JP2014215793A - 太陽電池ストリングの電圧調整回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 出力電圧の異なる太陽電池ストリングどうしを並列接続した場合の電力ロスを低減できる、低コストで信頼性の高い、太陽電池ストリングの電圧調整回路を提供する。
【解決手段】電圧調整回路１は、外部負荷と逆流防止ダイオードＤ１、Ｄ２を介してそれぞれ並列接続されている太陽電池ストリングＳｔｒ１、Ｓｔｒ２間に組み込まれ、スイッチング制御回路でそれぞれ切換制御されるスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と、インダクタＬ、平滑回路としてのコンデンサＣ１、Ｃ２、及び、各太陽電池ストリングの出力電圧を検出する電圧センサＶｄ１、Ｖｄ２を備えている。各スイッチング素子の切換動作により、インダクタＬが周期的な電力の蓄積・放出を行うことで太陽電池ストリング間の出力電圧のバラツキを調整し、外部負荷に対する電流電圧特性を改善して発電効率を高める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽光発電システムにおいて、複数並列接続された太陽電池ストリング（複数の太陽電池モジュールの直列接続）間の出力電圧のバラツキを調整することによりシステム全体の発電効率を向上させることのできる、太陽電池ストリングの電圧調整回路に関する。

現在、実用化されている太陽光発電システムは、直並列に接続された複数の太陽電池モジュールからなる太陽電池アレイによって発電される直流電力を、パワーコンディショナのインバータで交流電力に変換する集中型インバータ方式が主流である。

太陽電池アレイは、複数の太陽電池ストリングどうしを並列に接続したものであって、それぞれの太陽電池ストリングは、直列に接続された複数の太陽電池モジュールから構成されている。

また、パワーコンディショナは、太陽電池アレイから、最大出力が取り出せるように入力側の負荷を調整するＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking)回路を備えたインバータで構成されていて、太陽電池アレイと外部負荷との間に設けられている。

太陽電池モジュールは、温度が上昇すると出力電圧が低下することが知られており、互いに並列接続される太陽電池ストリングのそれぞれの太陽電池モジュールの枚数が全て同じ枚数であっても、設置条件によっては、一部の太陽電池ストリングの太陽電池モジュールが太陽光の直射等で高温になって出力電圧が低下して、太陽電池ストリング間の出力電圧にバラツキが生じることがある。また、太陽電池ストリング間の出力電圧のバラツキは、一部の太陽電池モジュールが経年劣化して生じることもある。

図１０は、それぞれ同数の太陽電池モジュールＭを直列に接続した太陽電池ストリングＳｔｒ１、Ｓｔｒ２どうしを、それぞれ逆流防止ダイオードＤ１、Ｄ２を介して外部負荷と並列接続した太陽電池アレイを模式的に示した図である。

同図において、２つの太陽電池ストリングＳｔｒ１と太陽電池ストリングＳｔｒ２間で、出力電圧が常に等しい場合には、図１１に示すように、外部負荷の増減に応じて単調に変化する電流電圧特性のグラフが得られる。

ところが、片方の太陽電池ストリングＳｔｒ１の中の一部の太陽電池モジュールＭの不具合等が発生すると、図１２（ａ）に示す太陽電池ストリングＳｔｒ１の電流電圧特性と、同図（ｂ）に示す他方の正常な太陽電池ストリングＳｔｒ２の電流電圧特性の比較して出力電圧が低下、この場合には、全体の電流電圧特性のグラフは、図１３に示すように階段状になる。

図１３においては、点Ｐが最大出力動作点となっていて、最大出力電力は、同図において太陽電池ストリングＳｔｒ１で発電される電力を表す矩形領域（１）の面積と、太陽電池ストリングＳｔｒ２で発電される電力を表す矩形領域（２）の面積の和となり、太陽電池ストリングＳ２が発電可能な矩形領域（３）の面積で表す電力は、全体の出力電力に寄与できずに損失となる。

