JP2013198385A - 光発電システム、移動体、光発電システムにおける電力制御方法、およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗損を低減して電力取り出し効率を向上させる光発電システム、光発電システムを搭載した移動体、光発電システムの電力制御方法、および光発電システムにおける電力制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを提供する。
【解決手段】光発電システム１は、複数の光発電素子を内蔵する光発電モジュール１０と、光発電モジュール１０の出力を電力変換する電力変換部２０とを有する電力生成部５を複数備え、複数の電力生成部５は、直列に接続されている。電力変換部２０（電力生成部（１））、・・・、電力変換部２０（電力生成部（ｎ））から出力される直列電圧Ｖｓ１、・・・、直列電圧Ｖｓｎの調整は、電力変換部２０に対するシステム制御部３０からの制御信号によって実行される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光発電素子を内蔵する光発電モジュールの出力を電力変換する電力変換部を有する電力生成部を複数備える光発電システム、光発電システムを搭載した移動体、光発電システムにおける電力制御方法、光発電システムにおける電力制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムに関する。

光発電の技術の進展に伴い、光発電による大電力の発電が要求されるようになっている。また、大電力を実現するときの障害となる出力の低下について、接続関係、配置関係、日陰対策に関する種々の提案がされている（例えば、特許文献１ないし特許文献４参照。）。

また、従来の太陽電池モジュールでは、大電力を発生させるために、複数の太陽電池モジュールを直列に接続するか、並列に接続するかのいずれかによって大電力を生成していた。

特開平７−２１７０８７号公報 特開２００１−３６１２５号公報 特開２００１−１１１０８３号公報 特開２００２−２３７６１２号公報

しかしながら、太陽電池モジュールを直列に接続した場合は、直列に流れる電流が太陽光の照射条件によって規定され、直列構成の一部に日陰が生じた場合、発電しない状態の太陽電池モジュールが発生し、直列構成の全体に影響を及ぼすことから、結果として全体の発電電力が抑制されるという課題があり、また、直列接続が長くなるほど、直列経路での電流による抵抗損が大きくなるという課題があった。

他方、太陽電池モジュールを並列に接続した場合は、低電圧大電流の構成となることから送電時における電流経路での抵抗損が大きくなり、対策として低電圧を高電圧に変換する必要が生じるという課題があった。

また、従来技術では、照射光のばらつきに対して太陽電池モジュールの配置を変更する程度の対策が採られているが、効果的な対策となっていないのが実態である（例えば、特許文献１ないし特許文献４参照。）。

また、太陽電池モジュールにおける太陽電池（光発電素子）の接続形態は、直列接続あるいは並列接続のいずれかに限られていた。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、複数の光発電素子を内蔵する光発電モジュールと、光発電モジュールの出力を電力変換する電力変換部とを有する電力生成部を複数備える光発電システムにおいて、電力生成部を直列に接続することによって、電力生成部に流れる直列電流を抑制して直列電圧を制御し、電力生成部の電流経路における抵抗損を低減して電力取り出し効率を向上させる光発電システムを提供することを目的とする。併せて、日陰対策を施した光発電モジュールを備える光発電システムを提供することを他の目的とする。

また、本発明は、本発明に係る光発電システムを適用した移動体とすることによって、光の照射状況による影響を抑制して電力効率を向上させた移動体を提供することを他の目的とする。

また、本発明は、本発明に係る光発電システムの電力制御方法において、電力変換部から出力させる直列電流を算出するステップと、電力変換部から出力させる直列電圧を算出するステップと、電力変換部の直列電圧を制御する制御信号を電力変換部へ供給するステップとを備えることによって、電力生成部の電流経路における抵抗損を低減して電力取り出し効率を向上させる光発電システムにおける電力制御方法を提供することを他の目的とする。

また、本発明は、本発明に係る光発電システムにおける電力制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムにおいて、電力変換部から出力させる直列電流を算出するステップと、電力変換部から出力させる直列電圧を算出するステップと、電力変換部の直列電圧を制御する制御信号を電力変換部へ供給するステップとを備えることによって、電力生成部の電流経路における抵抗損を低減して電力取り出し効率を向上させる光発電システムにおける電力制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを提供することを他の目的とする。

本発明に係る光発電システムは、複数の光発電素子を内蔵する光発電モジュールと、前記光発電モジュールの出力を電力変換する電力変換部とを有する電力生成部を複数備える光発電システムであって、複数の前記電力生成部は、直列に接続されてあり、前記光発電モジュールの電力・電圧特性を取得する電力・電圧特性取得部と、取得した前記電力・電圧特性に基づいて前記電力変換部から出力させる直列電流を算出する直列電流算出部と、前記直列電流および前記電力・電圧特性に基づいて前記電力変換部から出力させる直列電圧を算出する直列電圧算出部と、前記電力変換部の前記直列電圧を制御する制御信号を前記電力変換部へ供給する制御信号供給部とを備えることを特徴とする。

したがって、本発明に係る光発電システムは、光発電モジュールおよび電力変換部を有する電力生成部を直列に接続した状態で電力生成部（電力変換部）に流す電流である直列電流を光発電モジュールの電力・電圧特性に基づいて算出する直列電流算出部と、直列電流および電力・電圧特性に基づいて電力生成部（電力変換部）から出力させる電圧である直列電圧を算出する直列電圧算出部と、電力変換部の直列電圧を制御する制御信号を電力変換部へ供給する制御信号供給部を備えることから、直列に接続された電力生成部に流れる直列電流を抑制して直列電圧を制御できるので、電力生成部の電流経路における抵抗損を低減して電力取り出し効率を向上させる。

また、本発明に係る光発電システムでは、前記電力変換部は、前記制御信号によって昇圧動作または降圧動作を行うことを特徴とする。

したがって、本発明に係る光発電システムは、設定された直列電流および電力・電圧特性に基づいて算出された直列電圧を確実に生成することができ、設定された直列電流を容易に出力することができる。

また、本発明に係る光発電システムでは、前記直列電流算出部は、前記電力・電圧特性における最大電力点での電流値である最大電力電流値を前記電力変換部の全てについて抽出し、前記最大電力電流値の平均値を前記直列電流とすることを特徴とする。

したがって、本発明に係る光発電システムは、電力・電圧特性における最大電力点での電流値である最大電力電流値の平均値を直列電流とすることから、直列電流が大きな値となることを抑制し、また、電力変換部における昇圧および降圧の均衡を図ることが可能となるので、効率的な電力の取り出しを実現する。

また、本発明に係る光発電システムでは、前記直列電流算出部は、前記電力・電圧特性における最大電力点での電流値である最大電力電流値を前記電力変換部の全てについて抽出し、前記最大電力電流値の最小値を前記直列電流とすることを特徴とする。

したがって、本発明に係る光発電システムは、全ての電力・電圧特性について最大電力点での電流値である最大電力電流値を算出して求めた最小値を直列電流とすることから、直流経路での直列電流による抵抗損を容易にかつ確実に抑制することができる。

また、本発明に係る光発電システムでは、前記光発電モジュールは、前記光発電素子を直列に接続した複数の直列部と、前記複数の直列部の両端を並列接続した並列接続端と、前記複数の直列部における同一の直列段に接続された前記光発電素子を互いに並列に接続する並列接続線とを備えることを特徴とする。

したがって、本発明に係る光発電システムは、光発電素子のそれぞれが他の光発電素子に対して並列接続線を介して直並列に接続されることから、日陰によって一部の光発電素子に非発電状態が生じた場合でも、日陰の影響を抑制して全体としての発電状態を確保し、電力取り出し効率を向上し、全体での発電効率を向上することができる。

また、本発明に係る光発電システムでは、前記光発電モジュールは、前記光発電素子のレイアウトパターンでの配置状態が前記光発電素子の電気的な接続関係を示す等価回路での配置状態とは異なる分散した配置とされていることを特徴とする。

したがって、本発明に係る光発電システムは、光発電素子のそれぞれが直並列に接続されることに加えて光発電素子のレイアウトパターンが光発電素子の等価回路での配置状態とは異なる分散した配置とされていることから、日陰によって一部の光発電素子に非発電状態が生じた場合でも、日陰の影響を更に抑制して全体としての発電状態を更に確保し、電力取り出し効率を更に向上し、全体での発電効率を更に向上することができる。

また、本発明に係る光発電システムでは、前記電力生成部のそれぞれは、相互に並列に接続された前記電力変換部をＮ個備えてあり、前記制御信号供給部は、２π／Ｎ（ｒａｄ）の位相差を有する前記制御信号でＮ個の前記電力変換部を制御する構成とされていることを特徴とする。

