JP2014033120A

JP2014033120A - 太陽電池モジュールの電力配分回路

Info

Publication number: JP2014033120A
Application number: JP2012173586A
Authority: JP
Inventors: Takao Yamada; 隆夫山田; Takashi Ozeki; 祟大関; Kazuhiko Kato; 和彦加藤
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2014-02-20

Abstract

【課題】太陽光発電システムの一部の太陽電池モジュールの出力が、日陰等によって低下した場合に、システムの電流電圧特性に現れる段差を平滑化して出力電力の効率を高めることのできる、太陽電池モジュールの電力配分回路を提供する。
【解決手段】太陽電池モジュールＭ１の正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２にそれぞれの一端が接続され他端が電力配分線路２、４に接続された連絡線路３、５と、これらの連絡線路３、５間に跨って接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、連絡線路３、４に設けられたスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２を同期させて周期的にＯＮ／ＯＦＦ制御するとともに、スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４を、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と逆位相でＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング制御回路とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システムに用いられている太陽電池モジュールの一部が日陰等の設置環境が悪い場合でも、システム全体の発電効率を高めることのできる、太陽電池モジュールの電力配分回路に関する。

現在、太陽光発電システムの発電効率を上げるために、変換効率が高い太陽電池セルやパワーコンディショナの開発が進められている。現用されている太陽光発電システムは、特許文献１に記載されているように、複数の太陽電池モジュールを直並列に接続して、電圧を高めた後に、インバータで交流に変換する集中型インバータ方式が主流となっている。

しかしながら、このような集中型インバータ方式の太陽光発電システムは、実際の使用時においては、一部の太陽電池モジュールが、日陰等の設置環境下に置かれるために、発電能力を十分に発揮できない場合がある。

図１４は、２枚の直列接続された太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２からなる太陽光発電システムを模式的に示した図であって、これらの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２は、同一仕様のものが用いられている。

また、前記太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２のそれぞれの正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２間にはバイパスダイオードＤ１が接続されているとともに、太陽電池モジュールＭ１の正極端子Ｐ１と太陽電池ジュールＭ２の負極端子Ｐ２は、外部負荷に接続されている。

これらの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２が両方とも日向にあって、十分な太陽光が当たっている場合には、これらを総合した外部出力は、図１５に太い実線で示すような、最大出力動作点をＰとする電流・電圧特性となる。

ところが、例えば、一方の太陽電池モジュールＭ２が日陰に入った場合には、これらの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２は、出力電流に違いが生じて、図１６に実線で示すような、階段状の出力特性を示す。

図１６において、領域（１）と領域（３）の面積を合わせたものは、太陽電池モジュールＭ１の発電電力を表し、また、領域（２）の面積は、太陽電池モジュールＭ２の発電電力を表している。

このような出力特性において、最大出力動作点Ｐが同図に示す位置にあった場合、得られる発電電力は、領域（１）と領域（２）の面積の和となり、領域（３）の部分は，出力電力に寄与することができないため損失となる。

一方、特許文献２に記載されているように、個々の太陽電池モジュールに、マイクロコンバータを搭載したＡＣ太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システムがある。この方式は、各々の太陽電池モジュールに対して最大電力追従（ＭＰＰＴ）制御を行い、その出力をＤＣ／ＡＣ変換するようにした太陽電池モジュールで、日陰等による損失が少ないとされている。

特開２０００−３４７７５３号公報特開平１１−３１８０４２号公報

しかしながら、前述したような、ＡＣ太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システムでは、複雑な変換回路を有するため、個々の太陽電池モジュールの製造コストが高くなるとともに、常時変換動作を行っているため、日陰が無い状態においても変換ロスが発生する問題があった。また、変換回路が故障した場合には、これを搭載している太陽電池モジュール自体が使用できなくなるため、信頼性にも問題があった。

そこで、本発明は、前述したような従来技術における問題点を解決し、太陽光発電システムの一部の太陽電池モジュールの出力が、日陰等によって低下した場合に、システムの電流電圧特性に現れる段差を平滑化して出力電力の効率を高めることのできる、太陽電池モジュールの電力配分回路を提供することを目的とする。