また、現在製造されている太陽電池モジュールは、一枚当たりの発電能力が低いため、太陽電池アレイの設置に際しては、なるべく広い受光面積を確保する必要がある。
このため、屋根等の限られた設置面積に太陽電池アレイを設置する場合には、互いに並列接続される太陽電池ストリングにおける、太陽電池モジュールの直列枚数を全て同数にできない場合があり、このような場合においても、上記と同様な電力損失の問題が生じている。

そこで、従来においては、例えば、特許文献１に見られるように、それぞれの太陽電池ストリング毎にＤＣ−ＤＣコンバーターを組み込んで個別に最大電力追従（ＭＰＰＴ）制御を行い、太陽電池ストリング間における出力電圧を揃える提案がなされている。

特開平８−４６２３１号公報

しかしながら、前述した特許文献１に記載されているような太陽光発電システムにおいては、最大出力電力を得るために太陽電池ストリング毎にＭＰＰＴ制御を行ってからＤＣ−ＤＣ変換を行い電圧調整を行う複雑な変換回路を必要とするため、変換ロスが大きくなり、また、製造コストも高くなる問題があった。

また、故障等によって制御回路が機能を停止すると、当該制御回路が組み込まれている太陽電池ストリングで発電された電力が全て損失となってしまうため、太陽光発電システムの信頼性に影響が生じる問題があった。

そこで、本発明は、前述したような従来技術における問題を解決し、出力電圧の異なる太陽電池ストリングどうしを並列接続した場合の電力ロスを低減できる、低コストで信頼性の高い、太陽電池ストリングの電圧調整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、本発明の太陽電池ストリングの電圧調整回路は、それぞれ、逆流防止ダイオードを介して外部負荷と並列接続される複数の太陽電池ストリングの相互間にそれぞれ組み込まれるものであって、隣合う一方の太陽電池ストリングの正極側と逆流防止ダイオード間を繋ぐ線路に一端が接続され、他方の太陽電池ストリングの正極側と逆流防止ダイオード間を繋ぐ線路に他端が接続された正極側連絡線路と、前記正極側連絡線路に組み込まれたインダクタと、前記正極側連絡線路の一端とインダクタの間に組み込まれた第１のスイッチング素子と、前記正極側連絡線路の、第１のスイッチング素子とインダクタの間と、それぞれの太陽電池ストリングの負極側に繋がる負極側連絡線路との間に組み込まれた第２のスイッチング素子と、前記正極側連絡線路の他端とインダクタの間に組み込まれた第３のスイッチング素子と、前記正極側連絡線路の、第３のスイッチング素子とインダクタの間と、前記負極側連絡線路との間に組み込まれた第４のスイッチング素子と、前記一方の太陽電池ストリングの正極側と逆流防止ダイオード間を繋ぐ線路ないし前記正極側連絡線路の一端から第１のスイッチング素子の間と、前記負極側連絡線路との間に跨って接続された少なくとも１つのコンデンサを有する、第１の平滑回路と、前記他方の太陽電池ストリングの正極側と逆流防止ダイオード間を繋ぐ線路ないし前記正極側連絡線路の他端から第３のスイッチング素子の間と、前記負極側連絡線路との間に跨って接続された少なくとも１つのコンデンサを有する、第２の平滑回路と、前記一方の太陽電池ストリングの出力電圧Ｖ１を検出する第１の電圧センサと、前記他方の太陽電池ストリングの出力電圧Ｖ２を検出する第２の電圧センサと、前記各スイッチング素子を、個別にＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング制御回路とを備えている。

前記スイッチング制御回路は、第１の電圧センサと第２の電圧センサにより検出した電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の高低を比較判定する第１のステップと、前記第１のステップで電圧Ｖ１＝電圧Ｖ２と判定した場合に、前記全てのスイッチング素子をＯＦＦにして、第１のステップから再実行する第２のステップと、前記第１のステップで電圧Ｖ１＜電圧Ｖ２と判定した場合に、第１のスイッチング素子をＯＮに、第２のスイッチング素子をＯＦＦに切り換えるとともに、第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子を相補的に同期させて、ＯＮ／ＯＦＦの切換動作を既定回数周期的に反復させた後、第１のステップから再実行する第３のステップと、前記第１のステップで電圧Ｖ１＞電圧Ｖ２と判定した場合に、第３のスイッチング素子をＯＮに、第４のスイッチング素子をＯＦＦに切り換えるとともに、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子を相補的に同期させて、ＯＮ／ＯＦＦの切換動作を前記既定回数周期的に反復させた後、第１のステップから再実行する第４のステップを実行する。