したがって、本発明に係る光発電システムは、相互に並列接続された複数の電力変換部を光発電モジュールに対して接続し、制御信号供給部からの２π／Ｎ（ｒａｄ）の位相差を有する制御信号によって電力変換部を時分割で動作させることから、電力変換部から生じるリップル電流を低減するので、電力変換部で必要となる出力用の平滑コンデンサの容量を抑制して小型化することが可能となる。つまり、光発電システムは、電力変換部の平滑コンデンサに汎用部品を適用して電力変換部の回路面積を小さくするので、システムの小型化、低コスト化が可能となる。

また、本発明に係る光発電システムでは、前記光発電モジュールは、前記電力生成部のそれぞれにおいて複数並列に接続されていることを特徴とする。

したがって、本発明に係る光発電システムは、複数の光発電モジュールを並列に接続していることから、容易に、かつ安定的に大電力を確保することが可能となる。

また、本発明に係る移動体は、光発電システムを搭載した移動体であって、前記光発電システムは、本発明に係る光発電システムであることを特徴とする。

したがって、本発明に係る移動体は、電力効率の高い光発電システムを搭載することから、光の照射状況による影響を抑制して電力効率を向上させることができる。

また、本発明に係る光発電システムにおける電力制御方法は、複数の光発電素子を内蔵する光発電モジュールと、光発電モジュールの出力を電力変換する電力変換部とを有する電力生成部を複数備える光発電システムにおける電力制御方法であって、複数の前記電力生成部は、直列に接続されてあり、前記光発電モジュールのそれぞれの電力・電圧特性を電力・電圧特性取得部によって取得するステップと、取得した前記電力・電圧特性に基づいて前記電力変換部から出力させる直列電流を直列電流算出部によって算出するステップと、前記直列電流および前記電力・電圧特性に基づいて前記電力変換部から出力させる直列電圧を直列電圧算出部によって算出するステップと、前記電力変換部の前記直列電圧を制御する制御信号を制御信号供給部によって前記電力変換部へ供給するステップとを備えることを特徴とする。

したがって、本発明に係る光発電システムにおける電力制御方法は、直列電流を算出するステップと、直列電圧を算出するステップと、直列電圧を制御する制御信号を電力変換部へ供給するステップとを備えることから、直列に接続された電力生成部に流れる直列電流を抑制して直列電圧を制御できるので、電力生成部の電流経路における抵抗損を低減して電力取り出し効率を向上させる。

また、本発明に係る光発電システムにおける電力制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムは、複数の光発電素子を内蔵する光発電モジュールと、光発電モジュールの出力を電力変換する電力変換部とを有する電力生成部を複数備える光発電システムにおける電力制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、複数の前記電力生成部は、直列に接続されてあり、前記光発電モジュールのそれぞれの電力・電圧特性を電力・電圧特性取得部に取得させるステップと、取得した前記電力・電圧特性に基づいて前記電力変換部から出力させる直列電流を直列電流算出部に算出させるステップと、前記直列電流および前記電力・電圧特性に基づいて前記電力変換部から出力させる直列電圧を直列電圧算出部に算出させるステップと、前記電力変換部の前記直列電圧を制御する制御信号を制御信号供給部に前記電力変換部へ供給させるステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。

したがって、本発明に係る光発電システムにおける電力制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムは、直列電流を算出するステップと、直列電圧を算出するステップと、直列電圧を制御する制御信号を電力変換部へ供給するステップとを備えることから、直列に接続された電力生成部に流れる直列電流を抑制して直列電圧を制御できるので、電力生成部の電流経路における抵抗損を低減して電力取り出し効率を向上させる。

本発明に係る光発電システムは、取得した電力・電圧特性に基づいて電力変換部から出力させる直列電流を算出する直列電流算出部と、直列電流および電力・電圧特性に基づいて電力変換部から出力させる直列電圧を算出する直列電圧算出部と、電力変換部の直列電圧を制御する制御信号を電力変換部へ供給する制御信号供給部とを備える。

したがって、本発明に係る光発電システムは、直列に接続された電力生成部に流れる直列電流を抑制して直列電圧を制御できるので、電力生成部の電流経路における抵抗損を低減して電力取り出し効率を向上させるという効果を奏する。

また、本発明に係る移動体は、本発明に係る光発電システムを備える。

したがって、本発明に係る移動体は、光の照射状況による影響を抑制して電力効率を向上させることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る光発電システムの電力制御方法は、直列電流を算出するステップと、直列電圧を算出するステップと、直列電圧を制御する制御信号を電力変換部へ供給するステップとを備える。

したがって、本発明に係る光発電システムの電力制御方法は、直列に接続された電力生成部に流れる直列電流を抑制して直列電圧を制御できるので、電力生成部の電流経路における抵抗損を低減して電力取り出し効率を向上させるという効果を奏する。

また、本発明に係る光発電システムにおける電力制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムは、直列電流を算出するステップと、直列電圧を算出するステップと、直列電圧を制御する制御信号を電力変換部へ供給するステップとを備える。

したがって、本発明に係る光発電システムにおける電力制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムは、直列に接続された電力生成部に流れる直列電流を抑制して直列電圧を制御できるので、電力生成部の電流経路における抵抗損を低減して電力取り出し効率を向上させるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る光発電システムの概略構成をブロックで示すブロック図である。 図１に示した光発電システムが備えるシステム制御部の概略を機能ブロックで示すブロック図である。 図１に示した光発電システムが備える光発電モジュールの発電状態（最大電力点）と、直列電流Ｉｓを最大電力電流値の平均値に揃えたときの電力変換部の出力データ（直列電圧および直列電流）を示すデータ図表である。 図１に示した光発電システムが備える光発電モジュールの発電状態（最大電力点）と、直列電流を最大電力電流値の最小値に揃えたときの電力変換部の出力データ（直列電圧および直列電流）を示すデータ図表である。 図１に示した光発電システムが備える電力変換部の具体的な回路例を示す回路図である。 図４に示した電力変換部が昇圧動作を実行するときのスイッチング素子の動作状態を示す動作波形図である。 図４に示した電力変換部が降圧動作を実行するときのスイッチング素子の動作状態を示す動作波形図である。 図４に示した電力変換部が備える電流・電圧検出部と図３に示したシステム制御部が備える電流・電圧データ入力部との信号レベルを整合するアイソレーションアンプの概略を示す模式図である。 図４に示した電力変換部が備える制御信号受信部と図３に示したシステム制御部の制御信号供給部との信号レベルを整合するフォトカプラ２５の概略を示す模式図である。 図１に示した光発電システムにおける処理フローを示すフローチャートである。 図１に示した光発電システムが備える光発電モジュールの構成例を示す模式図である。 図８Ａに示した光発電モジュールの作用を説明するために抽出した光発電素子の等価回路と日陰との関係を示す模式図である。 図８Ｂに示した光発電モジュールの等価回路に対応する光発電素子のレイアウトパターンと日陰との関係を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係る光発電システムの概略構成をブロックで示すブロック図である。 図９に示した光発電システムが備える光発電モジュールの接続構成例を示す模式図である。 図９に示した光発電システムが備える電力変換部が昇圧動作を実行するときのスイッチング素子の動作状態を示す動作波形図である。 図１１Ａに示した電力変換部の昇圧動作による出力状態（電流波形）を示す動作波形図である。 図９に示した光発電システムが備える電力変換部が降圧動作を実行するときのスイッチング素子の動作状態を示す動作波形図である。 本発明に係る実施の形態３に係る移動体が搭載する光発電システムの搭載状態を概念的に示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

＜実施の形態１＞
図１ないし図８Ｃを参照して、本実施の形態に係る光発電システム１、光発電システム１における電力制御方法、および光発電システム１における電力制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムについて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る光発電システム１の概略構成をブロックで示すブロック図である。

本実施の形態に係る光発電システム１は、複数の光発電素子１１（図８Ａ参照）を内蔵する光発電モジュール１０と、光発電モジュール１０の出力を電力変換する電力変換部２０とを有する電力生成部５を複数備え、複数の電力生成部５は、直列に接続されている。なお、複数の電力生成部５は、図では、電力生成部５（電力生成部（１））、・・・、電力生成部５（電力生成部５（ｎ））として示されている。以下、複数の電力生成部５を特に区別する必要が無いときは、単に電力生成部５として示す。

直列に接続されている電力生成部５（電力変換部２０）のそれぞれの出力は次のとおりの符号で示される。電力生成部５（電力生成部（１））の出力は、電圧が直列電圧Ｖｓ１、電流が直列電流Ｉｓ１であり、電力生成部５（電力生成部（２））の出力は、電圧が直列電圧Ｖｓ２、電流が直列電流Ｉｓ２であり、・・・、電力生成部５（電力生成部（ｎ））の出力は、電圧が直列電圧Ｖｓｎ、電流が直列電流Ｉｓｎである。

