JP2014011409A - 発電制御装置および発電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換素子の劣化を抑制することができる発電制御装置を提供する。
【解決手段】発電制御装置は、光電変換素子の電圧および電流を測定する測定部と、光電変換素子に流れる電流を制限する制限部と、測定部により測定された電圧および電流から電流電圧曲線の形状を解析し、この解析の結果に基づき制限部を制御して、光電変換素子に流れる電流を制限する制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本技術は、発電制御装置および発電制御方法に関する。詳しくは、光電変換素子の発電を制御する発電制御装置および発電制御方法に関する。

色素増感太陽電池やシリコン太陽電池などの光電変換素子（セル）は、素子単体ではその出力が小さいため、複数の光電変換素子が直列に接続されたモジュールとして用いられる。このように複数の光電変換素子が直列に接続されたモジュールは、ストリングと呼ばれている。

ストリングでは、それを構成する一部の光電変換素子に影がかかると、その影になった光電変換素子は、ストリング全体の電流を押し下げる。その結果、光が当たっている光電変換素子の発電量をも大幅に低下させてしまう。つまり、たった一つの光電変換素子しか覆えないような極めて小さな影が、あたかもストリング全体に影がかかったかのような、大きな出力低下を招いてしまう。

そこで、このような出力低下を防ぐために、ストリングを構成する各光電変換素子に対して並列にバイパスダイオードを設ける技術が用いられている。ここでは、光電変換素子と、光電変換素子に並列に接続されたバイパスダイオードからなる系を光電変換部と称する。

近年では、上述の技術をさらに改良したものが提案されている。例えば、特許文献１では、バイパスダイオードに加えて、複数のソーラーセルのそれぞれに並列に接続されたフォトカプラと、フォトカプラからの信号に基づき故障したソーラーセルを表す情報を出力する処理装置とをさらに備える技術が開示されている。特許文献２では、太陽電池セルのバイパスダイオードを不要にすることができる技術が開示されている。

特開２０００−６８５４０号公報

特開２００５−２７６９４２号公報

上述したように、各光電変換素子に対して並列にバイパスダイオードを設けたストリングでは、部分影などによりストリングの発電面に光が不均一に当たっていると、比較的暗い部分にある光電変換素子に接続されたバイパスダイオードに大きな電流が流れ、その電流値がバイパスダイオードの耐電流を上回ってしまう場合に、バイパスダイオードが劣化してしまうことがある。すなわち、光電変換部が劣化してしまうことがある。

光電変換素子には、それ単体で、あたかもバイパスダイオードが取り付けられているかのようなＩ−Ｖ特性を示すものがある。すなわち、仮想的な内部バイパスダイオードを有するような振る舞いを見せるものがある。このような光電変換素子により構成されるストリングでは、部分影などによりストリングの発電面に光が不均一に当たっていると、比較的暗い部分にある光電変換素子が劣化してしまうことがある。

したがって、本技術の目的は、光電変換素子または光電変換部の劣化を抑制することができる発電制御装置および発電制御方法を提供することにある。

上述の課題を解決するために、第１の技術は、
光電変換素子の電圧および電流を測定する測定部と、
光電変換素子に流れる電流を制限する制限部と、
測定部により測定された電圧および電流から電流電圧曲線の形状を解析し、該解析の結果に基づき制限部を制御して、光電変換素子に流れる電流を制限する制御部と
を備える発電制御装置である。

第２の技術は、
光電変換部の電圧および電流を測定する測定部と、
光電変換部に流れる電流を制限する制限部と、
測定部により測定された電圧および電流から電流電圧曲線の形状を解析し、該解析の結果に基づき制限部を制御して、光電変換部に流れる電流を制限する制御部と
を備える発電制御装置である。

第３の技術は、
光電変換素子の電流電圧曲線の形状を解析し、
解析の結果に基づき、光電変換素子に流れる電流を制限する
ことを含む発電制御方法である。

第４の技術は、
光電変換部の電流電圧曲線の形状を解析し、
解析の結果に基づき、光電変換部に流れる電流を制限する
ことを含む発電制御方法である。

第１および第３の技術では、光電変換素子が仮想的な内部バイパスダイオードを有することが好ましい。この場合には、光電変換素子の電流電圧曲線の形状を解析することで、光電変換素子の仮想的な内部バイパスダイオードに流れる電流の状況を検出することができる。また、電流電圧曲線の形状の解析結果に基づき、光電変換素子の仮想的な内部バイパスダイオードに流れる電流を制限することができる。

第１および第４の技術では、光電変換部がバイパスダイオードを有することが好ましい。この場合には、光電変換部の電流電圧曲線の形状を解析することで、光電変換部のバイパスダイオードに流れる電流の状況を検出することができる。また、電流電圧曲線の形状の解析結果に基づき、光電変換部のバイパスダイオードに流れる電流を制限することができる。

以上説明したように、本技術によれば、光電変換素子または光電変換部の劣化を抑制することができる。

図１は、本技術の第１の実施形態に係る発電システムの構成の一例を示す概略図である。 図２Ａは、部分影が発生しているストリングの回路図である。図２Ｂは、図２Ａに示したストリングの電流電圧曲線を示す図である。 図３Ａは、部分影が発生していないストリングの回路図である。図３Ｂは、図３Ａに示したストリングの電流電圧曲線を示す図である。 図４Ａは、部分影が発生しているストリングの回路図である。図４Ｂは、図４Ａに示したストリングの電流電圧曲線を示す図である。 図５は、制限電流値の算出方法を説明するための図である。 図６は、図１に示した発電システムのより具体的な構成の一例を示す概略図である。 図７は、電流測定回路、電流制限設定回路および電流制限回路の具体例を示す回路図である。 図８は、本技術の第１の実施形態に係る発電制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図９は、本技術の第２の実施形態に係る発電システムの構成の一例を示す概略図である。 図１０は、図９に示した発電システムのより具体的な構成の一例を示す概略図である。 図１１は、本技術の第３の実施形態に係る発電システムの構成の一例を示す概略図である。 図１２は、図１１に示した発電システムのより具体的な構成の一例を示す概略図である。 図１３は、本技術の第４の実施形態に係る住宅用蓄電システムの構成の一例を示す図である。 図１４は、色素増感太陽電池およびシリコン太陽電池の電流電圧曲線を示す図である。 図１５は、図１４に示した色素増感太陽電池の電流電圧曲線を再現する等価回路を示す回路図である。 図１６Ａは、光電変換素子が通常発電している時の電子の流れを示したエネルギーダイアグラムである。図１６Ｂは、光電変換素子に逆バイアス電圧が印加されている時の電子の流れを示したエネルギーダイアグラムである。

本技術の実施形態について以下の順序で説明する。
１．概要
２．第１の実施形態（ストリングに仮想的な内部バイパスダイオードを有する発電システムの例）
３．第２の実施形態（ハイブリッド発電システムの例）
４．第３の実施形態（ストリングにバイパスダイオードを有する発電システムの例）
５．第４の実施形態（住宅用蓄電システムの例）

＜１．概要＞
（色素増感太陽電池とシリコン太陽電池の相違点）
色素増感太陽電池は、現在最も普及しているシリコン太陽電池と比較して、幾つかの相違点がある。どちらも光照射を受けて発電するという点では同じであるが、両者の構造や構成材料はほとんど共通するものが無く、それらの違いに基づいて、電気特性や光学特性など、様々な点において違いが存在する。

その相違点の一つとして、電流電圧曲線（以下「Ｉ−Ｖ曲線」という。）の違いが挙げられる。縦軸を電流軸、横軸を電圧軸とし、発電状態を第一象限とおいたＩ−Ｖ曲線において、電圧がマイナスになる領域（すなわち光電変換素子に逆バイアスがかかっている状態を意味する領域）である第二象限に大きな違いが見られる。