本発明の太陽電池ストリングの電圧調整回路においては、前記スイッチング制御回路は、第３のステップにおいて、第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子間で、周期毎に同時にＯＦＦ状態となる短絡防止期間が存在し、また、第４のステップにおいて、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子間で、周期毎に同時にＯＦＦ状態となる短絡防止期間が存在するように、それぞれのスイッチング素子の切換タイミングを制御することが望ましい。また、第１の平滑回路と第２の平滑回路はそれぞれ、ローパスフィルタによって構成されていることも望ましい。

請求項１に記載された発明によれば、並列接続された太陽電池ストリング相互の出力電圧の差を調整することで、一部の太陽電池ストリングの出力電圧の低下により生じる全体の電流電圧特性の段差を平滑化でき、本来、発電出力として取り出せずに損失となってい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。

また、システム全体の電流電圧特性の段差が平滑化されることによって、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。その結果、屋根等の太陽電池アレイを設置する場所の制約によって、各太陽電池ストリングを構成する太陽電池モジュールの直列枚数を同数にできない場合や、日照条件等により、一部の太陽電池モジュールの温度が上昇し、出力電圧が低下する場合のように、太陽電池アレイの中に、出力電圧が低下している太陽電池ストリングが存在するために、従来利用できずに損失となっていた発電出力を、有効利用することが可能となり、太陽光発電システムの発電効率を改善することができる。

さらに、本発明の太陽電池ストリングの電圧調整回路は、トランジスタやリレー等のスイッチング素子、インダクタ、及び、コンデンサ等からなる簡単な回路構成であるため、従来の太陽電池ストリング毎にＭＰＰＴ制御を行ってからＤＣ−ＤＣ変換を行い電圧調整を行う複雑な回路と比較して、エネルギ損失が少なく、また、低コストで製造することができる。

さらに、本発明の電圧調整回路においては、万一故障して回路の機能が停止しても、これが接続されている太陽電池ストリングが機能しなくなる虞は無く、本回路を装備していない、従来の太陽光発電システムと同等な発電機能をそのまま維持することができる。

請求項２に記載された発明によれば、さらに、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の間、及び、第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子の間でそれぞれ周期毎に同時にＯＦＦ状態となる短絡防止期間が存在するように、それぞれのスイッチング素子の切換タイミングを制御しているため、電流経路の切換を確実に行うことができる。

請求項３に記載された発明によれば、さらに、第１の平滑回路と第２の平滑回路をそれぞれローパスフィルタで構成することによって、スイッチング動作に伴う電流の変動やノイズの発生を効果的に抑えることができる。

本発明の太陽電池ストリングの電圧調整回路の１実施形態を模式的に示す図である。 スイッチング制御回路のブロック図である。 電圧調整回路の動作を示すフロー図である。 電圧調整回路のインダクタに電力を蓄積する過程を示す図である。 電圧調整回路のインダクタから電力を放出する過程を示す図である。 短絡防止期間を設けている場合の２つのスイッチング素子どうしの相補的な切換動作のタイミングを示す図である。 本発明の電圧調整回路によって改善された電流電圧特性を示す図である。 第１及び第２の平滑回路をローパスフィルタで構成した例を示す部分回路図である。 本発明の太陽電池ストリングの電圧調整回路の別の実施形態を模式的に示す図である。 それぞれ同数の太陽電池モジュール直列に接続した２つの太陽電池ストリングからなる従来の太陽電池アレイを模式的に示した図である。 ２つの太陽電池ストリングの出力電圧が等しい場合の太陽電池アレイの電流電圧特性を示す図である。 出力電圧の異なる２つの太陽電池ストリングの電流電圧特性を個別に示す図である。 ２つの太陽電池ストリングの出力電圧どうしに差がある場合の太陽電池アレイの電流電圧特性を示す図である。