なお、電力生成部５は、直列に接続されていることから、直列電流Ｉｓ１＝直列電流Ｉｓ２＝・・・＝直列電流Ｉｓｎ＝直列電流Ｉｓとなり、各電力生成部５における出力電流は共通の値（直列電流Ｉｓ）となる。他方、電力生成部５の出力電圧は、各光発電モジュール１０の発電状態、電力変換部２０での電力変換状態によって異なり、光発電システム１の全体での出力電圧である直列電圧Ｖｓ（ΣＶｓ）は、直列電圧Ｖｓ＝（直列電圧Ｖｓ１＋直列電圧Ｖｓ２＋・・・＋直列電圧Ｖｓｎ）＝ΣＶｓとなる。

なお、以下では、直列電流Ｉｓ１、・・・、直列電流Ｉｓｎを特に区別する必要が無い場合は、単に直列電流Ｉｓとすることがある。また、直列電圧Ｖｓ１、・・・、直列電圧Ｖｓｎを特に区別する必要が無い場合は、単に直列電圧Ｖｓとすることがある。

電力変換部２０（電力生成部（１））、電力変換部２０（電力生成部（２））、・・・、電力変換部２０（電力生成部（ｎ））から出力される直列電圧Ｖｓ１、直列電圧Ｖｓ２、・・・、直列電圧Ｖｓｎの調整は、電力変換部２０に対するシステム制御部３０（制御信号供給部３８：図２参照）からの制御信号Ｓｇｃ（図４参照）によって実行される（詳細は、図２以降で説明する）。

なお、光発電モジュール１０は、例えば太陽電池モジュールであり、電力変換部２０は、例えば昇圧制御、降圧制御が可能な昇圧・降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータである。

図２は、図１に示した光発電システム１が備えるシステム制御部３０の概略を機能ブロックで示すブロック図である。

光発電システム１は、システム制御部３０を備え、システム制御部３０は、電力変換部２０の動作を制御する。システム制御部３０は、全体を制御する制御部３１と、電力変換部２０の電流および電圧が入力される電流・電圧データ入力部３２と、光発電モジュール１０に対するＭＰＰＴ制御を施すＭＰＰＴ制御部３３と、光発電モジュール１０の電力・電圧特性を取得する電力・電圧特性取得部３４と、取得した電力・電圧特性を記憶する電力・電圧特性記憶部３５とを備える。

更に、システム制御部３０は、取得した電力・電圧特性に基づいて、直列接続された電力生成部５（電力変換部２０）から出力させる電流である直列電流Ｉｓを算出する直列電流算出部３６と、算出した直列電流Ｉｓおよび取得した電力・電圧特性に基づいて、電力変換部２０から出力させる直列電圧Ｖｓを算出する直列電圧算出部３７と、電力変換部２０の出力が算出された直列電圧Ｖｓとなるように電力変換部２０を制御する制御信号Ｓｇｃを電力変換部２０へ供給する制御信号供給部３８とを備える。

なお、電力変換部２０には、電力変換部２０の電流および電圧を検出する電流・電圧検出部２９が連結されている。電力変換部２０が検出した電力変換部２０の電圧、電流は、電流・電圧データ入力部３２へ入力される。

つまり、光発電システム１（システム制御部３０）は、複数の光発電素子１１を内蔵する光発電モジュール１０と、光発電モジュール１０の出力を電力変換する電力変換部２０とを有する電力生成部５を複数備える光発電システム１であって、複数の電力生成部５は、直列に接続されてあり、光発電モジュール１０の電力・電圧特性を取得する電力・電圧特性取得部３４と、取得した電力・電圧特性に基づいて電力変換部２０から出力させる直列電流Ｉｓを算出する直列電流算出部３６と、直列電流Ｉｓおよび電力・電圧特性に基づいて電力変換部２０から出力させる直列電圧Ｖｓを算出する直列電圧算出部３７と、電力変換部２０の直列電圧Ｖｓを制御する制御信号Ｓｇｃを電力変換部２０へ供給する制御信号供給部３８とを備える。

したがって、本実施の形態に係る光発電システム１は、光発電モジュール１０および電力変換部２０を有する電力生成部５を直列に接続した状態で電力生成部５（電力変換部２０）に流す電流である直列電流Ｉｓを光発電モジュール１０の電力・電圧特性に基づいて算出する直列電流算出部３６と、直列電流Ｉｓおよび電力・電圧特性に基づいて電力生成部５（電力変換部２０）から出力させる電圧である直列電圧Ｖｓを算出する直列電圧算出部３７と、電力変換部２０の直列電圧Ｖｓを制御する制御信号Ｓｇｃを電力変換部２０へ供給する制御信号供給部３８を備えることから、直列に接続された電力生成部５に流れる直列電流Ｉｓを抑制して直列電圧Ｖｓを制御できるので、電力生成部５の電流経路における抵抗損を低減して電力取り出し効率を向上させる。

なお、システム制御部３０の動作（機能）は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央処理装置）で構成される制御部３１によって制御され、電流・電圧データ入力部３２、ＭＰＰＴ制御部３３、電力・電圧特性取得部３４、電力・電圧特性記憶部３５、直列電流算出部３６、直列電圧算出部３７、制御信号供給部３８は、制御部３１に予めインストールされたコンピュータプログラムによって規定された動作を実行する。

ＭＰＰＴ制御部３３は、それぞれの電力生成部５に対してＭＰＰＴ制御を施し、最大電力点ＭＰＰでの電圧、電流、および電力を抽出する。直列に接続された他の電力生成部５は、予めコンピュータプログラムによってバイパス処理が施される。バイパス処理は、例えばシステム制御部３０が備えるスイッチング素子Ｔｒ５（図４参照）をオン状態とし、他のスイッチング素子Ｔｒ１ないしスイッチング素子Ｔｒ４（図４参照）をオフ状態とすることによって実行される。

電流・電圧検出部２９は、電力生成部５が備える電力変換部２０の出力（電圧、電流）が検出できれば良く、電力生成部５（電力変換部２０）の内部、あるいは外部のいずれに配置されても良い。

図３Ａは、図１に示した光発電システム１が備える光発電モジュール１０の発電状態（最大電力点ＭＰＰ）と、直列電流Ｉｓを最大電力電流値Ｉｍｐの平均値に揃えたときの電力変換部２０の出力データ（直列電圧Ｖｓおよび直列電流Ｉｓ）を示すデータ図表である。

システム制御部３０は、それぞれの光発電モジュール１０に対してＭＰＰＴ制御部３３および電力・電圧特性取得部３４を適用してＭＰＰＴ（最大電力点追従）制御を施すことによって最大電力点ＭＰＰでの発電状態を測定し、電力・電圧特性を取得する。電圧および電流は、電流・電圧検出部２９によって検出され、検出された電圧および電流は、電流・電圧データ入力部３２へ入力され、電力・電圧特性取得部３４によって発電状態（電圧、電流、出力（電力））が把握される。

データ図表の「番号」欄は、電力生成部５が備える光発電モジュール１０に対応する。「ＰＭ１」は、電力生成部５（電力生成部（１））が備える光発電モジュール１０であり、「ＰＭ２」は、電力生成部５（電力生成部（２））が備える光発電モジュール１０であり、「ＰＭｎ」は、電力生成部５（電力生成部（ｎ））が備える光発電モジュール１０である。

「電力・電圧特性データ」欄は、各光発電モジュール１０の「電圧（Ｖ）」、「電流（Ａ）」および電圧×電流によって算出された「出力（Ｗ）」の数値が例示される。それぞれの光発電モジュール１０の受光状況に応じて出力状態（出力（Ｗ））は異なっている。また、光発電モジュール１０が有する機能（図８Ａ〜図８Ｃ参照）から、「電圧（Ｖ）」は、同一の電圧（例えば４Ｖ）が得られている。

直列電流算出部３６は、番号ＰＭ１、・・・、番号ＰＭｎの最大電力電流値Ｉｍｐ（「電力・電圧特性データ」欄の「電流（Ａ）」欄に相当）の全てを抽出した後、例えば「平均値」を算出（抽出）して直列電流Ｉｓとして確定する。図３Ａの場合は、例えば直列電流Ｉｓ＝６Ａとして示す。直列に接続された電力生成部５（電力変換部２０）を共通に流れる電流であるから、全ての電力変換部２０について同一の値とされる。

