範囲で長く動作させることができる。

インピーダンス２２としては、例えば、２．２μＦ、２００Ｖの電解コンデンサが挙げられる。電解コンデンサの＋端子がＤＣ−ＤＣコンバータ１８の出力に接続され、−端子がアース電位になるようにする。

直列、並列、または直並列に接続された複数の制御モジュール１４の出力が１つのインバータ回路２４に入力される。上述したように、制御モジュール１４がどのように直列または並列に接続されても、各制御モジュール１４の最大電力をインバータ回路２４に入力することができる。

インバータ回路２４は、直流電力を交流電力に変換する。インバータ回路２４はスイッチング素子やスイッチングを制御する回路を備え、スイッチングによって交流電力を出力する。インバータ回路２４は、制御回路２０と通信接続されていず、制御回路２０に対して独立して駆動する。インバータ回路２４は、入力に対して所定の電力を出力するように駆動する。このため従来のように入力電圧範囲の広い設計ではなく、固定入力電圧設計が出来る。この効果によりインバータ回路２４の構成が簡単になり、低価格化が容易になる。

以上のように、本発明は各制御モジュール１４の最大電力が出力されており、インバータ回路２４から出力される電力は最大になる。ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の出力のフィードバックをおこなっていず、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８への制御か簡単である。制御回路２０とインバータ回路２４とが通信によって最大電力を出力するような複雑な構成にはなっていず、制御回路２０とインバータ回路２４とが互いに独立して動作するため、構成が単純になる。そのため、安価に太陽電池システム１０を構成することができる。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

１０：太陽電池システム
１２：太陽電池アレイ
１４：制御モジュール
１６：電力計測回路
１８：ＤＣ−ＤＣコンバータ
２０：制御回路
２２：インピーダンス
２４：インバータ回路

Claims (2)

1. 複数の太陽電池アレイと、
   前記太陽電池アレイごとに備えられた制御モジュールと、
   前記制御モジュールとは独立して動作し、複数の制御モジュールの出力を受けて直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
   を備えた太陽電池システムであって、
   前記制御モジュールが、
   前記太陽電池アレイの出力電圧および出力電流を計測する電力計測回路と、
   スイッチング素子を備え、スイッチングによって前記太陽電池アレイの直流電力を最大出力にするＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記電力計測回路で計測した電圧と電流のＶＩ特性の変動から、ＤＣ−ＤＣコンバータの直流電力の最大出力を求め、該最大出力となるようにスイッチング素子をスイッチングする制御回路と、
   を備え、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータが、該ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を一定電圧にするフィードバック制御をせずに、制御回路からスイッチングがおこなわれ、
   前記制御回路とインバータ回路とが独立して動作する
   太陽電池システム。
2. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力に接続されたインピーダンスを備えた請求項１の太陽電池システム。

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