図１は、本発明の太陽電池ストリングの電圧調整回路（以下、単に電圧調整回路という。）の１実施形態を示す図であって、この実施形態における電圧調整回路１は、太陽電池モジュールＭがそれぞれ同一枚数直列接続された、太陽電池ストリングＳｔｒ１と太陽電池ストリングＳｔｒ２の間に組み込まれている。
これらの太陽電池ストリングＳｔｒ１、Ｓｔｒ２は、外部負荷に対して並列に接続されていて、それぞれの正極側には、逆流防止ダイオードＤ１、Ｄ２が組み込まれている。

電圧調整回路１は、４つのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、インダクタＬ、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２、２つの電圧センサＶｄ１、Ｖｄ２、ならびに、ここでは図示されていないスイッチング制御回路を備えている。

また、電圧調整回路１は、上記スイッチング素子Ｓ１（第１のスイッチング素子）、インダクタＬ、スイッチング素子Ｓ３（第３のスイッチング素子）のそれぞれを直列に接続している正極側連絡線路２を有している。

正極側連絡線路２は、その一端Ｊ１が、前記一方の太陽電池ストリングＳｔｒ１の正極側と逆流防止ダイオードＤ１との間を繋ぐ線路に接続され、他端Ｊ２が、他方の太陽電池ストリングＳｔｒ２の正極側と逆流防止ダイオードＤ２を繋ぐ線路に接続されている。

さらに、電圧調整回路１は、太陽電池ストリングＳｔｒ１、Ｓｔｒ２のそれぞれの負極側と繋がっている負極側連絡線路３を有しており、正極側連絡線路２の一端Ｊ１とスイッチング素子Ｓ１の間と、負極側連絡線路３との間に跨って、コンデンサＣ１（第１の平滑回路）が接続されている。
また、同様に、正極側連絡線路２の他端Ｊ２とスイッチング素子Ｓ３との間と、負極側連絡線路３との間に跨ってコンデンサＣ２（第２の平滑回路）が接続されている。

さらに、正極側連絡線路２の、スイッチング素子Ｓ１とインダクタＬの間と、負極側連絡線路３との間には、スイッチング素子Ｓ２（第２のスイッチング素子）が組み込まれており、また同様に、正極側連絡線路２の、スイッチング素子Ｓ３とインダクタＬの間と、負極側連絡線路３との間には、スイッチング素子Ｓ４（第４のスイッチング素子）が組み込まれている。

また、電圧センサＶｄ１（第１の電圧センサ）は、一方の太陽電池ストリングＳｔｒ１の出力電圧Ｖ１を検出し、電圧センサＶｄ２（第２の電圧センサ）は、他方の太陽電池ストリングＳｔｒ２の出力電圧を検出するために設けられている。

これらの４つのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４はそれぞれ、図２に示すスイッチング制御回路４によって、個別にＯＮ／ＯＦＦ制御されるようになっている。なお、本実施形態のものにおいては、これらのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４には、ＭＯＳ−ＦＥＴを用いている。

同図に示すように、スイッチング制御回路４は、マイクロコンピュータとドライバ回路、Ａ／Ｄ変換器を内蔵していて、前記マイクロコンピュータは、各電圧センサＶｄ１、Ｖｄ２から、Ａ／Ｄ変換器を通してＡ／Ｄ変換された各太陽電池ストリングＳｔｒ１、Ｓｔｒ２の出力電圧値データをそれぞれ取込み、これらのデータに基づいて、それぞれのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４をドライバ回路を介してＯＮ／ＯＦＦ制御する役割を有している。

以下、前述したように構成されている電圧調整回路１の動作を図３に示すフローチャートに基づいて説明する。電圧調整回路１が起動されるとスイッチング制御回路４のマイクロコンピュータは、２つ電圧センサＶｄ１、Ｖｄ２によって、それぞれの太陽電池ストリングＳｔｒ１、Ｓｔｒ２の出力電圧Ｖ１、Ｖ２を検出する。（ステップ１）

ここで、検出された２つの出力電圧Ｖ１、Ｖ２が等しい場合は、前記マイクロコンピュータは、図１に示すように、全てのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を全て開放状態（ＯＦＦ）にして前記ステップ１から再度実行する（ステップ２）。