直列電流Ｉｓが定まると、直列電圧算出部３７は、光発電モジュール１０が最大電力点ＭＰＰで出力する電力（「電力・電圧特性データ」の「出力」欄に相当）を直列電流Ｉｓで除算することによって直列電圧Ｖｓを求める。例えば、番号ＰＭ１の場合は、直列電流Ｉｓ＝６Ａ、出力７２Ｗであるから、直列電圧Ｖｓ＝７２Ｗ／６Ａ＝１２Ｖとして算出される。

したがって、直列電流Ｉｓを大きい電流（例えば番号ＰＭ１の１８Ａ）に対して低い値となる平均値とすることから、光発電システム１の出力状態を高電圧低電流の形態にすることができる。

「電力・電圧特性データ」欄における「電流（Ａ）」欄の電流が直列電流Ｉｓに対して大きい場合は、電流を直列電流Ｉｓへ低減する代わりに電圧を昇圧することで電力の同一性を保持し、また、「電力・電圧特性データ」欄における「電流（Ａ）」欄の電流が直列電流Ｉｓに対して小さい場合は、電流を直列電流Ｉｓへ増加する代わりに電圧を降圧することで電力の同一性を保持する。なお、本実施の形態では、電力変換部２０における電力損失は無いものと仮定して説明した。

電力変換部２０における昇圧および降圧の動作は、制御信号供給部３８（システム制御部３０）から電力変換部２０（制御信号受信部２２：図４参照）へ供給される制御信号Ｓｇｃによって制御される。電力変換部２０における昇圧および降圧の動作については、図５Ａおよび図５Ｂで詳細に説明する。

上記したとおり、本実施の形態に係る光発電システム１では、直列電流算出部３６は、電力・電圧特性における最大電力点ＭＰＰでの電流値である最大電力電流値Ｉｍｐを電力変換部２０（電力生成部５）の全てについて算出（抽出）し、最大電力電流値Ｉｍｐの平均値を直列電流Ｉｓとすることが好ましい。

したがって、本実施の形態に係る光発電システム１は、電力・電圧特性における最大電力点ＭＰＰでの電流値である最大電力電流値Ｉｍｐの平均値を直列電流Ｉｓとすることから、直列電流Ｉｓが大きな値となることを抑制し、また、電力変換部２０における昇圧および降圧の均衡を図ることが可能となるので、効率的な電力の取り出しを実現する。

図３Ｂは、図１に示した光発電システム１が備える光発電モジュール１０の発電状態（最大電力点ＭＰＰ）と、直列電流Ｉｓを最大電力電流値Ｉｍｐの最小値に揃えたときの電力変換部２０の出力データ（直列電圧Ｖｓおよび直列電流Ｉｓ）を示すデータ図表である。

基本的な説明は、図３Ａ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。

図３Ｂに示した直列電流Ｉｓは、最大電力電流値Ｉｍｐ（「電力・電圧特性データ」欄の「電流（Ａ）」欄に相当）の全てを抽出した後、例えば「最小値」を算出（抽出）して直列電流Ｉｓとして確定する。直列電流Ｉｓに対して直列電圧Ｖｓを算出する過程は図３Ａの場合（最大電力電流値Ｉｍｐの平均値を直列電流Ｉｓとした場合）と同様である。

また、直列電圧Ｖｓを制御するための電力変換部２０における昇圧および降圧の動作は、制御信号供給部３８（システム制御部３０）から電力変換部２０（制御信号受信部２２：図４参照）へ供給される制御信号Ｓｇｃによって制御される。なお、直列電流Ｉｓは、最大電力電流値Ｉｍｐの最小値に統一されていることから、最小値より大きい最大電力電流値Ｉｍｐを生じた光発電モジュール１０に接続された電力変換部２０における制御は、電流を直列電流Ｉｓへ低減することから電圧を昇圧する「昇圧」動作である。

上記したとおり、本実施の形態に係る光発電システム１では、直列電流算出部３６は、電力・電圧特性における最大電力点ＭＰＰでの電流値である最大電力電流値Ｉｍｐを電力変換部２０の全てについて抽出し、最大電力電流値Ｉｍｐの最小値を直列電流Ｉｓとすることが好ましい。

したがって、本発明に係る光発電システム１は、全ての電力・電圧特性について最大電力点ＭＰＰでの電流値である最大電力電流値Ｉｍｐを算出して求めた最小値を直列電流Ｉｓとすることから、直流経路での直列電流Ｉｓによる抵抗損を容易にかつ確実に抑制することができる。

図４は、図１に示した光発電システム１が備える電力変換部２０の具体的な回路例を示す回路図である。

電力変換部２０は、光発電モジュール１０の出力が入力電圧Ｖｉｎとして入力される一対の入力端子Ｔｍと、入力端子Ｔｍの間に接続されて入力電圧Ｖｉｎを平滑化する平滑コンデンサＣ１と、入力端子Ｔｍの間に接続された分圧抵抗Ｒ１および分圧抵抗Ｒ２の直列回路と、直列電流Ｉｓおよび直列電圧Ｖｓが出力される一対の出力端子Ｔｏｕｔと、出力端子Ｔｏｕｔの間に接続されて直列電圧Ｖｓを平滑化する平滑コンデンサＣ２と、出力端子Ｔｏｕｔの間に接続された分圧抵抗Ｒ３および分圧抵抗Ｒ４の直列回路と、入力端子Ｔｍのプラス側と出力端子Ｔｏｕｔのプラス側とを接続する出力線２６と、入力端子Ｔｍのマイナス側と出力端子Ｔｏｕｔのマイナス側とを接続する基準線２７とを備える。

分圧抵抗Ｒ１および分圧抵抗Ｒ２の接続点と基準線２７との間で得られる電圧は、電源部２１の電源電圧とされ、電源部２１は、制御信号受信部２２および電流・電圧検出部２９の動作に必要な電力を供給する。

出力線２６には、スイッチング素子Ｔｒ１およびスイッチング素子Ｔｒ４が直列に挿入され、スイッチング素子Ｔｒ１は、入力端子Ｔｍの側でのスイッチングを実行し、スイッチング素子Ｔｒ４は、出力端子Ｔｏｕｔの側でのスイッチングを実行する。また、スイッチング素子Ｔｒ１とスイッチング素子Ｔｒ４との間には、チョークコイルＬｔが配置され、チョークコイルＬｔは、電力変換部２０におけるエネルギーの蓄積と放出を行うことで電流変化を抑制する誘導電流を流す。

スイッチング素子Ｔｒ１とチョークコイルＬｔとの間には、出力線２６および基準線２７に接続されたスイッチング素子Ｔｒ２が配置され、チョークコイルＬｔとスイッチング素子Ｔｒ４との間には、スイッチング素子Ｔｒ３が配置されている。分圧抵抗Ｒ３および分圧抵抗Ｒ４と並列にスイッチング素子Ｔｒ５が接続されている。

電力変換部２０は、スイッチング素子Ｔｒ５をオン状態、スイッチング素子Ｔｒ１ないしスイッチング素子Ｔｒ４をオフ状態とすることによって単なる電流経路を構成してバイパス機能を実行する。したがって、電力変換部２０は、昇圧動作および降圧動作とは関係の無い、一対の出力端子Ｔｏｕｔを短絡するスイッチング素子Ｔｒ５を備えることが好ましい。この構成によって、各電力変換部２０を必要に応じてバイパス処理（単なる電流経路に変更する処理）が可能となる。

制御信号受信部２２は、端子Ｔｇｃを介して制御信号供給部３８からの制御信号Ｓｇｃを受信し、スイッチング素子Ｔｒ１ないしスイッチング素子Ｔｒ５を制御する。なお、スイッチング素子Ｔｒ１ないしスイッチング素子Ｔｒ５は、例えばＭＯＳ電界効果トランジスタで構成され、スイッチング素子Ｔｒ１ないしスイッチング素子Ｔｒ５に対するオンオフ制御は、制御信号受信部２２からのゲート制御信号（制御信号Ｓｇｃ）によって実行される。制御信号Ｓｇｃの信号レベルとスイッチング素子Ｔｒ１ないしスイッチング素子Ｔｒ５に対する信号レベルとの相違に対する調整は、例えばフォトカプラ２５（図６Ｂ参照）によって施される。

電流・電圧検出部２９は、電力変換部２０が生成する直列電流Ｉｓおよび直列電圧Ｖｓを検出する。電力変換部２０に流れる直列電流Ｉｓは、基準線２７に配置された電流検出素子ＣＳによって検出される。電流検出素子ＣＳは、例えばホール素子で構成され、電流（直列電流Ｉｓ）を電圧に変換する。電流・電圧検出部２９は、電流検出素子ＣＳの検出結果を電流信号Ｓｃとして端子Ｔｖｃから電流・電圧データ入力部３２へ送信する。