図１４は、第二象限のＩ−Ｖ曲線を示す図である。図１４に示したＩ−Ｖ曲線Ｌ１、Ｉ−Ｖ曲線Ｌ３はそれぞれ、色素増感太陽電池のＩ−Ｖ曲線、シリコン太陽電池のＩ−Ｖ曲線を示す。Ｐ−Ｖ曲線Ｌ２は、色素増感太陽電池のＰ−Ｖ曲線を示す。シリコン太陽電池では、第二象限におけるＩ−Ｖ曲線Ｌ３は平坦である。すなわち、端子間電圧がマイナスになっても、電流は一定のまま変わらない。一方、色素増感太陽電池では、端子間電圧がマイナスになると、ある電圧を境にして突然大きな順方向電流が流れ出すようになる。

図１５は、図１４に示した色素増感太陽電池のＩ−Ｖ曲線を再現する等価回路を示す回路図である。この等価回路（すなわち色素増感太陽電池の等価回路）は、図１５に示すように、並列に接続された電流源２０１、ダイオード２０２およびダイオード２０３により構成される。

シリコン太陽電池には、図１５に示す等価回路におけるダイオード２０３、すなわちアノード端子が電池の負極側、カソード端子が電池の正極側に並列接続されるダイオード２０３は存在しない。すなわち、このダイオード２０３は、色素増感太陽電池に特有のものである。色素増感太陽電池に逆バイアス電圧を印加した時の大きな順方向電流の発生は、このダイオード２０３の存在によるものであると説明される。

このダイオード２０３が光電変換素子内部に等価的に含まれていることは、太陽電池としては非常に都合が良い。なぜなら、このダイオード２０３はバイパスダイオードとして働くからである。バイパスダイオードとは、二つ以上の光電変換素子が直列に接続された太陽電池ストリングにおいて、このストリングの一部分に影がかかっている状況で、その影になった光電変換素子をバイパスする、すなわち電流の迂回路となるダイオードのことである。

もしバイパスダイオードが存在しない場合には、影になった光電変換素子は、その光電変換素子が含まれるストリング全体の電流を押し下げ、その結果、光が当たっている光電変換素子の発電量をも大幅に低下させてしまう。つまり、たった一つの光電変換素子しか覆えないような極めて小さな影が、あたかもストリング全体に影がかかったかのような、大きな出力低下を招いてしまう。バイパスダイオードはこのような出力低下を防ぐことができるため、特に部分影が生じ易い様な場所に設置される太陽電池ストリングには、バイパスダイオードは必要不可欠である。ここで、部分影とは、ストリングに部分的にかかった影、より具体的にはストリングを構成する全光電変換素子のうちの一部の光電変換素子にかかった影のことをいう。

図１４および図１５に示すように、色素増感太陽電池は、その内部にバイパスダイオードの機能を有している。しかし、この仮想的な内部バイパスダイオードは、いわゆる外部に取り付けるバイパスダイオードと比較すると格段に特性が悪い。特に、ダイオードとして見たときの耐電流が低いことが特徴で、一般的なバイパスダイオードに求められる程度の電流を流すと、目視ですぐに分かるような劣化が発生したりする。以下では、ストリングの一部に影がかかるなどして光電変換素子（例えば色素増感太陽電池）間の発電量が不均一になり、光電変換素子が有する仮想的な内部バイパスダイオードに電流が流れ込む状態を、逆バイアス状態ということがある。なお、一般的には、単にストリング内の光電変換素子が第二象限に入り込む状態、すなわち、光電変換素子の端子電圧間Ｖｉが単にＶｉ＜０となる状態のことを逆バイアス状態と呼ぶが、ここでは、上記のような状態も便宜上逆バイアス状態ということがある。

（劣化の原因）
色素増感太陽電池の内部バイパスダイオードの耐電流が小さく、劣化しやすい主な原因は、図１６Ａ、図１６Ｂに示したエネルギーダイアグラムを用いて説明することができる。図１６Ａに示したエネルギーダイアグラムは、光電変換素子が通常発電している時の電子の流れを示したものである。通常発電している時には、色素は、基底状態（Ｓ）から光励起状態（Ｓ^*）、ラジカル陽イオン状態（Ｓ⁺）を経て元の基底状態（Ｓ）に戻る、というサイクルを繰り返す。

図１６Ｂに示したエネルギーダイアグラムは、光電変換素子に逆バイアス電圧が印加されている時の電子の流れを示したものである。逆バイアス電圧が印加されている時には、色素は基底状態（Ｓ）からラジカル陰イオン状態（Ｓ^-）を経て、また元の基底状態（Ｓ）に戻る。両者の大きな違いは、光励起状態（Ｓ^*）とラジカル陽イオン状態（Ｓ⁺）を経由するか、それとも、ラジカル陰イオン状態（Ｓ^-）を経由するか、である。

このラジカル陰イオンという状態は、分子内に余分な電子が一つ余っている状態のことであるが、これは色素増感太陽電池内の色素の状態として非常に都合が悪い。なぜなら、仮にこの余った電子が、色素分子と酸化チタンとを繋ぐ化学結合の反結合性軌道に入ると、結合は開裂し、色素は遊離の陰イオンとなって電解液に溶け出せるようになるからである。電流が小さければ、遊離した陰イオンはまた酸化チタン上に再吸着することができるが、電流が大きいと、遊離の陰イオンの発生速度は吸着速度を上回り、不可逆的に脱離してしまうことになる。

そこで、本技術者らは、仮想的な内部バイパスダイオードを有する光電変換素子（例えば色素増感太陽電池）の劣化を抑制すべく、鋭意検討した結果、光電変換素子の電流電圧曲線の形状を解析し、この解析の結果に基づき、光電変換素子に流れる電流を制限する技術を見出すに至った。

＜２．第１の実施形態＞
（発電システムの概略構成）
図１は、本技術の第１の実施形態に係る発電システムの構成の一例を示す概略図である。この発電システムは、図１に示すように、発電装置１と、発電制御装置２と、接続箱４とを備える。発電装置１は、光エネルギーを電力に変換して出力する。出力された電力は発電制御装置２を介して、接続箱４に供給される。接続箱４は、発電装置１から供給される電力を一つにまとめ出力端子５に出力する。出力端子５から出力された電力は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ（直流入力直流出力電源）などの電源回路に供給される。発電制御装置２は、発電装置１の発電を制御する。この制御には、発電装置１の劣化を防止する制御も含まれる。

（発電装置）
発電装置１は、複数のストリング１０により構成されるアレイ（光電変換素子群）を含んでいる。複数のストリング１０は、例えば電気的に並列に接続されている。ストリング１０は、電気的に直列に接続された光電変換素子１１により構成されている。光電変換素子１１は、仮想的な内部バイパスダイオードを有する光電変換素子である。このような光電変換素子としては、例えば、色素増感太陽電池（色素増感光電変換素子）が挙げられる。ここで、仮想的な内部バイパスダイオードとは、光電変換素子１１を等価回路により示した場合に、その等価回路に含まれるバイパスダイオードのことをいう。光電変換素子１１が仮想的な内部バイパスダイオードを有しているか否かは、ストリング１０または光電変換素子１１のＩ−Ｖ曲線を調べることにより判別することが可能である（図１４参照）。

（発電制御装置）
発電制御装置２は、システム制御部３と、複数の電流電圧測定部２０と、複数の負荷調節および電流制限部（以下、「負荷調節／電流制限部」という。）３０とを備える。電流測定部および負荷調節／電流制限部３０が、アレイを構成する各ストリング１０に対して接続されている。

（電流電圧測定部）
電流電圧測定部２０は、システム制御部３の制御に基づき、ストリング１０に流れる電流およびストリング１０の両端の端子電圧を測定し、測定した電流および電圧をシステム制御部３に供給する。