前記目的のために提供される本発明の太陽電池モジュールの電力配分回路は、一端が太陽電池モジュールの正極端子に接続され、他端が第１の電力配分線路に接続される第１の連絡線路と、一端が前記太陽電池モジュールの負極端子に接続され、他端が第２の電力配分線路に接続される第２の連絡線路と、第１の連絡線路と第２の連絡線路に跨って接続された第１のコンデンサと、第１の連絡線路の、第１のコンデンサの接続位置と前記正極端子の接続位置の間に設けられた第１のスイッチング素子と、第２の連絡線路の、第１のコンデンサの接続位置と前記負極端子の接続位置の間に設けられた第２のスイッチング素子と、第１の連絡線路の、第１のコンデンサの接続位置と第１の電力配分線路の接続位置の間に設けられた第３のスイッチング素子と、第２の連絡線路の、第１のコンデンサの接続位置と第２の電力配分線路の接続位置の間に設けられた第４のスイッチング素子と、第１の連絡線路の、第１のスイッチング素子と前記正極端子の接続位置の間と、第２の連絡線路の、第２のスイッチング素子と前記負極端子の接続位置の間に跨って接続された第２のコンデンサと、第１の電力配分線路から第１の連絡線路の第３のスイッチング素子までの間と、第２の電力配分線路から第２の連絡線路の第４のスイッチング素子までの間に跨って接続された第３のコンデンサと、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子を同期させて周期的にＯＮ／ＯＦＦ制御するとともに、第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子を、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とは逆位相でＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング制御回路とを備えたものである。

本発明の太陽電池モジュールの電力配分回路においては、スイッチング制御回路は、周期毎の各スイッチング素子のＯＦＦ状態にある時間比率をＯＮ状態にある時間比率より長くして、全てのスイッチング素子が同時にＯＦＦ状態になる短絡防止期間が存在するように、各スイッチング素子の切り換えタイミングを制御することが望ましい。

請求項１に記載された発明によれば、太陽光発電システムに使用される各太陽電池モジュール間に、日陰や受光面の汚れ、経年劣化等によって、発電出力にバラツキが生じた場合に、第１の電力配分線路と第２の電力配分線路を介して、各太陽電池モジュール間でバランス良く電力を配分することができる。

その結果、太陽光発電システム全体の電流電圧特性の段差が平滑化され、本来、発電出力として利用できなかった電力が利用可能となるため、出力電力を向上させることができる。
さらに、電流電圧特性の段差が平滑化されるため、パワーコンディショナの最大出力動作点の検出が容易となり、ＭＰＰＴミスマッチ損失を回避することができる。

また、電力配分回路がコンデンサと、ＦＥＴやリレー等のスイッチング素子のみからなる簡単でエネルギ損失の少ない回路構成であるため、従来のＡＣ太陽電池モジュールと比較して、日陰が無い場合の損失がほとんど生じることが無く、また、製造コストも安くできる利点がある。

さらに、従来のＡＣ太陽電池モジュールにおいては、太陽電池モジュールに搭載されているマイクロコンバータが故障すると、太陽電池モジュール自体も使用不能となるが、本発明の電力配分回路は、万一故障してその機能が損なわれた場合においても、これが接続されている太陽電池モジュール自体の機能に支障を生じる恐れがない。

請求項２に記載された発明によれば、スイッチング制御回路が、全てのスイッチング素子が同時にＯＦＦ状態になる短絡防止期間が存在するように、各スイッチング素子の切り換えタイミングを制御するようにしているため、各太陽電池モジュール間での電力の配分動作を確実に行うことができる。