また、電力変換部２０が発生する直列電圧Ｖｓは、分圧抵抗Ｒ３および分圧抵抗Ｒ４の接続点と基準線２７との間で得られる電圧に比例する。したがって、直列電圧Ｖｓは、分圧抵抗Ｒ３および分圧抵抗Ｒ４の接続点と基準線２７との間で得られる電圧（直列電圧Ｖｓの分圧値）によって検出される。電流・電圧検出部２９は、分圧抵抗Ｒ４と基準線２７との間で得られた検出結果を電圧信号Ｓｖとして端子Ｔｖｃから電流・電圧データ入力部３２へ送信する。

なお、電流・電圧検出部２９における電圧、電流のレベルと電流・電圧データ入力部３２のレベルとの相違に対する調整は、例えばアイソレーションアンプ（絶縁増幅器）２４（図６Ａ参照）によって施される。

電力変換部２０は、スイッチング素子Ｔｒ１を常時オン、スイッチング素子Ｔｒ２およびスイッチング素子Ｔｒ５を常時オフとして、スイッチング素子Ｔｒ３およびスイッチング素子Ｔｒ４を逆相でスイッチングすることによって昇圧動作を実行する（図５Ａ参照）。また、電力変換部２０は、スイッチング素子Ｔｒ４を常時オンとし、スイッチング素子Ｔｒ３およびスイッチング素子Ｔｒ５を常時オフとして、スイッチング素子Ｔｒ１およびスイッチング素子Ｔｒ２を逆相でスイッチングすることによって降圧動作を実行する（図５Ｂ参照）。

図５Ａは、図４に示した電力変換部２０が昇圧動作を実行するときのスイッチング素子Ｔｒ１〜スイッチング素子Ｔｒ５の動作状態を示す動作波形図である。

電力変換部２０（制御信号受信部２２）は、上記したとおり、スイッチング素子Ｔｒ１を常時オン、スイッチング素子Ｔｒ２およびスイッチング素子Ｔｒ５を常時オフとして、スイッチング素子Ｔｒ３およびスイッチング素子Ｔｒ４を逆相のオンオフ状態とすることによって昇圧動作を実行する。なお、スイッチング素子Ｔｒ３およびスイッチング素子Ｔｒ４が同時にオン状態とならないようにタイミングを調整する。

１周期Ｔに対してスイッチング素子Ｔｒ３がオンとなるオン周期Ｔｏｎの比率をα＝Ｔｏｎ／Ｔとしたとき、直列電圧Ｖｓ＝入力電圧Ｖｉｎ／（１−α）となる昇圧が実行される。なお、電力変換部２０における各回路部品における動作状態は周知のＤＣ−ＤＣコンバータの動作であるので詳細な説明は省略する。

図５Ｂは、図４に示した電力変換部２０が降圧動作を実行するときのスイッチング素子Ｔｒ１〜スイッチング素子Ｔｒ５の動作状態を示す動作波形図である。

電力変換部２０（制御信号受信部２２）は、上記したとおり、スイッチング素子Ｔｒ４を常時オン、スイッチング素子Ｔｒ３およびスイッチング素子Ｔｒ５を常時オフとして、スイッチング素子Ｔｒ１およびスイッチング素子Ｔｒ２を逆相のオンオフ状態とすることによって降圧動作を実行する。なお、スイッチング素子Ｔｒ１およびスイッチング素子Ｔｒ２が同時にオン状態とならないようにタイミングを調整する。

１周期Ｔに対してスイッチング素子Ｔｒ１がオンとなるオン周期Ｔｏｎの比率をβ＝Ｔｏｎ／Ｔとしたとき、直列電圧Ｖｓ＝β×入力電圧Ｖｉｎとなる降圧が実行される。なお、電力変換部２０における各回路部品における動作状態は周知のＤＣ−ＤＣコンバータの動作であるので詳細な説明は省略する。

上記したとおり、光発電システム１において、電力変換部２０（制御信号受信部２２）は、制御信号Ｓｇｃによって昇圧動作または降圧動作を行うことが好ましい。この構成によって、光発電システム１は、設定された直列電流Ｉｓおよび電力・電圧特性に基づいて算出された直列電圧Ｖｓを確実に生成することができ、設定された直列電流Ｉｓを容易に出力することができる。

図６Ａは、図４に示した電力変換部２０が備える電流・電圧検出部２９と図３に示したシステム制御部３０が備える電流・電圧データ入力部３２との信号レベルを整合するアイソレーションアンプ２４の概略を示す模式図である。

システム制御部３０は、デジタル信号に基づいて動作し、電力変換部２０は、電流、電圧というアナログ信号に基づいて動作する。したがって、デジタル信号とアナログ信号との間の整合性をとる必要がある。具体例として、電流・電圧検出部２９と電流・電圧データ入力部３２との間でのデータの送受信における電圧レベルの調整について示す。

電流・電圧検出部２９が扱うデータは、アナログ量としての電流値、電圧値であり、例えば電圧レベルはプラス側がＶｃｃ、マイナス側がＶｓｓとして現れる。また、電流・電圧データ入力部３２は、デジタル信号としての電圧レベルは例えばハイレベルがＶｄｄ、ローレベルがグランドレベルとして現れる。したがって、アイソレーションアンプ２４を介してアナログ信号系とデジタル信号系との相互干渉を解消する。電流・電圧検出部２９にアイソレーションアンプ２４を配置することによって、電力変換部２０とシステム制御部３０との間の電圧レベルの相違による不整合を解消することができ、アナログ量としての電圧信号Ｓｖ、電流信号Ｓｃをデジタル信号で動作する電流・電圧データ入力部３２へ入力することができる。

図６Ｂは、図４に示した電力変換部２０が備える制御信号受信部２２と図３に示したシステム制御部３０の制御信号供給部３８との信号レベルを整合するフォトカプラ２５の概略を示す模式図である。

システム制御部３０における制御信号供給部３８は、制御信号Ｓｇｃをデジタル信号として生成する。また、電力変換部２０における制御信号受信部２２は、電力変換部２０に応じた電圧レベルとして動作する。したがって、制御信号受信部２２は、フォトカプラ２５を介して供給されたデジタル信号（制御信号Ｓｇｃ）を電力変換部２０の電圧レベルに応じたアナログ信号へ変換して制御信号受信部２２を動作させる。

図７は、図１に示した光発電システム１における処理フローを示すフローチャートである。

上記したとおり、光発電システム１は、電力生成部５を直列に接続して比較的低い電流に抑制した状態で高電圧を出力することから、電流経路での消費電力を抑制することができる。電力生成部５を直列に接続して全体の電力調整（直列電流Ｉｓ、直列電圧Ｖｓの調整）をするときの処理フローをステップＳ２からステップＳ１６を参照して説明する。なお、ステップＳ２ないしステップＳ１６に係る電力制御方法は、システム制御部３０（制御部３１）に予めインストールされたコンピュータプログラムによって実行される。

ステップＳ２：
電力・電圧特性取得部３４は、複数の電力生成部５の内、いずれか一つを指定する。また、指定した電力生成部５についてカウント数Ｘとして処理を進める。

ステップＳ４：
電力・電圧特性取得部３４は、ＭＰＰＴ制御部３３を動作させて、指定した電力生成部５の電力変換部２０を動作させ、電力生成部５が備える光発電モジュール１０の電力・電圧特性を取得する。電力・電圧特性は、ＭＰＰＴ制御部３３によるＭＰＰＴ制御によって抽出される。本ステップは、光発電モジュール１０のそれぞれの電力・電圧特性を電力・電圧特性取得部３４によって取得するステップである。

また、電力・電圧特性取得部３４は、指定外の電力生成部５に対しては、バイパス制御を施す。バイパス制御は、電力変換部２０（スイッチング素子Ｔｒ５）をオン状態（一対の出力端子Ｔｏｕｔ間を短絡状態）とすることによって実行される。

ステップＳ６：
電力・電圧特性取得部３４は、取得した電力・電圧特性を電力・電圧特性記憶部３５に記憶させる。つまり、例えばフラッシュメモリで構成された電力・電圧特性記憶部３５は、電力・電圧特性を一時記憶する。

ステップＳ８：
電力・電圧特性取得部３４は、電力生成部５のカウント数Ｘをインクリメントする。したがって、電力・電圧特性取得部３４は、次の電力生成部５を選択することができる。

ステップＳ１０：
電力・電圧特性取得部３４は、カウント数Ｘがｎ（電力生成部５の全体の台数）以下か否かを判定する。カウント数Ｘがｎ以下の場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）は、ステップＳ２へ戻り、他の電力生成部５を指定し、ステップＳ２からステップＳ１０の処理を繰り返す。