（負荷調節／電流制限部）
負荷調節／電流制限部３０は、システム制御部３の制御に基づき、ストリング１０をパワーラインから切り離して、ストリング１０を開放状態にする。そして、この開放状態を維持しつつ、ストリング１０に対して並列に接続された負荷を一方向に向かって徐々に変化させることにより、ストリング１０の端子電圧を一方向に向かって掃引（スイープ）する。例えば、負荷を減少の方向に向かって徐々に変化させた場合には、開放状態の電圧Ｖ_OCから短絡状態の電圧Ｖ_SC（＝０Ｖ）に向けて、ストリング１０の端子電圧を掃引することができる。一方、負荷を増加の方向に向かって徐々に変化させた場合には、短絡状態の電圧Ｖ_SC（＝０Ｖ）から開放状態の電圧Ｖ_OCに向けて、ストリング１０の端子電圧を掃引することができる。このようにストリング１０の端子電圧を掃引した場合には、電流電圧測定部２０では、掃引時の電圧および電流が測定される。この測定した電圧および電流から、ストリング全体のＩ−Ｖ曲線を得ることができる。また、負荷調節／電流制限部３０は、システム制御部３の制御に基づき、ストリング１０に流れる電流を制限する。

（システム制御部）
システム制御部３は、発電システム全体を制御する。システム制御部３は、電流電圧測定部２０により測定された電圧および電流から得られるストリング全体のＩ−Ｖ曲線の形状を解析し、この解析の結果に基づき負荷調節／電流制限部３０を制御して、ストリング１０に流れる電流を制限する。

このＩ−Ｖ曲線の形状の解析では、例えば、Ｉ−Ｖ曲線における階段形状Ｓｔの発生の有無が判別される（図５参照）。このＩ−Ｖ曲線における階段形状Ｓｔの発生の有無の判別方法としては、例えば、Ｉ−Ｖ曲線からｄＩ／ｄＶ−Ｖ曲線を求め、ｄＩ／ｄＶの符号が変わる点、すなわち電流の変曲点Ｐの発生の有無を判別する方法を用いることができる（図５参照）。Ｉ−Ｖ曲線における階段形状Ｓｔの発生が有ると判別されたら、システム制御部３は、負荷調節／電流制限部３０による電圧掃引を終了させる。また、負荷調節／電流制限部３０を制御して、ストリング１０に流れる電流を制限する。一方、Ｉ−Ｖ曲線における階段形状Ｓｔの発生が無いと判別されたら、システム制御部３は、負荷調節／電流制限部３０による電圧掃引を継続する。電圧掃引区間の全域に渡って階段形状Ｓｔの発生が無いと判別され、電圧掃引が電圧掃引区間の全域に渡って終了した場合には、ストリング１０に対する発電電流の制限を解除して、ストリング１０をパワーラインに戻す。ここで、電圧掃引区間は、例えば、開放状態の電圧Ｖ_OCから短絡状態の電圧Ｖ_SC（＝０Ｖ）までの区間である。

電圧掃引の動作は上述の例に限定されるものではなく、ストリング全体のＩ−Ｖ曲線における階段形状の発生の有無に関わらず、ストリング１０の端子電圧を開放状態の電圧Ｖ_OCから短絡状態の電圧Ｖ_SC（＝０Ｖ）までフルスキャンする動作を採用してもよい。しかし、部分影検出のために、ストリング１０を切り離して通常発電動作を止めている時間を短縮する観点からすると、階段形状の発生が有ると判別されたら電圧掃引を終了させる上述した電圧掃引の動作を採用することが好ましい。多くの場合、フルスキャンして得られる情報は必要なく、山登り法ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）発電制御のログデータを参照することによって得られる情報で十分である。

システム制御部３は、ストリング全体のＩ−Ｖ曲線における階段形状の発生が有ると判別されたら、ストリング１０に流れる電流を以下のように制限することが好ましい。すなわち、システム制御部３は、光電変換素子１１の仮想的な内部バイパスダイオードに流れる電流が、この内部バイパスダイオードの耐電流を超えないようにストリング１０に流れる電流を制限することが好ましい。より具体的には、システム制御部３は、ストリング全体のＩ−Ｖ曲線の階段形状の階段の高さに対応する電流値を用いて制限電流値Ｉ_limを求め、ストリング１０の最大発電電流が制限電流値Ｉ_lim以下となるように、ストリング１０に電流制限を加えることが好ましい。Ｉ−Ｖ曲線の階段形状の階段の高さは、例えば、Ｉ−Ｖ曲線における変曲点Ｐの位置に対応する電流Ｉ₀である（図５参照）。

ここで、階段形状とは、図５に示すように、開放状態の電流Ｉ_OCと短絡状態の電流Ｉ_SCとの間に発生する階段形状Ｓｔのことをいい、短絡状態の電流Ｉ_SCの高さにある平坦部は本技術でいう階段形状から除かれる。本技術における階段形状Ｓｔは、具体的には、電流の電圧微分の符号が反転する前後に現れる形状のことである。本技術でいう階段形状Ｓｔの発生の有無は、Ｉ−Ｖ曲線に変曲点Ｐが発生しているか否かを判別することにより確認することができる。

なお、上述したように階段形状Ｓｔの発生の有無により逆バイアス状態を検出できるのは、その状態検出の対象が仮想的な内部バイパスダイオードを有している光電変換素子（例えば色素増感太陽電池）１１だからである。シリコン太陽電池などの、内部バイパスダイオードを持たない光電変換素子の場合、部分影による照度ムラがあってもＩ−Ｖ曲線に階段形状は生じず、単に、縦軸（電流軸）が圧縮されただけのような変化を示す。これでは、Ｉ−Ｖ曲線測定だけで、部分的に影がかかっているのか、全体的に暗くなったのかを判定することができない。

（Ｉ−Ｖ曲線の形状）
図２Ａは、部分影が発生しているストリングの回路図である。図２Ｂは、図２Ａに示したストリングのＩ−Ｖ曲線を示す図である。なお、図２Ａでは、図示を簡略化して発電装置１のうちの一つのストリング１０に対して負荷１６が接続されている例を示している。ストリング１０は、４個の直列に接続された光電変換素子１１、１１、１７、１７から構成されている。光電変換素子１１は、十分な光が照射されて通常発電動作をしている光電変換素子を示している。一方、光電変換素子１７は、影がかかり電流の流れを妨げる抵抗となった光電変換素子を示している。ここでは、一例として、影がかかった光電変換素子１７には、十分な光が照射されている光電変換素子１１に比して半分程度の光しか照射されていないものとする。

図２Ｂに示すように、上述した状態にあるストリング１０のＩ−Ｖ曲線には階段形状Ｓｔの発生を確認できる。この階段形状は、このＩ−Ｖ曲線を測定した際に、４つのうち２つの光電変換素子１１には十分な光が照射され、残り２つの光電変換素子１７には光電変換素子１１の半分程度の光しか照射されていなかったために生じたものである。すなわち、Ｉ−Ｖ曲線における階段形状Ｓｔは、ストリング１０を構成する光電変換素子間に照度ムラがあったことを意味する。この階段形状Ｓｔを解析することによって、ストリング１０に含まれる光電変換素子１１のうち、幾つの光電変換素子が、どの程度遮光されているのかを定量することが可能である。具体的には、階段の高さΔＩを解析することで、光電変換素子１７がどの程度遮光されているかを定量することが可能である。また、階段の幅ΔＶおよび段数Ｎを解析することで、光電変換素子１１のうち、幾つの光電変換素子が遮光されているかを定量することが可能である。影がかかった光電変換素子１７が複数存在し、それらにかかる影の面積（すなわち遮光の割合）が等しい場合には、影がかかった光電変換素子１７の個数が多いほど、階段の幅ΔＶは広くなる。影がかかった光電変換素子１７が複数存在し、それらにかかる影の面積（すなわち遮光の割合）がそれぞれ異なる場合には、段数Ｎの個数が、影がかかった光電変換素子１７の個数に応じて増加する。