本発明の電力配分回路を直列接続した２枚の太陽電池モジュールに適用した実施形態を示す図である。スイッチング制御回路のブロック図である。各スイッチング素子の動作タイミングを示す図である。電力配分回路を動作させない場合に、直列接続した２つの太陽電池モジュールの一方が日陰に入っている場合の電流電圧特性を示す図である。電力配分回路へ電力を取り込む過程を示す図である。電力配分回路から電力を配分する過程を示す図である。電力配分回路によって平滑化された電流電圧特性を示す図である。短絡防止期間を設けた場合の各スイッチング素子の動作タイミングを示す図である。本発明の電力配分回路を直列接続した３枚の太陽電池モジュールに適用した実施形態を示す図である。３枚の太陽電池モジュールが何れも日向にある場合の各太陽電池モジュールの電流電圧特性を示す図である。１枚の太陽電池モジュールのみが日陰に入って発電出力が低下している場合の各太陽電池モジュールの電流電圧特性を示す図である。２枚の太陽電池モジュールが異なる発電出力の低下が生じている場合の各太陽電池モジュールの電流電圧特性を示す図である。電力配分回路を多数の太陽電池モジュールが直並列に組み合わされた太陽光発電システムに適用した実施形態を示す図である。２枚の直列接続された太陽電池モジュールからなる太陽光発電システムを模式的に示す図である。両方の太陽電池モジュールが日向にある場合の電流電圧特性を示す図である。一方の太陽電池モジュールが日陰に入った場合の電流電圧特性を示す図である。

図１に示す実施形態は、直列に接続された２つの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２に、本発明の電力配分回路１を組み込んだものであって、これらの太陽電池モジュールＭ１の正極端子Ｐ１とＭ２の負極端子Ｐ２は外部負荷と接続されている。また、太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２のそれぞれの正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２間には、バイパスダイオードＤ１が接続されている。

前記電力配分回路１は、一端が一方の太陽電池モジュールＭ１の正極端子Ｐ１に接続され、他端が電力配分線路２（第１の電力配分線路）に接続される連絡線路３（第１の連絡線路）と、一端が前記太陽電池モジュールＭ１の負極端子Ｐ２に接続され、他端が電力配分線路４（第２の電力配分線路）に接続される連絡線路５（第２の連絡線路）と、連絡線路３と連絡線路５に跨って接続されたコンデンサＣ１（第１のコンデンサ）と、連絡線路３の、コンデンサＣ１の接続位置と前記正極端子Ｐ１の接続位置の間に設けられたスイッチング素子Ｓ１（第１のスイッチング素子）と、連絡線路５の、コンデンサＣ１の接続位置と前記負極端子Ｐ２の接続位置の間に設けられたスイッチング素子Ｓ２（第２のスイッチング素子）と、連絡線路３の、コンデンサＣ１の接続位置と電力配分線路２の接続位置の間に設けられたスイッチング素子Ｓ３（第３のスイッチング素子）と、連絡線路５の、コンデンサＣ１の接続位置と電力配分線路４の接続位置の間に設けられたスイッチング素子Ｓ４（第４のスイッチング素子）と、連絡線路３の、スイッチング素子Ｓ１と前記正極端子Ｐ１の接続位置の間と、連絡線路５の、スイッチング素子Ｓ２と前記負極端子Ｐ２の接続位置の間に跨って接続されたコンデンサＣ２（第２のコンデンサ）と、電力配分線路２から連絡線路３のスイッチング素子Ｓ３までの間と、電力配分線路４から連絡線路５のスイッチング素子Ｓ４までの間に跨って接続されたコンデンサＣ３（第３のコンデンサ）と、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２を同期させて周期的にＯＮ／ＯＦＦ制御するとともに、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４を、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２とは逆位相でＯＮ／ＯＦＦ制御する、図１には示していないスイッチング制御回路から構成されている。

本実施形態のものにおいては、電力配分線路２と電力配分線路４は、他方の太陽電池モジュールＭ２の正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２にそれぞれ接続されている。また、第１〜第４のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４には、トランジスタ（ＦＥＴ）を用いている。なお、これらのスイッチング素子はリレーで構成してもよい。

図２は、スイッチング制御回路のブロック図であって、スイッチング制御回路は、パルス発振器、相補回路、２つのドライバ回路Ａ、Ｂから構成されていて、パルス発振器は、図３の（１）に示す周期的なパルス信号を生成する。

パルス発振器で生成されたパルス信号が相補回路に入力されると、相補回路は前記パルス信号に基づいて、図３の（２）と（３）に示す、互いに逆位相のパルス信号を生成し、これらの信号をそれぞれ２系統のドライバ回路Ａ、Ｂに出力する。

ドライバ回路Ａは、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２をＯＮ／ＯＦＦ動作させるためのものであって、図３の（２）の信号に基づいてこれらのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２を同期させて周期的にＯＮ／ＯＦＦする。