カウント数がｎを越している場合（ステップＳ１０：ＮＯ）は、ステップＳ１２へ移行する。

ステップＳ１２：
全ての電力生成部５に対する電力・電圧特性の取得が終了した状態であるから、直列電流算出部３６は、電力・電圧特性記憶部３５に記憶された電力・電圧特性に基づいて、各電力生成部５（電力変換部２０）から出力させる直列電流Ｉｓを算出する。

直列電流算出部３６が算出する直列電流Ｉｓとしては、図３Ａ、図３Ｂで示したとおり、例えば、平均値、あるいは、最小値などがあり、適宜算出して設定される。

本ステップは、取得した電力・電圧特性に基づいて電力変換部２０から出力させる直列電流Ｉｓを直列電流算出部３６によって算出するステップである。

ステップＳ１４：
直列電流Ｉｓが算出された後、直列電圧算出部３７は、各電力生成部５（電力変換部２０）から出力させる直列電圧Ｖｓを算出する。直列電圧Ｖｓは、最大電力点ＭＰＰの電力を直列電流Ｉｓで除算することによって算出される。

本ステップは、直列電流Ｉｓおよび電力・電圧特性に基づいて電力変換部２０から出力させる直列電圧Ｖｓを直列電圧算出部３７によって算出するステップである。

ステップＳ１６：
各電力生成部５（電力変換部２０）から出力させる直列電流Ｉｓおよび直列電圧Ｖｓが算出された後、制御信号供給部３８は、直列電圧Ｖｓを制御する制御信号Ｓｇｃを各電力変換部２０（制御信号受信部２２）へ供給する。つまり、各電力変換部２０（電力生成部５）は、同時に制御され、直列電流Ｉｓを流した状態で、それぞれの直列電圧Ｖｓを出力する。

上記したとおり、ステップＳ２ないしステップＳ１６の処理フローによって光発電システム１における電力制御方法が実行される。また、ステップＳ２ないしステップＳ１６の処理フローによって光発電システム１における電力制御方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムが実行される。

本実施の形態に係る光発電システム１における電力制御方法は、複数の光発電素子１１を内蔵する光発電モジュール１０と、光発電モジュール１０の出力を電力変換する電力変換部２０とを有する電力生成部５を複数備える光発電システム１における電力制御方法であって、複数の電力生成部５は、直列に接続されてあり、光発電モジュール１０のそれぞれの電力・電圧特性を電力・電圧特性取得部３４によって取得するステップと、取得した電力・電圧特性に基づいて電力変換部２０から出力させる直列電流Ｉｓを直列電流算出部３６によって算出するステップと、直列電流Ｉｓおよび電力・電圧特性に基づいて電力変換部２０から出力させる直列電圧Ｖｓを直列電圧算出部３７によって算出するステップと、電力変換部２０の直列電圧Ｖｓを制御する制御信号Ｓｇｃを制御信号供給部３８によって電力変換部２０へ供給するステップとを備える。

本実施の形態に係る光発電システム１における電力制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムは、複数の光発電素子１１を内蔵する光発電モジュール１０と、光発電モジュール１０の出力を電力変換する電力変換部２０とを有する電力生成部５を複数備える光発電システム１における電力制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、複数の電力生成部５は、直列に接続されてあり、光発電モジュール１０のそれぞれの電力・電圧特性を電力・電圧特性取得部３４に取得させるステップと、取得した電力・電圧特性に基づいて電力変換部２０から出力させる直列電流Ｉｓを直列電流算出部３６に算出させるステップと、直列電流Ｉｓおよび電力・電圧特性に基づいて電力変換部２０から出力させる直列電圧Ｖｓを直列電圧算出部３７に算出させるステップと、電力変換部２０の直列電圧Ｖｓを制御する制御信号Ｓｇｃを制御信号供給部３８に電力変換部２０へ供給させるステップとをコンピュータに実行させる。

図８Ａは、図１に示した光発電システム１が備える光発電モジュール１０の構成例を示す模式図である。

本実施の形態に係る光発電システム１に適用される光発電モジュール１０は、光発電素子１１を直列に接続した複数の直列部１２と、複数の直列部１２の両端を並列接続した並列接続端１３と、複数の直列部１２における同一の直列段に接続された光発電素子１１を互いに並列に接続する並列接続線１４とを備えることが好ましい。

この構成によって、光発電システム１は、直列部１２を形成する光発電素子１１のそれぞれが他の光発電素子１１に対して並列接続線１４を介して直並列に接続されることから、日陰ＳＨによって一部の光発電素子１１に非発電状態が生じた場合でも、日陰ＳＨの影響を抑制して全体としての発電状態を確保し、電力取り出し効率を向上し、全体での発電効率を向上することができる。

図８Ａに示した光発電モジュール１０は、複数の直列部１２における同一の直列段に接続された光発電素子１１を互いに並列に接続する並列接続線１４を備える。並列接続線１４が無い従来の接続状態であれば、直列部１２の一部を構成する光発電素子１１が日陰ＳＨによって非発電状態となった場合、直列部１２の全体が影響を受けて直列部１２は遮断状態となることから直列部１２の全体に相当する発電量が低減する。

並列接続線１４を備えない従来の光発電モジュールに比較して、光発電モジュール１０は、並列接続線１４を備えることから、直列部１２の一部が日陰ＳＨによって非発電状態とされた場合でも、直列部１２の日陰ＳＨ以外の部分に配置された光発電素子１１は、発電状態を維持して他の直列部１２における電流経路を経由して発電電流を流すことが可能となる。

したがって、光発電モジュール１０は、並列接続線１４を備えない従来の光発電モジュールに比較して大きい発電量を確保することができる。また、並列接続線１４が接続された直列段の数を確保することができるので直列段によって発生する電圧を確保することができる。つまり、日陰ＳＨの影響が抑制され、光発電モジュール１０の電力・電圧特性における出力（電圧）は、例えば、図３Ａ、図３Ｂで示したとおり、例えば電圧＝４Ｖで共通の特性を有する。

図８Ｂは、図８Ａに示した光発電モジュール１０の作用を説明するために抽出した光発電素子１１の等価回路と日陰ＳＨとの関係を示す模式図である。

図８Ｃは、図８Ｂに示した光発電モジュール１０の等価回路に対応する光発電素子１１のレイアウトパターンと日陰ＳＨとの関係を示す模式図である。

配置（レイアウトパターン）の状態を説明する便宜上、光発電素子１１について配置毎に個別の符号を付し、例えば光発電素子Ｄ１ａのように記載する。等価回路、あるいはレイアウトパターンで相互に区別する必要が無い場合は、単に光発電素子１１あるいは光発電素子Ｄ（あるいは、段毎に区分して光発電素子Ｄ１、光発電素子Ｄ２、光発電素子Ｄ３）のように記載することがある。光発電素子Ｄ１は図の上で上段、光発電素子Ｄ２は中段、光発電素子Ｄ３は下段にそれぞれ配置されている。

光発電モジュール１０は、例えば上中下の３段の光発電素子Ｄ１ａ、光発電素子Ｄ２ａ、光発電素子Ｄ３ａが直列部１２を構成し、直列部１２が光発電素子Ｄ１ａから光発電素子Ｄ１ｈまでの８列配置されている。つまり、等価回路として３行８列の行列状に配置されている。また、等価回路に対応してレイアウトパターンは、３行８列の配置とされている。

本実施の形態に係る光発電システム１における光発電モジュール１０は、光発電素子１１のレイアウトパターンでの配置状態が光発電素子１１の電気的な接続関係を示す等価回路での配置状態とは異なる分散した配置とされていることが好ましい。

この構成によって、光発電システム１は、光発電素子１１のそれぞれが直並列の２次元の接続状態とされることに加えて光発電素子１１のレイアウトパターンが光発電素子１１の等価回路での配置状態とは異なる分散した配置とされていることから、日陰ＳＨによって一部の光発電素子１１に非発電状態が生じた場合でも、日陰ＳＨの影響を更に抑制して全体としての発電状態を更に確保し、電力取り出し効率を更に向上し、全体での発電効率を更に向上することができる。

日陰ＳＨは、例えばレイアウトパターン（図８Ｃ）に示すように一定の範囲で形成され、光発電モジュール１０の一定の範囲を遮光する。図８Ｂ、図８Ｃの場合、日陰ＳＨが生じた場所に配置された光発電素子１１は、光発電素子Ｄ１ｄ、光発電素子Ｄ３ｆ、光発電素子Ｄ２ａであり、等価回路（図８Ｂ）では、上中下の３段に分散された状態となっている。