図３Ａは、部分影が発生していないストリングの回路図である。図３Ｂは、図３Ａに示したストリングのＩ−Ｖ曲線を示す図である。図４Ａは、部分影が発生しているストリングの回路図である。図４Ｂは、図４Ａに示したストリングのＩ−Ｖ曲線を示す図である。なお、図３Ａ、図４Ａでは、図示を簡略化して発電装置１のうちの一つのストリング１０に対して負荷１６が接続されている例を示している。図３Ｂ、図４Ｂにて、曲線Ｌ１がＩ−Ｖ曲線を示し、曲線Ｌ２はＰ−Ｖ曲線を示している。

図３Ａ、図４Ａに示したストリング１０は、３２個の光電変換素子１１を直列に接続することにより構成されている。なお、図４Ａに示した光電変換素子１７は、影がかかり電流の流れを妨げる抵抗となった光電変換素子を示している。部分影が発生しておらず、ストリング１０を構成する複数の光電変換素子１１の発電量がほぼ均一である場合には、図３Ｂに示すように、Ｉ−Ｖ曲線Ｌ１には階段形状Ｓｔは発生しない。一方、部分影が発生しており、ストリング１０を構成する複数の光電変換素子１１の発電量が不均一である場合には、図４Ｂに示すように、Ｉ−Ｖ曲線Ｌ１には階段形状Ｓｔが発生する。

図２ＢのＩ−Ｖ曲線Ｌ１と図４ＢのＩ−Ｖ曲線Ｌ１との階段形状Ｓｔを比較すると、図４Ｂの階段の高さ（平坦部の高さ）の方が、図２Ｂの階段の高さ（平坦部の高さ）に比して低い。図４Ｂの階段が図２Ｂの階段より低いということは、図４Ａの光電変換素子１７は図２Ｂの光電変換素子１７よりも部分影により暗い状態になっている、ということを意味している。すなわち、図４Ａの光電変換素子１７の方が、図２Ｂの光電変換素子１７よりも逆バイアス状態が発生しやすい深刻な状態になっている、ということである。より具体的には、図４Ａの光電変換素子１７の方が、図２Ｂの光電変換素子１７よりも、仮想的な内部バイパスダイオードに耐電流を超える電流が流れやすい深刻な状態になっている、ということである。

したがって、システム制御部３が、Ｉ−Ｖ曲線の形状を解析することで、ストリング１０の状態について種々の情報を取得することができる。例えば、ストリング全体のＩ−Ｖ曲線の階段形状の発生の有無を判別することで、仮想的な内部バイパスダイオードに耐電流を超える電流が流れやすい状態となっているかどうかを判別することができる。

システム制御部３は、上述したようにストリング全体のＩ−Ｖ曲線における階段形状の発生の有無を判別することで、ストリング１０を構成する複数の光電変換素子１１のうちに、仮想的な内部バイパスダイオードに電流が流れる状態にある光電変換素子１１があるか否かを判別することができる。すなわち、発電装置１のストリング１０の一部に影がかかるなどして光電変換素子間の発電量が不均一になり、仮想的な内部バイパスダイオードに電流が流れる状態にある光電変換素子１１があるか否かを判別することができる。

（制限電流値の算出方法）
図５は、制限電流値Ｉ_limの算出方法を説明するための図である。制限電流値Ｉ_limは、逆バイアス状態による光電変換素子１１の劣化を防ぐための電流値である。発電制御装置２は、上述したＩ−Ｖ曲線Ｌ１に発生する階段形状Ｓｔを利用して、制限電流値Ｉ_limを以下のようにして求める。

まず、負荷調節／電流制限部３０を制御して、電圧を一方向に向かって掃引する。また、その掃引時に測定部により測定された電圧および電流から、ストリング全体のＩ−Ｖ曲線の形状を解析する。具体的には例えば、その掃引時に測定部により測定された電圧および電流を用いてＩ−Ｖ曲線を作成し、作成したＩ−Ｖ曲線に階段形状が発生しているか否かを判別する。階段形状Ｓｔが発生していると判別した場合には、作成したＩ−Ｖ曲線の階段（変曲点Ｐ）の高さに対応する電流Ｉ₀を取得する。次に、取得した電流Ｉ₀に定数Ｉ₁を加えた値（Ｉ₀＋Ｉ₁）を求め、その値を制限電流値Ｉ_limとする。一方、階段形状Ｓｔが発生していないと判別した場合には、電圧掃引を継続すると共に、Ｉ−Ｖ曲線の作成を継続する。なお、定数Ｉ₁は、光電変換素子１１に固有の定数である。光電変換素子１１が色素増感太陽電池である場合、定数Ｉ₁は、酸化チタン表面積やその細孔構造、色素の種類やその吸着量、電解液の種類などによって決まる色素増感太陽電池に固有の定数である。なお、定数Ｉ₁は、光電変換素子１１の仮想的な内部バイパスダイオードの耐電流とほぼ等しい。また、ストリング１０に流れる電流Ｉから電流Ｉ₀を差し引いた値（Ｉ−Ｉ₀）が、光電変換素子１１の仮想的な内部バイパスダイオードに流れる電流Ｉ_bにほぼ等しい。

（定数Ｉ₁）
以下、光電変換素子１１が色素増感太陽電池である場合の定数Ｉ₁について説明する。
影に入っていて発電していない色素増感太陽電池に外部から無理やり電流を流すと、光電変換素子内部では以下の６つの現象が逐次発生する（図１６参照）。

（１）外部回路から対極材料に入ってきた電子は、その近傍に存在するメディエーター分子に電子を渡す。電子を受け取ったメディエーター分子は還元体（ヨウ化物イオンI^-）となる。対極材料としては、白金またはカーボンが用いられることが多い。メディエーター分子としては、三ヨウ化物イオンＩ₃ ^-などが用いられることが多い。

（２）還元体となったメディエーター分子は、泳動、対流、拡散などによって電解液中を移動し、酸化チタン電極上に吸着している色素分子へと到達する。

（３）メディエーター分子と色素分子とが衝突し、その過程でメディエーター分子から色素分子へと電子が渡される（すなわちメディエーター分子と色素分子との間で酸化還元反応が行われる）。この電子移動によってメディエーター分子は酸化体（例えば三ヨウ化物イオンＩ₃ ^-）に戻り、色素分子は還元体（色素アニオンラジカル）になる。

（４）酸化体に戻ったメディエーター分子は、再び泳動、対流、拡散などによって電解液中を移動し、対極近傍に戻る。

（５）色素分子の還元体（色素アニオンラジカル）は、それ自体が吸着している酸化チタンの伝導帯に電子を渡し、酸化体に戻る。

（６）酸化チタンの伝導帯に入った電子は、酸化チタン内部を通って集電材料である透明導電体に達し、そこから外部回路へと抜けて行く。透明導電体としては、フッ素ドープ酸化スズが用いられることが多い。

光電変換素子の劣化を防止するには、これら６つのステップを、すべて滞りなく起こすことが必要である。仮に（５）のステップが滞るとすると、光電変換素子の内部に色素分子の還元体（色素アニオンラジカル）が蓄積することになり、この状態を放置すると色素分子は酸化チタンから還元脱離を引き起こしてしまう。

電流値である定数Ｉ₁は、これら６つのステップの中で最も遅いボトルネックとなるステップの速度に合わせることが好ましい。

（発電システムの具体的な構成）
図６は、図１に示した発電システムのより具体的な構成の一例を示す概略図である。ストリングは、上述したように、直列に接続された複数の光電変換素子１１により構成されている。図６では、ストリング１０が直列に接続された３個の光電変換素子１１により構成される例が示されている。