また、ドライバ回路Ｂは、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４をＯＮ／ＯＦＦ動作させるためのものであって、図３の（３）の信号に基づいてスイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４を同期させて周期的にＯＮ／ＯＦＦする。

次に、前述したように構成されている電力配分回路１の動作を説明する。図１に示すように、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が全てＯＦＦの状態においては、電力配分回路１は機能していない状態にある。

ここで、太陽電池モジュールＭ１は日向にあり、太陽電池モジュールＭ２は日陰に入っている場合を想定すると、この場合には、両者の間に出力電流の差が生じるため、太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２からなるシステムは、図４に示すような階段状の電流電圧特性を示す。

次に、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４はＯＦＦの状態で、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２が同時にＯＮの状態に切り換えられると、図５に示すように、日向側にある太陽電池モジュールＭ１から出力される電力の一部とコンデンサＣ２に蓄積されていた電力は、コンデンサＣ１に移動してここに蓄えられる。

その後、図６に示すように、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２が同時にＯＦＦの状態に切り換えられるとともに、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４が同時にＯＮの状態に切り換えられると、コンデンサＣ１に蓄積されていた電力は、電力配分線路２に送られる。

このとき、日陰側にある太陽電池モジュールＭ２とコンデンサＣ１は並列接続となり、その出力電流は、コンデンサＣ１に蓄えられた電流と太陽電池モジュールＭ２の電流の総和となる。なお、コンデンサＣ３は、太陽電池モジュールＭ２と常時並列接続されて蓄電され飽和している。

前述したスイッチング制御回路によって、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を図５に示す状態と図６に示す状態の間で周期的に交互に切り換えると、太陽電池モジュールＭ１側から太陽電池モジュールＭ２側への電力配分が継続して行われる。

これらのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のスイッチング動作は、スイッチング制御回路のパルス発振器が生成するパルス信号の周期で断続的に行われるが、コンデンサＣ２とコンデンサＣ３の働きによって出力される電流の変動は平滑化される。

その結果、電力配分回路１を動作させることによって、図４に示した領域（１）は分割されて、その一部が領域（２）の電流に加算され、図７に示すように、平滑化された電流電圧特性に改善される。これにより、本来出力として得られなかった発電電力分を有効に利用することが可能となる。

前述した電力配分回路１は、コンデンサＣ１に対して対称な双方向回路として太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２間に組み込まれているため、太陽電池モジュールＭ１が日陰に入り、太陽電池モジュールＭ２が日向になった場合も有効である。

なお、図８に示すように、パルス発振器の出力信号（１）に対して、（２）、（３）の信号を出力するように相補回路を構成し、それぞれ、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のＯＦＦ状態にある時間比率が、ＯＮ状態にある時間比率より長く、全てのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が同時にＯＦＦ状態となる短絡防止期間ａを存在させることで、太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２間での電力の配分動作を確実に行うことができる。

次に、図９に示す実施形態は、直列に接続された３つの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２Ｍ３のそれぞれに、前述した図１に示す電力配分回路１と同じ構成の電力配分回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃを組み込んだものである。

太陽電池モジュールＭ１の正極端子Ｐ１と太陽電池モジュールＭ３の負極端子Ｐ２には外部負荷が接続されており、また、各太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３のそれぞれの正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２間には、バイパスダイオードＤ１が接続されている。

それぞれの電力配分回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃどうしは、電力配分線路２Ａ（第１の電力配分線路）と電力配分線路４Ａ（第２の電力配分線路）を介して相互に連結されている。また、図示していないが、本実施形態におけるそれぞれの電力配分回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、先に図２において説明したスイッチング制御回路を共通に有している。

図１０は、３つの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３が全て日向にある場合の太陽電池モジュール毎の電流電圧特性を示す図であって、ここでは、Ｐｍａｘ１、Ｐｍａｘ２、Ｐｍａｘ３は、それぞれ太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３の最大出力動作点を示している。また、Ｉｐｍ１、Ｉｐｍ２、Ｉｐｍ３は、それぞれの最大動作点における電流を、Ｖｐｍ１、Ｖｐｍ２、Ｖｐｍ３は、それぞれの最大動作点における電圧を示している。