単純な直並列での２次元接続がされた場合（等価回路における配置とレイアウトパターンにおける配置とが一致している場合）では、図８Ｃに示した日陰ＳＨと同様の日陰が発生したとき、日陰が生じた３列の直列部（図８Ｃの中段右側３個の光発電素子１１に相当）は、電流経路が遮断されることから、有効な電流経路は５列となり、光発電モジュール１０全体で光発電に寄与する光発電素子１１は、３行５列、つまり、３直列５並列に相当する発電量だけが得られる。

これに対して、図８Ｂおよび図８Ｃに示す光発電モジュール１０では、光発電素子１１が分散配置されている。具体的には、等価回路で上段に配置された光発電素子Ｄ１ａないし光発電素子Ｄ１ｈの８個の内、レイアウトパターンで上段に配置されたのは、光発電素子Ｄ１ａ、光発電素子Ｄ１ｇ、光発電素子Ｄ１ｂ、光発電素子Ｄ１ｈの４個、同じく中段に配置されたのは、光発電素子Ｄ１ｃ、光発電素子Ｄ１ｄの２個、同じく下段に配置されたのは、光発電素子Ｄ１ｅ、光発電素子Ｄ１ｆの２個である。つまり、等価回路で１行（１段）８列に配置された光発電素子Ｄがレイアウトパターンでは、３行（３段）８列の内、上段に４列、中段に２列、下段に２列として配置されている。なお、本願発明者等は、図８Ｂおよび図８Ｃに示す光発電素子１１の配置（レイアウトパターン）を分散配置アーキテクチャと呼んでいる。

分散配置の作用効果として、光発電素子Ｄが分散して配置されることから、日陰ＳＨは、等価回路（図８Ｂ）で示したとおり、それぞれの段（上段、中段、下段のそれぞれ）で１列（１個）のみに発生した状態となり、光発電素子１１は、３行（３段）７列に配置された発電状態となる。つまり、全く同一の日陰ＳＨを前提に発電状態を比較すると、直並列接続による場合、３直列５並列（１５個分）に相当する発電量しか得られないのに対して本実施の形態によれば３直列７並列（２１個分）に相当する発電量が得られる。

図８Ｂ、図８Ｃに係る光発電モジュール１０は、単なる直列接続および並列接続を格子状態で施した２次元接続状態としただけでは無く、更にレイアウトパターンでの配置状態を等価回路に対して分散して配置することから、光発電状態をより広い範囲にわたって実現することが可能となる。また、各直列段における遮光状態の光発電素子Ｄの個数を抑制することから、日陰ＳＨの影響が抑制され、光発電モジュール１０の電力・電圧特性における出力（電圧）は、例えば、図３Ａ、図３Ｂで示したとおり、例えば電圧＝４Ｖで共通の特性を有する。

上記したとおり、光発電モジュール１０（図８Ａないし図８Ｃ）は、いわゆる日陰対策を施したものであり、直列および並列接続を２次元的に施した図８Ａに係る光発電モジュール１０、更に、２次元並列接続に加えて分散配置を施した図８Ｂ、図８Ｃに係る光発電モジュール１０は、有効な日陰対策となる。

＜実施の形態２＞
図９ないし図１２を参照して、本実施の形態に係る光発電システム１ｂについて説明する。光発電システム１ｂの基本的な構成は、実施の形態１に係る光発電システム１の基本構成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。

なお、光発電システム１ｂにおける電力制御方法、および光発電システム１ｂにおける電力制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムについては、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

光発電システム１ｂに対して大電力が要請された場合、光発電モジュール１０は、大面積とされ、大電力（高電圧として、できるだけ小電流とした状態での大電力）を出力することが可能となる。しかしながら、大電力とした場合、電圧の上昇、あるいは電流の増大に伴って、電力変換部２０から出力される直列電圧Ｖｓ（直列電流Ｉｓ）においてリップル波（リップル電圧、リップル電流）が発生する。リップル波は、出力波形のノイズとして負荷に不具合を生じることがあるので極力低減することが好ましい。

リップル波を低減するには、電力変換部２０の出力端子Ｔｏｕｔに接続された平滑コンデンサＣ２の容量を大きくする必要がある。しかし、平滑コンデンサＣ２を大きくすると平滑コンデンサＣ２の外形が大きくなり、電力変換部２０の外形も大きくなる。つまり、電力変換部２０に必要な回路面積が大きくなり、部品コストも増加することになる。

そこで、本実施の形態に係る光発電システム１ｂは、電力変換部２０を多相で動作させ、リップル波を低減することによってシステムを小型化し、低コスト化する。

図９は、本発明の実施の形態２に係る光発電システム１ｂの概略構成をブロックで示すブロック図である。

図１０は、図９に示した光発電システム１ｂが備える光発電モジュール１０の接続構成例を示す模式図である。

光発電システム１ｂ（電力生成部５）は、並列に接続された複数の光発電モジュール１０を備える。光発電モジュール１０は、それぞれが有する並列接続端１３、並列接続線１４を相互に接続することによって並列に接続される。並列接続端１３を並列に接続するだけでなく並列接続線１４を並列に接続することによって、並列接続、分散配置の効果（図８Ａないし図８Ｃ参照）を更に大きくすることができる。光発電モジュール１０は、基本的に同一の電圧（直列電圧Ｖｓ）を発生することから、並列に接続された場合、個数に応じた大電流を容易に発生できる。

また、光発電システム１ｂ（電力生成部５）は、光発電モジュール１０に対して並列に接続された複数の電力変換部２０を備える。並列に接続された電力変換部２０は、相互に適宜の位相差を設定され時分割で制御される。システム制御部３０は、電力変換部２０を時分割で制御するために制御信号Ｓｇｃを時分割で電力変換部２０へ供給する制御信号供給部３８ｂを備える。

電力変換部２０は、時分割として例えば周期を３相に区分され、ｕ相、ｖ相、ｗ相とされる。つまり、光発電システム１ｂは、電力変換部２０（ｕ相）、電力変換部２０（ｖ相）、電力変換部２０（ｗ相）を備える。電力変換部２０の各相の動作状態については、図１１Ａないし図１２で説明する。

光発電モジュール１０は、電力生成部５のそれぞれにおいて複数並列に接続されていることが好ましい。したがって、光発電システム１ｂは、複数の光発電モジュール１０を並列に接続していることから、容易に、かつ安定的に大電力を確保することが可能となる。

図１１Ａは、図９に示した光発電システム１ｂが備える電力変換部２０が昇圧動作を実行するときのスイッチング素子Ｔｒ１〜スイッチング素子Ｔｒ５の動作状態を示す動作波形図である。

電力変換部２０は、例えば３相で制御されるから、ｕ相、ｖ相、ｗ相の間では、１周期Ｔに対して３６０度／３＝１２０度（２π／３）の位相差が設定され、スイッチング素子Ｔｒ３、スイッチング素子Ｔｒ４の制御は、動作波形図で示すとおり、１２０度（２π／３）の位相差で実行される。スイッチング素子Ｔｒ３、スイッチング素子Ｔｒ４のオンオフ動作は、実施の形態１（図５Ａ）で示したとおりであるので詳細な説明は省略する。

その他のスイッチング素子Ｔｒ１、スイッチング素子Ｔｒ２、スイッチング素子Ｔｒ５については、実施の形態１（図５Ａ）で説明したとおりである。

図１１Ｂは、図１１Ａに示した電力変換部２０の昇圧動作による出力状態（電流波形）を示す動作波形図である。

例えば電力生成部５（ｎ）（図１参照）の出力である直列電流Ｉｓの電流波形をＩｎｕ（直列電流Ｉｓのｕ相電流）、Ｉｎｖ（直列電流Ｉｓのｖ相電流）、Ｉｎｗ（直列電流Ｉｓのｗ相電流）として示す。３相の間では、制御信号Ｓｇｃの制御に従って、１周期に対して２π／３の位相差で電流波形が変動している。したがって、電力生成部５（ｎ）の出力電流であるＩｎ（直列電流Ｉｓ）は、例えば鋸歯状に大きく変動するＩｎｕ、Ｉｎｖ、Ｉｎｗが相互に加算されて変動の少ない波形（リップル波の少ない波形）となる。

また、電力変換部２０（電力生成部５）を３相で制御する場合を例示するが、電力変換部２０をＮ個並列に接続してＮ相で制御することも可能である。

つまり、光発電システム１ｂにおいて、電力生成部５のそれぞれは、相互に並列に接続された電力変換部２０をＮ個備えてあり、制御信号供給部３８は、２π／Ｎ（ｒａｄ）の位相差を有する制御信号ＳｇｃでＮ個の電力変換部２０を制御する構成とされていることが好ましい。