図６では、光電変換素子１１を等価回路により表している。光電変換素子１１の等価回路は、部分影になっておらず通常発電している光電変換素子１１と、部分影になっており通常発電していない光電変換素子１１とでは異なっている。すなわち、部分影になっておらず通常発電している光電変換素子１１の等価回路は、並列に接続された電流源１２、ダイオード１３およびバイパスダイオード１４を備える。部分影になっており通常発電していない光電変換素子１１の等価回路は、並列に接続された抵抗１５、ダイオード１３およびバイパスダイオード１４を備える。すなわち、通常発電していない光電変換素子１１は、電流源１２に代えて抵抗１５を備える点において、通常発電している光電変換素子１１とは異なっている。

電流電圧測定部２０は、ストリング１０に直列に接続されたシャント抵抗２１と、このシャント抵抗２１の両端に接続された電流電圧測定回路２２とを備える。負荷調節／電流制限部３０は、ｎチャネルＦＥＴ（Field effect transistor）３２、ｐチャネルＦＥＴ３４、抵抗３１、負荷調整および電流制限回路（以下「負荷調整／電流制限回路」という。）３３、ショットキーバリアダイオード３５を備える。ｎチャネルＦＥＴ３２のソース端子が接地されている。ｎチャネルＦＥＴ３２のゲート端子は負荷調節／電流制限回路３３に接続されている。ｎチャネルＦＥＴ３２のドレイン端子は、抵抗３１を介してシャント抵抗２１と出力端子３６との間に接続されている。ｐチャネルＦＥＴ３４は、シャント抵抗２１と出力端子３６との間に設けられている。ｐチャネルＦＥＴ３４のドレイン端子は、シャント抵抗３２に対して接続され、ソース端子は、ショットキーバリアダイオード３５を介して出力端子３６に接続されている。ゲート端子は負荷調節／電流制限回路３３に接続されている。電流電圧測定回路２２は、システム制御部３に接続されており、システム制御部３から制御信号に基づき、電流電圧測定の動作が制御される。負荷調節／電流制限回路３３は、システム制御部３に接続されており、システム制御部３から制御信号に基づき、負荷調整および電流制限の動作が制御される。

上述のように構成された発電システムは、以下のように動作する。ｐチャネルＦＥＴ３４をｏｐｅｎ状態にしながら、ｎチャネルＦＥＴ３２のゲート電圧を少しずつ変化させることによって、ストリング１０に対する負荷を徐々に変化させることができる。ストリング１０に対する負荷が徐々に変化している最中に、電流電圧測定回路２２によりシャント抵抗２１の両端の電圧をそれぞれ測定することにより、Ｉ−Ｖ曲線を得ることができる。また、電流電圧測定回路２２のｎチャネルＦＥＴ３２をｏｐｅｎ状態にしてｐチャネルＦＥＴ３４のゲート電圧をコントロールすることによって、ストリング１０を制限電流値Ｉ_lim以下で駆動し、かつ、その電流を出力端子３６から出力することができる。

ストリング１０の電流をＩ_limに制限するための回路としては、上述したシャント抵抗２１を用いた電流電圧測定部２０と、ｐチャネルＦＥＴ３４を用いた負荷調節／電流制限部３０とを組み合わせた回路を用いることができる。しかし、これは一例に過ぎず、例えばシャント抵抗２１を用いる代わりにホールセンサーなどの磁場検出型の電流測定手段を用いても良いし、ｐチャネルＦＥＴ３４を用いる代わりにＰＮＰトランジスタを用いても良い。

（電流測定回路、電流制限設定回路および電流制限回路）
図７は、電流測定回路、電流制限設定回路および電流制限回路の具体例を示す。電流測定回路４０は、図７に示すように、電流検出アンプ４１、シャント抵抗４２および抵抗４３、４４、４５を備える。電流検出アンプ４１は、例えば、アンプ４６およびｐチャネルＦＥＴ４７を備える。シャント抵抗４２の両端にそれぞれ、電流検出アンプ４１の反転入力端子および非反転入力端子が接続されている。電流検出アンプ４１の反転入力端子とシャント抵抗４２の一端との間には抵抗４３が設けられている。電流検出アンプ４１の出力端子に抵抗４４および抵抗５５が直列に接続されている。

電流制限設定回路５０は、図７に示すように、アンプ５１、直流電圧源５２、５３、抵抗５４、５５、５６、５７およびコンデンサ５８を備える。アンプ５１の反転入力端子と電流検出アンプ４１の出力端子との間に抵抗５４とが接続されている。アンプ５１の反転入力端子と抵抗５４との間に抵抗５５の一端が接続され、他端がアンプ５１の出力端子と抵抗５７との間に接続されている。アンプ５１の非反転入力端子に直流電圧源５３が接続される。アンプ５１の出力端子が、直列に接続された抵抗５６、５７の一端に接続され、抵抗５６、５７の他端が電流制限回路６０に接続されている。直列に接続された抵抗５６、５７の間から引き出された配線の一端がコンデンサ５８に接続されている。直流電圧源５３はアンプ５１に接続されている。

電流制限回路６０は、ｐチャネルＦＥＴ６１、ｎｐｎ型トランジスタ６２および抵抗６３、６４を備える。ｐチャネルＦＥＴ６１のソース端子は、シャント抵抗４２の一端に接続されている。ｐチャネルＦＥＴ６１のドレイン端子は、出力端子６５に接続されている。ｐチャネルＦＥＴ６１のゲート端子は、直列に接続された抵抗６３、６４の間に接続されている。直列に接続された６３、６４の一端は、シャント抵抗４２とｐチャネルＦＥＴ６１のソース端子との間に接続されている。直列に接続された６３、６４の他端は、ｎｐｎ型トランジスタ６２のコレクタ端子に接続されている。ｐチャネルＦＥＴ６１のベース端子は、直列に接続された抵抗５６、５７を介してアンプ５１の出力端子に接続される。

（発電制御装置の動作）
図８は、本技術の第１の実施形態に係る発電制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、発電制御装置の動作として、部分影検出および電流制限の動作について説明する。なお、これらの動作は、例えば、以下の（１）〜（３）のいずれかをトリガーとして開始する。
（１）日の出から日没までの間の一定時間毎（例えば１０分毎）
（２）アレイおよび／またはストリングの出力が時間的に変動し、アレイおよび／またはストリングの出力に一定以上の落ち込みがあった時
（例えば、一定時間前（例えば１０分前）の出力Ｐｂと、現時点の出力Ｐａとを比較したとき、現時点の出力Ｐａと一定時間前の出力Ｐｂとの割合α［％］（＝（Ｐａ／Ｐｂ）×１００）が所定値以下に落ち込んだ時
（３）複数のストリングが接続されたシステムにおいて、一つのストリングの出力Ｐｓのみが、それ以外のストリングの平均出力Ｐｔに比べて落ち込んだ時
（例えば、一つのストリングの出力Ｐｓと、それ以外のストリングの平均出力Ｐｔとの差の割合β［％］（＝（Ｐｔ−Ｐｓ）／Ｐｔ）×１００）が所定値以上になった時）

まず、ステップＳ１において、システム制御部３が、測定対象となるストリング（モジュール）１０の番号ｎを初期化して、初期値「１」に設定する。なお、ストリング１０の番号は、例えばシステム制御部３が有する記憶部に記憶される。次に、ステップＳ２において、システム制御部３が、負荷調節／電流制限部３０を制御して、測定対象となる番号ｎのストリング１０を、一時的にパワーラインから切り離して開放状態にする。次に、ステップＳ３において、システム制御部３が、負荷調節／電流制限部３０を制御して、対象となるストリング１０の端子間電圧を、開放状態の電圧Ｖ_OCから短絡状態の電圧Ｖ_SC（＝０Ｖ）へ向けて一定速度で掃引し、その際の電流値および電圧値を電流電圧測定部２０により測定する。これにより、システム制御部３では、電流電圧測定部２０から供給される電圧値および電流値からストリングのＩ−Ｖ曲線が得られる。