そして、両方の出力電圧Ｖ１、Ｖ２が等しい状態が継続しているときは、２つの太陽電池ストリングＳｔｒ１、Ｓｔｒ２から出力される電流はそれぞれ、逆流防止ダイオードＤ１、Ｄ２を通って外部負荷に供給されており、電圧調整回路１は実質的に機能していない。

一方、前記ステップ１において、太陽電池ストリングＳｔｒ１の出力電圧Ｖ１よりも、太陽電池ストリングＳｔｒ２の出力電圧Ｖ２の方が高い場合、前記マイクロコンピュータは、スイッチング素子Ｓ１をＯＮに、スイッチング素子Ｓ２をＯＦＦに切り換えるとともに、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子４を相補的に同期させて、ＯＮ／ＯＦＦの切換動作を、このマイクロコンピュータに予めプログラムされている既定回数だけ周期的に反復させた後、前述の第１のステップを再実行する（ステップ３）

ここで、図４に示すように、スイッチング素子Ｓ１がＯＮ、スイッチング素子Ｓ２がＯＦＦの状態において、スイッチング素子Ｓ３がＯＦＦに、スイッチング素子Ｓ４がＯＮに切り換えられたときは、太陽電池ストリングＳｔｒ１の正極側から正極側連絡負極側連絡線路２、スイッチング素子Ｓ１、インダクタＬ、スイッチング素子Ｓ４を通って負極側連絡線路３へ電流が流れ、インダクタＬを流れる電流の増加に伴って、太陽電池ストリングＳｔｒ１側の発電エネルギーは、前記インダクタＬに磁気エネルギーとして蓄積されていく。

このとき、外部負荷には、太陽電池ストリングＳｔｒ２の出力電流が、逆流防止ダイオードＤ２を通して供給されている。一方、太陽電池ストリングＳｔｒ１の出力電圧Ｖ１は、太陽電池ストリングＳｔｒ２の出力電圧Ｖ２よりも低いため、逆流防止ダイオードＤ１を通じて太陽電池ストリングＳｔｒ１から外部負荷へ電流は流れない。

次に、図５に示すように、スイッチング素子Ｓ１がＯＮ、スイッチング素子Ｓ２がＯＦＦの状態を保持したまま、スイッチング素子Ｓ３がＯＮに、スイッチング素子Ｓ４がＯＦＦに切り換えられると、インダクタＬに蓄積されていた磁気エネルギーが放出され、正極側連絡線路２の他端Ｊ２では、太陽電池ストリングＳｔｒ１の出力電圧Ｖ１に、インダクタＬが発生する電圧が加えられ、太陽電池ストリングＳｔｒ１の出力電流は、太陽電池ストリングＳｔｒ２の出力電流と合わさって、逆流防止ダイオードＤ２を通して外部負荷に供給される。

スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４が、前述した図４と図５の間で、相補的且つ周期的ななＯＮ／ＯＦＦの切換動作が行われている間、これらの切換動作に伴って生じる電流の変動は、平滑回路として動作する２つのコンデンサＣ１、Ｃ２によって平滑化されて外部負荷に供給される。

なお、前述したステップ３において、スイッチング素子３とスイッチング素子４間の相補的な切換動作は、図６に示すように、両者が同時にＯＦＦになる短絡防止期間ａが存在するように、切り換えタイミングを制御することにより、切換動作の確実性を高めることができる。

図７は、前述したような電圧調整回路１の動作によって改善されたシステムの電流電圧特性を示す図であって、太陽電池ストリングＳｔｒ１の出力電圧Ｖ１が、インダクタＬによって昇圧されることで、前述した図１３に示すような、電流電圧特性上の段差は平滑化され、最大出力動作点Ｐにおいて、両方の太陽電池ストリングＳｔｒ１、Ｓｔｒ２の発電する電力を最大限利用することが可能となる。