この場合は、太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３は電流電圧特性が同じになるので、Ｉｐｍ１＝Ｉｐｍ２＝Ｉｐｍ３、Ｖｐｍ１＝Ｖｐｍ２＝Ｖｐｍ３となる。このときは、各電力配分回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃを動作させても、スイッチングによって各コンデンサに蓄電はされるものの、電力に行き場が無いことから、これらの回路は、図９のシステムにおいて何も作用することはない。

このように、日陰の無い理想的な条件下では、電力配分回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃには事実上機能せず、したがって、スイッチング制御回路部分で消費される電力以外の損失はほとんど無視することができる。

次に、図１１は、太陽電池モジュールＭ３だけが日陰に入っている場合の太陽電池モジュール毎の電流電圧特性を示す図である。この場合の動作電流の条件は、Ｉｐｍ１＝Ｉｐｍ２＞Ｉｐｍ３、動作電圧の条件は、Ｖｐｍ１＝Ｖｐｍ２＞Ｖｐｍ３となる。

この場合には、各電力配分回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃを起動すると、各電力配分回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃとも、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２が一斉にＯＮになることで、太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３から各コンデンサＣ１に電流が流入してこれらのコンデンサＣ１に電力が蓄えられる。なお、このとき、それぞれの電力配分回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃのスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４はともにＯＦＦになっている。

次いで、各電力配分回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２が一斉にＯＦＦになり、スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がＯＮに切り替わることで、各コンデンサＣ１は対応する各コンデンサＣ３と並列に接続される。

一方、これらのコンデンサＣ３どうしは、電力配分線路２Ａ、４Ａを介して常時並列に接続されているため、それぞれの電力配分回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃのスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がＯＮになった時に、それぞれ３つのコンデンサＣ１とコンデンサＣ３どうしは全て並列に接続される。

その結果、これらのスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がＯＮになる前に、各コンデンサＣ１に蓄えられていた電力は、それぞれ３つのコンデンサＣ１、Ｃ３に移動して配分され、その後、各電力配分回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃのスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がＯＦＦになり、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２がＯＮに切り替わった時に、電力配分回路１ＣのコンデンサＣ１から太陽電池モジュールＭ３側に電流が流れて電力が供給される。

一方、電力配分回路１Ａ、１Ｂの各コンデンサＣ１は、それぞれ対応する太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２から電流が流入して蓄電される。このような動作が繰り返されることで、各太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３間の電力は平滑化される。

次に、図１２は、太陽電池モジュールＭ２と太陽電池モジュールＭ３に異なる出力低下がある場合の太陽電池モジュール毎の電流電圧特性を示す図である。この場合の動作電流の条件は、Ｉｐｍ１＞Ｉｐｍ２＞Ｉｐｍ３、動作電圧の条件は、Ｖｐｍ１＞Ｖｐｍ２＞Ｖｐｍ３となる。

このときの動作は、前述した図１１の場合と同様に、各電力配分回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃを起動すると、各電力配分回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃとも、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２が一斉にＯＮになることで、太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３から各コンデンサＣ１に電流が流入してこれらのコンデンサＣ１に電力が蓄えられる。

次いで、各電力配分回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２が一斉にＯＦＦになり、スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がＯＮに切り替わると、これらのスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がＯＮになる前に、各コンデンサＣ１に蓄えられていた電力は、それぞれ３つのコンデンサＣ１、Ｃ３に移動して配分される。

その後、各電力配分回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃのスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がＯＦＦになり、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２がＯＮに切り替わった時に、電力配分回路１Ｂ、１Ｃの各コンデンサＣ１から対応する太陽電池モジュールＭ２、Ｍ３側に電流が流れて電力が供給される。

このとき、電力配分回路１ＡのコンデンサＣ１は、太陽電池モジュールＭ１から電流が流入して蓄電される。このような動作が繰り返されることで、各太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３間の電力は平滑化される。

さらに、図１３は、電力配分回路を多数の太陽電池モジュールが直並列に組み合わされた太陽光発電システムに適用した実施形態を示すものであって、直列に接続された複数の太陽電池モジュールＭからなる太陽電池アレイどうしがそれぞれ、逆流防止ダイオードＤ２を介して並列接続されていて、外部端子Ｔ１、Ｔ２間には図示していない外部負荷が接続されている。