次に、ステップＳ４において、システム制御部３は、電圧掃引をしながら、それまでに得られた電圧範囲（Ｖ〜Ｖ_OCの範囲）のＩ−Ｖ曲線に変曲点があるかどうかを判別する。ステップＳ４にて変曲点がないと判別された場合には、ステップＳ５において、システム制御部３は、掃引が０Ｖ（短絡状態の電圧）に達したか否かを判別する。ステップＳ５にて掃引が短絡状態の電圧Ｖ_SC（＝０Ｖ）に達していないと判別された場合には、システム制御部３は、処理をステップＳ３に戻し、電圧掃引を継続する。一方、ステップＳ５にて電圧掃引が短絡状態の電圧Ｖ_SC（＝０Ｖ）に達したと判別された場合には、ステップＳ６において、システム制御部３は、負荷調節／電流制限部３０を制御して、測定対象となるストリング１０に対する発電電流の制限を解除してパワーラインに戻す。

ステップＳ４にて変曲点があると判別された場合には、ステップＳ７において、システム制御部３は、負荷調節／電流制限部３０を制御して、電圧掃引を中断し、それ以降の電圧掃引を行わないようにする。次に、ステップＳ８において、システム制御部３は、変曲点の電流値を電流Ｉ₀とする。次に、ステップＳ９において、システム制御部３は、電流Ｉ₀にストリング固有の定数Ｉ₁を加え、それを制限電流Ｉ_lim（＝Ｉ₀＋Ｉ₁）とする。なお、電流Ｉ₀、定数Ｉ₁および制限電流Ｉ_limは、例えばシステム制御部３が有する記憶部に記憶される。次に、ステップＳ１０において、システム制御部３は、負荷調節／電流制限部３０を制御して、測定対象となるストリング１０の最大発電電流がＩ_limとなるように電流制限を加え、ステップＳ１１において、その状態でストリング１０をパワーラインに戻す。

次に、ステップＳ１１において、システム制御部３は、測定対象となるストリング１０の番号ｎをインクリメントする。次に、ステップＳ１２において、システム制御部３は、測定対象となるストリング１０の番号ｎが、発電装置１のアレイを構成するストリング１０の個数Ｎに到達したか否かを判別する。ステップＳ１２にてストリング１０の番号ｎが個数Ｎに到達したと判別した場合には、システム制御部３は、処理を終了する。一方、ステップＳ１２にてストリング１０の番号ｎが個数Ｎでないと判別した場合には、システム制御部３は、処理をステップＳ２に戻す。

（効果）
上述した第１の実施形態によれば、システム制御部３がＩ−Ｖ曲線に階段形状が発生したか否かを判別する。そして、階段形状が発生した場合には、システム制御部３は、負荷調節／電流制限部３０を制御して、ストリング１０に流れる電流を制限する。したがって、部分影などによりストリング１０の発電面に光が不均一に当たって発電している状況において、比較的暗い部分にある光電変換素子１１の劣化を抑えることができる。また、ストリング全体のＩ−Ｖ曲線の取得と、取得されたＩ−Ｖ曲線の形状解析機能との組み合わせによって、逆バイアス状態を検出することができる。

シリコン太陽電池において部分影を検出する方法としては、例えば、特許文献１に記載のあるフォトカプラを用いる方法が知られている。この方法は、各々の光電変換素子に取り付けられたバイパスダイオードに対し、さらにそれと平行になるようにフォトカプラを並列接続し、フォトカプラを通じて逆バイアス状態を検出する、というものである。この方法を色素増感太陽電池のストリングに適用した場合、その制限電流値Ｉ_limの決定方法は、もしフォトカプラが一つでもＯＮになったら制限電流値を少しずつ下げて行き、すべてのフォトカプラがＯＦＦになった時点の制限電流値を採用する、という構成となる。また、特許文献２に記載されたようなアンプを利用する方法でも、原理的に等価な動作が可能である。但し、この場合はアンプ自身の耐電圧が問題になりやすい。

しかし、これらの方法では、光電変換素子の個数に比例して回路部品の点数が増えてしまい、さらに配線も煩雑になるため、コストアップに直結してしまうという欠点がある。特に光電変換素子の個数が多いストリングに対しては、有効な手法であるとは言い難い。これに対して、Ｉ−Ｖ曲線測定と形状解析アルゴリズムのみによって実現可能な本技術の方法は、光電変換素子１１の個数が多くなっても回路部品の点数を少なく抑えることができ、かつ、バイパスダイオードの不要化にも寄与することができる。

＜変形例＞
Ｉ−Ｖ曲線に階段形状などの歪みが発生する原因は、部分影だけではない。ストリング１０を構成している幾つかの光電変換素子１１が故障しても、Ｉ−Ｖ曲線に歪みが発生する。

その原因を特定するには、例えば、歪みの発生状況の履歴を記憶部に残すようにして、現象が一時的なものか、継続的かを調べるという方法が最も簡便である。一時的であれば部分影、継続的であれば光電変換素子１１の故障である可能性が高い。

より精度よく原因を特定するには、歪みの発生状況した時のＩ₀／Ｉ_SC値も併せて履歴として記憶部に残しておけばよい。晴れの日の場合、直達光成分（日射のコリメート光成分）が大きいため、遮られた時の電流低下の度合いが高く、つまりＩ₀／Ｉ_SC値は小さくなる。一方、曇りの日の場合は散乱光成分（日射の非コリメート光成分）が大きいため、遮られた時の電流低下の度合いは低く、Ｉ₀／Ｉ_SC値は大きい。つまり自然の条件下では、光が遮られた時の電流低下の度合いは高かったり低かったりし、決して一定ではない。しかしながら、光電変換素子１１の故障の場合は電流低下の度合いは概して一定になる。この違いを検出する。

Ｉ−Ｖ曲線に発生した歪みの原因が部分影であった場合、一般的傾向としてＩ₀／Ｉ_SC値が小さければ、それは影となる原因がストリング１０の近傍にあることを示し、Ｉ₀／Ｉ_SC値が大きければ、原因が遠くにあることを示す。この距離情報と、更に別のセンサや時刻情報などと組み合わせることによって、より詳細な推定ができるようになる。例えば、ストリング表面の温度がほぼゼロ度で部分影が発生しているのであれば、その原因は雪である可能性が高い。毎日同じ時刻に部分影になるのであれば、周囲にある建造物の影か、もしくは樹木の影になった可能性が高い。なお、その樹木が落葉性であればＩ₀／Ｉ_SC値に季節変動があるため（すなわち樹木の葉が生い茂った夏は影になりやすく、樹木の葉が少ない冬は影になりにくい）、Ｉ₀／Ｉ_SC値の履歴を解析すればそれが建造物の影であったか、樹木の影であったかを切り分けることも可能である。秋に、ストリング１０に極めて近い位置に部分影の原因があるなら、それは落葉が原因である可能性が高い。そして、時間的な規則性が無くランダムに発生する部分影は、恐らく鳥や飛行機などである可能性が高い。

例えばこのようなアルゴリズムでＩ−Ｖ曲線に歪みを起こした原因を推定し、もしそれが雪や落葉だと推定されれば、それをユーザに知らせて雪や落葉を取り除くよう促すのが良い。建物や樹木の場合は、ユーザにその旨知らせるのが良いが、原因が鳥、飛行機の場合は、特にユーザに知らせる必要はない。

原因が光電変換素子１１の故障であれば、故障に至ったまでの出力履歴や各種センサの履歴を記憶部に保存し、さらに、ユーザにカスタマーセンタへの連絡を促すのが良い。ユーザが、インターネットなどを通じてカスタマーセンタへ直接履歴データを送信することによって、故障原因の究明などに役に立てることができる。