したがって、本実施の形態に係る光発電システム１ｂは、相互に並列接続された複数の電力変換部２０を光発電モジュール１０に対して接続し、制御信号供給部３８からの２π／Ｎ（ｒａｄ）の位相差を有する制御信号Ｓｇｃによって電力変換部２０を時分割で動作させることから、電力変換部２０から生じるリップル電流を低減するので、電力変換部２０で必要となる平滑コンデンサＣ２（および平滑コンデンサＣ１）の容量を抑制して小型化することが可能となる。

多相で電力変換部２０を動作させることによって、光発電システム１ｂは、電力変換部２０の平滑コンデンサＣ２（および平滑コンデンサＣ１）に汎用部品を適用して電力変換部２０の回路面積を小さくするので、システムの小型化、低コスト化が可能となる。

図１２は、図９に示した光発電システム１ｂが備える電力変換部２０が降圧動作を実行するときのスイッチング素子Ｔｒ１〜スイッチング素子Ｔｒ５の動作状態を示す動作波形図である。

電力変換部２０における降圧動作は、実施の形態１（図５Ｂ）に示したとおりである。つまり、スイッチング素子Ｔｒ１ないしスイッチング素子Ｔｒ５の動作は、実施の形態１と同様である。また、電力変換部２０を多相で制御することは、降圧動作の場合も昇圧動作（図１１Ａ、図１１Ｂ）の場合と同様であり、電力生成部５（電力変換部２０）は、降圧動作において、大きな鋸歯状で変化する３相が相互に加算されて変動の少ない波形（リップル波の少ない波形）を出力する。

＜実施の形態３＞
図１３を参照して、本実施の形態に係る移動体５０について説明する。なお、移動体５０は、実施の形態１、実施の形態２に記載した光発電システム１、光発電システム１ｂを搭載する（なお、以下では、光発電システム１ｂを省略する。）。したがって、符号を援用し主に異なる事項について説明する。

図１３は、本発明に係る実施の形態３に係る移動体５０が搭載する光発電システム１の搭載状態を概念的に示す模式図である。

本実施の形態に係る移動体５０は、光発電システム１（光発電モジュール１０および電力変換部２０を有する電力生成部５、並びにシステム制御部３０）を備える。したがって、移動体５０は、電力効率の高い光発電システム１を搭載することから、光の照射状況による影響を抑制して電力効率を向上させることができる。

光発電システム１は、移動体５０の電源として機能する。なお、光発電システム１（移動体５０）は、図示しない蓄電池を備え、光発電システム１によって蓄電池を充電する。また、光発電システム１は、図示しないモーター（車輪を駆動する駆動体）、制御系、信号系など負荷として接続することができる。

実施の形態１に係る光発電システム１は、電力生成部５の電流経路における抵抗損を低減して電力取り出し効率を向上させることから、移動状況によって光の照射状況が変動する移動体５０に適用されたとき、移動体５０の電力効率を向上させる。

１、１ｂ 光発電システム
５ 電力生成部
１０ 光発電モジュール
１１ 光発電素子
１２ 直列部
１３ 並列接続端
１４ 並列接続線
２０ 電力変換部
２１ 電源部
２２ 制御信号受信部
２４ アイソレーションアンプ
２５ フォトカプラ
２６ 出力線
２７ 基準線
２９ 電流・電圧検出部
３０ システム制御部
３１ 制御部
３２ 電流・電圧データ入力部
３３ ＭＰＰＴ制御部
３４ 電力・電圧特性取得部
３５ 電力・電圧特性記憶部
３６ 直列電流算出部
３７ 直列電圧算出部
３８、３８ｂ 制御信号供給部
５０ 移動体
Ｃ１、Ｃ２ 平滑コンデンサ
ＣＳ 電流検出素子
Ｄ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 光発電素子
Ｉｍｐ 最大電力電流値
Ｉｓ、Ｉｓ１、・・・、Ｉｓｎ 直列電流
Ｌｔ チョークコイル
ＭＰＰ 最大電力点
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 分圧抵抗
Ｓｃ 電流信号
Ｓｇｃ 制御信号
ＳＨ 日陰
Ｓｖ 電圧信号
Ｔｇｃ 端子
Ｔｍ 入力端子
Ｔｏｕｔ 出力端子
Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５ スイッチング素子
Ｔｖｃ 端子
Ｖｉｎ 入力電圧
Ｖｓ、Ｖｓ１、・・・、Ｖｓｎ 直列電圧

Claims (11)

1. 複数の光発電素子を内蔵する光発電モジュールと、前記光発電モジュールの出力を電力変換する電力変換部とを有する電力生成部を複数備える光発電システムであって、
   複数の前記電力生成部は、直列に接続されてあり、
   前記光発電モジュールの電力・電圧特性を取得する電力・電圧特性取得部と、
   取得した前記電力・電圧特性に基づいて前記電力変換部から出力させる直列電流を算出する直列電流算出部と、
   前記直列電流および前記電力・電圧特性に基づいて前記電力変換部から出力させる直列電圧を算出する直列電圧算出部と、
   前記電力変換部の前記直列電圧を制御する制御信号を前記電力変換部へ供給する制御信号供給部とを備えること
   を特徴とする光発電システム。
2. 請求項１に記載の光発電システムであって、
   前記電力変換部は、前記制御信号によって昇圧動作または降圧動作を行うこと
   を特徴とする光発電システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の光発電システムであって、
   前記直列電流算出部は、前記電力・電圧特性における最大電力点での電流値である最大電力電流値を前記電力変換部の全てについて抽出し、前記最大電力電流値の平均値を前記直列電流とすること
   を特徴とする光発電システム。
4. 請求項１または請求項２に記載の光発電システムであって、
   前記直列電流算出部は、前記電力・電圧特性における最大電力点での電流値である最大電力電流値を前記電力変換部の全てについて抽出し、前記最大電力電流値の最小値を前記直列電流とすること
   を特徴とする光発電システム。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載の光発電システムであって、
   前記光発電モジュールは、前記光発電素子を直列に接続した複数の直列部と、前記複数の直列部の両端を並列接続した並列接続端と、前記複数の直列部における同一の直列段に接続された前記光発電素子を互いに並列に接続する並列接続線とを備えること
   を特徴とする光発電システム。
6. 請求項５に記載の光発電システムであって、
   前記光発電モジュールは、前記光発電素子のレイアウトパターンでの配置状態が前記光発電素子の電気的な接続関係を示す等価回路での配置状態とは異なる分散した配置とされていること
   を特徴とする光発電システム。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一つに記載の光発電システムであって、
   前記電力生成部のそれぞれは、相互に並列に接続された前記電力変換部をＮ個備えてあり、
   前記制御信号供給部は、２π／Ｎ（ｒａｄ）の位相差を有する前記制御信号でＮ個の前記電力変換部を制御する構成とされていること
   を特徴とする光発電システム。
8. 請求項７に記載の光発電システムであって、
   前記光発電モジュールは、前記電力生成部のそれぞれにおいて複数並列に接続されていること
   を特徴とする光発電システム。
9. 光発電システムを搭載した移動体であって、
   前記光発電システムは、請求項１から請求項８までのいずれか一つに記載の光発電システムであること
   を特徴とする移動体。
10. 複数の光発電素子を内蔵する光発電モジュールと、光発電モジュールの出力を電力変換する電力変換部とを有する電力生成部を複数備える光発電システムにおける電力制御方法であって、
    複数の前記電力生成部は、直列に接続されてあり、
    前記光発電モジュールのそれぞれの電力・電圧特性を電力・電圧特性取得部によって取得するステップと、
    取得した前記電力・電圧特性に基づいて前記電力変換部から出力させる直列電流を直列電流算出部によって算出するステップと、
    前記直列電流および前記電力・電圧特性に基づいて前記電力変換部から出力させる直列電圧を直列電圧算出部によって算出するステップと、
    前記電力変換部の前記直列電圧を制御する制御信号を制御信号供給部によって前記電力変換部へ供給するステップとを備えること
    を特徴とする光発電システムにおける電力制御方法。
11. 複数の光発電素子を内蔵する光発電モジュールと、光発電モジュールの出力を電力変換する電力変換部とを有する電力生成部を複数備える光発電システムにおける電力制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、
    複数の前記電力生成部は、直列に接続されてあり、
    前記光発電モジュールのそれぞれの電力・電圧特性を電力・電圧特性取得部に取得させるステップと、
    取得した前記電力・電圧特性に基づいて前記電力変換部から出力させる直列電流を直列電流算出部に算出させるステップと、
    前記直列電流および前記電力・電圧特性に基づいて前記電力変換部から出力させる直列電圧を直列電圧算出部に算出させるステップと、
    前記電力変換部の前記直列電圧を制御する制御信号を制御信号供給部に前記電力変換部へ供給させるステップとをコンピュータに実行させること
    を特徴とする光発電システムにおける電力制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。

Images