同図のシステムでは、各太陽電池モジュールＭに接続された全ての電力配分回路１が、２本の電力配分線路２Ｂ、４Ｂで相互に連結されていて、システム内の太陽電池モジュールＭ間に日陰あるいは出力のバラツキが生じた場合に、電力配分線路２Ｂ、４Ｂを通じて全体に電力をバランス良く配分することができる。

なお、同図のシステムにおいては、太陽電池モジュールＭの直列数が異なる太陽電池アレイどうしを並列接続した場合も各電力配分回路１は有効であり、太陽電池モジュールＭが配置される屋根面の面積及び形状等の制約によって、各太陽電池アレイにおける太陽電池モジュールの直列数を全て揃えることができない場合でも、システム全体の電流電圧特性が平滑化されることによって、太陽光発電システム全体の出力電力の効率を高めることができる。

本発明の太陽電池モジュールの電力配分回路は、太陽光発電システムの日陰等による出力電力の効率低下を改善するために有効に利用することができる他、特性の異なる種類の太陽電池モジュールを組み合わせた太陽光発電システムや、フレキシブルな太陽電池を含む太陽電池の複数のモジュールが異なる方位に設置された太陽光発電システムの出力電力の効率を高める手段としても利用可能である。

また、本発明の太陽電池モジュールの電力配分回路は、既設の太陽光発電システムにおいて、経年劣化や受光面の汚れ等によって太陽電池モジュール間の出力特性にバラツキが生じた場合における出力電力の効率改善にも利用可能である。

さらに、太陽光発電の分野のみに留まらず、太陽電池モジュールと同様な電流電圧特性を示す、バッテリーや燃料電池等を直並列に接続した電力供給システムにおいても、利用が可能である。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ電力配分回路
２、２Ａ、２Ｂ第１の電力配分線路
３第１の連絡線路
４、４Ａ、４Ｂ第２の電力配分線路
５第２の連絡線路
Ｃ１第１のコンデンサ
Ｃ２第２のコンデンサ
Ｃ３第３のコンデンサ
Ｄ１バイパスダイオード
Ｄ２逆流防止ダイオード
Ｍ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３太陽電池モジュール
Ｐ１正極端子
Ｐ２負極端子
Ｓ１第１のスイッチング素子
Ｓ２第２のスイッチング素子
Ｓ３第３のスイッチング素子
Ｓ４第４のスイッチング素子
Ｔ１、Ｔ２外部出力端子

Claims

一端が太陽電池モジュールの正極端子に接続され、他端が第１の電力配分線路に接続される第１の連絡線路と、
一端が前記太陽電池モジュールの負極端子に接続され、他端が第２の電力配分線路に接続される第２の連絡線路と、
第１の連絡線路と第２の連絡線路に跨って接続された第１のコンデンサと、
第１の連絡線路の、第１のコンデンサの接続位置と前記正極端子の接続位置の間に設けられた第１のスイッチング素子と、
第２の連絡線路の、第１のコンデンサの接続位置と前記負極端子の接続位置の間に設けられた第２のスイッチング素子と、
第１の連絡線路の、第１のコンデンサの接続位置と第１の電力配分線路の接続位置の間に設けられた第３のスイッチング素子と、
第２の連絡線路の、第１のコンデンサの接続位置と第２の電力配分線路の接続位置の間に設けられた第４のスイッチング素子と、
第１の連絡線路の、第１のスイッチング素子と前記正極端子の接続位置の間と、第２の連絡線路の、第２のスイッチング素子と前記負極端子の接続位置の間に跨って接続された第２のコンデンサと、
第１の電力配分線路から第１の連絡線路の第３のスイッチング素子までの間と、第２の電力配分線路から第２の連絡線路の第４のスイッチング素子までの間に跨って接続された第３のコンデンサと、
第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子を同期させて周期的にＯＮ／ＯＦＦ制御するとともに、第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子を、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とは逆位相でＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング制御回路とを備えたことを特徴とする太陽電池モジュールの電力配分回路。
スイッチング制御回路は、周期毎の各スイッチング素子のＯＦＦ状態にある時間比率をＯＮ状態にある時間比率より長くして、全てのスイッチング素子が同時にＯＦＦ状態となる短絡防止期間が存在するように、各スイッチング素子の切り換えタイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの電力配分回路。