一方、前述したステップ１において、太陽電池ストリングＳｔｒ１の出力電圧Ｖ１の方が、太陽電池ストリングＳｔｒ２の出力電圧Ｖ２よりも高い場合、前記マイクロコンピュータは、図１に示すスイッチング素子Ｓ３をＯＮに、スイッチング素子Ｓ４をＯＦＦに切り換えるとともに、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２を相補的に同期させて、ＯＮ／ＯＦＦの切換動作を、前述した第３のステップと同様に既定回数、周期的に反復させた後、前述のステップ１を再実行する（ステップ４）。

その結果、太陽電池ストリングＳｔｒ２の出力電圧が低下している場合にも、図７に示した場合と同様に外部負荷に対する電流電圧特性が改善され、両方の太陽電池ストリングＳｔｒ１、Ｓｔｒ２の発電する電力を最大限利用することができる。

なお、ステップ４においても、前述したステップ３と同様に、スイッチング素子１とスイッチング素子２間のそれぞれの相補的な切換動作において、同時にＯＦＦになる短絡防止期間が存在するように切り換えタイミングを制御して切換動作の確実性を高めることができる。

また、前述した実施形態のものにおいては、第１の平滑回路として用いているコンデンサＣ１と、第２の平滑回路として用いているコンデンサＣ２はそれぞれ、正極側連絡線路２と負極側連絡線路３との間に跨って接続しているが、コンデンサＣ１は、一方の太陽電池ストリングＳｔｒ１の正極側と逆流防止ダイオードＤ１の間を繋ぐ線路と、負極側連絡線路３との間に跨って接続してもよく、同様に、コンデンサＣ２は、他方の太陽電池ストリングＳｔｒ２の正極側と逆流防止ダイオードＤ２間を繋ぐ線路と、負極側連絡線路３との間に跨って接続してもよい。

なお、第１及び第２の平滑回路は、これらのコンデンサＣ１、Ｃ２に限定するものではなく、例えば、図８に示すように、正極側連絡線路２に組み込んだコイルＬａと、当該コイルＬａの両側で前記正極側連絡線路２と負極側連絡線路３間に跨って接続された２つのコンデンサＣａ、Ｃｂから構成されるローパスフィルタＬＰＦ１（ＬＰＦ２）で構成してもよく、ローパスフィルタで第１及び第２の平滑回路を構成することによって、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のスイッチング動作に伴う電流の変動やノイズの発生をより効果的に抑えることができる。

次に、図９は、本発明の太陽電池ストリングの電圧調整回路の別の実施形態を模式的に示す図であって、同図に示すものは、外部負荷に対して３つの太陽電池ストリングＳｔｒ１、Ｓｔｒ２、Ｓｔｒ３がそれぞれ、逆流防止ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３を介して並列に接続されているシステムであり、これらの太陽電池ストリングＳｔｒ１、Ｓｔｒ２、Ｓｔｒ３の相互間にそれぞれ、前述した電圧調整回路１が組み込まれている。

本実施形態のものにおいては、太陽電池ストリングＳｔｒ１〜Ｓｔｒ３相互間で出力電圧にバラツキが生じている場合には、それぞれの電圧調整回路１が独立して隣合う太陽電池ストリング相互間の出力電圧のバラツキを調整するが、最終的には全ての太陽電池ストリングの出力電圧が平均化され、全ての太陽電池ストリングＳｔｒ１〜Ｓｔｒ３が発電する電力を最大限利用することが可能となる。

本発明の太陽電池ストリングの電圧調整回路は、屋根等の太陽電池アレイの設置場所の制約で、それぞれの太陽電池ストリングを構成している太陽電池モジュールの直列枚数を同数にできない場合や、日照条件等により、一部の太陽電池モジュールの温度が上昇し、出力電圧が低下する場合に、太陽光発電システムの発電効率を改善する有効な手段として広く利用可能である。

１ 電圧調整回路
２ 正極側連絡線路
３ 負極側連絡線路
４ スイッチング制御回路
Ｃ１ コンデンサ（第１の平滑回路）
Ｃ２ コンデンサ（第２の平滑回路）
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 逆流防止ダイオード
Ｊ１ （正極側連絡線路の）一端
Ｊ２ （正極側連絡線路の）他端
Ｌ インダクタ
Ｍ 太陽電池モジュール
Ｓｔｒ１、Ｓｔｒ２、Ｓｔｒ３ 太陽電池ストリング
Ｓ１ スイッチング素子（第１のスイッチング素子）
Ｓ２ スイッチング素子（第２のスイッチング素子）
Ｓ３ スイッチング素子（第３のスイッチング素子）
Ｓ４ スイッチング素子（第４のスイッチング素子）
Ｖ１、Ｖ２ 出力電圧
Ｖｄ１ 電圧センサ（第１の電圧センサ）
Ｖｄ２ 電圧センサ（第２の電圧センサ）