なお、原因が光電変換素子１１の故障であると分かった場合で、さらにＩ₀が極端に小さい場合、敢えて電流制限をかけないこともあり得る。該当する光電変換素子１１の故障はより進行することになるが、その光電変換素子１１の保護を諦めることによってストリング全体での発電能力を回復させることができる。該当する光電変換素子１１は既に故障しているので、保護を諦めても問題が無い場合が多い。

＜３．第２の実施形態＞
図９は、本技術の第２の実施形態に係る発電システムの構成の一例を示す概略図である。第２の実施形態に係る発電システムは、光電変換素子（例えば色素増感太陽電池）と蓄電池（例えばリチウムイオン二次電池）とを用いたハイブリッド発電システムである。第２の実施形態において第１の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。

第２の実施形態に係る発電システムは、充放電制御部６と、蓄電装置７とをさらに備える点において、第１の実施形態とは異なっている。蓄電装置７は、接続箱４と出力端子５との間に充放電制御部６を介して設けられている。蓄電装置７は、例えば直列および／または並列に接続された複数の蓄電池を含んでいる。蓄電池としては、リチウムイオン二次電池を用いることが好ましい。

接続箱４にてまとめられた電力は、充放電制御部６を介して蓄電装置７に充電にされる。蓄電装置７に充電された電力は、充放電制御部６を介して出力端子５に供給される。充放電制御部６は、システム制御部３に接続されており、システム制御部３の制御に基づき、蓄電装置７の充放電の動作が制御される。

図１０は、図９に示した発電システムのより具体的な構成の一例を示す概略図である。直列および／または直列に蓄電池が接続された組電池８２が、接続箱４と出力端子５との間に設けられている。組電池８２に対して安全充電回路８１が並列に設けられている。この安全充電回路８１は、システム制御部３に接続されており、システム制御部３の制御に基づき、安全充電回路８１の充電制御の動作が制御される。

＜４．第３の実施形態＞
図１１は、本技術の第３の実施形態に係る発電システムの構成の一例を示す概略図である。第３の実施形態は、ストリング１０が直列に接続された光電変換部７１により構成されている点において、第１の実施形態とは異なっている。光電変換部７１は、光電変換素子７２と、この光電変換素子７２に対して並列に接続されたバイパスダイオード７３を備える。第１の実施形態では、ストリング１０を構成する光電変換素子１１が仮想的な内部バイパスダイオードを有しているのに対して、第３の実施形態では、ストリング１０を構成する光電変換素子７２は実際にバイパスダイオード７３を有している点において、両実施形態の構成は異なっている。第３の実施形態において第１の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。

光電変換素子７２は、仮想的な内部バイパスダイオードを有していない光電変換素子である。このような光電変換素子としては、例えばシリコン系太陽電池を挙げることができるが、特にこの例に限定されるものではない。シリコン系太陽電池としては、例えば、単結晶シリコン型太陽電池、多結晶シリコン型太陽電池、微結晶シリコン型太陽電池、アモルファスシリコン型太陽電池が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。

図１２は、図１１に示した発電システムのより具体的な構成の一例を示す概略図である。図１２では、光電変換素子７２を等価回路により表している。光電変換素子７２の等価回路は、部分影になっておらず通常発電している光電変換素子と、部分影になっており通常発電していない光電変換素子とでは異なっている。すなわち、部分影になっておらず通常発電している光電変換素子７２の等価回路は、並列に接続された電流源７４、バイパスダイオード７３およびダイオード７５を備える。部分影になっており通常発電していない光電変換素子７２の等価回路は、並列に接続された抵抗７６、バイパスダイオード７３およびダイオード７５を備える。すなわち、通常発電していない光電変換素子７２は、電流源７４に代えて抵抗７６を備える点において、通常発電している光電変換素子７２とは異なっている。

＜５．第４の実施形態＞
図１３は、本技術の第４の実施形態に係る住宅用蓄電システムの構成の一例を示す図である。例えば住宅１０１用の蓄電システム１００においては、火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃなどの集中型電力系統１０２から電力網１０９、情報網１１２、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８などを介し、電力が蓄電装置１０３に供給される。これとともに、発電装置１０４などの独立電源から電力が蓄電装置１０３に供給される。蓄電装置１０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置１０３を使用して、住宅１０１で使用する電力が給電される。住宅１０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。

住宅１０１には、発電装置１０４、電力消費装置１０５、蓄電装置１０３、各装置を制御する制御装置１１０、スマートメータ１０７、各種情報を取得するセンサ１１１が設けられている。各装置は、電力網１０９および情報網１１２によって接続されている。発電装置１０４にて発電した電力が電力消費装置１０５および／または蓄電装置１０３に供給される。発電装置１０４としては、上述の第１または第３の実施形態における発電装置１を用いることができる。電力消費装置１０５は、冷蔵庫１０５ａ、空調装置１０５ｂ、テレビジョン受信機１０５ｃ、風呂１０５ｄなどである。さらに、電力消費装置１０５には、電動車両１０６が含まれる。電動車両１０６は、電気自動車１０６ａ、ハイブリッドカー１０６ｂ、電気バイク１０６ｃである。

蓄電装置１０３は、例えば、直列および／または並列に接続された複数のリチウムイオン二次電池を含んでいる。スマートメータ１０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網１０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせてもよい。

各種のセンサ１１１は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサなどである。各種のセンサ１１１により取得された情報は、制御装置１１０に送信される。センサ１１１からの情報によって、気象の状態、人の状態などが把握されて電力消費装置１０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置１１０は、住宅１０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社などに送信することができる。

パワーハブ１０８によって、電力線の分岐、直流交流変換などの処理がなされる。制御装置１１０と接続される情報網１１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路）などの通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉなどの無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers)８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ(Personal Area Network) またはＷ(Wireless)ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。

制御装置１１０は、外部のサーバ１１３と接続されている。このサーバ１１３は、住宅１０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていてもよい。サーバ１１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信してもよいが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機など）から送受信してもよい。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)などに、表示されてもよい。

各部を制御する制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などで構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置１１０は、蓄電装置１０３、発電装置１０４、電力消費装置１０５、各種のセンサ１１１、サーバ１１３と情報網１１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能などを備えていてもよい。制御装置１１０は、上述の第１の実施形態における発電制御装置２の機能を有している。

以上のように、電力が火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃなどの集中型電力系統１０２のみならず、発電装置１０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置１０３に蓄えることができる。したがって、発電装置１０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置１０３に蓄えるとともに、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置１０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置１０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。

なお、この例では、制御装置１１０が蓄電装置１０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ１０７内に格納されてもよいし、単独で構成されていてもよい。さらに、蓄電システム１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。

以下、実施例および比較例により本技術を具体的に説明するが、本技術はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例）
まず、６４個の色素増感太陽電池を直列に接続したストリングを作製した。次に、このストリングを、劣化防止機能を有する発電制御装置に接続した。この発電制御装置としては、図１に示す構成を有し、かつ、図８に示すフローチャートに従って動作するものを用いた。以上により、目的とする発電システムを得た。

（比較例）
まず、６４個の色素増感太陽電池を直列に接続したストリングを作製した。次に、このストリングを、劣化防止機能を有していない従来の発電制御装置に接続した。以上により、目的とする発電システムを得た。

（評価）
上述のようにして得られた発電システムの劣化防止機能を以下のようにして評価した。
まず、発電システムのストリングのうちの一つの色素増感太陽電池に対して遮光テープを貼り付けて遮光し、ストリングのうちの一つの色素増感太陽電池のみが部分影になっているという仮想的な状況を設定した。次に、発電システムのストリングを一定期間、屋外での発電試験を行った後、遮光した色素増感太陽電池を目視により観察した。