Claims (3)

1. それぞれ、逆流防止ダイオードを介して外部負荷と並列接続される複数の太陽電池ストリングの相互間にそれぞれ組み込まれる電圧調整回路であって、
   隣合う一方の太陽電池ストリングの正極側と逆流防止ダイオード間を繋ぐ線路に一端が接続され、他方の太陽電池ストリングの正極側と逆流防止ダイオード間を繋ぐ線路に他端が接続された正極側連絡線路と、
   前記正極側連絡線路に組み込まれたインダクタと、
   前記正極側連絡線路の一端とインダクタの間に組み込まれた第１のスイッチング素子と、
   前記正極側連絡線路の、第１のスイッチング素子とインダクタの間と、それぞれの太陽電池ストリングの負極側に繋がる負極側連絡線路との間に組み込まれた第２のスイッチング素子と、
   前記正極側連絡線路の他端とインダクタの間に組み込まれた第３のスイッチング素子と、
   前記正極側連絡線路の、第３のスイッチング素子とインダクタの間と、前記負極側連絡線路との間に組み込まれた第４のスイッチング素子と、
   前記一方の太陽電池ストリングの正極側と逆流防止ダイオード間を繋ぐ線路ないし前記正極側連絡線路の一端から第１のスイッチング素子の間と、前記負極側連絡線路との間に跨って接続された少なくとも１つのコンデンサを有する、第１の平滑回路と、
   前記他方の太陽電池ストリングの正極側と逆流防止ダイオード間を繋ぐ線路ないし前記正極側連絡線路の他端から第３のスイッチング素子の間と、前記負極側連絡線路との間に跨って接続された少なくとも１つのコンデンサを有する、第２の平滑回路と、
   前記一方の太陽電池ストリングの出力電圧Ｖ１を検出する第１の電圧センサと、
   前記他方の太陽電池ストリングの出力電圧Ｖ２を検出する第２の電圧センサと、
   前記各スイッチング素子を、個別にＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング制御回路とを備え、
   前記スイッチング制御回路は、第１の電圧センサと第２の電圧センサによりそれぞれ検出した電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の高低を比較判定する第１のステップと、
   前記第１のステップで電圧Ｖ１＝電圧Ｖ２と判定した場合に、前記全てのスイッチング素子をＯＦＦにして、第１のステップから再実行する第２のステップと、
   前記第１のステップで電圧Ｖ１＜電圧Ｖ２と判定した場合に、第１のスイッチング素子をＯＮに、第２のスイッチング素子をＯＦＦに切り換えるとともに、第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子を相補的に同期させて、ＯＮ／ＯＦＦの切換動作を既定回数周期的に反復させた後、第１のステップから再実行する第３のステップと、
   前記第１のステップで電圧Ｖ１＞電圧Ｖ２と判定した場合に、第３のスイッチング素子をＯＮに、第４のスイッチング素子をＯＦＦに切り換えるとともに、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子を相補的に同期させて、ＯＮ／ＯＦＦの切換動作を前記既定回数周期的に反復させた後、第１のステップから再実する第４のステップを実行することを特徴とする太陽電池ストリングの電圧調整回路。
2. スイッチング制御回路は、第３のステップにおいて、第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子間で、周期毎に同時にＯＦＦ状態となる短絡防止期間が存在し、また、第４のステップにおいて、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子間で、周期毎に同時にＯＦＦ状態となる短絡防止期間が存在するように、それぞれのスイッチング素子の切換タイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池ストリングの電圧調整回路。
3. 第１の平滑回路と第２の平滑回路はそれぞれ、ローパスフィルタによって構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池ストリングの電圧調整回路。

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