（結果）
比較例の発電システムでは、遮光した色素増感太陽電池の所々に、色素が脱離した様な淡色のシミが確認できた。この劣化の要因は、発電試験中、遮光した色素増感太陽電池の内部バイパスダイオードに常に電流が流れ、その電流値が内部バイパスダイオードの耐電流を超えていたためであると考えられる。
一方、実施例の発電システムでは、色素増感太陽電池に、色素が脱離した様な淡色のシミは確認できなかった。この劣化防止の要因は、発電制御装置により、制限電流値Ｉ_lim以下になるようにストリングに電流制限が加えられていたためと考えられる。

以上、本技術の実施形態について具体的に説明したが、本技術は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。

また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

また、本技術は以下の構成を採用することもできる。
（１）
光電変換素子の電圧および電流を測定する測定部と、
上記光電変換素子に流れる電流を制限する制限部と、
上記測定部により測定された電圧および電流から電流電圧曲線の形状を解析し、該解析の結果に基づき上記制限部を制御して、上記光電変換素子に流れる電流を制限する制御部と
を備える発電制御装置。
（２）
上記電流電圧曲線の形状の解析は、上記電流電圧曲線における階段形状の発生の有無を判別することである（１）に記載の発電制御装置。
（３）
上記電流電圧曲線における階段形状の発生の有無の判別は、上記電流電圧曲線における変曲点の発生の有無の判別である（２）に記載の発電制御装置。
（４）
上記制御部は、上記階段形状の階段の高さに対応する電流値を用いて制限電流値を求め、上記光電変換素子に流れる電流が上記制限電流値以下となるように、上記光電変換素子に流れる電流を制限する（１）に記載の発電制御装置。
（５）
上記光電変換素子は、仮想的な内部バイパスダイオードを有し、
上記制御部は、上記光電変換素子の仮想的な内部バイパスダイオードに流れる電流が、該内部バイパスダイオードの耐電流を超えないように上記光電変換素子に流れる電流を制限する（１）に記載の発電制御装置。
（６）
上記光電変換素子は、色素増感光電変換素子である（５）に記載の発電制御装置。
（７）
上記制限部は、上記光電変換素子の電圧を掃引し、
上記測定部は、掃引時の光電変換素子の電圧および電流を測定する（２）に記載の発電制御装置。
（８）
上記制御部は、上記電流電圧曲線における階段形状の発生が有ると判別されたら、上記制限部による電圧掃引を終了させる（７）に記載の発電制御装置。
（９）
上記光電変換素子は、ストリングを構成している（１）から（８）のいずれかに記載の発電制御装置。
（１０）
光電変換部の電圧および電流を測定する測定部と、
上記光電変換部に流れる電流を制限する制限部と、
上記測定部により測定された電圧および電流から電流電圧曲線の形状を解析し、該解析の結果に基づき上記制限部を制御して、上記光電変換部に流れる電流を制限する制御部と
を備える発電制御装置。
（１１）
上記光電変換部は、光電変換素子とバイパスダイオードとを含んでいる（１０）に記載の発電制御装置。
（１２）
上記光電変換素子は、シリコン系光電変換素子である（１１）に記載の発電制御装置。
（１３）
光電変換素子の電流電圧曲線の形状を解析し、
上記解析の結果に基づき、上記光電変換素子に流れる電流を制限する
ことを含む発電制御方法。
（１４）
光電変換部の電流電圧曲線の形状を解析し、
上記解析の結果に基づき、上記光電変換部に流れる電流を制限する
ことを含む発電制御方法。
（１５）
発電装置と、
上記発電装置を制御する発電制御装置と
を備え、
上記発電装置は、
直列に接続された複数の光電変換素子からなるストリング
を備え、
上記発電制御装置は、
ストリングの電圧および電流を測定する測定部と、
上記ストリングに流れる電流を制限する制限部と、
上記ストリングにより測定された電圧および電流から電流電圧曲線の形状を解析し、該解析の結果に基づき上記制限部を制御して、上記ストリングに流れる電流を制限する制御部と
を備える発電システム。
（１６）
発電装置と、
上記発電装置を制御する発電制御装置と
上記発電装置により発電された電力を蓄電する蓄電装置と
を備え、
上記発電装置は、
直列に接続された複数の光電変換素子からなるストリング
を備え、
上記発電制御装置は、
ストリングの電圧および電流を測定する測定部と、
上記ストリングに流れる電流を制限する制限部と、
上記ストリングにより測定された電圧および電流から電流電圧曲線の形状を解析し、該解析の結果に基づき上記制限部を制御して、上記ストリングに流れる電流を制限する制御部と
を備える蓄電システム。

１ 発電装置
２ 発電制御装置
３ システム制御部
４ 接続箱
５、３６ 出力端子
１０ ストリング
１１ 光電変換素子
１２ 電流源
１３ ダイオード
１４ バイパスダイオード
１６ 負荷
２０ 電流電圧測定部
２１ シャント抵抗
２２ 電流電圧測定部
３０ 負荷調節および電流制限回路
３１ 抵抗
３２ ｎチャネルダイオード
３３ 負荷調節および電流制限回路
３４ ｐチャネルダイオード
３５ ショットキーバリアダイオード

Claims (14)

1. 光電変換素子の電圧および電流を測定する測定部と、
   上記光電変換素子に流れる電流を制限する制限部と、
   上記測定部により測定された電圧および電流から電流電圧曲線の形状を解析し、該解析の結果に基づき上記制限部を制御して、上記光電変換素子に流れる電流を制限する制御部と
   を備える発電制御装置。
2. 上記電流電圧曲線の形状の解析は、上記電流電圧曲線における階段形状の発生の有無を判別することである請求項１に記載の発電制御装置。
3. 上記電流電圧曲線における階段形状の発生の有無の判別は、上記電流電圧曲線における変曲点の発生の有無の判別である請求項２に記載の発電制御装置。
4. 上記制御部は、上記階段形状の階段の高さに対応する電流値を用いて制限電流値を求め、上記光電変換素子に流れる電流が上記制限電流値以下となるように、上記光電変換素子に流れる電流を制限する請求項１に記載の発電制御装置。
5. 上記光電変換素子は、仮想的な内部バイパスダイオードを有し、
   上記制御部は、上記光電変換素子の仮想的な内部バイパスダイオードに流れる電流が、該内部バイパスダイオードの耐電流を超えないように上記光電変換素子に流れる電流を制限する請求項１に記載の発電制御装置。
6. 上記光電変換素子は、色素増感光電変換素子である請求項５に記載の発電制御装置。
7. 上記制限部は、上記光電変換素子の電圧を掃引し、
   上記測定部は、掃引時の光電変換素子の電圧および電流を測定する請求項２に記載の発電制御装置。
8. 上記制御部は、上記電流電圧曲線における階段形状の発生が有ると判別されたら、上記制限部による電圧掃引を終了させる請求項７に記載の発電制御装置。
9. 上記光電変換素子は、ストリングを構成している請求項１に記載の発電制御装置。
10. 光電変換部の電圧および電流を測定する測定部と、
    上記光電変換部に流れる電流を制限する制限部と、
    上記測定部により測定された電圧および電流から電流電圧曲線の形状を解析し、該解析の結果に基づき上記制限部を制御して、上記光電変換部に流れる電流を制限する制御部と
    を備える発電制御装置。
11. 上記光電変換部は、光電変換素子とバイパスダイオードとを含んでいる請求項１０に記載の発電制御装置。
12. 上記光電変換素子は、シリコン系光電変換素子である請求項１１に記載の発電制御装置。
13. 光電変換素子の電流電圧曲線の形状を解析し、
    上記解析の結果に基づき、上記光電変換素子に流れる電流を制限する
    ことを含む発電制御方法。
14. 光電変換部の電流電圧曲線の形状を解析し、
    上記解析の結果に基づき、上記光電変換部に流れる電流を制限する
    ことを含む発電制御方法。

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